Cytokiny (określane czasem hormonami układu odpornościowego) cechuje:

• plejotropia- zdolność jednej cytokiny do oddziaływania na wiele różnych komórek i wywoływania różnych efektów

• redundancja- gdy różne cytokiny wywołują podobne efekty:

• antagonistyczne- wzajemne blokowanie się cytokin w wywieraniu efektów biologicznych

• synergistyczne- cytokiny działając jednocześnie wzmacniają efekty

• zdolność do indukowania sprzężeń zwrotnych (dodatnich i ujemnych)

• mogą działać na zasadzie autokrynnej, parakrynnej i endokrynnej (np. IL-1 wykazuje działanie pirogenne z efektem w obrębie całego organizmu)

Ze względu na podobieństwa w budowie wyróżnia się:

• cytokiny typu I (hematopoetyny)

• cytokiny typu II (interferonu oraz rodzina IL-10)

• chemokiny

• nadrodzinę TNF

Aby wywrzeć działanie na komórce efektorowej muszą być obecne receptory dla cytokin. Wyróżniamy 5 typów:

1. receptory o budowie Ig-podobnej (np. wiążące IL-1)

2. receptory cytokin klasy I (wiążą IL-2, -3, -4, -5, -7, -9, -12, -13, -15 i -21)

3. receptory cytokin klasy II (IFN-α, -β, -γ, IL-10)

4. receptory dla cząsteczek nadgodziny TNF (często wiążą się z procesem apoptozy stąd zalicza się je do receptorów śmierci)

5. receptory sprzężone z białkami G (receptory dla chemokin)

Na wykładzie jako grupa 5 wymieniana była cząstka TRAIL

1. INTERLEUKINY

IL-1

• wytwarzana jest przez monocyty, makrofagi i inne, a najefektywniej jej uwalnianie indukuje LPS (działający na receptory PRR)

• receptor (IL-1R) zawiera cytoplazmatyczną domenę TIR (jak w receptorach Toll-podobnych)

• należy do cytokin prozapalnych, czyli zwiększa uwalnianie IL-2, IL-6, IFN-γ, wpływa na proliferację i różnicowanie limfocytów B, wzmaga wytwarzanie neutrofili i monocytów, uwalnianie histaminy (przez bazofile), degranulację komórek tucznych, wytwarzanie PGE, wzmaga przepuszczalność naczyń

• monocyty wytwarzają antagonistę receptora dla IL-1, czyli IL-1Ra, który bierze udział w regulacji zwrotnej

• działa na mięśnie, tkankę tłuszczową, podwzgórze i wątrobę

• wywołuje syntezę białek ostrej fazy, gorączkę

IL-2

• uwalniania głównie przez limfocyty Th1

• działa na limfocyty T, NK oraz B, przy czym receptory IL-2R o dużym powinowactwie występują tylko na pobudzonych limfocytach T i B oraz 10% spoczynkowych komórek NK

• powoduje proliferację i aktywację komórek oraz syntezę Ig

• jest najważniejszym czynnikiem wzrostu dla limfocytów regulatorowych Treg * uczestniczy w wygaszaniu reakcji odpornościowej i chroni przed autoimmunizacją

IL-3

• uwalniania przez aktywowane limfocyty T (Th1, Th2, Tc)

• stymuluje krwiotworzenie

• stanowi czynnik wzrostu komórek tucznych i bazofilów (multi-CSF)

IL-4

• wytwarzana głównie przez limfocyty Th2 i mastocyty

• działa na limfocyty B, T i śródbłonek

• wpływa na proliferacje i różnicowanie limfocytów B (synteza IgE), różnicowanie i aktywacja monocytów/ makrofagów, komórek tucznych

• powoduje przekształcanie się limfocytów Th0 w kierunku Th2

IL-5

• wytwarzana przez limfocyty Th2 i mastocyty

• działa na limfocyty B i eozynofile

• powoduje syntezę IgA i aktywację eozynofilów

IL-6

• uwalniana jest głównie przez monocyty/makrofagi oraz limfocyty Th2

• głównym czynnikiem indukującym jest IL-1

• rozpuszczalny receptor dla IL-6 wiąże się z nią, a dopiero potem z obecnym w błonie komórkowej i przenoszącym sygnał łańcuchem β- gp130

• działa na komórki B, T oraz wątrobę

• powoduje syntezę Ig, białek ostrej fazy

• podwyższa temperaturę ciała

IL-7

• uwalniana jest przez komórki zrębowe narządów limfatycznych np. szpiku i grasicy, głównie fibroblasty

• odgrywa wybitną rolę w limfopoezie (stąd nazywana jest limfopoetyną): wzrost i różnicowanie tymocytów, limfocytów pro- i pre-B

