Милованов А.П.

Лаборатория патологии женской репродуктивной системы НИИ морфологии человека РАМН, Москва

Фокина Т.В.

Лаборатория патологии женской репродуктивной системы ФГБУ "НИИ морфологии человека" РАМН, Москва

Определяющее значение конституциональных интерферонов в онтогенезе человека и животных

Журнал: Архив патологии. 2018;80(6): 68-72

Просмотров : 56

Загрузок :

Как цитировать

Милованов А. П., Фокина Т. В. Определяющее значение конституциональных интерферонов в онтогенезе человека и животных. Архив патологии. 2018;80(6):68-72. https://doi.org/10.17116/patol20188006168

Авторы:

Милованов А.П.

Лаборатория патологии женской репродуктивной системы НИИ морфологии человека РАМН, Москва

Все авторы (2)

Прошло 60 лет с тех пор, когда в 1957 г. сотрудники Лондонского национального института вирусологии A. Isaacs и J. Lindermann [1] объяснили причину интерференции: после заражения слабым вирусом одного типа клетки становились невосприимчивыми к действию других, более опасных вирусов. Авторами выделен особый белок, прерывающий репликацию (размножение) вирусов и названный интерфероном (IFNś) (от англ. interfere — мешать). К настоящему времени быстро развивающееся учение об IFN стало самостоятельным разделом биологии и медицины — интерферонологией.

В соответствии с аминокислотной последовательностью, специфическими рецепторами и набором стимулирующих генов составлена текущая классификация IFN [2, 3], включающая тип I из IFNα с множеством рекомбинантных вариантов, IFNβ и 6 подтипов, включая IFN-tau; тип II — единственный представитель IFNγ и тип III — IFNλ с тремя подтипами. Если в международный медицинский поисковик PubMed ввести ключевое слово Interferon, то с 1980 г. обнаруживается около 120 000 источников, посвященных вирусиндуцированным и противоонкогенным IFN и применению их в практической медицине. В этом информационном потоке весьма скромное место занимают исследования так называемых физиологических, или конституциональных, IFN, не связанных с предварительным вирусным или онкогенным воздействием на клетки. Потенциально именно они играют определяющую роль в онтогенезе, включая эмбрио- и фетогенез, антенатальное, постнатальное и дальнейшее развитие человека. Однако в литературе представлены лишь публикации, в которых приведены фрагментарные сведения о конституциональных IFN в отдельных стадиях развития, органах и системах.

Цель обзора — представить обобщающую концепцию разной роли конституциональных IFN по стадиям онтогенеза человека и животных.

Исторические предпосылки и дефиниции

Первые 30 лет с момента открытия IFN были посвящены исключительно изучению механизмов вирусного воздействия на клетки и продукции ими антивирусных белков. Робкие попытки обозначить наличие IFN в неинфицированных плацентах мышей [4] подвергались резкой критике. Так, D. Barlow и соавт. [5] утверждали, что в нативных тканях эмбрионов мышей производство IFN отсутствует, но при инфицировании вирусами матерей они появляются. Однако идеи о возможности продукции IFN в неинфицированных клетках и тканях «пробивали себе дорогу». Выдающаяся роль в этом плане принадлежит итальянскому физиологу V. Bocci [6], который представил гипотезу о том, что в кишечнике и бронхоассоциированной ткани легких непрерывно производятся IFNγ и другие цитокины. В дальнейших исследованиях [7, 8] представлены убедительные данные о существовании природных регуляторных молекул IFN, которые реально влияют на регуляцию клеточного роста, дифференцировку и другие аспекты физиологии клеток. Постепенно сформировалось понятие «конституциональные, или физиологические, природные, эндогенные, базальные IFN», в основном I и ΙΙ типов; они продуцируются в небольших количествах во многих клетках организма при достоверном отсутствии вирусного или онкогенного воздействия. Дальнейшее изложение касается обнаружения конституциональных IFN на стадиях онтогенеза.

