introduzione

informazioni generali

Classificazione delle citochine

Recettori delle citochine

Citochine e regolazione della risposta immunitaria

Conclusione

Letteratura

introduzione

Le citochine sono una delle parti più importanti del sistema immunitario. Il sistema immunitario ha bisogno di un sistema di allarme dalle cellule del corpo, come un grido di aiuto. Questa è forse la migliore definizione di citochine. Quando una cellula viene danneggiata o attaccata da un organismo patogeno, i macrofagi e le cellule danneggiate rilasciano citochine. Questi includono fattori come l'interleuchina, l'interferone e il fattore alfa di necrosi tumorale. Quest'ultimo dimostra anche che la distruzione del tessuto tumorale è controllata dal sistema immunitario. Quando le citochine vengono rilasciate, richiamano specifiche cellule immunitarie come i globuli bianchi e le cellule T e B.

Le citochine segnalano anche un obiettivo specifico che queste cellule devono soddisfare. Le citochine e gli anticorpi sono completamente diversi, poiché gli anticorpi sono ciò che è associato agli antigeni, consentono al sistema immunitario di identificare gli organismi estranei invasori. Pertanto, si può tracciare un'analogia: le citochine sono il principale segnale di allarme per gli invasori e gli anticorpi sono esploratori. Il processo di analisi delle citochine è chiamato rilevamento delle citochine.

informazioni generali

Citochine (citochine) [gr. kytos - vaso, qui - cellula e kineo - muovere, incoraggiare] - un gruppo ampio e diversificato di mediatori di piccole dimensioni (peso molecolare da 8 a 80 kDa) di natura proteica - molecole intermedie ("proteine ​​di comunicazione") coinvolte nel segnale intercellulare trasmissione prevalentemente nel sistema immunitario.

Le citochine comprendono il fattore di necrosi tumorale, gli interferoni, un certo numero di interleuchine, ecc. Le citochine, che sono sintetizzate dai linfociti e sono regolatori della proliferazione e della differenziazione, in particolare cellule e cellule ematopoietiche sistema immunitario sono chiamate linfochine.

Tutte le cellule del sistema immunitario hanno determinate funzioni e lavorano in un'interazione ben coordinata, fornita da speciali sostanze biologicamente attive - citochine - regolatori delle risposte immunitarie. Le citochine sono proteine ​​specifiche con le quali varie cellule del sistema immunitario possono scambiarsi informazioni tra loro e coordinare le azioni.

L'insieme e la quantità di citochine che agiscono sui recettori della superficie cellulare - l'"ambiente delle citochine" - rappresentano una matrice di segnali interagenti e che cambiano frequentemente. Questi segnali sono complessi a causa dell'ampia varietà di recettori delle citochine e perché ciascuna citochina può attivare o inibire diversi processi, inclusa la propria sintesi e la sintesi di altre citochine, nonché la formazione e la comparsa di recettori per le citochine sulla superficie cellulare.

La segnalazione intercellulare nel sistema immunitario viene effettuata mediante interazione di contatto diretto delle cellule o con l'aiuto di mediatori delle interazioni intercellulari. Durante lo studio della differenziazione delle cellule immunocompetenti ed ematopoietiche, nonché dei meccanismi di interazione intercellulare che formano la risposta immunitaria, è stato scoperto un gruppo ampio e diversificato di mediatori solubili di natura proteica - molecole intermedie ("proteine ​​​​di comunicazione") coinvolte nell'intercellulare segnalazione - citochine.

Gli ormoni sono solitamente esclusi da questa categoria sulla base della loro natura endocrina (piuttosto che paracrina o autocrina) della loro azione. (vedi Citochine: meccanismi di conduzione del segnale ormonale). Insieme agli ormoni e ai neurotrasmettitori, costituiscono la base del linguaggio della segnalazione chimica, mediante il quale la morfogenesi e la rigenerazione dei tessuti sono regolate in un organismo multicellulare.

Svolgono un ruolo centrale nella regolazione positiva e negativa della risposta immunitaria. Ad oggi, più di cento citochine sono state scoperte e studiate nell'uomo a vari livelli, come menzionato sopra, e compaiono costantemente rapporti sulla scoperta di nuove. Per alcuni sono stati ottenuti analoghi geneticamente modificati. Le citochine agiscono attraverso l'attivazione dei recettori delle citochine.

Questo capitolo prenderà in considerazione un approccio integrato alla valutazione del sistema delle citochine utilizzando i moderni metodi di ricerca precedentemente descritti.

Innanzitutto, delineiamo i concetti di base del sistema delle citochine.

Le citochine sono attualmente considerate come molecole proteico-peptidiche prodotte da varie cellule del corpo e che svolgono interazioni intercellulari e intersistemiche. Le citochine sono regolatori universali del ciclo di vita cellulare; controllano i processi di differenziazione, proliferazione, attivazione funzionale e apoptosi di quest'ultima.

Le citochine prodotte dalle cellule del sistema immunitario sono chiamate immunocitochine; rappresentano una classe di mediatori peptidici solubili del sistema immunitario necessari per il suo sviluppo, funzionamento e interazione con altri sistemi corporei (Kovalchuk L.V. et al., 1999).

In quanto molecole regolatrici, le citochine svolgono un ruolo importante nell'attuazione delle reazioni immunitarie innate e adattative, assicurano la loro interconnessione, controllano l'ematopoiesi, l'infiammazione, la guarigione delle ferite, la formazione di nuovi vasi sanguigni (angiogenesi) e molti altri processi vitali.

Attualmente esistono diverse classificazioni delle citochine, tenendo conto della loro struttura, attività funzionale, origine e tipo di recettori delle citochine. Tradizionalmente, in accordo con gli effetti biologici, è consuetudine distinguere i seguenti gruppi di citochine.

1. Interleuchine(IL-1-IL-33) - proteine ​​​​regolatrici secretorie del sistema immunitario, che forniscono interazioni mediatrici nel sistema immunitario e la sua connessione con altri sistemi corporei. Le interleuchine sono suddivise in base alla loro attività funzionale in citochine pro e antinfiammatorie, fattori di crescita dei linfociti, citochine regolatorie, ecc.

3. Fattori di necrosi tumorale (TNF)- citochine ad azione citotossica e regolatrice: TNFa e linfotossine (LT).

4. Fattori di crescita delle cellule emopoietiche- fattore di crescita delle cellule staminali (Kit - ligando), IL-3, IL-7, IL-11, eritropoietina, trobopoietina, fattore stimolante le colonie di granulociti-macrofagi - GM-CSF, CSF granulocitico - G-CSF, macrofago-

NY KSF - M-CSF).

5. Chemochine- С, СС, СХС (IL-8), СХ3С - regolatori della chemiotassi di vari tipi cellulari.

6. Fattori di crescita delle cellule non linfoidi- regolatori della crescita, della differenziazione e dell'attività funzionale delle cellule di varia affiliazione tissutale (fattore di crescita dei fibroblasti - FGF, fattore di crescita delle cellule endoteliali, fattore di crescita epidermico - EGF epidermico) e fattori di crescita trasformante (TGFβ, TGFα).

Tra gli altri dentro l'anno scorso fattore attivamente studiato che inibisce la migrazione dei macrofagi (fattore inibitorio della migrazione - MIF), che è considerato un neuroormone con attività citochinica ed enzimatica (Suslov A.P., 2003; Kovalchuk L.V. et al.,

Le citochine differiscono per struttura, attività biologica e altre proprietà. Tuttavia, insieme alle differenze, le citochine hanno proprietà generali, caratteristica di questa classe di molecole bioregolatorie.

1. Le citochine sono, di norma, polipeptidi glicosilati di peso molecolare medio (inferiore a 30 kD).

2. Le citochine sono prodotte dalle cellule del sistema immunitario e da altre cellule (ad esempio, endotelio, fibroblasti, ecc.) in risposta a uno stimolo attivante (strutture molecolari associate al patogeno, antigeni, citochine, ecc.) e partecipano alle reazioni dell'immunità innata e adattativa, regolandone la forza e la durata. Alcune citochine sono sintetizzate costitutivamente.

3. La secrezione di citochine è un processo breve. Le citochine non persistono come molecole preformate, ma piuttosto

la sintesi inizia sempre con la trascrizione dei geni. Le cellule producono citochine a basse concentrazioni (picogrammi per millilitro).

4. Nella maggior parte dei casi, le citochine vengono prodotte e agiscono sulle cellule bersaglio che si trovano nelle immediate vicinanze (azione a corto raggio). Il principale sito d'azione delle citochine è la sinapsi intercellulare.

5. Ridondanza Il sistema delle citochine si manifesta nel fatto che ogni tipo di cellula è in grado di produrre diverse citochine e ogni citochina può essere secreta da cellule diverse.

6. Tutte le citochine sono caratterizzate pleiotropia, o multifunzionalità dell'azione. Pertanto, la manifestazione di segni di infiammazione è dovuta all'influenza di IL-1, TNFα, IL-6, IL-8. La duplicazione delle funzioni garantisce l'affidabilità del sistema delle citochine.

7. L'azione delle citochine sulle cellule bersaglio è mediata da recettori di membrana altamente specifici e ad alta affinità, che sono glicoproteine ​​transmembrana, solitamente costituite da più di una subunità. La parte extracellulare dei recettori è responsabile del legame delle citochine. Ci sono recettori che eliminano le citochine in eccesso nel focus patologico. Questi sono i cosiddetti recettori esca. I recettori solubili sono il dominio extracellulare di un recettore di membrana separato da un enzima. I recettori solubili sono in grado di neutralizzare le citochine, partecipare al loro trasporto al centro dell'infiammazione e all'escrezione dal corpo.

8. Citochine funziona come una rete. Possono agire di concerto. Molte delle funzioni originariamente attribuite a una singola citochina sembrano essere dovute all'azione concertata di diverse citochine. (sinergismo Azioni). Esempi dell'interazione sinergica delle citochine sono la stimolazione delle reazioni infiammatorie (IL-1, IL-6 e TNFa), nonché la sintesi di IgE

(IL-4, IL-5 e IL-13).

Alcune citochine inducono la sintesi di altre citochine (cascata). L'azione a cascata delle citochine è necessaria per lo sviluppo di risposte infiammatorie e immunitarie. La capacità di alcune citochine di aumentare o diminuire la produzione di altre determina importanti meccanismi regolatori positivi e negativi.

L'effetto antagonista delle citochine è noto, ad esempio, la produzione di IL-6 in risposta ad un aumento della concentrazione di TNF-a può essere

un meccanismo regolatore negativo per controllare la produzione di questo mediatore durante l'infiammazione.

La regolazione delle citochine delle funzioni delle cellule bersaglio viene effettuata utilizzando meccanismi autocrini, paracrini o endocrini. Alcune citochine (IL-1, IL-6, TNFα, ecc.) sono in grado di partecipare all'implementazione di tutti i meccanismi di cui sopra.

La risposta di una cellula all'influenza di una citochina dipende da diversi fattori:

Dal tipo di cellule e dalla loro attività funzionale iniziale;

Dalla concentrazione locale della citochina;

Dalla presenza di altre molecole mediatrici.

Pertanto, le cellule produttrici, le citochine ei loro recettori specifici sulle cellule bersaglio formano un'unica rete di mediatori. È un insieme di peptidi regolatori, e non singole citochine, che determinano la risposta finale della cellula. Attualmente, il sistema delle citochine è considerato un sistema universale di regolazione a livello dell'intero organismo, che garantisce lo sviluppo di reazioni protettive (ad esempio durante l'infezione).

Negli ultimi anni è nata l'idea di un sistema di citochine che combina:

1) cellule produttrici;

2) citochine solubili e loro antagonisti;

3) cellule bersaglio e loro recettori (Fig. 7.1).

Le violazioni di vari componenti del sistema delle citochine portano allo sviluppo di numerosi processi patologici, e quindi il rilevamento di difetti in questo sistema normativoè essenziale per la corretta diagnosi e la nomina di una terapia adeguata.

Consideriamo prima i componenti principali del sistema delle citochine.

Cellule produttrici di citochine

I. Il gruppo principale di cellule che producono citochine nella risposta immunitaria adattativa sono i linfociti. Le cellule a riposo non secernono citochine. Dopo il riconoscimento dell'antigene e con la partecipazione delle interazioni del recettore (CD28-CD80/86 per i linfociti T e CD40-CD40L per i linfociti B), si verifica l'attivazione cellulare, che porta alla trascrizione dei geni delle citochine, alla traduzione e alla secrezione di peptidi glicosilati nello spazio extracellulare.

Riso. 7.1. Sistema di citochine

Gli helper T CD4 sono rappresentati da sottopopolazioni: Th0, Th1, Th2, Th17, Tfh, che differiscono l'una dall'altra nello spettro delle citochine secrete in risposta a vari antigeni.

Th0 produce una vasta gamma di citochine a concentrazioni molto basse.

Direzione di differenziazione Th0 determina lo sviluppo di due forme di risposta immunitaria con predominanza di meccanismi umorali o cellulari.

La natura dell'antigene, la sua concentrazione, la localizzazione nella cellula, il tipo di cellule che presentano l'antigene e un certo insieme di citochine regolano la direzione della differenziazione Th0.

Le cellule dendritiche, dopo la cattura e l'elaborazione dell'antigene, presentano peptidi antigenici alle cellule Th0 e producono citochine che regolano la direzione della loro differenziazione in cellule effettrici. Il ruolo delle singole citochine in questo processo è mostrato in fig. 7.2. IL-12 induce la sintesi di IFNγ da parte dei linfociti T e ]ChGK. IFNu fornisce la differenziazione di Th1, che inizia a secernere citochine (IL-2, IFNu, IL-3, TNFa, linfotossine), che regolano lo sviluppo di reazioni ai patogeni intracellulari

(ipersensibilità di tipo ritardato (DTH) e Vari tipi citotossicità cellulare).

IL-4 assicura la differenziazione di Th0 in Th2. I Th2 attivati ​​producono citochine (IL-4, IL-5, IL-6, IL-13, ecc.), che determinano la proliferazione dei linfociti B, la loro ulteriore differenziazione in plasmacellule e lo sviluppo di risposte anticorpali, principalmente per patogeni extracellulari.

IFNy regola negativamente la funzione delle cellule Th2 e, viceversa, IL-4, IL-10, secrete da Th2, inibiscono la funzione di Th1 (Fig. 7.3). Il meccanismo molecolare di questa regolazione è associato a fattori di trascrizione. L'espressione di T-bet e STAT4, determinata da IFNy, dirige la differenziazione delle cellule T lungo il percorso Th1 e sopprime lo sviluppo di Th2. IL-4 induce l'espressione di GATA-3 e STAT6, che, di conseguenza, assicura la conversione di cellule Th0 naive in cellule Th2 (Fig. 7.2).

Negli ultimi anni è stata descritta una distinta sottopopolazione di cellule T helper (Th17) che producono IL-17. I membri della famiglia IL-17 possono essere espressi da cellule di memoria attivate (CD4CD45RO), cellule y5T, cellule NKT, neutrofili, monociti sotto l'influenza di IL-23, IL-6, TGFβ prodotti da macrofagi e cellule dendritiche. ROR-C è il principale fattore di differenziazione negli esseri umani e ROR-γ nei topi. lÈ stato dimostrato il ruolo cardinale dell'IL-17 nello sviluppo dell'infiammazione cronica e della patologia autoimmune (vedi Fig. 7.2).

Inoltre, i linfociti T nel timo possono differenziarsi in cellule regolatrici naturali (Treg) che esprimono marcatori di superficie CD4+ CD25+ e il fattore di trascrizione FOXP3. Queste cellule sono in grado di sopprimere la risposta immunitaria mediata dalle cellule Th1 e Th2 attraverso il contatto intercellulare diretto e la sintesi di TGFβ e IL-10.

Gli schemi di differenziazione dei cloni Th0 e delle citochine da essi secrete sono mostrati in Fig. 7.2 e 7.3 (vedi anche inserto colore).

Cellule T-citotossiche (CD8 +), killer naturali - deboli produttori di citochine, come interferoni, TNFa e linfotossine.

L'eccessiva attivazione di una delle sottopopolazioni Th può determinare lo sviluppo di una delle varianti della risposta immunitaria. Lo squilibrio cronico dell'attivazione di Th può portare alla formazione di condizioni immunopatologiche associate a manifestazioni di

mi allergie, patologia autoimmune, processi infiammatori cronici, ecc.

