SIEĆ CYTOKIN

oCYTOKINY (z gr. citos - komórka i kinesia - ruch) to małe antygenowo, rozpuszczalne, nieswoiste cząsteczki białkowe (często glikoproteiny lub peptydy) za pomocą których komórki nawzajem wpływają na siebie. Regulują reakcje odpowiedzi immunologicznej, reakcje zapalne i procesy naprawy tkanek.

oCytokiny tworzą sieć złożonych połączeń między komórkami.

*Cytokiny regulują ważne procesy biologiczne. Cytokiny SA to białka ( najczęściej glikoproteiny ) o stosunkowo niskiej masie cząsteczkowej, często złożone z jednego łańcucha. Regulują wszystkie ważne procesy biologiczne - wzrost komórki, jej aktywację, proces zapalenia, odporność, naprawę tkanek, włóknienie i morfogenezę. Niektóre cytokiny są także czynnikami chemotaktycznymi dla określonych typów komórek i noszą nazwę „chemokin” .Pomimo, iż cytokiny określa się jako „rodzinę”, jest to pojęcie bardziej czynnościowe niż strukturalne; białka te bowiem nie są spokrewnione chemicznie.

oNajpierw cytokiny nazywano limfokinami (uwalniane przez limfocyty) lub monokinami (wytwarzane przez komórki linii mieloidalnej).

oNastępnie został wprowadzony termin „interleukiny” w nadziei usystematyzowania (umożliwiają komunikację leukocytów między sobą)

oNajbardziej celne - „cytokiny”.

*

Termin „limfokiny” pierwotnie odnosił się do mediatorów uwalnianych przez limfocyty. Termin „interleukiny” był wprowadzony w nadziei, że przez ponumerowanie tych mediatorów ( interlukina-1, interleukina-2 itd.), powstanie uniwersalna nomenklatura. Jest to mylące, ponieważ oznacza, że to mediatory działają tylko jako sygnały pomiędzy krwinkami białymi: chociaż wiele z nich naprawdę wykazuje te czynność, większość posiada również funkcje, które całkowicie pomijają leukocyty. Najlepsze terminy to „cytokiny”, gdyż można go użyć w odniesieniu do każdego mediatora działającego jako sygnał pomiędzy komórkami jakiegokolwiek typu.

Dużo zamieszania wokół nomenklatury wynika z faktu, że cytokiny są wielofunkcjonalne. Tak więc wiele cytokin zostało odkrytych niezależnie w kilku różnych laboratoriach, pracujących z całkowicie różnymi układami doświadczalnymi.

Diagram u dołu przedstawia historię odkryć interleukin. Przedstawiono daty sklonowania genów kodujących poszczególne interleukiny

GŁÓWNE WŁAŚCIWOŚCI BIOLOGICZNE :

oUwalnianie cytokin zachodzi szybko (prawie natychmiast po zadziałaniu bodźca) i jest samoograniczające, a ilość uwalnianych cytokin jest proporcjonalna do siły bodźca działającego na komórkę

oPoszczególne cytokiny są produkowane i uwalniane przez wiele różnych rodzajów komórek (przykładowo: niemal wszystkie komórki organizmu mogą produkować i uwalniać TNF α, wiele typów komórek uwalnia IL-1).

oCytokiny działają na wiele rodzajów komórek posiadających receptory błonowe dla cytokin (jedna cytokina może działać na wiele rodzajów komórek, które posiadają w błonie komórkowej receptor dla tej cytokiny) - efekt plejotropowy.

oRóżne cytokiny mogą z różnym powinowactwem wiązać się do jednego typu receptora w obrębie rodziny receptorów i wywoływać taki sam efekt pobudzenia komórki - redundancja.

oCytokiny pełnią wiele różnych i niepowiązanych funkcji, często nakładających się na siebie i wzajemnie antagonistycznych lub synergicznych. Wykazują również działanie w układach pętli sprzężeń zwrotnych.

*Przykładem antagonistycznego działania jest również Il-4 i IfN Gamma na podukcje IGE.

Niektóre cytokiny, np. Il-2 i INF gamma dziłają synergistycznie aby zwiększyć aktywację komórki.

oWykazują działanie kaskadowe. Cytokiny współdziałają ze sobą (jedna cytokina jest „jednym słowem w zdaniu wielokrotnie złożonym”).

