Содержание | Следующая статья
Журнал 'Цитокины и воспаление', 2003, № 2
ЦИТОКИНЫ В ТИМУСЕ. БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ И ФУНКЦИИ ЦИТОКИНОВ В ТИМУСЕ
А.А. Ярилин
Обзор литературы. Рассмотрены функции цитокинов в тимусе: роль в миграции, пролиферации и апоптотической гибели тимоцитов, регуляции контактов тимоцитов с тимусными эпителиальными клетками.
Как известно, основная функция тимуса состоит в обеспечении развития Т-лимфоцитов, и его непосредственное участие в "общих делах" организма традиционно считается минимальным. Хотя он и подвержен различным патологическим процессам, в том числе воспалительным, вклад патологии тимуса в список заболеваний человека и животных невелик. Из сказанного следует, что роль цитокинов, образующихся в тимусе, должна состоять по преимуществу в поддержании конститутивных процессов, реализуемых в этом органе. Основным таким процессом в тимусе является Т-лимфопоэз. Кроме того, цитокинам по самой их природе подходит роль координаторов межклеточных взаимодействий, в том числе межтканевых, которую они и осуществляют в тимусе. Непрерывная миграция лимфоидных клеток из кроветворных органов в тимус, внутри него и из тимуса в периферический отдел иммунной системы нуждается в направляющих влияниях, которые осуществляют хемотаксические цитокины, хемокины.
В тимусе постоянно вырабатываются те же цитокины, которые образуются в периферическом отделе иммунной системы в условиях стимуляции (при воспалении и иммунном ответе). В связи с этим естественно предположить, что функции одних и тех же цитокинов в тимусе и на периферии могут существенно различаться. Иными могут быть и функциональные взаимодействия между цитокинами.
Данный обзор посвящен анализу функций цитокинов в тимусе и особенностей их биологической роли в этом органе.
Действие цитокинов на тимоциты
Участие цитокинов в развитии тимоцитов
Наибольшие усилия предприняты для выяснения роли цитокинов тимуса в развитии тимоцитов (рис. 1) и полнее всего осмыслена эта роль в отношении ранних этапов созревания тимоцитов. Одним из самых "ранних" факторов, дейcтвующих на клетки Т-ряда, является SCF (stem cell factor, фактор стволовых клеток). Как уже отмечалось [98], его рецептор c-kit экспрессируется на CD44+ клетках [91], для которых SCF, наряду с IL-7, служит фактором роста и выживаемости. SCF и IL-7 действуют синергично, причем SCF преимущественно способствует пролиферации CD25-/lo клеток, а IL-7 - CD25+ клеток [41]. Размножение клеток-предшественников в тимусе примерно на 50 % зависит от SCF [64]. В отсутствие SCF общая численность тимоцитов снижается в 3-4 раза, численность СD4-CD8- клеток - в 40 раз. SCF способствует также регенерации опустошенного тимуса за счет экспансии костномозговых клеток-предшественников [23]. Показано также, что с-kit вновь экспрессируется на CD4+CD8- тимоцитах, прошедших положительную селекцию [2]; вероятно, SCF является одним из факторов, обусловливающих дифференцировку тимоцитов после селекции.
IL-7 представляет собой редкий пример цитокина, чья основная функция уникальна, не замещается действием других цитокинов [60, 84]. Использование мышей, нокаутированных по генам IL-7, a-цепи его рецептора, а также g(c)-цепи, позволило выяснить роль IL-7 в развитии лимфоцитов, включая тимоциты [12, 17, 35, 52, 53, 84]. Поскольку IL-7 обеспечивает ранние этапы развития не только Т-, но и В-клеток (в значительно большей степени у мышей, чем у человека), основным последствием отключения гена IL-7 у мышей является лимфопения, затрагивающая оба лимфоидных ростка с наиболее глубоким снижением численности gdТ-клеток [84]. Клеточность тимуса при этом уменьшена в 15-70 раз, причем численность всех субпопуляций тимоцитов снижена равномерно. Внутри субпопуляции CD4-CD8- регистрируется особенно резкое снижение численности CD44- клеток [40]. Нокаут гена a-цепи IL-7R сопровождается теми же изменениями, только блок дифференцировки регистрируется на более раннем этапе развития тимоцитов, соответствующем переходу от CD44+CD25- к CD44+CD25+ клеткам [18, 52]. При нокауте гена g(с)-цепи равномерно подавлены все стадии развития CD4-CD8- тимоцитов, включая CD44+ клетки [26, 27, 45]. Во всех этих случаях нарушается перестройка g-гена TCR при нормальном осуществлении перестройки генов b- и a-цепей TCR [34, 36, 52]. Нокаут гена тирозинкиназы Jak3, обусловливающей передачу сигнала от g(с)-цепи, приводит к полному спектру изменений, характерных для мышей, нокаутированных по g(с)-цепи, с добавлением дефекта развития тимусного эпителия и нарушения процесса отрицательной селекции, нарастающего с возрастом [25, 47, 51, 74].
