<<
>>

Метаболизм в лимфоцитах в процессе их функционирования в норме и при патологии

На сегодняшний день не вызывает сомнений, что в основе функциональных проявлений лимфоцитов лежат их метаболические реакции. Уже через несколько секунд после контакта лимфоцита с антигеном или мито- геном в клеточной мембране наступает ряд изменений.

Активируется Na+, К+-АТФаза, накачивающая ионы K+ в клетку, а ионы Na+ - из клетки против градиентов их концентраций [Chiampanichayakul S. et al., 2002; Scar- rone S. et al., 2007; Kovaru H. et al., 2010; Toldi G. et al., 2012]. Повышается активность мембранных метилтрансфераз. Возрастает поток Ca2+ внутрь клетки, который является необходимым условием для осуществления процессов, приводящих к увеличению активности гуанилатциклазы и ингибированию аденилатциклазы [Хайдуков С.В., Литвинов И.С., 2005; Зинченко В.П. и др., 2009; Paccani S.R. et al., 2008; Ahmed A. et al., 2009; Toldi G. et al., 2012].

Апоптоз лимфоцитов играет важную роль в адекватной реализации иммунного ответа [Кетлинский С.А., 2012; Новицкий В.В. и др., 2012; Chen W., Lin J., 2011; Wolf K. et al., 2011; Niedzwiedzka-Rystwej P., Deptula W., 2012]. Основные молекулярные механизмы апоптоза на сегодняшний день уже определены [Ельчанинов А.В., Большакова Г.Б., 2012; Таширева Л.А. и др., 2012; Hardwick J.M. et al., 2012; Lencesova L., Krizanova O., 2012; Scatena R., 2012]. Существенные успехи достигнуты в понимании структуры и функционирования Fas-рецептора и связанных с ним молекул, факторов, контролирующих апоптоз (Вс1-2, Вах и т. д.), и сериновых протеаз (каспаз). Одну из ключевых ролей в развитии апоптоза клеток осуществляют эндонуклеазы Активация эндонуклеазы сопровождается фрагментацией ДНК. Само по себе это уже неизбежно обеспечивает гибель клетки. Установлено, что активация эндонуклеазы и гибель тимоцитов на раннем этапе зависят от значительного повышения в цитозоле концентрации Ca2+, наибольшее количество которого имело внеклеточное происхождение.

Утверждается, что для лимфоидных клеток характерен Са2+- зависимый путь апоптоза, а увеличение кальция - это фактор, провоцирующий апоптоз в тимоцитах и лимфоцитах [Green D.R., Scott D.W., 1994; Beaver J.P., Waring P., 1995; Oshimi Y., Miyazaki S., 1995]. Установлено, что в апоптотирующих клетках периферической крови, в том числе в Т- лимфоцитах, определяются, как правило, эндонуклеазы, активируемые ионами Ca2+ и Mg2+. Ядра тимоцитов содержат значительные количества Ca2+,Mg2+-зависимой эндонуклеазы, как полагают, этот энзим активируется глюкокортикоидом. В апоптотирующих лимфоцитах периферической крови здоровых доноров выявлена ДНКаза, активируемая ионами Ca2+ и Mg2+. Лимфоциты больных бронхиальной астмой содержат ДНКазы, активность которых изменяется в зависимости от тяжести заболевания [Абрамова З.И. и др., 2006]. В клетках больных возрастает активность Mn -зависимой ДНКазы и подавляется активность Ca , Mg -зависимой ДНКазы. Учитывая роль Ca2+, Mg^-зависимой ДНКазы в апоптозе клеток, можно выдвинуть предположение о взаимосвязи торможения апоптоза лимфоцитов больных бронхиальной астмой с нарушением индукции «апоптотической» Ca2+, Mg^-зависимой нуклеазы.

С первых минут реакции бласттрансформации в лимфоцитах увеличивается потребление АТФ [Fu Y. et al., 2011; Vyas S., Roberti I., 2011; Zhou H. et al., 2011]. Снижение концентрации АТФ в течение первого часа после воздействия митогена объясняется стимуляцией АТФаз ионных насосов, активацией ферментов путем фосфорилирования, синтезом ростовых факторов и рецепторов к ним. Кроме того, при распознавании эффектором клетки-мишени осуществляется локальный выброс АТФ в межклеточную щель, образующуюся в зоне контакта взаимодействующих клеток. Через 1-2 ч активируется митохондриальное дыхание лимфоцитов, что позволяет клеткам перейти на более высокий энергетический уровень, и синтез АТФ начинает преобладать над его потреблением [Bleackley R.C., 2005; Campello S. et al., 2006; McLeod I.X. et al., 2012]. Этот этап совпадает по времени с переходом активированных митогеном клеток в G-, а затем в S-фазу клеточного цикла.

