Zinc-dependent mechanisms of reparative regeneration: Theoretical aspects and translational perspectives

Full Text

Цинк как эссенциальный микроэлемент

Цинк является важным компонентом более 10% протеома организма человека и кофактором почти 300 металлоэнзимов [1], [2]. Взаимодействие с цинком регулирует активность белков, влияя на многочисленные процессы в клетке [3], а удаление цинка из структуры фермента приводит к полной потере его энзиматический активности. В связи с этим цинк выступает как внутриклеточная сигнальная молекула на всех уровнях передачи сигнала, влияя на множество метаболических путей. При этом цинк может выступать как первичный мессенджер или нейротрансмиттер, экскретируясь из секреторных везикул путем экзоцитоза в межклеточную среду, или как вторичный мессенджер, высвобождаясь из белков металлотионеинов (МТ) внутри клетки и включаясь в процессы внутриклеточного сигналинга [4]. Показано, что около 20% внутриклеточного цинка связано с MT [5], которые регулируют его доступность в соответствии с физиологическими потребностями [6]. В частности, показано, что стимуляция и экспрессия МТ регулируют воспаление [7], [8].

Высвобождение цинка после различных стимулов запускает киназно-фосфатазные каскады и транскрипционную регуляцию генов [9]. Внутриклеточный цинк буферизуется путем взаимодействия с протеинами, за счет чего уровни «свободного» цинка снижаются до нетоксичных пикомолярных значений [10]. Огромная разница между общим и «свободным» содержанием цинка в клетке является его отличительным свойством [11]. Кроме того, существуют везикулярные хранилища – цинкосомы, в которых накапливается цинк. Цинк также транспортируется в лизосомы, митохондрии и ядра [3].

Ионы цинка гидрофильны и для транспорта через мембрану нуждаются в специализированных транспортерах. Известно 14 импортеров семейства SLC39 (Zrt-Irt-белок, ZIP), повышающих внутриклеточный уровень цинка, и 10 экспортеров семейства SLC30 (ZnT), выталкивающих цинк из цитозоля, либо закачивающих его в цинкосомы и клеточные органоиды, например, комплекс Гольджи и лизосомы [12], [13], [14], [15]. Таким образом, клеточный гомеостаз и биодоступность цинка строго контролируются ионными переносчиками и внутриклеточными запасами [3], [16] (рис. 1).

 

Обозначения: МТ – металлотионеины, MTF1 – металлочувствительный фактор транскрипции, ZIP – импортер цинка, ZnT – экспортер цинка, Zn²⁺ – ионы цинка.

 

Рисунок 1. Внутриклеточный гомеостаз цинка

Figure 1. Intracellular zinc homeostasis

 

В настоящее время известно, что внеклеточный цинк в физиологических концентрациях связывается с сопряженным с G-белком орфанным рецептором GPR39, который широко экспрессируется в различных органах и тканях. Он играет важную роль в пролиферации, дифференцировке, выживании, апоптозе и ионном транспорте клеток, участвует в противовоспалительных и антиоксидантных реакциях [17]. Активность GPR39 выявлена в нейронах, колоноцитах, кератиноцитах, фибробластах, клетках поджелудочной железы, простаты, слюнных желез, костях. Участие GPR39 в многочисленных метаболических путях определяет его важную роль в работе нервной [18], [19], [20], [21], [22], [23], сердечно-сосудистой [24], иммунной [25], пищеварительной [26], репродуктивной [27], [28] и других систем [29].

Сродство GPR39 к цинку модулируется Са²⁺ [30], а сам рецептор служит посредником между изменениями концентрации Zn²⁺ вне клетки и передачей сигналов Са²⁺ в клетках [31]. Путём повышения уровня Са²⁺ рецептор запускает активацию сигнальных путей внеклеточной сигнал-регулируемой киназы/митоген-активируемой протеинкиназы (ERK/MAPK) и фосфатидилинозитол3-киназы/протеинкиназы (PI3K/AKT).

