АНТИМИКРОБНЫЕ ПЕПТИДЫ ЖИВОТНЫХ КАК МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ФАКТОРЫ ИММУНИТЕТА
Кокряков В. И.1,2, Алешина Г.М.1, Берлов М.Н.1,2, Янкелевич И. А.1, Умнякова Е.С.1,2, Леонова Л.Е.2, Цветкова Е.В.2, Колобов А.А., мл.2, Меньшенин А. В.1, Курдюмова И. В.2
'НИИ экспериментальной медицины СЗО РАМН; 2Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург, Россия
Обзор посвящен изложению современной концепции об антимикробных пептидах как молекулярных факторах иммунитета человека и животных. На основании собственных и литературных данных обосновывается положение о том, что антимикробные пептиды фагоцитов и барьерных эпителиев (дефенсины, кателицидины и др.) являются молекулами, отобранными в эволюции и ответственными за инактивацию микроорганизмов. Наряду с этим они также участвуют в регуляции защитно-приспособительных реакций организма при инфекции, стрессе и воздействии неблагоприятных факторов окружающей среды, как непосредственно, благодаря хемотаксической активности, и способности дегранулировать тучные клетки, так и опосредованно, проявляя кортикостатическую и иммунопротективную активности.
Ключевые слова: антимикробные пептиды, дефенсины, кателицидины, врожденный иммунитет, иммуномодулирующая активность
За последние 25 лет в области исследований молекулярно-клеточных механизмов врожденного иммунитета произошло существенное обновление представлений о механизмах распознавания и элиминации инфекционных патогенов. Длительное время конкретные механизмы инактивации фагоцитированных или находящихся на поверхности слизистых и покровов микробов были неизвестны. В 1963 году H. Zeya и J. Spitznagel впервые из нейтрофилов морской свинки выделили пептидные факторы, обладающие прямым микробоцидным действием, которые определяли завершенность фагоцитоза [1]. Рассматриваемые исследования получили дальнейшее развитие в работах американской группы R. Lehrer, шведской H. Boman и французской J. Hoffmann. В нашей стране работы по изучению структуры и функций антимикробных пептидов были инициированы в 1970 году совместными усилиями лабораторий проф. И. П. Ашмарина (ЛГУ, ныне СПбГУ) и проф. В. Е. Пигаревского (НИИ экспериментальной медицины АМН СССР). В результате работ перечисленных исследовательских групп в настоящее время сформировалась современная концепция об антимикробных пептидах (дефенсины, кателицидины, цекропины, магей-
нин и др.) как молекулярных факторах, ответственных за реализацию эффекторной, в том числе киллерной, стадии защитных реакций врожденного иммунитета [2-4]. Идеологическая база этого направления исследований была заложена еще И. И. Мечниковым в его учении о бактерицидных соединениях лейкоцитарного происхождения, получивших название «цитаз», с которыми он связывал способность фагоцитов к внутриклеточной инактивации и перевариванию поглощенных микроорганизмов.
Поиски и структурно-функциональный анализ эндогенных антимикробных соединений нейтрофилов и моноцитов/макрофагов привели к открытию группы пептидных соединений, характеризующихся катионным характером своих молекул. Среди этих соединений наиболее изучены пептиды дефенсинового и катели-цидинового семейств. Дефенсины (от английского defense - защита, оборона) первоначально были выделены и охарактеризованы по структурным и функциональным свойствам из ней-трофилов морской свинки, кролика, крысы и человека [4]. Первичная структура дефен-синов (например, дефенсин человека HNP-1: ACYCRIPACIAGERRYGTCIYQGRLWAFCC) характеризуется рядом физико-химических
свойств, среди которых необходимо отметить высокое содержание остатков основных аминокислот (аргинин, лизин, гистидин), обусловливающих положительный заряд этих молекул, и наличие шести остатков цистеина, которые формируют три внутримолекулярных дисуль-фидных мостика, важных в поддержании функционально значимой третичной структуры пептидов, характеризующейся пространственным разобщением положительно заряженных и гидрофобных боковых групп аминокислотных остатков. Именно амфипатический характер строения дефенсиновых молекул определяет тропность этих соединений к отрицательно заряженным компонентам оболочек микробных клеток (липополисахариды, липотейхоевые кислоты, кислые фосфолипиды) и их последующее внедрение в двойной липидный слой клеточных мембран за счет гидрофобных взаимодействий с липофильными хвостами жирных кислот фосфолипидов. Перфорация мембран микроорганизмов приводит к нарушениям ионного гомеостаза и функционирования дыхательной цепи клеток. Есть основания считать, что рассматриваемые повреждения в структуре микроорганизмов являются не единственными, дополнительный вклад в инактивацию бактерий и грибов под воздействием дефенси-нов вносят процессы блокирования репликации, транскрипции, трансляции и белкового фолдинга. Именно способность дефенсинов и родственных им соединений одновременно воздействовать на многочисленные мишени в клетках микроорганизмов определяет эффективность их киллерного (инактивирующего) действия в микромолярных концентрациях.
