Механизмы взаимодействия микроорганизмов с системой цитокинов организма хозяина

Важной чертой патогенности сальмонелл является способность к системному распространению в организме хозяина. Основной мишенью факторов патогенности SE служит адаптивный иммунный ответ хозяина клеточного Th1-типа и, прежде всего, ДК как оптимальные АПК. Выявлены некоторые конкретные механизмы нарушения Thl-ответа. Как известно, для его осуществления необходима, во-первых, продукция IL-12, источником которого служат АПК, и, во-вторых, экспрессия высокоаффинного рецептора для этого цитокина на Т-клетках, состоящего из двух субъединиц — IL-I2Rβ1 и IL-12Rβ2. Основной функцией IL-12 является передача сигнала к продукции IFN-γ Т-лимфоцитами. В экспериментах in vivo и in vitro установлена уникальная способность SE снижать экспрессию mRNA для IL-I2Rβ2 в CD4+ Т-лимфоцитах и секрецию ими IFN-γ, ограничивая тем самым оптимальный иммунный ответ хозяина. Кроме того, SE оказывает прямое игибирующее действие на экспрессию mRNA и продукцию IL-18 — другого цитокина, также индуцирующего дифференцировку Т-лимфоцитов в продуцирующие IFN-γ клетки.

Роль конкретных цитокинов в защите от SE-инфекции изучается, главным образом, в экспериментах с обработкой мышей моноклональными антителами против цитокинов или на knockout мышах, лишенных генов отдельных цитокинов или их рецепторов. В таких исследованиях показана протективная роль IL-1α, TNF-α, IFN-γ, IL-12, IL-18 и IL-15, тогда как IL-4 и IL-10 скорее подавляют иммунную защиту хозяина против SE. Одним из наиболее важных факторов защиты хозяина считают TNF-α, ранним источником которого являются МФ, нейтрофилы и ДК. В эксперименте на мышах нейтрофилы и МФ выделены как главные ранние продуценты TNF-α, хотя при повторном заражении иммунных животных ответ TNF-α редуцирован. В разных условиях эксперимента оценка роли TN F-α в патогенезе SE-инфекции неоднозначна. Установлена оппозитная роль TNF-α при эндотоксинемии, вызванной LPS S.typhimurium, и инфекции живой S. typhimurium. Мыши, лишенные (knockout) гена TNF-α (TNF-/-), оказались полностью резистентными к введению летальной (LD25) дозы LPS S.typhimurium и, наоборот, высокочувствительными к живому возбудителю инфекции, В первой ситуации позитивную роль играла отмена гиперпродукпии TNF-α как фактора патогенеза летальной эндотоксинемии, тогда как вторая явилась доказательством ключевой роли того же цитокина в защите от внедрения живой SE. Одна из конкретных функций TNF-α состоит в рекрутировании нейтрофилов в локус инфекции и активации в них внутриклеточного киллинга S.typhimurium.

Считают, что персистирующая инфекция аттенуированным штаммом S.typhimurium у мышей контролируется балансом провоспалительных (TNF-α и IFN-γ) и антивоспалительных.. (IL-10 и трансформирующий фактор роста — TGF-β) цитокинов. Однако при латентноq инфекции S. typhimurium у мышей резистентной линии СЗН/HeN роль TNF-α в поддержании латентного состояния, по-видимому, несущественна, так как его нейтрализация введением aнти(TNF-α) моноклональных антител не вызывала реактивации персистирующей SE-инфекции . В противовес оценке TNF-α как необходимого при SE-инфекции фактора иммунной защиты представлены доказательства стимулирующего воздействия этого цитокина на рост SE в условиях in vitro и in vivo. Добавление TNF-α в культуральную среду, обработка им сальмонелл перед заражением животных или введение бактериальной суспензии одновременно с экзогенным TNF-α приводили к усиленному размножению SE. Идентифицирован ген SE, отвечающий за описанный феномен взаимодействия с цитокином.

По-видимому каждый из цитокинов врожденного иммунитета имеет свое место и время приложения в патогенезе SE-инфекции. Это показано в отношении IL-1β и IL-18, активная форма которых образуется из молекул-предшественников под влиянием каспазы-1. Мыши, лишенные этого фермента, более чувствительны к заражению S.typhimurium, чем мыши исходной линии. С использованием knockout мышей IL-18 -/- или IL-lβ -/- установлено, что хотя оба субстрата каспазы-1 существенны для контроля SE-инфекции, IL-1β доминирует в интестиналъную фазу инфекции, в то время как IL-18 опосредует устойчивость к системной инфекции, не влияя на размножение возбудителя в кишечнике.

