Белки γ-глобулиновой фракции, хелатирующие катионы металлов, в физиологической иммунорегуляции. Поляризация ответов и рациональное ограничение воспалительных реакций

Резюме

В работе представлены данные, обобщающие новые представления об участии катионов металлов, хелатируемых белками γ-глобулиновой фракции, в физиологической иммунорегуляции и контроле клеточных функций. Рассматриваются эффекторные свойства трансформированных связыванием катионов меди и цинка γ-глобулинов, реализуемые в условиях форсированной нагрузки и инициации воспаления. Обосновывается положение о том, что биохимические процессы, замкнутые на транспорт и обмен в микроокружении клетки катионов металлов, вовлекая белки γ-глобулиновой фракции в качестве транслирующих биомакромолекул, создают основу механизма рационального ограничения воспалительных реакций и иммуногенеза, который наряду с поддержанием определенной напряженности клеточного иммунитета тремя уровнями функциональных взаимосвязей исключает возможность повреждения собственных неизмененных клеток организма в условиях индукции аутореактивности.

Ключевые слова:γ-глобулины; катионы металлов; хелатирование; воспаление; ограничение

Для цитирования: Чекнёв С.Б. Белки γ-глобулиновой фракции, хелатирующие катионы металлов, в физиологической иммунорегуляции. Поляризация ответов и рациональное ограничение воспалительных реакций. Иммунология. 2022; 43 (4): 468-476. DOI: https://doi.org/10.33029/0206-4952-2022-43-4-468-476

Финансирование. Исследование выполнено в рамках государственных заданий Минздрава России "Молекулярные и клеточные основы противоинфекционной иммунорезистентности" от 4 апреля 2012 г. (государственная регистрация № 01201255945) и "Механизмы регуляции врожденного и адаптивного противоинфекционного иммунитета" от 18 февраля 2015 г. (государственная регистрация № 115030470028).

Конфликт интересов. Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

Благодарность Автор выражает признательность научному сотруднику М.А. Сарычевой за помощь, оказанную при подготовке рукописи к печати.

Совокупность представленных в работах [1, 2] данных формирует новые взгляды на участие катионов металлов в контроле клеточных функций и процессах физиологической иммунорегуляции. Речь идет о вызываемых связыванием металла конформационных преобразованиях белков γ-глобулиновой фракции, что сообщает этим белкам новые эффекторные свойства в отношении лимфоцитов человека и обнаруживает возможность описать два уровня регуляции клеточной активности трансформируемыми присоединением катионов меди (Cu2+) и цинка (Zn2+) γ-глобулинами - реализующиеся в условиях эквимолярного связывания металлов с белками [1] и присоединения γ-глобулинами умеренного молярного избытка Cu2+ и Zn2+ [2].

При этом базальные физиологические реакции, предполагающие случайный характер связывания отдельных катионов Cu2+ и Zn2+ белками γ-глобулиновой фракции, осуществляются в режимах индукции клеточных ответов и их ограничения оппозитным действием катионов на выработку ключевых иммуноактивных цитокинов [3-6], в то время как в условиях форсированных реакций и хелатирования белком умеренных молярных избытков катионов с вовлечением уже не отдельных сайтов, а участков (групп сайтов) связывания ионов металлов индукция ответа клетки и ее рациональное ограничение происходят на основе сонаправленного действия трансформированных присоединением Cu2+ и Zn2+ белков на выработку оппозитных по своему функциональному потенциалу цитокинов [7, 8].

Понятно, что вовлеченность металлокомплексов γ-глобулина, образуемых с Cu2+ и Zn2+, в регуляцию выработки цитокинов инициальной фазы иммунного ответа и воспаления - интерлейкина (ИЛ)-1β и ИЛ-6, продуктивной фазы реагирования - ИЛ-2 и интерферона (ИФН)-γ, а также факторов развернутого ответа и терминальной фазы воспаления - фактора некроза опухоли (ФНО)α и ИЛ-10 обусловливает возможность реализации определенного типа иммунного ответа за счет усиления конкретных путей поляризации иммуногенеза.