Нашим авторским коллективом в совместных исследованиях с американской группой R. Lehrer и немецкой группой R. Hoffman впервые были выделены и изучены по структурно-функциональным свойствам а-дефенсины из нейтрофилов крови обезьяны павиан-гамадрил Papio hamadryas [5] и изоформы 0-де-фенсинов из лейкоцитов крови обезьян макак-резус Macaca mulatta и P. hamadryas [6-7], в-дефенсины лейкоцитов крови курицы Gallus gallus [8] и болотной черепахи Emys orbicularis [9]. Проведенные исследования, наряду с данными литературы о дефенсинах моллюсков и насекомых [10], свидетельствуют о том, что пептиды дефенсинового суперсемейства (де-фенсины насекомых, а-, в- и 0-дефенсины) являются наиболее распространенной в эволю-
ции животного мира группой антибиотических пептидов. Об этом же свидетельствует осуществленная совместно с группой Т. В. Овчинниковой (Институт биоорганической химии, Москва) работа по изучению антимикробных пептидов медузы Aurelia aurita. Выделенный нами пептид аурелин по своим структурным свойствам имеет некоторые черты сходства (положительный заряд молекул, три дисульфид-ных мостика) как с дефенсинами насекомых, так и с нейротоксическими пептидами беспозвоночных [11]. Необходимо подчеркнуть, что, наряду с пептидами дефенсинового суперсемейства, у каждого исследованного в настоящее время вида выявлены дополнительно характерные только для них антимикробные пептиды. Остается непонятным вопрос о биологической значимости видоспецифичности паттернов антимикробных пептидовживотных, поскольку они часто различаются для видов, сосуществующих в одной экологической нише и контактирующих со сходными патогенами. Среди антимикробных пептидов, не относящихся к суперсемейству дефенсинов, наиболее распространены у насекомых цекропины [3], а у позвоночных, особенно у класса млекопитающих, кателицидины [12]. Последняя группа пептидов характеризуется существенной вариабельностью первичных и пространственных структур зрелых (mature) пептидов, хотя все они образуются из молекул-предшественниц, содержащих высококонсервативный катели-новый домен, отщепляемый в ходе посттрансляционного процессинга. Нами были открыты следующие представители этого семейства: протегрины и профенины свиньи [13-14], бактенецины козы и овцы [15-16]. Несмотря на разнообразие их первичных структур, все эти пептиды являются катионными молекулами и основным механизмом их антимикробного действия, как и в случае с дефенсинами, является воздействие на цитоплазматическую мембрану и блокада ключевых метаболических процессов микробных клеток [2, 17].
Как показано исследованиями последних 15 лет, рассматриваемые антимикробные пептиды, открытые как эндогенные антибиотические молекулы, наряду с этой своей основной активностью, обладают дополнительно широким спектром функциональных свойств. В этом принципиальное отличие антибиотических пептидов животного происхождения от большинства конвенциональных анти-
биотиков (пенициллин, стрептомицин и др.). Некоторые изоформы ß-дефенсинов и кате-лицидин LL-37 человека в наномолярных концентрациях проявляют хемотаксическую активность в отношении незрелых дендритных клеток, моноцитов, нейтрофилов, некоторых Т-лимфоцитов. Существенно важно, что хе-мотаксическая активность ß-дефенсинов в отношении незрелых дендритных клеток реализуется по лиганд-рецепторному механизму (взаимодействие ß-дефенсина^ как лиганда с рецептором CCR6), а кателицидина LL-37 - через взаимодействие с FPRL-1 на нейтрофилах, моноцитах, дендритных и тучных клетках [18]. Рассматриваемые взаимодействия являются стереохимически зависимыми, что отличает их от взаимодействия антимикробных пептидов с мембранами клеток-мишеней. Важными для формирования иммунного ответа можно считать способности дефенсинов и кателицидинов дегранулировать тучные клетки и ускорять превращение про-IL-lß в зрелую, секретируемую клетками форму IL-1ß на уровне инфламмосом [19]. Для а-дефенсинов нейтрофильных гра-нулоцитов человека исследовательская группа J. Oppenheim установила адъювантную активность, проявляющуюся в усилении процесса антителообразования при совместном введении с антигенами [18]. Нами еще в 1993 году на модели экспериментального стресса у мышей впервые была продемонстрирована способность парентерально вводимых экзогенных дефенсинов кролика отменять иммуносупрес-сию (антителообразование на эритроциты барана) [20]. Эти наблюдения были в дальнейшем подтверждены в экспериментах на крысах. Выявленный феномен может быть объяснен как прямым рецептор-опосредованным действием дефенсинов на клетки иммунной системы, так и взаимодействием дефенсинов с рецептором адренокортикотропного гормона на клетках коркового слоя надпочечников, приводящим к снижению секреции глюкокортикоидов (кор-тикостатическое действие) и отмене иммуно-супрессии (иммунопротективное действие). Таким образом, представление об антимикробных пептидах как ведущих молекулярных противомикробных факторах развилось в настоящее время в концепцию об эндогенных физиологически активных веществах, обладающих, наряду с антибиотической, широким спектром иммуномодулирующей акт
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.