*Cytokiny nie działają pojedyńczo in vivo. Być może każdą cytokinę powinno się rozważać jako pojedyńcze słowo w zdaniu cytokin. Każda komórka odpowiada na całe zdanie i może być ważne nawet następstwo na ekspozyji na te mediatory.

oDo tych efektów należy jeszcze dodać możliwość działania cytokin na komórkę je wytwarzającą (działanie autokrynowe), na inną komórkę położoną w pobliżu (parakrynowe) oraz na oddalone komórki organizmu poprzez układ krwionośny (endokrynowe).

RECEPTORY DLA CYTOKIN

oZnamienną cechą receptorów dla cytokin jest to, że ich zewnątrzkomórkowe fragmenty zbudowane są z charakterystycznych domen.

oDrugą charakterystyczną cechą receptorów dla cytokin jest obecność domen wewnątrzkomórkowych, które są bezpośrednio odpowiedzialne za inicjowanie sygnałów w komórce.

Receptory te można podzielić na 5 różnych typów:

oreceptory o budowie Ig-podobnej

oreceptory cytokin klasy I ( receptory dla hematopoetyn)

oreceptory dla cytokin klasy II ( receptory dla interferonów ) oraz rodziny IL-10

oreceptory dla cząstek nadrodziny TNF

oreceptory sprzężone z białkami G ( dla chemokin ).

*Typ I charakteryzuje immunogluobulinopodobna struktura zewnątrzbłonowej domeny, Typ II wykazuje obecność cysteiny w domenie pozakomórkowej oraz tryptofanu i seryny (IIA) oraz dodatkowo domeny immunoglobulinopodobnej (typ IIB)

Typ III receptorów interleukin cechuje podobna struktura jak typ II ale bez tryptofanu i seryny

oReceptory, które tylko raz przenikają błonę komórkową, muszą ulec di- lub trimeryzacji, zanim rozpoczną przekazywanie sygnałów. Dopiero wówczas 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.

oMożliwość tworzenia heterodimerów - redundancja

oReceptory, które wielokrotnie przechodzą przez błonę komórkową - receptory związane z białkami G - mają postać *-helisy siedmiokrotnie przebijającej błonę. Po związaniu ligandu z zewnątrzkomórkową częścią receptora dochodzi do zmiany konformacji jego części wewnątrzkomórkowej, co umożliwia oddziaływanie z białkiem G

*ma mianowicie postać a-helisy siedmiokrotnie przebijającej dwuwarstwową błonę białkowo-lipidową. Po związaniu się substancji sygnalizacyjnej z zewnątrzkomórkową częścią receptora dochodzi do zmiany konformacji jego części wewnątrzkomórkowej, co umożliwia oddziaływanie z białkiem G. Najbardziej znanym receptorem o takiej budowie jest receptor b2, lecz podobnie zbudowane są też inne receptory adrenergiczne, większość cholinergicznych, receptory histaminowe i wiele innych.

Wszystkie białka G mają podobnie, jak receptory z nimi związane identyczny plan budowy i tworzą rodzinę trójpodjednostkowych, homologicznych białek wiążących i hydrolizujących GTP. Złożone są mianowicie z 3 podjednostek: a, b i g. Klasyfikacja białek G zaproponowana przez Heplera i Gilmana oparta jest na właściwościach podjednostki a. Zgodnie z tym podziałem wyróżnia się cztery typy białek G: Gs, Gi, Gq i G12.

Nie wdając się w szczegółowe różnice pomiędzy tymi typami stwierdzić można, że podjednostka a w stanie niepobudzonym połączona jest z cząsteczką GDP, co powoduje, że białko G jako całość jest nieaktywne (o czym była mowa w poprzedniej części tego opracowania). Związanie ligandu przez receptor prowadzi do wymiany cząsteczki GDP na GTP. Powoduje to rozpad białka G na dwie składowe - kompleksy a-GTP i bg, które mogą swobodnie dyfundować w płaszczyźnie błony komórkowej. Oba powstałe kompleksy, które są aktywne, oddziaływać mogą z kolei z innymi cząsteczkami białkowymi, rozlokowanymi w błonie komórkowej, a te przenoszą sygnał jeszcze dalej do ostatecznych miejsc przeznaczenia, tworząc opisywane w poprzednim odcinku kaskady sygnalizacyjne.

PRZEKAZYWANIE SYGNAŁU

oAktywowanie szlaku przekazywania sygnału za pomocą kinaz tyrozynowych JAK (Janus kinases) oraz białek STAT (signal transducers and activators of transcription)

oWiele receptorów ma zdolność aktywacji także innych szlaków: między innymi szlaki GTPaz i kinaz MAP, kinazy tyrozynowe z rodziny Src- i Tec - podobnych oraz kinazy 3-fosfatydyloinozytolu

*STAT po aktywacji po aktywacji komórki tworzą dimery i przemieszczają się do jądra działając jako czynniki transkrypcyjne. Związanie się cytokin z receptorami w błonie komórkowej prowadzi do uaktywnienia w komórce szlaków przekazywania sygnału. Uczestniczą tu między innymi szlaki GTPaz i kinaz MAP, kinazy tyrozynowe z rodziny Src- i Tec - podobnych oraz kinazy 3-fosfatydyloinozytolu. Jednakże ogromna większość cytokin ma wspólna cechę aktywowania szlaku przekazywania sygnału za pomocą kinaz tyrozynowych oraz białek STAT. Te ostatnie po aktywacji komórki tworzą dimery i przemieszczają się do jądra działając jako czynniki transkrypcyjne.

INHIBICJA CYTOKIN

oMożliwe 3 drogi in vivo.

*

Trzy typy inhibitora cytokin.

1. Cząsteczki homologiczne do cytokin i zdolne do wiązania z jej receptorem bez doprowadzenia do transdukcji sygnału, działają jak konkurencyjne inhibitory. Gen dla inhibitora IL-1 tego typu został sklonowany. Hamująco działać mogą również odmiany glikozylacji różnych mediatorów.

2. Domeny wewnątrzkomórkowe receptorów TNF i IL-1 mogą ulec złuszczeniu. Wiążą swoją cytokinę w fazie płynnej i w ten sposób uniemożliwiają jej dostęp do receptorów na błonach komórkowych.

3. Inne mediatory, działające przez zupełnie inne receptory, mogą wywierać przeciwstawne efekty na komórkę.

PODZIAŁ CYTOKIN:

INTERLEUKINY

IL-1 - cała rodzina, obejmująca 10 cząsteczek

oPoprzednie nazwy: pirogen endogenny, czynnik

aktywujący limf. B i T, czynnik aktywujący osteoklasty

Wydzielana głównie przez monocyty i makrofagi, a jednym z najefektywniejszych induktorów jej wydzielania jest LPS

Zakres działania (Większość opisywanych właściwości dotyczy IL-1*):

nSynteza IL-2 i IL-2R przez limfocyty T :

• Pobudzanie wytwarzania IFN-* przez limf. T i IL-6 przez makrofagi, kom. śródbłonka i fibroblasty

• Wpływ na proliferację i wytwarzanie przeciwciał przez limfocyty B

• Wydzielanie przez różne komórki CSF

• Rozwój reakcji zapalnej: chemotaksja neutrofilów i monocytów, uwalnianie histaminy przez bazofile, degranulacja eozynofilów i produkcja prostaglandyn, wzrost przepuszczalności śródbłonka

• OUN: Wzrost temp. ciała, senność, jadłowstręt

• Pobudzanie syntezy białek ostrej fazy w wątrobie

IL-2 - zwana poprzednio czynnikiem wzrostowym limfocytów T

oUwalniana przede wszystkim przez limfocyty Th (głównie Th1), a w mniejszym stopniu przez limfocyty cytotoksyczne, które rozpoznały antygen poprzez TCR

oEkspresja jest wzmagana przez sygnał kostymulujący z CD28

Funkcje:

• Pobudzanie proliferacji limfocytów T cytotoksycznych CD8+, szczególnie tych które niedawno rozpoznały antygen

• Czynnik wzrostu dla Th, komórek NK, Treg

• Indukuje wydzielanie cytokin: IFN-*, limfotoksyn, IL-2 i IL-6

• Proliferacja i różnicowanie limfocytów B w kooperacji z IL-4 i IL-5

• IL-2 jest jednym z kluczowych mediatorów w chorobach z autoagresji

IL-3:

• Szpik - stymuluje krwiotworzenie, potęguje ten proces w sytuacjach wzmożone reaktywności immunologicznej

• Bazofile i eozynofile - aktywacja i proliferacja,

IL-4 - pierwotnie nazywana czynnikiem stymulującym limf. B, wytwarzana przez limfocyty Th (głównie Th2):

• Limfocyty B - proliferacja, różnicowanie, ekspresja cz. MHC I i II,

• Odporność przeciwpasożytnicza (IgE),

• Proliferacja kom tucznych,

• Th0 → Th2,

IL-5 - wytwarzana przez limfocyty Th (głównie Th2)

•Uwalnianie histaminy z komórki tucznej,

•Wytwarzanie przeciwciał przez limf B,

•Profileracja i różnicowanie bazofili i eozynofili, działanie chemotaktyczne

oIL-7 - wytwarzana głównie przez komórki zrębowe narządów limfatycznych (limfopoetyna 1)

•Proliferacja i różnicowanie tymocytów,

•Limfopoeza,

•Pro-T → Tαβ i Tγδ,

IL-6 - charakteryzuje się wybitną plejotropowością.

oSyntetyzowana głównie przez monocyty i makrofagi, ale także przez fibroblasty, śródbłonek, limfocyty T i B

oIL-1, TNF, IFN, LPS indukują jej wytwarzanie

Funkcje:

• Pobudza syntezę białek ostrej fazy

• Stymuluje do podziałów komórki progenitorowe szpiku, wraz z IL-3 pobudza krwiotworzenie

• Czynnik stymulujący końcowe różnicowanie limfocytów B, działa na limfocyty B pobudzone (IL-4 i IL-5), stymuluje uwalnianie immunoglobulin różnych klas

• Aktywacja limfocytów T rozpoznających antygen

• Jest jednym z czynników podwyższających temperaturę ciała

• Stymuluje wzrost komórek szpiczaka

IL-8 - jest chemokiną, wytwarzaną przez kom. śródbłonka, monocyty

•czynnik chemotaktyczny neutrofilów, przyciąganie ich do miejsca reakcji zapalnej i pobudzanie ich właściwości bakteriobójczych

•stymuluje degranulację i uwolnienie enzymów lizosomalnych,

•Zwiększa ekspresję CR1 i CR3

IL-9

•Proliferacja i różnicowanie kom tucznych,

•Stymulacja wytwarzania IgE

•Regulacja odporności przeciwpasożytniczej

•Różnicowanie z komórki macierzystej neutrofilów i erytrocytów,

IL-10 - wytwarzana przez pobudzone limfocyty T (Th2), ale także limfocyty B, monocyty, makrofagi i keratynocyty

* Supresja odpowiedzi komórkowej i odpowiedzi zapalnej:

•Hamuje wytwarzanie cytokin przez limfocyty Th1

•Hamuje powstawanie limfocytów Th1 pobudzonych przez Ag

•Hamuje wytwarzanie przez monocyty i makrofagi cytokin

•Hamowanie ekspresji cząsteczek MHC klasy II

IL-12 - wytwarzana przez makrofagi i DC, jej wytwarzanie pobudzają składniki ścian bakterii oraz kontakt limf. Th1 z APC

• Stymuluje proliferację, aktywację i cytotoksyczność limfocytów T i komórek NK

• Indukuje Th0 * Th1 oraz wzmaga ich aktywność i proliferację

• Pobudza wydzielanie IgG oraz hamuje IgE

• Stymuluje wydzielanie cytokin przez limfocyty T (IFN-*, TNF, GM-CSF)

INTERFERONY

oInterferon, typ I - α, β, ε, κ, ω; wydzielane przez komórki zakażone wirusem

oInteferon, typ II - γ wydzielany przez limfocyty T, NKT i komórki NK po pobudzeniu antygenem wirusowym

o

Interferony nie wykazują bezpośredniego działania przeciwwirusowego, ale oddziałują na komórki indukując w nich powstanie czynników przeciwwirusowych i „stanu gotowości przeciwwirusowej”.

*Alfa - leukocytarny, najwiecej wydzielają niedojrzałe komórki dendrytyczne

Beta - fibroblasty

Kappa - keratynocyty

CZYNNIKI STYMULUJĄCE TWORZENIE KOLONII (CSF)

oGM-CSF

stymulacja prekursorów granulocytów i makrofagów do proliferacji, zwiększa właściwości fagocytarne, wytwarzanie cytokin, ekspresję cząsteczek adhezyjnych, receptorów FcR

oG-CSF

pobudza dojrzewanie granulocytów,

oM-CSF

stymuluje wybiórczo rozwój i aktywność monocytów i makrofagów,

oEPO

stymuluje powstawanie krwinek czerwonych.

