Рассеянный склероз (РС) — прогрессирующее иммуновоспалительное заболевание центральной нервной системы (ЦНС), характеризующееся очаговым и диффузным повреждением миелиновой оболочки, олигодендроцитов и аксонов [1].

Этиология РС остается неизвестной, но общепризнано влияние на инициацию патологических процессов при этом заболевании особенностей структуры и экспрессии генов, прежде всего гена HLADRB1 главного комплекса гистосовместимости, а также эпигенетических факторов при сочетании с экологическими факторами риска и инфекциями [1].

Патологические процессы при РС во многом зависят от влияний цитокинов, регулирующих иммунологическую реактивность [2]. В связи с этим фармакологическая коррекция продукции цитокинов и/или их связывания с рецепторами на клетках-мишенях является одной из составляющих стратегии лечения РС [3]. С другой стороны, интенсивно изучается возможность практического использования различных цитокинов в качестве биомаркеров активности этого заболевания [4].

Значимыми стимулами иммунного воспаления при РС являются взаимодействия фактора некроза опухоли-α (TNF-α, TNFSF2) со специфическими рецепторами на клетках иммунной системы и ЦНС [5, 6]. В то же время имеются свидетельства физиологических влияний TNF-α в ЦНС, а также нейропротективных эффектов этого цитокина при РС.

В обзоре анализируются данные об эффектах TNF-α в ЦНС, полученные в клинических наблюдениях и экспериментальных исследованиях, доказательства вовлеченности этого цитокина в патогенез РС. В свете современных представлений о механизмах действия TNF-α рассматриваются возможные причины неудач неселективного фармакологического подавления эффектов TNF-α при РС.

Согласно современной концепции, в патогенезе РС выделяют процесс иммунного воспаления и демиелинизации и процесс нейродегенерации, который играет ключевую роль в прогрессировании РС и развитии необратимой инвалидизации пациентов [7].

Инициация иммунопатологических процессов, включающая активацию CD4⁺ Т-лимфоцитов, происходит, главным образом, вне ЦНС при взаимодействии Т-лимфоцитов и аутоантигенов, связанных с молекулами HLA II класса на антиген-презентирующих дендритных клетках [8, 9]. После этого под действием цитокинов (IL-12, IL-23 и др.) происходит дифференцировка T-лимфоцитов в T-хелперы (Th1, Th17 и Th2), регуляторные Т-клетки (Treg), секретирующие соответственно про- и противовоспалительные цитокины [8, 9]. Предполагается, что один из основных механизмов активации аутореактивных T-клеток связан с молекулярной мимикрией во время бактериальной или вирусной инфекции, обусловленной совпадением коротких последовательностей аминокислот в молекулах аутоантигенов и белков возбудителей инфекции [10]. Наиболее часто узнаваемыми аутореактивными T-клетками являются аминокислотные последовательности в белках миелина [11].

Следующий этап патологического процесса включает проникновение аутореактивных T-лимфоцитов через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ). Определяющую роль в этом процессе играет увеличение экспрессии эндотелием ГЭБ и клеточными элементами головного мозга (макрофагами, микроглией, астроцитами) цитокинов из семейств молекул адгезии — селектинов, хемоаттрактантов, хемокинов, а также интегринов — молекул межклеточного взаимодействия (ICAM-1), молекул сосудистой адгезии (VCAM-1) [12].

Проникшие в ЦНС аутореактивные Th1-лимфоциты и вторично активированные макрофаги, клетки микроглии выделяют провоспалительные цитокины — интерферон-γ, лимфотоксин, TNF-α, IL-1 В, IL-10, активные формы кислорода, которые вызывают развитие ограниченной воспалительной реакции [8]. Проникновение клеток иммунной системы в ЦНС сопровождается разрушением матриксными металлопротеиназами коллагена соединительнотканных элементов кровеносных сосудов и, как следствие, увеличением проницаемости ГЭБ [13].