• podobną budowę ma limfopoetyna zrębu grasicy (TSLP), która bardzo silnie aktywuje niedojrzałe komórki dendrytyczne

IL-8

• należy do chemokin CXCL8

• bierze udział w aktywacji, wzmaganiu fagocytozy oraz bakteriobójczych właściwości neutrofilów

IL-9

• wytwarzana głównie przez limfocyty Th2

• stymuluje krwiotworzenie, komórki tuczne

IL-10

• wytwarzana głównie przez Th2, monocyty/makrofagi

• działa na limfocyty Th1 i monocyty

• wywiera efekt hamujący (cytokina przeciwzapalna): hamuje powstawanie limfocytów Th1 i wydzielanie przez nie cytokin, hamuje również wydzielanie cytokin przez monocyty i makrofagi, hamuje ekspresję cząsteczek MHC klasy II, stymuluje wytwarzanie antagonisty dla receptora IL-1

• pobudza różnicowanie limfocytów Th0 w kierunku Th2

IL-11

• wytwarzana przez komórki zrębowe narządów krwiotwórczych

• stymuluje powstawanie płytek krwi, erytrocytów, granulocytów i makrofagów

• wzmaga wytwarzanie przeciwciał przez limfocyty B

• zwiększa syntezę białek ostrej fazy

• hamuje syntezę cytokin prozapalnych przez makrofagi

IL-12

• uwalniana jest przez komórki APC (ale nie limfocyty B!)

• działa na komórki NK i limfocyty Th1 (stymuluje proliferację, aktywność, cytotoksyczność syntezę IFN-γ i TNF)

• stymuluje powstawanie limfocytów Th1

• pobudza wydzielanie IgG, a hamuje IgE

• hamuje powstawanie naczyń (mechanizm przeciwnowotworowy)

IL-13

• wydzielana głównie przez limfocyty Th2 oraz Tc

• działa na monocyty i komórki B

• efekt podobny jak IL-4 (poza tym, że nie działa na limfocyty T)

IL-14- podważono jej istnienie *

IL-15

• wytwarzana głównie przez monocyty/makrofagi

• działa na limfocyty T i komórki NK

• efekt podobny jak IL-2

• dodatkowo zwiększa masę mięśniową i pobudza angiogenezę

IL-16

• dawniej nazywana czynnikiem chemotaktycznym dla limfocytów (LDF) gdyż przyciąga granulocyty kwasochłonne, limfocyty CD4, monocyty

• związane jest to z faktem iż receptorem dla tej cytokiny jest CD4

• zwiększa ekspresję receptora dla IL-2 oraz cząsteczek MHC kl. II na powierzchni limfocytów T

IL-17

• uwalniania przez aktywowane limfocyty T (wyodrębniono populację Th17)

• działa na neutrofile, makrofagi, fibroblasty

• pobudza makrofagi do produkcji cytokin, dojrzewanie komórek dendrytycznych

• wspomaga odporność przeciwbakteryjną

IL-18

• uwalniania przez makrofagi

• działa na limfocyty T i komórki NK

• efekty podobne jak IL-12

IL-19:

• homolog IL-10

• wytwarzanym przez monocyty/makrofagi stymulowane LPS

• indukuje wytwarzanie IL-6 i TNF przez monocyty oraz zwiększa wytwarzanie IL-4 przez Th2

IL-20

• wytwarzana jest przez keratynocyty

• jest czynnikiem wzrostu dla komórek

• indukuje wydzielanie TNF, IL-6 oraz chemokin

IL-21

• wytwarzana przez limfocyty CD4

• wpływa na spoczynkowe limfocyty B i komórki NK oraz aktywowane limfocyty T i niedojrzałe komórki dendrytyczne

IL-26 jest wytwarzana przez limfocyty T zakażone jedynym z wirusów opryszczki

2. CZYNNIKI KRWIOTWÓRCZE

To substancje odpowiedzialne za wzrost i dojrzewanie komórek progenitorowych odpowiednich krwinek. Stanowią również istotny modulator odpowiedzi immunologicznej.

