9. Cytokiny

- plejotropia - zdolność określonej cytokiny do oddziaływania na wiele różnych komórek i wywoływania wielu różnych efektów

- redundancja - zdolność wielu różnych cytokin do wywoływania takiego samego efektu

- działanie antagonistyczne - przeciwstawne

- działanie synergistyczne - sumowanie

- zdolność do indukowania sprzężeń zwrotnych - dodatnich i ujemnych

- niektóre cytokiny wytwarzane najpierw jako cząsteczki błonowe uczestniczące w bezpośredniej aktywacji komórek docelowych (TNF w formie błonowej, pod działaniem metaloproteinazy uwalniany do otoczenia)

- działanie autokrynowe - na komórki wydzielające

- działanie parakrynowe - na komórki w sąsiedztwie wydzielających

- działanie endokrynowe - do krwi i na komórki w innych narządach

- wytwarzane nie tylko przez komórki układu odpornościowego, niemniej określane mianem hormonów układu odpornościowego

- bardzo często wrażliwość limfocytów na cytokiny zależy od ich wcześniejszego rozpoznania antygenu przez TCR lub BCR, tak więc cytokiny nie działają na wszystkie komórki, ale na te, które rozpoznały antygen i są gotowe do pełnienia swojej efektorowej funkcji

- działanie wielu cytokin jest związane z ich lokalnym wydzielaniem, np. do synapsy immunologicznej (duże i efektywne miejscowe stężenie)

- trudno osiągnąć pożądany efekt terapeutyczny podając cytokiny, ich działanie sprawdzane in vitro, in vivo często występują reakcje zaskakujące, mogą np. jedne komórki pobudzać do proliferacji i różnicowania lub wywoływać apoptozę

Receptory dla cytokin

- cytokiny wywierają swoje działanie tylko poprzez receptory

- znamienną cechą receptorów jest to, że ich zewnątrzkomórkowe fragmenty zbudowane są z charakterystycznych domen, domeny te odpowiedzialne są za swoistość wiązania ligandów, ale mają również wpływ na sposób, w jaki przekazywane będą sygnały po związaniu cytokiny

- drugą charakterystyczną cechą jest obecność domen wewnątrzkomórkowych, które są odpowiedzialne za inicjowanie sygnałów w komórce

- część zewnątrzkomórkowa połączona z częścią wewnątrzkomórkową przez fragmenty transbłonowe

- receptory te można podzielić na pięć głównych klas:

• I - receptory o budowie Ig-podobnej (Il-1, -18, PDGFR, MCSFR)

• II - receptory cytokin klasy I (Il-2,-3,-4,-5,-6-7,-9,-12-15,-21, receptory dla hematopoetyn)

• III - receptory dla cytokin klasy II (interferony i rodzina Il-10 - Il-10, -20, -22)

• IV - receptory dla cząsteczek nadrodziny TNF

• V - receptory sprzężone z białkami G (dla chemokin)

- receptory które tylko raz przenikają przez błonę komórkową muszą ulec polimeryzacji, procesy te są niezbędne do przekazywania sygnałów, cytokina pełni rolę spoiwa, umożliwiającego horyzontalne przemieszczanie się receptora w błonie

- dopiero w wyniku zbliżenia się do siebie cytoplazmatycznych odcinków receptorów dochodzi do zainicjowania przekazywania sygnałów na skutek wzajemnej fosforylacji tych odcinków lub białek z nimi związanych

- związanie się cytokin w błonie indukuje szlaki przekazywania sygnałów

- uczestniczą tu między innymi szlaki GTPaz i kinaz MAP, kinazy tyrozynowe z rodziny Src- i Tec-podobnych, kinazy 3-fosfatydyloinozytolu, większość jednak aktywuje szlak przekazywania sygnału za pomocą kinaz tyrozynowych JAK oraz białek STAT (po aktywacji tworzą dimery i przemieszczają się do jądra działając jako czynniki transkrypcyjne)

Interleukiny

Interleukina 1

• pod tą nazwą kryją się dwie interleukiny - Il-1α (błonowa, działa na cząsteczki w najbliższym pobliżu) i Il-1β (większość właściwości biologicznych)

• oprócz wspomnianych występuje wiele podobnych cytokin, które tworzą rodzinę Il-1

• jest jednym z głównych regulatorów odpowiedzi immunologicznej i zapalnej, oddziałując na wszystkie prawie typy komórek

• wydzielana jest głównie przez monocyty i makrofagi z różnych tkanek, a jednym z najefektywniejszych cynników indukujących jej uwolnienie są LPS i inne produkty mikroorganizmów aktywujące receptory PRR, inne cytokiny i fragmenty dopełniacza

• prócz monocytów i makrofagów Il-1 mogą wydzielać: keratynocyty, chondrocyty, komórki Langerhansa, komórki gleju, komórki mezangium, komórki śródbłonka a nawet LimB i T

• Il-1α i Il-1β są w 25% homologiczne i powstają w komórce z prekursorów w wyniku działania proteazy cysteinowej ICE zwanej kaspazą 1

• Il-1α jest aktywna już jako prekursor

• znaleziono 10 receptorów dla tych cytokin

• Il-1R1 ma większe powinowactwo do Il-1α, a Il-1R2 ma większe powinowactwo do Il-1β

• Il-1R1 znajduje się na większości komórek odpowiadających na Il-1, natomiast Il-1R2 występuje głównie na neutofilach, monocytach i LimB, nie przewodzi sygnału i zdaje się być receptorem wabikowym (wiążącym i unieczynniającym) obecnym również w formie rozpuszczalnej

• cytoplazmatyczne odcinki receptorów rodziny Il-1 mają domeny TIR (Toll Il-1 receptor) znajdujące się również w receptorach Toll-podobnych

• indukcja, ze współdziałaniem antygenu, wytwarzania Il-2 i indukcja ekspresji receptora dla Il-2

• pobudza wytwarzanie IFN-γ przez LimT

• pobudza wytwarzanie Il-6 przez makrofagi, komórki śródbłonka i fibroblasty

• wpływa na proliferację i różnicowanie LimB (wytwarzanie przeciwciał)