Активация CD4⁺ T-клеток сочетается с привлечением в ЦНС и активацией B-клеток [14—16]. При этом определенная комбинация цитокинов, присутствующих в ЦНС у пациентов с РС, может индуцировать специфический ответ В-клеток. Эти клетки участвуют в презентации антигенов CD4⁺ Т-клеткам через молекулы HLA класса II, после дифференцировки в плазматические клетки продуцируют аутоантитела, способные вызывать гибель олигодендроцитов, демиелинизацию посредством антителозависимой клеточной цитотоксичности и активации комплемента. И, наконец, В-клетки экспрессируют цитокины, такие как IL-6, TNF-α и др., вовлеченные в патогенез РС [14—16].

В очагах РС обнаруживаются CD8⁺ T-клетки (или цитотоксические T-клетки), которые также могут повреждать клетки ЦНС путем производства цитотоксических медиаторов, таких как перфорин и гранзим B [17]. Большинство очагов РС содержат инфильтрирующие В-клетки различных типов, включая В-клетки памяти, лимфобласты и плазматические клетки, с отложением антител [14, 15].

Предполагают, что имеется ряд механизмов перехода от обострения к ремиссии Р.С. Один из механизмов связан с повышением системной продукции противовоспалительных цитокинов, локальным уничтожением аутореактивных лимфоцитов путем апоптоза и др. [18, 19]. И напротив, поддержание иммунного воспаления обусловлено нарушениями процесса апоптоза аутоагрессивных лимфоцитов, вызванными, в частности, дисбалансом про- и противоапоптотических цитокинов как в крови, так и в ЦНС больных РС [18—20].

Таким образом, на инициацию, персистирование патологических процессов при РС, прогрессирование этого заболевания существенное влияние оказывают цитокины. Изменения продукции и эффектов цитокинов при РС специалисты характеризуют как «цитокиновый шторм» [2, 19]. При этом TNF-α является одним из цитокинов, который опосредует взаимодействие между клетками иммунной системы и во многом определяет реакцию иммунной системы в целом.

Плейотропный цитокин TNF-α функционирует в двух биоактивных формах: трансмембранном TNF-α (tmTNF-α), который оказывает эффекты на клетки-мишени при межклеточном контакте, и растворимом TNF-α (solTNF-α). Высвобождение solTNF-α из клетки-продуцента происходит после регулируемого протеолиза tmTNF-α с участием TNFα-превращающего фермента (TACE/ADAM17) [21].

В норме TNF-α продуцируется в ЦНС нейронами [22]. Воспалительные стимулы, такие как липополисахарид и провоспалительные цитокины, индуцируют продукцию TNF-α другими типами клеток ЦНС — астроцитами [23], эпендимными клетками сосудистого сплетения [24] и микроглией [25]. Основными продуцентами TNF-α при РС являются активированные макрофаги, астроциты, микроглия и, в меньшей степени, активированные Т-лимфоциты.

В экспериментах [26] на трансгенных мышах было показано, что tmTNF-α и solTNF-α выполняют разные функции: tmTNF-α опосредует множество «полезных» влияний TNF-α в ЦНС и не оказывает системных воспалительных эффектов, характерных для solTNF-α.

Кроме того, дивергенция эффектов TNF-α происходит и на уровне рецепции этого цитокина клетками-мишенями. Передача сигнала TNF-α клеткам-мишеням осуществляется через мембранные рецепторы двух типов: TNFR1 (CD120a, 55 кДа; кодируется TNFRSF1A) и TNFR2 (CD120b, 75 кДа; кодируется TNFRSF1B). Эти рецепторы различаются не только по структуре, но и по особенностям регуляции экспрессии, сродству к лиганду и внутриклеточным сигнальным путям [26]. По данным исследования L. Probert [26], tmTNF-α передает сигналы преимущественно через TNFR1 и TNFR2, тогда как solTNF-α — через TNFR1.