Активация энергетического обмена во время реакции бласттранс- формации лимфоцитов (РБЛ) проявляется не только в ускорении обмена АТФ, но и в увеличении синтеза пиридиннуклеотидов. В результате этого наблюдается значительное повышение внутриклеточного уровня НАД (в 6 - 11 раз) и НАДФ (в 10 - 21 раз) [Matheny H.E. et al., 2000; Bortell R. et al., 2001]. НАД является субстратом в реакциях АДФ-рибозилирования, ведущих к образованию АДФ-рибозы и ее гомополимера поли-АДФ-рибозы. Последний, присоединяясь к акцепторным ядерным белкам (например, к гистонам), в значительной степени определяет интактность структуры ДНК и хроматина. НАД в качестве обязательного компонента ДНК- лигазной реакции участвует и в процессах репарации ДНК [Чаусов В.Н. и др., 2009]. Таким образом, активация синтеза пиридиновых нуклеотидов в активированных лимфоцитах необходима не только для поддержания ок- сидоредуктазных реакций, но и для синтеза ДНК и репарационных реакций, что делает этот процесс необходимым условием для осуществления РБЛ.

Высокую значимость в поддержании функциональной активности клеток иммунной системы имеют глутатион и ферменты глутатионового метаболизма [Dong W. et al., 2010; Fisher G. et al., 20l1; Shah D. et al., 2011]. Обнаружено, что глутатион может непосредственно модулировать пролиферацию Т-лимфоцитов. Лимфоциты, истощенные по глутатиону, не развивали в полной мере РБЛ на митогенные лектины. Экзогенный глутатион частично поддерживает уровень внутриклеточного глутатиона и полностью восстанавливает пролиферацию, а эндогенный играет ключевую роль в метаболических реакциях, связанных с синтезом ДНК, и, кроме того, опосредует эффекты экзогенных тиолов [Hadzic T. et al., 2005; Dobis D.R. et al., 2008; Hamed Y.B. et al., 2012]. Метаболическую роль глутатиона и ферментов глутатионового обмена также связывают с антиоксидантными процессами [Oldenburg J. et al., 2007; Lee S.H. et al., 2010]. Предполагается, что синтез и восстановление глутатиона через глутатионредуктазу обеспечивают полноценные эффекторные функции естественных киллеров, направленные на элиминацию инфицированных вирусом гепатоцитов, и низкая активность ферментов биотрансформации ксенобиотиков приводит к изменению иммунного гомеостаза через образование реактивных метаболитов ксенобиотиков с последующим их ковалентным связыванием с макромолекулами клеток и образованием «конъюгированных антигенов».

Наряду с изменением в антиген- или митоген-стимулированных лимфоцитах интенсивности ионного транспорта, синтеза макроэргов и нуклеотидов, а также уровня дыхания не остается постоянной и активность ферментов. Так, при стимуляции лимфоцитов человека ФГА активность кислой фосфатазы увеличивается уже через час после воздействия. Через 3 дня уровень фермента нормализуется. При определении активности РНКа- зы и ДНКазы в селезенке, тимусе и лимфатических узлах иммунизированных экспериментальных животных найден уровень ферментов, который в селезенке уменьшается через 12 ч после иммунизации и через 4 - 6 дней приходит в норму. В тимусе и лимфатических узлах он быстро возрастает, а по истечении 5 - 6 дней возвращается к исходному уровню. Изменение ферментативной активности предшествовало образованию антителообразующих клеток [Робинсон М.В. и др., 1986; Уразова О.И. и др., 2001].

Особенно высокой информативностью для исследования метаболизма активированных лимфоцитов обладают окислительновосстановительные ферменты. Это связано с тем, что, являясь основными переносчиками электронов в клетке, они осуществляют ключевые реакции клеточного метаболизма и координируют сопряженные метаболические пути [Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф., 1998; McLain A.L. et al., 2011; Li M. et al., 2012; McAlister-Henn L., 2012; Spanaki C., Plaitakis A., 2012; Stanton R.C., 2012]. Обнаружено, что около 20 % сукцинатдегидрогеназы (СДГ) находится в ядре тимоцитов и спленоцитов, из них 10 % связано с ядерной мембраной. Доказывается, что СДГ в клеточных ядрах может участвовать в выработке свободной энергии, необходимой для дифференцировки и пролиферации [De Halac I.N. et al., 2000; Gryazeva N.I. et al., 2001; Rutter J. et al., 2010].