• indukuje wzmożone wytwarzanie neutrofilów, monocytów powodując uwalnianie czynników stymulujących tworzenie kolonii G-CSF, GM-CSF, M-CSF, działa na nie chemotaktycznie

• wzmaga uwalnianie histaminy przez bazofile, degranulację eozynofilów i wytwarzanie prostaglandyn (pobudza syntezę fosfolipazy A2 uwalniając arachidonian z błony komórkowej)

• oddziałując na śródbłonek wzmaga jego przepuszczalność

• indukuje aktywność prokoagulacyjną (zwiększa syntezę inhibitora aktywatora plazminogenu)

• stymuluje wytwarzanie PAF, NO

• wzmaga przyleganie limfocytów i neutrofilów do komórek śródbłonka (zwiększona ekspresja selektyny E, ICAM-1 i VCAM-1)

• podwyższa temperaturę ciała (ośrodek termoregulacji)

• indukuje senność i jadłowstręt

• bierze udział we wczesnych etapach dojrzewania tymocytów

• wpływa na czynność komórek dendrytycznych

• proliferacja fibroblastów i synowiocytów błony maziowej

• synteza białek ostrej fazy w wątrobie

• resorbcja i przebudowa kości

• katabolizm w komórkach mięśniowych

• wzmaga wytwarzanie hormonu adrenokortykotropowego ACTH

• monocyty wytwarzają antagonistę receptora dla Il-1 (Il-1Ra), który może brać udział w regulacji zwrotnej

Interleukina 2

• uwalniane przede wszystkim przez LimTh (głównie Th1) rozpoznające antygen, ale w mniejszym stopniu także przez LimTc

• ekspresję Il-2 wzmaga sygnał kostymulujący przekazywany przez CD28 (w pobudzonym LimTh wzrasta ekspresja Il)

• najważniejszą funkcją jest regulacja aktywności Lim i ochrona przez autoimmunizacją

• leki immunosupresyjne hamują jej wytwarzanie!

• jest czynnikiem aktywującym LimTreg, najważniejszy ich czynnik wzrostu!

• może również pobudzać proliferację LimTc CD8+ szczególnie tych, które rozpoznają antygen

• różnicowanie LimT w kierunku cytotoksycznych

• prolifercja i różnicowanie LimB w kooperacji z Il-4 i Il-5

• czynnik wzrostu dla LimTh i komórek NK

• indukuje wytwarzanie samej siebie, INF-γ, Il-6 i GM-CSF

• receptory dla Il-2 (Il-2R) występują nie tylko na olbrzymiej większości aktywowanych LimT i B ale także na pobudzonych monocytach

• istnieją trzy formy receptorów:

• funkcjonalny receptor o dużym powinowactwie z łańcuchów α,β i γ

• funkcjonalny receptor i pośrednim powinowactwie złożony z łańcucha β i γ

• niefunkcjonalny receptor o małym powinowactwie zbudowany z łańcucha α

• receptor Il-2R o dużym powinowactwie występuje tylko na pobudzonych Lim T i B i na około 10% spoczynkowych NK

• najważniejszą rolę w przekazywaniu sygnału odgrywa łańcuch β

• bierze udział w wygaszaniu reakcji immunologicznej po wyeliminowaniu antygenu (aktywacja LimTreg)

• działając na LimT indukuje ekspresję CTLA-4 (przerywa przekazywanie sygnałów przez TCR) i FasL (bezpośrednio indukuje apoptozę komórek szczególnie aktywowanych LimTh)

Interleukina 3

• uwalniane głównie przez aktywowane LimT

• czynnik stymulujący krwiotworzenie i oddziałujący na różne linie komórek krwiotwórczych

• podobieństwo działania Il-3, GM-CSF i Il-5 wynika między innymi z podobieństwa receptorów dla nich

• w przeciwieństwie do GM-CSF wytwarzana daleko od miejsca krwiotworzenia - spotęgowanie tego procesu w sytuacji wzmożonej reaktywności immunologicznej

• czynnik wzrostu komórek tucznych i bazofilów

Interleukina 4

• wytwarzana głównie przez pobudzone antygenem lub mitogenem LimTh (głównie Th2), limfocyty NKT, komórki tuczne i bazofile

• receptory dla Il-4 znajdują się na Lim T i B, komórkach tucznych, monocytach, makrofagach, fobroblastach, komórkach krwiotwórczych i wielu innych

• LimB - wzrost proliferacji i wytwarzania IgE (autoimmunizacja) i IgG4, ekspresja cz.MHC I i II, CD80 i CD23

• LimT - proliferacja, indukcja różnicowania w kierunku LimTh2, wytwarzanie GM-CSF i G-CSF, cytotoksyczność

• komórki tuczne, eozynofile, fibroblasty - proliferacja

• monocyty i makrofagi - aktywacja, ekspresja cz.MHC I i II, CD23, wytwarzanie M-CSF i G-CSF, fagocytoza, cytotoksyczność

• krwiotworzenie - granulopoeza, erytropoeza

Interleukina 5

• wytwarzana głównie przez LimTh2 i występuje w postaci dimerów

• udział w indukowaniu wzrostu i różnicowania eozynofilów

• w mniejszym stopniu wpływa również na powstawanie LimB, Tc i bazofilów

• pobudza komórki tuczne do uwalniania histaminy

Interleukina 6

• wytwarzana przed wszystkim przez monocyty i makrofagi, ale także fibroblasty, komórki śródbłonka, Lim T i B, keratynocyty i chondrocyty

• głównym czynnikiem indukującym jej działanie jest Il-1 a także interferony, TNF, LPS i wirusy

• Il-6 hamuje zwrotnie wydzielanie TNF

• należy do grupy cytokin o podobnym działaniu, których receptory różnią się łańcuchem α ale mają ten sam łańcuch β przenoszący sygnał do wnętrza komórek, do rodziny tej należą między innymi Il-6, Il-11, LIF (leukemia inhibitory factor), OSM (onkostatyna M)

• rozpuszczalny receptor dla Il-6 (sIL-6R) wzmaga działanie Il-6 wiążąc się z nią a następnie z obecnym w błonie komórkowej przenoszącym sygnał łańcuchem β - gp130 (wchodzi w skład wszystkich receptorów rodziny Il-6)

• LimB - stymuluje końcowe różnicowanie w kierunku komórek uwalniających immunoglobuliny różnych klas, nie działa na limfocyty spoczynkowe, ale pobudzone np. Il-4 a szczególnie na LimB które znalazły się już pod wpływem Il-5

• wraz z Il-1 uczestniczy w aktywacji LimT rozpoznających antygen

• obok Il-1, TNF i interferonów jest jednym z czynników podwyższający temperaturę ciała

• jest czynnikiem wzrostu dla LimB, niestety i dla niektórych szpiczaków człowieka

• wzmaga reakcje ostrej fazy

• wpływa na krwiotworzenie

• pobudza wzrost komórek śródbłonka

• wzmaga resorpcje kości

Interleukina 7

• wytwarzana głównie przez komórki zrębowe narządów limfatycznych np. szpiku i grasicy

• wybitna rola w limfopoezie (limfopoetyna)

• ważny czynnik wzrostu i różnicowania zarówno tymocytów jak i limfocytów pro- i pre-B

• synergistycznie z Il-6 stymuluje proliferację LimT i obok Il-2 i Il-4 jest jednym z czynników różnicowania LimTc

• działa również na monocyty indukując w nich wytwarzanie cytokin prozapalnych

• bardzo podobną budowę ma limfopoetyna zrębu grasicy (TSLP) która wiąże się z receptorem zbudowanym z łańcucha α receptora dla Il-7 (Il-7Rα)

• TSLP produkowana przez komórki nabłonkowe, bardzo silnie aktywuje niedojrzałe komórki dendrytyczne, zwiększając w nich ekspresję CD80, CD86, OX40L oraz chemokin ale (w odróżnieniu od aktywacji przez TLR) nie indukuje w nich wytwarzania cytokin Il-12, TNF, Il-1β, Il-6

• TSLP wytwarzana w dużych ilościach w chorobach alergicznych

• TSLP wytwarzana przez komórki nabłonkowe grasicy i ciałek Hassala pobudza grasicze komórki dendrytyczne do przekształcania autoreaktywnych LimT w naturalne komórki regulatorowe (LimTreg)

Interleukina 8

• CXCL8 należy do chemokin

Interleukina 9

• wytwarzana przez pobudzone LimT, głównie LimTh2

• stymuluje wzrost komórek krwiotwórczych układu czerwonokrwinkowego

• stymuluje wzrost komórek tucznych odpowiadających na Il-3

• tymocytów płodowych odpowiadających na Il-2

• niektórych LimT pomocniczych

• reguluje odpowiedź przeciwpasożytniczą

Interleukina 10

• strukturalnie przypomina interferony

• wytwarzana głównie przez pobudzone LimT szczególnie Th2, ale także LimB, monocyty, makrofagi i keratynocyty

• hamuje odpowiedź immunologiczną typu komórkowego i odpowiedź zapalną

• hamuje wytwarzanie cytokin przez LimTh1 szczególnie IFN-γ i Il-2

• hamje powstawanie LimTh1 pobudzonych przez antygen

• hamuje wytwarzanie przez monocyty i makrofagi cytokin, a także reaktywnych związków tlenowych i NO

• hamuje ekspresję cz.MHC II na monocytach i zmniejsza zdolność tych komórek do prezentacji antygenów

• stymuluje wytwarzanie antagonisty receptora dla Il-1

• homologi Il-10 - Il-19, -20, -22, -24, -26

• gen BCRF1 wirusa EBV jest bardzo podobny do genu dla Il-10 a wirusowe białko (wirokina) ma właściwości zbliżone do Il-10, hamuje ono odpowiedź immunologiczną

Interleukina 11

• wytwarzana przez komórki zrębowe narządów krwiotwórczych

• w skład receptora dla Il-11 wchodzi łańcuch gp130

• wraz z Il-3 i trombopoetyną stymuluje powstawanie kolonii megakariocytowych i płytek krwi

• stymuluje powstawanie kolonii granulocytów i makrofagów

• łącznie z erytropoetyną pobudza tworzenie się kolonii erytroblastycznych

• wzmaga wytwarzanie przeciwciał przez LimB

• zwiększa syntezę białek ostrej fazy

• hamuje syntezę cytokin prozapalnych przez makrofagi

• hamuje aktywność lipazy lipoproteinowej i różnicowanie adipocytów

• zwiększa wchłanianie żelaza w przewodzie pokarmowym

• wpływa na różnicowanie neuronów

Interleukina 12

• wytwarzana szczególnie przez APCs (komórki dendrytyczne i makrofagi, lecz nie przez LimB)

• mogą ją również wydzielać keratynocyty, granulocyty i komórki tuczne

• jej wytwarzanie pobudzają przede wszystkim składniki ścian komórkowych bakterii

• biologicznie aktywna jest heterodimerem składającym się z podjednostek p35 i p40

• podjednostka p40 może tworzyć homodimer o właściwościach antagonistycznych do Il-12 (hamowanie odrzucania przeszczepów allogenicznych, leczenie chorób autoimmunizacyjnych)

• stymuluje proliferację, aktywację i cytotoksyczność LimT i komórk NK oraz wytwarzanie przez nie IFN-γ i TNF

• indukuje powstawanie LimTh1 oraz wzmaga ich aktywność i proliferację

• pobudza wytwarzanie niektórych podklas przeciwciał IgG oraz hamuje wytwarzanie IgE

• stymuluje niektóre procesy krwiotworzenia in vitro

• hamuje powstawanie naczyń (angiogenezę) - działanie przeciwnowotworowe

Interleukina 13

• wydzielana głównie przez pobudzone LimTh2, także przez LimTc, komórki NK i komórki tuczne

• działanie podobne do Il-4

• działa głównie na monocyty i LimB, nie działa na LimT

• wzmaga proliferację pobudzonych LimB i zmianę klasy syntetyzowanych przeciwciał na IgE i IgG4