TNFR2 экспрессируется, главным образом, на иммунокомпетентных клетках, тогда как TNFR1 может быть экспрессирован практически на всех клетках, включая нейроны [27, 28]. Оба типа рецепторов могут существовать в мембраносвязанной и свободной растворимой форме (sTNFR). Последняя образуется в результате шеддинга — «сбрасывания» с поверхности клеток внеклеточного фрагмента мембраносвязанной формы рецепторов. Считается, что sTNFR в высокой концентрации может ингибировать, а в низких концентрациях — пролонгировать эффекты TNF-α [29].

По мнению ряда авторов [30—32], через TNFR2 модулируется активность T-клеток. Эффекты TNF-α, опосредованные этим типом рецепторов, включают активацию и пролиферацию наивных клеток и Т-клеток памяти, индукцию апоптоза эффекторных Т-клеток, усиление накопления регуляторных клеток CD4⁺ Treg, подавляющих активацию аутореактивных Т-клеток.

TNFR2 в клетках-мишенях активирует в основном не связанные с воспалением специфические процессы через PKB/Akt и NF-κB [30—32], а TNFR1 конститутивно инициирует сигнальные пути через активацию белка TRADD (TNFR1-ассоциированный домен смерти). Этот белок способен активировать два дополнительных сигнальных белка — FADD и RIP, которые соответственно активируют каспазу-8, инициируя апоптоз, или стимулируют транскрипцию генов провоспалительных цитокинов, хемокинов и антиапоптотических факторов через NF-κB [33].

В ряде клинических исследований были получены косвенные свидетельства вовлеченности TNF-α в патогенез Р.С. Так, при различных стадиях заболевания у больных РС выявлялось повышенное число лимфоцитов, экспрессирующих mRNA TNF-α [34]. Уровень спонтанной и индуцированной экспрессии mRNA TNF-α у пациентов с РС в течение ремиссии был выше нормального и возрастал дополнительно в период обострения [35]. Транзиторное повышение mRNA TNF-α наблюдается в активных очагах воспаления в ходе их формирования в ЦНС. В неактивных очагах и прилежащем белом веществе экспрессия TNF-α у больных РС не отличается от таковой у здоровых [36]. Высокая экспрессия mRNA TNF-α определяется и в цереброспинальной жидкости (ЦСЖ) больных РС [37]. Повышенные уровни TNF-α регистрируются также в образцах сыворотки/плазмы крови пациентов с РС [38].

Данные о связи между клинической манифестацией заболевания и изменениями в продукции TNF-α пациентов с РС противоречивы. По данным ряда авторов [39, 40], концентрация TNF-α в плазме крови и ЦСЖ коррелирует с тяжестью и типом течения заболевания. Однако другими авторами [41] эти закономерности не подтверждаются.

Параллельно с повышенной экспрессией mRNA TNF-α выявляется и повышенная экспрессия mRNA-рецепторов к этому цитокину лейкоцитами крови больных РС [42], а также возрастание в сыворотке крови уровня и TNFR1, и TNFR2 [43]. Транзиторное повышение экспрессии TNFR1 и TNFR2 олигодендроцитами определяется в активных воспалительных очагах в ходе их формирования в ЦНС [44].

Неоднозначны результаты исследований sTNFR при Р.С. Результаты исследований [44, 45] показали, что sTNFR может снижать активность TNF-α, поскольку sTNFR, вероятно, конкурирует с мембранными рецепторами клеток-мишеней за связывание TNF-α. Отдельными исследователями [43] выявлено более выраженное повышение sTNFR1 в сыворотке крови пациентов с РС в ремиссии по сравнению с обострением и обнаружена корреляция между клиническими характеристиками активности заболевания и уровнем sTNFR1. Другими исследователями [46], напротив, не было найдено связи между течением РС и изменениями уровня sTNFR1.