Роль интерферонов на стадии бластоцисты и имплантации

Долгое время не было данных о роли IFN на ранних стадиях развития. Только в 1983 г. F. Bazer, N. First [9] выявили белок с массой 18 kDa у овец с максимальной концентрацией с 1-й по 3-ю неделю беременности. В дальнейшем уточнено, что он относится к IFN Ι типа и был обозначен как IFN-tau. Оказалось, что он синтезируется трофоэктодермой — поверхностным клеточным слоем бластоцисты. IFN-tau признан главным сигнальным белком для установления беременности у копытных животных (овцы, козы, крупный рогатый скот). У человека этот IFN и его ген отсутствуют [10].

На стадии имплантации у мышей и человека важную роль играет IFN ΙΙ типа IFNγ, относящийся к провоспалительным цитокинам. В обзоре S. Murphu и соавт. [11] показано, что основными продуцентами этого IFN являются маточные клетки-киллеры, которые участвуют в подготовке эндометрия в позднесекреторной фазе цикла и резко активизируются в начале беременности, участвуя в становлении врожденного иммунитета. В последние годы IFNγ интенсивно изучается в плане инициирования эндометрия, участия в ремоделировании кровеносных сосудов. Кроме его существенной роли в успешной беременности, активно обсуждаются нарушения синтеза этого интерферона при осложнениях, таких как снижение массы плода и преэклампсия.

Материнские и плацентарные интерфероны

В отечественной литературе широко используется понятие репродуктивной системы, которая объединяет все органы, включающиеся в течение физиологической беременности: материнский организм → плацента → эмбрион → плод → новорожденный. Возвращаясь к проблеме конституциональных IFN, следует отметить малый объем знаний о состоянии материнского организма. Считается, что в крови небеременных женщин и матерей содержится небольшое количество (или совсем нет) IFNα [12]. Других подобных данных не обнаружено. Значительно больше информации оказалось о промежуточном органе — плаценте.

Одно из первых таких исследований осуществила французская группа во главе с P. Duc-Goiran [13]. С помощью электрофореза в полиакриламидном геле плацентарной крови, взятой между 37-й и 40-й неделей нормальной беременности, обнаружены IFN I типа (IFNα и IFNβ) с молекулярной массой от 15 до 80 kDa. Авторы подчеркивали, что эти конституциональные IFN играют важную роль в развитии плода. В дальнейшем при использовании иммуногистохимических методов на парафиновых срезах удалось определить клетки-продуценты IFN. По данным A. Howatson и соавт. [14], иммуноэкспрессия IFNɑ обнаружена в покровном эпителии — синцитиотрофобласте ворсин. Такое же иммунораспределение IFNα и чуть слабее IFNβ выявили другие авторы [15—17]. По их данным, максимальная иммуноэкспрессия IFNα фиксировалась в I триместре и заметно уменьшалась в конце беременности.

Особый интерес представило исследование группы T. Fink и соавт. [18]; из экстракта ворсин плаценты человека были выделены три новых варианта IFNα; первый характеризовался в сравнении с IFNɑ замещением аминокислоты аргинина Cys99Arg на аминокислоту 10 с С-концевой делецией. Это привело к серьезному снижению противовирусного и антипролиферативного потенциала. Второй вариант отличался заменой Glu32Tyr и таким же уменьшением противовирусных и антипролиферативных свойств. В третьем варианте произошло замещение Ser25Pro в N-концевой части и две замены в С-концевой части белка — Arg126Gly и Ala140Gly. Все три варианта объединены в особый плацентарный прототип IFNα13, который, несомненно, участвовал в физиологических взаимоотношениях матери и плода.

Следовательно, получена доказательная база о синтезируемых плацентой человека IFN, в том числе нового подтипа IFNα13, которые считаются конституциональными, поскольку возникают при физиологической беременности. Вероятно, следует признать специфику плацентарных IFN, не учитываемых пока в классификациях этого обширного семейства.