• regulacja odpowiedzi przeciwpasożytniczej

Interleukina 14

• nie istnieje

Interleukina 15

• wytwarzana głównie przez komórki dendrytyczne, pobudzone monocyty i makrofagi oraz fibroblasty

• ekspresja w łożysku i mięśniach poprzecznie prążkowanych

• wiąże się z podjednostkami receptora dla Il-2 - podobne działanie

• działa raczej jako cząsteczka prezentowana limfocytowi przez komórkę dendrytyczną w synapsie immunologicznej

• rola w różnicowaniu się komórek progenitorowych krwiotowrzenia w kierunku komórek NK

• waży czynnik wzrostu dla LimT pamięci

• pobudza cytotoksyczność i proliferację LimTc

• zwiększa wydzielanie wielu cytokin przez komórki NK

• pobudza proliferację i wytwarzanie przeciwciał (z wyjątkiem IgE i IgG4) przez aktywowane LimB

• uczestniczy wraz z Il-3 w różnicowaniu i proliferacji komórek tucznych

• wpływ anaboliczny - zwiększa masę mięśni poprzecznie prążkowanych, pobudza angiogenezę

Interleukina 16

• określana jako czynnik chemotaktyczny dla limfocytów

• w płynach ustrojowych jako homotetramer

• receptorem dla niej jest cząsteczka CD4

• wytwarzana głównie przez LimTc i LimTh

• działając na LimT zwiększa ekspresję receptora dla Il-2 i cz.MHC II

Interleukina 17

• kilka podobnych do siebie cząsteczek A-F

• wytwarzana przez aktywowane LimT szczególnie Th

• pobudzają komórki nabłonkowe, śródbłonkowe i fibroblasty do wytwarzania innych cytokin

• współdziałając z innymi cytokinami wzmagają wydzielanie GM-CSF

• działają na makrofagi pobudzają je do wytwarzania wielu cytokin

• wzmagają dojrzewanie komórek dendrytycznych

• wzmaga wytwarzanie neutrofilów

Interleukina 18

• strukturalnie podobne do Il-1, funkcjonalnie do Il-12

• wytwarzana szczególnie przez makrofagi, ale również przez keratynocyty, komórki nabłonka i osteoblasty

• wytwarzana jako prekursor, uaktywnia ją kaspaza 1

• działa na różne populacje LimT i komórki NK

• indukuje wytwarzanie IFN-γ (jeszcze silniej niż Il-12) i Il-2

• wzmaga cytotoksyczność LimTc, komórek NK i LimTh

• działając na komórki NK, bazofile i komórki tuczne może również indukować uwalnianie Il-4 i Il-13

• wiąże się z dwoma receptorami -Il-18Rα (Il-1R5)- wiązanie i IL-18Rβ (Il-1R7) - przekazywanie sygnałów

• receptory te funkcjonalnie i strukturalnie odpowiadają receptorom dla Il-1

• ponadto zidentyfikowano rozpuszczalne białko wiążące Il-18 (prawdopodobnie receptor pułapka)

Interleukina 19

• homolog Il-10 wytwarzany przez monocyty i makrofagi stymulowane LPS

Interleukina 20

• homolog Il-10 wytwarzany przez keratynocyty

Interleukina 21

• należy obok Il-2, -4, -7, -9, 15 do hematopoetyn

• LimB wraz z Il-7 - proliferacja, wytwarzanie IgG1, IgG3

• LimB wraz z Il-4 - spadek proliferacji, spadek wydzielania IgE

• LimT aktywowany - wzrost proliferacji

• komórki NK - wzrost proliferacji i cytotoksyczności

Interleukina 22

• homolog Il-10 wytwarzany przez LimT i komórki tuczne

Interleukina 23-33

Czynniki krwiotwórcze

GM-CSF (granulocyte-macrophage colony stimulating factor) - czynnik stymulujący tworzenie kolonii granulocytów i makrofagów

• działa nie tylko na komórki prekursorowe szeregu granulocyto-makrofagowego, ale również na dojrzałe komórki efektorowe tej linii

• zwiększa właściwości fagocytarne

• zwiększa wytwarzanie cytokin Il-1, Il-6, G-CSF, TNF

• zwiększa ekspresję cząsteczek adhezyjnych

• zwiększa poziom receptorów dla fragmentów Fc przeciwciał

• wpływa na funkcję dojrzałych limfocytów

• działając z innymi cytokinami wzmaga cytotoksyczność komórek NK

G-CSF (granulocyte colony stimulating factor) - czynnik stymulujący tworzenie kolonii granulocytów

• wpływa na wytwarzanie neutrofilów w szpiku

• rutynowo stosowany w celu wyrównania neutropenii po intensywnej chemioterapii lub radioterapii

• może przyspieszać regenerację układu krwiotwórczego po przeszczepieniu szpiku kostnego

M-CSF (macrophage colony stimulating factor) - czynnik stymulujący tworzenie kolonii makrofagów

• działa przede wszystkim na monocyty, makrofagi oraz ich komórki progenitorowe

• zwiększa właściwości żerne tych komórek

• stymuluje wytwarzanie cytokin TNF, INF, Il-1, G-CSF

SCF (stem cell factor) - czynnik komórek macierzystych

• cytokina wpływająca na bardzo młode, multipotencjalne komórki macierzyste krwiotworzenia

• czynnik wzrostu komórek tucznych i melanocytów

• wchodzi w szereg interakcji z innymi czynnikami krwiotwórczymi

Ligand Flt3 (Flt3L)

• działa na bardzo wczesne komórki krwiotwórcze

• czynnik dojrzewania komórek dendrytycznych

• aktywuje cytotoksyczność limfocytów i wykazuje działanie przeciwnowotworowe

erytropoetyna

• pobudza tworzenie erytrocytów w szpiku

trombopoetyna

• wpływa na dojrzewanie megakariocytów w szpiku, produkcję płytek krwi

Interferony

- wytwarzane i uwalniane w odpowiedzi na zakażenie wirusowe

- wiodąca role w odpowiedzi przeciwwirusowej

Rodzaje interferonów

- interferony typu I α, β, ε, ω, κ wytwarzane przez plazmacytoidalne komórki dendrytyczne (α i ω), keratynocyty (κ) lub fibroblasty (β), interferon ε wytwarzany jest w łożysku

