- реферат
- факти
- Відкриті питання
- Виявлення та молекулярна характеристика запалення
- Молекулярні регулятори запалення
- Агоністи та механізми активації запалення NLRP3
- Запалення перехресних зв’язків із вродженими та адаптивними імунними шляхами
- Запалення та метаболічний синдром
- висновок
- глосарій
реферат
факти
Чопп та його колеги виявили запальні платформи та описали його біохімію та клінічне значення для періодичних синдромів, асоційованих із холодом (КАПС), або кріопіринопатії, подагри та діабету 2 типу.
Чопп та його колеги виявили ряд агоністів запалення, а саме мурамілдипептид (MDP), вірусну ДНК, кристали урату натрію (MSU), азбест, гемікозин, пов'язаний з діоксидом кремнію, галун та малярію.
Чопп та його колеги показали, що імунодепресивна функція інтерферону I типу була досягнута шляхом інгібування запалення NLRP3.
Tschopp et al. Продемонстрували роль запального захворювання NLRP3 у метаболічному синдромі.
Дослідження Цхоппа призвели до впровадження багатьох клінічних випробувань із запальними захворюваннями, включаючи CAPS, подагру та діабет 2 типу.
Відкриті питання
Який молекулярний механізм активує пневмонію?
Який зв’язок між шляхами запалення та загибеллю клітини та як клітина вирішує вдарити по одній, але не по іншій?
Хоча роль запалення в моногенних запальних захворюваннях добре встановлена, яка його роль у більш складних захворюваннях та які потенційні терапевтичні рішення?
Виявлення та молекулярна характеристика запалення
Сім'я NLR людини та білки, пов'язані з пневмонією. Існує 22 НЛР людини, що характеризуються центральним нуклеотидно-зв'язуючим доменом (NB). Сімейство NLR можна додатково класифікувати на чотири підродини, залежно від N-кінцевого домену білка. Домени CARD та PYD дозволяють взаємодіяти з каспазою-1 або адаптером ASC, дозволяючи наростати запалення. Рецептори розпізнавання образів AIM2 та RIG-I також здатні викликати запалення.
Повнорозмірне зображення
У 2001 р. Кілька основних генетичних досліджень пов’язали мутації генів NLR із запальними захворюваннями. Встановлено, що мутації в CARD15/NOD2 лежать в основі хвороби Крона та синдрому Блау, 7, 8, 9, а мутації в NLRP3, яку тоді називали CIAS1 (індукований холодом запальний синдром 1), були виявлені у осіб із сімейним синдромом Маклвеллса . (MWS). Тоді білок NLRP3 був названий кріопірином, і, як і пірин, виявилось, що сімейний середземноморський лихоманок (FMF) 11, продукт гена MEFV, експресується переважно в лейкоцитах периферичної крові. 10, 11 було встановлено, що NLRP3 мутує в спектрі успадкованих синдромів періодичної лихоманки, які включають, крім MWS, сімейну холодову кропив'янку та множинні запальні захворювання новонароджених.
У 2002 році Martinon et al. 12 описали в новаторському дослідженні велику молекулярну платформу, необхідну для олігомеризації та активації прозапальної протеази каспази-1, яку вони назвали запальною пухлиною (рис. 2). Використовуючи елегантні біохімічні підходи, безклітинні та клітинні системи, вони показали, що запалення NLRP1 складається з білка NLR NLRP1, адаптивного білка ASC (також відомого як PYCARD) та двох членів підродини запальних каспаз, каспаз-1 та - 5. Було показано, що виснаження АСК погіршує активацію запальної каспази та блокує дозрівання інтерлейкіну (IL) -1β після лікування ліпополісахаридами (LPS), що вперше свідчить про те, що запалення є важливою ланкою вродженої імунної системи. 12
Запалення. Стимуляція AIM2, RIG-I або NLR його спорідненим агоністом сприяє активації запалення та гептамерної олігомеризації. Активна пневмонія індукує активацію каспази-1, що дозволяє переробляти про-IL-1β та pro-IL-18 у їх зрілі форми.
Повнорозмірне зображення
У 2004 р. Цхопп та його колеги 13 далі продемонстрували, що NLRP3, який мутується в описаних вище аутозапальних синдромах і є гомологічним NLRP1, також утворює запальний комплекс, що містить ASC, білок кардинал і каспазу-1, що містить КАРТУ (але не каспаза - 5). Крім того, вони продемонстрували, що молекулярною основою запального захворювання, залежного від NLRP3, є спонтанне та надмірне вироблення активного IL-1β, як це спостерігається з використанням макрофагів пацієнтів з MWS.
Потреба в ASC у запальному середовищі була підтверджена в тому ж році Діксітом та його колегами 14, які повідомили про породження мишей з дефіцитом Asc та Ipaf (Nlrc4). Це дослідження продемонструвало, що макрофаги мишей Asc -/- демонстрували дефектне дозрівання каспаза-1-залежного IL-1β та IL-18 цитокінів у відповідь на позаклітинний АТФ або інфекцію внутрішньоклітинним патогеном (Salmonella typhimurium). На відміну від цього, Nlrc4-нульові макрофаги повністю реагували на позаклітинний АТФ, але виявляли дефектну активацію пневмонії у відповідь на S. typhimurium, припускаючи певний рівень специфічності, що визначається природою залученого НЛР. Важливо те, що залежна від каспази-1 загибель клітин, яку пізніше називали піроптозом, 15, була усунена в макрофагах без Asc або Nlrc4, забезпечуючи молекулярний зв’язок між запаленням та шляхами загибелі клітин.
У 2004 році ми також описали єдиний нуклеотидний поліморфізм у другого члена підродини запальної каспази, а саме CASP12, який видаляє його від більшості людської популяції, але не від деяких африканських нащадків. Ми показали, що експресія каспази-12 призводила до пригніченої запальної реакції на ендотоксин і була пов'язана з важким сепсисом у клініці. 16 Згодом ми показали, що механізм, за допомогою якого цей білок здійснює пригнічуючу дію при сепсисі, полягає у пригніченні пневмонії. 17
Загалом ці початкові дослідження виявили комплекс запалення, визначили деякі його регуляторні механізми та продемонстрували, що його гіперактивація є основою патогенезу аутозапальних захворювань, тоді як регульована активність є центральною темою захисту господаря та захисту від сепсису.
Молекулярні регулятори запалення
Ще два важливі регулятори запалення - це білок шаперону теплового шоку 90 KDa (HSP90) та його супресор G-ко-шаперону алелю Skp1 (SGT1). Чопп та ін. 29 показали, що, подібно до регуляції рослинних білків R (оглянуто в Chisholm et al. 1 та Jones and Dangl 2), HSP90 та SGT1 підтримують NLR у стабільній, але активуючій компетентній конформації. Результатом є виснаження SGT1 втручанням РНК або хімічним пригніченням активації запального раку HSP90. Ця регуляторна функція не обмежується членами підродини NLRP NLR, оскільки інгібування HSP90 також блокує опосередковану NOD1 активацію NF-κB, що додатково пов'язує захисні механізми рослин та господарів ссавців.
Агоністи та механізми активації запалення NLRP3
Цхопп та його колеги 45 вперше продемонстрували, що бактеріальний пептидоглікановий мурамілдипептид (MDP) сприяв вивільненню активного IL-1β при активації каспази-1 полум'яними м'язами незалежно від Toll-подібних рецепторів. Це підтвердили Рід та його колеги 32, які описали безклітинну систему відновлення запального процесу NLRP1, в якій одного лише MDP, що супроводжувався рибонуклеозидтрифосфатами, було достатньо для індукції утворення комплексу. Tschopp та ін. 46 також показали, що аденовірусна макрофагальна інфекція, яка призводить до експресії вірусної ДНК у цитоплазмі, також впливає на запалення NLRP3. Цікаво, що вона не була специфічною для вірусної ДНК, оскільки бактеріальні, ссавці та синтетичні dsDNAs могли активувати каспазу-1. 46 Однак не було продемонстровано прямого зв'язування ДНК з NLRP3. На противагу цьому, пізніше в чотирьох звітах було показано, що другий PYD, що містить рецептори розпізнавання цитозольної картини, а саме білок HIN200, відсутній у меланомі (AIM) 2, безпосередньо зв’язується з цитозольною ДНК і створює чітке запалення, що складається з AIM2, ASC та каспази-1 . 47, 48, 49, 50
Ключовим висновком Tschopp та співавт. 51 було те, що запалення NLRP3 активується не лише мікробними мотивами, але й небезпечними сигналами, які часто асоціюються із стерильними запальними захворюваннями. У новаторському дослідженні вони повідомили, що пов'язані з подагрою кристали сечової кислоти активують запалення NLRP3. Після стимуляції уранатам натрію (MSU) було показано, що макрофаги людини та миші секретують IL-1β в залежності від NLRP3. Це було продемонстровано in vivo за допомогою кристально-індукованої моделі перитоніту, у мишей з дефіцитом компонентів запального шляху виявлено помітно знижений перитоніт. 51
Повнорозмірне зображення
Примітно, що хоча деякі з агоністів, описаних вище, більш конкретно гемозоїн та галун, призводили до активації інактивації in vitro, це було можливо для відповіді господаря in vivo. Наприклад, каспаза-1 стимулюється плазматичними клітинами, паразитованими еритроцитами (містять гемозоїн), але її активність виключається під час малярії, оскільки миші Casp1 -/- еквівалентні мишам дикого типу при очищенні паразита P. chabaudi або при проходженні berghei -індукована церебральна малярія. 67, 68. Подібним чином, хоча було одностайно, що ад'ювант на основі каменів стимулював NLRP3 інламасому in vitro, обговорювалося, чи потрібна сигналізація NLRP3 для кам'яного ад'юванта. Насправді, хоча деякі дослідження повідомляють про скасування вироблення антитіл, що реагують на антиген, у мишей, у яких відсутня запальна лімфома NLRP3, 55, 57 інші виявили часткове гальмування 56 або повну відсутність фенотипу. Отже, результати активації in vitro запальних клітин слід інтерпретувати з обережністю і вимагати перевірки у фізіологічному контексті, щоб визначити, чи є цей шлях центральним елементом досліджуваного процесу, чи його активація відбувається як побічна реакція.