1. GM-CSF - czynnik stymulujący tworzenie kolonii granulocytów i makrofagów, wytwarzany głównie przez Th1, niektóre Th2 i Tc, działa na komórki prekursorowi szeregu granulocytowo-makrofagowego oraz na dojrzałe komórki efektorowe tej linii. Zwiększa:

• właściwości fagocytarne

• produkcję cytokin (IL-1, IL-6, TNF, G-CSF)

• ekspresję cząsteczkę adhezyjnych

• poziom receptorów dla fragmentów Fc przeciwciał

G-CSF - czynnik stymulujący tworzenie kolonii granulocytów, wytwarzany przez monocyty/makrofagi, a także śródbłonek i fibroblasty, wpływa na wytwarzanie neutrofilów w szpiku

M-CSF - czynnik stymulujący tworzenie kolonii makrofagów, wytwarzany przez monocyty/makrofagi, a także śródbłonek i fibroblasty, działa przede wszystkim na monocyty i makrofagi oraz ich komórki progenitorowe (zwiększa właściwości żerne, stymuluje wytwarzanie cytokin)

SCF- czynnik komórek macierzystych, wpływa na bardzo młode, multipotencjalne komórki macierzyste krwiotworzenia, stanowi również czynnik wzrostu komórek tucznych i melanocytów

erytropoetyna- pobudza erytropoezę, a w dużych dawkach stymuluje również tworzenie płytek krwi, stosowana w zmniejszaniu niedokrwistości

trombopoetyna- cytokina wpływająca na dojrzewanie megakariocytów, w trombopoezie uczestniczą również IL-3, IL-6 i IL-11

ligand Flt3- działa na wczesne komórki krwiotwórcze oraz stanowi czynnik dojrzewania komórek dendrytycznych

3. INTERFERONY

Interferony bardzo dobrze opisane są w streszczeniu Jakóbisiaka

4. CHEMOKINY

Stanowią cytokiny, które oddziałują chemotaktycznie, a często także aktywująco na różne populacje leukocytów. Dawniej nazywane były małymi cytokinami z powodu małej masy cząsteczkowej. Funkcjonalnie dzielimy je na:

1. chemokiny prozapalne (indukowane)- wytwarzane w trakcie reakcji zapalnej po wpływem cytokin lub bezpośrednio przez drobnoustroje chorobotwórcze. Przyciągają do miejsc objętych stanem zapalnym komórki efektorowe:

• w infekcjach bakteryjnych najpierw pojawiają się neutrofile, następnie monocyty, a dopiero na końcu limfocyty

• w infekcjach pasożytniczych selektywnie przyciągają eozynofile

chemokiny limfoidalne (konstytutywne lub hemostatyczne)- wytwarzane stale w odpowiednich mikrośrodowiskach narządów limfatycznych i w tkankach obwodowych:

• regulują krążenie różnych populacji limfocytów

• sterują migrację komórek dendrytycznych do obwodowych narządów limfatycznych

• uczestniczą w przemieszczaniu się dojrzewających tymocytów do odpowiednich regionów grasicy

Głównym źródłem chemokin są monocyty i makrofagi, natomiast ich receptory związane są z białkiem G. Toksyna krztuśca hamuje białko G blokując działanie niemal wszystkich chemokin, uniemożliwiając między innymi przechodzenie leukocytów z naczyń do tkanek obwodowych. Przez receptory CXCR4, CCR3 i CCR5 może wnikać wirus HIV i w ten sposób zarażać komórki. Distamycyna stanowi antagonistę receptora CCR5, który uniemożliwia wnikanie HIV do komórek in vitro.

• chemokiny wpływają również na proces limfopoezy i mielopoezy np. CXCL12 silnie pobudza (wraz z IL-7) proliferację prekursorów limfocytów B

• chemokiny stymulują także aktywację komórek: mogą zwiększać cytotoksyczność limfocytów Tc, komórek NK oraz wzmagać ekspresję cząsteczek CD80 na komórkach prezentujących antygeny

5. NADRODZINA CZĄSTECZEK CZYNNIKA MARTWICY NOWOTWORU

1. czynnik martwicy nowotworu TNF (kachektyna)

• TNF (czyli TNF-α):

• wytwarzany początkowo jako integralne białko błonowe typu II, a dopiero w wyniku działania metaloproteinazy (TACE) uwalniany jest do środowiska

• uwalniane przede wszystkim przez monocyty i makrofagi, przy czym najsilniejszym bodźcem jest LPS

• limfotoksyna α (LT-α, czyli TNF-β)

• nie ma postaci błonowej, lecz jest uwalniana bezpośrednio do środowiska)

• limfotoksyna β (LT-β)

• posiada formę błonową zbudowaną z jednego łańcucha α i dwóch β lub jednego β i dwóch α

• obie limfotoksyny uwalniane są przez limfocyty

• istnieją 2 receptory dla TNF: TNFR1 i TNFR2, które wiążą również homotrimer LT- α oraz heterotrimer (LT-α)₂ LT-β. Heterotrimery (LT-α)₂ LT-β i LT-α(LT-β)₂ wiąże również receptor dla limfotoksyny LT-βR

• receptory TNF występują niemal na każdej komórce jądrzastej- stąd cechuje się niezwykłą wielokierunkowością działania