- interferon typu II - interferon γ wytwarzany jest przez LimT traktowane antygenami, cytokinami lub mitogenami, przez komórki NK traktowane cytokinami lub komórki NKT oraz w niewielkich ilościach przez aktywowane makrofagi

- niedawno wykryto interferony typu III - trzy interleukiny

- organizm ludzki wytwarza 13 rodzajó INF-α i po jednym rodzaju pozostałych interferonów

Powstawanie interferonów

- interferony α i β są wytwarzane głównie w wyniku zakażenia komórek przez wirusy

- najważniejszymi receptorami pobudzającymi ich syntezę są wewnątrzkomórkowe TLR (wewnątrz wyspecjalizowanych komórek, głównie dendrytycznych), helikazy RNA oraz białka NODD-LRR (wewnątrz wszystkich komórek organizmu), receptory te pobudzane są przez wirusowe kwasy nukleinowe

- syntezę interferonów typu I stymulują również cytokiny Il-1, Il-2, TNF

- głównym źródłem INF-α we krwi są plazmacytoidalne komórki dendrytyczne, receptory TLR pobudzane niezależnie od tego czy pochłonięty przez nie wirus jest w stanie je zakazić (duże znaczenie - białka wirusowe hamują wytwarzanie interferonów)

- komórki dendrytyczne ulegają pobudzeniu nawet przez niewielkie ilości kwasów nukleinowych wirusa uwolnionych z komórek zakażonych wirusem ulegających apoptozie

- syntezę interferonów pobudza również endotoksyna i kontakt z niektórymi bakteriami i pierwotniakami

- interferon γ wytwarzany przez LimT i komórki NK pobudzone Il-2, -12, -15, -18, -21

- LimT w zależności od pobudzenia antygenem, mitogenem lub wirusem mogą wytwarzać INF-γ lub interferony typu I

- komórki traktowane interferonem wytwarzają go w wyniku stymulacji więcej niż te nietraktowane

Receptory dla interferonów

- heterodimery złożone z dwóch różnych podjednostek

- INF-α, -β i -ω wiążą się z tym samym receptorem złożonym z podjednostek IFNAR1 i IFNAR2

- INF-γ wiąże się z innym receptorem w skład którego wchodzą podjednostki IFNGR1 oraz IFNGR2

- działanie interferonów związane z aktywowaniem wielu genów zwanych stymulowanymi przez interferon (ISG)

- aktywują one kinazy tyrozynowe JAK, które fosforylują białka STAT, które łączą się w homo- lub heterodimery i przechodzą do jądra i aktywują ekspresję genów docelowych

- wśród kilkuset genów których syntezę stymulują interferony warto wymienić geny kodujące: cz.MHC I i II, łańcuch In uczestniczący w ekspresji cz.MHC II, receptor dla fragmentu Fc IgG (FcγRI), chemokiny IP10 i MIG, podjednostkę oksydazy NADPH komórek żernych, indukowaną syntazę tlenku azotu (iNOS), kinazę białkową R i białko Mx

Działanie przeciwwirusowe

- nie wykazują bezpośredniego działania przeciwwirusowego, ale oddziałują na komórki indukując w nich powstawanie czynników przeciwwirusowych i stanu gotowości przeciwwirusowej

- INF alfa i beta działają przeciwwirusowo znacznie efektywniej niż INF gamma, w dodatku efekt INF gamma zależy od indukowanego przez niego INF alfa

- interferony pobudzają między innymi syntezę syntetazy oligoizoadenylanowej (wiele enzymów)

- w obecności dwuniciowego RNA indukują powstanie oligonukleotydów adenylanowych (-oligoA), aktywują one z kolei endorybonukleazę RNazę L (rozkłada wirusowe RNA)

- aktywują kinazę białkową R, hamuje ona translację komórek i tym samym translację i syntezę białek wirusowych (działa tylko w komórkach zakażonych wirusami o podwójnym RNA)

- aktywują gen Mx, jej produkt GTPaza z rodziny dynamin blokuje transport wirusowych rybonuklein (wirus grypy i wirusy RNA)

- aktywują ekspresję kilku izoform deaminazy adenozynowej (ADA), które deaminują adenozyny w obrębie dwuniciowego RNA

- indukują syntezę APOBEC3 (deaminaza cytozyny) - mutuje DNA wirusa, który staje się podatny na komórkowe nukleazy

- indukują również ekspresję białka p53 - strażnika genomu (indukcja apoptozy zakażonych komórek)

- w wypadu niektórych wirusów interferon hamuje ich wiązanie z komórkami, penetrację a także uwalnianie nukleokapsydu z otoczki

- niektóre wirusy w różny sposób unieczynniają działanie interferonów

- przeciwwirusowe działanie interferonów zależy również od ich wpływu pobudzającego na układ odpornościowy

Wpływ na układ odpornościowy

- nasilają cytotoksyczność LimTc, komórek K, komórek NK

- wzmagają ekspresję cz.MHC

- wzmagają ekspresję niektórych cząsteczek i receptorów powierzchniowych np. CD80, FcR

- aktywują makrofagi

- wzmagają fagocytozę

- indukują wytwarzanie cytokin Il-1, Il-6, TNF, CCL10, CCL9

- jeśli chodzi o działanie na układ odpornościowy to INF-γ jest znacznie aktywniejszy od INF-α, -β

- ułatwia różnicowanie LimTc a także potęguje ADCC, za którą odpowiedzialne są komórki K (zależy od wzmożonej ekspresji FcR na komórkach K)

- skuteczny aktywator cytotoksyczności komórek NK, makrofagów, wzmagają działanie cytotoksyczne TNF

- wszystkie interferony wzmagają ekspresję cz.MHC I, a INF-γ czyni to dodatkowo w stosunku do cz.MHC II oraz kostymulującej cząsteczki CD80, najsilniejszy aktywator ich ekspresji

- stymulują również prezentację krzyżową antygenów (wybitne nasilenie prezentacji antygenów LimT)