Эмбриональные и плодные интерфероны

Следующим важным шагом в признании конституциональных IFN стало их обнаружение у эмбрионов, плодов мышей и человека. Подобные публикации появились в 80—90-е годы прошлого века одновременно в разных странах. Отечественная группа вирусологов во главе с В.В. Малиновской [19, 20] провела фундаментальные исследования особенностей онтогенеза IFN у мышей. Клетки плодов и новорожденных мышей продуцировали незрелый IFN (нIFN), который отличался по физико-химическим свойствам (молекулярная масса 45 kDa) от взрослого типа (вIFN), содержавшего две субъединицы соответственно 32—45 и 25—30 kDa у половозрелых животных. По-видимому, различным вариантам мышиных IFN присущи специфические, в том числе обусловленные гестационным возрастом, физиологические функции, направленные на регуляцию клеточной дифференцировки. Эти данные обобщены в двух последующих обзорах В.В. Малиновской [21, 22].

Близкие результаты и дальнейшая детализация IFN представлены при исследовании на других животных — сирийских хомячках в работе J. Greene, P. Tso [23]. Они исследовали in vitro клетки от 9- и 13-дневных плодов и получили продукцию IFN разных свойств. Ранний, или эмбриональный, IFN имел молекулярную массу 26 kDa, а 13-дневный — 21 kDa. Первый (эмбриональный) тормозил пролиферацию эмбриональных клеток, в частности лишь незначительно влиял на дифференцировку эмбриональных преадипоцитов в зрелые жировые клетки. Второй вариант не влиял на пролиферацию эмбриональных клеток либо сдерживал дифференцировку преадипоцитов. Кроме того, установлено, что у 9-дневных эмбрионов количество клеток-продуцентов IFNα было в 10—12 раз больше, чем у 13-дневных плодов.

Согласно данным P. Duc-Goiran и соавт. [24], в эмбриональные сроки у мышей выявлены максимальные молекулярные массы IFNα порядка 40—70 kDa, в то время как ближе к рождению эти показатели уменьшались до 12—22 kDa. У плодов и новорожденных мышей IFNα чаще обнаруживался в разных типах эпителия (кожа, эпендима желудочков мозга, кишечник).

Более интересна представленная информация о продукции IFN у плодов человека. В работе N. Khan и соавт. [25] изучены материалы медицинских абортов и аутопсий с 12—25-недельных плодов без признаков бактериально-вирусных инфекций. Оказалось, что продукция IFNα с помощью иммуногистохимического метода подтверждена лишь на 9-й неделе гестации в макрофагах печени (клетки Купфера), а позднее — в коре надпочечников, хориальном сплетении мозга. Авторы подчеркивают, что существует конституциональное (базальное) производство IFN в макрофагах различных органов плода.

В другом исследовании [26] использованы антитела к рецептору I класса IFN (IFNαR3) у плодов человека с 8-й по 20-ю неделю. Он обнаружен в печени, поперечнополосатых мышцах, эпидермисе кожи, почечных канальцах и в разных видах эпителия (бронхи, кишечник и поджелудочная железа). Это подтверждает продукцию IFN в этих клетках.

Интерфероны у новорожденных и младенцев

В настоящее время доминирует представление о том, что способность к продукции IFNɑ/β снижена у новорожденных в сравнении с эмбриональным периодом и взрослыми лицами. Так, в системе клеток новорожденных мышей частично сохранялся незрелый IFNɑ, свойственный эмбрионам [19, 20] и отличавшийся от аналогичного IFN взрослых мышей. В сумме уровень IFN снижен у новорожденных особей, что позволило говорить о наличии возрастной регуляции интерфероногенеза [21, 22]. Согласно обзору Л.И. Королевой [27], показатели состояния семейства IFN новорожденного ребенка зависят не только от вирусно-бактериальных причин, но и многих других особенностей течения беременности, что объясняет противоречивый характер соответствующих данных.