• TNFR1 zawiera wewnątrzkomórkową domenę śmierci (DD), która odpowiada za aktywację 2 niezależnych i przeciwstawnych szlaków w komórce: z jednej strony prowadzi do apoptozy, ale z drugiej aktywuje czynniki NF-κB i indukuje ekspresję genów

• TNFR2 posiada część cytoplazmatyczną łączącą się z białkami TRAF, które nie wykazują aktywności enzymatycznej lecz przekazują sygnał

Wpływ na układ odpornościowy:

• należy do cytokin odpowiedzi zapalnej

• pobudza proliferacje i różnicowanie limfocytów B (wraz z IL-6)

limfocytów T (z IL-2 i IL-6)

komórek NK (wraz z IL-2)

• działa chemotaktycznie na monocyty, neutrofile, zwiększa właściwości żerne, przyspiesza uwalnianie ze szpiku

• indukuje uwalnianie wielu cytokin prozapalnych, a także prostaglandyn, leukotrienów (co wynika z aktywacji w/w komórek)

• indukuje ekspresję cząsteczek MHC klasy I i II

• powoduje uwalnianie białek ostrej fazy

• działa przeciwnowotworowo:

• bezpośrednio: indukuje apoptozę i różnicowanie, hamuje proliferację

• indukuje zmiany w naczyniach: powoduje tworzenie zakrzepów, przyleganie neutrofili, monocytów i limfocytów do śródbłonka (zwiększa ekspresję cząstek adhezyjnych np. ICAM) oraz zwiększa przepuszczalność śródbłonka

• pobudza przeciwnowotworową odpowiedź immunologiczną

Talidomid- lek blokujący wytwarzanie TNF, stosowany w mięsaku Kaposiego i szpiczaku.

2. FasL (CD178)

• stanowi cytokinę również wytwarzaną jako białko błonowe, które może być uwalniane z powierzchni komórki przez metaloproteinazy

• wytwarzany głównie przez limfocyty T oraz komórki NK

• indukuje fagocytozę komórek docelowych, które na swojej powierzchni mają receptor Fas, np. komórki zakażone wirusem lub komórki nowotworowe

• uczestniczy również w negatywnej regulacji odpowiedzi immunologicznej, ponieważ na aktywowanych limfocytach T także pojawiają się receptory Fas, stąd stają się one wrażliwe na FasL

3. TRAIL

• indukuje apoptozy aktywowanych limfocytów T

• eliminuje zakażone komórki przez limfocyty T i makrofagi

• indukuje również apoptozę komórek nowotworowych (aż 60% komórek nowotworowych jest wrażliwe na działanie TRAIL, natomiast większość prawidłowych jest oporna za wyjątkiem hepatocytów i astrocytów)

• istnieje 5 receptorów TRAIL:

• TRAILR1 i TRAILR2- to receptory śmierci

• TRAILR3 i TRAILR4- stanowią receptory „wabiki” obecne w błonie

• ostatni jest rozpuszczalnym białkiem wiążącym TRAIL

6. INNE CYTOKINY

1. MIF czyli czynnik zahamowania migracji leukocytów, wytwarzany głównie przez monocyty/makrofagi, stymuluje wytwarzanie przez makrofagi: H₂O₂, NO, IL-1β, IL-6, TNF, wzmaga ekspresję cząsteczek MHC klasy II, stymuluje proliferację limfocytów T, blokuje przeciwzapalne działanie glikokortykosteroidów

2. TGF-β czyli transformujący czynnik wzrostu, uwalniany jest głównie przez makrofagi, neutrofile, płytki krwi i limfocyty, działa hamująco na proliferację limfocytów B, T, komórek NK, hamuje ekspresję cząsteczek MHC klasy II, hamuje powstawanie limfocytów Tc, stymuluje tworzenie się naczyń, gojenie się ran, wzmaga wytwarzanie IgA, a hamuje IgM i IgG

Podsumowanie z wykładu

Cytokiny możemy najogólniej podzielić na:

1. Cytokiny biorące udział w odporności naturalnej, głównie zaangażowane w proces zapalny, często nazywane CYTOKINAMI PROZAPLANYMI:

IL-1, IL-12, TNF-α ik IFN-γ

1. Cytokiny i czynniki regulujące odporność nabytą:

limfocyty B i T, neutrofile, IL-4, IL-5, IL-12, TGF-β

1. Czynniki stymulujące proliferację i różnicowanie niedojrzałych form komórek:

GM-CSF, G-CSF, M-CSF

1. Chemokiny, które regulują ruchliwość leukocytów w organizmie. Regulują one ruch na obwodzie limfocytów T oraz są związane z migracją makrofagów i neutrofili do ogniska zaplanego

7

---