- zwiększają syntezę antygenów związanych z nowotworem, obecnych na komórkach nowotworowych (łatwiejsze do rozpoznania i bardziej wrażliwe na atak)

- wrażliwość komórek nowotworowych na cytotoksyczne działanie komórek NK koreluje negatywnie z poziomem ekspresji cz.MHC (wirusy poprzez INF zwiększają ekspresję MHC, zmniejszają podatność na działanie komórek NK)

- najsilniejszy aktywator makrofagów - INF-γ, aktywowane przez niego makrofagi nabierają właściwości cytotoksycznych, skuteczniej też fagocytują, są zatrzymywane w miejscu gdzie działa INF i wydzielają reaktywne związki tlenowe, TNF, Il-1 i inne

- INF-γ wraz z innymi cytokinami uczestniczy w różnicowaniu LimB w kierunku komórke uwalniających przeciwciała biorące udział w immunofagocytozie ADCC

Wpływ na proliferację i różnicowanie komórek

- hamują proliferację i indukują różnicowanie wielu komórek

- ze względu na swe działanie antyproliferacyjne są inhibitorami krwiotworzenia

- INF-γ stymuluje różnicowanie komórek szeregu mieloidalnego w kierunku monocytów

- może stymulować wytwarzanie jednych klas przeciwciał przez LimB a hamować wytwarzanie innych

Zastosowania terapeutyczne

- stosowane w terapii chorób nowotworowych:

• białaczki włochatokomórkowej

• przewlekłej białaczki szpikowej

• szpiczaka

• czerniaka złośliwego

• raka nerki

• raka pęcherza (podanie dopęcherzowe)

• raka jajnika (podanie dootrzewnowe)

- działanie przeciwnowotworowe bezpośrednie - hamowanie proliferacji i pobudzanie różnicowania i pośrednie - wzmożone wytwarzanie cytokin przeciwnowotworowych

- IFN-α - leczenie wirusowego zapalenia wątroby typu B, C i D, a także w zakażeniach ludzkim wirusem brodawczaka HPV

- INF-γ u ludzi z przewlekłą chorobą ziarniniakową

Chemokiny

- cytokiny podobne do siebie pod względem budowy, działające chemotaktycznie, a często również aktywująco na różne populacje leukocytów

- odznaczają się relatywnie małą masą cząsteczkową

- odgrywają ważną rolę w:

• reakcjach zapalnych

• odporności przeciwzakaźnej

• krwiotworzeniu

• limfopoezie

• odpowiedzi przeciwnowotworowej

• mechanizmie odrzucania przeszczepów

- biorą udział w aktywacji, proliferacji i różnicowaniu leukocytów

- regulują angiogenezę czy tworzenie przerzutów nowotworowych

- ze względu na liczbę cystein i liczbę aminokwasów pomiędzy dwoma pierwszymi cysteinami wyróżnia się:

• chemokiny C (jeden mostek cysteinowy)

• chemokiny CC (dwa mostki cysteinowe

• chemokiny CXC (dwa mostki cysteinowe, jeden aminokwas pomiędzy pierwszymi dwoma cysteinami)

• chemokiny CX3C (dwa mostki cysteinowe, trzy aminokwasy pomiędzy pierwszymi dwoma cysteinami)

- podział ze względu na właściwości fizjologiczne:

• chemokiny prozapalne (indukowane, wytwarzane w trakcie reakcji zapalnych)

• chemokiny limfoidalne (konstytutywne lub homeostatyczne, wytwarzane stale, regulują krążenie populacji limfocytów, sterują migracją komórek dendrytycznych z tkanek obwodowych do obwodowych narządów limfatycznych, kontrolują przemieszczanie się dojrzałych tymocytów etc)

- głównym źródłem wielu chemokin są monocyty i makrofagi, ale niemal każda komórka może wytwarzać chemokiny, wytwarzanie tych cząsteczek zwiększa się po aktywacji, jest też indukowane przez cytokiny prozapalne

• chemokiny C: limfotaktyna

• chemokiny CC: RANTES, eotaksyny, MCP, MIP

• chemokiny CXC: Il-8, GRO-α, ENA-78

• chemokiny CX3C: fraktalkina

- receptory dla chemokin: rodopsynopodobne receptory związane z białkiem G, przechodzące siedmiokrotnie przez błonę komórkową

- CXCR4 obok cząsteczki CD4 korecetor dla tak zwanych T-tropowych szczepów wirusa HIV

- niektóre chemokiny wpływają na procesy mielopoezy i limfopoezy, CCL3 i CCL4 wpływają na różnicowanie granulocytów i monocytów

- CXCL12 - czynnik wzrostu limfocytów pro-B, wraz z Il-7 bardzo silnie pobudza proliferację prekursorów LimB

- regulowanie migracji leukocytów do odpowiednich mikrośrodowisk narządów krwiotwórczych, dojrzewanie w tych narządach wiąże się z utratą wrażliwości na chemokiny działające na mniej zróżnicowane komórki (utrata receptora lub jego desensytyzacja)

- chemokiny biorą udział w aktywacji mechanizmów efektorowych odporności przeciwzakaźnej, CXCL8 (Il-8) zwiększa fagocytozę i bakteriobójcza działanie neutrofilów, a CCL2 i CCL3 aktywują monocyty, z kolei eozynofile aktywowane są przez eotaksyny, CCL3 i CCL5 (RANTES)

Nadrodzina cząsteczek czynnika martwicy nowotworu

- o przynależności do tej grupy decydują podobieństwa w budowie

- cząsteczki nadrodziny TNF wiążą się z receptorami które również charakteryzują się dużą homologią, i tworzą nadrodzinę receptorów dla cząsteczek TNF-podobnych

- do nadrodziny należą 22 cząsteczki, receptorów jest ponad 30

- cząsteczki nadrodziny TNF ulegają ekspresji w niemal każdej komórce człowieka i uczestniczą w regulacji niezwykle różnorodnych procesów

TNF i limfotoksyny

- TNF-α - TNF (czynnik martwicy nowotworu, kachektyna)

- TNF-β - limfotoksyna α (LT-α)

- nowa limfotoksyna - limfotoksyna β (LT-β)