Поляризация иммунного ответа металлокомплексами γ-глобулина, образованными с Cu2+ и Zn2+

Рассмотрение поляризации иммуногенеза в контексте вовлеченности трансформированных связыванием катионов металлов белков γ-глобулиновой фракции в регуляцию дифференцировки Th1- и Th2-лимфоцитов обнаруживает металлоспецифические изменения выработки Th1- и Th2-цитокинов в присутствии металлокомплексов γ-глобулина.

В таблице представлены обобщенные данные, свидетельствующие о том, что под контролем металлокомплексов γ-глобулина, образуемых с катионами Cu2+ и Zn2+, реализуются оба пути созревания иммунокомпетентных клеток, обеспечивающие развитие иммунного ответа I и II типа [3-8]. Имея при этом в виду, что физиологические режимы функционирования иммунной системы с позиций обмена металлом в микроокружении лимфоцитов преимущественно определяются эффектами Zn2+, которого в плазме и тканевых компартментах всегда больше, чем Cu2+, и который достаточно легко может высвобождаться из внутриклеточных хранилищ в ходе первичного тканевого повреждения или воспаления [1, 2], полученные результаты демонстрируют противовоспалительный характер базальных клеточных ответов, большей частью связанный с генерацией лимфоцитов, обусловленной действием цитокинов Th2-пути (см. таблицу).

Связанный белками γ-глобулиновой фракции Zn2+ поддерживает инициальную фазу иммунного реагирования и воспаления, усиливая продукцию ИЛ-1β и ИЛ-6 [5, 6], и одновременно ослабляет выработку медиаторов основной, продуктивной, фазы ответа - ИФН-γ и ИЛ-2 [3, 4], определяя превалирование Th2-пути дифференцировки и эффективное торможение реакций, индуцируемых в условиях присоединения белками γ-глобулиновой фракции эквимолярных количеств металла [1]. В этих условиях снижается пролиферация лимфоцитов, в том числе индуцированная митогенной нагрузкой [9]. Катионы Cu2+, напротив, усиливают продуктивную фазу реагирования, повышают продукцию ИФН-γ и ИЛ-2 [3, 4], ослабляют инициальные стадии воспаления, снижают выработку ИЛ-1β и ИЛ-6 [5, 6], определяют дифференцировку клеток по Th1-пути и выступают поэтому факторами провоспалительной направленности в микроокружении лимфоцитов [1]. Пролиферативная активность клеток, в том числе индуцированная митогенной нагрузкой, при этом увеличивается [9].

Представленные данные свидетельствуют о том, что в условиях физиологических обменных процессов, на уровне эквимолярного связывания катионов металлов белками γ-глобулиновой фракции и базальной регуляции активности лимфоцитов, эффектами превалирующего в тканях и биологических жидкостях и определяемого даже в свободной (гидратированной) форме Zn2+ в микроокружении клеток иммунной системы формируется и поддерживается противовоспалительное состояние.

Провоспалительное действие Cu2+ ослабляется, усиливается дифференцировка Th2-лимфоцитов и генерация эффекторов II типа иммунного ответа. В результате любая индукция любого ответа в физиологических режимах регуляции самой природой межклеточных взаимодействий, предполагающих реципрокное влияние Cu2+ и Zn2+, связываемых белками γ-глобулиновой фракции и конформационно преобразующих последние, будет рационально ограничена противовоспалительным статусом микроокружения. Характеристическое действие Zn2+ и тормозящие эффекты Cu2+, относимые к инициальной фазе воспаления, очевидно, должны оказываться достаточными для исключения возможности повреждения в ходе физиологического иммунного реагирования и реализации первичной воспалительной компоненты собственных неизмененных клеток организма (см. табл.).

Реализация надфизиологических уровней индукции ассоциирована с активацией протеолитических ферментов поверхности клеток, тканевых и плазменных протеаз, в результате которой белки γ-глобулиновой фракции оказываются способными хелатировать из периглобулярного пространства уже не эквимолярные количества металла, а умеренные молярные избытки Cu2+ и Zn2+, и вовлекает иные механизмы регуляции активности клеток. Локализуясь сайтами общих групп связывания металлов, катионы Cu2+ и Zn2+ вызывают в молекулах белков γ-глобулиновой фракции совпадающие или достаточно близкие структурные перестройки, в динамике которых присоединяющие Cu2+ и Zn2+ γ-глобулины обретают способность действовать сонаправленно, усиливая выработку отвечающими эффекторами ФНОα и ИЛ-10 [7, 8].

Выступая ключевыми факторами воспаления (ФНОα) и противовоспалительной компоненты реагирования (ИЛ-10), указанные цитокины вовлечены в развитие иммунного ответа за счет оппозитного по своей направленности влияния, которое реализуется индукцией многочисленных межмолекулярных и межклеточных взаимодействий, запускающих сигнальную трансдукцию продуктивной (ФНОα) или терминирующей (ИЛ-10) фазы воспаления.

Как показано в работах [7, 8], в использованной нами экспериментальной системе активная выработка ИЛ-10 отсрочена во времени на 24-48 ч по отношению к продукции ФНОα, а в соответствии с данными [3-6] она отмечается на 24 ч позже, чем продукция ИФН-γ, и на 48 ч позже наиболее активной выработки ИЛ-1β, ИЛ-6 и раннего ИЛ-2. Сказанное свидетельствует о том, что Cu2+ и Zn2+, связываемые белками γ-глобулиновой фракции и конформационно преобразующие последние, обусловливают на уровне эквимолярного связывания и присоединения белком умеренных молярных избытков катионов инициацию и продуктивную фазу клеточных ответов и воспаления, поддерживая определенную напряженность клеточного иммунитета с одновременным ограничением воспалительной реакции и торможением процесса терминальной выработки в культуре клеток до 60-70 пг/мл, а с учетом возможности реализации эффекта кумуляции - до 130 пг/мл ИЛ-10 [8].

Очевидно, что активная продукция тормозного медиатора может не только ослаблять провоспалительное действие ФНОα [7], но и обеспечивать эффективный контроль инициации воспаления, реализующейся с участием ИЛ-1β [5] и ИЛ-6 [6], и продуктивного ответа, вовлекающего ИФН-γ [3] и ИЛ-2 [4], т. е. реакции первого уровня регуляции с позиции их рационального ограничения и исключения возможности повреждения собственных неизмененных клеток организма.

Но если, таким образом, определенные нами как первый уровень реагирования (связывание γ-глобулинами эквимолярных количеств Cu2+ и Zn2+) реакции рационально ограничиваются не только эффектами первого уровня регуляции, обусловливаемыми оппозитными свойствами Cu2+ и Zn2+ в отношении выработки отдельных иммуноактивных цитокинов [3-6], но и тормозятся механизмами второго регуляторного уровня (связывание γ-глобулинами умеренных молярных избытков металла), предполагающими сонаправленное действие Cu2+ и Zn2+ на выработку оппозитных по своему функциональному потенциалу ФНОα и ИЛ-10 [7, 8], обоснованно полагать, что и второй уровень ограничения должен оказываться под контролем механизмов более широкого плана, не замкнутых напрямую на собственно поляризацию иммуногенеза, но способных в силу естественной интеграции в многочисленные связи и контакты цитокиновой иммунорегуляторной сети обеспечивать независимую от характера индуцирующего сигнала тормозную компоненту реагирования, которая могла бы исключать аутореактивность и возможность срыва аутотолерантности в условиях любого по интенсивности реагирования.

Такие механизмы, действительно, обнаруживаются в результате исследований по изучению влияния связывающих Cu2+ и Zn2+ белков γ-глобулиновой фракции на выработку факторов роста клеток и хемотаксиса - гранулоцитарно-макрофагального (ГМ-КСФ) и гранулоцитарного колониестимулирующих факторов (Г-КСФ), фактора роста эндотелия сосудов (VEGF), моноцитарного хемотаксического протеина 1 (МСР-1).

Металлокомплексы γ-глобулина, образованные с Cu2+ и Zn2+, в регуляции выработки факторов роста клеток ГМ-КСФ, Г-КСФ и VEGF

Как показано на рис. 1, в присутствии металлокомплексов γ-глобулина, образованных с Cu2+ и Zn2+, на сроке инкубации клеток периферической крови (КПК) человека 48 ч выработка ГМ-КСФ заметно снижается по сравнению с эффектом присутствия контрольных γ-глобулинов. Одновременно Cu2+ и Zn2+ в составе металлокомплексов утрачивают значительную часть своего индуцирующего выработку ГМ-КСФ потенциала [10].

В абсолютных показателях продукция ГМ-КСФ в сравнении с эффектами контрольных белков уменьшается в 1,54-2,24 раза (р < 0,01-0,05), в сравнении с действием Cu2+ и Zn2+ - в 1,53-3,08 раза (р < 0,001) [10]. При этом тормозящие эффекты трансформированного связыванием Zn2+ γ-глобулина существенно превосходят действие комплекса с Cu2+ (см. рис. 1).

Аналогично и еще в большей степени на сроках инкубации КПК человека 24 и 48 ч в присутствии металлокомплексов γ-глобулина, образованных с Cu2+ и Zn2+, по сравнению с эффектом присутствия контрольных белков снижается выработка КПК человека Г-КСФ (рис. 2). Cu2+ и Zn2+ в составе металлокомплексов утрачивают значительную часть своего индуцирующего выработку Г-КСФ потенциала [10].

В абсолютных значениях на сроке индукции 48 ч, соответствующем в использованной экспериментальной системе продуктивной фазе ответа, продукция Г-КСФ в сравнении с эффектами контрольных белков уменьшается в 4,91-12,5 раза (р < 0,001), в сравнении с действием Cu2+ и Zn2+ - в 1,73-5,67 раза (р < 0,001-0,1) [10]. При этом тормозящие эффекты трансформированного связыванием Cu2+ γ-глобулина заметно превосходят действие комплекса с Zn2+ (см. рис. 2).

Как видно на рис. 3, в присутствии металлокомплексов γ-глобулина, образованных с Cu2+ и Zn2+, на сроке инкубации клеток 48 ч по сравнению с эффектами присутствия контрольных γ-глобулинов заметно снижается выработка КПК человека VEGF. Cu2+ и Zn2+, как и в опытах с ГМ-КСФ и Г-КСФ (см. выше), утрачивают значительную часть своего индуцирующего выработку VEGF потенциала [10].

В абсолютных показателях продукция VEGF в сравнении с эффектами контрольных белков уменьшается в 1,88 раза (р < 0,001), в сравнении с действием Cu2+ и Zn2+ - в 1,94-2,24 раза (р < 0,001-0,1) [10]. При этом временная динамика развития торможения в присутствии металлокомплексов γ-глобулина, образованных с Cu2+ и Zn2+, в использованной экспериментальной системе видится достаточно близкой, за некоторым преимуществом комплекса с Cu2+ (см. рис. 3).

Хорошо известно, что в условиях развития воспаления факторы роста клеток напрямую вовлекаются в обеспечение реактивности клеточного, тканевого и органного уровней, усиливают миграцию клеток, привлекают их в тканевые очаги реакции, способствуют участию в воспалительном процессе. ГМ-КСФ, Г-КСФ и VEGF выступают хемоаттрактантами, накапливающимися в очагах тканевого повреждения, вызывающими активную миграцию нейтрофилов, лимфоцитов и моноцитов в эти очаги и рассматривающимися, в силу сказанного, в качестве ключевых провоспалительных цитокинов [10].

Сигнальная трансдукция с активированных Fc-рецепторов (FcR) IgG человека усиливает экспрессию генов, кодирующих ГМ-КСФ и VEGF, и обусловливает накопление ГМ-КСФ в пуле синтезируемых клетками цитокинов. Нарастание продукции ГМ-КСФ связано с индуцирующими эффектами ИЛ-1β, ИЛ-6 и ФНОα и усиливается в присутствии ИЛ-18 [10]. Экспрессия гена VEGF индуцируется эффектами ИЛ-1β и ИЛ-6 и нарастает в присутствии ИЛ-1β, ИЛ-6 и ФНОα [10]. С другой стороны, факторы роста способны индуцировать экспрессию клетками иммунной системы FcγRI (Г-КСФ) и усиливать потенцируемую ИФН-γ выработку ФНОα (ГМ-КСФ), что свидетельствует об их вовлеченности в развитие воспаления не только усилением миграционных и пролиферативных процессов, но и активацией комплекса межклеточных взаимодействий, определяющего формирование всей совокупности воспалительных проявлений [10].