Несмотря на противоречивые результаты [32], GPR39 рассматривают как уникальную многообещающую мишень для специфического и избирательного терапевтического действия [17], а цинк  – его единственным верифицированным эндогенным лигандом [33].

Среди многообразных биологических функций цинка можно выделить три: структурную, каталитическую и регуляторную [3]. В качестве простетической группы белков, участвующих в реакциях матричного синтеза, цинк является необходимым участником пролиферации и дифференцировки клеток, вследствие чего дефицит этого микроэлемента является патогенетическим звеном многих кожных болезней и приводит к замедленному заживлению ран [34], [35], [36], [37], [38], [39]. Кроме этого, экспериментально продемонстрировано, что дефицит цинка усугубляет диабетическое повреждение почек, о чем свидетельствует более выраженное окислительное повреждение, фиброз и почечная дисфункция [40], [41].

Комплексы цинка с N-алкенилимидазолами

В Иркутском институте химии СО РАН были синтезированы оригинальные комплексы цинка на основе N-алкенилимидазолов, где лигандами выступили винил-, аллил-, алленил-, изопропенил- и пропаргилимидазолы [52]. Общая формула соединений представлена на рис. 2.

 

R – винил, алленил, изопропенил, пропаргил или аллил, R₁ – водород или метил, Э – Zn (II), An – хлор или ацетат, n – 1, 2.

 

Рисунок 2. Общая структурная формула N-алкенилимидазолов

Figure 2. General structural formula of N-alkenylimidazoles

Наш многолетний опыт изучения фармакологических свойств данных комплексов цинка, наряду с антигипоксической активностью [52], [53], [54], продемонстрировал высокую эффективность при ряде патологических процессов, связанных с РР [55], [56], [57]. Следует отметить, что в настоящее время существует острая медицинская и социальная потребность в совершенствовании терапевтических подходов, повышающих способность тканей к регенерации [58].

Полифункциональность и безопасность изученных соединений подчеркивает их высокий трансляционный потенциал, и могут быть обусловлены тем, что производные имидазола в качестве органического лиганда обеспечивают адресную доставку цинка к цинкзависимым ферментам и наиболее эффективному включению микроэлемента в метаболизм. Однако молекулярные механизмы и конкретные фармакологические мишени реализации этих эффектов в данное время не изучены. В представляемом обзоре мы приводим результаты наших исследований с точки зрения молекулярно-клеточных механизмов РР.

Изучение фармакологических свойств комплексов цинка

Ранозаживляющее действие

На моделях кожных линейной и плоскостной ран у крыс изученные нами комплексы цинка с N‑алкенилимидазолами продемонстрировали высокую ранозаживляющую активность. Вещества наносились в виде аппликаций 1% геля на основе натрий карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ). Комплексные соединения цинка демонстрировали более выраженный ранозаживляющий эффект, чем референтные средства сравнения: Цинка сульфат, Метилурацил^® и Солкосерил^®. Наибольшее ранозаживление наблюдалось при нанесении 1% гелей Пилима-1 [(N‑изопропенилимидазол)цинкдиацетат] и Аллила [бис(N-аллилимидазол)цинкдиацетат]. По гистологическим критериям ранозаживления образцы раневых отпечатков кожи крыс, обработанные 1% гелем Пилима-1, демонстрировали более выраженное ранозаживление, чем другие исследуемые вещества, в том числе, Аллил и референтные средства [55].

Противовоспалительная активность

Острое экссудативное воспаление. Нами была изучена противовоспалительная активность Пилима-1 на моделях острого воспаления, вызванного субплантарным введением каррагинана и полного адъюванта Фрейнда (ПАФ) [57]. В качестве референс-препаратов использовали известные нестероидные противовоспалительные средства (НПВС) Диклофенак и Индометацин. Наблюдаемый при этом отек лап является высокочувствительным критерием для оценки эффективности лечения острого воспаления [59].

