Лахтин М.В., Лахтин В.М., Афанасьев С.С., Алешкин В.А.

Московский НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Г.Н. Габричевского, Россия

ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ К ГЛИКОКОНЪЮГАТАМ КАСКАДЫ ЦИТОКИНОВ:

РЕЗЕРВЫ НАДЗОРА И ТЕРАПИИ

Резюме. В обзоре рассмотрены новые и перспективные лектиновые и гликоконъюгатные инициаторы и стимуляторы координированной продукции клетками цитокиновых каскадов, организующих и настраивающих (ко)функционирование надзорных защитных систем организма, используемых в терапии.

Ключевые слова: лектины, гликоконъюгаты, цитокины, системы узнавания, каскады, врожденный иммунитет, терапия.

Lakhtin M.V., Lakhtin M.V., Afanasiev S.S., Aleshkin V.A. G.N. Gabrichevsky Research Institute for Epidemiology & Microbiology, Russia. Glycoconjugates-sensitive cytokine cascades: Reserves of supervision and therapy.

Summary. The review is devoted to new and perspective lectin and glycoconjugate initiators and stimulators of synchronized cell production of cytokine cascades organizing and controlling (co)functioning of supervisor protective systems of organism which are used in therapy.

Key words: lectins, glycoconjugates, cytokines, recognition systems, cascades, therapy.

Природные гликоконъюгаты (ГК: гликопротеины, гликолипиды, липополисахариды, модифицированные полисахариды, другие) и лектины (ГК-распознающие белки не иммуноглобулиновой природы и их комплексы) структурно разнообразны, широко распространены в организме человека, характеризуются спектром физиологических активностей, в том числе способностью индуцировать каскадные ответы [1]. Разветвленные каскады (вместе с первичными инициаторами) создают сеть переключаемых ответов организма, в том числе с использованием наборов переключателей - специализированных паттерны-распознающих молекул и рецепторов (ПРМ и ПРР) [2, 3]. Разнообразие цитокиновых каскадов (ЦК) постоянно растет. Модуляция ЦК инициаторами важна для профилактической настройка систем защиты врожденного иммунитета. Новые составы ЦК представляют интерес для разработки новых путей стимуляции клеток врожденного иммунитета (макрофагов [Мф], Мф-подобных моноцитов крови, дендритных клеток [ДК], других) с последующей активацией/ иммуностимуляцией клеток адаптивного иммунитета (каскадов Т- и В-лимфоцитов [Лц]).

Цель – оценить потенциал и перспективы новых (лектин и/ или ГК)-инициируемых ЦК иммунитета для терапии.

Клеточные и поверхностноклеточные (как правило, гликопротеиновые) мишени и составы ЦК во многом определяются природой инициаторов. В табл. 1 инициаторы вариантов ЦК представлены лектинами растений и животных (изолектинами, фрагментами, полипептидами, рекомбинантами, другими) и ГК (экзогенными; микробного и животного происхождения, модифицированными). Часто ЦК-индуцирующие лектины являются митогенными, хотя это не является обязательным [12, 27]. Один и тот же лектин способен стимулировать у одного и того же типа клеток (например, Мф) продукцию одних цитокинов и супрессировать другие цитокины [26]. Лектин-подобные белки способны избирательно индуцировать (в том числе переключать) про- или антивоспалительные ЦК [9, 11, 19, 25]. Новые лектины могут действовать эффективнее/ «точнее» КонА и ФГА - могут использоваться вместо них для индукции, например, ИЛ6, ИЛ22 и/или ИФНг [20, 21, 24]. Многие ГК и лектины (в том числе их ГК-распознающие субъединицы, фрагменты, домены или эпитоп-подобные участки), не являясь аллергенами и токсинами (в отношении выбранных мишеней), используются для манипуляции с клетками, тканями, органами и организмом в целом. Они могут непосредственно вводиться в организм с терапевтической целью [8, 22]. Фитолектины и ГК могут использоваться для инициации противоопухолевых/ антипролиферативных каскадов [6, 7, 17, 22], защиты от диабета, псориаза и других патологий [14-16], против патогенов грибковой, бактериальной и вирусной природы [8, 14, 17, 23, 26]. Имеющие место костимуляция и индукция иммунных маркерных Лц (с экспрессированными определенными антигенами CD) и ПРР-несущих клеток лектинами и ГК лежат в основе синергистического усиления/ «уточнения настройки воздействия на мишени», проявляющегося в выраженности каскадов и разнообразия полезных результирующих комбинаций ЦК с каскадами CD- и ПРР-клеток.

Приведенные данные демонстрируют потенциал использования лектинов из новых источников, расширяют надзорные и терапевтические возможности композиций ЦК различной направленности. Дальнейшие перспективы могут быть связаны с использованием как «более точных» и более однородных, так и сбалансированных (в том числе во временных режимах) «смесей» инициаторов ЦК, например, подобно случаям применения антимикробных природных фрагментом и пептидов [6, 9, 19]. Специфические наборы ИЛ могут служить новыми средствами воздействия, формирования и регуляции иммунологической памяти [24]. Для отслеживания интерактомных событий в организме целесообразно расширение изучаемого сетевого состава ЦК, например, изучения кофункционирования классических цитокинов с хемокинами, лейкотриенами, NO, факторами роста, другими [11, 23]. При этом возрастает важность методов математической/ информационной оценки сцепленных функциональных сетей с участием ЦК. ГК остаются важными перспективными адъювантными ингредиентами при разработке доставочных неаллергенных и нетоксичных иммуномодуляторных комбинационных вакцин [23]. Расширение перечня перспективных инициаторов ЦК возможно и за счет изучения и применения лектиновых и гликоконъюгатных систем (в том числе из состава культур пробиотических бактерий человека) [4, 10]. Так, молочнокислые бактерии усиливают аутофаговую активность моноядерных фагоцитов путем увеличения отношения Th1/Th2-цитокиновых систем (усиления уровней Th1-цитокинов ИФНг и NO и снижения уровней Th2-цитокинов ИЛ4 и ИЛ13 в ответ на присутствие патогена) [10]. Пробиотические лектиновые системы имитируют свойства пробиотиков в условиях их отсутствия. Возрастает роль изучения и использования инициирующих/ переключающих/ регулирующих ЦК гликоконъюгатных пребиотиков (модифицированных и синтетических), изучения и применения ЦК и сопряженных с ними каскадов другой природы в рамках персонифицированной и популяционной/ региональной профилактики и терапии.

Литература

1. Алешкин В.А., Афанасьев С.С., Караулов А.В., редакторы. Микробиоценозы и здоровье человека. М.: Издательство «Династия», 2015, 107-172.

2. Лахтин М.В., Лахтин В.М., Афанасьев С.С. Система комплемента - коммуникатор иммунитета человека // [Материалы XI НПК «Современная европейская наука (30 июня - 07 июля 2015 г., Великобритания). Publishing House Education and Science s.r.o.] Materials of the XI International scientific and practical conference, «Modern european science». 2015. Volume 8. Medicine. Biological sciences et al. Sheffield. Science and education LTD - Стр. 59-67. ISBN 978-966-8736-05-6. DOI: 10.17686/rusnauka_2015_198820 .

3. Лахтин М.В., Лахтин В.М., Афанасьев С.С., Алешкин В.А. Взаимоотношения систем комплемента, Toll-подобных рецепторов, CD-антигенов и цитокинов в норме и при патологиях. Обзор // Бюллетень ВСНЦ СО РАМН. 2015. № 6.

4. Патент RU 2 535 152(13) C1. Композиция, содержащая полезные для организма человека продукты жизнедеятельности бактерий / Афанасьев С.С., Алешкин В.А., Лахтин В.М. и др. Опубликовано: 10.12.2014 Бюл. № 34.

5. Arenas-Del Ángel M., Legorreta-Herrera M., Mendoza-Hernández G. et al. Amaranthus leucocarpus lectin recognizes a moesin-like O-glycoprotein and costimulates murine CD3-activated CD4(+) T cells // Immun. Inflamm . Dis. 2015; 3(3): 182-195.

6. Bhutia S.K., Mallick S.K., Maiti T.K. In vitro immunostimulatory properties of Abrus lectins derived peptides in tumor bearing mice // Phytomedicine. 2009; 16(8): 776-782.

7. Chan Y.S., Wong J.H., Fang E.F., Pan W., Ng T.B. Isolation of a glucosamine binding leguminous lectin with mitogenic activity towards splenocytes and anti-proliferative activity towards tumor cells // PLoS One. 2012; 7(6):e38961.

8. Coltri K.C., Oliveira L.L., Pinzan C.F. et al. Therapeutic administration of KM+ lectin protects mice against Paracoccidioides brasiliensis infection via interleukin-12 production in a toll-like receptor 2-dependent mechanism // Am. J. Pathol. 2008; 173(2): 423-432.

9. Diao H.Y., Sun F., Zhang Y.L., Tanphaichitr N. Rat recombinant beta-defensin 22 is a heparin-binding protein with antimicrobial activity // Asian J. Androl. 2011;13(2):305-11. doi: 10.1038/aja.2010.93.

10. Ghadimi D., de Vrese M., Heller K.J., Schrezenmeir J. Lactic acid bacteria enhance autophagic ability of mononuclear phagocytes by increasing Th1 autophagy-promoting cytokine IFN-gamma and nitric oxide levels and reducing Th2 autophagy-restraining cytokines IL-4 and IL-13 in response to Mycobacterium tuberculosis antigen // Int. Immunopharmacol. 2010;10(6):694-706. doi: 10.1016/j.intimp.2010.03.014.

11. Harvey L.E., Kohlgraf K.G., Mehalick L.A. et al. Defensin DEFB103 bidirectionally regulates chemokine and cytokine responses to a pro-inflammatory stimulus // Sci. Rep. 2013;3:1232. doi: 10.1038/srep01232.

12. He M.C., Wang J., Wu J. et al. Immunological activity difference between native calreticulin monomers and oligomers // PLoS One. 2014;9(8):e105502. doi: 10.1371/journal.pone.0105502. eCollection 2014.

13. Duo C.C., Gong F.Y., He X.Y. et al. Soluble calreticulin induces TNF-α and IL-6 production by macrophages through mitogen-activated protein kinase (MAPK) and NFκB signaling pathways // Int. J. Mol. Sci. 2014;15(2):2916-28. doi: 10.3390/ijms15022916.

14-6. Karumuthil-Melethil S., Gudi R., Johnson B.M., Perez N., Vasu C. Fungal β-glucan, a Dectin-1 ligand, promotes protection from type 1 diabetes by inducing regulatory innate immune response // J. Immunol. 2014; 193(7): 3308-3321.

15. Kim J.J., Hwang Y.H., Kang K.Y., Kim I., Kim J.B., Park J.H., Yoo Y.C., Yee S.T. Enhanced dendritic cell maturation by the B-chain of Korean mistletoe lectin (KML-B), a novel TLR4 agonist // Int. Immunopharmacol. 2014; 21(2): 309-319.

16. Kouris A., Pistiki A., Katoulis A. et al. Proinflammatory cytokine responses in patients with psoriasis // Eur. Cytokine Netw. 2014; 25(4): 63-68. doi: 10.1684/ecn.2014.0358.

17. Koyama Y., Suzuki T., Kajiya A., Isemura M. Stimulation of IL-8 production by Aralia cordate lectin in human colon carcinoma Caco-2 cells // Biosci Biotechnol. Biochem. 2005; 69(1): 202-205.

18. Lee D.H., Kim H.W. Innate immunity induced by fungal β-glucans via dectin-1 signaling pathway // Int. J. Med. Mushrooms. 2014; 16(1): 1-16.

19. Lee J.Y., Suh J.S., Kim J.M. et al. Identification of a cell-penetrating peptide domain from human beta-defensin 3 and characterization of its anti-inflammatory activity // Int. J. Nanomedicine. 2015;10:5423-34. doi: 10.2147/IJN.S90014. eCollection 2015.

20. de Melo C.M., de Castro M.C., de Oliveira A.P. et al. Immunomodulatory response of Cramoll 1,4 lectin on experimental lymphocytes // Phytother. Res. 2010; 24(11): 1631-1636.

21. de Melo C.M., Melo H., Correia M.T. et al. Mitogenic response and cytokine production induced by Сramoll 1,4 lectin in splenocytes of inoculated mice //Scand. J. Immunol. 2011; 73(2): 112-121.

22. Monira P., Koyama Y., Fukutomi R. et al. Effects of Japanese Mistletoe lectin on cytokine gene expression in human colonic carcinoma cells and in the mouse intestine // Biomed. Res. 2009; 30(5): 303-309.

23. Muzzarelli R.A. Chitins and chitosans as immunoadjuvants and non-allergenic drug carriers // Mar Drugs. 2010;8(2):292-312. doi: 10.3390/md8020292.

24. de Oliveira P.S., Rêgo M.J., da Silva R.R. et al. Cratylia mollis 1, 4 lectin: a new biotechnological tool in IL-6, IL-17A, IL-22, and IL-23 induction and generation of immunological memory // Biomed. Res. Int. 2013; 2013: 263968.

25. Pingel L.C., Kohlgraf K.G., Hansen C.J. et al. Human beta-defensin 3 binds to hemagglutinin B (rHagB), a non-fimbrial adhesin from Porphyromonas gingivalis, and attenuates a pro-inflammatory cytokine response // Immunol. Cell Biol. 2008;86(8):643-9. doi: 10.1038/icb.2008.56.

26. da Silva L.C., Alves N.M., de Castro M.C. et al. Immunomodulatory effects of pCramoll and rCramoll on peritoneal exudate cells infected and non-infected with Staphylococcus aureus // Int. J. Biol. Macromol. 2015; 72: 848-854.

27. Urrea F., Zenteno E., Avila-Moreno F. et al. Amaranthus leucocarpus lectin (ALL) enhances anti-CD3-dependent activation of murine T cells and promotes cell survival // Immunol. Invest. 2011; 40(2): 113-129.

Таблица 1. Лектины/Гликоконъюгаты-инициируемые цитокиновые каскады.

Лектины, ГК, ссылки	Клетки, цитокины, каскады	Эффекты, комментарий
Лектины (источник, специфичность, свойства)
AAL; Gal-б1,3GalNAc-а1,O-Ser/Thr [5, 27]	Мишень- ГП70 кД CD4 T-Лц, активированных антителами антиCD3 в сочетании с лектином: усиленная пролиферация стимулированных лектином клеток; CD3: костимуляция продуцирования ИЛ4,10; ФНОа, ТФРб.	Промотирование клеточной выживаемости в организме.
ABP, AGP (Abrus- лектины, пептиды) [6]	Сц и NK-клетки: индуцированная продукция ИЛ2, ИФНг и ФНОа; повышенная экспрессия костимулированных CD25 и CD71 при наличии опухоли; Мф стимулировали продуцированиe NO, ИЛ1.	Усиление иммунного ответа у мышей с опухолью DL.
ACL, интернализованный в клетки [17]	Клетки СaCo2: усиление экспрессии гена ИЛ8; стимуляция продукции ИЛ8.	Противокарциномный потенциал.
KM(+)lectin Artocarpus integrifolia Man- [8]	Терапевтические инъекции лектина: презентация повышенных уровней ИЛ12, ИФНг, ФНОа, NO.	Защита организма отинфекции Paracoccidioides brasiliensis посредством продукции ИЛ12 с участием TLR2-зависимого механизма.
Cratylia mollis Mart , лектин (Cramoll 1,4); Glc/Man- ; митогенный [20, 21, 24, 26]; рCramoll [26]	Сц, обработанные Cramoll 1,4: повышенная продукция ИФНг в сравнении с ФГА и КонА; индуцированные высокие уровни ИЛ2,6, 17A,22,23, ИФНг, NO; стимулирование значительного числа клеток в S-фазе; Мф с фагоцитированными S.aureus: Cramoll и рCramoll down-регулируемая индукция ФНОа , ИЛ6 и up-регулируемая экспрессия ИЛ1б, ИФНг.	Противоопухолевой иммуномодуляторный; антивоспалительный (супрессия NO); вместо ФГА и КонА (для продукции ИЛ6, 22, ИФНг); иммуностимулирующий ответ Сц в организме, предварительно инокулированном лектином.
KML-B (B-цепь лектина Korean ML), новый TLR4агонист [15]	ДК: усиление ИЛ1б,6,12-белок70кД, ФНОа на фоне экспрессии костимуляторных CD40, CD80, CD86.	Иммуномодулирующие и иммуноадъювантные свойства B-цепи – для ДК-базовой терапии рака.
ML-Japonica [22]	Пероральное введение лектина, клетки Caco2 и поджелудочная железа: up-регуляция генной экспрессии ИЛ6,8, ФНОа.	Противоопухолевое влияние на экспрессию генов ЦК в поджелудочной железе.
Кальретикулин (растворимый, нативный мономерный, рекомбинантный, олигомерный); фукоидан [12, 13]	Мф: более высокая стимуляция олигомерным лектином ИЛ6 и ФНОа через MAPK-сигнальный путь.	Высокое содержание лектина при ревматоидном артрите и системной красной волчанке; чрезмерная иммуностимуляция.
ФГА (Phaseolus vulgaris cv. "brown kidney bean"); GlcN- ; димер 64 кД; митогенный [7]	Усиленная экспрессия ИЛ2, ФНОа, ИФНг.	Антипролиферативная активность в отношении раковых клеток MCF7 молочной железы, гепатомы HepG2 и носоглоточной карциномы CNE1 и CNE2.
Модифицированные полисахариды
б-Глюкан дрожжей, узнаваемый дектином1 Мф и ДК [14, 17]	ДК и Сц: индукция ИЛ2,10, ТФРб1; B- и T-Лц, NK-клетки: стимуляция ИЛ4,6, ФНОа.	Защита от диабета типа1; использование для модуляции аутоиммунимтета.
Хитозаны [23]	Мф: Индуцированная продукция ЦК и других эффекторов против вирусов, бактерий и опухолей через кофункционирование с лейкотриеном134 и ПРР (Nod- и TLR-подобными).	Иммуноадъювантные неаллергенные носители лекарств.

Примечание. а= альфа; б= бета; ДК= дендритные клетки; ГП= гликопротеин(ы); ИЛ= интерлейкин(ы); ИФНг= интерферон-гамма; КонА= конканавалинА; Лц= лимфоциты; Мф= макрофаги; р= рекомбинантный; Сц= спленоциты; ФГА= фитогемагглютинин; ФНОа= фактор-альфа некроза опухолей; AAL= Amaranthus leucocarpus; ACL= Aralia cordate lectin; CD= Лц с экспрессированными антигенами CD; Cramoll= Cratylia mollis; Gal= D-галактозид; Glc= D-глюкоза; GlcN= D-глюкозаминил; GlcNAc= N-ацетил-D-глюкозаминил; GM-CSF= granulocyte macrophage colony stimulating factor; Man= D-маннозид; MAPK= митоген-активированная-протеин-киназа; ML= Mistletoe lectin; NK= природные киллерные клетки; ТФР= трансформирующий фактор роста.