Серия работ посвящена цитокинам, участвующим в протективном клеточно-опосредованном ответе против SE. В раннюю фазу инфекции, цитокины IL-12, IL-15 и IL-18 стимулируют пролиферацию цитотоксических клеток. — эффекторов врожденного иммунитета (естественных киллеров — ЕК, Т-клеток с маркерами Е К- Е КТ и γδТ-клеток) и продукцию ими IFN-γ.  Далее IL-12 и IL-I8 индуцируют синтез IFN-γ в активированных антигеном CD4+ Т-клетках, запуская их дифференцировку в Тh1. В настоящее время список медиаторов клеточного ответа Тh1-типа расширился за счет «новых» цитокинов IL-23 и IL-27, секретируемых вспомогательными клетками. Уже подтверждена важная роль IL-23 в инициации связанного с Т-клетками усиления воспалительных реакций в слизистой кишечника мышей, зараженных S.typhimurium. У knockout мышей с делецией гена субъединицы IL-23p19 в ходе SE-инфекции был редуцирован синтез ряда Т-клеточных цитокинов и ослаблена инфильтрация слизистой нейтрофилами. Клетками-мишенями IL-23 оказались не только αβ-, но и γδ-Т-лимфоциты.

Установлено, что обе субъединицы IL-12 (р75 и р40) играют независимую и существенную роль в протективном иммунитете против SE. У дефицитных по IL-12p40 мышей после заражения SE отмечены высокое бактериальное обсеменение внутренних органов и повышенная летальность в ассоциации с редукцией синтеза IFN-γ и подъемом уровня общего IgE. В эксперименте на knockout мышах проведено сравнительное изучение роли IL-12р40 и IL-18 в защите от SE-инфекции. Мыши с дефицитом IL-18 оказались способными к разрешению инфекции аттенуированным штаммом S.typhimurium, в то время как IL-I2p40(-/-) мыши, погибали через 60 дней из-за интенсивного размножения бактерий. Показано, что IL-12р40, но не IL-18 обладает дополнительным механизмом протекции, связанным с пролиферацией CD4+ Т-лимфоцитов, но не с продукцией ими IFN-γ. Поэтому, по мнению авторов, именно IL-12р40 играет ключевую роль в разрешении инфекции S.typhimurium. В отношении оценки роли IL-18 в патогенезе SE-инфекции данные не однозначны. В одной из недавних, работ показано, что CD4+ Т-клетки селезенки инфицированных SE мышей еще до SE-специфического синтеза IFN-γ под влиянием IL-18 приобретают способность быстро продуцировать IFN-γ в ответ на неспецифические бактериальные стимулы. Однако кроме способности стимулировать синтез IFN-γ в разных популяциях лимфоцитов, IL-18 обладает дополнительными провосиалительными свойствами, индуцируя продукцию таких мощных медиаторов воспаления, как TNF-α, IL-1β хемокины IL-8 и MIP-lα. Поэтому, наряду с TNF-α, IL-18 усугубляет ситуацию при эндотоксинемии, вызванной LPS S. typhimurium. Оказалось, что нейтрализация IL-18 антителами защищает мышей от летальной дозы LPS S. typhimurium в связи с редукцией синтеза TNF-α[11].

Интерес современных исследователей прикован к способности микроорганизмов не только стимулировать синтез цитокинов, но и возможность снижать количество цитокинов в среде. В настоящее время механизм данного явления не описан, но по литературным данным известно, что микроорганизмы могут быть:

1)супрессорами цитокинового синтеза и активности:

- Actinobacillus actinomycetemcomitaus - ингибируют высвобождение Thl (IL-2 и INF-γ) и Th2 (IL-4 и IL-5) из конканвалин стимулированных CD 4+ клеток;

- лизаты энтеропатогенных E.coli ингибируют продукцию лимфокинов. Лизаты в концентрации менее 19 мг/мл вызывают экспрессию мРНК для интерлейкинов 2, 4, 5 и TNF-γ была значительно снижена;

• Y.enterocolitica - мембранный белок YopB (41 кДа) ингибирует TNF-α у стимулированных ЛПС макрофагов;
• Br. Suis ингибирует продукцию TNF-α. Это белок с молекулярной массой 15-50 кДа.. Блокирует высвобождение TNF-α из макрофагов стимулированных эшерихиями;
• некоторые микробные токсины известные как индукторы цитокинового синтеза способны работать как ингибиторы цитокинового синтеза и продукции;
• токсин V.cholerae и его субъединица В ингибируют синтез TNF-α в низких кинцентрациях (1 нг/мл);
• anthrax edema toxin обладающий аденилатциклазной активностью не индуцирует продукцию TNF-α моноцитами человека, но ингибирует TNF-α секрецию у стимулированных ЛПС этих клеток в концентрации менее 2 нг/мл;
• Ps.aeruginosae - продукция ADP -рибозилирующего токсина, экзотоксина А, ингибирующих синтез IL-lα, IL-lβ и TNF-α у стимулированных золотистым стафилококком моноцитов человека;
• S.typhimurlum- иммуносупрессирующий белок ингибирует синтез IL- 2 в селезеночных Т-лимфоцитах;

- E.coli - В-субъединица энтеротоксина ингибирует индукцию коллагениндуированного артрита у мышей за счет смещения баланса Thl/Th2.