Было показано, что внутрижелудочное (в/ж) введение Пилима-1 в дозах 5, 7,5 и 10 мг/кг вызывало статистически значимое снижение отека лапы и уменьшение воспаления. При этом Диклофенак в дозах 5 и 7,5 мг/кг был практически сопоставим с Пилимом-1, а Индометацин в дозах 5, 10, 15 и 20 мг/кг (в/ж) значительно уступал Пилиму-1 и Диклофенаку [57].

Пилим-1 при в/ж введении показал себя как более безопасное вещество, чем Диклофенак и Индометацин (полулетальная доза LD₅₀ при в/ж введении крысам была в 1,4 и 10,7 раз выше, чем у Диклофенака и Индометацина соответственно). По величине терапевтического индекса (ТИ) Пилим-1 превосходил Диклофенак в 1,2 раза, а Индометацин – в 1,8 раз. На модели ПАФ-индуцированного отека лапы у крыс Пилим-1 был сопоставим с Индометацином и в 1,5 раза уступал Диклофенаку [57].

Хроническое пролиферативное воспаление изучали на модели «ватная гранулема» путем имплантации стерильного ватного шарика под кожу спины крысы. Было установлено, что при в/ж введении Пилима-1 в дозе 10 мг/кг наблюдается более слабое ингибирование экссудативной фазы и более выраженное подавление пролиферативной фазы, чем при введении Диклофенака (10 мг/кг, в/ж) [57].

На модели эндодонто-пародонтального поражения тканей десны крыс нами были получены результаты, свидетельствующие о выраженном нормализующем влиянии 1% геля Пилима-1 на основе Na-КМЦ на патоморфологические процессы. Через 14 дней после закладывания геля Пилима-1 в корневые и пародонтальные карманы  отмечались активные процессы регенерации, направленные на восстановление органотипического строения ткани поврежденной десны [56]. Также было показано, что при этом снижается активность показателей воспаления эластазы и малонового диальдегида, а также маркера микробной обсемененности уреазы в гомогенатах десны и пульпы. При этом увеличивалась активность антиоксидантного фермента каталазы [60].

Микроциркуляция

Известно, что в основе патогенеза каррагинан-индуцированного отека лежит острое экссудативное воспаление, в котором важную роль играет нарушение микроциркуляции [61]. Микроциркуляторное русло участвует в обеспечении трофики тканей, поэтому показатели микрогемодинамики необходимо учитывать при процессах РР. Методом лазерной допплеровской флоуметрии (ЛДФ) мы показали, что Пилим-1, введенный в дозе 20 мг/кг внутрибрюшинно, улучшает практически все показатели кожной микрогемодинамики, влияя как на перфузию, так и на амплитуды выделенных ритмов ЛДФ-граммы. Особенностью эффектов является отсутствие действия на метаболические процессы эндотелия, связанные с релизингом оксида азота [55].

Антиульцерогенная активность

В наших исследованиях на модели гастропатии, вызванной Диклофенаком (50 мг/кг, в/ж) у крыс, была продемонстрирована антиульцерогенная активность Пилима-1 в дозах 10 и 20 мг/кг, в/ж, превосходящая референс-препарат Фамотидин (50 мг/кг, в/ж) [57].

Анальгезирующее действие

В условиях «формалинового теста» было показано, что Пилим-1 (8 мг/кг, в/ж) в экспериментах на крысах обладает более выраженным болеутоляющим действием в первую фазу воспаления (отражающую острую боль), чем Диклофенак (7 мг/кг, в/ж), и меньшим в сравнении с последним во вторую фазу воспаления (отражающую тоническую боль). В условиях теста «уксусные корчи» на мышах Пилим-1 по анальгезирующей активности был близок или сопоставим с Диклофенаком, а по ТИ несколько его превосходил.