Запалення перехресних зв’язків із вродженими та адаптивними імунними шляхами
Другий регуляторний механізм запального шляху опосередковується ІФН типу I. ІФН І типу є загальним методом лікування аутоімунних та запальних розладів, проте механізми його дії в основному невідомі. Tschopp та співавт. 70 нещодавно показали, що ІФН типу I пригнічує запальну активацію та продукцію IL-1β за допомогою двостороннього механізму. З одного боку, тип I IFN індукує продукцію IL-10, який автокринним способом пригнічує експресію гена pro-IL-1 через STAT3. З іншого боку, тип I IFN націлений на запальне складання та активацію каспази-1 за допомогою ще не визначеного механізму. Відповідно, макрофаги з мишей 1110r -/- або мієлоїдних специфічних мишей Stat3 -/- виявляли підвищений рівень про-IL-1 порівняно з контролем, а індукція IFN типу I при введенні PolyI: C була показана у мишей, це пригнічує ІЛ. -1 р виробництва. Крім того, придушення запальної реакції показало, що ІФН типу I призвів до зменшення рекрутування гранулоцитів на моделі перитоніту та підвищеної сприйнятливості до інфекції Candida albicans. Загалом, ці висновки пояснюють ефективність лікування ІФН типу I при запальних захворюваннях та імунодепресивні ефекти індукції ІФН типу І після вірусних інфекцій.
Інфлямасома також націлена на адаптивну імунну систему, зокрема на ефекторні та Т-клітини пам’яті. У моделі NLRP3-залежного перитоніту Tschopp та його колеги 71 показали, що антиген-специфічні CD4 + ефекторні Т-клітини блокують активацію каспази-1 та вивільнення IL-1β, що призводить до зменшення збільшення нейтрофілів у очеревині. Це вимагало участі TCR і опосередковувалось мембранно зв'язаними лігандами сімейства TNF, такими як CD40L.
З іншого боку, показано, що імуногенність АТФ-вивільняючих відмираючих клітин залежить від запальної осі P2RX7-N1rp3. Гірінгеллі та ін. 72 елегантно продемонстрували, що антрацикліни або імуногенні протиракові хіміотерапії опосередковують захисні цитотоксичні імунні відповіді Т-клітин через запальний шлях NLRP3. Зокрема, було показано, що IL-1β є важливим для продукування IFNγ CD8 + Т-клітинами і що шлях IL-1β/IL-1R є важливим для успіху хіміотерапії. 72
У сукупності ці дослідження ставлять запалення в центральний вузол запального процесу, який жорстко регулюється вродженими та адаптаційними механізмами.
Запалення та метаболічний синдром
Хоча запалення пов'язане з T2D, сучасні терапевтичні підходи не базуються на протизапальних стратегіях. Цікаво, що клінічне випробування T2D з антагоністом IL-1R анакінрою показало певні перспективи, оскільки анакінра покращувала глікемію та секреторну функцію бета-клітин та зменшувала маркери системного запалення. 81 Крім того, було встановлено, що загальний протидіабетичний препарат, глібенкламід (також відомий як глібурид), який діє шляхом інгібування АТФ-чутливих калієвих каналів, 82 інгібує склад NLRP3 і інгібує каспазу-1, припускаючи, що фармакологічна модуляція Вісь IL-1 β може бути життєздатним підходом для лікування T2D. 83 Другим препаратом, який найчастіше використовується для лікування T2D, є метформін, який діє шляхом активації AMPK та вищої кінази LKB1 (розглянуто в Hardie 84), стверджуючи, що його ефективність може бути частково опосередкована модулюючим запальну активність.
висновок
Робота Юрга Чоппа, що стосується інфламасоми, поклала початок генезису нової галузі імунології. Бачення Чоппа вийшло за межі лабораторії, оскільки його робота призвела до розробки ефективних методів лікування розладів, пов'язаних із запаленням, та встановлення низки клінічних випробувань, що тривають в даний час. Виявлення Цьоппом інфламасоми допомогло пов'язати етіологію пов'язаних з кріопірином періодичних синдромів (CAPS) з мутаціями NLRP3, що призвело до успішної терапії пацієнтів CAPS у клініці. 87 Відкриття 2006 р., Що кристали MSU, що осідають у суглобах хворих на подагру, активували запалення 51, змусило його провести експериментальне клінічне дослідження у пацієнтів з подагричним артритом, які протягом 3 днів лікувались анакінрою. 88 Результати були вражаючими тим, що всі пацієнти швидко реагували на анакінру і демонстрували різке поліпшення без побічних ефектів. Його робота, пов’язуючи запальний процес із захворюваннями обміну речовин, прямо чи опосередковано вплине на багато життів, які страждають ожирінням та СД2 у найближчі роки. Наше поле, безсумнівно, втратило велетня, і Юрга Чоппа буде дуже не вистачати.