Хелатируя из периглобулярного пространства умеренные или значительные (что не исключено в условиях развития активного воспаления) избытки Cu2+ и Zn2+ и претерпевая в динамике этого связывания структурные перестройки молекулы, способствующие формированию и поддержанию нового конформационного состояния, белки γ-глобулиновой фракции утрачивают по сравнению с исходными (контрольными) γ-глобулинами способность усиливать выработку медиаторов воспалительных реакций. Напротив, они ослабляют индукцию воспаления, выступая факторами противовоспалительной направленности, эффекты которых реализуются не только посредством прямого воздействия на продукцию КПК человека факторов роста ГМ-КСФ, Г-КСФ и VEGF (см. выше и работу [10]), но и, как будет показано ниже, за счет снижения выработки функционально связанных с факторами роста клеток провоспалительных хемотаксических белков [11].

Металлокомплексы γ-глобулина, образованные с Cu2+ и Zn2+, в регуляции выработки моноцитарного хемотаксического протеина МСР-1

На рис. 4 представлены результаты, свидетельствующие о том, что в присутствии металлокомплексов γ-глобулина, образованных с Cu2+ и Zn2+, на сроке инкубации клеток 48 ч по сравнению с эффектами присутствия контрольных γ-глобулинов выработка КПК человека МСР-1 заметно снижается. Одновременно, как и в опытах с ГМ-КСФ, Г-КСФ и VEGF (см. выше), катионы Cu2+ (но не Zn2+), утрачивают часть своего индуцирующего выработку МСР-1 потенциала [11].

В абсолютных показателях продукция МСР-1 в сравнении с эффектами контрольных белков уменьшается в 1,23-1,25 раза (р < 0,001-0,01), в сравнении с действием Cu2+ - в 1,14 раза (р < 0,001) [11]. При этом тормозящие эффекты трансформированного связыванием Zn2+ γ-глобулина, как и в опытах с выработкой ГМ-КСФ (см. выше), существенно превосходят действие комплекса с Cu2+ (рис. 4). В отличие от экспериментов с ГМ-КСФ, Г-КСФ и VEGF, когда выработку факторов роста клеток оценивали в пикограммовых количествах (см. выше), концентрация МСР-1 определена в нг/мл (см. рис. 4).

В теории и практике воспаления МСР-1 описан как хемокин, служащий одним из ранних маркеров воспалительного ответа [11]. Выработка МСР-1 ассоциирована с продукцией Т-лимфоцитами ИЛ-4 и Th2-поляризацией иммуногенеза. Она повышается в условиях развития Th2-опосредованных заболеваний, нарастает одновременно с выработкой ИЛ-8 и ГМ-КСФ и усиливается, как и трансдукция сигналов с активированных рецепторов МСР-1, в присутствии ИЛ-1β, ИФН-γ и ФНОα, наряду с ИЛ-6 и ИЛ-18 индуцирующих или усиливающих продукцию провоспалительного ИЛ-8, в сочетании с МСР-1 формирующего молекулярные основы возникновения "цитокинового шторма" [11].

Ранее нами установлено, что белки γ-глобулиновой фракции, хелатирующие из периглобулярного пространства Cu2+, ингибируют выработку клетками крови человека ранних ИЛ-1β и ИЛ-6 [5, 6], а в результате присоединения Zn2+ γ-глобулины обретают способность снижать продукцию клетками крови ИФН-γ [3]. Связывание как Cu2+, так и Zn2+ переводит белки γ-глобулиновой фракции в конформационное состояние, реализация которого в динамике взаимодействия с FcR клеток снижает поток внутриклеточных сигналов, вызывающих выработку факторов роста ГМ-КСФ, Г-КСФ и VEGF, которые опосредуют выраженное провоспалительное действие [10], и усиливает продукцию противовоспалительного ИЛ-10 [8]. Следовательно, в контроле цитокиновой регуляторной сети металлокомплексы γ-глобулина выполняют противовоспалительные функции и могут вносить известный вклад в поддержание противовоспалительного состояния локального окружения и системного уровня.