Riso. 7.2. Diverse sottopopolazioni di linfociti T che producono citochine

II. Nel sistema immunitario innato, i principali produttori di citochine sono le cellule mieloidi. Utilizzando i recettori Toll-like (TLR), riconoscono strutture molecolari simili di vari agenti patogeni, i cosiddetti modelli molecolari associati ai patogeni (PAMP), ad esempio ripetizioni, ecc.

Questa interazione con TLR innesca una cascata di trasduzione del segnale intracellulare che porta all'espressione di geni per due gruppi principali di citochine: IFN pro-infiammatorio e di tipo 1 (Fig. 7.4, vedi anche inserto a colori). Principalmente queste citochine (IL-1, -6, -8, -12, TNFa, GM-CSF, IFN, chemochine, ecc.) inducono lo sviluppo dell'infiammazione e sono coinvolte nella protezione dell'organismo dalle infezioni batteriche e virali.

Riso. 7.3. Spettro delle citochine secrete dalle cellule Th1 e Th12

III. Le cellule che non fanno parte del sistema immunitario (cellule del tessuto connettivo, epitelio, endotelio) secernono costitutivamente fattori di crescita autocrini (GGF, EGF, TGFr, ecc.). e citochine che supportano la proliferazione delle cellule ematopoietiche.

Citochine e loro antagonisti sono descritti in dettaglio in numerose monografie (Kovalchuk L.V. et al., 2000; Ketlinsky S.A., Simbirtsev A.S.,

Riso. 7.4. Induzione mediata da TLR della produzione di citochine da parte delle cellule immunitarie innate

L'eccessiva espressione di citochine non è sicura per il corpo e può portare allo sviluppo di un'eccessiva reazione infiammatoria, una risposta di fase acuta. Vari inibitori sono coinvolti nella regolazione della produzione di citochine pro-infiammatorie. Pertanto, sono state descritte numerose sostanze che legano in modo non specifico la citochina IL-1 e impediscono la manifestazione della sua azione biologica (a2-macroglobulina, componente C3 del complemento, uromodulina). Inibitori specifici di IL-1 possono essere recettori decoy solubili, anticorpi e l'antagonista del recettore di IL-1 (IL-1RA). Con lo sviluppo dell'infiammazione, c'è un aumento dell'espressione del gene IL-1RA. Ma anche normalmente, questo antagonista è presente nel sangue ad alte concentrazioni (fino a 1 ng/ml o più), bloccando l'azione dell'IL-1 endogena.

cellule bersaglio

L'azione delle citochine sulle cellule bersaglio è mediata da specifici recettori che legano le citochine con altissima affinità e le singole citochine possono utilizzare

subunità recettoriali comuni. Ogni citochina si lega al suo specifico recettore.

I recettori delle citochine sono proteine ​​transmembrana e sono divisi in 5 tipi principali. Il più comune è il cosiddetto tipo di recettori ematopoietici, che hanno due domini extracellulari, uno dei quali contiene una sequenza comune di residui amminoacidici di due ripetizioni di triptofano e serina separate da qualsiasi amminoacido (motivo WSXWS). Il secondo tipo di recettore può avere due domini extracellulari con un gran numero di cisteine ​​conservate. Questi sono i recettori della famiglia IL-10 e IFN. Il terzo tipo è rappresentato dai recettori delle citochine appartenenti al gruppo del TNF. Il quarto tipo di recettore delle citochine appartiene alla superfamiglia dei recettori delle immunoglobuline, che hanno domini extracellulari simili nella struttura a quelli delle molecole di immunoglobuline. Il quinto tipo di recettori che legano le molecole della famiglia delle chemochine è rappresentato dalle proteine ​​transmembrana che attraversano la membrana cellulare in 7 punti. I recettori delle citochine possono esistere in forma solubile, conservando la capacità di legare i ligandi (Ketlinsky S.A. et al., 2008).

Le citochine sono in grado di influenzare la proliferazione, la differenziazione, l'attività funzionale e l'apoptosi delle cellule bersaglio (vedi Fig. 7.1). La manifestazione dell'attività biologica delle citochine nelle cellule bersaglio dipende dalla partecipazione di vari sistemi intracellulari alla trasmissione del segnale dal recettore, che è associata alle caratteristiche delle cellule bersaglio. Il segnale per l'apoptosi viene effettuato, tra l'altro, con l'aiuto di una regione specifica della famiglia dei recettori del TNF, il cosiddetto dominio "morte" (Fig. 7.5, vedi inserto a colori). I segnali di differenziazione e attivazione vengono trasmessi attraverso le proteine ​​​​Jak-STAT intracellulari - trasduttori di segnale e attivatori di trascrizione (Fig. 7.6, vedi inserto a colori). Le proteine ​​G sono coinvolte nella trasduzione del segnale dalle chemochine, che porta ad un aumento della migrazione e dell'adesione cellulare.

La complessa analisi del sistema delle citochine include quanto segue.

I. Valutazione delle cellule produttrici.

1. Definizione dell'espressione:

Recettori che riconoscono un patogeno o antigene TCR, TLR) a livello di geni e molecole proteiche (PCR, metodo di citometria a flusso);

Molecole adattatrici che conducono un segnale che innesca la trascrizione dei geni delle citochine (PCR, ecc.);

Riso. 7.5. Trasduzione del segnale dal recettore del TNF

Riso. 7.6. Jak-STAT - via di segnalazione del recettore delle citochine di tipo 1

Geni delle citochine (PCR); molecole proteiche di citochine (valutazione della funzione di sintesi di citochine delle cellule mononucleate umane).

2. Determinazione quantitativa delle sottopopolazioni cellulari contenenti determinate citochine: Th1, Th2 Th17 (metodo di colorazione intracellulare delle citochine); determinazione del numero di cellule che secernono determinate citochine (metodo ELISPOT, vedi capitolo 4).

II. Valutazione delle citochine e dei loro antagonisti nei mezzi biologici del corpo.

1. Testare l'attività biologica delle citochine.

2. Determinazione quantitativa delle citochine mediante ELISA.

3. Colorazione immunoistochimica delle citochine nei tessuti.

4. Determinazione del rapporto tra citochine opposte (pro e antinfiammatorie), citochine e antagonisti del recettore delle citochine.

III. Valutazione delle cellule bersaglio.

1. Determinazione dell'espressione dei recettori delle citochine a livello di geni e molecole proteiche (PCR, metodo di citometria a flusso).

2. Determinazione delle molecole segnale nel contenuto intracellulare.

3. Determinazione dell'attività funzionale delle cellule bersaglio.

Sono stati sviluppati numerosi metodi per valutare il sistema delle citochine, che danno informazioni diverse. Tra questi si distinguono:

1) metodi biologici molecolari;

2) metodi per la determinazione quantitativa delle citochine mediante saggio immunologico;

3) testare l'attività biologica delle citochine;

4) colorazione intracellulare delle citochine;

5) il metodo ELISPOT, che consente di rilevare le citochine attorno a una singola cellula produttrice di citochine;

6) immunofluorescenza.

Diamo una breve descrizione di questi metodi.

Usando metodi biologici molecolariè possibile studiare l'espressione dei geni delle citochine, i loro recettori, le molecole segnale, studiare il polimorfismo di questi geni. Negli ultimi anni sono stati condotti numerosi studi che hanno rivelato associazioni tra varianti alleliche dei geni delle molecole del sistema delle citochine e predisposizione

a una serie di malattie. Lo studio delle varianti alleliche dei geni delle citochine può fornire informazioni sulla produzione geneticamente programmata di una particolare citochina. La più sensibile è la reazione a catena della polimerasi in tempo reale - PCR-RT (vedi Cap. 6). metodo di ibridazione sul posto consente di chiarire la localizzazione tissutale e cellulare dell'espressione dei geni delle citochine.

La determinazione quantitativa delle citochine nei fluidi biologici e nelle colture di cellule mononucleate del sangue periferico mediante ELISA può essere caratterizzata come segue. Poiché le citochine sono mediatori locali, è più appropriato misurarne i livelli nei rispettivi tessuti dopo l'estrazione delle proteine ​​tissutali o nei fluidi naturali, come lacrime, lavaggi da cavità, urine, liquido amniotico, liquido cerebrospinale, ecc. I livelli di citochine nel siero o in altri fluidi corporei riflettono lo stato attuale del sistema immunitario, ad es. sintesi di citochine da parte delle cellule del corpo in vivo.

La determinazione dei livelli di produzione di citochine da parte delle cellule mononucleate del sangue periferico (PBMC) mostra lo stato funzionale delle cellule. La produzione spontanea di citochine MNC in coltura indica che le cellule sono già attivate. in vivo. La sintesi di citochine indotta (da vari stimolanti, mitogeni) riflette il potenziale, la capacità di riserva delle cellule di rispondere a uno stimolo antigenico (in particolare, all'azione dei farmaci). La ridotta produzione indotta di citochine può servire come uno dei segni di uno stato di immunodeficienza. Le citochine non sono specifiche per un particolare antigene. Ecco perché diagnosi specifica malattie infettive, autoimmuni e allergiche determinando il livello di alcune citochine è impossibile. Allo stesso tempo, la valutazione dei livelli di citochine consente di ottenere dati sulla gravità del processo infiammatorio, la sua transizione a livello sistemico e prognosi, l'attività funzionale delle cellule del sistema immunitario e il rapporto tra cellule Th1 e Th2, che è molto importante nella diagnosi differenziale di una serie di processi infettivi e immunopatologici.

Nei mezzi biologici, le citochine possono essere quantificate utilizzando un intervallo di metodi di immunodosaggio, utilizzando anticorpi policlonali e monoclonali (vedi Capitolo 4). ELISA permette di scoprire quali sono le esatte concentrazioni di citochine in bio-

fluidi corporei logici. Il rilevamento delle citochine ELISA presenta numerosi vantaggi rispetto ad altri metodi (elevata sensibilità, specificità, indipendenza dalla presenza di antagonisti, possibilità di un'accurata contabilità automatizzata, standardizzazione della contabilità). Tuttavia, questo metodo ha anche i suoi limiti: ELISA non caratterizza l'attività biologica delle citochine e può dare risultati falsi a causa di epitopi cross-reattivi.

test biologico effettuato sulla base della conoscenza delle proprietà di base delle citochine, della loro azione sulle cellule bersaglio. Lo studio degli effetti biologici delle citochine ha portato allo sviluppo di quattro tipi di test delle citochine:

1) mediante induzione della proliferazione delle cellule bersaglio;

2) per effetto citotossico;

3) mediante induzione della differenziazione dei progenitori del midollo osseo;

4) per azione antivirale.

IL-1 è determinato dall'effetto stimolante sulla proliferazione dei timociti di topo attivati ​​da un mitogeno in vitro; IL-2 - in base alla capacità di stimolare l'attività proliferativa dei linfoblasti; per gli effetti citotossici sui fibroblasti di topo (L929), vengono testati TNFa e linfotossine. I fattori stimolanti le colonie vengono valutati in base alla loro capacità di sostenere la crescita dei progenitori del midollo osseo come colonie su agar. L'attività antivirale dell'IFN viene rilevata dall'inibizione dell'azione citopatica dei virus nella coltura di fibroblasti umani diploidi e nella linea tumorale di fibroblasti di topo L-929.

Sono state create linee cellulari la cui crescita dipende dalla presenza di determinate citochine. A tavola. 7.1 è un elenco di linee cellulari utilizzate per il test delle citochine. In base alla capacità di indurre la proliferazione di cellule bersaglio sensibili, viene eseguito il biotest di IL-1, IL-2, IL-4, IL-6, IL-7, IL-15, ecc.. Tuttavia, questi metodi di test non sono molto sensibili e informativi. Le molecole inibitorie e antagoniste possono mascherare l'attività biologica delle citochine. Alcune citochine mostrano un'attività biologica generale. Tuttavia, questi metodi sono ideali per testare l'attività specifica delle citochine ricombinanti.

Tabella 7.1. Linee cellulari utilizzate per testare l'attività biologica delle citochine

La fine del tavolo. 7.1

Laboratorio 7-1

Determinazione dell'attività biologica dell'IL-1 mediante il suo effetto comitogenico sulla proliferazione dei timociti di topo

Il metodo di test biologico di IL-1 si basa sulla capacità della citochina di stimolare la proliferazione dei timociti di topo.

IL-1 può essere determinato in una coltura di monociti stimolati con LPS, così come in qualsiasi fluido corporeo.È necessario prestare attenzione a una serie di dettagli.

1. Per il test vengono utilizzati timociti di topi C3H/HeJ stimolati a proliferare con mitogeni (concanavalina A - ConA e fitoemoagglutinina - PHA). I timociti C3H/HeJ non sono stati scelti casualmente: i topi di questa linea inbred non rispondono a LPS, che può essere presente nel materiale di prova e causare la produzione di IL-1.

2. I timociti rispondono all'IL-2 e ai mitogeni, pertanto, nelle preparazioni testate per l'IL-1, deve essere determinata anche la presenza di IL-2 e mitogeni.

Procedura operativa

1. Ottenere una sospensione di timociti a una concentrazione di 12×10 6 /ml di terreno RPMI 1640 contenente il 10% di siero di bovine fetali e 2-mercaptoetanolo (5×10 -5 M).

2. Viene preparata una serie di diluizioni doppie consecutive di campioni sperimentali (fluidi corporei) e di controllo. Come controlli vengono utilizzati fluidi biologici contenenti IL-1 o campioni ottenuti mediante incubazione di cellule mononucleate senza LPS e una preparazione standard di laboratorio contenente IL-1. Nelle piastre a fondo tondo da 96 pozzetti, 50 µl di ciascuna diluizione vengono trasferiti in 6 pozzetti.

3. Aggiungere 50 µl di PHA purificato (Wellcome) disciolto in terreno completo a una concentrazione di 3 µg/ml in tre pozzetti di ciascuna diluizione e 50 µl di terreno negli altri 3 pozzetti.

4. Aggiungere 50 µl di sospensione di timociti in ciascun pozzetto e incubare per 48 ore a 37°C.

6. Prima del completamento della coltura, 50 μl di una soluzione (1 μCi / ml) di [" 3 H]-timidina vengono aggiunti ai pozzetti e incubati per altre 20 ore.

7. Per determinare il livello di radioattività, le cellule di coltura vengono trasferite su carta da filtro utilizzando un raccoglitore automatico di cellule, i filtri vengono essiccati e l'inclusione di un'etichetta viene determinata da un contatore a scintillazione liquida.

8. I risultati sono espressi come coefficiente di stimolazione.

dove m cp è il numero medio di impulsi in 3 fori.

Se i timociti rispondono alla stimolazione con IL-1 standard, allora l'indice di stimolazione del campione di test, superiore a 3, indica in modo affidabile l'attività di IL-1.

Il saggio biologico è l'unico metodo per valutare la funzione delle citochine, ma questo metodo dovrebbe essere integrato tipi diversi controllo appropriato per la specificità mediante anticorpi monoclonali. L'aggiunta di alcuni anticorpi monoclonali alla citochina nella coltura blocca l'attività biologica della citochina, il che dimostra che il segnale per la proliferazione della linea cellulare è la citochina determinata.

Utilizzo del saggio biologico per rilevare l'interferone. Il principio di valutazione dell'attività biologica dell'IFN si basa sul suo effetto antivirale, che è determinato dal grado di inibizione della riproduzione del virus del test nella coltura cellulare.

Cellule sensibili all'azione dell'IFN possono essere utilizzate nel lavoro: cellule di pollo inizialmente tripsinizzate e fibroblasti embrionali umani, cellule trapiantate di fibroblasti diploidi umani e colture cellulari di topo (L929).

Quando si valuta l'effetto antivirale dell'IFN, è consigliabile utilizzare virus con un breve ciclo di riproduzione, elevata sensibilità all'azione dell'IFN: virus dell'encefalomielite del topo, stomatite vescicolare del topo, ecc.

Laboratorio 7-2

Determinazione dell'attività dell'interferone

1. Una sospensione di fibroblasti fetali umani diploidi su un terreno con il 10% di siero di embrioni bovini (concentrazione cellulare - 15-20×10 6 /ml) viene versata in piastre sterili a fondo piatto da 96 pozzetti, 100 μl per pozzetto e posta in un incubatore a CO 2 alla temperatura di 37 °C.

2. Dopo la formazione di un monostrato completo, il terreno di crescita viene rimosso dai pozzetti e ad ogni pozzetto vengono aggiunti 100 µl di terreno di mantenimento.