- TNF - homotrimer wytwarzany początkowo jako integralne białko błonowe typu II, w wyniku działania metaloproteinazy TACE (TNF alpha converting enzyme) uwalniany jest do środowiska

- LT-α nie ma postaci błonowej, jest homotrimerem (łańcuchy α) bezpośrednio wydzielanym przez limfocyty

- LT-β - forma błonowa, jest heterotrimerem złożonym z łańcuchów α i β w różnej kombinacji (2αβ, α2β)

- TNF wytwarzany przede wszystkim przez monocyty i makrofagi

- głównym źródłem obu limfotoksyn są natomiast limfocyty

- najsilniejszym bodźcem do wytwarzania TNF jest LPS ścian bakteryjnych, w mniejszym stopniu GM-CSF, M-CSF oraz sam TNF

- w obecności IFN-γ wydzielanie TNF jest jeszcze bardziej wzmagane

- w zakażeniach bakteryjnych (LPS) wydzielane duże ilości TNF i cytokin (głównie Il-1) - wstrząs septyczny, niewydolność wielonarządowa i śmierć

- w stanach przewlekłych długotrwałe wytwarzanie TNF prowadzi do kacheksji

- patogenną rolę TNF wykazano również w schorzeniach autoimmunizacyjnych, w odrzucaniu przeszczepów, w reakcji GVH (graft versus host) oraz w przebiegu AIDS

- TNF odpowiedzialny również częściowo za insulinooporność w przebiegu cukrzycy, powstawanie zmian miażdżycowych i niewydolność krążenia, zapalenie trzustki, alkoholowe uszkodzenie wątroby i wiele innych nieprawidłowości

- TNF wytwarzany również choć w mniejszych ilościach przez keratynocyty, fibroblasty, neutrofile, komórki tuczne oraz limfocyty T i B (swoiste rozpoznanie antygenu w obecności Il-2)

- geny dla TNF i obu limfotoksyn leżą jako jedyne wśród cytokin w obrębie locus MHC III, między HLA-B a HLA-DR

- region promotorowy genu dla TNF obejmuje sekwencje docelowe dla wielu czynników transkrypcyjnych głównie NF-κB i AP-1

- na komórkach istnieją dwa typy receptorów dla TNF - TNFR1 oraz TNFR2, różniące się masą, stopniem glikozylacji, powinowactwem do TNF oraz budową głównie części wewnątrzkomórkowej

- oba receptory przekazują komórce odmienne sygnały

- obok TNF oba receptory wiążą również cząsteczki zawierające LT-α (homotrimer)

- heterotrimer łączy się natomiast z receptorem dla limfotoksyn LT-βR, receptor ten może być dodatkowo aktywowany przez inną cytokinę z tej podrodziny - LIGHT

- receptory dla TNF występują na niemal każdej komórce jądrzastej - niezwykła wielokierunkowość działania TNF

- TNFR2 wiąże głownie postać błonową TNF, TNFR1 wiąże z podobnym powinowactwem zarówno postać błonową jak i rozpuszczalną

- wewnątrzkomórkowa część TNFR1 zawiera około 70-aminokwasową domenę określaną jako domena śmierci (death domain DD), domena śmierci obecna jest również na wewnątrzkomórkowych odcinkach innych receptorów dla cząsteczek nadrodziny TNF indukujących apoptozę: Fas, DR2, DR3, TRAIL-R1, TRAIL-R2, DR6, domena śmierci jest odpowiedzialna za aktywację dwóch niezależnych i przeciwstawnych szlaków w komórce: jeden prowadzi do apoptozy, drugi do aktywacji NF-κB i indukcji ekspresji kilkudziesięciu genów

- część cytoplazmatyczna TNFR2 wiąże się bezpośrednio z TRAF1 i TRAF2 (białka adaptorowe, nieenzymatyczne) i wiążą się z różnymi białkami i enzymami uczestniczącymi w przekazywaniu sygnałów

- TNF uruchamia w komórce również inne szlaki obejmujące kinazy białkowe A i C, prowadzące między innymi do aktywacji czynników transkrypcyjnych NF-AT i AP-1

- jednym z najwcześniejszych sygnałów inicjowanych przez TNF jest aktywacja sfingomielinazy, która rozkłada sfingomielinę błony komórkowej z wytworzeniem ceramidu, inicjującego również apoptozę i aktywację NF-κB

- w przebiegu niektórych chorób autoimmunizacyjnych, u pacjentów z nowotworami, w trakcie reakcji ostrego odrzucania przeszczepu oraz w AIDS obserwuje się zwiększone stężenie rozpuszczalnych receptorów dla TNF, białka te w małej ilości, wiążąc TNF wzmagają jego działanie (stabilizacja aktywnego trimeru i zapobieganie dysocjacji), w dużych stężeniach hamują TNF, uniemożliwiając wiązanie się z receptorami błonowymi

- efekty biologiczne TNF zależą w dużym stopniu od intensywności jego wydzielania

- gwałtowne wydzielanie dużych ilości TNF prowadzi do:

• wystąpienia objawów wstrząsu

• wzrostu wydzielania hormonów katabolicznych

• zespołu przesiąkania włośniczkowego

• ostrej niewydolności oddechowej

• martwicy w obrębie przewodu pokarmowego

• krwotoku w obrębie nadnerczy

• rozsianego wykrzepiania wewnątrznaczyniowego

• wysokiej gorączki

- z kolei przewlekłe wydzielanie niewielkich ilości TNF powoduje:

• utratę masy ciała

• jadłowstręt

• katabolizm białek i lipidów

• powiększenie wątroby i śledziony

• insulinooporność

• zmiany zapalne w ścianie wewnętrznej tętnic prowadzące między innymi do zmian miażdżycopodobnych

- TNF wraz z innymi cytokinami może wzmagać proliferację i różnicowanie LimB, a także z Il-2 i Il-6 proliferację LimT

- może również stymulować z Il-2 proliferację i cytotoksyczność komórek NK a także powstawanie komórek LAK i LimTc

- działa chemotaktycznie na monocyty i neutrofile oraz aktywuje je podobnie jak makrofagi