Значимость изменений уровней активности оксидоредуктаз для реализации эффекторных функций лимфоцитов подтверждается исследованиями метаболизма иммунных клеток при иммунопатологических состояниях. Так, установлено, что у людей с врожденной ферментопатией по глю- козо-6-фосфатдегидрогеназе (Г6ФДГ) скорость реакции РБЛ значительно замедляется [Рагимов А.А., Байрамалибейли И.Э., 1985]. Обнаружена прямая зависимость между геногеографией наследственного дефицита Г6ФДГ и распространенностью туберкулеза легких [Инсанов А.Б. и др., 1993]. Обследование пациентов, инфицированных вирусом иммунодефицита человека, показало снижение активности лактатдегидрогеназы (ЛДГ), НАДФ- оксидазы и малатдегидрогеназы в лимфоцитах крови, а также увеличение уровня СДГ и Г6ФДГ [Пастушенков В.Л. и др., 1990; Митин Ю.А. и др., 1992]. Предполагается, что вторичное иммунодефицитное состояние, развивающееся у больных вирусным гепатитом В, характеризуется не только и не столько снижением количества Т-клеток и нарушением соотношения их субпопуляций, сколько функциональной несостоятельностью лимфоцитов. При этом обнаружено изменение метаболических показателей лимфоцитов: снижение активности СДГ, кислой и щелочной фосфатаз, цитохро- моксидазы. У всех больных снижено содержание АТФ в нейтрофилах, а у 24 % - в лимфоцитах. При проведении сравнительного анализа метаболических показателей лимфоцитов периферической крови у больных острыми вирусными гепатитами А и В обнаружено, что спад уровня реактивности клеток иммунной системы определяется тремя основными причинами: 1 - за счет уменьшения активности оксидоредуктаз, определяющих интенсивность энергетических реакций в клетках; 2 - понижением уровня ключевой реакции пентозофосфатного цикла и в связи с этим возможным ингибированием рибозо-5-фосфат- и НАДФН-зависимых пластических процессов; 3 - снижением уровня реакций восстановления глутатиона. При этом более выраженные нарушения метаболизма лимфоцитов установлены у больных вирусным гепатитом А [Змызгова А.В., 1992]. Установлено, что при развитии метастазов рака шейки матки происходит снижение активности дегидрогеназ цикла Кребса и гликолиза в лимфоцитах циркулирующего пула по сравнению с показателями у больных без метастазов. Проведение антиметастатической химиотерапии увеличивает активность сукцинатдегидрогеназы и продуктивность цикла Кребса [Калабанова Е.А. и др., 2011].

Значимость состояния метаболизма в лимфоцитах крови при иммунопатологических состояниях подтверждается исследованием данных показателей у больных истинной аллергией и псевдоаллергией [Савченко А.А., Смирнова С.В., 2001; Савченко А.А. и др., 2002]. Так, при исследовании уровней активности НАД(Ф)-зависимых дегидрогеназ и концентрации ключевых интермедиатов в лимфоцитах крови у больных истинной аллергией и псевдоаллергией обнаружено увеличение интенсивности реакций, определяющих функции пентозофосфатного цикла, гликолиза и цикла трикарбоновых кислот. Однако увеличение активности ферментов, отражающих интенсивность анаэробного и аэробного дыхания иммунокомпетентных клеток у больных истинной аллергией выше, чем у лиц с псевдоаллергией, что подтверждается повышенной концентрацией пирува- та и малата у первых по сравнению со вторыми. Тем не менее установлено, что у больных истинной аллергией и псевдоаллергией в иммунокомпетентных клетках снижается концентрация АТФ. С помощью нейросетевого предиктора установлено, что в обеих группах обследуемых внутриклеточная концентрация АТФ определяется, прежде всего, интенсивностью реакций цикла трикарбоновых кислот. Однако различия в нейропредикторных взаимосвязях состоят в том, что если у больных истинной аллергией уровень АТФ в лимфоцитах крови определяется НАД-зависимыми дегидрогеназами лимонного цикла, то у лиц с псевдоаллергией - вспомогательными и шунтирующими реакциями. По-видимому, снижение концентрации макроэрга в лимфоцитах крови больных истинной аллергией и псевдоаллергией определяется недостаточной сбалансированностью энергетических и пластических процессов. Следовательно, особенности метаболизма иммунокомпетентных клеток определяются дуализмом их активации при истинной аллергии (аллерген и медиаторы аллергии) и монизмом при псевдоаллергии (только медиаторы аллергии).