Среди многих биологических объектов перспективным представляется изучение мононуклеарных клеток пуповинной крови с их последующим культивированием [28]. Эти авторы с помощью твердофазного иммуноферментного анализа (ELISA) определили концентрацию IFNα в крови пуповины и периферической крови у 2-, 6- и 18-месячных детей в сравнении со взрослыми женщинами-донорами. Оказалось, что у новорожденных продукция IFN возросла достаточно быстро уже ко 2-му месяцу жизни, но на протяжении последующих 18 мес оставалась ниже, чем у взрослых. Если уровень IFNα составил в крови доноров 118,93±30,8 пг/мл, то в мононуклеарах пуповинной крови новорожденных всего 6,35±1,37 пг/мл, ко 2-му месяцу — 44,40±7,7 пг/мл, к 6-му месяцу — 43,27±12,3 пг/мл и к18-му месяцу — только 58,33±23,7 пг/мл.

Таким образом, представленные результаты подтверждают незрелость иммунной системы новорожденных и младенцев, в том числе и в отношении семейства IFN, что имеет прямое отношение к восприимчивости к инфекциям в данном возрасте.

Интерфероны во взрослом организме

Принципиальное значение для доказательства концепции онтогенеза конституциональных IFN имеет их обнаружение и распределение у взрослых мышей и здоровых людей. Так, по данным бельгийских ученых V. van Pesch, T. Michiels [29], из неинфицированной культуры клеток взрослой мыши выделены три неспецифических гена, экспрессирующих IFNα. Два из них соответствовали псевдогенам, и их транскрипты обнаружены в тимусе, селезенке, почках и спинном мозге в низких концентрациях. Третий ген — мышиный IFNα обладал необычными свойствами. Во-первых, он выявлялся без участия интерферонрегулирующего фактора (IFNR7), во-вторых, содержал два сайта N-гликозилирования в отличие от других подтипов мышиных IFN.

В отдельных публикациях представлена информация о наличии конституциональных IFN в органах умерших людей. По данным французских вирусологов M. Tovey и соавт. [30], обследованы органы лиц, умерших в результате неудачной трансплантации, и кровь здоровых доноров. Методами РНК-гибридизации IFNα1 и IFNα2 обнаружены в селезенке, почках, печени и лейкоцитах периферической крови. Однако IFNβ там отсутствовал, а IFNγ выявлен лишь в одном образце ткани селезенки. Количественная оценка материала показала, что относительно большое число клеток, продуцирующих IFNα1, отмечено только в селезенке, в остальных органах их было очень мало (≤0,03 транскрипта на 1 клетку). Кроме того, обнаружен особый набор генов для продукции конституциональных IFN, он отличался от набора включающих генов при вирусном воздействии.

Объемную работу по изучению распределения иммуноэкспрессии IFNα в нормальных тканях человека осуществила группа британских ученых [31]. Они исследовали 36 различных органов, используя операционные биопсии и аутопсии умерших без признаков вирусно-бактериальных и онкологических заболеваний. В большинстве органов были обнаружены тканевые гистиоциты, иммуноположительные к IFNα (клетки Купфера, альвеолярные макрофаги, клетки сосудистого сплетения оболочек мозга, макрофаги лимфатических узлов, фолликулярные клетки щитовидной железы), а также эндокринные клетки гипофиза и надпочечников. Исключением стали лишь клетки головного мозга. Присутствие IFNα в органных макрофагах наглядно свидетельствует о системном характере распространения конституциональных IFN. Подтверждаются данные V. Bocci [32] о том, что продукция эндогенных цитокинов и IFN преобладает в тех органах, которые прямо или косвенно контактируют с внешней средой либо с латентным бактериальным микроокружением: это лимфоидная ткань, ассоциированная с бронхиолами легких, кожей, протоками и кишечником.

Как интерферонпродуцирующие клетки соотносятся или взаимодействуют с влиянием более опасной вирусно-бактериальной инфекции?

В 2006 г. японские исследователи A. Takaoka, H. Yanai [33] представили гипотезу о том, что конституциональную слабую сигнализацию IFNɑ/β можно образно сравнить с двигателем гоночного автомобиля, предназначенного для быстрого ускорения. Наличие небольшого количества базовых клеток-продуцентов конституциональных IFN соответствует этой роли и обеспечивает их гиперфункцию для аварийной ликвидации опасных вирусов. В дальнейшем австралийские и сингапурские ученые [34] представили более полное описание молекулярных событий, происходящих в клетках, дающих слабую концентрацию конституциональных IFN и названных аутокринной грунтовкой (priming) клеток. Другие клетки без присутствия небольших концентраций IFN I типа способны лишь на первичные, но ослабленные ответы. При условии интерфероновой грунтовки базовые клетки сразу осуществляют гиперпродукцию ряда цитокинов (IL-6, IL-10 и M-CSF), а также IFNα/β, IFNγ. Они используют единый, уже освоенный путь транскрипции в цитоплазме клеток STAT1, который направлен на противовирусную активность.

Заключение

Особенности онтогенеза интерферонов

Представленных данных достаточно для обоснования обобщающей концепции специфической роли IFN на разных стадиях онтогенеза человека и животных. Несомненным фактом является значительная продукция особых IFN с молекулярной массой около 45 kDa у эмбрионов мышей [20, 21] и 26 kDa у эмбрионов сирийских хомячков [23], в то время как у взрослых особей значение массы было достоверно ниже. По мнению T. Chard и соавт. [12], органы плода человека, плацента и оболочки «пронизаны» IFNα. Первые интерпретации этого феномена касались ранней противовирусной защиты, т. е. традиционной оценки роли IFN. Если сопоставить максимальные концентрации необычных по составу IFNα/β со временем появления закладок и дальнейшего развития основных органов эмбрионов, то становится очевидным участие этих IFN в гистогенезе, т. е. в дифференцировке клеток и тканей. В этом же ключе следует рассматривать интенсивную продукцию IFNα/β в синцитиотрофобласте ворсин плаценты. Одновременно IFNγ участвует в становлении врожденного иммунитета и других важных функций маточно-плацентарной области.

В позднем фетальном периоде и у новорожденных интерфероногенез ослабевает и постепенно переходит на взрослые типы IFNα/β. Начало нового умеренного подъема концентрации этих IFN отмечено только ко 2-му году жизни ребенка, но он не достигает взрослого уровня. Представленные иммуногистохимические доказательства в разных органах взрослых людей убеждают в наличии разветвленной сети клеток, в основном макрофагов, продуцирующих в небольшом количестве конституциональные IFN. Они необходимы как подготовительная реакция клеток для быстрого и адекватного по объему ответа на вирусную инфекцию. Вероятно, эта важная функция IFN постепенно ослабевает в старости, что, по мнению V. Bocci [32], способствует более частному возникновению опухолей и аутоиммунных заболеваний в пожилом возрасте.

Таким образом, конституциональные IFN играют важную, специальную роль в зависимости от стадии онтогенеза: максимальную в эмбрио- и фетогенезе человека и животных и фоновую или упреждающую у взрослых особей для полноценной их продукции клетками при вирусном или онкогенном поражении. К сожалению, основные публикации по онтогенезу системы IFN выполнены в 80—90-е годы прошлого века, в последнее время их число уменьшилось. Необходимо увеличить их количество и качество, поскольку конституциональная интерферонология имеет фундаментальное значение для многих отраслей медицины.

Участие авторов:

Композиция и дизайн — А.П.М., Т.В.Ф.

Сбор и обработка литературы — Т.В.Ф.

Написание текста и редактирование — А.П.М.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Сведения об авторах

Милованов Андрей Петрович – д-р мед. наук, проф., гл. науч. сотр. лаб. патологии репродукции; e- mail: a_p_milovanov@mail.ru; https://orcid.org/0000-0001-8804-0258

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail