ЦИТОКИНЫ: ФУНКЦИИ, ТИПЫ И РЕЦЕПТОРЫ - БИОЛОГИЯ - 2025

Цитокин или цитокины являются небольшие сигнальные белки (некоторые авторы ссылаются на них как пептиды) , которые регулируют многие биологические функции, многие из которых связаны с иммунной системой, кроветворения, репарации ткани и клеточной пролиферации.

Термин «цитокин» объединяет большое количество белков, которые имеют существенно разные структурные и функциональные характеристики, и означает, более или менее, «факторы, продуцируемые клетками», поскольку их синтез не ограничен одним типом клеток в организме.

Процесс выпуска Ciokine (Источник: www.scientificaimations.com / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) через Wikimedia Commons)

Эти белки продуцируются и секретируются в высоких концентрациях различными типами клеток животных и могут влиять на соседние клетки, поэтому считается, что они выполняют «паракринные» сигнальные функции.

Они также могут действовать удаленно, индуцируя секрецию растворимых факторов в кровоток (эндокринная или системная функция), и даже могут действовать непосредственно на клетку, которая их синтезирует (аутокринная функция).

Цитокины рассматриваются как «символы» специализированного языка, значение которых зависит от контекста, в котором они выражаются и отправляются из одного места в другое.

Первыми описанными цитокинами были лимфокины, растворимые продукты, продуцируемые лимфоцитами в ответ на поликлональные и специфические антигены; они представляют собой важную группу факторов иммунного ответа.

Цитокиновые функции

Цитокины - это растворимые гликопротеины (не иммуноглобулины) небольшого размера (до 40 кДа), которые продуцируются и высвобождаются различными типами клеток организма, они могут иметь локальное или удаленное действие, которое они проявляют в пиковых или наномолярных концентрациях.

Коммуникация в иммунной системе

Наиболее заметная функция цитокинов - это их участие в коммуникации между различными компонентами иммунной системы и обмене информацией между этими компонентами и другими клетками тела (межклеточная передача сигналов).

Другими словами, практически все иммунные функции зависят от биологической активности этих системных «посланников».

Цитокины обладают широким спектром иммунологических функций, как эффекторных, так и регуляторных, и их эффекты на уровне тканей и биологических систем у большинства организмов, в которых они продуцируются, могут быть чрезвычайно обширными и сложными.

Они являются настолько важными иммунологическими эффекторами, что тип цитокина, продуцируемого во время иммунного ответа на любой стимул, изначально определяет, будет ли ответ цитотоксическим, гуморальным, клеточным или аллергическим.

Защита от вирусов

Они глубоко вовлечены в воспалительные процессы и в защиту от инфекций вирусного происхождения; они участвуют в презентации антигенов, в дифференцировке костного мозга, в активации и привлечении клеток, в экспрессии молекул клеточной адгезии и т. д.

Таким образом, цитокины участвуют не только в иммунной защите организма, но также в «нормальных», физиологических и метаболических процессах, тем самым объединяя как аспекты клеточной, так и органической жизни.

Факторы роста

Многие авторы считают, что эти белки действуют как факторы роста, поскольку такие представители, как фактор некроза опухоли (TNF), лимфокины, интерлейкины и интерфероны (IFN), активно связаны с пролиферацией, гибелью, дифференцировкой и развитием клеток в разные контексты тела.

Это видео показывает анимацию, в которой макрофаг поглощает бактерии, а затем выделяет цитокины:

Цитокины и гормоны?

Различные ученые проводят аналогию между цитокинами и гормонами, но это не совсем верно по ряду важных причин:

- Гормоны синтезируются и высвобождаются узкоспециализированными тканями, в то время как цитокины производятся большим количеством различных клеток организма.

- Гормоны являются основным синтетическим продуктом специализированных клеток, которые их производят, в то время как цитокины представляют собой лишь небольшое количество продуктов, синтезируемых клеткой.

- Выражение гормонов происходит в ответ на сигналы гомеостатического контроля (некоторые из которых зависят от циркадного цикла), но цитокины, с другой стороны, экспрессируются только тогда, когда они специфически стимулируются событиями, «вредными» для жизни клетки.

Типы цитокинов

Многие цитокины изначально были описаны в соответствии с их основными биологическими функциями, но сегодня они характеризуются в основном своей структурой, так как они могут выполнять большое разнообразие функций, которые трудно описать одним коротким эпитетом.

Однако текущая классификация этих белков зависит от нескольких параметров: некоторые были идентифицированы в соответствии с «числовым порядком» их открытия, в соответствии с некоторой функциональной активностью, в соответствии с их участием в воспалительных реакциях, согласно его первичное клеточное происхождение и в соответствии с его структурным сходством с другими родственными молекулами.

Таким образом, члены «суперсемейства» цитокинов имеют общие характеристики, такие как гомология последовательностей, реципрокные рецепторные системы и т.д., хотя не обязательно структурное сходство. Известны некоторые семьи:

- Семейство TNF - рецепторы TNF (фактор некроза опухоли), которые включают иммунорегуляторные цитокины, такие как фактор некроза опухоли (TNF), лимфотоксины и некоторые клеточные лиганды, такие как CD40L (опосредуют активацию B- и T-лимфоцитов. ) и FasL или CD95 (способствует запрограммированной гибели клеток).

- Семейство рецепторов IL-1 / IL-1 (интерлейкинов), группа, в которую классифицируются цитокины IL-1β, IL-1α, IL-18, IL-33 и IL-36, а также антагонисты рецепторов, известный как IL-1RA, IL-38 и противовоспалительный цитокин IL-37 (опосредует физиологические и защитные функции).

- Семейство рецепторов IL-1 / IL-1 также включает Toll-подобные рецепторы (TLR), которые действуют как молекулы врожденной иммунной системы для распознавания молекулярных паттернов, связанных с видами микробная.

В некоторых текстах соответствующей научной литературы цитокины группируются в соответствии с местом их продуцирования в «цитокины, полученные из мононуклеарных фагоцитов» и «цитокины, полученные из Т-лимфоцитов». Они также разделяют их в зависимости от реакций, которые они опосредуют: цитотоксических (противовирусных и противораковых), гуморальных, клеточных или аллергических; в дополнение к тем, которые обладают иммунодепрессивным действием.

- По воспалительной реакции

В зависимости от того, способствуют ли они воспалительным реакциям или ответам, цитокины подразделяются на провоспалительные цитокины и противовоспалительные цитокины.

Провоспалительные цитокины

Воспаление, опосредованное этими цитокинами, состоит из каскада экспрессии продуктов генов, которые обычно не экспрессируются у здорового человека.

Хотя определенные эндотоксины и другие «воспалительные» продукты способны запускать экспрессию этих «провоспалительных» генов, цитокины IL-1 и TNF и даже интерферон IFN-γ особенно эффективны в их стимуляции, поэтому которые считаются основными провоспалительными цитокинами.

Структура бета-инфертерона человека (Источник: через Wikimedia Commons)

Независимо от того, был ли воспалительный процесс вызван инфекцией, травмой, ишемией, активированными Т-клетками или каким-либо токсином, эти две молекулы действуют синергетически, инициируя каскад медиаторов воспаления.

Противовоспалительные цитокины

Эти белки, напротив, блокируют процесс воспалительного ответа или подавляют его интенсивность. Частью этой группы являются интерлейкины IL-4, IL-10, IL-13 и трансформирующий фактор роста (TGF) -β (который блокирует продукцию IL-1 и TNF).

Есть также ИЛ-6, продуцируемый В-клетками, Т-клетками и моноцитами, и ИЛ-11, продуцируемый стромальными клетками и фибробластами.

На основании вышеизложенного утверждается, что развитие заболевания (краткосрочное или долгосрочное) в значительной степени зависит от «баланса» между эффектами провоспалительных и противовоспалительных цитокинов.

Фактически, некоторые исследования показывают, что предрасположенность к определенным заболеваниям генетически обусловлена ​​балансом экспрессии генов, кодирующих два типа цитокинов.

Патологическое состояние прогрессирует тогда, когда противовоспалительные медиаторы обеспечивают контроль, которого недостаточно для блокирования провоспалительной активности (при заболеваниях, контролируемых иммунной системой), или когда контроль усиливается и заканчивается подавлением иммунного ответа, вызывая у хозяина риск системной инфекции.

Приемники

Существенной частью функции любого цитокина является его взаимодействие и ассоциация с рецепторной парой (взаимодействие лиганд-рецептор).

Некоторые авторы классифицируют цитокины в соответствии с типом рецептора, с которым они связываются, а именно:

- Тип I (из семейства гематопоэтинов)

- Тип II (из семейства интерферонов)

- Семейство рецепторов белков TNF (фактор некроза опухоли)

- рецепторы ИЛ-1

- Рецепторы платного типа

- рецепторы ИЛ-17

- рецепторы тирозинкиназы

- Семейство сериновых киназ рецепторов трансформирующих факторов роста

Тип I (из семейства гематопоэтинов)

Гормоны (эритропоэтин (ЭПО), тромбопоэтин (ТПО) и лептин) и цитокины, такие как гранулоцитарные колониестимулирующие факторы (G-CSF), стимулирующие агенты колонии гранулоцитов макрофагов (GM-CSF) и интерлейкины от IL-2 до IL-7, IL-9, от IL-11 до IL-13, IL-15, IL-21, IL-23, IL-27, IL- 31 и Ил-35.

Эти цитокины «типа I» характеризуются сходством, которое они разделяют в своих последовательностях, поскольку каждый содержит четыре антипараллельных альфа-спирали с двумя соединениями или петлями, одной короткой и одной длинной, которые структурно «расположены» в конфигурации «вверх-вверх». И «вниз-вниз».

Тип II (из семейства интерферонов)

Эти рецепторы связываются интерфероном IFN-α / β, IFN-γ, интерлейкинами IL-10, IL-19, IL-20, IL-22, IL-24, IL-26 и IL-28 с IL- 30.

Они представляют собой гетеродимеры, состоящие из двух субъединиц, известных как IFNAR1 и IFNAR2, которые имеют сходство с некоторыми последовательностями мотивов в рецепторах типа I. Они работают в основном с противовирусными цитокинами.

IL-1 и Toll-подобные рецепторы (TLR)

Они связаны с ответами, запускаемыми интерлейкином IL-1α / β, IL-18, IL-33 и IL-36 на IL-38.

Семейство серинкиназ рецептора трансформирующего фактора роста

Это семейство рецепторов цитокинов связано с ответом белков TGF-β1, TGF-β2 и TGF-β3, которые продуцируются Т-клетками, макрофагами и другими клетками организма.

Ссылки

1. Бориш, Л. К., и Стейнке, Дж. В. (2003). 2. Цитокины и хемокины. Журнал аллергии и клинической иммунологии, 111 (2), S460-S475.
2. Кавайон, Дж. М. (1994). Цитокины и макрофаги. Биомедицина и фармакотерапия, 48 (10), 445-453.
3. Динарелло, Калифорния (2000). Провоспалительные цитокины. Сундук, 118 (2), 503-508.
4. Натан К. и Спорн М. (1991). Цитокины в контексте. Журнал клеточной биологии, 113 (5), 981-986.
5. Опал, С.М., и ДеПало, В.А. (2000). Противовоспалительные цитокины. Сундук, 117 (4), 1162-1172.
6. О'Ши, Дж. Дж., Гадина, М., и Сигел, Р. М. (2019). Цитокины и рецепторы цитокинов. В клинической иммунологии (стр. 127-155). Только репозиторий контента!.