CZYNNIKI MARTWICY NOWOTWORÓW

TNF α - zidentyfikowany jako białko zdolne do zabijania komórek nowotworowych in vitro oraz kachektyna - czynnik powodujący wyniszczenie

oWytwarzany przez monocyty i makrofagi. Najsilniejszy bodziec: LPS

oJedna z głównych cytokin odpowiedzi zapalnej

oGwałtowne wydzielanie TNF prowadzi do objawów wstrząsu; zespołu przesiąkania włośniczkowego, niewydolności oddechowej, martwicy, wykrzepiania wewnątrznaczyniowego i wysokiej gorączki

oPrzewlekłe wydzielanie TNF prowadzi do wyniszczenia: utraty masy ciała, katabolizmu białek,lipidów, insulinooporności i zmian miażdżycopodobnych

oDziałanie antynowotworowe poprzez indukcje zmian w naczyniach krwionośnych nowotworu i pobudzenie odp. przeciwnowotworowej, bezpośrednio: indukcja apoptozy, hamowanie proliferacji komórek

TNF β - limfotoksyna *

Produkowany przez limfocyty. Udział w swoistej odpowiedzi imm. w obrębie narządów limfatycznych obwodowych

CYTOKINY PROZAPALNE - czynniki ostrej fazy

oIL-1

oIL-6

oTNF-*

• nieswoiste właściwości prozapalne

• wzrost ekspresji cząsteczek adhezyjnych

• wzrost wydzielania chemokin

• synteza białek ostrej fazy

• gorączka, anoreksja

• aktywacja komórek neuroendokrynnych

(uwalnianie hormonów z podwzgórza i przysadki)

CHEMOKINY

Bardzo duża rodzina małych polipeptydów, które odgrywają kluczową rolę w:

• chemotaksji i regulowaniu krążenia leukocytów

• aktywacji, proliferacji, różnicowaniu lukocytów

• krwiotworzeniu i limfopoezie

• odporności przeciwzakaźnej

• odpowiedzi przeciwnowotworowej

• mechanizmach odrzucania przeszczepów

Zjawisko dewiacji immunologicznej (rozdwojona tolerancja):

* Optymalnemu rozwojowi odpowiedzi typu komórkowego towarzyszy na ogół brak odpowiedzi typu humoralnego i na odwrót. Wynika to między innymi z wydzielania przez limfocyty Th1 interferonu γ.
* Uwalniana przez limfocyty Th2 interleukina 10 hamuje wytwarzanie cytokin przez komórki dendrytyczne, makrofagi oraz limfocyty Th1 i razemz IL- 4 i 13 może hamować wspomaganą przez limfocyty Th1 odpowiedź typu komórkowego.

*Udział cytokin we wzajemnym różnicowaniu limf Th1 i Th2. Schemat przedstawia wpływ cytokin na odpowiedź immunologiczną Th1 i Th2 . Optymalnemu rozwojowi odpowiedzi typu komórkowego towarzyszy na ogół brak odpowiedzi typu humoralnego i na odwrót. Wynika to między innymi z wydzielania przez limfocyty Th1 interferonu γ, który częściowo poprzez indukcje wewnątrzkomórkowego białka SOCS1 hamuje proliferację i czynność limfocytów Th2. Z kolei uwalniana przez limfocyty Th2 interleukina 10 hamuje wytwarzanie cytokin przez komórki dendrytyczne, makrofagi oraz limfocyty Th1 i razem z interleukinami 4 i 13 może hamować wspomaganą przez limfocyty Th1 odpowiedź typu komórkowego. Antagonizm ten leży u podłoża zjawiska znanego jako dewiacja immunologiczna, określanego również jako rozdwojona tolerancja. Przejawia się ona intensywną aktywacją limfocytów Th2 i odpowiedzią humoralną , która zapobiega zarazem rozwojowi odpowiedzi komórkowej, a rzadziej, intensywna aktywacją limfocytów Th1 i odpowiedzią komórkową interferująca z rozwojem odpowiedzi humoralnej. Jeżeli chodzi o interleukinę 10, to należy pamiętać, że wydzielana jest ona także przez makrofagi i hamuje wytwarzanie cytokin nie tylko przez limfocyty Th1, ale także przez limfocyty Th2 i przez sam makrofagi.

SIEĆ CYTOKIN

oCytokiny uwalniane z komórek stanowią humoralny system komunikacji pomiędzy komórkami w zakresie integracji ich funkcji w odpowiedzi immunologicznej, odczynie zapalnym i reperacji uszkodzeń tkanek.

oCytokiny funkcjonują jako linie połączeń wewnątrz układu immunologicznego i pomiędzy układem immunologicznym a innymi narządami tworząc sieć złożonych połączeń między komórkami.

oCytokiny tworzą układ połączeń między komórkami, działając równolegle z innymi bodźcami powstającymi z bezpośredniego kontaktu komórka-komórka, stwarzając sieć powiązań uczestniczących w każdej czynności odpowiedzi immunologicznej.

oSieć cytokin (Cytokine network) powstaje w wyniku istnienia szeregu cytokin i odpowiadających na ich działanie komórek (lub tkanek) docelowych. Interakcja między nimi zachodzi poprzez łączenie się danej cytokiny ze specyficznym dla niej błonowym receptorem.

*

Receptory odznaczają się bardzo znaczną czułością dlatego stężenia cytokin rzędu pikomoli już wywierają efekt w komórkach docelowych, który polega na wpływie poprzez wewnątrzkomórkowe mechanizmy sygnałowe na ekspresję pewnych genów.

oDziałanie sieci cytokin polega na tym, że dana cytokina może wpływać na wytwarzanie i działanie całego szeregu innych cytokin.

oJednak nie każda komórka jest w stanie reagować na daną cytokinę, nie każda także może tę cytokinę produkować.

oDziałanie sieci cytokin jest zatem uzależnione od wielu czynników, będących kombinacją ilości cytokin, receptorów dla cytokin i rodzajów komórek.

oNawet drobne zmiany w jednym miejscu sieci cytokinowej mogą wywoływać całkowicie inne reakcje układu odpornościowego.

*Jeżeli będziemy mieli np. do czynienia z cytokinami, które wykazują efekt redundancji w stosunku do trzech różnych typów komórek, ale w stosunku do czwartego typu będą wykazywać antagonizm, to w rezultacie ten czwarty typ komórek może wydzielać zupełnie inne cytokiny. One z kolei mogą wpływać na inne komórki, wywołując kolejne efekty. W ten sposób różnica w działaniu na pojedynczy rodzaj komórek może w rezultacie doprowadzić do kolejnej, nieco poważniejszej zmiany, co skutkuje powstaniem całkowicie innej sytuacji niż ta, którą można by otrzymać, stosując na początku drugą cytokinę.

oCytokiny są kodowane przez wiele genów. Prowadzi to do powstawania różnych ich form biologicznie aktywnych. Skutkiem tego zjawiska jest znacząca złożoność sieci.

oSieć może zrekompensować brak jakiegoś elementu układu, stabilizować poprzez swoją elastyczność.

*Mimo ogromu działania cytokin można przewidzieć w małym stopniu wyniki interakcji pewnych cytokin z komórkami docelowymi. Uwarunkowane jest to faktem iż zwykłe pojedyńcze komórki wykazują w miarę stałe wzorce ekspresji genów w odpowiedzi na działanie cytokin na receptory specyficznych szlaków translokacji sygnału. Mieszanina cytokin może wywierać efekt który nie jest widoczny z żadną cytokiną użytą pojedynczo.

Sieć cytokinowa spełnia wiele różnorodnych czynności fizjologicznych. Cytokiny jako linie połączeń wewnątrz układu immunologicznego i pomiędzy układem immunologicznym a innymi narządami. Ewolucja i funkcja układu odpornościowego i nerwowego na wielu płaszczyznach przebiegają równolegle, mają wiele wspólnych mediatorów, receptorów i antygenów. Oba układy potrzebują wewnętrznej sieci połączeń, ale również sieci połączeń, która może kontrolować i współdziałać z innymi narządami. Układ immunologiczny jest złożony głównie z wolnych, ruchomych komórek; współdziałania komórka - komórka są okresowe i dotyczą głownie kontaktów wewnętrznych. Porozumienie z innymi narządami odbywa się znacznej mierze za pomocą cytokin. Układ immunologiczny jest scalony z układem nerwowym i endokrynowym, dzieli wspólnie z układem nerwowym zdolność do sygnału via oś podwzgórze-przysadka-nadnercze, ponieważ kilka cytokin, takich jak IL-1, IL-6 i TNF oddziałowują bezpośrednio na podwzgórze lub przysadkę. W dodatku, limfocyty mogą produkować ACTH w odpowiedzi na CRF. Wiele komórek układu odpornościowego wykazuje ekspresję receptorów dla neurotransmiterów, opioidów i neuropeptydów, rola tych mediatorów w regulacji odpowiedzi immunologicznych jest obecnie przedmiotem intensywnych badań.