У пациентов с РС по сравнению со здоровыми изменен шеддинг рецепторов TNF-α: снижена активность шеддинга TNFR1, в то время как «сбрасывание» TNFR2, напротив, происходит более активно [47]. Есть мнение [44], что сниженное «сбрасывание» TNFR1 у пациентов с РС может играть важную роль в патогенезе заболевания, поскольку этот тип рецепторов экспрессируется нейронами и опосредует в основном патологические эффекты TNF-α.

Предположения о патогенетическом влиянии системы TNF-α—TNFR, основанные на результатах клинических наблюдений у больных РС и пациентов с другими иммуновоспалительными заболеваниями (ревматоидный артрит, болезнь Крона, псориаз и др.), стимулировали экспериментальные исследования на животных моделях этих заболеваний, а также в культуре клеток и тканей, вовлеченных в патологические процессы. Основные механизмы патогенеза РС были изучены на экспериментальной модели этого заболевания у мышей, а также в культуре клеток и тканей ЦНС.

Анализ публикаций проведенных исследований указывает на неоднозначную роль TNF-α в развитии ЭАЭ. С одной стороны, фармакологическое ингибирование TNF-α ослабляет клинические симптомы ЭАЭ, что связывают с подавлением индукции этим цитокином экспрессии хемокинов в ЦНС [48, 49]. С другой стороны, данные, полученные с использованием подхода обратной генетики, выявили более сложную картину [50]. У мышей с функциональным блокированием гена TNF-α развивалось более тяжелое заболевание, чем у мышей дикого типа, а у мышей с делецией в гене TNFR1 наблюдались замедленные течение и прогрессирование ЭАЭ. Напротив, генетическая инактивация TNFR2 приводила к обострению ЭАЭ с массивной инфильтрацией ЦНС CD4^+. Т-клетками и увеличением продукции Th1 эффекторных цитокинов [51, 52]. У мышей с двойным нокаутом TNFR1/TNFR2 развивается ослабленное заболевание, что указывает на патогенную роль TNFR1 и защитную роль TNFR2 в ЭАЭ [53]. Недавние исследования показали, что избирательное ингибирование TNFR1 защищало мышей от возникновения ЭАЭ. Более того, была также продемонстрирована защитная функция TNFR2 на модели нейродегенерации in vivo [54].

По мнению авторов, изучавших патогенез РС [26, 55], понимание роли TNF-α в инициации и персистировании ЭАЭ затруднено из-за наличия двух родственных лигандных форм (solTNF-α, tmTNF-α), их взаимодействия с двумя типами рецепторов, а также из-за вероятной зависимости эффектов TNF-α от клеточного источника этого цитокина. Так, в экспериментах с индуцируемой делецией в гене TNF-α в микроглии (микроглия CX₃ CR1⁺) было установлено, что TNF-α, образующаяся моноцитами крови, но не клетками микроглии (резидентные макрофаги ЦНС), имеет решающее значение для развития ЭАЭ [56]. Интересно, что функции TNFR2 на клетках микроглии и моноцитах также различны: удаление TNFR2 на клетках микроглии CX₃CR1⁺ усиливало инфильтрацию лейкоцитов в ЦНС, тогда как у мышей с инактивированным TNFR2 моноцитов тяжесть ЭАЭ была снижена [57].

Следует отметить также, что существует несколько вариантов модели ЭАЭ («активная», «пассивная», спонтанная с использованием трансгенных мышей со сверхэкспрессией антигенспецифического рецептора T- или B-клеток) [55]. Однако ни один из них не является идеальной моделью РС [55].

Результаты исследований in vitro, так же как исследования при ЭАЭ, выявили не только множественность эффектов TNF-α в ЦНС, но и разнонаправленность влияний этого цитокина в зависимости от формы лиганда, типа рецептора и длительности воздействия [58—60].