Врожденный дефицит некоторых ферментов пуринового обмена (аденозиндезаминазы, пуриннуклеозидфосфорилазы и 5'-нуклеотидазы) проявляется в виде первичного комбинированного иммунодефицита, поражающего не только Т-, но и В-лимфоциты. Лимфоциты больных не поддаются стимуляции митогенами или антигенами in vitro. У детей при данном поражении наблюдаются рецидивирующие бактериальные, вирусные и грибковые инфекции. Кроме того, доказано, что в основе патогенеза такого заболевания, как грибовидный микоз, лежат нарушения метаболизма пуриновых нуклеозидов и нуклеотидов и изменение активности ключевых ферментов пуринового обмена (прежде всего, аденозиндезаминазы и пу- риннуклеозидфосфорилазы). Отмечается, что высокая активность адено- зиндезаминазы характерна для наименее зрелых Т-лимфоцитов, в субпопуляциях которых фермент осуществляет ключевые реакции метаболизма в ходе нормальной дифференцировки клеток. В то же время активность пуриннуклеозидфосфорилазы возрастает по мере дифференцировки Т- лимфоцитов. Следовательно, наиболее зрелые Т-клетки характеризуются высоким уровнем данного фермента. На начальной стадии пойкилодерми- ческой формы грибовидного микоза активность аденозиндезаминазы и пу- риннуклеозидфосфорилазы не отличалась от нормы, тогда как на терминальных стадиях заболевания и при эритродермической форме их активность повышалась в 10 раз по сравнению с нормой.

Нами выявлено, что у рабочих, длительное время контактирующих с химическими и радиоактивными веществами, обнаруживаются значительные изменения иммунологических показателей и активности НАДФ- зависимых дегидрогеназ лимфоцитов. Контакт с радиоактивными веществами приводит к увеличению в лимфоцитах крови уровней ферментов синтетических процессов и антиоксидантной защиты, что сопровождается активацией клеточного иммунитета. У лиц, работающих на производстве с вредными химическими веществами, выявляются повышение анаэробных процессов в иммунокомпетентных клетках, соответствующее снижение активности клеточного иммунитета и увеличение гуморальных факторов.

В связи с высокой значимостью метаболических процессов в проявлении функциональной активности клеток иммунной системы представляется интересным применение методов метаболической коррекции для компенсации иммунодефицитных состояний. Так, при использовании нук- леината натрия и спленина у больных вирусными гепатитами А и В обнаружен четко выраженный иммунокорригирующий эффект, проявляющийся ликвидацией дефицита Т-клеток с фенотипами CD3+ и CD4+, нормализацией субпопуляционного соотношения, снижением уровня ЦИК, повышением концентрации IgA и M при исходно низком уровне. К моменту выписки восстановление физиологического уровня иммунологических показателей достигнуто у 77,8 % больных гепатитом А и 73,0 % - гепатитом В (при общепринятых методах лечения - соответственно 43,6 и 46,7 %). Затяжные формы при вирусном гепатите А после проведения метаболической иммунотерапии отмечены в 2,8 раза реже, рецидивы - в 3,2, а переход в хроническую форму - в 2,6 раза реже, чем в группе сравнения.

Таким образом, учитывая высокую информативность метаболических показателей для характеристики функционального состояния лимфоцитов, исследование метаболических параметров позволит улучшить диагностику иммунных нарушений, правильно выбрать тактику иммунокорригирующей терапии, оценить эффект действия различных иммуномодуляторов и разработать иммунореабилитационные мероприятия с учетом выявленных метаболических нарушений. Необходимо отметить, что метаболическая коррекция обменных процессов открывает новые и перспективные подходы к иммунотерапии и иммунореабилитации больных с нарушенной функцией иммунной системы.

<< | >>
Источник: Савченко А.А.. Основы клинической иммунометаболомики . Новосибирск: Наука 2012. 2012

Еще по теме Метаболизм в лимфоцитах в процессе их функционирования в норме и при патологии:

  1. Метаболизм лимфоцитов при аллергических заболеваниях
  2. Метаболизм лимфоцитов при вирусных инфекциях
  3. Метаболизм лимфоцитов при аутоиммунных заболеваниях щитовидной железы
  4. Система соединительной ткани и слизистые в норме и патологии.
  5. Особенности метаболизма лимфоцитов у больных раком легкого
  6. Стимуляция витаминами процессов утилизации продуктов метаболизма клетки
  7. Вторичные передатчики при активации лимфоцитов
  8. Макрофаги как вспомогательные клетки при индуцированной митогенамиили антигенами пролиферации лимфоцитов
  9. Лекарственные средства, применяемые при патологии беременности
  10. Анемии при эндокринной патологии
  11. Лекарственные средства, применяемые при патологии беременности