3. La titolazione dell'attività dell'IFN nei campioni in esame viene effettuata con il metodo delle doppie diluizioni su un monostrato di fibroblasti.

Contemporaneamente ai campioni, il virus dell'encefalomielite murina (MEM) viene introdotto nei pozzetti a una dose che provoca il 100% di danno cellulare 48 ore dopo l'infezione.

4. I pozzetti con cellule intatte (non trattate) infettate dal virus vengono utilizzati come controlli.

I campioni di IFN di riferimento con attività nota vengono utilizzati come preparazioni di riferimento in ogni studio.

5. Le piastre di diluizione del campione vengono incubate per 24 ore a 37°C in un'atmosfera al 5% di CO 2 .

6. Il livello di attività dell'IFN è determinato dal valore reciproco della diluizione massima del campione in esame, che ritarda del 50% l'effetto citopatico del virus, ed è espresso in unità di attività per 1 ml.

7. Per determinare il tipo di IFN, al sistema viene aggiunto l'antisiero contro IFNα, IFNβ o IFNγ. L'antisiero annulla l'azione della citochina corrispondente, che consente di identificare il tipo di IFN.

Determinazione dell'attività biologica della migrazione del fattore inibitorio. Attualmente si sono formate idee completamente nuove sulla natura e le proprietà del MITO, scoperto negli anni '60 del secolo scorso come mediatore dell'immunità cellulare e per molti anni lasciato senza la dovuta attenzione (Bloom B.R., Bennet B., 1966; David J.R. , 1966). Solo negli ultimi 10-15 anni è diventato chiaro che MYTH è uno dei mediatori biologici più importanti nel corpo con una vasta gamma di funzioni biologiche di una citochina, ormone ed enzima. L'azione del MIF sulle cellule bersaglio si realizza attraverso il recettore CD74 o attraverso la via non classica dell'endocitosi.

MYTH è considerato un importante mediatore infiammatorio che attiva la funzione dei macrofagi (produzione di citochine, fagocitosi, citotossicità, ecc.), nonché un ormone immunoregolatorio endogeno che modula l'attività dei glucocorticoidi.

Si stanno accumulando sempre più informazioni sul ruolo del MITO nella patogenesi di molti malattie infiammatorie compresa la sepsi, artrite reumatoide(AR), glomerulonefrite, ecc. Nell'AR, la concentrazione di MIF nel fluido delle articolazioni colpite è significativamente aumentata, il che è correlato alla gravità della malattia. Sotto l'influenza di MIF, aumenta la produzione di citochine pro-infiammatorie sia da parte dei macrofagi che delle cellule sinoviali.

conosciuto vari metodi testare l'attività di MYTH, quando le cellule in migrazione (cellule bersaglio per MYTH) vengono poste in un capillare di vetro (test capillare), in una goccia di agarosio o in un pozzetto di agarosio.

Presentiamo un metodo di screening relativamente semplice basato sulla formazione di microcolture cellulari (leucociti o macrofagi) standard in area e numero di cellule sul fondo dei pozzetti di una piastra a fondo piatto da 96 pozzetti, seguita dalla loro coltivazione in un mezzo nutritivo e determinazione del cambiamento nell'area di queste microculture sotto l'azione di MIF ( Suslov A.P., 1989).

Laboratorio 7-3

Definizione di MYTH attività

La determinazione dell'attività biologica di MIF viene effettuata utilizzando un dispositivo per la formazione di microcolture cellulari (Fig. 7.7) - MIGROSCRIN (Istituto di ricerca di epidemiologia e microbiologia intitolato a N.F. Gamaleya dell'Accademia russa delle scienze mediche).

1. Nei pozzetti di una piastra a 96 pozzetti (Flow, UK o simili) aggiungere 100 µl di un campione diluito in terreno di coltura, in cui viene determinata l'attività MIF (ciascuna diluizione in 4 paralleli, campioni sperimentali). Il terreno di coltura comprende RPMI 1640, 2 mM di L-glutammina, 5% di siero bovino fetale, 40 μg/ml di gentamicina.

2. Nei pozzetti di controllo aggiungere il terreno di coltura (in 4 parallele) 100 µl.

3. Viene preparata una sospensione cellulare di macrofagi peritoneali, per la quale a 2 topi ibridi (CBAxC57B1/6) F1 vengono iniettati per via intraperitoneale 10 ml di soluzione di Hank con eparina (10 U/ml), l'addome viene massaggiato delicatamente per 2-3 minuti . Quindi l'animale viene macellato per decapitazione, la parete addominale viene accuratamente perforata nella zona inguinale e l'essudato viene aspirato attraverso l'ago con una siringa. Cellule di essudato peritoneale vengono lavate due volte con soluzione di Hank, centrifugandole per 10-15 minuti a 200 g. Quindi viene preparata una sospensione cellulare con una concentrazione di 10 ± 1 milione/ml di terreno RPMI 1640. Il conteggio viene effettuato in una camera di Goryaev.

4. Viene assemblato il sistema MIGROSCRIN, che è un supporto per il fissaggio direzionale e standard di punte con colture cellulari in una posizione rigorosamente verticale a una data altezza sopra il centro del pozzetto di una piastra di coltura a 96 pozzetti, e comprende anche 92 punte per una pipetta automatica della Costar, USA (Fig. 7.7).

Inserire le gambe del treppiede nei pozzetti angolari della piastra. La sospensione cellulare viene raccolta con una pipetta automatica in puntali da 5 μl ciascuno, sciacquati dalle cellule in eccesso mediante un'unica immersione nel mezzo e inseriti verticalmente nelle prese del supporto del sistema. La griglia piena di punte viene mantenuta a temperatura ambiente per 1 ora su un piano rigorosamente orizzontale. Durante questo periodo, le cellule della sospensione si depositano sul fondo dei pozzetti, dove si formano microcolture cellulari standard.

5. Rimuovere con cautela il rack dei puntali dalla piastra. La piastra con microcoltura di cellule viene posta in posizione rigorosamente orizzontale in un incubatore a CO 2 , dove viene coltivata per 20 ore Durante la coltivazione, le cellule migrano lungo il fondo del pozzetto.

6. La quantificazione dei risultati dopo l'incubazione viene effettuata su una lente binoculare, valutando visivamente la dimensione della colonia su una scala all'interno dell'oculare. Le microculture hanno la forma di un cerchio. Gli investigatori quindi determinano il diametro medio della colonia dai risultati delle misurazioni della colonia in 4 test o pozzetti di controllo. L'errore di misura è di ±1 mm.

L'indice di migrazione (MI) è calcolato dalla formula:

Il campione ha attività MYTH se i valori MI sono uguali a

Per un'unità convenzionale (U) di attività MYTH, il valore inverso è assunto pari al valore della massima diluizione del campione (campione), in cui l'indice di migrazione è 0,6 ± 0,2.

L'attività biologica della PEOα è stimato dal suo effetto citotossico sulla linea di fibroblasti trasformati L-929. Il TNFa ricombinante viene utilizzato come controllo positivo e le cellule in un terreno di coltura vengono utilizzate come controllo negativo.

L'indice citotossico (CI) è calcolato:

Dove UN- il numero di cellule viventi nel controllo; B- il numero di cellule viventi nell'esperimento.

Riso. 7.7. Schema MIGROSCRIN - dispositivi per la valutazione quantitativa della migrazione delle colture cellulari

Le cellule sono colorate con un colorante (blu di metilene), presente solo nelle cellule morte.

Per un'unità convenzionale di attività del TNF, viene preso il valore della diluizione inversa del campione, necessaria per ottenere il 50% di citotossicità cellulare. L'attività specifica del campione è il rapporto tra l'attività in unità arbitrarie per 1 ml e la concentrazione della proteina contenuta nel campione.

Colorazione intracellulare di citochine. Un cambiamento nel rapporto delle cellule che producono varie citochine può riflettere la patogenesi della malattia e servire come criterio per la prognosi della malattia e la valutazione della terapia.

Il metodo di colorazione intracellulare determina l'espressione della citochina a livello di una cellula. La citometria a flusso consente di contare il numero di cellule che esprimono una particolare citochina.

Elenchiamo i passaggi principali nella determinazione delle citochine intracellulari.

Le cellule non stimolate producono piccole quantità di citochine, che, di norma, non vengono depositate; pertanto, un passo importante nella valutazione delle citochine intracellulari è la stimolazione dei linfociti e il blocco del rilascio di questi prodotti dalle cellule.

L'attivatore della proteina chinasi C forbolo-12-miristato-13-acetato (PMA) in combinazione con lo ionoforo di calcio ionomicina (IN) è più spesso utilizzato come induttore di citochine. L'uso di questa combinazione provoca la sintesi di un'ampia gamma di citochine: IFNu, IL-4, IL-2, TNFα. Lo svantaggio dell'utilizzo di FMA-IN è il problema di rilevare le molecole CD4 sulla superficie dei linfociti dopo tale attivazione. Inoltre, la produzione di citochine da parte dei linfociti T è indotta utilizzando mitogeni (PGA). Le cellule B e i monociti stimolano

Le cellule mononucleate vengono incubate in presenza di induttori della produzione di citochine e di un bloccante del loro trasporto intracellulare, brefeldina A o monensina, per 2-6 ore.

Le cellule vengono quindi risospese in una soluzione tampone. Per la fissazione aggiungere il 2% di formaldeide, incubare per 10-15 minuti a temperatura ambiente.

Successivamente le cellule vengono trattate con saponina, che aumenta la permeabilità della membrana cellulare, e colorate con anticorpi monoclonali specifici per le citochine da determinare. La colorazione preliminare dei marcatori di superficie (CD4, CD8) aumenta la quantità di informazioni ottenute su una cellula e rende possibile determinare con maggiore precisione la sua appartenenza alla popolazione.

Ci sono alcune limitazioni nell'applicazione dei metodi sopra descritti. Pertanto, utilizzandoli, è impossibile analizzare la sintesi di citochine da parte di una singola cellula, è impossibile determinare il numero di cellule produttrici di citochine in una sottopopolazione, è impossibile determinare se le cellule produttrici di citochine esprimono marcatori unici, se diverse citochine sono sintetizzate da cellule diverse o dalle stesse. La risposta a queste domande si ottiene utilizzando altri metodi di ricerca. Per determinare la frequenza delle cellule produttrici di citochine nella popolazione, vengono utilizzati il ​​metodo di diluizione limitante e la variante ELISPOT del test dell'immunosorbente legato all'enzima (vedi Capitolo 4).

Metodo di ibridazione in situ. Il metodo include:

2) fissazione con paraformaldeide;

3) rilevamento di mRNA mediante cDNA marcato. In alcuni casi, l'mRNA delle citochine viene determinato su sezioni mediante PCR con radioisotopi.

Immunofluorescenza. Il metodo include:

1) congelamento dell'organo e preparazione di sezioni al criostato;

2) fissazione;

3) trattamento delle sezioni con anticorpi anti-citochine marcati con fluoresceina;

4) osservazione visiva della fluorescenza.

Queste tecniche (ibridazione sul posto e immunofluorescenza) sono veloci e non dipendono dalle concentrazioni soglia del prodotto secreto. Tuttavia, non determinano la quantità di citochine secrete e possono essere tecnicamente complesse. È necessaria una varietà di attento monitoraggio per reazioni non specifiche.

Utilizzando i metodi presentati per la valutazione delle citochine, sono stati identificati processi patologici associati a disturbi nel sistema delle citochine a vari livelli.

Pertanto, la valutazione del sistema delle citochine è estremamente importante per caratterizzare lo stato del sistema immunitario del corpo. Lo studio di diversi livelli del sistema delle citochine consente di ottenere informazioni sull'attività funzionale di diversi tipi di cellule immunocompetenti, sulla gravità del processo infiammatorio, sulla sua transizione a livello sistemico e sulla prognosi della malattia.

Domande e compiti

1. Elenca le proprietà generali delle citochine.

2. Dare la classificazione delle citochine.

3. Elenca i componenti principali del sistema delle citochine.

4. Elencare le cellule produttrici di citochine.

5. Descrivere le famiglie dei recettori delle citochine.

6. Quali sono i meccanismi di funzionamento della rete delle citochine?

7. Parlaci della produzione di citochine nel sistema immunitario innato.

8. Quali sono i principali approcci alla valutazione complessa del sistema delle citochine?

9. Quali sono i metodi per testare le citochine nei fluidi corporei?

10. Quali sono i difetti nel sistema delle citochine in varie patologie?

11. Quali sono i principali metodi di analisi biologica di IL-1, IFN, MIF, TNFa nei fluidi biologici?

12. Descrivere il processo di determinazione del contenuto intracellulare delle citochine.

13. Descrivere il processo di determinazione delle citochine secrete da una singola cellula.

14. Descrivere la sequenza dei metodi utilizzati per rilevare un difetto a livello del recettore delle citochine.

15. Descrivere la sequenza dei metodi utilizzati per rilevare un difetto a livello delle cellule produttrici di citochine.

16. Quali informazioni si possono ottenere studiando la produzione di citochine in una coltura di cellule mononucleate, nel siero del sangue?

Università statale di Chelyabinsk

Sul tema: "Citochine"

Completato da: Ustyuzhanina D.V.

Gruppo BB 202-1

Chelyabinsk

Caratteristiche generali delle citochine

Il meccanismo d'azione delle citochine

Meccanismo di violazione

Interleuchine

Interferoni

TNF: fattore di necrosi tumorale

fattori stimolanti le colonie

1. Citochine

Le citochine sono proteine ​​​​specifiche con l'aiuto delle quali varie cellule del sistema immunitario possono scambiarsi informazioni tra loro e coordinare le azioni. L'insieme e la quantità di citochine che agiscono sui recettori della superficie cellulare - l'"ambiente delle citochine" - rappresentano una matrice di segnali interagenti e che cambiano frequentemente. Questi segnali sono complessi a causa dell'ampia varietà di recettori delle citochine e perché ciascuna citochina può attivare o inibire diversi processi, inclusa la propria sintesi e la sintesi di altre citochine, nonché la formazione e la comparsa di recettori per le citochine sulla superficie cellulare. Diversi tessuti hanno il loro "ambiente di citochine" sano. Sono state trovate più di cento diverse citochine.

Le citochine differiscono dagli ormoni in quanto non sono prodotte dalle ghiandole endocrine, ma da vari tipi di cellule; Inoltre, controllano una gamma molto più ampia di cellule bersaglio rispetto agli ormoni.

Le citochine includono alcuni fattori di crescita comeinterferoni, fattore di necrosi tumorale (TNF) , rigainterleuchine, fattore stimolante le colonie (CSF) e molti altri.

Le citochine includono interferoni, fattori stimolanti le colonie (CSF), chemochine, fattori di crescita trasformanti; fattore di necrosi tumorale; interleuchine con numeri di serie storici stabiliti e alcuni altri mediatori endogeni. Le interleuchine con numeri di serie che iniziano da 1 non appartengono a un sottogruppo di citochine associate a una funzione comune. Esse, a loro volta, possono essere suddivise in citochine pro-infiammatorie, fattori di crescita e differenziazione dei linfociti e singole citochine regolatorie.

