The role of lipids in the signaling mechanisms of toll-like receptors

Full Text

Толл-подобные рецепторы и воспаление

Воспаление — типовой общепатологический процесс, основными инициаторами которого являются сахара, белки, бактериальные липополисахариды (LPS) и липоолигосахариды, известные как патоген-ассоциированные молекулярные структуры (pathogen-associated molecular pattern, PAMPs) [1]. Кроме того, в воспалении участвуют молекулярные паттерны, ассоциированные с повреждением (damage-associated molecular pattern, DAMPs), к которым относят аллармины (ядерный белок HMGB1 (high mobility group box 1), группа кальций-связывающих белков S100, белки теплового шока (heat shock proteins, HSP), мочевая и гиалуроновая кислота, фибриноген и др.).

Обнаружение экзо- или эндогенных молекул, образованных от патогенных микроорганизмов или ассоциированных с повреждением, а также последующая активация специфического иммунного ответа, направленного на их элиминацию, происходят с участием рецепторов распо-знавания паттерна, или образ-распознающих рецепторов (pattern recognition receptors, PRRs). PRRs представляют собой белки, локализованные на поверхности клеток иммунной системы. К ним относятся толл-подобные рецепторы (toll-like receptors, TLRs), которые являются важными участниками врожденных и адаптивных иммунных реакций, вовлеченных в патогенез воспалительного процесса. Поэтому TLRs служат предметом пристального внимания исследователей [2, 3].

TLRs — трансмембранные рецепторные белки, локализованные не только на поверхности клеток иммунной системы (макрофаги, дендритные, тучные клетки, нейтрофилы, базофилы, В- и Т-клетки, натуральные киллеры) [4], но и на неиммунных (эпителиальные клетки урогенитального, респираторного и желудочно-кишечного тракта, фибробласты, кератиноциты, кардиомиоциты и др.), а также стволовых клетках [3]. В настоящее время известно 13 TLRs млекопитающих (TLRs 1–13). Стоит отметить, что TLR11, TLR12 и TLR13 не обнаружены у человека и присутствуют только у мышей [3].

TLRs способны распознавать как PAMPs, так и DAMPs, которые являются для них экзо- и эндогенными лигандами соответственно [5]. Каждый TLRs млекопитающих распознает определенные молекулярные паттерны [6]. Лигандами для TLRs, экспрессируемых на мембране клетки (TLR1, TLR2, TLR4, TLR5, TLR6 и TLR10), служат компоненты микробных мембран, бактериальные протеины и белки вирусов, для эндосомальных TLRs (TLR3, TLR7, TLR8 и TLR9) — нуклеиновые кислоты микробов.

Важное условие активации TLRs — димеризация данных рецепторов [7], которая сопровождается активацией внутриклеточных сигнальных путей [8]. Структура TLRs представлена двумя доменами. N-концевая часть TLRs имеет LRR-домен (leucine-rich repeat domain), С-концевая часть — TIR-домен (toll/interleukin-1 receptor and resistance domain) [9]. TLR через TIR-домен передает сигнал на киназы, которые активируют факторы транскрипции (ядерный фактор κB (nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells, NF-κB), активирующий протеин-1 (activator protein-1, AP-1) и интерферон-регуляторные факторы (interferon regulatory factor, IRF)), ответственные за индукцию иммунного ответа и развитие воспаления [2]. Данный сигнальный путь осуществляется через адапторные молекулы MyD88 (myeloid differentiation protein 88, MyD88), TIRAP (TIR-доменсодержащие адапторы), TICAM1 (TIR-domain-containing adapter-inducing interferon-β, TRIF) и TICAM2 (TIR-containing adaptеr molecule). Все TLRs (кроме TLR3, передающего сигнал посредством TRIF) реализуют свое действе с участием MyD88. TLR4 активирует как MyD88-, так и TRIF-зависимые сигнальные пути, поэтому является уникальным рецептором [9]. В случае MyD88-зависимого сигнального пути сигнал через цитозольную киназу (interleukin-1 receptor-associated kinase 1, IRAK1) поступает на фактор 6, ассоциированный c фактором некроза опухоли α (TNF-α) (TNF-receptor associated factor 6, TRAF-6), запуская киназу, активированнyю трансформирующим фактором роста-β (transforming growth factor beta-activated kinase 1, TAK1). Результатом фосфорилирования IKK α, β, γ (киназный комплекс, связывающий IκB), происходящего при участии ТАК1, инициируется деградация IκB — ингибитора провоспалительного транскрипционного фактора NF-κB. Кроме активации NF-κB-сигнального пути, TAK1 передаеет сигнал на митоген-активируемые протеинкиназы p38 (p38 mitogen-activated protein kinase), Erk1/2 (extracellular signal-regulated kinases), JNK (c-Jun N-terminal kinases), MAPK (mitogen activated protein kinases), активирующие провоспалительный ядерный транскрипционный фактор AP-1. В случае TRIF-зависимого пути адапторная молекула TRIF передает сигнал на киназу TBK1, которая активирует в клетках IRF-сигнальный путь.

Основная функция TLRs — участие в развитии провоспалительного иммунного ответа на вирусные и бактериальные инфекции [10]. Наибольшая вовлеченность в распознавание лигандов принадлежит TLR2 и TLR4 [8, 11].

Так, TLR2 является рецептором, распознающим компоненты клеточной стенки грамположительных бактерий и микобактерий [12]. Довольно широкий диапазон распознавания бактериальных структур обусловлен способностью TLR2 образовывать гетеродимеры с другими TLRs (TLR1 или TLR6) в липидных рафтах [13]. В отсутствие лиганда TLR2, TLR1 и TLR6 могут также образовывать мультимеры, которые способны инициировать сигнальные механизмы в липидных рафтах [14, 15].

TLR4 распознает PAMPs грамотрицательных бактерий, в основном LPS, способствующего активации TLRs в липидных рафтах. Кроме того, этот процесс сопровождается привлечением белков Hsp70 и Hsp90, активацией NADPH-оксидазы 2 или gp91phox (NOX2, цитохром b-245, бета-цепь), а также CD14 и CD44, что подтверждает их связь с активацией TLRs-сигнализации [16]. На ранних этапах развития воспалительной реакции LPS переносится внеклеточным LPS-связывающим белком (LPS-binding protein, LBP) на CD14, который затем передает LPS на TLR4, ассоциированный с адапторным белком MD2 (воспалительный путь CD14–TLR4–MD2) [17, 18]. В результате взаимодействия LPS с TLR4 индуцируется синтез макрофагами провоспалительных цитокинов, таких как фактор некроза опухоли-альфа (Tumor necrosis factor alpha, TNF-α), интерлейкины 1 и 6 (interleukin, IL- 1, IL-6), хемокины и адипокины, которые связываются с рецепторами на других макрофагах, лимфоцитах и эндотелиальных клетках. Их основные функции направлены на активацию иммунного ответа и уничтожение патогена.

Если стимуляция TLRs экзогенными лигандами хорошо документирована в литературе, то их взаимоотношения с эндогенными лигандами находятся в стадии активного изучения.

В настоящее время стало очевидным, что не только вирусные и бактериальные инфекции, но и метаболические заболевания, такие как сахарный диабет 2 типа, атеросклероз и ожирение, а также ревматоидный артрит, аллергопатологии и ряд других неинфекционных воспалительных заболеваний сопровождаются слабой активацией систем воспалительного ответа и развитием хронического системного низкоинтенсивного воспаления [19]. Такая реакция иммунной системы развивается в ответ на постоянно действующие триггерные факторы слабой интенсивности и характеризуется незначительным повышением активности иммунных клеток и уровня провоспалительных цитокинов. Хроническое системное низкоинтенсивное воспаление тесно связано с нарушениями в регуляции TLRs [20].

Наряду с активацией TLRs эндогенными лигандами (алларминами) в последние годы активно изучается лиганд-независимая активация TLRs, которая происходит с участием липидов – холестерина [21, 22], экзогенных и эндогенных жирных кислот [11, 23], окисленных форм фосфолипидов (Ox-PLs), образованных в результате развития оксидативного стресса при запуске сигнального каскада [24]. Участие липидов в осуществлении TLR-опосредованной сигнализации и развитии воспаления является новым направлением исследований, заслуживающим всестороннего внимания и детализации [8, 11].