Cytokiny są odpowiedzialne zarówno za szkodliwe, jak i korzystne zjawiska występujące w przebiegu różnych chorób. Interakcje przedstawione przypominają kaskady. Jedna cytokina wyzwala ekspresję jednego lub kilku innych cytokin, które z kolei mogą powodować wprowadzenie innych czynników tworząc tym samym skomplikowane układy regulacji. Jest o przykład działania plejotropowego. Ta współpraca wzajemna powoduje różne skutki regulacji, lokalne jak i systemowe. Doświadczenia prowadzą do zupełnie nieoczekiwanych wyników, których nie stwierdza się w doświadczeniach in vitro. Na przykład

wykazano uderzający wpływ IL-6 na produkcję zarówno megakariocytów jak i płytek. Pomimo to, doświadczenia in vitro mogą być trudne do interpretacji. Efekt może być bowiem wtórny, spowodowany nie tyle wstrzykniętą lub nadmiernie eksponowana cytokiną, ale innym, być może nieokreślonym czynnikiem ( „ efekt kaskadowy” ).

Schemat przedstawia niektóre aktywności IL-1 i TNFα w komórkach śródbłonka i elementy kaskady krzepnięcia. Sieć cytokin bierze udział w regulacji przepuszczalności naczyń krwionośnych włosowatych i napięcia śródbłonka; odgrywa również decydująca rolę w utrzymaniu powierzchni krzepnięcia dzięki aktywatorom i inhibitorom procesu krzepnięcia i fibrynolizy. W śródbłonku IL-1 powoduje syntezę różnych czynników stymulujących kolonie,IL-6, TNFα, prostaglandyn, PAF, PAI. Prostaglandyna hamuje produkcje IL-1 i TNFα. TNFα z kolei powoduje syntezę tranboplastyny tkankowej, która towarzyszy wydzielaniu czynnika X.

Podsumowując śródbłonek jest również zaangażowany w modulację różnych procesów immunologicznych. Obowiązkowe jest postrzeganie roli cytokin w sposób całościowy - w ramach całego żywego organizmu, nie tylko biorąc pod uwagę konkretne działania poszczególnych cytokin w stosunku do poszczególnych komórek docelowych.

oSieć cytokin jest istotnym elementem warunkującym utrzymanie homeostazy organizmu.

oStudiowanie wzajemnych powiązań w sieci cytokin pozwala na zidentyfikowanie szeregu krytycznych cytokin, których blokowanie może okazać się skuteczne w ograniczaniu postępu pewnych chorób. Zidentyfikowanie istotnych punktów kontrolujących sieć cytokin i ich modulacja może przyczynić się do znacznej poprawy wyleczeń niektórych patologii.

TERAPIA

Cytokiny, ze względu na swoją immunomodulującą rolę, są coraz powszechniej stosowane w terapii.

Sposoby badania cytokin in vivo:

•Wstrzyknięcie,

•Wolno uwalniane z wszczepionej pompki osmotycznej,

•Transgeniczne zwierzęta z nadmierną ekspresją wybranej cytokiny,

•Selektywne usunięcie genu dla cytokiny,

•Neutralizujące przeciwciała przeciw cytokinom.

Niektóre cytokiny są już stosowane w terapii lub prowadzi się intensywne badania nad ich wprowadzeniem.

•wykorzystano przeciwwirusowe właściwości interferonów, które są stosowane np. w leczeniu zapalenia wątroby, niektórych chorób nowotworowych

•IL-2 w raku nerki;

•G-CSF przy niedoborze granulocytów w wyniku chemio lub radioterapii; mobilizacja komórek progenitorowych do krwi obwodowej

•immunosupresyjne efekty IL-10 próbuje się wykorzystać w chorobach o podłożu zapalnym oraz w hamowaniu odrzucania przeszczepu;

•IL-1 nie może być stosowana bezpośrednio, gdyż jest silnym stymulatorem procesu zapalnego.

*Czynny preparat interferonu uzyskuje się drogą ekstrakcji leukocytów, lub też z czystej hodowli limfoblastycznej. Udowodniono ze preparaty uzyskane z różnych źródeł i różnymi technikami wykazują bardzo dużą rozpiętość aktywności. Produkcja interferonu jest bardzo kosztowna, tym bardziej ze w praktyce może być stosowany wyłącznie interferon pochodzenia ludzkiego. Ostatnio uzyskano bardzo zachęcające wyniki wytwarzania interferonu przez drobnoustroje, dzięki wprowadzeniu do ich genomu mRNA z ludzkich komórek limfoidalnych. Stwarza to ogromne możliwości produkcji czystego interferonu na szeroką skalę i wprowadzenia do lecznictwa. Dotychczasowe wyniki wskazują, że interferon może być skuteczny w przewlekłych zakażeniach wirusowych, szczególnie wirusami opryszczki, jak np. w zapaleniu rogówki. Istnieją również próby leczenia chorób nowotworowych. Sprawa interferonu nie jest jednak dostatecznie wyjaśniona. Zachodzi konieczność zarówno standaryzacji preparatów, jak i oceny biologicznej aktywności, również toksyczności.

