11215 (Антибиотические белки и пептиды и воспалительный процесс)

Реферат

по биологии

на тему:

"Антибиотические белки и пептиды и воспалительный процесс"

2008

Катионные пептиды и белки, будучи представленными в значительных количествах в мобильных клетках принимают активное участие в гуморально-клеточной кооперации крови и соединительной ткани в ходе такого сложного патофизиологического процесса, каким является острое воспаление. Воспаление есть возникший в эволюции процесс реагирования организма человека и животных на местные повреждения, который включает в себя в качестве взаимосвязанных компонентов сложные поэтапные изменения микроциркуляторного русла, системы крови и соединительной ткани, направленные в конечном итоге на изоляцию и устранение патогенного агента и восстановление поврежденных тканей. Своеобразие этого процесса заключается в том, что далеко не все компоненты тканевых изменений в очаге воспаления представляют собой выражение только защитных реакций организма. Например, избыточная миграция нейтрофильных гранулоцитов в воспаленные ткани может быть причиной формирования абсцесса и резкого нарушения функциональной активности конкретной биологической системы. Однако в нашей оценке биологической роли воспаления мы должны исходить из представлений о первично защитном характере таких его реакций, как свертывание крови в поврежденных патогенным фактором сосудах, препятствующее кровопотере, увеличение проницаемости сосудов микроциркуляторного русла и поддержание в них крови в жидком состоянии, накопление в очаге нейтрофильных гранулоцитов с последующей их заменой клетками системы мононуклеарных фагоцитов. На всех стадиях воспаления активными и непосредственными участниками происходящих физико-химических процессов являются катионные пептиды и белки НГ.

Формирование очага воспаления характеризуется стереотипным развертыванием переходящих одна в другую реакций сосудистого ложа места повреждения. Нарушение структурно-функциональной целостности клеток и тканей при воздействии патогенного фактора приводит к кратковременному сужению артериол, венул и капилляров микроциркуляторного русла, сменяющимся последующей длительной фазой вазодилатации. Расширение сосудов, инициируемое гистамином из тучных клеток рыхлой соединительной ткани, способствует их интенсивному кровенаполнению. Параллельно с этим процессом наблюдается существенное повышение проницаемости стенок сосудов, которое благоприятствует выходу плазмы крови в экстравазальное пространство и формированию отека. Рассматриваемые сосудистые изменения, наряду с миграцией НГ, являются решающими в завязывании и развитии воспаления. Поэтому не случаен интерес многих исследователей к вопросу о природе веществ, обеспечивающих повышение проницаемости сосудов в этих условиях. Среди таких соединений фигурируют в настоящее время кинины, ангиотензин II и некоторые представители группы катионных белков нейтрофильных гранулоцитов.

Первые экспериментально обоснованные представления о провоспалительной активности катионных пептидов и белков НГ сформировались уже в 60-х годах нашего столетия. Они базировались на работах, в которых была продемонстрирована способность низкомолекулярных неферментных катионных белков НГ кролика и крысы вызывать значительное увеличение проницаемости сосудов у животных, которым внутрикожно инъецировали эти вещества. Данный эффект наблюдали немедленно после введения дефенсинов. Причем было установлено, что большая часть катионных пептидов и белков увеличивает проницаемость сосудов путем непосредственного взаимодействия с их стенками, в то время как другая — через предварительное освобождение гистамина из тучных клеток. Полианионы отменяли наблюдаемое явление, как и предварительная обработка белков трипсином. Эти данные обосновали представление о лизосомных катионных пептидах и белках НГ как медиаторах воспаления, выступающих в ходе развертывающегося патофизиологического процесса в роли факторов проницаемости и дегрануляторов тучных клеток. В основе рассматриваемой физиологической активности этой группы веществ лежит их повышенная тропность к отрицательно заряженным компонентам стенок кровеносных сосудов. В частности, после адсорбции на поверхности клеток антибиотические пептиды и антибиотические белки уже за счет гидрофобных взаимодействий с липофильными хвостами жирных кислот мембран нарушают упорядоченную структуру липидного бислоя плазмалеммы, изменяя ее барьерную и метаболическую функции.

Наряду с неферментативным механизмом увеличения проницаемости сосудов существуют и другие пути участия катионных белков НГ в регуляции воспаления. Они связаны в основном с протеолитической активностью сериновых протеин аз, которые способны активировать калликреин-кининовую, ренин-ангиотензиновую и комплементарную системы и генерировать таким образом вазоактивные соединения. К числу последних относится и ангиотензин II, который обычно образуется из неактивного предшественника — ангиотензиногена в результате его последовательного двухступенчатого протеолиза под действием ренина и тканевой пептидазы. В серии работ было показано, что в условиях очага воспаления катепсин G нейтрофильных гранулоцитов человека может выполнять функции, аналогичные двум названным протеин азам. Катепсин G может внеклеточно осуществлять ограниченный протеолиз молекулы ангиотензиногена с образованием ангиотензина II — пептида, увеличивающего проницаемость сосудов и повышающего артериальное давление. В дополнение к этому катепсин G и эластаза нейтрофильных гранулоцитов способны осуществлять конверсию проренина в ренин, способствуя таким образом запуску основного пути формирования ангиотензина II. Схематически весь каскадный процесс с участием в нем лейкоцитарных протеаз выглядит следующим образом:

В нейтрофильных гранулоцитах выявлены и кининобразующие сериновые протеиназы. Кинины являются вазоактивными пептидами, обеспечивающими длительное увеличение проницаемости сосудов, расширение артериол и повышение давления в капиллярах и венулах. Обычно они являются конечным продуктом каскадной калликре-ин-кининовой системы, запускаемой фактором Хагемана. На основании ингибиторного анализа есть основания предполагать, что эластаза НГ является кинин-генерирующим ферментом, однако строгих доказательств этого положения до настоящего времени не получено.

Ключевую роль в патогенезе воспаления играет система комплемента. Физиологически активные соединения, продуцируемые в ходе ее активации, оказывают существенное влияние не только на состояние проницаемости сосудов, но и характер клеточных реакций очага воспаления. Исследованиями доказано участие сериновых протеиназ НГ в формировании биологически активных производных комплемента.

В соответствии с устоявшимися представлениями система комплемента состоит из плазменных белков, образующих 9 функционально значимых компонентов. Последовательное включение этих компонентов в формирование реакций фагоцитоза и воспаления носит название процесса активации комплемента, осуществляемого путем избирательного расщепления их белковых молекул с образованием физиологически активных полипептидных фрагментов. Среди последних ведущими являются универсальный опсонизирующий фактор СЗЬ, ответственный за единообразную маркировку объектов фагоцитоза и облегчающий их поглощение нейтрофильными гранулоцитами и макрофагами, а также анафилатоксин С5а — основной хемотаксический агент, обеспечивающий направленную миграцию нейтрофильных гранулоцитов в очаг воспаления. Традиционно рассматриваются два основных пути активации комплемента: классический и альтернативный. В дополнение к ним обнаружен новый вариант активации системы комплемента, связанный с деятельностью эластазы и катепсина G нейтрофильных гранулоцитов. Продемонстрировано, что сериновые протеиназы НГ могут осуществлять прямую конверсию компонента комплемента СЗ с образованием фрагментов СЗа и СЗЬ. Эти же ферменты обладают С5-конвертирую-щей активностью, благодаря которой от CS отщепляется фрагмент С5а. Таким образом, наряду с альтернативным путем активации системы комплемента существует дополнительная возможность вовлечения ее в различные процессы гуморально-клеточной кооперации при фагоцитозе и воспалении в начальной фазе формирования резистентности организма человека и позвоночных животных. Образование СЗЬ и С5а под действием эластазы и катепсина G может обеспечивать адекватную клеточную реакцию очага воспаления, направленную на распознавание, поглощение и эффективную элиминацию патогенных факторов. Эти полипептиды ответственны за полноценное проявление таких форм функциональной деятельности НГ, как хемотаксис, адгезивность, метаболический взрыв и микробоцидность. Поэтому их генез в процессе воздействия сериновых протеиназ НГ на компоненты СЗ и С5 комплемента может рассматриваться в качестве одного из дополнительных механизмов активации фагоцитов крови, соединительной ткани и очагов воспаления.

Некоторые группы катионных белков могут оказывать на систему комплемента действие, противоположное рассмотренному выше. Известна антикомплементарная активность низкомолекулярных неферментных белков кролика. Она связана, по-видимому, с их способностью электростатически взаимодействовать с анионными молекулами фракций комплемента. В результате блокируются цепные реакции каскада активации комплемента. Подобный механизм инактивации комплемента может быть ответственным за ограничение процесса миграции лейкоцитов в очаг воспаления, когда их избыточное накопление может приводить не только к защитным, но и к деструктивным явлениям в тканях организма. Таким образом, отдельные представители группы гранулярных катионных белков НГ могут оказывать на течение воспаления разнонаправленное действие, что важно в плане регуляции этого патофизиологического процесса. Подобная ситуация наблюдается и при анализе данных, имеющих отношение к гемостатической функции катионных пептидов и белков.

Все это позволяет охарактеризовать катионные пептиды и белки клеток и жидких сред организма человека и животных как физиологически активные вещества многонаправленного действия. С их функционированием связаны такие защитно-приспособительные процессы, как фагоцитоз, воспаление и, возможно, стресс-реакция, причем в этих процессах они выступают не только в роли высокоэффективных антибиотических агентов. Им свойствен широкий функциональный потенциал, который реализуется в различных проявлениях клеточно-гуморальной кооперации в кровеносной и лимфоидной системах, соединительной ткани, пограничных эпителиях. Такая кооперация направлена на реализацию и регуляцию механизмов неспецифической резистентности макроорганизма к инфекции.

Есть все основания считать, что антимикробные белки и пептиды клеток и жидких сред организма являются особым классом физиологически активных веществ, отобранных в процессе эволюции в качестве биохимического механизма его барьерных систем и антимикробной защиты. Высокая концентрация катионных белков в клетках, осуществляющих защитные реакции, является веским тому доказательством. В частности, в 10⁹ клеток нейтрофилов человека содержится 3.9±0.9 мг миелопероксидазы, 1.2±0.2 — катепсина G, 2.7±0.6 — эластазы, 4.3±1.2 —лактоферрина и 7.2 мг лизоцима. Поэтому функциональная неполноценность нейтрофилов, обусловленная наследственно детерминируемыми дефицитами или отсутствием в них отдельных представителей группы антимикробных катионных белков и пептидов, представляет редко встречающееся явление. Гораздо чаще в клинической практике имеют место случаи развития аутоинфекционных заболеваний и гнойных осложнений у больных хирургических, пульмонологических, педиатрических клиник, ожоговых центров и отделений реанимации, которые сопряжены с приобретенными дефицитами содержания этих белков. В дополнение к этому общеизвестны факты низкого уровня сопротивляемости организма новорожденных инфекциям и вследствие этого склонность к септическому течению заболеваний у детей в ранний постнатальный период онтогенеза. По мнению этих авторов, недостаточность хемотаксиса нейтрофилов и незавершенный характер фагоцитоза, осуществляемого ими, являются одними из ведущих причин сниженной резистентности новорожденных к инфекции. В то же самое время некоторые конкретные механизмы полома фагоцитоза в данных условиях остаются невыясненными. Это побудило нас провести комплексное морфобиохимическое и функциональное исследование с целью определения роли катионных белков и пептидов в обеспечении фагоцитарной функции нейтрофилов человека и некоторых лабораторных животных в ранний постнатальный период их развития.

Результаты сравнительного биохимического определения общего кислоторастворимого белка, миелопероксидазы, эластазы и катепсина G в нейтрофилах пуповинной крови новорожденных и взрослых доноров однозначно свидетельствуют о дефиците этих соединений в клетках детей. Параллельная оценка содержания гранулярных катионных белков и пептидов с использованием лизосомально-катионного теста соответствует данным этого анализа.

Подобная же закономерность изменения содержания катионных белков в нейтрофилах от первых дней рождения до периода половозрелости установлена нами при обследовании белых беспородных крыс и кроликов породы «Шиншилла». Необходимо отметить, что дефициту гранулярных катионных белков нейтрофилов кролика соответствовали низкие значения такого важного функционального показателя их активности, как завершенность фагоцитоза. Последнее обстоятельство является, по-видимому, одной из возможных причин генерализации листериозного и герпетического инфекционных процессов у животных 7-дневного возраста, которые у половозрелых особей протекают локально благодаря полной инактивации микроорганизмов в фагоцитах очага повреждения.

Сведения подобного рода были ранее получены только для миелопероксидазы крыс и лактоферрина нейтрофилов человека.