INTERFERON GAMMA-CYTOKINE WITH ANTIVIRAL, IMMUNOMODULATORY AND ANTITUMOR ACTION

Cover Page

Abstract


Interferon gamma is a unique drug with anti-virus, anti-tumor and immunomodulatory activity. Thanks to the latter its quality interferon gamma was added to cytokines - regulators of immune responses. The study of this interesting cytokine can open up broad prospects for the treatment of patients not only with lymphoproliferative diseases, but patients with cancer and infectious diseases.

Full Text

Иммунная система является одной из наиболее интегрированных систем в организме и, наряду с нервной и эндокринной системами, обеспечивает функционирование в организме человека единой нейрогуморальной системы. Главной функцией иммунной системы является выявление и обезвреживание «чужого». При этом иммунная система обеспечивает связывание и разрушение как инфекционных, так и неинфекционных антигенов. Сигнальные молекулы (цитокины) в свою очередь обеспечивают коммуникацию между клетками и модуляцию иммунокомпе-тентных клеток. Еще в 1949 году доктор Шервуд Лоуренс сделал революционное открытие: обнаружил субстанции, играющие важную роль в иммунитете. Изучая иммунные реакции у больных туберкулёзом, он установил, что иммунитет может передаваться от одного организма другому, при введении ему экстракта лейкоцитов, содержащего особые молекулы, на которых и «записан иммунный опыт» первого. Эти молекулы, имеющие очень малый размер и состоящие из 44 аминокислотных остатков, были названы трансфер факторами и отнесены к цитокинам. Цитокины (протеины, или пептиды, в т.ч. гликозилированные) - молекулы, с помощью которых клетки иммунной системы могут обмениваться друг с другом информацией и осуществлять координацию действий. На сегодняшний момент изучено уже более 200 различных сигнальных молекул. Особенностью их является то, что они сами не могут оказывать никакого воздействия на чужеродные антигены и служат исключительно для передачи информации от одной клетки другим. Без участия цитокинов невозможно развитие нормального иммунного ответа. Одним из ключевых цитокинов является интерферон. В организме человека существует около 20 видов интерферонов. Для удобства изучения интерфероны разделили на 3 группы по их молекулярному действию, и в зависимости от того на какие рецепторы воздействует и какие механизмы запускает данный интерферон. Вместе с тем, открытие интерферо-нов теснейшим образом было связано с изучением вирусной интерференции. Алик Айзекс и выпускник Эдинбургского университета Линденманн изучали это вирусное противоборство [6]. Суть ин 56 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, №3, 2014 г. терференции заключается в том, что субстанция или организм при взаимодействии с себеподобным либо угнетает его, либо ослабевает сам. Уже к середине прошлого века было доказано, что если клетка заражена одним типом вируса, другой тип вируса в этой клетке не приживется. Учитывая этот феномен, ученые предполагали разработать принципиально новый метод лечения вирусных инфекций. Айзекс и Линденманн предприняли попытку объяснить феномен вирусной интерференции. Инактивированный вирус гриппа они вводили в оболочку эмбриона цыпленка, вызывая тем самым образование неизвестного вещества. После введения полученного вещества в свежую, ранее не инфицированную оболочку дальнейшие попытки заражения эмбриона вирусом гриппа были безуспешными. Вещество, препятствующее заражению эмбриона, было названо интерфероном. Как показали дальнейшие исследования, интерферон оказывал угнетающее воздействие практически на все вирусы. Таким образом, в руки фармацевтов попал первый препарат, способный противостоять вирусной инфекции, а с середины 60-х годов появилось первое поколение медицинских интерферонов. Так был получен лейкоцитарный интерферон, а в последующем - и рекомбинантный. Существует три типа интерферона: интерферон альфа (ИНФ-α), интерферон бетта (ИНФ-β), интерферон гамма (ИНФ-γ). Все интерфероны обладают противовирусным, иммуномодулирующим, противоопухолевым и антипроли-феративным эффектами. Помимо общих свойств, интерфероны обладают рядом отличий. ИНФ-α и ИНФ-β больше похожи друг на друга. Их гены локализуются в 9 хромосоме. Индуцирующим сигналом для продукции ИНФ-α и ИНФ-β являются вирусы. Эти интерфероны обладают выраженным противовирусным и противоопухолевым действием, в гораздо меньшей степени проявляют иммуномодулирующие свойства. Основными клетками продуцентами для ИНФ-α являются макрофаги, для ИНФ-β - клетки эпителия, фибробласты. ИНФ-γ, наряду с интерлейкином-2 (ИЛ-2) и фактором некроза опухоли альфа (ФНО-α), обладает выраженным иммуномодулирующим действием, является индуктором клеточного звена иммунитета и относится к основным провоспалительным цитокином. Противовирусные и противоопухолевые свойства у ИНФ-γ выражены слабее, чем у ИНФ-α и ИНФ-β. Противовирусный эффект интерферонов заключается в подавлении синтеза вирусной РНК, подавлении синтеза белков оболочки вируса. Механизмом, через который реализуется этот эффект, является активация внутриклеточных ферментов, таких, например, как протеинкиназа или аде-нилатсинтетаза. Протеинкиназа разрушает фактор инициации синтеза белка с матричной РНК, что подавляет белковый синтез. Аденилатсинтетаза вызывает синтез веществ разрушающих вирусную РНК. Иммуномодулирующий эффект ин-терферонов заключается в способности к регуляции взаимодействия клеток, участвующих в иммунном ответе. Эту функцию интерфероны выполняют, регулируя чувствительность клеток к цитокинам и экспрессию на мембранах клеток молекул главного комплекса гистосовместимости I типа (MHC-1). Усиление экспрессии MHC-1ra вирус-инфицированных клетках значительно повышает вероятность того, что они будут распознаны иммунокомпе-тентными клетками и элиминированы из организма. ИНФ-γ обладает наиболее выраженными иммуномодулирующими свойствами. Являясь продуктом Т-лимфоцитов-хелперов I типа, он вместе с другими провоспалительными цитокинами активирует макрофаги, цитотоксические Т-лимфоциты, натуральные киллеры, подавляет активность В-лимфоцитов, активизирует простагландиновую и кортикостероидную системы. Все эти факторы усиливают фагоцитарные и цитотоксиче-ские реакции в зоне очага воспаления, и способствую эффективной элиминации инфекционного агента. Противоопухолевый эффект интер-феронов связан с их способностью замедлять или подавлять рост клеток и активи 57 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, №3, 2014 г. ровать противоопухолевые механизмы иммунной системы. Это свойство интер-феронов было