Classificazione della struttura:

Classificazione funzionale:

Classificazione dei recettori delle citochine

Classificazione strutturale e funzionale delle citochine

	Famiglie di citochine	Sottogruppi e ligandi	Funzioni biologiche di base
	InterferoniIOtipo	IFN ,  ,  ,  ,  ,  , IL-28, IL-29 (IFN )	Attività antivirale, azione antiproliferativa, immunomodulante
	Fattori di crescita delle cellule emopoietiche	fattore di cellule staminali (kit- ligando, fattore acciaio), flt-3 ligando, G-CSF, M-CSF, IL-7, IL-11	Stimolazione della proliferazione e differenziazione di vari tipi di cellule progenitrici nel midollo osseo, attivazione dell'emopoiesi
		Ligandigp140: IL-3, IL-5, GM-CSF
		Eritropoietina, Trombopoietina
	Superfamiglia dell'interleuchina-1 e FR	Famiglia FR: FGF acido, FGF basico, FRF3 - FRF23	Attivazione della proliferazione dei fibroblasti e delle cellule epiteliali
		Famiglia IL-1 (F1-11): IL-1α, IL-1β, antagonista del recettore IL-1, IL-18, IL-33, ecc.	Azione pro-infiammatoria, attivazione dell'immunità specifica
	Famiglia del fattore di necrosi tumorale	TNF, linfotossine α e β,Fas-ligando, ecc.	Effetto pro-infiammatorio, regolazione dell'apoptosi e interazione intercellulare di cellule immunocompetenti
	Famiglia dell'interleuchina-6	Ligandigp130: IL-6, IL-11, IL-31, Oncostatina-M, Cardiotropina-1,Fattore inibitorio della leucemia, Fattore neurotrofico ciliare	Azione proinfiammatoria e immunoregolatrice
	Chemochine	SS, SHS (IL-8), SH3S, S	Regolazione della chemiotassi di vari tipi di leucociti
	Famiglia dell'interleuchina-10	I L-10,19,20,22,24,26	Azione immunosoppressiva
	Cfamiglia dell'interleuchina-12	I L-12,23,27	Regolazione di differenziazione di T-linfociti di aiutanti
	Citochine dei cloni T-helper e funzioni regolatrici dei linfociti	T-helper di tipo 1: IL-2, IL-15, IL-21, IFN	Attivazione dell'immunità cellulare
		T-helper 2 tipi: IL-4, IL-5, IL-10, IL-13	Attivazione dell'immunità umorale, effetto immunomodulante
		Ligandi della catena γ del recettore IL-2: IL-4 IL-13 IL-7TSLP	Stimolazione della differenziazione, della proliferazione e delle proprietà funzionali di vari tipi di linfociti, DC, cellule NK, macrofagi, ecc.
	Famiglia dell'interleuchina 17	I L-17 UN, B, C, D, E, F	Attivazione della sintesi di citochine pro-infiammatorie
	Superfamiglia del fattore di crescita nervoso, fattore di crescita piastrinico e fattori di crescita trasformante	Famiglia del fattore di crescita nervoso: NGF, fattore neurotrofico derivato dal cervello	Regolazione dell'infiammazione, dell'angiogenesi, della funzione neuronale, dello sviluppo embrionale e della rigenerazione tissutale
		Fattori di crescita dalle piastrine (PDGF), fattori di crescita angiogenici (VEGF)
		Famiglia FR: TRF , attivine,inibitori,nodale, Ossomorfogenicoproteine, Mullerianoinibitoriosostanza
	Famiglia del fattore di crescita epidermico	ERF, TRFα, ecc.
	Famiglia di fattori di crescita simili all'insulina	IRF-IO, IRF-II	Stimolazione della proliferazione di vari tipi cellulari

Proprietà generali delle citochine:

1. Le citochine sono polipeptidi o proteine, spesso glicosilate, la maggior parte di esse ha MM da 5 a 50 kDa. Le molecole di citochine biologicamente attive possono essere costituite da una, due, tre o più subunità uguali o diverse. 2. Le citochine non hanno specificità antigenica azione biologica . Influiscono sull'attività funzionale delle cellule coinvolte nelle reazioni dell'immunità innata e acquisita. Tuttavia, agendo sui linfociti T e B, le citochine sono in grado di stimolare i processi indotti dall'antigene nel sistema immunitario. 3. Per i geni delle citochine, esistono tre varianti di espressione: a) espressione specifica dello stadio in determinati stadi dello sviluppo embrionale, b) espressione costitutiva per la regolazione di un numero di normali funzioni fisiologiche, c) tipo di espressione inducibile, caratteristica di maggior parte delle citochine. Infatti, la maggior parte delle citochine al di fuori della risposta infiammatoria e della risposta immunitaria non sono sintetizzate dalle cellule. L'espressione dei geni delle citochine inizia in risposta alla penetrazione di agenti patogeni nel corpo, all'irritazione antigenica o al danno tissutale. Le strutture molecolari associate ai patogeni fungono da uno dei più forti induttori della sintesi di citochine pro-infiammatorie. Per avviare la sintesi delle citochine delle cellule T, è necessaria l'attivazione delle cellule con un antigene specifico con la partecipazione del recettore dell'antigene delle cellule T. 4. Le citochine vengono sintetizzate in risposta alla stimolazione per un breve periodo di tempo. La sintesi è terminata da una varietà di meccanismi di autoregolazione, inclusa una maggiore instabilità dell'RNA e dall'esistenza di feedback negativi mediati da prostaglandine, ormoni corticosteroidi e altri fattori. 5. La stessa citochina può essere prodotta da diversi tipi di cellule di origine istogenetica del corpo in diversi organi. 6. Le citochine possono essere associate alle membrane delle cellule che le sintetizzano, avendo uno spettro completo di attività biologica sotto forma di una forma di membrana e manifestando il loro effetto biologico durante il contatto intercellulare. 7. Gli effetti biologici delle citochine sono mediati da specifici complessi di recettori cellulari che legano le citochine con un'affinità molto elevata e le singole citochine possono utilizzare subunità recettoriali comuni. I recettori delle citochine possono esistere in forma solubile, conservando la capacità di legare i ligandi. 8. Le citochine hanno un effetto biologico pleiotropico. La stessa citochina può agire su molti tipi di cellule, provocando effetti diversi a seconda del tipo di cellule bersaglio. L'effetto pleiotropico delle citochine è fornito dall'espressione dei recettori delle citochine su tipi cellulari di diverse origini e funzioni e dalla trasduzione del segnale utilizzando diversi messaggeri intracellulari e fattori di trascrizione. 9. L'intercambiabilità di azione biologica è caratteristica di tsitokin. Diverse citochine diverse possono causare lo stesso effetto biologico o avere un'attività simile. Le citochine inducono o sopprimono la sintesi di se stesse, di altre citochine e dei loro recettori. 10. In risposta a un segnale di attivazione, le cellule sintetizzano simultaneamente diverse citochine coinvolte nella formazione di una rete di citochine. Gli effetti biologici nei tessuti ea livello dell'organismo dipendono dalla presenza e dalla concentrazione di altre citochine con effetti sinergici, additivi o opposti. 11. Le citochine possono influenzare la proliferazione, la differenziazione e l'attività funzionale delle cellule bersaglio. 12. Le citochine agiscono sulle cellule in vari modi: autocrino - sulla cellula che sintetizza e secerne questa citochina; paracrino - su cellule situate vicino alla cellula produttrice, ad esempio, al centro dell'infiammazione o nell'organo linfoide; endocrino - a distanza sulle cellule di qualsiasi organo e tessuto dopo essere entrato in circolazione. In quest'ultimo caso, l'azione delle citochine ricorda l'azione degli ormoni.

Una stessa citochina può essere prodotta da tipi di cellule del corpo di diversa origine istogenetica in diversi organi e agire su molti tipi di cellule, provocando effetti diversi a seconda del tipo di cellule bersaglio.

Tre varianti della manifestazione dell'azione biologica delle citochine.

Apparentemente, la formazione del sistema di regolazione delle citochine si è evoluta insieme allo sviluppo di organismi multicellulari ed era dovuta alla necessità di formare mediatori dell'interazione intercellulare, che possono includere ormoni, neuropeptidi, molecole di adesione e alcuni altri. A questo proposito, le citochine sono il sistema regolatore più universale, poiché sono in grado di esibire attività biologica sia a distanza dopo la secrezione da parte della cellula produttrice (localmente e sistemicamente) sia durante il contatto intercellulare, essendo biologicamente attive sotto forma di membrana. Questo sistema di citochine differisce dalle molecole di adesione, che svolgono funzioni più ristrette solo con il contatto diretto con le cellule. Allo stesso tempo, il sistema delle citochine differisce dagli ormoni, che sono principalmente sintetizzati da organi specializzati e agiscono dopo essere entrati nel sistema circolatorio. Il ruolo delle citochine nella regolazione delle funzioni fisiologiche dell'organismo può essere suddiviso in 4 componenti principali: 1. Regolazione dell'embriogenesi, deposizione e sviluppo degli organi, incl. organi del sistema immunitario.2. Regolazione di alcune normali funzioni fisiologiche.3. Regolazione delle reazioni protettive del corpo a livello locale e sistemico.4. Regolazione dei processi di rigenerazione tissutale.

Caratteristiche generali delle citochine. Le citochine sono il gruppo più numeroso, più importante e funzionalmente universale di fattori umorali del sistema immunitario, ugualmente importanti per l'implementazione dell'immunità innata e adattativa. Le citochine sono coinvolte in molti processi; non possono essere definiti fattori legati esclusivamente al sistema immunitario, poiché svolgono un ruolo importante nell'emopoiesi, nell'omeostasi tissutale e nella segnalazione intersistemica.

Le citochine possono essere definite come fattori proteici o polipeptidici privi di specificità antigenica, prodotti prevalentemente da cellule attivate del sistema ematopoietico e immunitario e che mediano le interazioni intercellulari nell'ematopoiesi, nell'infiammazione, nei processi immunitari e nelle comunicazioni intersistemiche.

Le citochine differiscono per struttura, attività biologica e altre proprietà. Tuttavia, insieme alle differenze, le citochine hanno proprietà comuni caratteristiche di questa classe di molecole bioregolatorie:

• · Le citochine sono, di norma, polipeptidi glicosilati di peso molecolare medio (inferiore a 30 kD).
• Le citochine sono prodotte dalle cellule del sistema immunitario e da altre cellule (ad esempio, endotelio, fibroblasti, ecc.) in risposta a uno stimolo attivante (strutture molecolari associate ai patogeni, antigeni, citochine, ecc.) e partecipano all'immunità innata e adattativa reazioni, regolandone la forza e la durata. Alcune citochine sono sintetizzate costitutivamente.
• · La secrezione di citochine è un processo breve. Le citochine non vengono immagazzinate come molecole preformate e la loro sintesi inizia sempre con la trascrizione genica. Le cellule producono citochine a basse concentrazioni (picogrammi per millilitro).
• Nella maggior parte dei casi, le citochine vengono prodotte e agiscono sulle cellule bersaglio che si trovano nelle immediate vicinanze (azione a corto raggio). Il principale sito d'azione delle citochine è la sinapsi intercellulare.
• · La ridondanza del sistema delle citochine si manifesta nel fatto che ogni tipo cellulare è in grado di produrre più citochine, e ogni citochina può essere secreta da cellule diverse.
• Tutte le citochine sono caratterizzate da pleiotropia o polifunzionalità di azione. Pertanto, la manifestazione di segni di infiammazione è dovuta all'influenza di IL-1, TNFb, IL-6, IL-8. La duplicazione delle funzioni garantisce l'affidabilità del sistema delle citochine.
• · L'azione delle citochine sulle cellule bersaglio è mediata da recettori di membrana altamente specifici e ad alta affinità, che sono glicoproteine ​​transmembrana, generalmente costituite da più di una subunità. La parte extracellulare dei recettori è responsabile del legame delle citochine. Ci sono recettori che eliminano le citochine in eccesso nel focus patologico. Questi sono i cosiddetti recettori esca. I recettori solubili sono il dominio extracellulare di un recettore di membrana separato da un enzima. I recettori solubili sono in grado di neutralizzare le citochine, partecipare al loro trasporto al centro dell'infiammazione e all'escrezione dal corpo.
• · Le citochine funzionano secondo il principio di una rete. Possono agire di concerto. Molte delle funzioni originariamente attribuite a una singola citochina sembrano essere dovute all'azione concertata di più citochine (sinergismo d'azione). Esempi dell'interazione sinergica delle citochine sono la stimolazione delle reazioni infiammatorie (IL-1, IL-6 e TNFa), così come la sintesi di IgE (IL-4, IL-5 e IL-13).

Classificazione delle citochine. Esistono diverse classificazioni di citochine basate su principi diversi. La classificazione tradizionale riflette la storia dello studio delle citochine. L'idea che le citochine svolgano il ruolo di fattori che mediano l'attività funzionale delle cellule del sistema immunitario è nata dopo la scoperta dell'eterogeneità della popolazione linfocitaria e la comprensione del fatto che solo alcuni di essi - i linfociti B - sono responsabili della formazione di anticorpi. Cercando di scoprire se i prodotti umorali delle cellule T svolgono un ruolo nell'attuazione delle loro funzioni, hanno iniziato a studiare l'attività biologica dei fattori contenuti nel mezzo di coltura dei linfociti T (soprattutto quelli attivati). La soluzione di questo problema, così come la questione che ben presto si è posta sui prodotti umorali dei monociti/macrofagi, ha portato alla scoperta delle citochine. Inizialmente, erano chiamati linfochine e monochine, a seconda delle cellule che le producevano: linfociti T o monociti. Ben presto divenne chiaro che era impossibile distinguere chiaramente tra linfochine e monochine e fu introdotto il termine generale "citochine". Nel 1979, in un simposio sulle linfochine a Interlaken (Svizzera), furono stabilite le regole per identificare i fattori di questo gruppo, a cui fu dato il nome di gruppo "interleuchine" (IL). Allo stesso tempo, i primi due membri di questo gruppo di molecole, IL-1 e IL-2, hanno ricevuto i loro nomi. Da allora, tutte le nuove citochine (tranne le chemochine -- vedi sotto) hanno ricevuto la designazione IL e un numero di sequenza.

Tradizionalmente, in accordo con gli effetti biologici, è consuetudine distinguere i seguenti gruppi di citochine:

• · Interleuchine (IL-1-IL-33) - proteine ​​regolatrici secretorie del sistema immunitario, che forniscono interazioni mediatrici nel sistema immunitario e la sua connessione con altri sistemi corporei. Le interleuchine sono suddivise in base alla loro attività funzionale in citochine pro e antinfiammatorie, fattori di crescita dei linfociti, citochine regolatorie, ecc.
• Interferoni (IFN) - citochine coinvolte nella protezione antivirale, con un marcato effetto immunoregolatore (IFN tipo 1 - IFN b, c, d, k, ?, f; gruppi di citochine simili a IFN - IL-28A, IL-28B e IL -29 IFN tipo 2 - IFNg).
• · Fattori di necrosi tumorale (TNF) - citochine ad azione citotossica e regolatoria: TNF-a e linfotossine (LT).
• Fattori di crescita delle cellule ematopoietiche - fattore di crescita delle cellule staminali (kit-ligando), IL-3, IL-7, IL-11, eritropoietina, trobopoietina, fattore stimolante le colonie di granulociti-macrofagi - GM-CSF, CSF granulocitico - G-CSF, macrofago KSF - M-CSF).
• · Chemochine - С, СС, СХС (IL-8), СХ3С - regolatori della chemiotassi di vari tipi cellulari.
• Fattori di crescita delle cellule non linfoidi - regolatori della crescita, differenziazione e attività funzionale delle cellule di varie affiliazioni tissutali (fattore di crescita dei fibroblasti - FGF, fattore di crescita delle cellule endoteliali, fattore di crescita epidermico - EGF epidermico) e fattori di crescita trasformante (TGFv, TGFb).

Il concetto di "citochine" è abbastanza difficile da distinguere dal concetto di "fattori di crescita". Una più precisa comprensione del concetto di "interleuchina" (in realtà coincidente con il concetto di "citochina") è stata facilitata dall'introduzione da parte del Nomenclature Committee dell'International Union of Immunological Societies nel 1992 di criteri che disciplinano l'assegnazione di nuove interleuchine del numero successivo: ciò richiede clonazione molecolare, sequenziamento ed espressione del gene dell'interleuchina, attestante l'unicità della sua sequenza nucleotidica, nonché la produzione di anticorpi monoclonali neutralizzanti. Per stabilire le differenze tra interleuchine e fattori simili, sono importanti i dati sulla produzione di questa molecola da parte delle cellule del sistema immunitario (leucociti) e le prove del suo ruolo nella regolazione dei processi immunitari. Pertanto, viene sottolineata la partecipazione obbligatoria delle interleuchine al funzionamento del sistema immunitario. Se consideriamo che tutte le citochine scoperte dopo il 1979 (tranne le chemochine) sono chiamate interleuchine e, quindi, questi concetti sono effettivamente identici, allora possiamo presumere che fattori di crescita come epidermico, fibroblasto, piastrina non siano citochine, ma da fattori di crescita trasformanti ( TGF) sulla base del coinvolgimento funzionale nel sistema immunitario, solo il TGF può essere classificato come citochina. Tuttavia, questo problema non è strettamente regolamentato nei documenti scientifici internazionali.

chiaro classificazione strutturale niente citochine. Tuttavia, in base alle loro caratteristiche struttura secondaria ci sono diversi gruppi:

• · Molecole con predominanza di filamenti b-elica. Contengono 4 domini a 6 eliche (2 coppie di 6 eliche posizionate ad angolo l'una rispetto all'altra). Esistono varianti corte e lunghe (a seconda della lunghezza delle b-eliche). Il primo gruppo comprende la maggior parte delle citochine dell'emopoietina -- IL-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-7, IL-9, IL-13, IL-21, IL-27, IFNr e M-CSF ; al secondo - IL-6, IL-10, IL-11 e GM-CSF.
• · Molecole con predominanza di strutture β-sheet. Questi includono citochine della famiglia del fattore di necrosi tumorale e linfotossine ("v-trifoglio"), la famiglia IL-1 (v-sandwich), la famiglia TGF (nodo delle citochine).
• · Catena b corta / b (strato b con eliche b adiacenti) - chemochine.
• Strutture miste a mosaico, ad es. IL-12.