Обобщая результаты клинических и экспериментальных исследований, можно предполагать, что TNF-α при РС оказывает как патологическое, так и протективное действие. Патологические эффекты TNF-α могут приводить к повреждению миелиновой оболочки через NF-kB-опосредованное ослабление экспрессии гена основного белка миелина в олигодендроглиоме [61, 62], индукции экспрессии Fas и Fas-лиганда и, как следствие, к инициации апоптоза в различных клетках ЦНС, включая олигодендроциты [63], усилению экспрессии HLAII и индукции биосинтеза цитокинов в микроглии и астроцитах [64]. Провоспалительные эффекты TNF-α на эндотелиальные клетки сосудов мозга способны вызывать увеличение экспрессии VСАМ-1 в стенке кровеносных сосудов и IСАМ-1 [63, 65] и таким образом способствовать повреждению ГЭБ и проникновению аутореактивных Т-клеток в ЦНС.

Защитная роль TNF-α в развитии очагов демиелинизации, вероятно, связана с его способностью стимулировать экспрессию тканевого ингибитора матриксных металлопротеиназ (TIMP-1), а также пролиферацию олигодендроцитов [42]. Нельзя исключить вклад в протективные процессы при РС и регуляцию TNF-α-возбуждающих синапсов в ЦНС. Известно, что solTNF усиливает глутаматергическую синаптическую передачу путем быстрого увеличения AMPAR (рецепторов альфа-амина-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазол пропионовой кислоты) на нейронах гиппокампа [66, 67] и коры [68] головного мозга, а кроме того, координирует высвобождение глутамата из астроцитов [69].

Вероятно, патогенетические влияния TNF-α при РС реализуются главным образом через взаимодействие solTNF-α с TNFR1 [70]. Передача сигналов через этот рецептор играет важную роль в запуске воспаления и прогрессирования демиелинизации в острой фазе заболевания и апоптоз [26, 71]. При этом tmTNF передает сигналы как через TNFR1, так и TNFR2, способствуя выживанию клеток, разрешению воспаления и миелинизации [26].

Обнаружение цитокинов в ЦСЖ и очагах демиелинизации у больных РС, протективный эффект ингибиторов TNF-α при развитии ЭАЭ указывали на то, что использование анти-TNF-α-препаратов может быть одним из основных подходов к лечению РС так же, как в случае ревматоидного артрита. Однако уже первый опыт применения анти-TNF-α-препаратов у больных РС заставил коренным образом пересмотреть это предположение.

В исследовании в фазе I [72] клинических испытаний безопасности препарата 2 пациентам с быстропрогрессирующим РС была назначена внутривенная инфузия гуманизированных мышиных моноклональных антител против TNF-α. В ходе лечения наблюдалось повышение активности заболевания по ряду признаков. Было зарегистрировано увеличение гадолиний-накапливающих очагов демиелинизации в ЦНС по данным МРТ, возрастание цитоза и уровня иммуноглобулинов в ЦСЖ.

В плацебо-контролируемом исследовании, в фазе II [73] больные РС, в основном с ремиттирующим типом течения, получали ленерцепт — димерный внеклеточный домен TNFR1, сшитый с фрагментом тяжелой цепи человеческого IgG1, который способен связываться как с solTNF-α, так и с tmTNF-α и таким образом ингибировать их взаимодействие с TNFR. Это исследование было остановлено после увеличения числа пациентов с обострением заболевания по сравнению с плацебо и тенденцией к развитию более серьезных неврологических нарушений.

Эти исследования предоставили клинические доказательства того, что неселективное ингибирование TNF-α является не только бесполезным, но и вредным при РС [26].

Следует отметить, что TNF-α признан важной терапевтической мишенью и ингибиторы TNF-α активно используются при лечении различных хронических иммунных заболеваний, в частности ревматоидного артрита, псориаза и иммуновоспалительных заболеваний кишечника. В то же время неселективные ингибиторы TNF-α могут оказывать нежелательные побочные эффекты, связанные с подавлением иммунитета. Это ведет к возрастанию риска инфекций — туберкулеза, бактериального сепсиса и грибковых инфекций, а также лимфомы и других злокачественных новообразований у детей и подростков, развитию демиелинизирующих заболеваний и нейропатий [74, 75].