Потенциальные механизмы действия комплексов цинка

Цинк и ранозаживление

Репаративная, или восстановительная регенерация – это каскадный механизм восстановления погибших вследствие каких-либо патологических процессов клеток или тканей. Она разнообразна по способам и факторам, вызывающим повреждения. Каскадный процесс РР включает восстановление мембран, ангиогенез, воспаление, клеточную пролиферацию, ремоделирование тканей и фиброз. Во всех фазах цинк как эссенциальный микроэлемент выступает в качестве важного игрока [62].

Поскольку наиболее изучена РР после механической травмы, мы использовали модель кожной раны у крыс. Несмотря на то, что механизмы ранозаживления и архитектоника кожи у грызунов и человека существенно различаются [63], модели кожных ран на крысах широко используются при доклиническом изучении ранозаживляющих свойств лекарственных веществ и вполне адекватно отражают наличие или отсутствие такого действия. В то же время нехватка моделей на животных, которые точно соответствуют состоянию человека, затрудняет переход от доклинических исследований к клиническим испытаниям [58] [64].

С экспериментальной точки зрения кожа является одним из лучших органов для изучения механизмов реакции на повреждения тканей и их восстановления, а результаты ее исследований способствовали появлению новых фундаментальных принципов регенеративной биологии, применимых к другим эпителиально-мезенхимальным тканям, например, кишечнику, легким, печени [58].

Заживление ран классически делят на четыре основные фазы: гемостаз (0 – несколько часов после травмы), воспаление (1 – 3 дня), пролиферация (4 – 21 день) и ремоделирование (21 день – 1 год) [65].

Гемостаз начинается с сужения стенки сосудов с последующими агрегацией тромбоцитов и образованием тромбоцитарной пробки. Затем активируется коагуляционный гемостаз, завершающийся образованием тромба. Цинк включается как в процессы тромбоцитарного, так и сосудистого гемостаза. В частности, внеклеточный цинк инициирует активацию и дегрануляцию тромбоцитов  во время гемостатической реакции на повреждение [66] и участвует в формировании фибринового сгустка [67].

Фаза воспаления характеризуется активным участием резидентных и привлеченных клеток врожденной и адаптивной иммунной системы, активация которых происходит после взаимодействия ассоциированных с патогенами молекулярных паттернов (PAMP) и ассоциированных с повреждением молекулярных паттернов (DAMP) с клеточными рецепторами распознавания образов, называемыми толл-рецепторами (TLR) [68], [69]. Это активирует несколько внутриклеточных сигнальных путей, включая ядерный фактор каппа B-путь (NF-κB) и митоген-активируемую протеинкиназу (MAPK), которые стимулируют образование хемокинов и провоспалительных цитокинов, в частности, TNF-α и IL-1b [70] [71], [72], [73]. Выделяемые кератиноцитами провоспалительные цитокины (IL-1, IL-6, IL-8) стимулируют миграцию нейтрофилов и макрофагов в зону повреждения и их размножение [74]. Фаза воспаления также протекает с участием цинка, который регулирует NF-κB-путь, влияет на продукцию цитокинов, активирует Т-клетки и макрофаги [62].

Фаза пролиферации начинается по мере уменьшения воспаления. Она характеризуется повторной эпителизацией раны, неоваскуляризацией и образованием грануляционной ткани. В результате размножения и миграции кератиноцитов образуется тонкий эпителиальный слой, покрывающий рану [75]. На заключительном этапе – ремоделирования – грануляционная ткань, состоящая из коллагена III типа,  замещается рубцовой тканью из коллагена I типа – основного компонента здоровой кожи [76].

Роль цинка в ускорении заживления ран доказана [77], но сигнальные пути, участвующие в восстановлении тканей, до конца не исследованы [78]. Изучение ранозаживляющих свойств цинка необходимо для понимания механизмов РР и возможных путей коррекции восстановительных процессов [79]. Несмотря на то, что в эпидермисе содержится относительно большое количество цинка (около 5% от общего содержания в организме) [80], ввиду его важной роли в процессах пролиферации и восстановлении клеточных мембран даже легкий его дефицит приводит к повреждениям кожи и замедленному заживлению ран [81], [37]. Сопряженные с этим факторы, такие как сахарный диабет, ожирение, пожилой возраст, нарушения питания или иммунного статуса, осложняют процесс ранозаживления [39], [58], (51).

Существуют исследования, подтверждающие, что цинк участвует в процессах ранозаживления и регенерации через GPR39, который высоко экспрессируется в кератиноцитах и воспринимает изменения внеклеточного Zn²⁺ [82], [83]. Активация GPR39 ведёт к повышению уровня Са²⁺ и запуску сигнальных путей ERK/MAPK и PI3K/AKT в кератиноцитах, что необходимо для выживания и пролиферации клеток [33], [78] (рис. 3).

Обозначения: АДФ – аденозиндифосфат, АТФ – аденозинтрифосфат, PLC – протеинкиназа С, ERK/MAPK – внеклеточная сигнал-регулируемая киназа/митоген-активируемая протеинкиназа, PI3K/AKT – фосфатидилинозитол3-киназа/протеинкиназа (PI3K/AKT), MAPK-P – фосфорилированная митоген-активируемая протеинкиназа, Са²⁺ – ионы кальция.

 

Рисунок 3. GPR39-опосредованные пути репаративной регенерации

Figure 3. GPR39-mediated pathways of reparative regeneration

 

Кроме того, цинк стимулирует выработку провоспалительных цитокинов, включая IL-6,  фибробластами  через сигнальные пути, опосредованные GPR39 [84]. Существует мнение, что создание агонистов GPR39 в будущем может стать эффективным способом ускорения заживления ран [78], [83].

Учитывая тот факт, что данный рецептор является важным регулятором секреции пищеварительных соков [46], а у нокаутных GPR39 мышей нарушалась пролиферация эпителия на модели язвенного колита [85], можно предположить роль GPR39 в заживляющем действии при экспериментальной язве желудка [86]. Вполне вероятно, что в основе механизма выявленного нами антиульцерогенного действия Пилима-1 может лежать GPR39-опосредованное влияние. Гастропротекторное действие цинка при различных экспериментальных повреждениях желудка известно давно [86], вследствие чего изучение цинксодержащих веществ в качестве противоязвенных препаратов представляет интерес.

Кроме того, было обнаружено, что GPR39 преобладает в тормозных синапсах соматостатин-положительных интернейронов спинного мозга, играющих ключевую роль в передаче механической боли. GPR39 образует специфический   комплекс с глициновыми рецепторами, благодаря чему подавление GPR39 в интернейронах снижает глицинергическое торможение и облегчает возбуждающую передачу к спинальный нейронам, отвечающим за болевые ощущения. В частности, было показано, что фармакологическая активация GPR39 или усиление его взаимодействия с глициновыми рецепторами на уровне спинного мозга облегчает сенсорную и эмоциональную боль, вызванную ПАФ, что делает GPR39 многообещающей мишенью для лечения воспалительной боли [87]. Вполне вероятно, что анальгезирующее действие Пилима-1 может реализовываться через GPR39.

Цинк и воспаление

Воспаление представляет собой защитную реакцию организма, возникающую чаще всего при проникновении возбудителя. Однако воспалительная реакция может развиваться в ответ на повреждение тканей в отсутствие инфекционного агента. В таком случае мы говорим о стерильном воспалении (СВ) – многоступенчатом процессе с участием лейкоцитов, резидентных клеток макрофагально-моноцитарного ряда, фибробластов и клеток, очищающих очаг воспаления от клеточного и тканевого детрита. К признакам воспаления следует отнести формирование зон первичной и вторичной альтерации, реакции микроциркуляторного русла, экссудацию, фазу клеточных реакций и исход в виде развития склероза и фиброза или разрешение процесса с полной или неполной регенерацией клеток и тканей [70]. Фаза клеточных реакций с вовлечением в процесс макрофагов, моноцитов, плазматических и других клеток запускает иммунопатогенетический аспект воспаления. При повреждении кожи активируется врожденный иммунитет и происходит миграция нейтрофилов и моноцитов к месту ранения [25].

Реакции воспаления в значительной степени опосредуются  цитокинами семейства интерлейкинов-1 (IL-1) [88]. В связи с этим, понимание механизмов образования IL‑1 является важнейшей областью исследований, которая может помочь выявить новые фармакологические мишени и подходы к терапии [89]. В настоящее время известно, что образование IL-1β из неактивного предшественника pro-IL-1β опосредовано каспазой-1, расщепляющей неактивный проинтерлейкин в активный [90]. Активация каспазы-1 регулируется внутриклеточным мультибелковым комплексом врожденного иммунитета – инфламмасомой NLRP3. IL-1b является пирогенным цитокином, который, после взаимодействия со своим рецептором 1 типа (IL-1R1), мобилизует и активирует клетки иммунной системы. Цинк может участвовать в регуляции каспазы-1 и последующей секреции IL-1β из первичных макрофагов (М1) [90]. В данном случае цинк, вероятнее всего, оказывает свое влияние не как вторичный посредник, а как кофактор или структурный элемент белка [90] (рис. 4).

 

 

 

Обозначения: pro-IL-1b – предшественник интерлейкина-1b, IL-1b – интерлейкин-1b, IL-1R1 – рецептор к интерлейкину-1, IL-6 – интерлейкин-6, IFN-γ – иммуноглобулин γ, TNF-α – фактор некроза опухоли, M1 – макрофаги 1 типа, M2 – макрофаги 2 типа, Zn²⁺ – ионы цинка, инфламмасома NLPR – инфламмасома белка 3, содержащего пириновый домен 3

 

Рисунок 4. IL-1-опосредованные пути репаративной регенерации

Figure 4. IL-1-mediated pathways of reparative regeneration

 

Учитывая тот факт, что каспаза-1 участвует в пироптозе, определяемом как каспаза-1-зависимая не апоптозная гибель клеток [91], роль цинка в запуске этого процесса является бесспорной. Было показано, что дефицит цинка стимулирует процессинг и секрецию IL-1β через NLRP3-инфламмасома/каспаза-1-зависимый путь [89].

Интересен тот факт, что рецепторы семейства IL-1 содержат домен, гомологичный доменам всех TLR, вследствие чего воспаление, индуцированное взаимодействием лигандов с TLR, вызывает активацию сигнальных путей, аналогичных IL-1 [92].

В целом можно отметить, что цинк обладает противовоспалительным действием [93], а его дефицит может выступать как следствием воспалительного заболевания, так и этиологической причиной. Однако молекулярные механизмы данных процессов остаются до конца невыясненными.

Цинк и пролиферация

Переход от воспалительной фазы к пролиферации является ключевым при заживлении ран [32]. Важную роль в этом процессе играют макрофаги [39]. Известно, что цинк, выступая структурным компонентом белков, участвующих в реакциях матричного синтеза, играет важную роль в пролиферации и дифференциации клеток. Интересен тот факт, что МТ высоко экспрессируется в пролиферирующих тканях и перемещаются в ядро в S-фазу клеточного цикла [8].