обнаружено давно и широко используется в терапевтических целях. Все противоопухолевые эффекты интер-феронов делятся на прямые и непрямые. Прямые связаны со способность оказывать непосредственное действие на опухолевый клетки, их рост и дифференци-ровку. Непрямые связаны с усилением способности иммунокомпетентных клеток обнаруживать и уничтожать атипичные клетки. Антипролиферативный эффект интерферонов заключается в способности интерферонов к проявлению свойств цитостатиков: подавлять рост клеток за счет ингибирования синтеза РНК, протеинов и ростовых факторов, стимулирующих пролиферацию клеток. Впервые ИНФ-γ, в виде рекомбинантного белка, получен в 1984-85гг. В 90-х годах установлена его третичная структура, выявлен специфический клеточный рецептор и система передачи сигнала с рецептора в ядро клетки [7]. ИНФ-γ является продуктом экспрессии активированных Т-лимфоцитов и натуральных киллеров. Рекомбинантный ИНФ-γ, обладающий свойствами природного, получен из штамма-продуцента E. coli, в который встроена плазмида, несущая рекомбинантный ген человеческого лейкоцитарного гамма-интерферона. В рекомбинантном ИНФ-γ, состоящем из 144 аминокислотных остатков, в отличие от природного, N-концевые остатки трех аминокислот (Cys-Tyr-Cys) заменены на аминокислоту Met, и он не гликозилирован. Хотя ИНФ-γ был открыт по способности оказывать противовирусный эффект, в дальнейшем выяснилось, что он представляет собой плейотропный лимфокин, обладающий множественным действием на рост и дифференцировку клеток самых разных типов. Например, гамма-интерферон индуцирует дифференцировку миелоидных клеток из костного мозга и клеток хронического миелолейкоза, в результате чего они приобретают Fcγ-рецепторы, а также функциональные свойства более зрелых моноцитов. Важное и специфичное для интерферона свойство - способность индуцировать экспрессию антигенов MHC класса II на эндотелиальных и эпителиальных клетках, а также клетках опухолевых линий. ИНФ-γ стимулирует и экспрессию антигенов MHC класса I [4]. Подобные эффекты приводят к усилению взаимодействия между иммунными T-лимфоцитами и нелимфоидными клетками, что необходимо, например, для борьбы с вирусной инфекцией. ИНФ-γ представляет собой и важнейший фактор, активирующий макрофаги; он способствует более эффективному уничтожению макрофагами внутриклеточных микроорганизмов, запуская поврежденные ранее микробицидные механизмы макрофагов и вызывая гибель внутриклеточных микроорганизмов [4, 5]. Установлено, что ИНФ-γ способен подавлять пролиферацию клеток эритроидного ростка, выработку эритропоэтина почками и высвобождение железа из макрофагов [4]. ИФН-γ усиливает противоопухолевое действие цитотоксических лимфоцитов. Совместно с лимфотоксином, образуемым как СD4, так и СD8 лимфоцитами, ИФН-γ подавляет рост опухолевых клеток. Воздействуя на ядро клетки-мишени, ИФН-γ индуцирует на ней экспрессию рецепторов лимфотоксина. ИФН-γ повышает неспецифическую активность NK-клеток. ИФН-γ является одним из факторов дифференцировки В-клеток. Он может либо усиливать, либо подавлять В-клеточный иммунный ответ, на поздних стадиях ИФН-γ усиливает секрецию иммуноглобулинов [5]. Очень важным действием ИФН-γ является усиление экспрессии молекул MHC I и II классов на клеточной поверхности, причём ИФН-γ быстрее индуцирует экспрессию молекул HLA DR и DP, чем DQ. Если усиление экспрессии молекул MHC I и II классов происходит на патологически изменённой клетке, она становится более доступной мишенью для последующего разрушения. Если это действие направлено на антигенпрезенти-рующую клетку, то усиливается формирование иммунного ответа [5]. 58 Российский медико-биологический вестник имени академика И.П. Павлова, №3, 2014 г. При вирусной инфекции ИФН-γ может вызывать значительные изменения поверхности клеточной мембраны, что приводит к нарушению прикрепления и проникновения вируса в клетку. ИФН-γ усиливает в клетке синтез фермента олигоаденилат-синтетазы. Олигоаденилатные полимеры активируют эндогенную эндонуклеазу, вызывающую разрушение иРНК и рРНК. ИНФ-γ применяют для коррекции нарушений клеточного иммунитета, а также для лечения инфекционных, аутоиммунных, аллергических и онкологических заболеваний. При секреции ИФН-γ влияет как на саму секретирующую его клетку, так и на расположенные рядом клетки через соответствующие рецепторы [3]. Взаимодействие ИФН-γ с рецепторами клеточной поверхности является первым необходимым этапом начала его действия. ИФН-γ может вызывать как защитные, так и патологические эффекты. Он индуцирует дифференцировку миелоидных клеток костного мозга, в результате которой они приобретают высокоаффинные Fcg-рецепторы для связывания мономерной формы IgG. На зрелых гранулоцитах ИФН-γ индуцирует экспрессию Fcg-рецепторов промежуточной аффинности, которые связывают только агрегированный IgG. ИФН-γ активирует и антителозависимую клеточную цитотоксичность осуществляемую зрелыми гранулоцитами. В настоящее время как в России, так и за рубежом выпускаются коммерческие препараты ИФН-γ: в России ИФН-γ известен под названием Ингарон, в США имеет торговое название Actimmune, а в Великобритании- Immukin. В России препарат Ингарон зарегистрирован для лечения ряда инфекционных заболеваний, в частности он хорошо зарекомендовал себя в качестве третьего препарата при лечении больных хроническим вирусным гепатитом С. Использование Ингарона позволило повысить эффективность противовирусной терапии и снизить частоту развития нежелательных явлений [1]. Ибрагим Йола изучал возможность использования препарата Ингарон для лечения больных ВИЧ-инфекцией в сочетании с туберкулезом легких и ХГС. Исследования показали, что на ранней стадии ВИЧ/СПИД-инфекции при сочетании ее с ХГС и/или туберкулезом легких целесообразным является использование ИФН-α и ИФН-γ, которые способствуют стабилизации инфекционного процесса, уменьшают скорость его прогрессирования и повышают иммунологические показатели. Назначение этих препаратов у больных с ВИЧ + ХГС приводит к снижению цитолиза, что обеспечивает улучшение качества жизни больных, позволив отсрочить назначение ВААРТ [2]. Заключение В заключении следует отметить, что ИФН-γ является уникальным препаратом с антивирусной, противоопухолевой и иммуномодулирующей активностью. Благодаря последнему его качеству ИФН-γ был причислен к цитокинам - регуляторам иммунных реакций. Изучение этого интересного цитокина может открыть широкие перспективы для лечения больных не только с лимфопролиферативны-ми заболеваниями, но и больных с онкологической и инфекционной патологией.