Представленные данные свидетельствуют о том, что противовоспалительные эффекты белков γ-глобулиновой фракции, трансформированных связыванием Cu2+ и Zn2+, реализуются не только посредством контроля выработки цитокинов индуктивной и продуктивной фазы воспаления [3, 5, 6, 8], а также провоспалительных факторов роста клеток [10], но и ключевого провоспалительного хемокина МСР-1, форсирующего миграционные процессы и вовлеченного в развитие широкого спектра воспалительных реакций [11].

Существенно при этом, что из всех исследованных цитокинов и факторов роста клеток только выработка ИЛ-6 определяется в соответствующих по порядку МСР-1 нанограммовых концентрациях [6, 11]. Остальные медиаторы воспаления и иммуногенеза вырабатываются в пикограммовых количествах [3-5, 7, 10]. На уровне известных допущений можно, следовательно, полагать, что в режимах ответа, основанных на физиологической регуляции и базальных уровнях клеточной активности, в комплексе межклеточных взаимодействий, вовлекающих металлокомплексы γ-глобулина, образуемые с Cu2+ и Zn2+, в качестве факторов регуляции и контроля, превалирует противовоспалительная составляющая, исключающая повреждение собственных неизмененных клеток организма в условиях индукции активного воспаления и иммуногенеза.

Сказанное подтверждается сопоставлением эффектов трансформированных связыванием Cu2+ и Zn2+ γ-глобулинов в отношении выработки КПК человека самих ИЛ-6 и МСР-1. В присутствии контрольных белков ИЛ-6 вырабатывается в концентрации 0,8-1,0 нг/мл, наиболее значимые эффекты металлокомплексов γ-глобулина в отношении продукции цитокина отмечены на сроке 24 ч инкубации клеток, они реализуются снижением выработки ИЛ-6 на 0,1 нг/мл или ее нарастанием на 1,0 нг/мл [6]. МСР-1 в присутствии контрольных белков вырабатывается в концентрации 6,0-7,0 нг/мл, наиболее значимые эффекты металлокомплексов γ-глобулина отмечены на сроке 72 ч инкубации клеток, они реализуются снижением выработки МСР-1 на величину до 2,0 нг/мл, а с учетом возможности реализации эффекта кумуляции - до 2,5 нг/мл [11].

Понятно, что действие металлокомплексов γ-глобулина на выработку МСР-1 превосходит их эффекты в отношении продукции ИЛ-6 и всех остальных исследованных цитокинов и факторов роста клеток независимо от направленности изменений, вызываемых белками γ-глобулиновой фракции, преобразуемыми связыванием Cu2+ и Zn2+. Тем самым, биология воспаления в организме человека получает естественную, эффективную основу ограничения, реализация которой становится возможна как посредством общего торможения воспалительных реакций (ослабление продукции МСР-1), так и за счет усиления выработки ИЛ-10, переводящего клетки на Th2-путь дифференцировки и способствующего разрешению воспаления в использованной экспериментальной системе с выраженной активностью на сроке 72 ч инкубации клеток [8].

Физиологические режимы в оценке структуры и функций белков γ-глобулиновой фракции, хелатирующих Cu2+ и Zn2+

Как было отмечено в работе [1], методология наших исследований основывалась на идее физиологического обмена катионами металлов в биологических жидкостях и тканях организма и физиологической иммунорегуляции, осуществляемой в естественных условиях, на базальных уровнях клеточной активности и межклеточных взаимодействий, вне воздействия антигенной или митогенной нагрузки. Именно на эти условия реализации функций клеток иммунной системы, дифференцировки эффекторов и состояния цитокиновой иммунорегуляторной сети были ориентированы методические подходы, связанные с изучением участия белков γ-глобулиновой фракции, хелатирующих из периглобулярного пространства Cu2+ и Zn2+, в поддержании иммунного гомеостаза, в обеспечении баланса инициации, форсирования и торможения воспаления [1].

В контексте физиологической иммунорегуляции представлялись структурные и функциональные основы обмена металлов в микроокружении клетки [1], описывалась общая группа сайтов связывания катионов Cu2+ и Zn2+, обусловливающая реализацию сонаправленного действия этих металлов в клеточных системах [2], рассматривалась специфичность сайтов присоединения Cu2+ и Zn2+ в молекулах белков γ-глобулиновой фракции, определяющая металлоспецифические свойства трансформированных связыванием Cu2+ и Zn2+ γ-глобулинов [1].

Эксперименты проводились в щадящих по отношению к молекуле белка и клеткам крови человека условиях, исключающих воздействие индукционных сигналов. Мы не применяли жесткое воздействие на молекулу белка и клетки крови, которое допускало бы пусть даже частичное изменение структуры молекулы или мембраны клетки. Иными словами, работа осуществлялась на γ-глобулинах, конформационное состояние которых поддерживалось как максимально приближенное к нативному, и на клетках, не испытывавших антигенной или митогенной нагрузки.

В ходе всех проведенных исследований рассчитывали и отслеживали соответствующие физиологическим условиям концентрации металла и белка в растворе, молярные отношения белка и металла, температурные режимы связывания, кислотность и ионную силу раствора. Принимая во внимание отсутствие термодинамических запретов и стерических препятствий взаимодействию металла и белка в растворе, которое реализуется как энергетически выгодное [1], подтверждали физиологические свойства образующихся металлокомплексов. В соответствии с полученными результатами они не обладали токсическими свойствами в отношении клеток человека, демонстрировали достаточную степень стабильности, не десорбировали катионы в раствор, не экспрессировали новых по сравнению с исходными γ-глобулинами антигенных детерминант и не обретали новую антигенную специфичность, которая могла бы индуцировать в организме выработку антител к собственным связавшим металл и трансформированным этим связыванием белкам γ-глобулиновой фракции.

В клеточных системах использовали пролонгированные культуральные режимы, при определении титров ИФН по биологической активности применяли дозу вируса-индикатора, сниженную в 10 или 100 раз по сравнению с принятой для оценки форсированной индукции, стандартных индукторов выработки ИФН в суспензию КПК не вносили, их использовали только в качестве внутренних контролей постановки.

Конечно, нам приходилось работать с пограничными состояниями молекулы белка и базальной активностью клеток крови, когда не все получаемые результаты могли оцениваться стандартными методами вариационной статистики. Для ряда постановок, в силу сказанного, критерием достоверности выступала воспроизводимость результата, получаемого в независимых последовательных опытах, и возможность рассчитать предсказуемые эффективность и динамику воздействия с последующим подтверждением проведенных оценок и расчетов результатами дальнейших постановок.

По существу, весь цикл работ представляет собой единое комплексное исследование, а логика построения каждого последующего этапа определялась не только изначально заложенной идеей и методологией ее реализации, но и получаемыми на предшествующих этапах результатами, что позволяет оценивать описанные межмолекулярные и межклеточные взаимодействия с позиций высокой степени научной доказательности.

Рациональное ограничение воспаления и исключение аутореактивности клеток процессами обмена катионами металлов в микроокружении

В предшествующем разделе работы обосновано положение о том, что все описанные события происходят в рамках нормальных межмолекулярных и межклеточных взаимодействий, в физиологических режимах, на уровне базальной клеточной активности, обеспечивающей реализацию механизмов поддержания иммунного гомеостаза посредством не индуцированных антигенным или митогенным воздействием обменных процессов. Изложенное выше позволяет сформулировать определенные обобщения, касающиеся новых взглядов на место и роль катионов металлов, хелатируемых белками γ-глобулиновой фракции, в процессах естественной физиологической иммунорегуляции.

Совокупность полученных результатов свидетельствует о вовлечении процессов обмена металлом в микроокружении клетки в механизмы обеспечения иммунорегуляторного баланса и физиологического поддержания иммунного гомеостаза. Основу этих регуляторных механизмов составляют белки γ-глобулиновой фракции плазмы крови, хелатирующие из периглобулярного пространства Cu2+ и Zn2+, претерпевающие вследствие этого связывания металлоспецифические конформационные преобразования и обретающие новые эффекторные свойства, реализующиеся посредством взаимодействия с FcR клеток металлоспецифически. Поток генерируемых активированными FcR сигналов включает индуцирующую и тормозную компоненты. При этом физиологическая сигнальная трансдукция, замкнутая на активацию FcR - клеток трансформированными связыванием Cu2+ и Zn2+ белками γ-глобулиновой фракции, обеспечивает инициацию реакции и ее рациональное ограничение с превалированием тормозной составляющей, эффективной ближе к завершающим этапам ответа и реализуемой, как правило, на более высоких, чем для индуцирующей, концентрационных диапазонах.

