Журнал «Здоровье ребенка» 8 (43) 2012

Внутриклеточные сигнальные пути TLR

Распознавание эктодоменом TLR соответствующих ему РАМР инфекционных агентов приводит к развитию TIR-TIR взаимодействий интрацеллюлярных доменов, предопределяя окончательное формирование димера TLR. TIR-регион TLR, являясь первичным компонентом внутриклеточного механизма передачи сигнала, сразу после взаимодействия эктодомена с лигандами испытывает структурно-пространственные изменения, которые инициируют последующие внутриклеточные белково-белковые взаимодействия [13]. Согласно данным Hyagriv N. Simhan и соавт. [24], в процессе проведения внутриклеточного возбуждения, связанного с TLR, участвуют продукты более чем 113 генов (табл. 1).

Взаимодействие лигандов с TLR приводит к активации одних и тех же внутриклеточных сигнальных молекул, что и возбуждение IL-1R [2]. Трансдукция внутриклеточного сигнала TLR зависит от характера конститутивной ассоциации и/или рекрутирования структурно консервативной последовательностью TIR цитоплазматического С-терминального домена TLR-специфических адаптерных молекул [27]. Первой идентифицированной адаптерной молекулой TLR была молекула MyD88. В процессе возбуждения внутриклеточных молекулярных сигнальных путей практически всеми TLR, за исключением TLR3, в том числе и рецепторами интерлейкинов семейства 1, используется адаптерный протеин MyD88 [21].

Возбуждение TLR приводит к активации двух основных внутриклеточных молекулярных сигнальных каскадов — зависимого (все TLR, исключая TLR3) и независимого от адаптерного протеина MyD88 [10–12].

Возбуждение MyD88-зависимого пути начинается с взаимодействия адаптерной молекулы MyD88 со смертельным доменом (DD) молекулы IRAK-4, которая в последующем фосфорилирует киназу IRAK-1. Последняя активирует ­TRAF-6. Убиквитинирование TRAF-6 и протеинкиназы TAK-1 приводит к активации ядерного фактора транскрипции NF-kB [18, 21]. В цитоплазме клетки TAK1 также возбуждает митоген-активированные протеинкиназы (MAPK) — p38 MAPK, экстрацеллюлярную сигнал-регулируемую киназу (ERK1/2) и NH2-терминальную киназу Janus (Януса) (JNK) [9, 22], которые индуцируют активирующий протеин 1 (AP-1) и Elk-1 [5]. Активация ядерного фактора транскрипции NF-kB и фактора транскрипции AP-1 обусловливает продукцию провоспалительных цитокинов, в том числе ключевого в развитии воспаления интерлейкина IL-1F2 (IL-1b) [14], хемокинов, костимулирующих молекул, монооксида азота [21].

Возбуждение MyD88-независимого пути обусловлено рекрутированием других адаптерных молекул — TRIF/TICAM-1, взаимодействующей с TIR доменом TLR3 и TLR4; TIRP/TRAM/TICAM-2, взаимодействующей с TIR доменом TLR4 [2, 3, 8, 17, 26]. Пятая TLR-ассоциированная адаптерная молекула SARM (sterile a-motifs and b-catenin/armadillo repeat motif) ингибирует действие TRIF [19].

Возбуждение адапторных молекул TRIF (TLR3 и TLR4) и TIRP (TLR4) через индукцию IKK-подобной киназы TBK-1 приводит к активации интерферон-регулирующих факторов транскрипции (IRF), обусловливающих продукцию интерферонов I типа (IFN-b) (рис. 1) [4, 11, 12, 16].

РАМР-индуцированное возбуждение характерно прежде всего для клеток высоко экспрессирующих TLR. Так, после возбуждения антигенпрезентирующие клетки (APC) мигрируют из участка рекогниции в региональные лимфоузлы, где они представляют антигены инфекционных агентов наивным ­CD4⁺T-клеткам. Активированные дендритные клетки (DC) экспрессируют костимулирующие молекулы, которые способствуют возбуждению T-клеток, а также начинают продукцию цитокинов, которые предетерминируют направленность цитодифференцировки наивных ­CD4⁺T-клеток в Th₁-, Th₂-, Th₁₇-, ­T_reg-клетки и развитие иммунного ответа. Возбуждение большинства TLR приводит к цитодифференцировке Th₁-клеток, обусловливая развитие макрофагально-нейтрофильного воспаления [6]. Однако возбуждение TLR разных типов клеток имеет различные эффекты [7]. В частности, в табл. 2 продемонстрированы отличия экспрессии и функционирования TLR эффекторных и регуляторных Т-лимфоцитов.

Ответ на TLR-возбуждение носит выраженную зависимость от возраста человека. Проведенное фундаментальное исследование Muriel Nguyen и соавт. [1] показало, что у детей на протяжении первого года жизни структура и активность TLR-ассоциированного ответа (TLR4, TLR9) на возбуждение РАМР (LPS и CpG соответственно) in vitro достоверно отличается от таковой у взрослых (табл. 3).

Авторами было установлено, что у детей уровень экспрессии CD80 и HLA-DR миелоидных DC достигает уровней взрослого человека к третьему месяцу, а плазмацитоидных DC только к 6–9-месячному возрасту. Клетки крови пуповины после стимуляции CpG ДНК продуцировали достоверно большое количество IL-6, IL-8, IL-1b и IL-10, чем клетки крови детей 3-месячного возраста, но меньшее, чем клетки взрослых людей. У детей LPS-индуцированная продукция TNF-a, IP-10 и IL-12p70 достигает уровней, характерных для взрослых, между 6–9-м месяцами жизни. В ответ на возбуждение CpG-индуцированная продукция типа IFN-I-зависимых хемокинов (IP-10 и CXCL9) с возрастом постепенно увеличивается [1].

Регуляция TLR-ассоциированного возбуждения

По мере санации организма от патогенов постепенно снижается уровень активности неспеци­фических механизмов защиты и воспалительного процесса. Возбуждение TLR, возникающее при взаимодействии с РАМР инфекционных агентов, индуцирует не только механизмы воспаления, но и механизмы, участвующие в подавлении продукции провоспалительных цитокинов [20]. Если по тем или иным причинам не происходит подавление активности провоспалительных механизмов, то избыточная продукция TNF-a, IL-1F2 (IL-1b), IL-6, ­IL-12 и других цитокинов может привести к развитию инфекционно-токсического шока и летальному исходу заболевания. В настоящее время идентифицировано несколько механизмов, ингибирующих TLR-ассоциированное возбуждение. Так, при рекогниции РАМР, во-первых, происходит снижение потенциала возбуждения TLR, во-вторых, ингибируются внутриклеточные сигнальные пути. Снижение потенциала возбуждения TLR обусловлено увеличением продукции солютабных форм TLR, препятствующих взаимодействию мембраносвязанных TLR с РАМР; снижением экспрессии аксессуарных протеинов, в частности, при возбуждении TLR4 ингибируется синтез MD2, ограничивая возможность распознавания LPS [15]. Возбуждение TLR2, TLR7 и TLR4 сопровождается снижением уровня экспрессии сигнальной молекулы IRAK-1. В процессе ингибиции внутриклеточных TLR-ассоциированных сигнальных путей участвует несколько групп эндогенных молекулярных структур: ингибиторы адаптерных протеинов, ингибиторы внутриклеточных сигнальных молекул, ингибиторы факторов транскрипции (табл. 4).

К ингибиторам адаптерных протеинов относят пятую адаптерную молекулу SARM, ST2, MyD88s и A52R. Адаптерная молекула SARM, протеины MyD88s, IRAK-М снижают уровень потенциала возбуждения NF-kB. Так, адаптерная молекула SARM ингибирует TRIF-зависимые сигнальные пути TLR3 и TLR4 рецепторов. MyD88s конкурирует с MyD88 при его взаимодействии с IRAK4, что обусловливает снижение активности процесса фосфорилирования IRAK1. Дефицитная по киназной активности IRAK-М предотвращает формирование комплекса IRAK-1/TRAF6 [15].

Ингибиторами внутриклеточных сигнальных путей являются IRAK-M, SOCS1, TOLLIP, TRIM30-a, SHP2, деубиквитинирующие ферменты A20, CYLD, DUBA. Молекула SOCS1 нарушает процессы передачи сигналов JAK-STAT. Одну из ключевых ролей в ингибиции TLR-ассоциированного возбуждения играют ферменты A20 и CYLD, которые участвуют в деубиквитинировании TRAF6. Деубиквитинирующий фактор DUBA связывает и селективно расщепляет TRAF3, обусловливая нарушение индукции TBK1. В подавлении TLR-ассоциированного возбуждения участвуют ингибиторы таких факторов транскрипции, как ­NF-kB (BCL3 и стабилизатор IkB-a TRAIL), IRF3 (PIN1), STAT (PIAS), а также факторы транскрипции и ингибиции — ATF3, подавляющий LPS-индуцированную продукцию IL-6 и IL-12; NF-kBID, подавляющий продукцию IL-6. Важным механизмом ингибиции TLR-ассоциированного возбуждения являются РНК-дестабилизирующие белки, отсутствие которых приводит к сверхпродукции TNF-a и IL-1 и к резко выраженной неуправляемой воспалительной реакции [15, 20].

Таким образом, трансмембранные TLR являются ключевыми сенсорами РАМР инфекционных агентов и DAMP макроорганизма, функционирование которых предопределяет развитие процесса воспаления и иммунного ответа. В ­TLR-ассоциированном возбуждении принимают участие адаптерные молекулы MyD88, TIRAP, TRIF, TIRP, которые обу­словливают дифференцированное возбуждение внутриклеточных сигнальных каскадов.