У человека дефекты, свойственные мышам, нокаутированным по названным выше генам, проявляются при Х-сцепленном варианте тяжелого комбинированного иммунодефицита, связанного с мутацией гена g(с), а также с аутосомными вариантами этой патологии, обусловленными мутациями гена тирозинкиназы Jak3 [70, 80, 87]. При этом заболевании также снижается число всех разновидностей Т-лимфоцитов (в отличие от мышей, у человека развитие В-клеток при этом не страдает), а в тимусе регистрируется низкое содержание или полное отсутствие тимоцитов и дефекты эпителия [44].
Повышенная экспрессия IL-7 при трансфекции его гена [39, 66] сказывается на интенсивности лимфопоэза, существенно усиливая его, но относительно мало затрагивает тимус. Иногда последствием этого является развитие лимфом, в том числе Т-клеточных [62], а также поражение кожи типа дерматита, обусловленное ее усиленной инфильтрацией Т-клетками. Трансфекция гена
IL-7 бестимусным мышам nude приводит к восстановлению у них численности клеток за счет внетимусной дифференцировки [63].
Анализ последствий нокаута и трансфекции генов IL-7 и цепей его рецептора, а также изучение действия этого цитокина in vitro позволили реконструировать его роль в развитии тимоцитов. IL-7 в первую очередь является фактором выживаемости СD4-СD8- тимоцитов [29, 30], т.е. юных тимоцитов, в которых реализуется перестройка генов TCR, сопряженная с высоким риском развития апоптоза (поскольку обязательным элементом перестройки генов являются двуцепьевые разрывы ДНК, способные индуцировать апоптоз). Этот эффект IL-7 обусловлен индукцией экспрессии антиапоптотического фактора Bcl-2 [85]. Однако более широко известен ростовой эффект
IL-7. In vitro этот цитокин поддерживает пролиферацию тимоцитов [17, 48], действуя по преимуществу на юные CD3-CD4-CD8- клетки, а среди них - на CD44+ клетки [82, 83]. Основным источником IL-7 для CD44+CD25- тимоцитов служат фибробласты. В качестве его синергистов при этом могут выступать IL-2 и TNFa [5, 20]. С действием IL-7 на выживаемость и пролиферацию тимоцитов связывают его роль в b-селекции пре-Т-клеток и в положительной селекции тимоцитов [1].
Помимо этого, IL-7 может рассматриваться как дифференцировочный фактор, обусловливающий превращение CD44+CD25- клеток в CD44+CD25+ и затем в CD44-CD25+ клетки. Нарушение перехода CD44+CD25+тимоцитов на стадию CD44- клеток, наблюдающееся при отключении гена
a-цепи IL-7R, связывают с устранением действия цитокина TSLP, рецептор которого имеет общую a-цепь с IL-7R [40]. Дифференцировочный эффект IL-7 проявляется также в его участии во включении процесса перестройки генов TCR; его участие является ключевым для включения перестройки гена g-цепи [4, 34], тогда как при перестройке генов b- и d-цепей он может рассматриваться в качестве вспомогательного индуцирующего фактора [49, 77]. Предполагается, что связь IL-7 с перестройкой реализуется через его влияние на индукцию генов RAG-1 и RAG-2 [18].
Сведения о действии IL-7 на СD4+CD8+ и зрелые медуллярные тимоциты немногочисленны и отрывочны, его участие в процессе селекции не является строго доказанным фактом. Известно, что IL-7 вызывает пролиферацию Т-бластов и может рассматриваться как кофактор пролиферации покоящихся Т-клеток, действуя совместно с митогеном [88].
Ростовые факторы Т-клеток в тимусе
Выше отмечалось, что отключение генов a- и g(с)-цепей IL-7R затрагивает несколько более широкий спектр событий, чем отключение гена IL-7, и упоминалось о "собственных" эффектах цитокина TSLP, рецептор которого имеет с IL-7R общую a-цепь. Еще шире круг цитокинов, рецепторы которых содержат в своем составе g(с); к ним относятся IL-2, IL-4, IL-9 и IL-15 [20, 44]. С выключением их действия связан ряд нарушений в развитии CD4-CD8- клеток тимуса, а также внутритимусных NK-клеток.
Первоначально считалось, что одним из ведущих факторов развития тимоцитов является IL-2. Действительно, введение антител к IL-2 в органную культуру тимуса мыши приводит к снижению числа лимфоидных клеток в тимусе [81]. Аналогичный эффект наблюдается при введении таких антител развивающимся, а также облученным мышам [74]. При введении рекомбинантного IL-2 в органную культуру тимуса крысиных эмбрионов сначала увеличивалось содержание тимоцитов и регистрировалось их созревание. При введении на более длительный срок наблюдался противоположный эффект - тот же, что при введении антител к CD25: в обоих случаях снижается число тимоцитов, замедляется их созревание, изменяется репертуар abTCR и повышается содержания NK-клеток [81]. Наиболее выраженный ростовой эффект наблюдался при действии IL-2 на культуры тимуса, эксплантированного в начальный период после его заселения, а также в конце эмбрионального периода [81]. Показана также роль IL-2 в развитии зрелых CD8+ тимоцитов [50].
Однако у мышей с нокаутом генов IL-2 или a-цепи IL-2R развитие тимоцитов практически не страдает [69], что послужило основой для вывода о заменяемости функций IL-2 в тимусе и необязательности его участия в развитии тимоцитов. Тем не менее известно, что у мышей с инактивированным геном IL-2 регистрируются дефекты развития стромы тимуса, проявляющиеся в потере МНСII+ эпителиальных клеток коры [61]. Постепенно нарушается развитие тимоцитов: снижается численность CD4-CD8- и CD4+CD8+ клеток [61], нарушается структура популяции медуллярных тимоцитов с преобладанием CD8+CD4- клеток [55], а по профилю секретируемых цитокинов - Th1 клеток [33]. Наблюдается также снижение числа внутритимусных макрофагов [58]. Относительно действия IL-2 на апоптоз тимоцитов имеются противоречивые данные. С одной стороны, установлено, что IL-2 предотвращает развитие апоптоза тимоцитов, индуцированного антителами к CD3, и даже вызывает пролиферацию клеток, обработанных этими антителами [24]. С другой стороны, показано, что IL-2 участвует в индукции апоптоза CD4+CD8+ и CD4+CD8- тимоцитов; при апоптозе усиливается экспрессия a-цепи IL-2R и происходит интернализация IL-2, связавшегося с рецептором [8]. Генетически обусловленный дефицит IL-2 приводит к ослаблению отрицательной селекции, что проявляется в развитии аутоиммунных процессов. Ключевая роль внутритимусных событий при этом показана в опытах с отменой аутоиммунных последствий нокаута гена a-цепи IL-2R при трансфекции гена a-цепи IL-2R с ее экспрессией только в тимусе [57], а также при переносе нормальных зрелых Т-клеток.
В опытах на генетически модифицированных мышах показано, что еще один цитокин, в составе рецептора которого содержится g(с)-цепь, - IL-15 - влияет на развитие самых ранних проТ-клеток с фенотипом CD44+CD25- [57] и, кроме того, обеспечивает дифференцировку NK-клеток, в том числе тимусных, и поддерживает пролиферацию главным образом CD4-CD8+ тимоцитов [75]. Установлено, что IL-15, содержание которого в тимусе увеличивается с возрастом, причастен к атрофии тимуса: его введение ускоряет снижение численности кортикальных и медуллярных тимоцитов [71]; вероятно, этот эффект реализуется через действие на тимусные эпителиальные клетки (ТЭК).
Следующий цитокин, в рецепторе которого содержится g(с)-цепь, - IL-4 - также способен поддерживать пролиферацию тимоцитов, как юных (при прямом действии на них), так и зрелых (при действии совместно с активирующим агентом) [95]. Показана более высокая чувствительность gd+ тимоцитов к ростстимулирующему действию IL-4 [43]. Также он подавляет пролиферацию и дифференцировку тимоцитов в культуре тимуса мышиных эмбрионов 14 сут. развития [55]. При этом он проявляет синергизм с IL-2 [38].
По-видимому, таким же эффектом обладает еще один g(с)-зависимый цитокин - IL-9: антитела к его рецептору снижают, а сам IL-9 повышает число тимоцитов в органной культуре тимуса; его влияние сказывается главным образом на дифференцировке CD34+ клеток-предшественников, а также CD4-CD8- тимоцитов [18]. Возможное участие IL-9 в обеспечении пролиферации тимоцитов показано также на мышах с гиперэкспрессией трансгенного IL-9, у которых часто развиваются лимфомы тимуса [19].
Если Вы хотите прочесть статью целиком, заказывайте компакт-диск,
на котором Вы найдете ВСЕ статьи ВСЕХ номеров журнала за 2002 и 2003 годы!
Содержание | Следующая статья
|
Подпишитесь на журнал "Цитокины и Воспаление" он-лайн!
Обновление на книжной полке: компакт-диск Цитокины и воспаление, 2006 год.
Обновление на книжной полке: компакт-диск Цитокины и воспаление, 2007 год.
|
![[О компании] Издательство 'Цитокины и воспаление' - Журнал 'Цитокины и Воспаление'](/images/Logo.gif){kind=logo}