- wzmaga cytotoksyczność monocytów i makrofagów będąc zarazem jednym z mediatorów ich cytotoksyczności

- aktywuje neutrofile, zwiększa ich właściwości fagocytarne i przyspiesza ich uwalnianie ze szpiku

- stymuluje wytwarzanie przez neutrofile reaktywnych związków tlenowych, wzmaga ich właściwości bakteriobójcze i cytotoksyczne

- jest ważnym elementem odporności przeciwzakaźnej

- indukuje uwalnianie wielu cytokin: INF-γ, Il-1, Il-6, GM-CSF, G-CSF, M-CSF, PDGF, NGF, EGF, PAF oraz prostaglandyn i leukotrienów

- indukuje ekspresję cz.MHC I i wspólnie z INF-γ również cz.MHC II

- działanie przeciwnowotworowe:

• bezpośrednie oddziaływanie na komórki nowotworowe

• indukowanie zmian w naczyniach krwionośnych nowotworu (indukuje tworzenie skrzepów, przyleganie neutrofilów, monocytów i limfocytów do śródbłonka - cz.adhezyjne, zwiększa przepuszczalność śródbłonka i uszkadza jego komórki)

• pobudzenie przeciwnowotworowej odpowiedzi immunologicznej

• indukowanie apoptozy

• hamowanie proliferacji

• indukowanie różnicowania

• wykazuje synergizm z INF-γ

• działanie przeciwnowotworowe TNF wzmagają Il-1, Il-2 i Il-12

- zastosowanie kliniczne przeciwnowotworowe jest gorsze niż stosowanie historycznych toksyn Coleya!

- w bardzo wielu chorobach nowotworowych i autoimmunizacyjnych wzrasta stężenie TNF we krwi!

- w chorobach tych blokuje się TNF stosując przeciwciała monoklonalne blokujące TNF albo rozpuszczalne receptory dla TNF połączone z IgG

- ponieważ LT-α wiąże się z TNFR1 i TNFR2 jej właściwości są zbliżone do TNF (wytwarzana jednak miejscowo w małych stężeniach, efekty biologiczne ograniczone), wiąże się też z innymi receptorami wywołując unikatowe efekty

- wydaje się że podstawową funkcją limfotoksyn jest udział w rozwoju swoistej odpowiedzi immunologicznej w obwodowych narządach limfatycznych

- limfotoksyny wytwarzane przez LimB indukują dojrzewanie komórek dendrytycznych grudek

FasL

- należy do nadrodziny TNF

- podobnie jak TNF jest wytwarzanej jako integralne białko błonowe i może zostać uwolnione do otoczenia przez metaloproteinazy

- większość właściwości przypisywana jednak cząsteczce powierzchniowej

- w największych ilościach wytwarzany przez LimT i komórki NK, ale obecny również na komórkach narządów uprzywilejowanych immunologicznie

- w limfocytach FasL może być gromadzony w specjalnych lizosomach wydzielniczych, które po aktywacji komórek przemieszczane są do błony komórkowej

- jedną z podstawowych funkcji FasL jest indukowanie apoptozy komórek docelowych z receptorami Fas na swojej powierzchni (komórki zakażone wirusami lub nowotworowe - nowotworowe mogą same posiadać FasL i uśmiercać LimT!)

- FasL uczestniczy również w negatywnej regulacji odpowiedzi immunologicznej, na aktywowanych LimT pojawiają się receptory Fas, w wyniku apotpozy indukowanej przez FasL dochodzi do wygaszenia odpowiedzi immunologicznej (eliminacja niepotrzebnych klonów)

- chroni również oko i jądro przed naciekami w przebiegu infekcji niektórymi wirusami!

- receptor dla FasL - Fas jest integralnym białkiem błonowym, w wyniku alternatywnego cięcia i składania powstaje forma rozpuszczalna

- niedawno zidentyfikowano również receptor „wabik” DcR3 (niektóre komórki nowotworowe go mają i stają się częściowo niewrażliwe na działania FasL)

TRAIL (TNF-related apoptosis inducing ligand)

- najbardziej zbliżony budową do FasL

- posiada zdolność do indukowania apoptozy komórek z receptorami

- indukuje apoptozę aktywowanych LimT

- bierze udział w eliminacji zakażonych komórek przez LimTc i makrofagi

- indukuje również apoptozę komórek nowotworowych

- większość prawidłowych komórek oporna na TRAIL (wyjątek to astrocyty i hepatocyty)

- istnieje 5 receptorów dla TRAIL:

• receptory śmierci TRAILR1 i TRAILR2 - sygnał do apoptozy

• błonowe receptory wabiki TRAILR3 i TRAILR4

• rozpuszczalne białko wiążące TRAIL - osteoprotegryna

Inne

MIF - czynnik zahamowania migracji makrofagów

- stymuluje wytwarzanie przez makrofagi H2O2, NO, Il-1, Il-6, TNF

- wzmaga ekspresję cz.MHC II na makrofagach i pobudza je do zabijania mikroorganizmów, a także komórek nowotworowych

- bierze udział w rozwoju nadwrażliwości typu późnego

- stymuluje proliferację LimT synergistycznie z Il-2

- wytwarzany głównie przez monocyty i makrofagi

- blokuje działanie przeciwzapalne glikokortykosteroidów

TGF-β - transformujący czynnik wzrostu beta

- występuje w trzech odmianach i jest wytwarzany przez makrofagi, neutrofile, płytki krwi i limfocyty

- działa przede wszystkim hamująco na proliferację LimB i T oraz komórek NK

- zwiększa wydzielanie wielu cytokin

- hamuje ekspresję cz.MHC II i powstawanie LimTc

- stymuluje powstawanie naczyń, bierze udział w procesie gojenia się ran i procesach naprawczych, zwiększając wytwarzanie białe macierzy pozakomórkowej

- należy do czynników zwrotnie regulujących odpowiedź immunologiczną, wydzielany przez pobudzone LimT i B

- wzmaga wytwarzanie IgA (przełączanie klas)

- hamuje wydzielanie IgM i IgG

- działa chemotaktycznie na monocyty, neutrofile i LimT