2)цитокиновыми деградантами:

• Ps.aeruginosae - алкалиновая протеаза и эластаза. Ингибируют IL- 2 - индуцированную пролиферацию лимфоцитов. Алкалиновая протеиназа инактивирует и деградирует INF-γ;
• Legionella pneumophila - цинковая металлопротеаза (38 кДа), разрушает IL- 2 человека и ингибирует IL- 2- индуцированную пролиферацию CTTL-2 клеток мышей;
• Porphyromonas gihgivalis - супернатант гидролизует IL-lβ, IL-6, IL-lra (рецепторный антагонист IL-1). После экспозиции этого супернатанта с IL-1β, он теряет способность к стимуляции выработки IL-6 человеческими десневыми фибробластами. Очищенные протеазы Arg-1 и Arg-la дергадировали IL-lβ. Особенно это выражено в биопленках Porphyromonas gingivalis.

3)связывающими цитокины:

-IL-lβ, GM-CSF и эпидермальный ростовой фактор не только связываются с бактериями, но и стимулируют их рост IL - 1β в концентрации 10 нг/мл и вирулентность E. сoli;

- рост бульонной культуры Mycobacterium tuberculosis, M..avium может быть стимулирован присутствием во внеклеточной среде эпидермального фактора роста (EGF), ростовые свойства бактерий значительно увеличивались при увеличении концентрации EGF до 50 нг/мл;

- E.coli, S.typhimuriunv, Sh. flexneri могут связывать INF-α.. Sh. flexneri имеет высокоафинный рецептор для связывания с цитокинами (TNF-β) но не ингибирует его;

• трансформирование ростового фактора β1 (TGF- β1) и TNF-α стимулируют рост Mycobacterium tuberculosis в макрофагах и человеческих моноцитах;
• IL -6 увеличивает рост M. avium в макрофагах. IL -3 увеличивает рост Listeria monocytogenes[9].

 

 

IV  Заключение

Цитокиновая сеть организма хозяина в настоящее время не до конца изучена и представляет собой огромный интерес у учёных всего мира. Цитокины – это небольшие белковые молекулы, играющие важнейшую роль в нашем организме. Также они оказывают большое влияние на жизнедеятельность микроорганизмов как патогенной, так и нормальной микрофлоры хозяина. Следуют отметь, что и бактерии оказывают влияние на выработку цитокинов хозяина.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

1. Черешнев В.А., Фролов Б.А., Беляева Н.А, Гусев Е.Ю., Панфилова Т.В., Черешнева М.В., Юшков Б.Г. Молекулярные механизмы воспаления. - Екатеринбург: Уральский центр академического обслуживания, 2010. – с. 33 – 35.
2. Сибиряк С.В., Черешнев В.А., Симбирцев А.С., Сибиряк Д.С., Гаврилова Т.В. Цитокиновая регуляция биотрансформации ксенобиотиков и эндогенных соединений. - Екатеринбург: Уральский центр академического обслуживания, 2006. – с. 7 – 12.
3. Симбирцев А.С. Новая система регуляции защитных реакций организма. Цитокины и воспаление. 2002. – Том 1, № 1. – с. 9 – 16.
4. Ковальчук Л.В., Ганковская Л.В., Аведова Т.А., Брико Н.И., Ещина А.С., Дмитриева Н.Ф. Бактерицидное действие комплекса природных цитокинов на Streptoccocus pyogenes in vitro. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2006. - №3. – с. – 67 – 71.
5. Ковальчук Л.В., Ганковская Л.В., Мороз А.Ф., Аведова Т.А., Ухина Т.В. Противостафилококковое действие природных цитокинов. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2004. - №1. – с. – 55 – 59.
6. Афанасьев С.С., Алешкин В.А., Воробьёв А.А., Рубальский О.В., Несвижский Ю.В., Воропаева Е.А. Влияние препаратов цитокинов на устойчивость бактерий к антибиотикам in vitro. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2005. - №3. – с. 95 – 97.
7. Наталия Борруэль, Франциск Каселлас, Мария Антолин, Марта Лопис, Моника Кэрол, Эллой Эспин, Ксавье Наваль, Франциско Гарнер, Хуан Р. Малагелада. Воздействие непатогенных бактерий на секрецию цитокинов слизистой оболочки кишки в человеческом организме. Американский журнал по гастроэнтерологии. 2003. - №4.
8. Зорина В.В., Николаева Т.Н., Наровлянский А.Н. Влияние бактерий рода Lfctobacillus на продукцию цитокинов клетками пейеровых бляшек эксперементальных животных. Иммунология. 2004. - №5. – с. 288 – 290.
9. Michael Wilson, Robert Seymour, Brian Henderson. Bacterial perturbation of cytokine networks. Infection and immunity. June 1998, p. 2401 – 2409.
10. Горельникова Е.А., Тихомирова Е.И., Карпунина Л.В. Действие лектина Paenibacillus Polymixa на цитокиновый статус животных // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. – 2009. - №5. – С. 82 – 85.
11. Железникова Г.Ф., Волохова О.А. Salmonella Enterica и система цитокинов хозяина // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. – 2009. - №5. – С. 98 – 104.