About the authors

T V Sologub

Email: sologub@influenza.spb.ru

V V Tsvetkov

Email: suppcolor@gmail.com

E G Deeva

Email: klinika@influenza.spb.ru

References

  1. Возможности использования интерферона -гамма в комплексной терапии больных хроническим гепатитом С / Т.В. Сологуб [и др.] // Инфекционные болезни. - 2013. - Т. 11, № 2. - С. 74-80.
  2. Иола А.И. Сравнительная клинико-лабораторная и эпидемиологическая характеристика ВИЧ/СПИД инфекции, ассоциированной с туберкулезом в Нигерии и России: автореф. дис. д-ра мед. наук / А.И. Иола. - М., 2006. - 30 с.
  3. Bach E.A. The IFN gamma receptor: a paradigm for cytokine receptor signaling / E.A. Bach, M. Aguet, R.D. Schreiber // Annu. Rev. Immunol. - 1997. - № 15. -Р. 563-591.
  4. Cellular responses to interferon-gamma / U. Boehm [et al.] // Annu. Rev. Immunol. - 1997. - № 15. - Р. 749-795.
  5. IFN-gamma production by antigen-presenting cells: mechanisms emerge / D.M. Frucht [et al.] // Trends Immunol. -2001. - № 22. - Р. 556-560. Isaacs A. Virus interference. I. The interferon / A. Isaacs, J. Lindermann // Proc. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. - 1957. - № 147. - Р. 258-267.
  6. Subramaniam P.S. So many ligands, so few transcription factors: a new paradigm for signaling through the STAT transcription factors / P.S. Subramaniam, B.A. Torres, H.M. Johnson // Cytokine. -2001. - № 15. - Р. 175-187.

Statistics

Views

Abstract - 375

PDF (Russian) - 189

PlumX

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2014 Sologub T.V., Tsvetkov V.V., Deeva E.G.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies