Аутофагия и апоптоз. Выбор между жизнью и смертью: апоптоз или аутофагия? Усиление аутофагии с помощью упражнений

Потапнев М.П.

АУТОФАГИЯ, АПОПТОЗ, НЕКРОЗ КЛЕТОК И ИММУННОЕ РАСПОЗНАВАНИЕ

своего и чужого

Белорусский государственный медицинский университет Минздрава Республики Беларусь, 220116, Минск

В обзоре литературы представлены данные о роли основных типов клеточной смерти для формирования иммунного ответа на патогены и собственные антигены. Рассмотрены основные механизмы аутофагии, апоптоза и некроза клеток, значение образующихся клеточных продуктов для индукции иммунного ответа. Отмечена роль аутофагии как клеточной автономной системы защиты от патогенов и клеточного стресса. Определена ведущая роль апоптоза, апоптозассоциированных молекулярных образов (паттернов) в индукции иммунологической толерантности. Подчеркнуто решающее значение некроза и продуктов повреждения собственных клеток в индукции воспалительной реакции макроорганизма и эффективного иммунного ответа на собственные антигены, патогены и молекулярные образы (паттерны) патогенов. Обсуждено взаимодействие различных типов клеточной смерти при патологических состояниях.

Ключевые слова: аутофагия; апоптоз; некроз; клеточная смерть; патогены; воспаление; иммунный ответ. Potapnev M.P.

AUTOPHAGY, APOPTOSIS, NECROSIS AND IMMUNE RECOGNITION OF SELF AND NONSELF

Belarusian State Medical University, Ministry of Public Health, 220116, Minsk, Belarus

The review of literature discusses the role of most essential types of cell death (autophagy, apoptosis, necrosis) for induction of immune response to pathogens and self antigens. The main mechanisms of cell death and biological characteristics of cellular products, released during autophagy, apoptosis, necrosis were reported. The role of autophagy as cellular self-defense system against pathogens and cellular stress was underlined. The receptor-ligand interaction for induction of immune tolerance by apoptotic cells and the role of apoptotic cell-associated molecular patterns (ACAMPs) and dendritic cells were described. Brief description of mechanisms of necrotic cell-induced inflammation and immune response as well as leading role of damage-associated molecular patterns/ DAMPs were done. Interaction of DAMPs and pathogen-associated molecular patterns/PAMPs in induction of host defense against pathogens was described. It was concluded that differential type of cell death may be occurred depending on strength of danger signal affecting cells and their function.

Key words: autophagy; apoptosis; necrosis; cell death; pathogens; inflammation; immune response.

Считается, что основной принцип действия иммунной системы заключается в распознавании чужого или измененного своего и его последующем удалении. Классическим примером иммунного распознавания чужого являются реакции врожденного и приобретенного иммунитета против микроорганизмов (бактерий, вирусов). Иммунное распознавание измененного своего ассоциировано с аутоиммунными заболеваниями. С развитием представлений о (за)программированной клеточной смерти (ПКС) стала важной оценка связи иммунитета с поддержанием клеточного гомеостаза в макроорганизме . Всякие изменения клеток в процессе роста и дифференцировки, старения, естественного отмирания, метаболической дисфункции, стресса, воздействия патологического процесса (инфекция, стерильное воспаление) должны рассматриваться иммунной системой как нарушения клеточного гомеостаза. Оценке роли ПКС в запуске иммунных реакций посвящен настоящий обзор.

На основании морфологических и биохимических критериев выделяют три основных типа ПКС: апоптоз (ПКС I типа), аутофагия (ПКС II типа) и некроз (ПКС III типа) . ПКС типов I и II имеют определенные генетически механиз-

Потапнев Михаил Петрович (Potapnev Michael Petrovich), email:[email protected]

мы реализации, поэтому называются активными. ПКС III типа (первичный некроз в результате внешнего повреждения) является неуправляемым, поэтому называется пассивным. Дополнительно выделяют вторичный некроз как конечный результат апоптоза , управляемый некроз (некроптоз) и другие пути гибели клеток . Перечень известных (13) типов клеточной смерти регламентирован Номенклатурным комитетом . Характеристика трех основных типов ПКС представлена в таблице.

Внимание иммунологов к клеточной смерти определяется тем, что не только инфекционные антигены и молекулярные образы (паттерны) патогенов (pathogen-associated molecular patterns - PAMPs), отличающие его от макроорганизма , но и продукты повреждения собственных клеток (damage-associated molecular patterns - DAMPs) вызывают воспаление и иммунный ответ . P. Matzinger подчеркнула, что для иммунной системы важно распознавание и ответ на сигналы опасности, образующиеся в результате повреждения тканей (клеток), а не выяснение различий между своим и чужим.

Аутофагия

Аутофагия - процесс прижизненной утилизации (деградации с помощью лизосом) измененного метаболитами содержимого цитоплазмы для поддержания клеточного и энергетического гомеостаза . Аутофагию рассматривают

ИММУНОЛОГИЯ № 2, 2014

Основные типы клеточной смерти

Характеры- Тип клеточной смерти

стика аутофагия апоптоз некроз

Назначение Деградация и внутриклеточная утилизация поврежденных органелл и белков без вреда для клетки. В случае избыточной деградации -клеточная смерть Деградация отмирающих клеток без воспалительного и иммунного ответа организма Ограничение очага нежизнеспособной ткани путем воспаления и иммунного ответа на токсические и угрожающие организму воздействия

Морфология клеток Вакуолизация цитоплазмы клетки Конденсация и уплотнение клетки, конденсация хроматина, фрагментация ядра, образование апоптоти-ческих телец Набухание органелл с последующим разрывом внутренних и внешних мембран. Набухание и последующий лизис клеток

Механизм действия Последовательное образование в цитоплазме фагофоры, аутофагосомы, аутолизосомы или шаперонопосредованное слияние с лизосомами Каспаззависимый (рецепторный) или митохондриально-зависимый пути деградации ДНК Неконтролируемое повреждение клетки или рецепторзависимый (RAGE, TLRs, CD91 и др.) путь разрушения клетки

Ыаркер LC3-II, ULK 1, ATG12, ATG4, GABARAP ДНК фрагменты 50 kbp, ФС внешней мембраны, FAS, CASP 3, APAF1 ЛДГ, HBGH1, S100-белки, АТФ, HSP90

Участие фагоцитоза Отсутствует Присутствует Присутствует

как преимущественно «запрограммированное выживание клетки» . Стресс вызывает аутофагию, а избыточная активность аутофагии ведет к клеточной смерти . Недостаточность аутофагии провоцирует накопление метаболитов, связанных со старением, дегенеративными процессами в нервной ткани и печени, аутоиммунные, легочные заболевания (особенно на фоне курения). Показана связь аутофагии с болезнью Крона, муковисцидозом, ожирением, сепсисом .

Основной тип аутофагии - макроаутофагия, включающая этапы инициации, нуклеации, элонгации и слияния (с лизосомой) . Измененные белки цитоплазмы (в результате стресса, недостатка энергетического обеспечения), поврежденные митохондрии, избыточный эндоплазматический ретикулум (ЭР), пероксисомы транслоцируются к мембранам органелл благодаря комплексированию с белками ULK 1/2, Atg13, Atg101, fIp-200. На мембранах органелл (ЭР, митохондрии, аппарат Гольджи) эти белки формируют комплекс I, включающий дополнительно белки Vps34, Beclin

I, Vps15, Atg14L. Вокруг комплекса I образуется внутренняя мембрана фагофоры. Формирование аутофагосомы (диаметром 0,3-1 мкм) с двойной мембраной требует участия LC3

II, образующегося в результате липолизации фосфатидилэ-таноламином цитозольного белка LC3, и комплекса белков Atg5-Atg12/Atg16L1. Последующее созревание аутофагосомы в аутофаголизосому осуществляется путем слияния с лизосомами с помощью комплекса белков II, включающего Vps34, Beclin 1, UVRAG . В аутофаголизосоме осуществляется деградация измененных белков под действием гидролаз и высвобождение в цитоплазму питательных и энергоемких субстанций . Кроме макроаутофагии выделяют микроаутофагию (когда захват содержимого цитоплазмы осуществляется путем инвагинации мембраны лизо-сом) и шаперонопосредованную аутофагию (когда доставка цитоплазматического материала в лизосомы осуществляется с помощью белков-шаперонов) .

В связи с наличием в цитоплазме клетки измененных своих и чужеродных макромолекул процесс аутофагии, являясь метаболическим, выступает еще как механизм распознавания и утилизации внутриклеточных микроорганизмов (вирусы, бактерии, простейшие), несущих PAMPs . Проникновение в цитоплазму микроорганизмов и их продуктов запускает механизмы аутофагии в качестве клеточной автономной защитной системы-cell-autonomous defense system. Разделение цитоплазмы клетки на отдельные, ограниченные (эндо)мембранами участки и органеллы (т. е. компартментализация) предполагает наличие в каждом их них своего набора рецепторов, распознающих чужеродные PAMPs и измененные собственные DAMPs. Это создает многоступенчатую систему защиты от патогенов, проник-

ших внутрь клетки. На каждом этапе продвижения патогена в клетке происходит распознавание ДНК, агрегированных собственных белков, комплекса микробов и сывороточных белков. Патоген сталкивается с различными ферментами; NO и H2O2; наличием или недостатком питательных веществ . Микробы активируют рецепторы на эндомембранах цитоплазмы, что ведет к формированию инфламмасомы, продукции интерлейкина (ИЛ)-1р и ИЛ-18 . Попадание патогена в аутофаголизосомы резко изменяет условия его существования за счет действия рН, гидролаз, супероксидных анионов. При этом возможны персистенция патогена (длительная для M. tuberculosis, короткая для других бактерий) в аутофагосомах либо разрушение патогена в аутофаголизо-сомах . Toll-like receptors (TLRs) распознают попавшие в цитоплазму макрофагов бактериальный липополисахарид (ЛПС), вирусную однонитчатую рибонуклеиновую кислоту (онРНК), другие полимерные нуклеиновые кислоты. При аутофагии в распознавании внутриклеточных патогенов (Str. pyogenes, M. tuberculosis, BCG, Salmonella, вирусы) участвуют TLRs, RLRs (retinoid acid inducible gene I-like receptors), NLRs (nucleotide oligomerization domain- like receptors) . TLR3, распознающий РНК вирусов, локализуется в эндосомах клетки; TLR7, TLR8, TLR9, распознающие РНК и ДНК вирусов и бактерий, CpG-мотивы нуклеиновых кислот микробного происхождения, - в эндолизосомах. RLRs, распознающие РНК вирусов, и NLRs, распознающие PAMPs (мурамил дипептид, токсины, кристаллы солей, другие компоненты) бактерий, вирусов, клеточные продукты химического воздействия и УФ-облучения, расположены в цитоплазме . Важной функций TLRs является обеспечение жесткого контроля за нормальной (комменсальной) микрофлорой кишечника .

PAMPs, распознаваемые TLR1, TLR2, TLR4, TLR5, TLR6, вызывают образование в инфламасоме цитокинов воспаления ИЛ-ф и ИЛ-18. PAMPs, распознаваемые TLR7, TLR9, стимулируют продукцию интерферона-а (ИФНа) и ИФНр, что способствует формированию Th1 иммунного ответа . Продукция ИЛ-1Р и ИЛ-18 защищает клетки от вируса гриппа и бактерий рода Shigella соответственно. А вызванный в результате активации инфламмасом пироптоз (гибель клеток с признаками апоптоза и некроза) губителен для сальмонелл, легионелл и других бактерий . Активация TLR4 разрушает связь Bcl-2 c белком Beclin 1, что ведет к образованию фагосомы из фагофоры . Активация TLRs индуцирует быстрый переход Lc3 из цитоплазмы в фагосому, активацию клетки, способствует созреванию фагосомы и слиянию ее с лизосомой . L. monocytogenesis в цитоплазме клетки распознают NLRs и TLR2, а S. flexneri распознают NLRs, что приводит к деградации микробов механизмами аутофагии с участием инфламмасом . При захвате

живых бактерий (в отличие от мертвых) в инфицированную клетку попадает микробная мРНК, которая создает дополнительный сигнал опасности (vita-PAMPs), активирующий инфламмасомы типа NLRP3 и TRIF-зависимую продукцию ИФНр . Таким образом, аутофагия выступает как механизм деградации микроорганизмов при их попадании в цитоплазму клетки и распознавании патогенассоциированными рецепторами.

Аутофагия участвует в презентации антигенов Т-клеткам. Образование протеосом, ассоциированных с ЭР, или ау-тофагосом создает благоприятные условия для контакта мембранно-связанных молекул MHC I или II классов с пептидами и последующей передачи их комплексов на внешнюю мембрану антигенпредставляющих клеток для индукции соответственно CD8- или CD4- зависимых Т-клеточных реакций . Белки аутофагии LC3 и GABARAP в аутофагосомах повышают в 20 раз сродство собственных и чужеродных пептидов к молекулам MHC II класса . Блокирование гена аутофагии Atg5 подавляет образование CD4+ Т-клеточного (Th1) ответа на вирус простого герпеса или ВИЧ-1, а также препятствует распознаванию В-клеток, инфицированных вирусом Эпштейна-Барр .

Аутофагия в тимическом эпителии является основой негативной селекции аутореактивных Т-клеток. Блок гена аутофагии Atg5 приводит к аутоиммунному CD4+ Т-клеточному пролиферативному заболеванию мышей и накоплению апоптотических CD4+ и CD8+ Т-клеток . Дефицит аутофагии в периферических Т-клетках вызывает ускоренную клеточную смерть наивных, но не Т-клеток памяти, что связывают с продукцией супероксидных анионов при активации наивных Т-клеток . Важной функцией аутофагии является изоляция поврежденных митохондрий, генерирующих супероксидные анионы, как источник стресса и повреждения (вплоть до гибели) самой клетки .

Аутоиммунный ответ при сахарном диабете и аутоиммунном гепатите вызывают аутоантигены GAD65 (глутамат декарбоксилаза 65) и SMA (мутантная к-легкая цепь иммуноглобулинов), которые подвергаются в цитоплазме шаперо-нопосредованной аутофагии с участием HSC70 и связанного с лизосомами мембранного белка LAMP-2A соответственно. После деградации в лизосомах они вместе с молекулам MHC II класса презентируются аутореактивным cD4+ Т-клеткам. Образование в аутофаголизосомах цитрулированных пептидов под действием пептидиларгинин деаминаз и формирование их комплексов с молекулами MHc II класса является основой аутоиммунного cD4+ Т-клеточного ответа при ревматоидном артрите - РА . В Т-клетках мышей линии MRL с лимфопролиферативным синдромом, аналогом системной красной волчанки (СКВ) человека, выявляется значительное количество аутофагосом в Т-клетках, что объясняют их длительным выживанием .

Продукция супероксидных анионов митохондриями макрофагов способствует переваривание бактерий в процессе аутофагии . Бактерии, распознаваемые NLRs, стимулируют аутофагию в фибробластах. В дендритных клетках (ДК) это приводит к представлению пептидов бактерий вместе с молекулами MHC II класса CD4+ T-клеткам . Важной защитной функцией аутофагии является способность снижать уровень собственных DAMPs в цитоплазме и сдерживать секрецию ИЛ-ф и ИЛ-18 в ответ на экзогенные источники DAMPs. Механизмы аутофагии обеспечивают деградацию инфламмасом - комплекса белков, превращающих прокаспазу-1 в каспазу-1, конвертирующую про- ИЛ-ф и про-ИЛ-18 в секретируемые активные цитокины . Блокировка гена аутофагии Atg16L1 приводит у мышей к повышенной продукции ИЛ-ф и ИЛ-18, воспалению, повышению уровня смертности при антигенной стимуляции декстран сульфатом .

Внеклеточные цитокины влияют на процессы аутофагии бактерий и их переваривание в фаголизосомах. Цитокины ТЫ-зависимого ответа ИФНу и фактор некроза опухолей а (ФНОа) стимулируют аутофагию. Цитокины №2-зависимого

ответа ИЛ-4 и ИЛ-13, наоборот, снижают образование фаго-лизосом и повышают внутриклеточное выживание M. tuberculosis . Дифференцировка Т-клеток в Th1 и Th2 in vitro характеризуется большим и меньшим образованием ауто-фагосом соответственно. Внутриклеточные инфекционные агенты (цитомегаловирус, ВИЧ, вирус герпеса простого I, вирус гриппа А, йерсинии, листерии, шигеллы, сальмонеллы, E. coli и др.) избегают иммунного ответа путем ослабления процесса аутофагии .

Аутофагия является физиологическим процессом самообновления клетки, которое при стрессовых воздействиях может привести к ее гибели . В то же время естественное отмирание клеток (у человека от 50 до 500 млрд клеток ежедневно) осуществляется преимущественно путем апоптоза .

Апоптоз. Апоптоз обеспечивает удаление отмирающих клеток посредством фагоцитоза без воспаления, губительного для макроорганизма, или сопровождает очаг воспаления для его ограничения и окончательного заживления . Формирование иммунной системы и созревание антигенспецифических Т- и В-лимфоцитов также сопровождается массовым апоптозом клеток . Апоптоз обеспечивает поддержание клеточного гомеостаза, стимуляцию клеточной регенерации, заживление ран. Апоптотические клетки (АК) утилизируются соседними клетками эпителия, эндотелия, фибробластами, макрофагами, ДК . При заболеваниях и переливании хранившейся донорской крови в периферической крови, лимфоузлах, костном мозге выявляются апоптотические тельца диаметром 0,2 мкм, образующиеся из АК. Выделяемые АК липидные медиаторы (лизофосфа-тидилхолин, сфингозин-1-фосфат), рибосомальный dRP S19, EMAP II эндотелиальных клеток, TyrRS синтетазу, тромбоспондин 1, растворимый рецептор к ИЛ-6, фракталкин (CX3-CR1L), нуклеотиды АТФ и УТФ привлекают фагоциты. При этом лактоферрин, выделяемый клетками слизистых и нейтрофилов при апоптозе, избирательно подавляет хемотаксис нейтрофилов, но не макрофагов . Поверхностная экспрессия фосфатидилсерина (ФС), других окисленных липидов и калретикулина является признаком ранних АК, распознаваемых рецепторами макрофагов (стабилин-2, CR3, рецепторы-мусорщики (scavenger receptors), CD91, CD31, TIM4, CD36, steroid receptor activator 1; TAM-рецепторы (Ty-ro2, Ax1, Mer); LRP-1). Молекулярные маркеры АК получили общее название apoptotic cell-associated molecular patterns (ACAMPs) . Макрофаги распознают апоптотические клетки посредством нескольких апоптозассоциированных рецепторов одновременно для быстрого удаления клеток на ранних этапах апоптоза. Экспрессия поверхностного CD31 (и/или CD47) на АК предотвращает их захват макрофагами . Важно, что рецепторы макрофагов, распознающие АК и апоптотические тельца, отличаются от рецепторов, распознающих PAMPs и DAMPs . Более того, активация рецепторов, различающих АК и апоптотические тельца, способствует подавлению распознавания макрофагами PAM-Ps инфекционных агентов через TLRs .

Распознавание АК и апоптотических телец облегчается участием сывороточных опсонинов Gas6, MFG-E8, P2GP1, аннексина I, С-реактивного белка (СРБ), пентраксина PTX-3, коллектинов, dq-компонента комплемента, сурфактантов SP-A и SP-D (в легочной ткани) и т. д. . При этом опсо-нин MFG-E8, участвующий в захвате АК макрофагами, одновременно подавляет фагоцитоз некротических клеток (НК) и их иммуногенность для ДК. C1q взаимодействует с ФС ранних АК, а коллектин маннозасвязывающий лектин (MBL) - с поздними АК. Калретикулин (в комплексе с CD91), пентрак-сины СРБ, SAP (компонент сывороточного амилоида Р); фи-колины взаимодействуют с поздними АК . Оценивая роль системы комплемента и естественных антител в клиренсе АК. Ряд авторов определили, что лизофосфатидилхо-лин, появляющийся (и частично секретируемый) на поверхности АК, является мишенью естественных антител - IgM, а также маннозасвязывающих белков, других коллектинов. Их взаимодействие в свою очередь приводит к связыванию

ИММУНОЛОГИЯ № 2, 2014

с C1q, C3b/bi. В результате АК фагоцитируются без активации выброса макрофагами провоспалительных цитокинов. Аутоиммунные реакции с участием антикардиолипиновых антител класса G, наоборот, протекают с участием комплемента и аутоантител к фосфолипидам мембран поздних АК . Важно, что апоптотические тельца на ранних этапах апоптоза покрыты элементами ФС-содержащей внешней мембраны клеток, а на поздних этапах - элементами эндоплазматических мембран. И если антигенная презентация ранних апоптотических телец вызывает образование иммунорегуляторных Т-клеток (Treg), то контакт поздних апопто-тических телец с ДК вызывает образование ТЫ7-клеток . Апоптотические нейтрофилы (и внешние мембраны лизированных нейтрофилов) вызывают продукцию трансформирующего ростового фактора в (ТРФр) макрофагами, а внутреннее содержимое лизированных нейтрофилов - образование ИЛ-8, ФНОа, хемокина MIP-2 . В очаге воспаления сами нейтрофилы проявляют «каннибализм», фагоцитируя апоптотические нейтрофилы (например, индуцированные УФ-облучением). Этому способствуют дополнительная активация TLRs эффекторных нейтрофилов и цитокины ФНОа и гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор (ГМ-КСФ), но не ИЛ-1-р, ИЛ-6, ИЛ-8, ИЛ-12, ИЛ-17 . В очаге воспаления макрофаги являются основными фагоцитами АК . Это не приводит к продукции провоспалительных цитокинов (ИЛ-1р, ФНОа, ИЛ-6, ИЛ-12), но вызывает образование иммуносупрессорных ИЛ-10, ТРФр, простагландина Е2 (ПГЕ2) . Формируется иммунная толерантность к антигенам АК и одновременно к другим антигенам, включая PAMPs микроорганизмов, которая опосредуется СЭ8а+ДК. ДК, стимулированные АК, представляют антиген(ы) только CD8+ Т-клеткам, а ДК, стимулированные НК, представляют антиген(ы) CD4+ и CD8+ Т-клеткам . Иммуносупрессия, развивающаяся в результате массового образования АК и их захвата макрофагами, лежит в основе лечебного действия экстракорпорального фотофереза у пациентов с хроническими воспалительными заболеваниями .

Длительно протекающий процесс апоптоза в очаге воспаления может привести к формированию фиброза, что связывают со способностью макрофагов, фагоцитировавших АК, секретировать ТРФр и другие ростовые факторы . В то же время подавление воспаления, усиление репаративных процессов при фагоцитозе АК приводит при наличии генетической предрасположенности к аутоиммунным заболеваниям (СКВ, хроническое обструктивное заболевание легких) . В норме В1-подобные клетки с фенотипом CD43+CD27-IgM+ или cD24++cD38++cD27- IgM+ являются основным источником естественных антител к поверхностным молекулам АК . Значительное количество АК в герминативных центрах лимфоузлов у пациентов с СКВ обеспечивает длительное выживание и костимуляцию аутореактивных В-клеток, активированных однониточной ДНК, нуклеосомами, другими клеточными антигенами. Это связано с Oq-зависимым генетическим дефектом быстрого клиренса ранних АК и накоплением поздних АК с признаками вторичного некроза . Образующиеся низкоаффинные антитела класса IgM взаимодействуют с клетками, находящимися на ранних стадиях апоптоза, а высокоаффинные антитела класса IgG - с клетками, находящимися на поздних стадиях апоптоза. Плазмацитоидные ДК и активация ДНК-связывающих TLR9 В-клеток обеспечивает Т-независимое образовании аутоантител. Индуцируемая АК продукция иммуносупрессорного ИЛ-10 значительно снижена при стимуляции В-клеток иммунными комплексами, включающими хроматин, или апоптотическими тельцами, образующимися на поздних этапах апоптоза .

Элиминация АК осуществляется в основном на ранних этапах апоптоза, когда экспрессия на внешней мембране ФС и калретикулина сигнализирует об «измененном своем» . Ранние этапы апоптоза обратимы, их продление обеспечивает фагоцитоз большинства АК и формирование толерантности иммунной системы . Переход клеток на поздние этапы

апоптоза характеризуется снижением уровня гликозилирова-ния поверхностных молекул, фрагментаций ядерной ДНК и признаками вторичного некроза, вызывающего воспаление и иммунный ответ .

Основными путями запуска апоптоза клеток являются рецепторный (extrinsic), обусловленный внешним воздействием, или стрессиндуцированный (intrinsic), связанный с внутренним воздействием. Рецепторный путь запуска апоптоза клетки опосредован рецепторами смерти (death receptors), включающими Fas, TNFR (рецептор I типа к ФНОа), TRAIL, Apo2/Apo3. Активация каспаз является ключевой для апоптоза и последовательность их включения достаточно описана в литературе . Стрессиндуцированный (митохондриальный) путь апоптоза связан с высвобождением цитохрома С из митохондрий и регулируется белками семейства Bcl2. Каспаззависимая активация и повышение уровня супероксидных анионов (преимущественно за счет повреждения митохондрий) определяют иммуносупрессорное действие АК. Толерогенное действие АК, считается, опосредуется Heg-клетками, вызывающими TRAIL-индуцированную гибель CD4+ Т-клеток-хелперов [ 52]. Оба пути апоптоза приводят к поверхностной экспрессии ФС, фрагментации ДНК ядра, образованию апоптотических телец и их быстрому фагоцитозу. Это предотвращает иммунный ответ на отмирающую клетку, продукцию макрофагами цитокинов воспаления, презентацию ДК клеточных антигенов.

При инфицировании клетки проявляют признаки раннего апоптоза (экспрессия на клеточных мембранах ФС, начало фрагментации ДНК) и NF-кБ-зависимого пути клеточной активации. Одновременно клетки сдерживают репликацию патогенов без образования DAMPs, свойственных некротическим клеткам . Дефекты звеньев апоптоза (преимущественно митохондриальнозависимого пути активации), или запоздалый запуск апоптоза приводят к распространению инфекции (вызванной Legionella pneumonia, Pseudomonas aeroginosa, Helicobacter pylori), сепсису . Многие вирусы содержат ингибиторы каспаз, а Chlamydiae и Coxiella burnetii блокируют выход цитохрома c из митохондрий и апоптоз клетки, что обеспечивает жизненный цикл патогена на ранних этапах инфекции . Захват АК, содержащих бактерии, вызывает созревание ДК, воспаление, полноценный (Th17) иммунный ответ, при захвате неинфицированных АК признаки созревания ДК и воспаления отсутствуют, формируется иммуносупрессия . Стратегия ограниченной репликации патогена в АК выгодна отсутствием сильного иммунного ответа на некроз клеток и массовый выброс бактерий во внеклеточное пространство .

Некроз. Клетки, отмирающие в результате травмы, дегенеративных процессов, воздействия патогена, эффективно утилизируются путем некроза. Некроз демаркирует нежизнеспособную ткань, подлежащую уничтожению и последующему восстановлению . Некроз клеток всегда сопровождается воспалением и ведет к выраженному иммунному ответу и последующей репарации тканей . НК характеризуются разрушением внешней клеточной мембраны и поступлением во внеклеточное пространство скрытых внутриклеточных молекул (см. таблицу), что вызывает токсическую реакцию окружающих здоровых клеток и иммунный ответ . Первичный некроз клеток не зависит от действия каспаз и является прямым результатом внешнего травматического повреждения или запрограммированных генетически событий, связанных с повреждением белка митохондриального матрикса циклофилина Д; воздействием на рецепторы смерти или TLR3/TLR4 и рецепторнезависимым повреждением ДНК . Оксидативный стресс клетки, активные формы кислорода являются индукторами (управляемого) некроза . Вторичный некроз - это конечный результат позднего апоптоза, часто он лежит в основе аутоиммунной патологии (СКВ и другие).

НК фагоцитируются путем макропиноцитоза после исчезновения поверхностных CD31- и СЭ47-молекул, блокирующих фагоцитоз. НК в отличие от АК вызывают созревание ДК

и (Th1) иммунный ответ . НК выделяют внутриклеточные молекулы, провоцирующие воспаление и иммунную реакцию, поэтому они названы аларминами (alarmins) или DAMPs . Они привлекают нейтрофилы в очаг некроза. НК выделяют белки теплового шока (HSP70, HSP90, gp96), калгра-нулины, цитокины (ИЛ-1а, ИЛ-6), формилпептиды митохондрий, РНК, двунитчатую (геномную) ДНК, другие молекулы . Выделение ядерного белка HMGB1 (high-mobility group box 1), связанного в норме с хроматином, является основным маркером (первичного) некроза клеток . При апоптозе и вторичном некрозе HMGB1 удерживается в ядре или находится в цитоплазме или внеклеточно в неактивном (окисленном) состоянии в результате действия супероксидных анионов . Сам HMGB1 является митогеном и хемоаттрактантом, но образуемые им комплексы с однонитчатой ДНК, ЛПС бактерий, нуклеосомой вызывают секрецию макрофагами цитокинов воспаления ФНОа, ИЛ-1р, ИЛ-6, хемокины ИЛ-8, MIP-1a, MIP-ip . Высокий уровень HMGB1 в крови связан с массивным некрозом клеток организма и является маркером системного воспаления . HMGB1 - мощный адъювант образования высокоаффинных антител и созревания ДК . Циркулирующий в кровотоке неокисленный (активный) HMGB1 взаимодействует c TLR2, TLR4, TLR9 и RAGE (receptor for advanced glycation end-products) фагоцитов, вызывая воспалительный ответ . Одновременно HMGB1 (а также HSPs) взаимодействует с CD24 и Siglec-10 на поверхности фагоцитов, что ограничивает воспаление, вызванное DAMPs, но не PAMPs . Разграничение иммунного ответа на патогенассоциированные PAMPs и связанные с повреждением собственных клеток DAMPs происходит на уровне рецепторов клеток. Типичным рецептором для DAMPs является RAGE на клетках иммунной и нервной систем, эндотелиальных клетках, кардиомиоцитах. RAGE распознает белки и липиды, модифицированные в результате неферментативного гликозили-рования и появляющиеся при хронических воспалительных заболеваниях как результат окислительного стресса. RAGE распознает такие продукты НК, как HMGB1 и калгранулины (белки семейства S 100) .

НК выделяют нуклеиновые кислоты. При этом РНК становится двунитчатой, взаимодействует с TLR3 на ДК, а двунитчатая ДНК - с TLR9 фагоцитов, что приводит к продукции ИФНу, CXCL10 (IP-10), ИЛ-1Р, экспрессии костимулирую-щих молекул (cD40, cD54, cD69, MHc II класса) на поверхности макрофагов и ДК . Для того чтобы не вызвать воспаления, молекулы ДНК подвергаются ферментативному расщеплению, например каспаз при апоптозе . Дефект ДНКаз, разрезающих двунитчатую ДНК, вызывает у мышей аутоиммунные заболевания (СКВ, полиартрит). Нуклеотиды АТФ и УТФ, в норме находящиеся в цитоплазме, при некрозе клеток выделяются во внеклеточное пространство. Действуя на пуринэргические рецепторы ДК, они вызывают хемотаксис незрелых ДК, образование NALP3 инфламмасом и секрецию ИЛ-1р, Th2 иммунного ответа . Действие АТФ на аллергенактивированные миелоидные ДК провоцирует развитие легочной аллергии и поддержание бронхиальной астмы . Ядерные рибонуклеопротеины (их короткие фрагменты) выделяются при разрушении НК и выступают в качестве DAMPs, стимулируя образование цитокинов и а-хемокинов . Соли ураты, образуемые из мочевой кислоты при разрушении в цитоплазме эндогенной ядерной или микробной ДНК и ионов натрия внеклеточного пространства, стимулируют образование инфламмасом в макрофагах и ДК, синтез цитокинов ИЛ-1Р, ИЛ-18, ИЛ-33, нейтрофильную инфильтрацию, созревание ДК, усиление антигенспецифического Т-клеточного ответа .

Стрессиндуцированные цитоплазматические белки-шапероны HSP70, HSP90 при некрозе (но не апоптозе) клеток поступают во межклеточное пространство. Внеклеточные HSP70, HSP90 стимулируют образование цитокинов воспаления (ФНОа, ИЛ-1Р, ИЛ-6, ИЛ-12) . Антигенспецифический иммунный ответ на комплекс пептид-HSP значительно возрастает. Клеточными рецепторами HSPs выступают cD91,

CD40, TLR2/TLR4/CD14, рецепторы-мусорщики, LOX-1 . НК выделяют калгранулины (S100 белки), которые распознаются RAGE рецепторами клеток эндотелия, микроглии, моноцитов и становятся маркерами воспаления (при пневмониях, полиартритах и т. д.) . Выделение цитокинов (ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-33) также может быть результатом стрессового воздействия на клетки и их некротической гибели . Высвобождаемые из НК протеазы и биологически активные молекулы воздействуют на окружающие ткани и отщепляют от них низкомолекулярные фрагменты (гиалуроновая кислота, фибриллярный белок, коллаген, гепарансульфат), которые также вызывают воспаление .

Как и при утилизации АК, сывороточные факторы (кол-лектин MBL) связываются с НК, усиливая их распознавание и связывание с калретикулином на поверхности макрофагов . Макрофаги распознают некротические клетки посредством TLRs, лектин С-типа рецепторов Clec9A, RAGE; CD14, CD91, CD40, Mincle (взаимодействующим с SAP-130) и других. Важно, что рецепторы фагоцитов, распознающие НК, не распознают АК и (частично) распознают молекулы (PAMPs) патогенов (микобактерии, грибки и др.) .

Регулируемый некроз (некроптоз) клеток связан с активностью киназ RIPK1 и RIPK3, проявляется быстрым повышением проницаемости клеточных мембран и высвобождением во внеклеточное пространство внутриклеточных DAMPs . Некроптоз клеток кожи, слизистых, лейкоцитов при ишемической реперфузии вызывает сильный воспалительный ответ. Одновременно он выступает в качестве защитного механизма при вирусной инфекции (при наличии вирусных ингибиторов каспазы 8), а также участвует в поддержании гомеостаза Т-лимфоцитов . Некроптоз инфицированной клетки означает резкое изменение среды обитания внутриклеточных патогенов, что губительно для них. Пироптоз клеток, имея черты апоптоза и некроза, характеризуется образованием инфламмасом как комплекса активированных каспаз и продуцентов цитокинов воспаления ИЛ-1Р и ИЛ-18. Пироптоз эффективно защищает клетки от S. aureus, S. ty-phimurium, P. aeruginosa, L. pneumophila, F.tularensis, B. an-thracis. При этом разные типы специализированных инфлам-масом образуются в ответ на живые бактерии, их токсины, ЛПС, споры, флагеллин, ДНК, РНК вирусов и бактерий . Некроз клеток характеризует продвинутые (не ранние) этапы инфекционного процесса, когда патогены (Shigella, Salmonella, Yersinia, M.tuberculosis) переходят от тактики выживания в апоптотических клетках к тактике разрушения клетки и межклеточного распространения .

Вторичный некроз как исход апоптоза клеток характеризуется выделением DAMPs нуклеосом (фрагментов геномной ДНК размером 180 пар оснований), HMGB1. Иммуностиму-

Индукция «сигналами опасности» различных типов гибели клеток. Сплошные линии - основное действие, пунктирная линия - дополнительное действие (при слабом воздействии), -I означает подавление клеточной гибели. Остальные обозначения в тексте.

ИММУНОЛОГИЯ № 2, 2014

лирующее действие таких DAMPs связано с образованием комплексов нуклеосом с HMGB1, характерных для пациентов с СКВ . Вторичный некроз сопровождается массовым высвобождением модицифированных (в результате ферментативной обработки, окисления) аутоантигенов, которые в комплексе с HSPs (и другими DAMPs) вызывают антигенспецифический иммунный ответ. Но только наличие генетической предрасположенности приводит к формированию аутоиммунной патологии .

Взаимодействие между путями клеточной смерти.

Аутофагия и апоптоз клеток рассматривают как механизмы поддержания жизнеспособности многоклеточного организма, а формирование инфламмасом и некрозиндуцированное воспаление считают механизмами ограниченного отмирания тканей для сохранения макроорганизма . Распознавание DAMPs при аутофагии создает дополнительную страховку клеткам макроорганизма в защите от патогенов с неизвестными PAMPs . В результате инфицирования макрофагов L. pneumophila активация инфламмасом вызывает пироптоз и ау-тофагию, которая защищает клетку от пироптоза и патогена. Но недостаточность аутофагии для противодействия патогену ведет инфицированную клетку к пироптозу . Запуск PIRK1-3-зависимого механизма некроптоза предполагает первоначально высокий уровень аутофагии поврежденных митохондрий и при ее неэффективности последующую деградацию клетки . Аутофагия выступает в качестве механизма утилизации фагоцитированных апоптотические телец макрофагами и ДК. Повышение при некрозе клеток уровня HMGBT цитоплазме стимулирует вместе с HSP27 аутофагию (митофагию) митохондрий и подавляет апоптоз. Другие DAMPs (АТФ, белки S100/ калгранулины, двунитчатая ДНК), взаимодействуя с TLRs, также стимулируют аутофагию в очагах апоптоза. Известно, что основной Beclin 1 -зависимый путь аутофагии (макроаутофагия) может быть подавлен анти-апоптотическими белками семейства Bcl-2 и образованием NLRP3-инфламмасом, т. е. возрастание резистентности клетки к апоптотической гибели повышает ее устойчивость к избыточной аутофагии, приводящей к гибели клеток . При фагоцитозе клеток, умерших путем аутофагии или апоптоза, воспаление отсутствует. Блокирование аутофагии в клетке приводит к накоплению в цитоплазме поврежденных митохондрий, супероксидных анионов, активации NALP3-инфламмасомы, воспалению. Взаимодействие DAMPs с рецепторами RAGE стимулирует аутофагию и подавляет апоптоз клеток . При недостаточном выделении DAMPs из НК в очаге повреждения апоптотические клетки вызывают состояние толерантности и снижение воспаления. ^зревание ДК вызывают DAMPs из НК, но не ACAMPs из АК. Макрофаги, фагоцитировавшие АК, выделяют ТРФр, что вызывает образование Teg-клеток. При фагоцитозе АК, инфицированных E. coli, макрофаги выделяют ТРФр и ИЛ-6, что ведет к образованию ТЫ7-клеток, а при фагоцитозе НК -Th1 иммунного ответа . При совместном воздействии PAMPs и DAMPs последние выполняют роль адъюванта . Известно, что в зависимости от дозы воздействия (например, ФНОа) клетка погибает путем апоптоза (при низких концентрациях) или некроза (при высоких концентрациях) . Связь между апоптозом и некрозом клеток определяется также наличием промежуточных подтипов клеточной смерти - не-кроптоза и других .

Разные типы клеточной смерти как результат ответа клеток на внешние (включая микроорганизмы) и внутренние воздействия могут протекать одновременно и регулировать друг друга (см. схему). До конца неясны механизмы, определяющие выбор пути клеточной смерти, но чем сильнее воздействие, тем сильнее ответ в виде некроза клеток, мощной воспалительной и иммунной реакции макроорганизма. Слабые воздействия (за счет аутологичных apoptotic cell-associated molecular patterns (AcAMPs) или DAMPs, PAMPs нормальной микрофлоры) вызывают интенсификацию аутофагии и апоптоза клеток без очевидной воспалительной и иммунной реакций.

Заключение. Гибель клеток макроорганизма (человек,

животные), обусловленная внешними или внутренними причинами, вызывает иммунный ответ на повреждение. При этом микробные воздействия всегда дозированы концентрацией и жизнеспособностью патогена, его растворимыми продуктами, локализацией очага повреждения . Сочетанное действие PAMPs и DAMPs, наиболее часто встречающееся в реальных условиях, а также влияние толерогенных апопто-тических клеток на их взаимодействие требуют дальнейшего изучения и оценки иммунологических последствий .

литература

1. Ярилин А.А. Апоптоз. Природа феномена и его роль в целостности организма. Патологическая физиология. 1998; 2: 38-48.

3. Бра М., Квинан Б., Сузин С.А. Митохондрии в программированной гибели клетки: различные механизмы гибели. Биохимия. 2005; 70 (2): 284-93.

4. Черников В.П., Белоусова Т.А., Кактурский Л.В. Морфологические и биохимические критерии клеточные гибели. Архив патологии. 2010; 72 (3): 48-54.

5. Galluzzi L., Vitale I., Abrams J.M., Alnemri E.S., Baehrecke E.H., Blagosklonny M.V et al. Molecular definition of cellular death subroutines: recommendations of the Nomenclature Committee on Cell Death 2012. Cell Death Different. 2012; 19 (1): 107-20.

9. Манских В.Н. Пути гибели клетки и их биологическое значение. Цитология. 2007; 49 (11): 909-15.

11. Хаитов Р.М., Пащенков М.В., Пинегин Б.В. Роль паттернораспознающих рецепторов во врожденном и адаптивном иммунитете. Иммунология. 2009; 1: 66-76.

15. Romao S., Gannage M., Munz C. Checking the garbage bin for problems in the house, or how autophagy assists in antigen presentation to the immune system. Semin. Cancer Biol. 2013; 23 (5): 391-6.

16. Rubinsztein D.C., Marino G., Kroemer G. Autophagy and aging. Cell. 2011; 146 (5): 682-95.

19. Walsh C.M., Edinger A.L. The complex interplay between au-tophagy, apoptosis and necrotic signals promotes T-cell homeostasis. Immunol. Rev. 2010; 236 (1): 95-109.

20. Amre D.K., Mack D.R., Morgan K., Krupoves A., Costea I., Lam-brette P. et al. Autophagy gene ATG16L1 but not IRGM is associated with Crohn’s disease in Canadian children. Inflamm. BowelDis. 2009; 15 (4): 501-7.

21. Salminen A., Kaarniranta K., Kauppinen A. Beclin 1 interactome controls the crosstalk apoptosis, autophagy and inflammasome activation: impact on the aging process. Ageing Res. Rev 2012; 12 (2): 520-34.

24. Mostowy S., Cossart P. Bacterial autophagy: restriction or promotion of bacterial replication? Trends Cell Biol. 2012; 22 (6): 283-91.

25. Randow F., MacMicking J.D., James L.C. Cellular self-defense:

how cell-autonomous immunity protects against pathogens. Science. 2013; 340 (6133): 701-6.

26. Lamkanfi M., Dixit v.M. Manipulation of host cell death pathways during microbial infections. Cell Host Microbe. 2010; 8 (l): 44-54.

30. Бонаренко В.М., Лиходед В.Г. Распознавание комменсальной микрофлоры образраспознающими рецепторами в физиологии и патологии человека. Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунологии. 2012; 3: 82-9.

31. Paul-Clark M.J., George P.M., Gatheral T., Parzych K., Wright W.R., Crawford D. et al. Pharmacology and therapeutic potential of pattern recognition receptors. Pharmacol. Ther 2012; 135 (2): 200-15.

40. Byrne B.G., Dubuisson J.-F., Joshi A.D., Persson J.J., Swanson M.S. Inflammasome components coordinate autophage and pyroptosis as macrophage response to infection. mBio.2013; 4 (1): e00620-

12. Available at http://mbio.asm.org/content/4/1/e00620-12.full. pdf+html

41. Kleinnijenhuis J., Oosting M., Platinga T.S., van der Meer J.W.M., Joosten L.A.B., Crevel R.V et al. Autophagy modulates the Mycobacterium tuberculosis-induced cytokine response. Immunology. 2011; 134 (3): 341-8.

42. Гариб Ф.Ю., Ризопулу А.П. Взаимодействие патогенных бактерий с врожденными иммунными реакциями хозяина. Инфекция и иммунитет. 2012; 2 (3): 581-96.

47. Saas P., Angelot F., Bardiaux L., Seilles E., Garnache-Ottou F., Per-ruche S. Phosphatidylserine-expressing cell by-products in transfusion: a pro-inflammatory or an anti-inflammatory effects? Transfus. Clin. Biol. 2012; 19 (3): 90-7.

54. Miles K., Heaney J., Sibinska Z., Salter D., Savill J., Gray D. et al. A tolerogenic role for Toll-like receptor 9 is revealed by B-cell interaction with DNA complexes expressed on apoptotic cells. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2012; 109 (3): 887-92.

59. Проскуряков С.Я., Габай В.Л., Коноплянников А.Г. Некроз -управляемая форма программируемой клеточной смерти. Биохимия. 2002; 67 (4): 467-91.

63. Blander J.M., Sander L.E. Beyond pattern recognition: five immune checkpoints for scaling the microbial threat. Nature Rev. Immunol. 2012; 12 (3): 215-25.

1. Yarilin A.A. Apoptosis. Nature of the phenomenon and its role in the whole organism. Patologicheskaya fiziologiya. 1998; 2: 38-48 (in Russian).

2. Green D.R. The end and after: how dying cells impact the living organism. Immunity. 2011; 35 (4): 441-5.

3. Bras M., Queenan B., Susin S.A. Programmed cell death via mitochondria: Different modes of dying. Biokhimiya. 2005; 70 (2): 231-9 (in Russian).

4. Chernikov V.P., Belousova T.A., Kaktursky L.V. Morphological and biochemical criteria for cell death. Arkhiv patologii. 2010; 72 (3): 48-54 (in Russian).

5. Galluzzi L., Vitale I., Abrams J.M., Alnemri E.S., Baehrecke E.H., Blagosklonny M.V. et al. Molecular definition of cellular death subroutines: recommendations of the Nomenclature Committee on Cell Death 2012. Cell Death Different. 2012; 19 (1): 107-20.

6. Peter C., Wesselborg S., Herrman M., Lauber K. Dangerous attraction: phagocyte recruitment and danger signals of apoptotic and necrotic cells. Apoptosis. 2010; 15 (9): 1007-28.

7. Kaczmarek A., Vandenabeele P., Krysko D.V. Necroptosis: the release of damage-associated molecular patterns and its physiological relevance. Immunity. 2013; 38 (2): 209-23.

8. Rock K.L., Lai J.-J., Kono H. Innate and adaptive immune responses to cell death. Immunol. Rev. 2011; 243 (1): 191-205.

9. Manskikh V.N. Pathways of cell death and their biological importance. Tsitologiya. 2007; 49 (11): 909-15 (in Russian).

10. Janeway C.A. Jr., Medzhitov R. Innate immune recognition. Ann. Rev. Immunol. 2002; 20 (1): 197-216.

11. Khaitov R.M., Pashchenkov M.V., Pinegin B.V. The role of pattern-recognizing receptors in congenital and active immunity. Immunologiya. 2009; 1: 66-76 (in Russian).

12. Seong S.Y., Matzinger P. Hydrophobicity: an ancient damage-associated molecular pattern that initiates innate immune responses. Nature Rev. Immunol. 2004; 4 (6): 469-78.

13. Chen G.Y., Nunez G. Sterile inflammation: sensing and reacting to damage. Nature Rev. Immunol. 2010; 10 (12): 826-37.

14. Kuballa P., Nolte W.M., Castoreno A.B., Xavier R.J. Autophagy and the immune system. Ann. Rev. Immunol. 2012; 30: 611-46.

15. Romao S., Gannage M., Munz C. Checking the garbage bin for problems in the house, or how autophagy assists in antigen

ИММУНОЛОГИЯ № 2, 2014

presentation to the immune system. Semin. Cancer Biol. 2013; 23 (5): 391-6.

16. Rubinsztein D.c., Marino G., Kroemer G. Autophagy and aging. Cell. 2011; 146 (5): 682-95.

17. Tang D., Kang R., Coyne C.B., Zeh H.J., Lotze M.T. PAMPs and DAMPS: signal Os that spur autophagy and immunity. Immunol. Rev. 2012; 249 (1): 158-75.

18. Zelenay S., Reis e Sousa C. Adaptive immunity after cell death. Trends Immunol. 2013; 34 (7): 329-35.

19. Walsh C.M., Edinger A.L. The complex interplay between autophagy, apoptosis and necrotic signals promotes T-cell homeostasis. Immunol. Rev. 2010; 236 (1): 95-109.

20. Amre D.K., Mack D.R., Morgan K., Krupoves A., Costea I., Lambrette P. et al. Autophagy gene ATG16L1 but not IRGM is associated with Crohn’s disease in Canadian children. Inflamm. Bowel Dis. 2009; 15 (4): 501-7.

22. Levine B., Mizushima N., Virgin H.W. Autophagy in immunity and inflammation. Nature. 2011; 469 (7330): 323- 35.

23. Liu G., Bi Y., Wang R., Wang X. Self-eating and self-defense: autophagy controls innate immunity and adaptive immunity. J. Leukoc. Biol. 2013; 93 (4): 511-9.

24. Mostowy S., Cossart P. Bacterial autophagy: restriction or promotion of bacterial replication ? Trends Cell Biol. 2012; 22 (6): 283-91.

25. Randow F., MacMicking J.D., James L.C. Cellular self-defense: how cell-autonomous immunity protects against pathogens. Science. 2013; 340 (6133): 701-6.

26. Lamkanfi M., Dixit V.M. Manipulation of host cell death pathways during microbial infections. Cell Host Microbe. 2010; 8 (1): 44-54.

27. Mintern J.D., Villadangos J.A. Autophagy and mechanisms of effective immunity. Front. Immunol. 2012; 3: 60.

28. Travassos L.H., Carneiro L.A.M, Ramjeet M., Hussey S., Kim Y.-G., Magalhaes J.G. et al. Nod1 and Nod2 direct autophagy by recruiting ATG16L1 to the plasma membrane at the site of bacterial entry. Nature Immunol. 2010; 11 (1): 55-62.

29. Kumar H., Kawai T., Akira S. Pathogen recognition by the innate immune system. Int. Rev. Immunol. 2011; 30 (1): 16-34.

30. Bondarenko V.M., Likhoded V.G. Recognition of commensal microflora by pattern recognition receptors in human physiology and pathology. Zhurnal Mikrobiologii, epidemiologii i immunologii. 2012; 3: 82-9 (in Russian).

32. Strowig T., Henao-Mejia J., Elinav E., Flavell R. Inflammasomes in health and disease. Nature. 2012; 481 (7381): 278-86.

33. Underhill D.M., Goodridge H.S. Information processing during phagocytosis. Nature Rev. Immunol. 2012; 12 (7): 492-502.

34. Sander L.E., Davis M.J., Boekschoten M.V., Amsen D., Dascher C.C., Ryffel B. et al. Detection of prokaryotic mRNA signifies microbial viability and promotes immunity. Nature. 2011; 474 (7351): 385-9.

35. Schmid D., Pypaert M., Munz C. Antigen- loading compartments for major histocompatibility complex class II molecules continuously receive input from autophagosomes. Immunity. 2007; 26 (1): 79-92.

36. Paludan C., Schmid D., Landthaler M., Vockerodt M., Kube D., Tuschl T. et al. Endogenous MHC class II processing of a viral nuclear antigen after autophagy. Science. 2005; 307 (5709): 593-6.

37. Pua H.H., Guo J., Komatsu M., He Y.W. Autophagy is essential for mitochondrial clearance in mature T lymphocytes. J. Immunol. 2009; 182 (7): 4046-55.

38. Lu J.V., Walsh C.M. Programmed necrosis and autophagy in immune function. Immunol. Rev. 2012; 249 (1) : 205-17.

39. Gros F., Arnold J., Page N., Decossas M., Korganow A.-S., Martin T. et al. Macroautophagy is deregulated in murine and human lupus T lymphocytes. Autophagy. 2012; 8 (7): 1113-23.

40. Byrne B.G., Dubuisson J.-F., Joshi A.D., Persson J.J., Swanson M.S. Inflammasome components coordinate autophage and pyroptosis as

macrophage response to infection. mBio. 2013; 4 (1): e00620-12. Available at http://mbio.asm.org/content/4/1/e00620-12.full.pdf+html

41. Kleinnijenhuis J., Oosting M., Platinga T.S. , van der Meer J.W.M., Joosten L.A.B., Crevel R.V et al. Autophagy modulates the Mycobacterium tuberculosis-induced cytokine response. Immunology. 2011; 134 (3): 341-8.

42. Garib F.Yu., Rizopulu A.P. Interaction of pathogenic bacteria with innate immune reactions of host. Infektsiya i immunitet. 2012; 2 (3): 581-96 (in Russian).

43. Majai G., Petrovski G., Fesus L. Inflammation and the apopto-phagocytic system. Immunol. Lett. 2006; 104 (1-2): 94-101.

44. Janssen W.J., Henson P.M. Cellular regulation of the inflammatory response. Toxicol. Pathol. 2012; 40 (2): 166-73.

45. Zitvogel L., Kepp O., Kroemer G. Decoding cell death signals in inflammation and immunity.Cell. 2010; 140 (6): 798-804.

46. Bekeredjian-Ding I. B cell encounters with apoptotic cells. Autoimmunity. 2013; 46 (5): 307-11.

47. Saas P., Angelot F., Bardiaux L., Seilles E., Garnache-Ottou F., Perruche S. Phosphatidylserine-expressing cell by-products in transfusion: a pro-inflammatory or an anti-inflammatory effects? Transfus. Clin. Biol. 2012; 19 (3): 90-7.

48. Jeannin P., Jaillon S., Delneste Y. Pattern recognition receptors in the immune response against dying cells. Curr. Opin. Immunol. 2008; 20 (5): 530-7.

49. Lauber K., Blumenthal S.B., Waibel M., Wesselborg S. Clearance of apoptotic cells: getting rid of the corpses. Mol. Cell. 2004; 14 (3): 277-87.

50. Fadok V.A., Bratton D.L., Guthrie L., Henson P.M. Differential effects of apoptotic versus lysed cells on macrophage production of cytokines: role of proteases. J. Immunol. 2001; 166 (11): 6847-54.

51. Hellberg L., Fuchs S., Gericke C., Sarkar A., Behhen M., Solbach W. et al. Proinflammatory stimuli enhance phagocytosis of apoptotic cells by neutrophil granulocytes. Scient. World J. 2011; 11: 2230-6.

52. Ferguson T.A., Choi J., Green D.R. Armed response: how dying cells influence T-cell functions. Immunol. Rev. 2011; 241 (1): 77-88.

53. Douglas I. S., Diaz del Valle F., Winn R.A., Voelkel N.F. P-catenin in the fibroproliferative response to acute lung injury. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 2006; 34 (3): 274-85.

55. Ashida H., Mimuro H., Ogawa M., Kobayashi T., Sanada T., Kim M. et al. Cell death and infection: a double-edged sword for host and pathogen survival. J. Cell Biol. 2011; 195 (6): 931-42.

56. Manfredi A.A., Capobianco A., Bianchi M.E., Rovere- Querini P. Regulation of dendritic- and T-cell fate by injury-associated endogenous signals. Crit. Rev. Immunol. 2009; 29 (1): 69-86.

57. Torchinsky M.B., Garaude J., Martin A.P., Blander J.M. Innate immune recognition of infected apoptotic cells directs T(H)17 cell differentiation. Nature. 2009; 458 (7234): 78-82.

58. Bianchi M.E. HMGB1 loves company. J. Leukoc. Biol. 2009; 86 (3): 573-6.

59. Proskuryakov S.Ya., Gabai V.L., Konoplyannikov A.G. Necrosis - an active, regulated form of programmed cell death (review). Biokhimiya. 2002; 67 (4): 467-91 (in Russian).

60. Idzko M., Hammad H., van Nimwegen M., Kool M., Willart M.A.M., Muskens F. et al. Extracellular ATP triggers and maintains asthmatic airway inflammation by activating dendritric cells. Nature Med. 2007; 13 (8): 913-9.

61. Kono H., Rock K.L. How dying cells alert the immune system to danger. Nature Rev. Immunol. 2008; 8 (4): 279-89.

62. Eigenbrod T., Park J.-H., Harder J., Iwakura Y., Nunez G. Cutting edge: Critical role for mesothelial cells in necrosis-induced inflammation through the recognition of IL-1a released from dying cells. J. Immunol. 2008; 181 (2): 8194-8.

Аутофагия (в переводе с греческого языка ‘самопоедание’) - это процесс утилизации органелл и макромолекул в клеточных компартментах, образующихся при слиянии аутофагосом с лизосомами. В ходе аутофагии клетка адаптируется к тяжелым условиям. Когда недостаточен приток питательных веществ извне, клетка жертвует частью собственных макромолекул и органелл, чтобы получить элементы (мономеры), из которых могут быть синтезированы новые белки, нуклеиновые кислоты, липиды и углеводы, и существовать дальше. Процесс аутофагии важен для удаления из клетки поврежденных компонентов, например белковых агрегатов. В ходе этого процесса в клеточной цитоплазме поврежденные макромолекулы и органеллы попадают в специализированный компартмент, в котором расщепляются до малых молекул. Эти мономеры могут стать строительными блоками для образования новых биополимеров и органелл в случае голодания и недостатка энергии.

Аутофагия сопровождает жизнедеятельность любой нормальной клетки в обычных условиях. Однако чрезмерная аутофагия может приводить к клеточной смерти. В настоящее время аутофагия рассматривается как один из видов программируемой клеточной смерти наряду с апоптозом и некроптозом.

История исследований и Нобелевская премия 2016

Термин «аутофагия» для способа доставки цитоплазматического материала клетки в лизосомы с целью последующей деградации ввел в 1963 году бельгийский биохимик Кристиан де Дюв, первооткрыватель лизосом. Лизосомы - это клеточные органеллы, содержащие множество гидролитических ферментов, работающих в кислой среде. Впоследствии было обнаружено, что в процессе аутофагии в цитоплазме сначала образуются аутофагосомы - пузырьки, окруженные двухслойной мембраной, содержащие часть цитоплазмы и клеточные органеллы (митохондрии, рибосомы, фрагменты эндоплазматического ретикулума). Аутофагосомы далее сливаются с лизосомами, в образовавшихся при этом аутолизосомах происходит деградация макромолекул и органелл в результате действия лизосомных ферментов - гидролаз. Де Дюв получил Нобелевскую премию в 1974 году «за открытия, касающиеся структурной и функциональной организации клетки».

Лауреат Нобелевской премии 2016 года Ёсинори Осуми начал исследование аутофагии в дрожжевых клетках и с помощью генетического подхода обнаружил полтора десятка генов, инактивация которых приводила к дефектам в образовании аутофагосом. Эти гены были клонированы и секвенированы. Исследование функционирования белковых продуктов этих генов привело в дальнейшем к выяснению молекулярных механизмов индукции, протекания и регуляции аутофагии. Эти гены по современной номенклатуре называются ATG (Autophagy-related Genes ). В настоящее время открыто уже более тридцати генов ATG. Осуми показал, что аутофагия - это действительно запрограммированный процесс, то есть процесс, который кодируется в геноме. Если мутировать или отключить важные для аутофагии гены, то аутофагии происходить не будет.

// Yoshinori_Osumi_201511

Между гомологичными генами дрожжей и млекопитающих есть существенное сходство. Белковые продукты этих генов отличаются небольшим количеством аминокислотных замен. Если какой-то ген у дрожжей отвечает за аутофагию, то, скорее всего, похожий ген у животных и человека будет выполнять подобные функции. Генетику аутофагии было проще исследовать в дрожжевых клетках. Но параллельно с изучением механизмов аутофагии у дрожжей в лаборатории, возглавляемой Ёсинори Осуми, были обнаружены гомологи ряда дрожжевых генов ATG в клетках млекопитающих. Исследование функционирования белков млекопитающих, кодируемых этими генами, показало, что молекулярные механизмы аутофагии высококонсервативны у эукариот, то есть мало отличаются у таких эволюционно далеких организмов, как дрожжи и человек.

В лаборатории Ёсинори Осуми при изучении белка LC3 млекопитающих, гомолога дрожжевого белка ATG8, были обнаружены процессированная (укороченная) и липидированная формы белка - LC3-I и LC3-II соответственно. Эти формы в настоящее время стали популярными маркерами аутофагосом и индикаторами аутофагии. Далее была создана трансгенная мышь, экспрессирующая рекомбинантный белок, состоящий из LC3 и зеленого флуоресцирующего белка GFP. Это позволило легко визуализовать аутофагию с помощью флуоресцентной микроскопии и изучить кинетику и интенсивность аутофагии в разных органах мыши при голодании. В лаборатории Ёсинори Осуми была также впервые создана мышь с нокаутированным ATG геном. Гомозиготные мышата с нокаутированным ATG5 рождались нормально, но погибали в течение 24 часов после рождения. Это показало, что аутофагия существенна для неонатального развития у млекопитающих. Созданные в лаборатории Ёсинори Осуми трансгенные по GFP-LC3 и одновременно нокаутированные по ATG5 мыши успешно используются мировым научным сообществом для изучения физиологического значения аутофагии у млекопитающих. Ёсинори Осуми также принял участие в идентификации гомологов генов ATG у высших растений и в демонстрации их участия в аутофагии, что еще раз подтвердило консервативную и фундаментальную роль аутофагии у эукариот.

Типы и механизмы аутофагии

Существует три типа аутофагии: макроаутофагия, микроаутофагия и шаперон-зависимая аутофагия. При микроаутофагии мембрана лизосомы образует впадину, в которую попадает часть цитоплазмы, а затем эта впадина замыкается, образовавшийся пузырек транспортируется внутрь лизосомы, где происходит деградация его содержимого. При шаперон-зависимой аутофагии комплексы дефектных белков с шаперонами попадают в лизосомы при участии специфических мембранных рецепторов.

Ёсинори Осуми получил Нобелевскую премию за исследования макроаутофагии, которую обычно называют просто аутофагией. Под действием сигналов, инициирующих макроаутофагию, образуется так называемый фагофор, который состоит из липидной мембраны и ряда белков, кодируемых генами ATG или гомологами генов ATG. С помощью сложной системы регуляции к фагофору привлекаются новые ATG-белки, собираются мультикомпонентные комплексы, мембрана растет, и образуется незамкнутая структура, по форме напоминающая шапочку, которая окружает часть цитоплазмы (см. рисунок). Затем двухслойная мембрана замыкается, и внутри получившегося пузырька, называемого аутофагосомой, оказываются макромолекулы и органеллы (рибосомы, митохондрии, фрагменты эндоплазматического ретикулума). Образовавшаяся аутофагосома сливается с лизосомой и образует аутофаголизосому, внутри которой происходит деградация макромолекул и органелл. В этом процессе участвуют белковые продукты более 30 генов ATG, существенная часть которых была открыта в работах Ёсинори Осуми.

Аутофагия и клеточная смерть

Аутофагия считается одним из видов программируемой клеточной смерти, но сведения о смерти от аутофагии достаточно противоречивы. Есть многочисленные данные о том, что аутофагия играет защитную функцию при неблагоприятных условиях, то есть пытается спасти клетку от смерти. При этом полагают, что чрезмерная аутофагия может привести к клеточной смерти. Однако не всегда исследователи различают смерть, которая сопровождается аутофагией, и смерть, для которой аутофагия является причиной.

Международное сообщество выработало три критерия аутофагической клеточной смерти. Во-первых, клеточная смерть должна происходить без признаков апоптоза, основного вида программируемой клеточной смерти. Не должно быть активации каспаз, конденсации хроматина, характерной фрагментации ДНК. Во-вторых, должна усиливаться аутофагия, то есть должно повышаться количество аутофагосом и аутолизисом, уровень аутофагических маркеров (процессинг LC3, например). И, наконец, третий критерий состоит в том, что мутирование генов, которые необходимы для аутофагии, или подавление ATG-белков с помощью фармакологических ингибиторов должно предотвращать клеточную смерть. Эти три критерия необходимы для того, что мы называем истинной смертью от аутофагии. В реальности смерть клеток часто сопровождается аутофагией, но таких случаев, где было бы доказано, что аутофагия является настоящей причиной смерти, очень мало.

Значение аутофагии для медицины

Аутофагия играет важную роль при ряде заболеваний, включая канцерогенез и нейродегенеративные болезни. Роль аутофагии в канцерогенезе противоречива. С одной стороны, процесс аутофагии способствует выживанию опухолевых клеток, выступая промотором формирования опухолей. С другой стороны, существует достаточно доказательств, что аутофагия может стать супрессором развития новообразований. По-видимому, аутофагия играет супрессорную роль в развитии опухолей на ранних стадиях клеточной трансформации, а для уже сформировавшихся опухолей аутофагия выполняет защитную функцию, придавая ее клеткам устойчивость к химиотерапии, что приводит в конечном итоге к быстрой прогрессии заболевания.

В настоящее время активно идут клинические исследования ингибиторов аутофагии, использование которых в терапии злокачественных новообразований представляется перспективным. Но надо учитывать, что эти ингибиторы могут быть эффективны на одной стадии рака и работать в противоположном направлении на другой стадии. Понимание молекулярных механизмов активации и ингибирования аутофагии, а также механизмов ее регуляции может послужить основой для разработки новых лекарственных препаратов и повышения эффективности методов лечения злокачественных новообразований.

С помощью аутофагии клетка избавляется от дефектных белков и органелл. Особенно это актуально для неделящихся долгоживущих клеток, таких как нервные клетки. При нейродегенеративных заболеваниях в нейронах накапливаются агрегаты неправильно свернутых белков, например бета-амилоида при болезни Альцгеймера и альфа-синуклеина при болезни Паркинсона. Для правильной работы аппарата аутофагии необходим баланс между образованием аутофагосом и их деградацией в лизосомах. Нарушение этого баланса приводит к гибели нервных клеток. Показано, что повышенная аккумуляция аутофагосом в нейронах ассоциирована с нейродегенеративными заболеваниями (болезнями Альцгеймера, Паркинсона, Хантингтона). К этим же заболеваниям приводят мутации ATG-генов. Таким образом, выяснение механизмов регуляции аутофагии необходимо для борьбы с нейродегенеративными заболеваниями.

Дальнейшие исследования, открытые вопросы

Как в любой области молекулярной и клеточной биологии, в исследованиях аутофагии существует много вопросов, на которые пока ответ не дан. На самом деле механизмы аутофагии поняты не полностью. Необходимы исследования, направленные на изучение регуляции аутофагии. В будущем, наверное, будут открыты новые молекулы, которые регулируют этот процесс. Ученые разработают лекарства, которые ингибируют аутофагию или, наоборот, ее усиливают, и исследуют, насколько эти лекарства важны для лечения различных болезней. Знание молекулярных механизмов, как правило, открывает возможности для прикладных работ.

Забудьте, наконец, об очищении соком или детоксовых диетах. Нельзя сказать, будто есть что-то плохое в том, чтобы употребить огромное количество измельченной капусты кейл. Однако не ожидайте, что это вымоет токсины из вашего организма быстрее, чем если бы вы питались, как обычно.

Самоканнибализм

Хорошие же новости заключаются в том, что существует малоизвестный способ, позволяющий вам действительно очистить организм, и это тот процесс, который вы можете самостоятельно контролировать. Все, что вам нужно, - это практиковать самоканнибализм. Постойте, что? Нет, вы не ослышались! И да, вы действительно можете обучить свое тело поедать себя. Хотите верьте, хотите нет, но вам это определенно нужно.

Что такое аутофагия?

Естественный процесс, называемый аутофагией (буквально - «самопоедание»), - это встроенная система очистки организма. Ваши клетки создают мембраны, которые охотятся за остатками мертвых, больных или изношенных клеток, пожирают их, разбирают их на запчасти и используют пригодные молекулы для того, чтобы производить энергию.

Очищение тела через переработку ненужных частиц

Вы можете думать об этой системе, как о внутренней программе переработки в вашем организме. Аутофагия делает организм человека более эффективным, так как он сам избавляется от неработающих частиц, останавливает рост раковых клеток, а также препятствует метаболическим дисфункциям, таким как ожирение или диабет.

Польза аутофагии

Существуют также доказательства того, что этот процесс может сыграть важную роль в контроле воспаления и иммунной системы. Когда ученые вывели крыс, у которых отсутствовала способность к аутофагии, они становились толстыми, сонливыми, у них был повышенный уровень холестерина и мозговые нарушения. Если сложить все вместе, то можно смело сказать, что аутофагия - это ключ к замедлению процесса старения, и вы можете научиться тому, как контролировать ее в вашем организме.

Как спровоцировать аутофагию?

Так как же вам стоит поедать самих себя? Это вопрос, который вы вряд ли задавали ранее, но сейчас вы узнаете на него ответ. В первую очередь вам стоит узнать, что аутофагия - это реакция на стресс, так что вам придется довести ваш организм до стрессового состояния, чтобы запустить в более усиленном режиме ваши системы самоканнибализма. В данный момент вы думаете, что эта статья выглядит совсем уж странно, но поверьте: если вы дочитаете ее до конца, то ваша жизнь может серьезно измениться к лучшему. Как обычно и бывает, кратковременный дискомфорт может привести к долговременным преимуществам, поэтому вам стоит ознакомиться с этими тремя наиболее эффективными способами запустить процессы аутофагии.

Упражнения

Вам всегда стоит помнить о том, что упражнения - это первейший способ довести ваш организм до стрессового состояния. Занятия спортом на самом деле наносят урон вашим мышцам, вызывая крошечные микротрещины, которые ваше тело тут же начинает залечивать, что делает ваши мышцы более сильными и более устойчивыми к дальнейшему подобному урону. Занятия спортом - это один из самых популярных способов, которым люди непреднамеренно очищают свой организм. Так что то ощущение свежести и обновленности после тяжелой тренировки - это признак того, что вы очистились. Одно исследование подробно изучило аутофагосомы - структуры, которые формируются вокруг поврежденных клеток, от которых тело решило избавиться. После того как ученые вывели крыс, у которых аутофагосомы светятся ярко-зеленым светом, они обнаружили, что скорость, с которой эти структуры избавляются от поврежденных клеток, у крыс, пробежавших тридцать минут на колесе, значительно возрастает. И скорость продолжала расти даже тогда, когда крысы бежали уже почти полтора часа без перерыва. Но что насчет людей? Определение необходимой нагрузки и продолжительности упражнений, которые запустят процессы аутофагии, а также степени, в которой этот процесс можно регулировать, является сложным вопросом, и на него сейчас не так просто найти точный ответ. Однако можно сказать, что упражнения дают большое количество преимуществ, даже если не учитывать их роль в аутофагии, так что вам в любом случае стоит заниматься спортом. И если вы любите тяжелые упражнения - для вас же лучше. Чем интенсивнее занятия спортом, тем больше выгода.

Голодание

Ирония заключается в том, что у тех, кто любит «очищать» организм с помощью соков и смузи, употребление любой пищи работает против аутофагии. Отказ от еды - это действие, которое принесет вам немало стресса. Вашему организму это определенно не понравится, но в итоге он получит от этого огромную пользу. Более того, ученые уже успели продемонстрировать, что от периодического голодания имеется немало конкретных преимуществ, таких как снижение риска возникновения диабета или сердечно-сосудистых заболеваний, и все они записываются на счет аутофагии.

Также поражает то, как много исследований было сосредоточено на действии этого процесса в головном мозге человека во время голодания. Предполагается, что данный процесс может быть эффективным способом снижения риска возникновения нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера или Паркинсона. В ходе некоторых исследований было обнаружено, что периодическое голодание улучшает когнитивные функции мозга, структуру мозга, а также нейропластичность, что может позволить мозгу запоминать новую информацию с большей легкостью. Конечно, не было конкретно доказано, что именно аутофагия является этому причиной, а также стоит упомянуть, что испытания проводились на грызунах. Поэтому нельзя сразу же сказать с уверенностью, что у людей будет такая же реакция. Практикующие специалисты говорят, что если вы хотите эффективно голодать, то вам лучше делать это периодически, сессиями от 12 до 36 часов. В процессе голодания рекомендуется ограничивать физическую активность только растяжкой или базовыми занятиями йогой.

Ограничивайте употребление углеводов

Хотя некоторые профессионалы не едят по 18 часов несколько раз в неделю, они признают, что среднестатистическому человеку будет сложно так жить. Простой отказ от еды при любом возможном случае также может оказаться неплохим вариантом - исследования показали, что даже один день голодания в месяц уже снижает риск возникновения сердечно-сосудистых заболеваний. Но существует и другой способ получить все ту же пользу, при этом не отказываясь от вашего любимого стейка (хотя от конфет вам все же придется отказаться). Этот способ называется кетозом - все более популярной диетой среди бодибилдеров и всех тех людей, которые хотя жить дольше. Суть кетоза заключается в том, чтобы снизить содержание в организме углеводов настолько, чтоб у вашего тела не оставалось другого выбора, кроме как использовать жир в качестве источника энергии. Кетоз позволяет людям избавиться от жира, при этом сохраняя мышцы, и существуют доказательства того, что такая диета помогает организму бороться с раковыми опухолями, снижает риск возникновения диабета, а также защищает от возникновения некоторых видов умственных расстройств, в частности от эпилепсии. Исследования показывают, что более половины детей с эпилепсией, которые придерживались этой диеты, начали испытывать приступы в два раза реже. Кетоз - это как обход аутофагии. Вы получаете все те же метаболические изменения и преимущества, что и от голодания, но при этом вам не приходится голодать.

Суть процесса аутофагии (греч. — “самопоедание”) — утилизация органелл и макромолекул в клеточных компартментах. Это механизм адаптации клеток к недостатку питательных веществ. Когда наступает легкий “голод” клетка отдает часть своих макромолекул для преобразования их в мономеры, которые подходят для синтеза нуклеиновых кислот, новых белков, углеводов и липидов.

Процесс аутофагии необходим для удаления из клеток поврежденных элементов, белковых агрегатов, например. В результате аутофагии, поврежденные органеллы и макромолекулы, которые находятся в цитоплазме, попадают в особый отдел клетки, где расщепляются на малые молекулы. Затем эти молекулы, становятся строительным материалом, из которого образуются новые органеллы и биополимеры (белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты и другие элементы, необходимые для работы организма).

Аутофагия — это нормальное явление в жизни организма. Но чрезмерная аутофагия может привести к гибели клетки. Поэтому её можно рассматривать как одну из форм программируемой смерти клетки также как апоптоз и некроз.

Есть все основания полагать, что аутофагия представляет собой внутреннюю программу переработки вредных веществ в организме. Она повышает эффективность организма, избавляя его от нефункционирующих частиц, останавливая развитие раковых клеток и препятствуя метаболическим дисфункциям, например, диабету или ожирению. Аутофагия, при нормальном течении выводит скопившийся мусор из клетки и способствует омоложению организма.

При аутофагии в цитоплазме сначала происходит процесс формирования аутофагосом – пузырьков, которые окружает двухслойная мембрана, и которые содержат в себе часть цитоплазмы и клеточные органеллы, такие как фрагменты эндоплазматического ретикулума, рибосомы и митохондрии. После этого аутофагосомы объединяются с лизосомами, образуя аутолизосомы. В них под действием лизосомных ферментов (гидролаз) деградируют органеллы и макромолекулы.

Типы аутофагии

Выделяют три типа аутофагии

Микроаутофагия. При этом типе аутофагии частички клеточных мембран и макромолекулы захватываются лизосомой. Благодаря этому при нехватке строительного материала и энергии (например, когда человек голодает) клетка способна переваривать белки. Однако механизмы микроаутофагии активизируются и в нормальных условиях.

Макроаутофагия. При этом типе часть цитоплазмы (чаще всего та, которая содержит органоиды) окружается мембранным компартментом. В итоге эта часть двумя мембранами отделяется от остальной цитоплазмы, превращаясь в аутофагосомы. Они объединяются с лизосомами и образуют аутофаголизосомы, где перевариваются органеллы и прочее содержимое аутофагосом. При помощи этого вида аутофагии клетки могут избавляться от органоидов, которые «отслужили свой срок».

Шапероновая аутофагия. При этом процессе частично денатурировавшие белки целенаправленно транспортируются из цитоплазмы в полость лизосомы для последующего переваривания. Инициировать данный тип аутофагии (кстати, описан он лишь для млекопитающих) можно с помощью стресса, например, серьезными физическими нагрузками или голоданием.

Результаты исследований влияния аутофагии на организм человека

Низкокалорийная диета по некоторым данным увеличивает продолжительность жизни примерно на 30-40%. Ограничения в питании активизируют выработку организмом особых генов, отвечающих за долголетие и способствующих продолжению жизни даже в условиях относительно скудного питания.

Есть также данные о том, что аутофагия имеет серьезное значение для контроля иммунной системы и воспалительных процессов. Опыты на мышах показали, что у особей с неработающим геном ATG наблюдались сонливость и ожирение, мозговые нарушения и повышенный уровень холестерина. Такие «особенности» способны привести самым серьезным последствиям для организма.

Аутофагия и рак

Ученые из университета Пенсильвании, занимающиеся поиском эффективного средства против рака, сделали еще один важный шаг благодаря данным об аутофагии. Теперь они могут с полным правом говорить о том, что создание на самом деле работающего метода борьбы с онкологическими заболеваниями не за горами.

В частности, исследователи работали с лизосомным ферментом PPT1, и с его помощью им удалось разработать лекарственный препарат, показавший высокие результаты в борьбе с такими заболеваниями как колоректальный рак, опухоль поджелудочной железы и меланома. Но пока все опыты, опять же, были проведены на мышах.

Фермент PPT1 отвечает за два важнейших процесса в жизнедеятельности и росте раковых клеток. Первый процесс – это сама аутофагия, позволяющая выживать онкоклеткам, а второй – мишень рапамицина (mTOR), отвечающая за неконтролируемый рост опухолей. Кстати, препараты, которые применяются в последние годы, тоже направлены на мишень рапамицина, но отличие их в том, что процесс аутофагии они не учитывают, из-за чего нет возможности повлиять на устойчивость онкоклеток к лечению.

Теперь же, благодаря открытиям, показавшим, что можно «заставить» клетки поедать самих себя, избавляться от поврежденных частиц и получать новые ресурсы для восстановления, ситуация в корне изменилась. Ученые обнаружили, что mTOR тоже может использовать аутофагию, чтобы обеспечить себе ресурсы, а при воздействии на фермент PPT1 активность первого подавляется, и процесс аутофагии блокируется. Это и есть причина, по которой раковая опухоль начинает воспринимать противораковую терапию.

Негативное влияние аутофагии на организм веловека

Однако все эти достоинства аутофагии – лишь одна сторона медали. Очень важно понимать и всегда помнить о том, что она может сказаться на состоянии организма и отрицательно. Правда, касается это лишь определенной категории людей.

Противопоказанием для запуска и стимулирования аутофагии являются:

Иммунодефицит
Гастрит
Масса тела ниже нормы
Ишемическая болезни сердца
Психические нарушения
Диабет
Депресся
Гипотония
Беременность
Лактация
Приём лекарств, несовместимых с голоданием

Если пренебречь этими противопоказаниями, можно серьезно ухудшить состояние своего организма, усугубить уже имеющиеся недуги и серьезно подорвать здоровье. В остальном же, как утверждают ученые, аутофагия – это вполне безопасный способ очищения и омоложения. Запустить ее можно самостоятельно.

Как запустить аутофагию для омоложения

Злоупотребление высококалорийной нездоровой пищей приводит к тому, что аутофагия не запускается. Это приводит к ускорению старения, клеточным мутациям, снижению иммунитета.

Если ввести клетки в режим голодания они вынуждены будут использовать другие ресурсы для функционирования и восстанавливаться, избавляясь от вредных веществ. В этом процессе необходимо избегать крайностей, так как постоянное недоедание может привести к дегенеративным процессам.

Голодание для запуска аутофагии

Всего можно выделить несколько его голодания, мы подробно рассмотрим два из них — прерывистое и пролонгированное. Их описал известный итальянско-американский биогеронтолог и клеточный биолог Вальтер Лонго,который много лет исследовал воздействия голодания и ограниченной диеты на продолжительность жизни и здоровье. Здесь говоря о голодании мы имеем ввиду отказ от пищи, но не от воды.

Прерывистое голодание

Суть прерывистого голодания: сутки без пищи, за которыми следует 1-2 суток нормального питания.

Научные исследования говорят о том, что благодаря прерывистому голоданию активизируются нервные связи и улучшаются когнитивные функции, снижается частота сердечных сокращений и артериальное давление, задерживается появление опухолей, повышается чувствительность тканей к инсулину, улучшается регенерация крови, предотвращаются воспалительные заболевания, увеличивается число белых клеток в крови и стимулируется иммунная система.

Опыты, проведенные на мышах мышами, подтвердили пользу прерывистого голодания как профилактики нейродегенеративных, сердечно-сосудистых и опухолевых заболеваний, а также сахарного диабета. Последующее наблюдение уже за людьми показало, что прерывистое голодание нормализует артериальное давление и уровень глюкозы, снижает количество маркеров воспаления у страдающих бронхиальной астмой.

Не стоит, конечно, отказываться от популярной сегодня диетологической нормы питания часто и понемногу, но все же нужно иметь в виду, что из-за такого режима усиливается выработка инсулина, от этого клетки теряют к нему чувствительность, что в свою очередь может привести к сахарному диабету второго типа. Так что даже эту норму (питаться часто и понемногу) полезно время от времени разбавлять периодическим голоданием.

Пролонгированное голодание

Суть пролонгированного голодания: 2-3 (иногда больше) суток без пищи, за которыми следует как минимум 7 дней перерыва до следующих 2-3 суток голодания.
Результаты научных исследований говорят о том, что пролонгированное голодание приводит к активизации аутофагии, повышению чувствительности опухолей к терапии, улучшению регулирования уровней инсулина (и инсулиноподобного фактора роста 1) и глюкозы.

Также голодание по такой схеме снижает массу печени и количество лейкоцитов в крови. Но возобновление питания продуцирует мощные процессы регенерации, как в иммунной системе, так и в печени. По этой причине пролонгированное голодание допускается лишь под контролем специалиста. Особую же осторожность в этом случае необходимо соблюдать людям старше 65 лет, т.к. в этом возрасте недостаток белков может вызвать нежелательную потерю мышечной массы.

Даже при полном отказе от питания на сутки и более необходимо пить достаточное количество воды.
Очень удобный и безопасный способ стимулирования аутофагии заключается в отказе от 1-2 приемов пищи (например, ужина и/или обеда) 2-3 раза в неделю
При имитации периодического голодания в течение 5 дней (еще один совет от Вальтера Лонго) необходимо употребить не более 100 калорий в первый день и по 500 калорий – в оставшиеся четыре дня

И, конечно же, говоря о диете, мы не могли упустить вопрос на тему правильности и неправильности питания вообще. Все мы уже по сотне раз слышали, что нельзя есть после 18 часов. И с позиции новых данных, полученных об аутофагии Есинори Осуми, это утверждение снова подтверждается, а вот вопрос о пользе частого дробного питания остается открытым.

Опыты показали, что при одинаковом количестве калорий в сутки мыши, которые питались с интервалом в 12 часов, «показывали» лучшие результаты, нежели те, которые питались часто и понемногу. Так, у мышей первой группы наблюдалось улучшение циркадных ритмов и они лучше спали, но главное – у них переставали развиваться и даже обращались вспять метаболические заболевания.

Это в очередной раз говорит о том, что если вдруг в течение дня вы не успеваете поесть, имея возможность питаться лишь утром и/или вечером, нужно не расстраиваться, а радоваться, ведь так вы запускаете аутофагию на благо своему организму. Точно так же и питание с перерывами в 12 и более часов активизирует аутофагию. Как бы странно это не звучало, но такой режим питания способствует снижению жировой массы без потери мышечной, снижению в крови уровня глюкозы и холестерина.

А голодание свыше 13 часов в период с вечера до утра минимизирует риск развития рака груди.

Но здесь мы хотим заметить: ни в коем случае не следует воспринимать аутофагию в качестве лекарства. По большей части это профилактика разных недугов, но никак не их лечение. Имейте это в виду и не делайте ложных выводов.

Если же вам совсем не хочется голодать, есть способ возбудить процессы аутофагии и без ограничения себя в еде. Для этого необходимо включить в свой рацион некоторые специфические продукты, в которых содержатся активизирующие нужные процессы вещества. Такими продуктами являются (в скобках указаны вещества):

Сок граната, клубники и малины, а также красное вино, выдержанное в дубовых бочках (уролитин А)
Грейпфрут, сыр и грибы (спермидин)
Горькие огурцы (кукурбитацин)
Соя (диосцин)
Красный виноград (ресвератрол)
Карри (куркумин)
Какао и зеленый чай (катехин и эпикатехин)
Корень женьшеня (магнофлорин)
Бурый рис (гамма-токотриенол)
Грецкие орехи и арахис, шампиньоны, ячмень, бобовые, овес, хлеб и белое мясо (витамин B3)
Также возьмите на заметку овсянку, рыбий жир, айву, оливковое масло, сметану, шпинат, капусту, бруснику, кефир и яйца – вещества, содержащиеся в этих продуктах, стимулируют обновление клеток.

Аутофагия и спорт

Процесс аутофагии запускают не только голодание и правильное питание, а еще и физические нагрузки и спорт. Но чтобы это произошло, нужно придерживаться некоторых принципов.

Известно, что эффект от физических упражнений возникает только тогда, когда организм испытывает стресс. Аутофагия возникает по той же самой причине, а потому спорт – это еще один способ ее запуска и усиления.

Физические нагрузки приводят к микроповреждениям тканей и мышц, которые, восстановившись, становятся сильнее, делая более сильным и тело человека. А еще упражнения позволяют очистить организм от токсинов благодаря потению, чего и требует любая детокс-программа. Причем многие специалисты уверены, что именно физические нагрузки служат главным фактором для эффективной детоксикации.

Что касается количества физических упражнений с целью стимулировать аутофагию, то оно пока точно не известно. Но установлено, что наибольшим эффектом обладают интенсивные упражнения, а значит, о легкой нагрузке стоит на время забыть.
Несмотря на то, что долголетию способствуют умеренные нагрузки в объеме 150-450 минут в неделю (они снижают риск преждевременной смерти более чем на 30%), если вы будете уделять хотя бы 30% тренировочного времени на упражнения повышенной интенсивности, то сможете запустить аутофагию и увеличить продолжительность своей жизни еще примерно на 13%.

Так что тренируйтесь, не жалея себя (в здоровом смысле, естественно), и мощное улучшение состояния организма не заставит себя долго ждать (при этом не забывайте рассчитывать свои силы и берите во внимание свое текущее физическое состояние).
И, напоследок, еще раз напомним, что аутофагия – это ни в коем случае не лекарство, и считать его панацеей от всех бед нельзя.

Вы должны знать о ней и использовать ее, чтобы очистить свой организм и продлить себе жизнь, но делать это нужно с умом, будучи внимательным к своему текущему состоянию и не пренебрегая принципами здорового питания и здорового образа жизни вообще.