Толл-подобные рецепторы и липидные рафты

В связи с пристальным вниманием исследователей к молекулярным механизмам развития заболеваний значительное число научных работ посвящено изучению функционирования мембранных структур клетки, в частности ее липидного компонента, вовлеченного в процессы регуляции важнейших клеточных процессов [25–30].

Ключевую роль в данных процессах играют липидные рафты (lipid raft), представляющие собой наноразмерные (10–200 нм), гетерогенные, высокодинамичные микродомены цитоплазматической мембраны, координирующие клеточные процессы посредством осуществления сигнализации [31]. Результаты исследований последних лет продемонстрировали значимость липидных рафтов в реализации различных функций клеток млекопитающих и патогенных микроорганизмов [32]. Была выяснена важность липидных рафтов в модуляции врожденных и приобретенных иммунных реакций [33]. Установлено, что различные рецепторы, присутствующие на иммунных клетках, ассоциируются с липидными рафтами и инициируют сигнальные каскады, ведущие к воспалению [34]. Поэтому липидные рафты прежде всего рассматриваются в качестве платформ, на которых концентрируется ряд активированных рецепторов [35].

Липидные рафты локализуются преимущественно на наружном слое плазматической мембраны и рассматриваются как продукт взаимодействия между холестерином, сфинголипидами и специфическими мембранными белками [36]. Формирование липидного рафта осуществляется липид–липидными, липид–белковыми и белок–белковыми взаимодействиями [37, 38]. В настоящее время существуют три канонические модели рафтов: рафты с гетерогенной и однородной структурами и рафт, центр которого максимально обогащен холестерином и сфинголипидами. Рафты способны объединяться в более крупные структуры, при этом на мембране клетки могут одновременно существовать как микродомены, так и липидные платформы. Липидные рафты имеют и физические, и функциональные особенности, и их изменения могут сопровождаться нарушениями клеточной сигнализации [39].

Известно, что липидные рафты ассоциированы с сигнальными белками, среди которых представлены белки с глицерофосфатидилинозитолом, трансмембранные белки, а также фосфатазы, тирозинкиназы, G-протеины и G-протеин-связанные рецепторы. Встраивание белков в липидный рафт сопровождается его стабилизацией, а последующее связывание лигандов со сфинголипидами активирует процесс передачи клеточного сигнала в цитоплазму и ядро клетки [38]. Поэтому нарушение структуры липидного рафта может сопровождаться ингибированием активности сигнальных белков, присутствующих в них.

Липидный состав биомембран и физико-химические свойства липидных рафтов регулируются присутствием в них холестерина [40], поддержанием ионного баланса кальция (Ca²⁺) [41] и наличием насыщенных жирных кислот [25].

В липидных рафтах присутствуют кальциевые каналы, играющие важную роль в регуляции клеточных функций как в норме, так и при развитии патологии [42]. Разрушение липидных рафтов блокирует перемещение Ca²⁺ в клетках, что может оказывать существенное влияние на полноценность сигнальных каскадов [43].

Холестерин легко встраивается между сфинголипидами, при этом его содержание в рафтах в несколько раз выше, чем в мембране, благодаря чему микрокластеры характеризуются большей высотой, ригидностью и упорядоченностью. Нарушение обмена холестерина также сопровождается разрушением или нарушением функции рафта и, соответственно, сигнальных путей клетки [21]. Отложение холестерина в мембранах макрофагов, целостность которых влияет на внутриклеточные процессы и различные метаболические реакции, является триггером для активации TLRs и NF-κB-сигнального пути, а также транскрипции провоспалительного интерлейкина 1β (interleukin IL1β) [21, 22]. В первую очередь активируется TLR4, позднее подключается TLR3 [44]. Липидные рафты макрофагов, лишенных АТР-связывающих кассетных транспортеров А1 (ATP binding cassette protein A1, ABCA1) — основного белка обратного транспорта холестерина, характеризуются повышенным уровнем холестерина и активностью TLR4 и TLR9 после воздействия на клетки лигандов этих рецепторов [45]. Это свидетельствует о том, что ABCA1 нивелирует воспаление, уменьшая активность TLRs за счет снижения уровня холестерина липидного рафта [46]. Показано, что для активации макрофагов необходима синтаза жирных кислот (fatty acid synthase, FASN), активность которой регулируется белками, связывающими регуляторные элементы стерола (sterol regulatory element-binding protein, SREBP) [47]. Ингибирование FASN сопровождается расщеплением SREBP1 (одной из трех изоформ SREBP) и снижением уровня холестерина в клетке.

Примечательно, что отложение холестерина может также вызывать провоспалительные реакции в клетках с помощью TLR-независимых механизмов. Макрофаги, имеющие повышенный уровень холестерина в мембране, секретируют TNF-α и IL-6 через активацию стресс-индуцируемого белка CHOP (C/EBP homologous protein, CHOP), участвующего в регуляции транскрипции, клеточного цикла и апоптоза [45].

Помимо холестерина, физико-химические свойства липидных рафтов регулируются жирными кислотами [48]. Данные R.G. Carroll et al. подчеркивают тесную связь между синтезом холестерина и синтезом жирных кислот, которая играет важную роль в активации макрофагов и продукции провоспалительного интерлейкина IL1β [47]. В то же время существуют данные, указывающие на то, что уровень сфинголипидов в липидных рафтах слабо зависит от изменения содержания холестерина, но чувствителен к состоянию цитоскелета [49].

Сфинголипиды (церамиды и лизосфинголипиды) вносят структурный вклад в липидный бислой клеточных мембран, где связываются со стероидами с образованием липидных рафтов. Изменение уровня сфинголипидов влияет на активность сигнальных путей, которые они регулируют [50]. Сфинголипиды также являются медиаторами некоторых внеклеточных стимулов и типичными переносчиками белка [51]. Дисбаланс церамидов тесно взаимосвязан с нарушением TLR4-опосредованной аутофагии, что подтверждает вовлеченность производных жирных кислот в механизмы TLRs-сигнализации [52].

Особый интерес среди жирных кислот представляет докозагексаеновая кислота (DHA), которая обладает способностью ремоделировать липидом рафта [53]. При включении DHA в фосфолипиды плазматической мембраны происходит структурная реорганизация обогащенных холестерином микродоменов рафта [54].

Очевидно, что необходимы дальнейшие исследования для выяснения роли производных жирных кислот в TLR-опосредованной сигнализации и их участии в воспалении.

Жирные кислоты как сигнальные молекулы для толл-подобных рецепторов

Как показано в ряде исследований, TLRs могут быть активированы эндогенными (аллармины) и экзогенными (патогены вирусов, бактерий, грибов) лигандами [11, 23] и ингибированы PUFAs [8, 11]. Наряду с каноническими способами активации TLRs через специфические лиганды существует лиганд-независимая активация TLRs, которая происходит с участием насыщенных жирных кислот (SFAs) [11, 23].

Способность SFAs (как экзогенных жирных кислот, поступающих с пищей, так и эндогенных, высвобождающихся из гепатоцитов и адипоцитов) активировать TLRs является предметом пристального изучения. SFAs не только вовлечены в формирование липидных рафтов, но и способствуют транслокации и лиганд-независимой димеризации TLRs в эти микродомены, где данные рецепторы рекрутируются и активируются [8]. По данным D.H. Hwang et al., активация TLRs с участием SFAs должна оцениваться именно в контексте биофизических взаимоотношений в плазматической мембране, а не с позиций взаимодействия лиганда и рецептора [8].

Установлена связь между индукцией SFAs TLR-опосредованного воспаления и развитием метаболических заболеваний. SFAs, как и LPS, посредством воспалительного пути CD14–TLR4–MD2 способны инициировать развитие хронического воспаления. Известно, что TLRs играют значительную роль в патогенезе воспаления, опосредованного инсулинорезистентностью [55]. Диета с высоким содержанием жиров приводит к изменению микрофлоры кишечника (которая является источником LPS) и активации TLR4 [56]. Нарушение кишечной флоры при сахарном диабете (СД) 2 типа также играет ключевую роль в индукции развития воспаления, опосредованного инсулинорезистентностью, за счет увеличения в плазме уровня LPS и активации TLR4 [55]. Терапевтическая модуляция микрофлоры кишечника повышает чувствительность к инсулину через TLRs-сигнализацию. Это наблюдение является чрезвычайно важным в отношении разработки новых терапевтических подходов к ожирению, инсулинорезистентности и СД 2 типа.

SFAs активируют преимущественно TLR2- и TLR4-провоспалительные сигнальные пути, однако механизм такой избирательности полностью не ясен [23, 57]. Существуют результаты, демонстрирующие, что SFAs активируют только TLRs, содержащие липид-связывающие карманы (lipid binding pocket). Так, J.Y. Kang et al. делят TLRs на две подгруппы: первая включает LRR с тремя поддоменами (TLR1, TLR2, TLR4, TLR6, TLR10), вторая — LRR с одним поддоменом (TLR3, TLR5, TLR7, TLR8, TLR9) [58]. TLRs первой подгруппы в отличие от второй содержат липид-связывающие карманы, что создает структурные искажения на границах поддоменов первой подгруппы и способствует прямому взаимодействию SFAs с ее рецепторами. SFAs индуцируют димеризацию и транслокацию TLR4 и TLR2 в липидные рафты плазматической мембраны [11, 22]. Димеризация является важным условием активации TLRs и касается не только LRR-домена, но и домена TIR [7]. Это сопровождается активацией сигнальных молекул, включая цитозольный фактор нейтрофилов 1 или p47-phox (neutrophil cytosolic factor 1) и MyD88 [8].

Для активации TLR4 или TLR2 требуется более 100 мкм SFAs, и данные значения шире границ диапазона, в пределах которого происходит стимуляция TLRs под влиянием LPS. Известно, что LPS являются производным SFAs и лигандом для TLR4 и TLR2. Продемонстрировано, что удаление SFAs блокирует активацию TLRs. На склонность к активации TLR2 и TLR4 может влиять баланс стимулирующих SFAs и ингибирующих PUFAs [8].

Известно, что TLRs могут быть ингибированы PUFAs [11]. Около 50 PUFAs тормозят TLRs-сигнализацю путем ингибирования димеризации TLRs в липидных рафтах [59]. Обогащение макрофагов PUFA (семейства n-3 и n-6) сопровождается ингибированием активности ядерного фактора NF-κB, опосредованной действием LPS, способствует увеличению фагоцитарной активности клеток, подавляет синтез провоспалительных цитокинов IL-1β, IL-6 и TNF-α [18].

Все PUFAs ингибируют как индуцированную SFAs, так и TLR4/2 лиганд-индуцированную активацию TLR4 или TLR2 [57]. Так, PUFAs заметно изменяют структуру липидного рафта, содержащего TLR4, и его рецептор CD14. Вероятно, TLR4 и CD14 находятся вне липидных рафтов и рекрутируются в микродомены только при наличии стимуляции [18]. В то же время С. Hellwing et al. не обнаружили связи между обогащением макрофагов PUFAs и изменением активности TLR2 [25]. Несмотря на то что данные рецепторы тесно связаны с липидными рафтами, они менее чувствительны к реорганизации их структуры экзогенными жирными кислотами. Авторы данного исследования предположили, что TLR2, присутствующий в липидных рафтах нестимулированных клеток, может быть мономерным или быть связанным с TLR1 или TLR6. TLR2 может существовать как неактивный гетеродимер в отсутствие лиганда. Таким образом, TLR2, TLR1 и TLR6, в отличие от TLR4 и CD14, находятся в липидных рафтах и при отсутствии стимуляции [8]. По данным D.H. Hwang et al., PUFAs ингибирует активацию не только TLR4 и TLR2/1 или TLR2/6, но и других TLR [8]. Детализация существующих связей между жирными кислотами и TLRs позволит улучшить понимание механизмов, с помощью которых SFAs активируют, а PUFAs ингибируют провоспалительные сигнальные пути. Дальнейшее изучение механизма такой модуляции поможет разработать стратегию снижения риска хронических заболеваний, вызванных воспалительными реакциями, опосредованными TLRs.

Окисленные фосфолипиды как регуляторы активности толл-подобных рецепторов

Рекрутирование TLRs в липидные рафты и их димеризация частично связаны с НАДФН-оксидазозависимой генерацией активных форм кислорода и образованием активных форм азота [24]. Развитие оксидативного стресса сопровождается образованием окисленных форм фосфолипидов, которые являются маркерами различных хронических заболеваний и патологических состояний [60, 61]. Накопление в интиме артерий липопротеинов низкой плотности сопровождается образованием Ox-PLs, способствующих развитию метаболических нарушений [60]. Метаболическая эндотоксемия как результат диеты с высоким содержанием жиров приводит к развитию оксидативного стресса и образованию Ox-PLs, которые посредством воспалительных путей CD36–TLR4–TLR6 или CD14–TLR4–MD2 индуцируют развитие хронического воспаления [56]. Ox-PLs способны инициировать TLR4-воспалительный ответ как через MyD88-зависимые, так и через TRIF-зависимые сигнальные пути, что способствует экспрессии NF-κB и индукции медиаторов воспаления (цитокинов, хемокинов, адипонектинов), вовлеченных в развитие и прогрессирование хронических заболеваний (рис.).

Кроме того что Ox-PLs являются маркерами заболеваний, они обладают способностью регулировать врожденные и адаптивные иммунные реакции посредством их участия в осуществлении внутриклеточных сигнальных механизмов [30]. Ox-PLs могут функционировать в качестве лигандов для рецепторов мусорщика (scavenger receptors) и С-реактивного белка [62]. Ox-PLs стимулируют несколько типов рецепторов, расположенных на поверхности клетки или в ядре, в том числе сопряженные с G-белками рецепторы (G protein-coupled receptor 120, GPR120), рецепторы тирозинкиназы, рецепторы PPARs — рецепторы, активированные пролифератором пероксисом (peroxisome proliferator activated receptor, PPARγ и PPARα), и TLRs [63].

В настоящее время имеются научные данные, демонстрирующие не только провоспалительный, но и противовоспалительный эффект Ox-PLs, что открывает перспективы изучения их роли в качестве регуляторов специфической сигнальной функции липидного рафта [64].

Результаты исследований D.R. Voelker et al. показали, что поверхностно-активные фосфолипиды легких играют важную роль в регуляции инфекционных, а также врожденных иммунных процессов посредством ингибирующих взаимодействий с TLR2 и TLR4 [65]. Липидные аналоги поверхностно-активных фосфолипидов легких менее эффективны, однако демонстрируют выраженный ингибирующий эффект активации TLR4 и продукции TNF-α [66]. Известно, что ингибирование JNK- и ERK-путей в клетке блокирует продукцию TNF-α под действием TLR4.

Идентифицировано несколько видов Ox-PLs, которые обладают противовоспалительным и/или иммуносупрессивным эффектом за счет ингибирования активации TLRs [67]. В исследовании Р. Bretscher et al. показано, что модификация фосфолипида 1-пальмитоил-2-арахидоноил-sn-глицеро-3-фосфохолина (1-palmitoyl-2-arachidonoyl-sn-glycero-3-phosphocholine, PAPC) реактивным кислородом генерирует образование его окисленной формы с противовоспалительным эффектом независимо от используемого в экспериментальных условиях метода, хотя и с различной эффективностью и кинетикой. В то же время подчеркивается, что требуется определенная степень окисления PAPC [67]. Окисленный PAPC (Оx-PAPC) активирует синтез эндогенных, проразрешающих простаноидов через ядерный фактор Nrf2 (transcription factor nuclear factor E2-related factor 2). Кроме того, Ox-PLs ингибируют окислительный взрыв в нейтрофильных гранулоцитах, не влияя на жизнеспособность или другие функции этих клеток. Таким образом, окисление PLs может служить обратной связью, предотвращающей повреждение тканей неконтролируемым окислительным взрывом.

Рисунок. Схема активации провоспалительного TLRs-сигналинга насыщенными жирными кислотами и окисленными фосфолипидами.

Насыщенные жирные кислоты (SFAs) и окисленные фосфолипиды (Ox-PLs) действуют как немикробные агонисты TLRs или косвенно стимулируют их активацию, вызывая воспалительный ответ. Комплексы CD14–TLR4–MD2 и CD36–TLR4–TLR6 распознают соответственно SFA и Ox-PLs. Провоспалительный внутриклеточный сигналинг осуществляется через MyD88-зависимый и/или MyD88-независимый пути, что, в свою очередь, способствует экспрессии провоспалительных факторов транскрипции, таких как NF-κB, который играет решающую роль в индукции медиаторов воспаления (цитокины, хемокины или ко-стимулирующие молекулы), участвующих в развитии и прогрессировании многих хронических заболеваний. COX2 — циклооксигеназа 2

 

Доказанным противовоспалительным эффектом Ox-PLs является их способность блокировать острые воспалительные реакции, индуцированные LPS. Вероятно, что Ox-PLs ингибируют действие LPS с помощью многокомпонентного механизма, нацеленного на несколько этапов распознавания LPS [68]. Существуют результаты исследований, указывающие на то, что Оx-PAPC приводит к снижению экспрессии генов провоспалительных цитокинов лигандами TLR4 и TLR2 [64, 69]. Данный эффект может возникнуть из-за блокирования окисленными фосфолипидами взаимодействий LPS с LBP и CD14 [69]. Кроме того, Ox-PLs ингибируют связывание LPS с MD-2. Решающее значение для представления рецептору TLR4 липополисахарида имеют LBP, CD14 и MD-2, поэтому инактивация этих белков ингибирует действие LPS. В дополнение к TLR4 CD14 представляет PAMPs бактерий для TLR2, объясняя, почему Ox-PLs ингибируют активацию TLR2 и TLR4, но не других TLRs, которые являются CD14-независимыми. Ox-PLs также ингибируют образование сигнального комплекса TLR4 с рецепторами за счет нарушений структуры липидных рафтов [64]. Ox-PLs блокируют транслокацию рецепторного комплекса LPS в липидный рафт и изменяют распределение кавеолина-1 (caveolin-1) — представителя семейства белков, формирующих структуру кавеол и участвующих в процессах эндоцитоза, липидном обмене и регуляции сигнальных каскадов.

Предварительное воздействие Ox-PLs на дендритные клетки, вовлеченные в формирование адаптивного иммунного ответа за счет влияния на дифференцировку наивных CD4+ Т-клеток по типу Th1, ингибировало генерацию интерферон-гамма (interferon-gamma, IFN-γ). Так как IFN-γ продуцирует Th1, нарушение его генерации способствует выработке Th2 Т-клеток, синтезирующих IL-4. В целом эти результаты продемонстрировали сильную противовоспалительную активность Ox-PLs. Неизвестно, ингибирует ли Ox-PLs лиганд-индуцированную активацию других TLRs, таких как TLR9 [69]. Возможно, Ox-PLs имеет частичную агонистическую активность и низкоуровневый Ox-PLs может блокировать механизм обратной связи при воспалении, в то время как участки локализованного или интенсивного накопления Ox-PLs могут приводить к его активации.

Таким образом, Ox-PLs не только являются маркерами заболеваний, но и обладают способностью регулировать врожденные и адаптивные иммунные реакции посредством их участия в осуществлении внутриклеточных сигнальных механизмов. Несоответствие между потенциальной про- и противовоспалительной биоактивностью OxPLs до настоящего времени не разрешено и служит предметом дальнейших исследований.

Заключение

В настоящее время стало очевидным, что не только вирусные и бактериальные инфекции, но и неинфекционные метаболические заболевания сопровождаются дизрегуляцией иммунных процессов и развитием хронического воспаления низкой интенсивности, отягощающего течение и прогресс многих патологических состояний [19]. Значительную роль в инициации воспаления играет большое семейство Toll-подобных рецепторов, реализующих свои функции в липидных рафтах клеточных мембран. TLRs являются не только первой линией защиты от чужеродных агентов, но и ключевым звеном в активации врожденного и адаптивного иммунного ответа, поэтому могут рассматриваться как важная таргетная мишень для создания новых фармпрепаратов [20]. На сегодняшний день разрабатываются подходы использования антагонистов TLR, основанные на спе-цифическом ингибировании данных рецепторов и супрессии воспаления [70]. Многообещающим практическим использованием агонистов TLR стало создание на их основе вакцин с компонентами, активирующими толл-подобные рецепторы [71]. Ряд таких вакцин протестирован в клинических исследованиях (вирус гриппа, гепатит В), другие проходят доклинические испытания (онкологические, аутоиммунные, инфекционные заболевания). В настоящее время открываются большие перспективы исследования липидов и их окисленных форм в качестве регуляторов специфической функции липидного рафта и TLRs-сигнализации. Как выяснилось за последние годы, уникальные свойства жирных кислот встраиваться в клеточную мембрану и влиять на ее текучесть, жесткость и активность экспрессии рецепторного аппарата опосредуются в первую очередь за счет изменения физико-химических свойств липидных рафтов и триггерного сигнала для транслокации TLRs. С другой стороны, жирные кислоты являются важными лигандами, актвирующими внутриклеточный молекулярный сигналинг через TLR-4 и TLR-2. Эффективность использования n-3 PUFAs при различных метаболических заболеваниях, сопровождающихся хроническим вялотекущим воспалением, такие как ожирение, метаболических синдром, сахарный диабет и др., идеально вписалась в молекулярную концепцию модуляции транскрипции воспалительных и противовоспалительных внутриклеточных факторов с помощью PUFAs при взаимосвязи с толл-подобными рецепторами. Патофизиологическое обоснование фармакологического применения отдельных n-3 PUFAs при хроническом воспалении открывает новые перспективы терапевтических стратегий для данных веществ. Еще одной очень интересной группой липидов, опосредующих свои функции через TLRs и обсуждаемых в данном обзоре, являются окисленные фосфолипиды, которые способны инициировать TLR4 воспалительный ответ через MyD88-зависимые и TRIF-зависимые сигнальные пути. Интересно, что для Ox-PLs характерна не только провоспалительная, но и противовоспалительная активность. Противоречивые данные об иммуномодулирующих свойствах липидов и их окисленных дериватов требуют дальнейших глубоких исследований детализации клеточно-молекулярных механизмов их взаимосвязи с TLRs. Проведение научных исследований по выявлению этих механизмов в дальнейшем будет способствовать созданию программ по снижению риска развития хронических заболеваний, вызванных воспалительными TLRs опосредованными реакциями.

Дополнительная информация

Участие авторов. О.Ю. Кытикова — анализ источников литературы, формулирование заключения, написание статьи; Т.П. Новгородцева — редактирование текста, формулирование заключения, написание статьи; Ю.К. Денисенко — редактирование текста и графического материала; М.В. Антонюк — проверка и редактирование текста; Т.А. Гвозденко — проверка и редактирование текста. Все авторы внесли значимый вклад в проведение поисково-аналитической работы и подготовку рукописи, прочли и одобрили финальную версию текста перед публикацией.

About the authors

O. Yu. Kytikovа

Far Eastern Scientific Center of Physiology and Pathology of Respiration

Author for correspondence.
Email: kytikova@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-5018-0271
SPIN-code: 3006-5614

MD, PhD

Россия, Vladivostok

T. P. Novgorodtseva

Far Eastern Scientific Center of Physiology and Pathology of Respiration

Email: nauka@niivl.ru
ORCID iD: 0000-0002-6058-201X
SPIN-code: 5888-6099

PhD in Biology, Professor

Россия, Vladivostok

Yu. K. Denisenko

Far Eastern Scientific Center of Physiology and Pathology of Respiration

Email: karaman@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0003-4130-8899
SPIN-code: 4997-3432

MD in Biology

Россия, Vladivostok

M. V. Antonyuk

Far Eastern Scientific Center of Physiology and Pathology of Respiration

Email: antonyukm@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2492-3198
SPIN-code: 3446-4852

MD, PhD, Professor

Россия, Vladivostok

T. A. Gvozdenko

Far Eastern Scientific Center of Physiology and Pathology of Respiration

Email: vfdnz@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6413-9840
SPIN-code: 7869-1692

MD, PhD, Professor

Россия, Vladivostok

References

Supplementary files