Цинк и фиброз

Развитие фиброза или склероза является заключительной стадией иммунопатологических процессов, на которой ключевую роль приобретает активность фибробластов [70]. Известно, что несбалансированный фиброз, в котором важную роль играют активные макрофаги, может приводить к образованию рубцов. Макрофаги образуют фибронектин, усиливающий аттракцию фибробластов в зоне воспаления и стимулирующий их коллагенсинтетическую активность [70] с избыточным накоплением коллагена I типа. Патогенез такого аномального процесса остается неясен. Хотя, по-видимому, существуют тканеспецифические особенности фиброгенеза, всё больше внимания уделяется общим путям фиброза, которые сохраняются в разных тканях, включая трансформирующий фактор роста β (TGF-β), фактор роста соединительной ткани (CTGF), IL-4, IL-13, фактор роста тромбоцитов (PDGF) и остеопонтин [94].

Какова роль цинка в фиброзировании ткани – это вопрос, требующий детального изучения. По последним данным, подавление экспрессии внутриклеточного переносчика цинка SLC39A7 снижает выработку коллагена I типа [95]. Кроме того, было показано, что цинк-альфа-2-гликопротеин (ZAG) ингибирует TGF-β-опосредованную дифференцировку эпителия в мезенхиму и может применяться против келоидов и гипертрофических рубцов [96].

Цинк и иммунитет

Очевиден тот факт, что кожа, выступающая первой линией обороны нашего организма от инфекций, имеет собственную иммунную систему. Кожа содержит как постоянные, так и привлеченные тучные клетки, дендритные клетки, лимфоциты и макрофаги.

Важную роль в формировании адекватного иммунного ответа играют кератиноциты и меланоциты. Кератиноциты содержат TLR, после активации которых запускаются инфламмасомы и белки NF-κB. Кроме того, кератиноциты выделяют различные провоспалительные цитокины, например, IL-1b, IL-6, INF-γ и TNF-α, а также хемокины, такие как CCL27, которые необходимы для активации и привлечения клеток иммунной системы [97], [98]. Они напрямую взаимодействующими с Т-клетками посредством презентации антигенов, а также вырабатывают противомикробные пептиды, напрямую уничтожающие патогены [73]. Меланоциты также экспрессируют различные TLR и регулируют иммунный ответ, высвобождая цитокины (IL-1β, IL-6, TNF-α) и хемокины CCL2 и CCL3, участвующие в привлечении лейкоцитов. Кроме того, меланоциты способствуют фагоцитозу патогенов [99].

Учитывая важную роль цинка в процессах регенерации и пролиферации, очевидно, что иммунная система будет наиболее чувствительна к дефициту цинка. Острый дефицит этого микроэлемента влияет как на врожденный, так и на адаптивный иммунный ответ, о чем свидетельствует корреляция между уровнями цинка и частотой инфекционных заболеваний. Известно, что врожденный иммунный ответ включается первым за счет активации полиморфноядерных клеток, макрофагов и естественных клеток киллеров (NK-клетки). Изменение уровня цинка может выступать в качестве стимула, запускающего каскадный механизм высвобождения цитокинов.

Цинк влияет на выживаемость, пролиферацию и созревание моноцитов, Т- и В-лимфоцитов. Однако в наибольшей степени при дефиците цинка изменяются функции Т-клеток. Этот факт вполне объясним, учитывая, что цинк является кофактором тимулина, высвобождаемого клетками тимуса. Кроме того, цинк смещает баланс между субпопуляциями Т-хелперов (Th) в сторону Th2. Известно, что Th1 играют важную роль в воспалительной фазе, вырабатывая провоспалительные цитокины, например IL-2, и способствуя переходу макрофагов в фенотип М1. По мере завершения воспалительной фазы активность Th1 снижается и начинается восстановительная реакция, опосредованная Th2 [100]. В опытах in vitro продемонстрировано, что цинк оказывает модулирующее действие при дифференцировке моноцитов в макрофаги М1 (провоспалительные) или М2 (иммунорегуляторные/ранозаживляющие) [101], однако полного понимания влияния цинка на фенотипы и функции макрофагов при ранозаживлении в настоящий момент не достигнуто [5].