В контексте современных представлений о молекулярных механизмах влияний TNF-α эти нежелательные эффекты антицитокиновой терапии могут быть частично объяснены тем фактом, что системное ингибирование отдельного цитокина приводит к блокированию его патогенных функций, однако неизбежно и к блокированию важных защитных функций [2]. Так, усиление демиелинизации при применении анти-TNF-α-препаратов при РС, по мнению специалистов, может быть обусловлено несколькими причинами: подавлением эффектов, опосредуемых TNFR2, который регулирует пролиферацию олигодендроцитов и восстановление повреждений в ЦНС [76]; недостаточной проницаемостью ГЭБ для этих препаратов, препятствующей их прямому действию в ЦНС при увеличении аутореактивных Т-клеток в периферических тканях, которые могут мигрировать в ЦНС [77]; манифестацией прежде скрытой инфекции, которая может индуцировать аутоиммунную реакцию демиелинизации [78]; подавлением противовоспалительного цитокина IL-10 и увеличением продукции воспалительного цитокина IL-12 и IFN-γ [79]. Еще одно возможное объяснение неэффективности анти-TNF-α-терапии, вероятно, связано с существующим полиморфизмом гена, кодирующего TNFR1 [80].

Следовательно, перспективной может стать только специфическая анти-TNF-α терапия, предусматривающая ингибирование продукции цитокина клетками определенного гистотипа, блокаду (или стимуляцию) TNFR1 или патологически значимого сигнального каскада в клетках [81].

Иммуномодулирующий цитокин TNF-α участвует в регуляции как физиологических, так и патологических процессов в ЦНС. Множественность и разнонаправленность эффектов TNF-α обусловлены существованием его в двух лигандных формах (tmTNF, solTNF), двух типов рецепторов к этому цитокину на многих клетках-мишенях (TNFR1 и TNFR2), которые отличаются по экспрессии, аффинности к лиганду, структуре и нижестоящим сигнальным путям.

Предполагается, что патогенетические влияния TNF-α при РС (запуск воспаления и прогрессирование демиелинизации, апоптоз олигодендроцитов) реализуются, главным образом, через взаимодействие solTNF-α с TNFR1. При этом tmTNF передает сигналы как через TNFR1, так и через TNFR2, способствуя выживанию клеток, разрешению воспаления и миелинизации.

В целом антицитокиновая иммунотерапия остается в русле тенденций в подходах к лечению Р.С. Однако очевидно, что разработка новых анти-TNF-α-терапевтических средств должна проводиться на основе более точной оценки сложных молекулярных механизмов регуляции продукции TNF-α, путей передачи сигналов этого цитокина в различных клетках-мишенях. Перспективной представляется селективная анти-TNF-α-фармакотерапия, направленная на избирательное ингибирование вредных эффектов этого цитокина при сохранении его основных и желательных эффектов на периферии и в ЦНС. В соответствии с современными представлениями о механизмах действия TNF-α основными потенциальными терапевтическими мишенями при РС являются solTNF-α и TNFR1. Остается актуальным дальнейшее уточнение эффектов TNF-α и механизмов их реализации при РС с учетом генетических особенностей больных, страдающих этим заболеванием.

Исследование не имело спонсорского, грантового финансирования.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts of interest.

Сведения об авторах

Смагина И.В. — https://orcid.org/0000-0002-7947-4529

Ельчанинова С.А. — https://orcid.org/0000-0003-2730-615X

Палащенко А.С. — https://orcid.org/0000-0001-8743-8803

Галактионова Л.П. — https://orcid.org/0000-0001-9226-3331

Как цитировать:

Смагина И.В., Ельчанинова С.А., Палащенко А.С., Галактионова Л.П. Патологические и протективные эффекты фактора некроза опухоли-альфа при рассеянном склерозе. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2019;119(10, вып. 2):14-20. https://doi.org/10.17116/jnevro201911910214

Автор, ответственный за переписку: Смагина Инна Вадимовна — e-mаil: siv7000@yаndex.ru