oNiektóre z receptorów cytokin zidentyfikowano i sklonowano. Niewykluczone że znajdą one zastosowanie terapeutyczne jako współzawodniczące inhibitory cytokin.

oCytokiny pozapalne, TNF-α i IL-1, okazały się odpowiedzialne za utrzymanie chronicznego stanu zapalnego w wielu chorobach autoimmunizacyjnych. Do leczenia tych schorzeń zastosowano specyficzne inhibitory aktywności cytokin, którymi mogą być przeciwciała przeciwko receptorom lub rozpuszczalne receptory dla cytokin. Szczególnie skuteczne okazały się rozpuszczalne receptory dla cytokin w terapii reumatoidalnego zapalenia stawów.

*Do leczenia pewnych schorzeń zastosowano specyficzne inhibitory aktywności cytokin, którymi mogą być przeciwciała przeciwko receptorom lub rozpuszczalne receptory dla cytokin. Szczególnie skuteczne okazały się rozpuszczalne receptory dla cytokin w terapii reumatoidalnego zapalenia stawów. Cytokiny pozapalne, TNF-α i IL-1, okazały się odpowiedzialne za utrzymanie chronicznego stanu zapalnego w wielu chorobach autoimmunizacyjnych. Do leczenia tych schorzeń zastosowano specyficzne inhibitory aktywności cytokin, którymi mogą być przeciwciała przeciwko receptorom lub rozpuszczalne receptory dla cytokin. Szczególnie skuteczne okazały się rozpuszczalne receptory dla cytokin w terapii reumatoidalnego zapalenia stawów.

Problemy :

Cytokiny działają w „sieci”. Efekt działania zastosowanej cytokiny będzie więc jedynie trudną do przewidzenia i skontrolowania wypadkową aktywności wielu różnych czynników.

Ze względu na złożoność sieci cytokin, wprowadzenie dodatkowej cytokiny lub zmiana stężenia jednej z nich w ustroju może spowodować rozregulowanie całego systemu

Wiele cytokin wykazuje efekt plejotropowy - różnorodne efekty przy zadziałaniu jedną cytokiną (trudne do przewidzenia efekty uboczne)

*Doświadczenia prowadzą do zupełnie nieoczekiwanych wyników, których nie stwierdza się w doświadczeniach in vitro. Na przykład

wykazano uderzający wpływ IL-6 na produkcję zarówno megakariocytów jak i płytek. Pomimo to, doświadczenia in vitro mogą być trudne do interpretacji. Efekt może być bowiem wtórny, spowodowany nie tyle wstrzykniętą lub nadmiernie eksponowana cytokiną, ale innym, być może nieokreślonym czynnikiem ( „ efekt kaskadowy” ).

PODSUMOWANIE

oCytokiny, są cząsteczkami białkowymi wpływającymi na wzrost, proliferację i pobudzenie komórek biorących udział w odpowiedzi odpornościowej i nie tylko..

oZłożone działanie cytokin poprzez : plejotropowość, redundancja, synergizm, antagonizm, pętle sprzeżeń zwrotnych dodatniego i ujemnego.

oCytokiny mogą wybiórczo pobudzać odpowiedź komórkową lub humoralną, co w połączeniu z ich ilością powoduje, że powstaje niezwykle skuteczny, ale także bardzo skomplikowany i czuły system powiązań pomiędzy komórkami układu odpornościowego, tzw. sieć cytokin.

oCytokiny są postrzegane jako linie połączeń wewnątrz układu immunologicznego i pomiędzy układem immunologicznym a innymi narządami.

8

Il-8, RANTES,

MCP-1

-

Chemokiny

M-CSF, G-CSF,

GM-CSF

CSF

Czynniki stymulujące wzrost kolonii

TNF á, TNF â

TNF

Czynniki martwicy nowotworu

IFN-á, IFN-â,

IFN- ă

IFN

Interferony

IL-1, IL-2, itd.

IL

Interleukiny

PRZYKŁADY

SKRÓT

NAZWA

---