Макрофаги регулируют все этапы заживления ран [102]. Они участвуют в репарации тканей, утилизации клеточного и тканевого детрита, фибрина, в ангиогенезе и формировании экстрацеллюлярного матрикса, а также индуцируют антигенспецифичный иммунный ответ. Именно макрофаги выделяют хемокины, TNF-α, PDGF, TGF-β, фактор роста фибробластов (FGF), IL-1, при действии которых происходит миграция и последующая пролиферация фибробластов в рану. Под влиянием этих факторов фибробласты вырабатывают коллаген и секретируют коллагеназу, вызывающую деградацию соединительной ткани, что приводит к несбалансированному фиброзу.

Макрофаги могут дифференцироваться в М1 и М2. На ранних стадиях заживления ран инфильтрующие моноциты и резидентные макрофаги приобретают провоспалительный фенотип М1 [103]. Они выступают активными участниками воспаления, вырабатывая провоспалительные цитокины (TNF-a, IL-6, IL-1b, CCL2, IL-8, IL-12, IL-23, IFN I типа), в то время как М2 продуцируют противовоспалительные цитокины (TNF-b, IL-10, IL-4, IL-13) и вносят свой вклад в процессы ремоделирования соединительной ткани и репаративной регенерации [102], [104]. Соотношение М1/М2 зависит от хемо- и цитокинового окружения клеток и отражает благоприятную или неблагоприятную роль в развитии заболеваний [105].

Показано, что увеличение провоспалительных клеточных инфильтратов из нейтрофилов и макрофагов [106], а также нарушение регуляции ключевых провоспалительных цитокинов, таких, как IL-1b и TNF-a, замедляет заживление [107].

Гомеостаз цинка в иммунных клетках поддерживается с помощью переносчиков, однако механизмы транспорта цинка через мембрану также мало изучены. В Т-клетках высоко экспрессируются ZIP6 и ZIP8, которые участвуют в их активации через приток цинка. ZIP6 экспрессируется на цитоплазматической мембране Т-клеток и способствует поступлению цинка из внеклеточных источников после активации TCR [108]. На линии Т-клеток человека с нокаутом ZIP6 было показано, что снижение поступления цинка в Т-клетки приводит к снижению экспрессии маркеров активации T-клеток и продукции IL-2 [109].

Таким образом, заживление ран – сложный динамичный процесс, в который вовлечено множество типов клеток, в том числе иммунных. Они выделяют цитокины и факторы роста, которые способствуют усилению воспалительного процесса.

About the authors

Svetlana A. Lebedeva

Email: Lebedeva502@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-0325-6397
SPIN-code: 4031-4932

Pavel A. Galenko-Yaroshevsky (Jr.)

Email: Pavelgalenko@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-6279-0242

Boris A. Trofimov

Email: boris_trofimov@irioch.irk.ru
ORCID iD: 0000-0002-0430-3215
SPIN-code: 5179-9902

Lidiya N. Parshina

Email: parshina@irioch.irk.ru
ORCID iD: 0000-0002-5516-6214
SPIN-code: 8333-2047

Olga V. Shelemekh

Email: lioli777@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-3488-9971

Alina V. Sergeeva

Author for correspondence.
Email: alina_sergeeva_v@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4335-2156
SPIN-code: 1917-7035
Russian Federation

Grigori R. Murashko

Email: grihsanfeed@gmail.com
ORCID iD: 0009-0008-7023-6357

Natalia D. Bunyatyan

Email: ndbun@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9466-1261
SPIN-code: 9853-1232

Maria Yu. Materenchuk

Email: mariamatter231@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0711-4153
SPIN-code: 4360-1756

Anait V. Zelenskaya

Email: anait_06@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9512-2526
SPIN-code: 7646-3620

Pavel A. Galenko-Yaroshevsky

Email: Galenko.Yaroсhevsky@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-3190-1437
SPIN-code: 1575-6129

References