Negli ultimi anni, in relazione all'identificazione di un gran numero di nuove citochine, talvolta correlate a quelle precedentemente descritte, e alla formazione di singoli gruppi con esse, si è diffusa una classificazione basata sull'appartenenza delle citochine a famiglie strutturali e funzionali.

Un'altra classificazione delle citochine si basa sulle caratteristiche strutturali dei loro recettori. Come sapete, attraverso i recettori e l'azione delle citochine viene eseguita. Secondo le caratteristiche strutturali delle catene polipeptidiche, si distinguono diversi gruppi di recettori delle citochine. La classificazione data è applicata specificamente alle catene polipeptidiche. Un recettore può includere catene appartenenti a famiglie diverse. L'importanza di questa classificazione è dovuta al fatto che diversi tipi di catene polipeptidiche del recettore sono caratterizzati da un certo apparato di segnalazione, costituito da tirosina chinasi, proteine ​​adattatrici e fattori di trascrizione.

Il tipo più numeroso sono i recettori delle citochine ematopoietina. I loro domini extracellulari sono caratterizzati dalla presenza di 4 residui di cisteina e dalla presenza di una sequenza contenente triptofano e residui di serina -- WSXWS. I domini della famiglia della fibronectina contenenti 4 residui di cisteina formano la spina dorsale dei recettori dell'interferone. Una caratteristica dei domini che formano la porzione extracellulare della famiglia dei recettori TNFR è il loro alto contenuto di residui di cisteina ("domini ricchi di cisteina"). Questi domini contengono 6 residui di cisteina. Il gruppo di recettori i cui domini extracellulari appartengono alla superfamiglia delle immunoglobuline comprende due gruppi: recettori per IL-1 e diversi recettori, la cui parte citoplasmatica ha attività tirosin-chinasica. L'attività della tirosina chinasi è caratteristica della parte citoplasmatica di quasi tutti i fattori di crescita (EGF, PDGF, FGF, ecc.). Infine, un gruppo speciale è formato da recettori per chemochine simili alla rodopsina, che penetrano nella membrana 7 volte. Tuttavia, non tutte le catene polipeptidiche del recettore rientrano in questa classificazione. Pertanto, né le catene b né le catene b del recettore IL-2 appartengono alle famiglie mostrate nella Tabella 3 (la catena b contiene domini di controllo del complemento). I gruppi principali inoltre non includono i recettori IL-12, la catena β comune dei recettori IL-3, IL-5, GMCSF e alcune altre catene polipeptidiche recettoriali.

Quasi tutti i recettori delle citochine (ad eccezione di quelli simili alle immunoglobuline con attività chinasica) sono costituiti da diverse catene polipeptidiche. Spesso diversi recettori contengono catene comuni. L'esempio più eclatante è la catena r, comune per i recettori IL-2, IL-4, IL-7, IL-9, IL-15, IL-21, designati come r(s). I difetti in questa catena svolgono un ruolo importante nello sviluppo della patologia da immunodeficienza. La catena β comune fa parte dei recettori GM-CSF, IL-3 e IL-5. Le catene comuni hanno IL-7 e TSLP (catena b), così come IL-2 e IL-15, IL-4 e IL-13 (entrambe nella catena b).

Di norma, i recettori sono presenti sulla superficie delle cellule a riposo in piccola quantità e spesso in una composizione di subunità incompleta. Di solito, in questo stato, i recettori forniscono una risposta adeguata solo se esposti a dosi molto elevate di citochine. Quando le cellule vengono attivate, il numero di recettori delle citochine di membrana aumenta di ordini di grandezza; inoltre, questi recettori sono "a corto di personale" con catene polipeptidiche, come è stato mostrato sopra con l'esempio del recettore per IL-2. Sotto l'influenza dell'attivazione, il numero di molecole di questo recettore aumenta in modo significativo e nella loro composizione appare una catena b, il cui gene è espresso durante l'attivazione. A causa di questi cambiamenti, il linfocita acquisisce la capacità di proliferare in risposta all'azione di IL-2.

Meccanismi di azione delle citochine

Trasduzione del segnale intracellulare sotto l'azione delle citochine. La porzione citoplasmatica C-terminale di alcuni recettori delle citochine (appartenenti alla superfamiglia delle immunoglobuline) include un dominio con attività tirosin-chinasica. Tutte queste chinasi appartengono alla categoria dei proto-oncogeni; quando l'ambiente genetico cambia, diventano oncogeni, fornendo una proliferazione cellulare incontrollata. Queste chinasi hanno il loro nome. Pertanto, la chinasi che fa parte del recettore M-CSF è indicata come c-Fms; chinasi SCF -- c-Kit; noto fattore chinasi ematopoietico - Flt-3 (tirosina chinasi 3 simile a Fms). I recettori con una propria attività chinasica innescano direttamente la trasduzione del segnale, poiché la loro chinasi provoca la fosforilazione sia del recettore stesso che delle molecole ad esso adiacenti.

La manifestazione più tipica dell'attività è caratteristica dei recettori del tipo ematopoietico (citochina), contenente 4 domini 6-elicoidali. Molecole di tirosina chinasi del gruppo Jak-chinasi (chinasi familiari associate a Janus) sono adiacenti alla parte citoplasmatica di questi recettori. Nella parte citoplasmatica delle catene recettoriali esistono siti speciali per il legame di queste chinasi (scatole prossimale e distale). Sono note in totale 5 Janus chinasi: Jak1, Jak2, Jak3, Tyk1 e Tyk2. In varie combinazioni, cooperano con diversi recettori per le citochine, avendo un'affinità per specifiche catene polipeptidiche. Pertanto, la chinasi Jak3 interagisce con la catena r(c); con difetti nel gene che codifica questa chinasi, si sviluppa un complesso di disturbi nel sistema immunitario simile a quello osservato con difetti nel gene della catena polipeptidica del recettore.

Quando la citochina interagisce con il recettore, viene generato un segnale che porta alla formazione di fattori di trascrizione e all'attivazione di geni che determinano la risposta della cellula all'azione della citochina. Contemporaneamente, la cellula assorbe il complesso della citochina con il recettore e lo scinde negli endosomi. Di per sé, l'interiorizzazione di questo complesso non ha nulla a che fare con la trasmissione del segnale. È necessario per l'utilizzo della citochina, che ne impedisce l'accumulo nel sito di attivazione delle cellule produttrici. L'affinità del recettore per la citochina gioca un ruolo importante nella regolazione di questi processi. Solo con abbastanza alto grado affinità (dell'ordine di 10-10 M), viene generato un segnale e avviene l'assorbimento del complesso di citochine con il recettore.

L'induzione del segnale inizia con la fosforilazione autocatalitica delle chinasi Jak legate al recettore innescate da cambiamenti conformazionali nel recettore che si verificano come risultato della sua interazione con una citochina. Le chinasi Jak attivate fosforilano STAT (trasduttori di segnale e attivatori di trascrizione) fattori citoplasmatici presenti nel citoplasma in forma monomerica inattiva.

I monomeri fosforilati acquisiscono affinità l'uno per l'altro e si dimerizzano. I dimeri STAT migrano verso il nucleo e agiscono come fattori di trascrizione legandosi alle regioni del promotore dei geni bersaglio. Sotto l'azione delle citochine pro-infiammatorie, vengono attivati ​​i geni delle molecole di adesione, le citochine stesse, gli enzimi del metabolismo ossidativo, ecc.. Sotto l'azione dei fattori che causano la proliferazione cellulare, i geni responsabili del passaggio di ciclo cellulare eccetera.

La via di segnalazione delle citochine mediata da Jak/STAT è la principale ma non l'unica. Il recettore è associato non solo alle chinasi Jak, ma anche alle chinasi della famiglia Src, nonché a PI3K. La loro attivazione innesca ulteriori percorsi di segnalazione che portano all'attivazione di AP-1 e altri fattori di trascrizione. I fattori di trascrizione attivati ​​sono coinvolti non solo nella trasduzione del segnale dalle citochine, ma anche in altre vie di segnalazione.

Esistono vie di segnalazione coinvolte nel controllo degli effetti biologici delle citochine. Tali percorsi sono associati ai fattori del gruppo SOCS (Suppressors of cytokine signaling), che contiene il fattore SIC e 7 fattori SOCS (SOCS-1 -- SOCS-7). L'attivazione di questi fattori si verifica all'attivazione delle vie di segnalazione delle citochine, che porta alla formazione di un ciclo di feedback negativo. I fattori SOCS contengono un dominio SH2 coinvolto nell'implementazione di uno dei seguenti processi:

• inibizione diretta delle chinasi Jak legandosi ad esse e inducendone la defosforilazione;
• competizione con i fattori STAT per il legame alla parte citoplasmatica dei recettori delle citochine;
• Accelerazione della degradazione delle proteine ​​di segnalazione lungo il percorso dell'ubiquitina.

Lo spegnimento dei geni SOCS porta a uno squilibrio delle citochine con una predominanza della sintesi di IFNg e accompagnata da linfopenia e aumento dell'apoptosi.

Caratteristiche del funzionamento del sistema delle citochine. rete di citochine.

Ne consegue che all'attivazione cellulare da parte di agenti estranei (portatori di PAMP all'attivazione delle cellule mieloidi e antigeni all'attivazione dei linfociti), sia la sintesi delle citochine che l'espressione dei loro recettori sono indotte (o migliorate a un livello funzionalmente significativo) . Ciò crea le condizioni per la manifestazione locale degli effetti delle citochine. Infatti, se lo stesso fattore attiva sia le cellule produttrici di citochine che le cellule bersaglio, si creano le condizioni ottimali per la manifestazione locale delle funzioni di questi fattori.

Tipicamente, le citochine sono legate, interiorizzate e scisse dalla cellula bersaglio, con poca o nessuna diffusione dalle cellule produttrici secrete. Abbastanza spesso, le citochine sono molecole transmembrana (ad esempio, IL-1b e TNFb) o sono presentate alle cellule bersaglio nello stato associato ai peptidoglicani della matrice extracellulare (IL-7 e una serie di altre citochine), che contribuisce anche alla carattere locale della loro azione.

Normalmente, se le citochine sono contenute nel siero del sangue, allora in concentrazioni insufficienti per la manifestazione dei loro effetti biologici. Successivamente, utilizzando l'esempio dell'infiammazione, considereremo le situazioni in cui le citochine hanno un effetto sistemico. Tuttavia, questi casi sono sempre una manifestazione di patologia, a volte molto grave. Apparentemente, la natura locale dell'azione delle citochine è di fondamentale importanza per il normale funzionamento dell'organismo. Ciò è evidenziato dall'alto tasso della loro escrezione attraverso i reni. Tipicamente, la curva di escrezione delle citochine consiste di due componenti: veloce e lenta. T1/2 del componente veloce per IL-1b è di 1,9 minuti, per IL-2 - 5 minuti (T1/2 del componente lento è di 30-120 minuti). La proprietà a corto raggio distingue le citochine dagli ormoni - fattori a lungo raggio (quindi, l'affermazione "le citochine sono ormoni del sistema immunitario" è fondamentalmente sbagliata).

Il sistema delle citochine è caratterizzato dalla ridondanza. Ciò significa che quasi tutte le funzioni svolte da una particolare citochina sono duplicate da altre citochine. Ecco perché l'arresto di una singola citochina, ad esempio, a causa di una mutazione del suo gene, non provoca conseguenze fatali per l'organismo. In effetti, la mutazione del gene per una particolare citochina non porta quasi mai allo sviluppo di immunodeficienza.

Ad esempio, IL-2 è noto come fattore di crescita delle cellule T; la rimozione artificiale (mediante knockout genetico) del gene che lo codifica non rivela una violazione significativa della proliferazione delle cellule T, tuttavia vengono registrati i cambiamenti causati da una carenza di cellule T regolatorie. Ciò è dovuto al fatto che la proliferazione delle cellule T in assenza di IL-2 è fornita da IL-15, IL-7, IL-4, nonché da combinazioni di diverse citochine (IL-1c, IL-6, IL- 12, TNFb). Allo stesso modo, un difetto nel gene IL4 non porta a disturbi significativi nel sistema delle cellule B e al cambio di isotipo dell'immunoglobulina, poiché IL-13 mostra effetti simili. Allo stesso tempo, alcune citochine non hanno analoghi funzionali. L'esempio più noto di citochina essenziale è IL-7, la cui azione linfopoietica, almeno in certi stadi della T-linfopoiesi, è unica, e quindi difetti nei geni dell'IL-7 stessa o del suo recettore portano allo sviluppo di immunodeficienza combinata grave (SCID).

Oltre alla ridondanza, nel sistema delle citochine si manifesta un'altra regolarità: le citochine sono pleiotropiche (agiscono su vari bersagli) e polifunzionali (causano vari effetti). Pertanto, il numero di cellule bersaglio per IL-1c e TNFb è difficile da contare. Altrettanto diversi sono gli effetti che provocano, che sono coinvolti nella formazione di reazioni complesse: infiammazione, alcuni stadi dell'ematopoiesi, reazioni neurotrope e di altro tipo.

Un'altra caratteristica importante inerente al sistema delle citochine è la relazione e l'interazione delle citochine. Da un lato, questa interazione consiste nel fatto che alcune citochine, agendo sullo sfondo di induttori o indipendentemente, causano o aumentano (meno spesso sopprimono) la produzione di altre citochine. Gli esempi più eclatanti di azione potenziante sono l'attività delle citochine proinfiammatorie IL-1b e TNFb, che potenziano la propria produzione e la formazione di altre citochine proinfiammatorie (IL-6, IL-8, altre chemochine). IL-12 e IL-18 sono induttori di IFNg. TGFβ e IL-10, al contrario, sopprimono la produzione di varie citochine. IL-6 mostra attività inibitoria contro le citochine pro-infiammatorie, mentre IFNg e IL-4 inibiscono reciprocamente la produzione l'uno dell'altro e delle citochine dei gruppi corrispondenti (Th1 e Th2). L'interazione tra citochine si manifesta anche a livello funzionale: alcune citochine potenziano o sopprimono l'azione di altre citochine. Sono stati descritti sinergismo (p. es., all'interno di un gruppo di citochine pro-infiammatorie) e antagonismo delle citochine (p. es., tra citochine Th1 e Th2).

Riassumendo i dati ottenuti, possiamo concludere che nessuna delle citochine esiste e non mostra la sua attività in isolamento - a tutti i livelli, le citochine sono influenzate da altri membri di questa classe di molecole. Il risultato di un'interazione così diversificata a volte può essere inaspettato. Pertanto, quando vengono utilizzate alte dosi di IL-2 a scopo terapeutico, sono pericolose per la vita effetti collaterali, alcuni dei quali (ad esempio, shock simile a tossico, senza batteriemia) possono essere rimossi da anticorpi diretti non contro IL-2, ma contro TNFb.

La presenza del multiplo interazioni incrociate nel sistema delle citochine è stata la ragione per la creazione del concetto di "rete di citochine", che riflette abbastanza chiaramente l'essenza del fenomeno.

La rete di citochine è caratterizzata dalle seguenti proprietà:

• inducibilità della sintesi di citochine ed espressione dei loro recettori;
• località di azione dovuta all'espressione coordinata delle citochine e dei loro recettori sotto l'influenza dello stesso induttore;
• ridondanza dovuta alla sovrapposizione degli spettri d'azione di diverse citochine;
• · interconnessioni e interazioni, manifestate a livello di sintesi e implementazione delle funzioni delle citochine.

La regolazione delle citochine delle funzioni delle cellule bersaglio viene effettuata utilizzando meccanismi autocrini, paracrini o endocrini. Alcune citochine (IL-1, IL-6, TNFb, ecc.) sono in grado di partecipare all'implementazione di tutti i suddetti meccanismi.

La risposta di una cellula all'influenza di una citochina dipende da diversi fattori:

• sul tipo di cellule e sulla loro attività funzionale iniziale;
• dalla concentrazione locale della citochina;
• dalla presenza di altre molecole mediatrici.

Pertanto, le cellule produttrici, le citochine ei loro recettori specifici sulle cellule bersaglio formano un'unica rete di mediatori. È un insieme di peptidi regolatori, e non singole citochine, che determinano la risposta finale della cellula. Attualmente, il sistema delle citochine è considerato un sistema universale di regolazione a livello dell'intero organismo, che garantisce lo sviluppo di reazioni protettive (ad esempio durante l'infezione).

Negli ultimi anni è nata l'idea di un sistema di citochine che combina:

• 1) cellule produttrici;
• 2) citochine solubili e loro antagonisti;
• 3) cellule bersaglio e loro recettori.

Le violazioni di vari componenti del sistema delle citochine portano allo sviluppo di numerosi processi patologici, e quindi l'individuazione di difetti in questo sistema normativo è importante per la corretta diagnosi e la nomina di una terapia adeguata.

I componenti principali del sistema delle citochine.

Cellule produttrici di citochine

I. Il gruppo principale di cellule che producono citochine nella risposta immunitaria adattativa sono i linfociti. Le cellule a riposo non secernono citochine. Dopo il riconoscimento dell'antigene e con la partecipazione delle interazioni del recettore (CD28-CD80/86 per i linfociti T e CD40-CD40L per i linfociti B), si verifica l'attivazione cellulare, che porta alla trascrizione dei geni delle citochine, alla traduzione e alla secrezione di peptidi glicosilati nello spazio extracellulare.

Gli helper T CD4 sono rappresentati da sottopopolazioni: Th0, Th1, Th2, Th17, Tfh, che differiscono l'una dall'altra nello spettro delle citochine secrete in risposta a vari antigeni.

Th0 produce una vasta gamma di citochine a concentrazioni molto basse.

La direzione del differenziamento Th0 determina lo sviluppo di due forme di risposta immunitaria con predominanza di meccanismi umorali o cellulari.

La natura dell'antigene, la sua concentrazione, la localizzazione nella cellula, il tipo di cellule che presentano l'antigene e un certo insieme di citochine regolano la direzione della differenziazione Th0.

Le cellule dendritiche, dopo la cattura e l'elaborazione dell'antigene, presentano peptidi antigenici alle cellule Th0 e producono citochine che regolano la direzione della loro differenziazione in cellule effettrici. IL-12 induce la sintesi di IFNg da parte dei linfociti T e ]ChGK. IFNy fornisce la differenziazione di Th1, che inizia a secernere citochine (IL-2, IFNy, IL-3, TNFa, linfotossine), che regolano lo sviluppo di reazioni ai patogeni intracellulari (ipersensibilità di tipo ritardato (DTH) e vari tipi di citotossicità cellulare ).

IL-4 assicura la differenziazione di Th0 in Th2. I Th2 attivati ​​producono citochine (IL-4, IL-5, IL-6, IL-13, ecc.), che determinano la proliferazione dei linfociti B, la loro ulteriore differenziazione in plasmacellule e lo sviluppo di risposte anticorpali, principalmente a cellule extracellulari patogeni.

IFNg regola negativamente la funzione delle cellule Th2 e, al contrario, IL-4, IL-10, secrete da Th2, inibiscono la funzione di Th1. Il meccanismo molecolare di questa regolazione è associato a fattori di trascrizione. L'espressione di T-bet e STAT4, determinata da IFNy, dirige la differenziazione delle cellule T lungo il percorso Th1 e sopprime lo sviluppo di Th2. IL-4 induce l'espressione di GATA-3 e STAT6, che, di conseguenza, assicura la conversione di cellule Th0 naive in cellule Th2.

Negli ultimi anni è stata descritta una distinta sottopopolazione di cellule T helper (Th17) che producono IL-17. I membri della famiglia IL-17 possono essere espressi da cellule di memoria attivate (CD4CD45RO), cellule y5T, cellule NKT, neutrofili, monociti sotto l'influenza di IL-23, IL-6, TGFβ prodotti da macrofagi e cellule dendritiche. Il principale fattore di differenziazione nell'uomo è ROR-C, nei topi è ROR-gl. È stato dimostrato il ruolo cardinale dell'IL-17 nello sviluppo dell'infiammazione cronica e della patologia autoimmune.

Inoltre, i linfociti T nel timo possono differenziarsi in cellule regolatrici naturali (Treg) che esprimono i marcatori di superficie CD4+ CD25+ e il fattore di trascrizione FOXP3. Queste cellule sono in grado di sopprimere la risposta immunitaria mediata dalle cellule Th1 e Th2 attraverso il contatto intercellulare diretto e la sintesi di TGFβ e IL-10.

Cellule T-citotossiche (CD8+), killer naturali - deboli produttori di citochine, come interferoni, TNF-a e linfotossine.

L'eccessiva attivazione di una delle sottopopolazioni Th può determinare lo sviluppo di una delle varianti della risposta immunitaria. Lo squilibrio cronico dell'attivazione di Th può portare alla formazione di condizioni immunopatologiche associate a manifestazioni di allergie, patologie autoimmuni, processi infiammatori cronici, ecc.

II. Nel sistema immunitario innato, i principali produttori di citochine sono le cellule mieloidi. Utilizzando i recettori Toll-like (TLR), riconoscono strutture molecolari simili di vari agenti patogeni, i cosiddetti modelli molecolari associati ai patogeni (PAMP), ad esempio ripetizioni CpG, ecc. Come risultato di questa interazione con TLR, una trasduzione del segnale intracellulare viene lanciata la cascata, che porta all'espressione dei geni di due gruppi principali di citochine: pro-infiammatorie e IFN di tipo 1. Queste citochine sono principalmente (IL-1, -6, -8, -12, TNFa, GM-CSF, IFN , chemochine, ecc.) inducono lo sviluppo dell'infiammazione e sono coinvolti nella protezione dell'organismo dalle infezioni batteriche e virali.

III. Le cellule che non fanno parte del sistema immunitario (cellule del tessuto connettivo, epitelio, endotelio) secernono costitutivamente fattori di crescita autocrini (GGF, EGF, TGFr, ecc.). e citochine che supportano la proliferazione delle cellule ematopoietiche.

L'eccessiva espressione di citochine non è sicura per il corpo e può portare allo sviluppo di un'eccessiva reazione infiammatoria, una risposta di fase acuta. Vari inibitori sono coinvolti nella regolazione della produzione di citochine pro-infiammatorie. Pertanto, sono state descritte numerose sostanze che legano in modo non specifico la citochina IL-1 e impediscono la manifestazione della sua azione biologica (a2-macroglobulina, componente C3 del complemento, uromodulina). Inibitori specifici di IL-1 possono essere recettori decoy solubili, anticorpi e l'antagonista del recettore di IL-1 (IL-1RA). Con lo sviluppo dell'infiammazione, c'è un aumento dell'espressione del gene IL-1RA. Ma anche normalmente, questo antagonista è presente nel sangue ad alte concentrazioni (fino a 1 ng/ml o più), bloccando l'azione dell'IL-1 endogena.

cellule bersaglio

L'azione delle citochine sulle cellule bersaglio è mediata da recettori specifici che legano le citochine con un'affinità molto elevata e le singole citochine possono utilizzare subunità recettoriali comuni. Ogni citochina si lega al suo specifico recettore.

I recettori delle citochine sono proteine ​​transmembrana e sono divisi in 5 tipi principali. Il più comune è il cosiddetto tipo di recettori ematopoietici, che hanno due domini extracellulari, uno dei quali contiene una sequenza comune di residui amminoacidici di due ripetizioni di triptofano e serina separate da qualsiasi amminoacido (motivo WSXWS). Il secondo tipo di recettore può avere due domini extracellulari con un gran numero di cisteine ​​conservate. Questi sono i recettori della famiglia IL-10 e IFN. Il terzo tipo è rappresentato dai recettori delle citochine appartenenti al gruppo del TNF. Il quarto tipo di recettore delle citochine appartiene alla superfamiglia dei recettori delle immunoglobuline, che hanno domini extracellulari simili nella struttura a quelli delle molecole di immunoglobuline. Il quinto tipo di recettori che legano le molecole della famiglia delle chemochine è rappresentato dalle proteine ​​transmembrana che attraversano la membrana cellulare in 7 punti. I recettori delle citochine possono esistere in forma solubile, conservando la capacità di legare i ligandi.

Le citochine sono in grado di influenzare la proliferazione, la differenziazione, l'attività funzionale e l'apoptosi delle cellule bersaglio. La manifestazione dell'attività biologica delle citochine nelle cellule bersaglio dipende dalla partecipazione di vari sistemi intracellulari alla trasmissione del segnale dal recettore, che è associata alle caratteristiche delle cellule bersaglio. Il segnale per l'apoptosi viene effettuato, tra l'altro, con l'aiuto di una regione specifica della famiglia dei recettori del TNF, il cosiddetto dominio della "morte". I segnali differenziali e di attivazione vengono trasmessi tramite proteine ​​Jak-STAT intracellulari, trasduttori di segnale e attivatori di trascrizione. Le proteine ​​G sono coinvolte nella trasduzione del segnale dalle chemochine, che porta ad un aumento della migrazione e dell'adesione cellulare.

L'ultimo componente, le citochine ei loro antagonisti, sono stati descritti sopra.

Le citochine sono i principali fattori infiammatori umorali necessari per l'attuazione delle funzioni protettive dell'immunità innata. Tre gruppi di citochine sono coinvolti nello sviluppo dell'infiammazione: citochine infiammatorie o pro-infiammatorie, chemochine, fattori stimolanti le colonie, nonché fattori funzionalmente correlati IL-12 e IFNy. Le citochine svolgono anche un ruolo importante nella soppressione e nel contenimento della risposta infiammatoria. Le citochine antinfiammatorie includono il fattore di crescita trasformante B (TGFp), IL-10; IL-4 svolge spesso il ruolo di un fattore antinfiammatorio.
Esistono 3 principali rappresentanti del gruppo di citochine pro-infiammatorie: TNFa, IL-1 e IL-6; relativamente recentemente, ad essi sono state aggiunte IL-17 e IL-18. Queste citochine sono prodotte principalmente da monociti e macrofagi attivati, prevalentemente al centro dell'infiammazione. Le citochine pro-infiammatorie possono anche essere prodotte dai neutrofili, cellule dendritiche attivate dai linfociti B, NK e T. Al centro della penetrazione dei patogeni, le citochine sono le prime a sintetizzare alcuni macrofagi infiammatori locali. Quindi, nel processo di emigrazione dei leucociti dal flusso sanguigno, il numero di cellule produttrici aumenta e il loro spettro si espande. In particolare, cellule epiteliali, endoteliali, sinoviali, gliali, fibroblasti stimolati da prodotti microbici e fattori infiammatori sono collegati alla sintesi di citochine pro-infiammatorie. I geni delle citochine sono classificati come inducibili. Gli induttori naturali della loro espressione sono i patogeni ei loro prodotti che agiscono attraverso i TLR e altri recettori che riconoscono i patogeni. L'induttore classico è l'LPS batterico. Allo stesso tempo, alcune citochine pro-infiammatorie (IL-1, TNFa) sono esse stesse in grado di indurre la sintesi di citochine pro-infiammatorie.
Le citochine pro-infiammatorie sono sintetizzate e secrete piuttosto rapidamente, sebbene la cinetica di sintesi di varie citochine di questo gruppo non sia la stessa. In casi tipici (versione rapida), la loro espressione di mRNA si nota 15-30 minuti dopo l'induzione, la comparsa del prodotto proteico nel citoplasma dopo 30-60 minuti e il suo contenuto nel mezzo extracellulare raggiunge un massimo dopo 3-4 ore breve tempo - di solito poco più di un giorno. Non tutto il materiale sintetizzato viene secreto. Alcune citochine sono espresse sulla superficie cellulare o contenute in granuli citoplasmatici. Il rilascio di granuli può causare gli stessi segnali di attivazione della produzione di citochine. Ciò garantisce un rapido (entro 20 minuti) ingresso di citochine nella lesione.
Le citochine pro-infiammatorie svolgono molte funzioni. Il loro ruolo principale è l '"organizzazione" della reazione infiammatoria (Fig. 2.55). Uno degli effetti più importanti e precoci delle citochine pro-infiammatorie è un aumento dell'espressione delle molecole di adesione sulle cellule endoteliali, nonché sui leucociti stessi, che porta alla migrazione dei leucociti dal flusso sanguigno al sito di infiammazione (vedere la sezione 2.3.3). Inoltre, le citochine inducono un aumento del metabolismo dell'ossigeno delle cellule, la loro espressione di recettori per citochine e altri fattori infiammatori, la stimolazione della produzione di citochine, peptidi battericidi, ecc. Le citochine pro-infiammatorie hanno un effetto prevalentemente locale. L'ingresso nella circolazione di citochine pro-infiammatorie eccessivamente secrete contribuisce alla manifestazione degli effetti sistemici dell'infiammazione e stimola anche la produzione di citochine da parte delle cellule lontane dal focolaio dell'infiammazione. A livello di sistema, le citochine pro-infiammatorie stimolano la produzione di proteine fase acuta, causare un aumento della temperatura corporea, agire

Riso. 2.55. Trasduzione del segnale intracellulare innescata da citochine pro-infiammatorie e meccanismi di attivazione di geni pro-infiammatori

endocrino e sistema nervoso, e in dosi elevate portano allo sviluppo di effetti patologici (carne allo shock, simile al settico).
IL-1 è una designazione collettiva per una famiglia di proteine ​​che comprende più di 11 molecole. La funzione della maggior parte di essi è sconosciuta, tuttavia, 5 molecole - IL-1a (secondo la classificazione moderna - IL-1F1), IL-1p (IL-1F2), IL-1RA (IL-1F3), IL-18 (IL-1F4) e IL-33 (IL-1F11) - citochine attive.
IL-1a e IL-1P sono tradizionalmente indicati come IL-1 perché interagiscono con lo stesso recettore e i loro effetti sono indistinguibili. I geni per queste citochine si trovano sul braccio lungo del cromosoma umano 2. L'omologia tra loro a livello di nucleotide è del 45%, a livello di amminoacidi - 26%. Entrambe le molecole hanno una struttura p-piegata: contengono 6 paia di p-strati antiparalleli e hanno una forma a trifoglio. Le cellule sintetizzano una molecola precursore con un peso molecolare di circa 30 kDa, priva di peptidi segnale, che indica un modo insolito di elaborare la molecola IL-1. Il peso molecolare delle proteine ​​mature è di circa 18 kDa.
IL-1a esiste in tre forme: intracellulare (una molecola solubile è presente nel citosol e svolge funzioni regolatrici), membrana (la molecola viene consegnata alla superficie cellulare attraverso un meccanismo simile al riciclo del recettore e si ancora alla membrana) e secretiurema ( la molecola viene secreta nella sua forma originale , ma subisce un'elaborazione - scissione da parte di proteasi extracellulari con la formazione di una citochina attiva del peso di 18 kDa). La variante principale della molecola IL-1a nell'uomo è la variante della membrana. In questa forma l'azione della citochina è più pronunciata, ma si manifesta solo localmente.
L'elaborazione di IL-1P avviene all'interno della cellula con la partecipazione di un enzima specializzato - IL-1-convertasi (caspasi 1), situato nei lisosomi.
L'attivazione di questo enzima viene effettuata come parte di un inflammosoma, una struttura supramolecolare temporanea che include, oltre alla caspasi 1 inattiva, i recettori intracellulari della famiglia NLR (vedi Sezione 2.2.3) - NOD1, NOD2, IPAF e altri. che provoca lo sviluppo di un segnale di attivazione. Di conseguenza, si verificano la formazione del fattore di trascrizione NF-kB e l'induzione di geni proinfiammatori, nonché l'attivazione dell'inflammosoma e della sua caspasi 1. L'enzima attivato scinde la molecola precursore dell'IL-1P e la forma matura la citochina con un peso molecolare di 18 kDa viene secreta dalla cellula.
IL-1a, IL-1P e l'antagonista del recettore IL-1 condividono recettori comuni espressi spontaneamente su molti tipi di cellule. Quando le cellule vengono attivate, il numero di recettori di membrana per IL-1 aumenta su di esse. Il principale - IL-1RI - contiene 3 domini simili a immunoglobuline nella parte extracellulare. La sua parte intracellulare rappresenta il dominio TIR, che è strutturalmente simile a domini TLR simili e innesca le stesse vie di segnalazione (vedi sezione 2.2.1). Il numero di questi recettori è piccolo (200-300 per cellula), ma hanno un'elevata affinità per IL-1 (Kd è 10-11 M). Un altro recettore, IL-1RII, manca di una componente di segnale nella parte citoplasmatica, non trasmette un segnale e funge da recettore esca. La trasduzione del segnale da IL-1RI coinvolge gli stessi fattori del TLR (ad esempio MyD88, IRAK e TRAF6), che porta a risultati simili: la formazione dei fattori di trascrizione NF-kB e AP-1, che causa l'espressione dello stesso un insieme di geni (vedi Figura 2.12). Questi geni sono responsabili della sintesi di citochine pro-infiammatorie, chemochine, molecole di adesione, enzimi che assicurano l'attività battericida dei fagociti e altri geni i cui prodotti sono coinvolti nello sviluppo della risposta infiammatoria. IL-1 stesso appartiene ai prodotti, la cui secrezione è indotta da IL-1; in questo caso si innesca un ciclo di feedback positivo.
Gli obiettivi di IL-1 possono potenzialmente essere qualsiasi cellula del corpo. Nella massima misura, la sua azione colpisce le cellule endoteliali, tutti i tipi di leucociti, le cellule della cartilagine e del tessuto osseo, le cellule sinoviali ed epiteliali e molti tipi di cellule nervose. Sotto l'influenza di IL-1, viene indotta l'espressione di più di 100 geni; con la sua partecipazione vengono realizzate più di 50 diverse reazioni biologiche. I principali effetti dell'IL-1 provocano l'emigrazione dei leucociti e l'attivazione della loro attività fagocitica e battericida. Influiscono anche sul sistema di coagulazione e sul tono vascolare, determinando le caratteristiche dell'emodinamica al centro dell'infiammazione. IL-1 ha un effetto multiforme sulle cellule dell'immunità non solo innata, ma anche adattativa, stimolando solitamente le manifestazioni di entrambi.
IL-1 ha molti effetti sistemici. Stimola la produzione di proteine ​​\u200b\u200bdella fase acuta da parte degli epatociti, quando agisce sul centro termoregolatore dell'ipotalamo, provoca lo sviluppo della febbre, partecipa allo sviluppo delle manifestazioni sistemiche del processo infiammatorio (ad esempio malessere, perdita di appetito, sonnolenza , debolezza), che è associato all'azione di IL-1 sul sistema nervoso centrale. Migliorando l'espressione dei recettori per i fattori stimolanti le colonie, IL-1 migliora l'emopoiesi, che è associata al suo effetto radioprotettivo. IL-1 stimola il rilascio di leucociti dal midollo osseo, principalmente neutrofili, compresi quelli immaturi, che porta alla comparsa di leucocitosi durante l'infiammazione e uno spostamento della formula dei leucociti a sinistra (accumulo di forme cellulari immature). Gli effetti dell'IL-1 influenzano le funzioni autonomiche e anche l'attività nervosa più elevata (cambiamenti nelle risposte comportamentali, ecc.). Anche i condrociti e gli osteociti possono essere bersagli dell'IL-1, che è la ragione della capacità dell'IL-1 di causare la distruzione della cartilagine e dell'osso quando sono coinvolti in processo infiammatorio e viceversa, iperplasia dei tessuti patologici (panno nell'artrite reumatoide). L'effetto dannoso dell'IL-1 si manifesta anche nello shock settico, nel danno articolare nell'artrite reumatoide e in una serie di altri processi patologici.
La duplicazione degli effetti dell'IL-1 dei prodotti batterici è associata alla necessità di una riproduzione ripetuta dell'effetto attivante dei patogeni senza la loro diffusione. I microrganismi stimolano solo le cellule situate nelle immediate vicinanze del sito di penetrazione, principalmente i macrofagi locali. Lo stesso effetto viene poi ripetutamente riprodotto dalle molecole di IL-1p. L'esecuzione di IL-1 di questa funzione è facilitata dall'espressione dei loro recettori da parte di quasi tutte le cellule del corpo durante l'attivazione (si verifica principalmente al centro dell'infiammazione).
L'antagonista del recettore IL-1 (IL-1RA) è omologo a IL-1a e IL-1P (rispettivamente 26% e 19% di omologia). Interagisce con i recettori IL-1, ma non è in grado di trasmettere un segnale alla cellula. Di conseguenza, IL-1RA agisce come un antagonista specifico di IL-1. IL-1RA è secreto dalle stesse cellule di IL-1, questo processo non richiede la partecipazione della caspasi 1. La produzione di IL-1RA è indotta dagli stessi fattori della sintesi di IL-1, tuttavia, parte di essa è prodotto spontaneamente da macrofagi ed epatociti. Di conseguenza, questo fattore è costantemente presente nel siero del sangue. Ciò è probabilmente necessario per prevenire le conseguenze negative dell'azione sistemica dell'IL-1, che viene prodotta in quantità significative durante l'infiammazione acuta. L'IL-1RA ricombinante è attualmente in fase di test come medicinale nel trattamento di malattie infiammatorie croniche (artrite reumatoide, ecc.)
IL-18 è una citochina pro-infiammatoria correlata a IL-p: è anche sintetizzata come precursore convertito con la partecipazione della caspasi 1; interagisce con il recettore, la cui parte citoplasmatica contiene il dominio TIR e trasmette un segnale che porta all'attivazione di NF-kB. Di conseguenza, si verifica l'attivazione di tutti i geni pro-infiammatori, tuttavia, è meno pronunciata che sotto l'azione di IL-1. Una proprietà separata di IL-18 è l'induzione (specialmente in combinazione con IL-12) della sintesi di IFNy da parte delle cellule. In assenza di IL-12, IL-18 induce la sintesi dell'IFNy antagonista IL-4 e contribuisce allo sviluppo di reazioni allergiche. L'azione di IL-18 è limitata da un antagonista solubile che la lega nella fase liquida.
IL-33 è strutturalmente molto vicino a IL-18. L'elaborazione di IL-33 avviene anche con la partecipazione della caspasi 1. Tuttavia, questa citochina differisce dagli altri membri della famiglia IL-1 nelle sue funzioni. La particolarità dell'azione di IL-33 è in gran parte dovuta al fatto che il suo recettore è espresso selettivamente sulle cellule IL-2. A questo proposito, IL-33 promuove la secrezione di N2-citochine IL-4, IL-5, IL-13 e lo sviluppo di processi allergici. Non ha un significativo effetto pro-infiammatorio.
Il fattore di necrosi tumorale a (TNFa o TNFa) è un membro di un'altra famiglia di proteine ​​immunologicamente significative. È una citochina pro-infiammatoria con un ampio spettro di attività. TNFa ha una struttura piegata. È sintetizzato come una molecola di membrana funzionalmente attiva pro-TNFa con un peso molecolare di 27 kDa, che è una proteina transmembrana di tipo II (cioè, la sua parte N-terminale è diretta nella cellula). Come risultato della proteolisi, nel dominio extracellulare si forma un monomero solubile con un peso molecolare di 17 kDa. I monomeri di TNFa formano spontaneamente un trimero con un peso molecolare di 52 kDa, che è la forma principale di questa citochina. Il trimero ha una forma a campana e le subunità sono collegate dalle loro C-terminali contenenti ciascuna 3 siti di legame al recettore, mentre le N-terminali non sono collegate tra loro e non partecipano all'interazione con i recettori (e, di conseguenza , nell'esecuzione delle funzioni delle citochine). A valori di pH acido, il TNFa acquisisce una struttura α-elicoidale, che provoca un cambiamento in alcune delle sue funzioni, in particolare, un aumento della citotossicità. Il TNF è il membro prototipico della grande famiglia delle molecole della superfamiglia del TNF (Tabella 2.31). Comprende le linfotossine a e b (solo la prima esiste in forma solubile), così come molte molecole di membrana coinvolte nelle interazioni intercellulari (CD154, FasL, BAFF, OX40-L, TRAIL, APRIL, LIGHT), che verranno menzionate di seguito in vari contesti. Secondo la nomenclatura moderna, il nome dei membri della superfamiglia è costituito dall'abbreviazione TNFSF e da un numero di serie (per TNFaf - TNFSF2, per linfotossina a - TNFSF1).
Tabella 2.31. I principali rappresentanti delle famiglie del fattore di necrosi tumorale e dei suoi recettori

Fattore (ligando)	Cro mosoma	Peso molecolare, kDa	Recettore
TNFFa (TNFSF2)	6r	17; trimero - 52; forma glicosilata - 25.6	TNF-R1, TNF-R2 (TNFRSF1, TNFRSF2)
Linfotossina (TNFSF1)	6r	22,3	TNF-R1, TNF-R2
Linfotossina B (TNFSF3)	6r	25,4	LTp-R (TNFRSF3)
OX-40L (TNFSF4)	1q	34,0	OX-40 (TNFRSF4; CD134)
CD40L (TNFSF5; CD154)	PE	39,0	CD40 (TNFRSF5)
FasL (TNFSF6; CD178)	1q	31,5	Fas/APO-1 (CD95) (TNFRSF6)
CD27L (TNFSF7, CD70)	19 p	50,0	CD27 (TNFRSF7)
CD30L (TNFSF8)	9q	40,0	CD30 (TNFRSF8)
4-1 BBL (TNFSF9)	19 p	27,5	4-1BB (TNFRSF9; CD137)
SENTIERO (TNFSF10)	3q	32,0	VK4b VK5
APRILE (TNFSF13)	17 pag	27,0	BCMA, TACI
LUCE (TNFSF14)	16q	26,0	HVEM (TNFRSF14)
GITRL (TNFSF18)	1p	22,7	GITR (TNFRSF18)
BAFF (TNFSF20)	13	31,2	BAFFR, TACI, BCMA

I principali produttori di TNFa, come IL-1, sono monociti e macrofagi. Viene anche secreto da neutrofili, cellule endoteliali ed epiteliali, eosinofili, mastociti, linfociti B e T quando sono coinvolti nel processo infiammatorio. Il TNFa viene rilevato nel flusso sanguigno prima di altre citochine pro-infiammatorie - già 20-30 minuti dopo l'induzione dell'infiammazione, che è associata alla "caduta" della forma della membrana della molecola da parte delle cellule, e forse anche al rilascio di TNFa come parte del contenuto dei granuli.
Esistono 2 tipi di recettori del TNF comuni a TNFa e linfotossina a: TNFRI (dal recettore I del fattore di necrosi tumorale) e TNFRII con pesi molecolari di 55 e 75 kDa, rispettivamente. TNFRI è presente su quasi tutte le cellule del corpo, ad eccezione degli eritrociti, e TNFRII è presente principalmente sulle cellule del sistema immunitario. I TNFR formano una grande famiglia che include molecole coinvolte nell'interazione cellulare e nell'induzione della morte cellulare - apoptosi. L'affinità di TNFa per TNFRI è inferiore a quella per TNFRII (circa 5x10-10 M e 55x10-11 M, rispettivamente. Quando si lega il trimero TNFa, si verifica la trimerizzazione dei suoi recettori necessari per la trasmissione del segnale.
Le caratteristiche della trasmissione del segnale da questi recettori sono in gran parte determinate dalla struttura della loro parte intracellulare. La parte citoplasmatica del TNFRI è rappresentata dal cosiddetto dominio della morte, dal quale vengono ricevuti i segnali che portano all'attivazione del meccanismo di apoptosi; TNFRII manca di un dominio della morte. La trasduzione del segnale da TNFRI avviene con la partecipazione delle proteine ​​​​adattatrici TRADD (dominio di morte associato a TNFR) e FADD (dominio di morte associato a Fas), che contengono anche domini di morte. Oltre al percorso che porta allo sviluppo dell'apoptosi (attraverso l'attivazione della caspasi 8 o la sintesi della ceramide), vengono isolati molti altri percorsi di segnalazione, che vengono attivati ​​con la partecipazione dei fattori TRAF2/5 e RIP-1. Il primo di questi fattori trasmette un segnale lungo il percorso che porta all'attivazione del fattore NF-kB, cioè lungo il percorso classico di induzione dei geni pro-infiammatori (vedi Fig. 2.55). La via di segnalazione attivata dal fattore RIP-1 porta all'attivazione della cascata MAP con il prodotto finale, il fattore di trascrizione AP-1. Questo fattore include geni che forniscono l'attivazione cellulare e prevengono lo sviluppo dell'apoptosi. Pertanto, il destino della cellula è determinato dall'equilibrio dei meccanismi pro e anti-apoptotici innescati dal legame di TNFa a TNFRI.
L'implementazione delle funzioni TNFa è principalmente associata all'azione attraverso TNFRI - la disattivazione del gene corrispondente porta allo sviluppo di una grave immunodeficienza, mentre le conseguenze dell'inattivazione del gene TNFRII sono insignificanti. Al culmine della risposta infiammatoria, i recettori del TNF-a possono “spargere” dalla membrana ed entrare nello spazio intercellulare, dove si legano al TNF-a, esercitando un effetto antinfiammatorio. A causa di ciò forme solubili TNFR è utilizzato nel trattamento delle malattie infiammatorie croniche. Si è scoperto che il farmaco a base di TNFRII solubile era clinicamente il più efficace.
Come IL-1, il TNFa migliora l'espressione delle molecole di adesione, la sintesi di citochine e chemochine proinfiammatorie, proteine ​​della fase acuta, enzimi delle cellule fagocitiche, ecc. Insieme a IL-1, il TNFa è coinvolto nella formazione di tutte le principali manifestazioni locali e di alcune manifestazioni sistemiche dell'infiammazione. Attiva le cellule endoteliali, stimola l'angiogenesi, migliora la migrazione e attiva i leucociti. Il TNFa, in misura maggiore dell'IL-1, influenza l'attivazione e la proliferazione dei linfociti. In combinazione con IFNy, TNFa induce l'attività di NO-sintasi dei fagociti, che aumenta significativamente il loro potenziale battericida. Il TNFa stimola la proliferazione dei fibroblasti, promuovendo la guarigione delle ferite. Con l'aumento della produzione locale di TNFa, predominano i processi di danno tissutale, manifestati dallo sviluppo della necrosi emorragica. Inoltre, il TNFa inibisce l'attività della lipoproteina lipasi, che indebolisce la lipogenesi e porta allo sviluppo della cachessia (uno dei nomi originali del TNFa è cachessina). L'aumento del rilascio di TNFa e il suo accumulo nella circolazione, ad esempio, sotto l'azione di alte dosi di superantigeni batterici, provoca lo sviluppo di una grave patologia: lo shock settico. Pertanto, l'azione del TNFa, finalizzata a svolgere una funzione protettiva e al mantenimento dell'omeostasi, può essere accompagnata da gravi effetti tossici (locali e sistemici), che spesso causano la morte.
IL-6 - citochina pro-infiammatoria ampia azione. Funge anche da fattore prototipico per una famiglia di citochine che include, oltre alla stessa IL-6, oncostatina M (OSM), fattore inibitorio della leucemia (LIF), fattore neurotrofico ciliare (CNTF), cardiotropina-1 (CT-1 ), e IL-11 e IL-31. Il peso molecolare di IL-6 è di 21 kDa. IL-6 è prodotto da monociti e macrofagi, cellule muscolari endoteliali, epiteliali, gliali, lisce, fibroblasti, linfociti T di tipo Th2 e molte cellule tumorali. La produzione di IL-6 da parte delle cellule mieloidi è indotta dall'interazione dei loro TLR con microrganismi e loro prodotti, nonché sotto l'influenza di IL-1 e TNFa. Allo stesso tempo, entro 2 ore, il contenuto di IL-6 nel plasma sanguigno aumenta di 1000 volte.
I recettori di tutti i fattori della famiglia IL-6 contengono un componente comune: la catena gp130, presente in quasi tutte le cellule del corpo. Il secondo componente del recettore è individuale per ciascuna citochina. La catena specifica del recettore dell'IL-6 (gp80) è responsabile del legame di questa citochina, mentre la gp130 è coinvolta nella trasduzione del segnale poiché è associata alle tirosin-chinasi Jak1 e Jak2. Quando IL-6 interagisce con il recettore, viene attivata la seguente sequenza di eventi: il monomero IL-6 interagisce con la catena gp80, si verifica la dimerizzazione dei complessi (2 molecole di citochine - 2 catene gp80), dopo di che 2 catene gp130 sono attaccate a il complesso, che porta alla fosforilazione di Jak- chinasi. Questi ultimi fosforilano i fattori STAT1 e STAT3, che dimerizzano, si spostano nel nucleo e legano i promotori dei geni bersaglio. La catena gp80 viene facilmente "lavata" dalla cella; nella forma libera interagisce con la citochina, inattivandola; agisce come un inibitore specifico di IL-6.
IL-6 è coinvolto nell'induzione di quasi l'intero complesso delle manifestazioni locali dell'infiammazione. Colpisce la migrazione dei fagociti aumentando la produzione di chemochine CC che attirano monociti e linfociti e attenuando la produzione di chemochine CXC che attirano i neutrofili. Gli effetti pro-infiammatori di IL-6 sono meno pronunciati di quelli di IL-1 e TNFa, al contrario dei quali non aumenta, ma inibisce la produzione di citochine pro-infiammatorie (IL-1, TNFa e IL-6) e chemochine dalle cellule coinvolte nel processo infiammatorio. Pertanto, IL-6 combina le proprietà delle citochine pro e antinfiammatorie ed è coinvolta non solo nello sviluppo, ma anche nel limitare la risposta infiammatoria.
IL-6 è il principale fattore che induce l'espressione genica delle proteine ​​della fase acuta negli epatociti. IL-6 colpisce vari stadi dell'ematopoiesi, tra cui la proliferazione e la differenziazione delle cellule staminali. Serve come fattore di crescita per le plasmacellule immature, migliorando significativamente la risposta immunitaria umorale. IL-6 colpisce anche i linfociti T aumentando l'attività delle cellule T citotossiche.
IL-17 e relative citochine. Un gruppo di citochine, comprese le varietà IL-17, ha attirato l'attenzione generale in relazione alla scoperta di un tipo speciale di T-helper - Th17, che è coinvolto nello sviluppo di alcune forme dannose di reazioni infiammatorie, in particolare, nelle reazioni autoimmuni processi (cfr. sezione 3.4.3.2). Il ruolo di queste citochine nelle risposte immunitarie adattative sarà discusso di seguito. Qui presentiamo solo una caratteristica generale delle citochine e consideriamo brevemente il loro ruolo nelle reazioni immunitarie innate.
La famiglia IL-17 comprende 6 proteine, designate dalle lettere dalla A alla F. IL-17A e IL-17F hanno le proprietà delle citochine pro-infiammatorie. Sono omodimeri tenuti insieme da un legame disolfuro; il loro peso molecolare è di 17,5 kDa. Queste citochine sono prodotte dal citato Th17, così come dalle cellule T CD8+, dagli eosinofili e dai neutrofili. IL-23 stimola lo sviluppo delle cellule Th17 e la produzione di IL-17.
I recettori per IL-17 sono espressi da molte cellule: epiteliali, fibroblasti, cellule del sistema immunitario, in particolare neutrofili. Il risultato principale dell'interazione di IL-17 con il recettore, come con l'azione di altre citochine pro-infiammatorie, è l'induzione del fattore NF-kB e l'espressione di numerosi geni infiammatori NF-KB-dipendenti.
Uno degli importanti effetti biologici dell'IL-17 (insieme all'IL-23) è il mantenimento dell'omeostasi dei neutrofili. Queste citochine aumentano la produzione di neutrofili stimolando la produzione di G-CSF. Allo stesso tempo, l'aumento o la diminuzione della produzione di IL-17 e IL-23 è regolata dal numero di neutrofili nei tessuti periferici: una diminuzione del numero di queste cellule a seguito dell'apoptosi porta ad un aumento della produzione di citochine.
L'effetto pro-infiammatorio di IL-17 si realizza principalmente attraverso l'aumento della produzione di altre citochine (IL-8, IL-6, y-CSF, un certo numero di chemochine) e l'espressione di molecole di adesione. I topi transgenici per IL-17 o IL-23 sviluppano un'infiammazione cronica sistemica di natura interstiziale, con infiltrazione di neutrofili, eosinofili, macrofagi e linfociti di vari organi. Queste citochine sono riconosciute per svolgere un ruolo di primo piano nello sviluppo di malattie autoimmuni croniche.
Famiglia IL-12
IL-12 è stato identificato dalla sua capacità di attivare le cellule NK, indurre la proliferazione dei linfociti T e indurre la sintesi di IFNy. IL-12 occupa un posto speciale tra le citochine prodotte dalle cellule del sistema immunitario innato, poiché (come i suoi principali produttori, le cellule dendritiche) funge da collegamento tra l'immunità innata e quella adattativa. D'altra parte, IL-12 fa parte del tandem IL-12-IFNy, che svolge un ruolo chiave nella difesa immunitaria contro i patogeni intracellulari.
IL-12 è un dimero costituito da subunità p40 e p35. Il suo peso molecolare totale è di 75 kDa. L'attività funzionale di IL-12 è associata alla sua subunità p40. L'IL-12 "su vasta scala" è secreta da monociti attivati, macrofagi, cellule dendritiche mieloidi, neutrofili, cellule epiteliali dei tessuti barriera (producono entrambe le subunità delle citochine IL-12p35 e IL-12p40). La maggior parte delle cellule del corpo sintetizza solo la subunità funzionalmente inattiva ^-12p35. La quantità di eterodimero IL-12 secreta dalla cellula è ristretta alla subunità p35. IL-12p40 è sintetizzato in eccesso e può dimerizzare per formare un omodimero che funge da antagonista di IL-12 e da chemiotattico. Gli induttori della produzione di IL-12 sono principalmente patogeni riconosciuti da TLR e altri recettori che riconoscono pattern. La produzione di IL-12 è potenziata da IL-1, IFNy e dalle interazioni intercellulari mediate da CD40-CD154 e altre coppie di molecole della famiglia - TNFR.
Il recettore IL-12 è maggiormente espresso sulle cellule NK, sulle cellule ThI attivate e sui linfociti T citotossici e, in misura minore, sulle cellule dendritiche. L'espressione del recettore IL-12 da parte delle cellule T attivate è migliorata sotto l'influenza di IL-12, IFNy, IFNa, TNFa e costimolazione attraverso il recettore CD28. Il recettore per IL-12 è un dimero formato dalle subunità di IL-12RP1 (100 kDa) e IL-12RP2 (130 kDa, CD212), a cui è associata una proteina con un peso molecolare di 85 kDa. Entrambe le catene Pj e p2 sono coinvolte nel legame con IL-12, mentre la subunità IL-12RP2 è prevalentemente coinvolta nella trasduzione del segnale. Il dominio intracellulare della catena Pj è associato alla chinasi JAK2 e il dominio intracellulare della catena P2 è associato alla chinasi Tyk2. Le chinasi fosforilano i fattori di trascrizione STAT1, STAT3, STAT4 e STAT5.
La funzione principale dell'IL-12, grazie alla sua capacità di stimolare i linfociti citotossici (NK e T) e di indurre la differenziazione delle cellule Thl (vedi paragrafo 3.4.3.1), è quella di lanciare meccanismi di difesa cellulare contro i patogeni intracellulari. IL-12 agisce già sulle cellule NK e NKT fasi iniziali processi immunitari, migliorando la proliferazione e l'attività citotossica delle cellule NK, e successivamente - linfociti T citotossici e la sintesi di IFNy da parte di tutte queste cellule. Un po' più tardi, IL-12 induce la differenziazione delle cellule Thl, che producono anche IFNy. La condizione per l'induzione delle cellule Thl è l'espressione preliminare da parte delle cellule T CD4+ attivate della subunità del recettore IL-12RP2. Successivamente, le cellule acquisiscono la capacità di legare IL-12, che porta all'attivazione del fattore STAT4, che regola l'espressione dei geni caratteristici delle cellule Thl (per l'espressione del gene IFNG, l'azione del fattore di trascrizione T -bet è più importante). Allo stesso tempo, IL-12 sopprime la differenziazione delle cellule IL-2 e indebolisce la produzione di
Serie B di anticorpi delle classi IgE e IgA. Agendo sulle APC dendritiche e su altre APC, IL-12 induce l'espressione di molecole costimolatorie (CD80/86, ecc.), così come i prodotti APC MHC-II. Pertanto, IL-12 svolge un ruolo di collegamento tra l'immunità innata e quella adattativa e migliora i meccanismi immunitari responsabili della protezione contro i patogeni e i tumori intracellulari.
La famiglia IL-12 comprende IL-23, IL-27 e IL-35. Queste citochine sono eterodimeri: IL-23 è formata da due subunità - IL-23p19 e IL-12p40 (identiche alla corrispondente subunità di IL-12), IL-27 - da subunità Ebi3 e IL-27p28, IL-35 - da subunità Ebi3 e IL-12p35. Queste citochine sono prodotte prevalentemente dalle cellule dendritiche. La produzione di citochine della famiglia IL-12 è innescata da PAMP e citochine presenti sui patogeni, in particolare GM-CSF.
La ricezione di IL-23 è effettuata da due diverse strutture: la subunità IL-12p40 riconosce la catena p del recettore per IL-12 e la subunità IL-23p19 è riconosciuta da un recettore specifico, IL-23R. STAT4 svolge un ruolo importante nella trasduzione del segnale da IL-23. Il recettore IL-27 attiva WSX-1 (un omologo della subunità p2 di IL-12R) e gp130 (una catena polipeptidica che fa parte dei recettori per la famiglia di citochine IL-6).
Come IL-12, IL-23 e IL-27 agiscono prevalentemente sui linfociti T CD4+, promuovendone la differenziazione lungo la via Th1. Caratteristiche di IL-23: un effetto predominante sulle cellule T-memoria, nonché la capacità di supportare lo sviluppo di T-helper come Th17. IL-27 differisce dalle altre due citochine della famiglia per la sua capacità di indurre la proliferazione non solo delle cellule T CD4+ attivate ma anche a riposo. È stato recentemente dimostrato che IL-27 e IL-35 possono agire come fattori regolatori (soppressori), poiché la loro subunità Ebi3 è l'obiettivo del fattore chiave delle cellule T regolatorie FOXP3.
I fattori stimolanti le colonie (CSF) (Tabella 2.32) o emopoietine sono rappresentati da tre citochine: GM-CSF, G-CSF e M-CSF. IL-3 (Multi-CSF) è funzionalmente vicino a loro. Questi fattori sono chiamati fattori stimolanti le colonie perché sono stati identificati per la prima volta dalla loro capacità di supportare la crescita in vitro di colonie di cellule ematopoietiche della composizione appropriata. IL-3 ha lo spettro di attività più ampio, poiché supporta la crescita di eventuali colonie di cellule ematopoietiche, ad eccezione di quelle linfoidi. GM-CSF supporta la crescita sia di colonie miste di granulociti-monociti sia di colonie separate di granulociti e monociti/macrofagi. G-CSF e M-CSF sono specializzati nel sostenere la crescita e la differenziazione delle rispettive colonie. Questi fattori non solo garantiscono la sopravvivenza e la proliferazione cellule emopoietiche di questi tipi, ma sono anche in grado di attivare cellule differenziate già mature (M-CSF - macrofagi, G-CSF - neutrofili). L'M-CSF è coinvolto nella differenziazione dei monociti in macrofagi e inibisce la differenziazione dei monociti in cellule dendritiche. Il G-CSF, oltre ad agire sul ramo granulocitico dell'ematopoiesi, provoca la mobilizzazione delle cellule staminali ematopoietiche dal midollo osseo nel flusso sanguigno.
Tabella 2.32. Caratterizzazione dei fattori stimolanti le colonie

Nome no	cromo pesce gatto	Peso molecolare, kDa	Cellule- produttori	Cellule- bersagli	ricetta tori
GM-CSF	5q	22	Macrofagi, cellule T, cellule NK, cellule stromali, cellule epiteliali	Macrofagi, neutrofili, eosinofili, cellule T, cellule dendritiche, cellule ematopoietiche	GM- RFCS a/r
G-CSF	17q	18-22		Neutrofili, eosinofili, cellule T, cellule ematopoietiche	G-CSFR (1 catena)
M-CSF	5q	45/70 (dimero)	Macrofagi, cellule stromali, cellule epiteliali	macrofagi, emopoietico cellule	c-Fms
fattore delle cellule staminali	12q	32	Stromale cellule	Cellule emopoietiche, cellule B, mastociti	c-kit
Flt-3- ligando	19q	26,4	Stromale cellule	Cellule emopoietiche, mastociti	Flt-3

G-CSF, GM-CSF e IL-3 sono caratterizzati strutturalmente come emopoietine contenenti 4 domini a-elicoidali. I loro recettori contengono 2 catene polipeptidiche, appartengono alla famiglia dei recettori dell'ematopoietina. L'M-CSF è diverso dagli altri CSF. È una molecola dimerica ed esiste sia in forma solubile che legata alla membrana. Il suo recettore ha domini extracellulari simili alle Ig e un dominio intracellulare con attività tirosin-chinasica (il nome di questa proto-oncogene chinasi, c-Fms, è talvolta trasferito all'intero recettore). Quando l'M-CSF si lega ai recettori, questi dimerizzano e attivano la chinasi.
I fattori stimolanti le colonie sono prodotti dalle cellule endoteliali e dai fibroblasti così come dai monociti/macrofagi. GM-CSF e IL-3 sono anche sintetizzati dai linfociti T. Sotto l'influenza dei prodotti batterici (attraverso i recettori che riconoscono i modelli) e delle citochine pro-infiammatorie, la sintesi e la secrezione di fattori stimolanti le colonie aumenta in modo significativo, il che porta ad un aumento della mielopoiesi. La granulocitopoiesi è particolarmente fortemente stimolata, che è accompagnata da una migrazione cellulare accelerata, comprese quelle immature, verso la periferia. Questo crea un quadro di leucocitosi neutrofila con uno spostamento della formula a destra, che è molto caratteristico dell'infiammazione. Vengono utilizzati preparati a base di GM- e G-CSF pratica clinica stimolare la granulocitopoiesi, indebolita dagli effetti citotossici (irradiazione, chemioterapia nel trattamento delle malattie tumorali, ecc.). G-CSF viene utilizzato per mobilizzare le cellule staminali ematopoietiche, seguito dall'uso di leucomassa indotta per ripristinare l'ematopoiesi compromessa.
Il fattore delle cellule staminali (SCF - fattore delle cellule staminali, ligando c-kit) è secreto dalle cellule dello stroma del midollo osseo (fibroblasti, cellule endoteliali), così come tipi diversi cellule durante lo sviluppo embrionale. SCF esiste come molecole transmembrana e solubili (quest'ultima si forma come risultato della scissione proteolitica della parte extracellulare). SCF viene rilevato nel plasma sanguigno. La sua molecola ha due legami disolfuro. Il recettore SCF, c-Kk, ha attività tirosin-chinasica ed è strutturalmente simile a Flt-3 e c-Fms (recettore M-CSF). Quando l'SCF si lega, si verificano dimerizzazione e fosforilazione del recettore. La trasmissione del segnale avviene con la partecipazione di PI3K e della cascata MAP.
Da tempo sono descritte mutazioni del gene SCF e del suo recettore (mutazioni dell'acciaio); nei topi si manifestano con un cambiamento nel colore del mantello e una violazione dell'ematopoiesi. Le mutazioni che interrompono la sintesi della forma della membrana del fattore causano gravi difetti nello sviluppo dell'embrione. Insieme ad altri fattori, SCF è coinvolto nel mantenimento della vitalità delle cellule staminali ematopoietiche, assicura la loro proliferazione e supporta le prime fasi dell'ematopoiesi. SCF è particolarmente importante per l'eritropoiesi e lo sviluppo mastociti, e funge anche da fattore di crescita per i timociti negli stadi DN1 e DN2.
Il fattore Flt-3L (ligando della tirosinchinasi 3 simile a Fms) ha proprietà simili a SCF nella struttura e nell'attività biologica, che, in combinazione con altri fattori, supporta le prime fasi della mielopoiesi e lo sviluppo dei linfociti B. SCF svolge il ruolo di fattore di crescita per i mieloblasti leucemici.
Le chemochine, che sono un importante fattore umorale nell'infiammazione e nell'immunità innata, sono discusse sopra nella descrizione della chemiotassi leucocitaria (vedi sezione 2.3.2).