БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ, 2010, том 27, № 1, с. 18-27
= ОБЗОРЫ
УДК 576.32/36.577.4
РЕГУЛЯЦИЯ АПОПТОЗА НЕЙТРОФИЛОВ ПРИ ДЕЙСТВИИ
ЛИПОПОЛИСАХАРИДОВ
© 2010 г. М. Г. Винокуров1, 2, М. М. Юринская1
Институт биофизики клетки РАН, 142290, Пущино, Московская обл. 2Пущинский государственный университет, 142290, Пущино, Московская обл., ул. Институтская, 3; факс: 8(4967)330509; электронная почта: mgvinokurov@rambler.ru Поступила в редакцию 08.07.2009 г.
Апоптоз нейтрофилов (polymorphonuclear neutrophils, PMN) человека играет ключевую роль в разрешении воспаления и может модулироваться различными агентами, среди которых липополисаха-риды (LPS), гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор, интерлейкин-8, фактор некроза опухолей а. Исследование молекулярных механизмов апоптоза показало, что в регуляции апоптоза PMN ключевая роль принадлежит клеточным рецепторам, каспазам, белкам семейств Bcl—2 и IAP, протеинкиназам (в частности митоген-активируемым протеинкиназам), также участвующим в трансдукции сигналов LPS. Настоящий обзор посвящен механизмам регуляции спонтанного и модулированного LPS апоптоза PMN.
Ключевые слова: нейтрофилы, апоптоз, сепсис, воспаление, липополисахариды.
Гибель клеток, наряду с процессами пролиферации и дифференцировки, играет важную роль в формировании и поддержании структурно-функционального постоянства как отдельных клеток и тканей, так и всего многоклеточного организма. Начиная с работ Керра [1], изучение механизмов гибели клеток привело к формированию современных представлений о двух основных формах гибели клеток — апоптозе (программируемая клеточная гибель) и некрозе [2, 3].
Работы последних лет показали универсальность механизмов апоптоза клеток различных многоклеточных организмов. Апоптоз является физиологическим механизмом удаления лишних или функционально поврежденных клеток, необходимым как для нормального развития организма в эмбриональном периоде, так и для поддержания тканевого гомеостаза у взрослых организмов. Нарушение механизмов регуляции апоптоза считается важным фактором патогенеза различных заболеваний, в том числе и воспалительных. Важная роль в воспалительных процессах принадлежит нейтрофилам (PMN) [4].
PMN — первичные эффекторные клетки острого воспаления, они вовлечены в патогенез различных заболеваний, в частности грамотрица-тельного сепсиса. При инфекции и повреждении тканей PMN покидают кровяное русло под действием хемоаттрактантов (интерлейкин 8 (IL—8), липополисахариды (LPS), С5а, формилирован-ные пептиды и др.) и мигрируют в ткани, где по-
средством фагоцитоза уничтожают клетки бактерий [4, 5].
РЫМ являются одной из самых многочисленных популяций циркулирующих лейкоцитов (от 40 до 70% лейкоцитов), они происходят от гемо-поэтических стволовых клеток костного мозга. После дифференцировки в костном мозге (~6 дней) РЫМ циркулируют в кровотоке в течение ~10—24 ч, после чего поступают в ткани, в которых могут дополнительно функционировать 1— 2 дня (по некоторым данным до 5 дней) до активации апоптоза [6]. За сутки в организме взрослого человека в циркуляцию поступает ~1011 клеток [7]. В физиологических условиях за это время такое же количество РЫМ погибает посредством апоптоза. Этот тип гибели — спонтанный (конститутивный) апоптоз — является основным путем регуляции клеточного гомеостаза в организме человека в отсутствие патологии [8]. Погибающие таким образом РЫМ впоследствии фагоцитируются тканевыми макрофагами, что, в свою очередь, обеспечивает невоспалительное удаление РЫМ из организма [3, 7]. При грамотрица-тельном сепсисе РЫМ продуцируют цитотокси-ческие соединения (активные формы кислорода (АФК) и компоненты гранул РЫМ), вызывающие значительное повреждение тканей или органов, с чем связывают осложнения этого и других заболеваний [9, 10].
Ингибирование апоптоза РЫМ происходит при бактериальной инфекции (грамотрицатель-ный и грамположительный сепсис), сердечно-со-
судистых и других заболеваниях [11, 12]. Наряду с поиском соединений, блокирующих связывание активаторов PMN со специфическими клеточными рецепторами, направленная регуляция апо-птоза PMN рассматривается как возможный терапевтический подход к коррекции указанных заболеваний [4, 11, 13].
К настоящему времени накоплен значительный объем знаний о влиянии различных факторов, модулирующих апоптоз PMN, получены данные о механизмах регуляции апоптоза этих клеток в норме и при патологических процессах. Модуляция апоптоза PMN внеклеточными факторами достаточно подробно описана в ряде обзоров. В частности показано, что апоптоз PMN ускоряется при действии цитокина IL-10, проста-гландина D2, гипертермии, фагоцитозе бактериальных клеток, воздействии H2O2, сфингозина, УФ-излучения. Задержку апоптоза вызывают провоспалительные цитокины, включая IL- 1р, IL-2, IL-15 и интерферон у, лейкотриен B4, фактор активации тромбоцитов, гранулоцитарный и гранулоцитарно-макрофагальный колониести-мулирующие факторы (G-CSF, GM-CSF), декса-метазон и другие глюкокортикоиды, LPS, анти-оксиданты [5]. Однако число работ, посвященных направленной модуляции апоптоза при грамот-рицательном сепсисе, невелико.
Апоптоз PMN может индуцироваться посредством различных механизмов. Среди типов гибели PMN в первую очередь выделяют спонтанный (конститутивный) апоптоз — внутриклеточный процесс, который и активируется преимущественно внутри клеток [8].
Морфологические изменения апоптозных PMN сопровождаются снижением функциональной активности клеток, которые теряют способность к стимулированной миграции, поглощению, хемотаксису, респираторному взрыву, секреторной де-грануляции [4, 5]. При развитии апоптоза изменяется экспрессия ряда клеточных рецепторов PMN; на наружной стороне клеточной мембраны появляется фосфатидилсерин; экспрессируются рецепторы CD35 и CD63, участвующие в распознавании апоптозных PMN фагоцитирующими макрофагами [3, 4].
ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЕ МЕДИАТОРЫ АПОПТОЗА PMN
Активные формы кислорода. Основным источником АФК в PMN является NADPH-оксидаза. Вместе с тем показана возможность независимого от NADPH-оксидазы образования супероксид-анион-радикала и H2O2 при активации каль-ций-активируемых низкопроницаемых калиевых каналов [14]. Источником АФК могут служить и митохондрии PMN [15]. Участие АФК в регуляции апоптоза подтверждается ингибированием
спонтанного апоптоза PMN глутатионом, катала-зой и ингибитором NADPH-оксидазы [5]. Действие АФК на апоптоз PMN может происходить несколькими путями: посредством генотоксиче-ского воздействия на ДНК с последующей активацией генар53 [16]; активации сигнального пути с участием р38МАРК (p38 mitogen-activated protein kinase) и фактора транскрипции кВ (Nuclear Factor kappa B, NF-kB); кластеризации Fas-ре-цептора (FS7-associated surface antigen (APO-1, CD95 — CD-cluster differentiation)); активации эн-донуклеазы G при отсутствии каспазной активности (каспазонезависимая гибель клеток) [17].
Каспазы. В передаче апоптозного регулятор-ного сигнала от рецепторов к факторам транскрипции важная роль принадлежит цистеин-со-держащим протеазам — каспазам [18]. Каспазоза-висимые пути апоптоза активируются, во-первых, при активации рецепторов фактора некроза опухолей а (TNFa) и Fas, во втором, каспа-зозависимом пути участвуют митохондрии. Снижение мембранного потенциала митохондрий приводит к выходу в цитоплазму проапоптозного фактора — цитохрома С, далее наблюдается образование апоптосомы и активация каспазы 9, а затем и каспазы 3 [8]. Роль каспаз в функционировании клеток не ограничивается только регуляцией "чистого" апоптоза. Одна из их функций связана с регуляцией процессов продукции про-воспалительных цитокинов, играющих важную роль в развитии воспаления. Установлено участие в этих процессах каспаз 1, 4, 5 [18]. Каспаза 1 участвует в продукции IL-1ß и IL-18 в PMN [19].
Семейства белков Bcl-2, IAP, 14-3-3. Из белков семейства Bcl-2 в PMN обнаружены проапоптоз-ные белки: Bak (BCL2-antagonist/killer), Bax (Bcl-2-associated X protein), Bcl-Xs (BCL2-like), Bik (BCL2-interacting killer), Bid (BH3 interacting domain death agonist) и антиапоптозные белки: Bcl-2 (B-cell CLL/lymphoma 2), Bcl-XL, Mcl-1, A1 [20— 22]. Спонтанный апоптоз PMN сопровождается внутриклеточным перераспределением Bax, его связыванием с митохондриями, образованием митохондриальной поры, падением мембранного потенциала митохондрий и выходом в цитоплазму цитохрома С с последующим образованием апоптосомы [15, 23, 24]. Важную роль в регуляции апоптоза, в котором участвуют митохондрии, играют белки семейства IAP (inhibitor apoptosis protein). В состав этого семейства входят белки cIAP-1, cIAP-2, XIAP (X-chromosome linked inhibitor apoptosis). В отличие от белков семейства Bcl-2 белки семейства IAP блокируют оба пути активации апоптоза — и митохондриальный, и Fas-рецептор-опосредованный, благодаря прямому связыванию и подавлению инициирующих и эффекторных каспаз. Белки IAP не только регулируют апоптоз, но и характеризуются большей функциональностью по сравнению с белками
Bcl-2, участвуя в клеточном цикле и убиквитини-ровании [25].
Белки 14-3-3 входят в семейство высококонсервативных фосфосерин/треонин-связываю-щих эукариотических регуляторных молекул, которые играют важную роль во многих ключевых биологических процессах, в том числе в сигнальной трансдукции, апоптозе, регуляции клеточного цикла, канцерогенезе, изменении функциональной активности клеток. Эти белки найдены почти во всех тканях. В настоящее время известны уже более 200 различных лигандов белков 143-3 [26]. Показана антиапоптозная роль белка 14-3-3Z в PMN [27].
Кальпаин. Кальпаины — семейство некаспаз-ных цистеиновых протеаз, которые активируются в изолированных PMN [28] и участвуют в активации проапоптозного фактора Bax, последующего выхода из митохондрий цитохрома С и активации каспазы 3 [29]. Кальпаин также инактивирует XIAP [30].
ВНЕКЛЕТОЧНЫЕ МЕДИАТОРЫ АПОПТОЗА PMN
Fas/Fas-лиганд-активированный апоптоз. В
противоположность спонтанному апоптозу PMN Fas-активируемый, модулируемый TNFa- и TRAIL (TNFa-related apoptosis-inducing ligand) апоптоз регулируется внеклеточн
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.