Возникновение антигенной нагрузки, формирование первичного тканевого повреждения или инициация воспаления способствуют вовлечению в свободный обмен значительно больших, чем в физиологических условиях, количеств катионов металлов и определяют активную миграцию в очаги привлекаемых клеточных элементов. На основе описанных выше механизмов обеспечения регуляторного баланса базальных уровней клеточной активности развертываются значительно более масштабные реакции, ориентированные на отвечаемость системного характера, которые с необходимостью определяют потребность в механизмах контроля и ограничения уже системного уровня.

В этих условиях посредством металлокомплексов γ-глобулинов, образуемых с Cu2+ и Zn2+, включаются механизмы системного уровня регуляции и контроля реактивности, реализующиеся более выраженной инициацией и более эффективным торможением. При этом ограничивающая составляющая практически полностью доминирует над форсирующей, поскольку реализуется эффектом ослабления в присутствии металлокомплексов γ-глобулинов выработки факторов роста клеток и хемотаксиса, системно блокируя возможность выхода реактивности клеток в аутоагрессию и срыв иммунологической толерантности.

Полученные нами данные обнаруживают, что биология воспаления и собственно воспалительные процессы в организме человека обеспечиваются трехуровневой системой индукции и торможения, формирующейся эффектами белков γ-глобулиновой фракции, хелатирующих из периглобулярного пространства Cu2+ и Zn2+ (рис. 5). Как свидетельствуют представленные результаты, эта система включает два уровня индукции реагирования и три уровня его ограничения, включающиеся и реализующиеся в зависимости от силы индуцирующего воздействия и масштабности развивающегося ответа, которые обусловливают активизацию обменных процессов и возможность появления в микроокружении клеток иммунной системы нарастающих количеств катионов металлов (см. рис. 5).

Если при этом на первом, физиологическом, уровне случайного хелатирования и эквимолярного связывания катионов металлов белки γ-глобулиновой фракции реализуют в динамике иммунного ответа и воспаления эффекторные свойства, основанные на оппозитных характеристиках Cu2+ и Zn2+, то, начиная со второго, надфизиологического, уровня связывания умеренных молярных избытков катионов металлов в реакциях первичного тканевого повреждения или воспаления, присоединяющие катионы γ-глобулины транслируют клеткам сонаправленное действие Cu2+ и Zn2+, которое уже на этом уровне развертывания процесса может эффективно тормозить активацию клеток и форсированную отвечаемость. Реализация механизмов третьего, системного, уровня реагирования, вовлекаемого в обеспечение клеточных ответов в условиях инициации активного воспаления и форсированного иммуногенеза, не зависит от количества присоединяемых белками γ-глобулиновой фракции Cu2+ и Zn2+, которое в данном случае может оказываться весьма значительным, и от свойств самих катионов. Весь связываемый γ-глобулинами металл сообщает белкам посредством конформационных преобразований последних способность тормозить выработку факторов роста клеток и их хемотаксиса, обеспечивая рациональное ограничение воспаления, исключающее возможность развития аутоагрессии, срыва иммунологической толерантности и повреждения в динамике процесса собственных неизмененных клеток организма (см. рис. 5).

Общее заключение

Представленные в данном цикле исследований материалы позволяют обоснованно полагать, что биохимические процессы, замкнутые на транспорт и обмен в микроокружении клетки катионов металлов, вовлекая белки γ-глобулиновой фракции в качестве биомакромолекул, транслирующих своими конформационными преобразованиями индуцирующие и тормозящие эффекты Cu2+ и Zn2+ во внутриклеточные сигнальные пути, формируют основу механизма рационального ограничения воспалительных реакций и иммуногенеза, исключающего возможность повреждения собственных неизменных клеток организма в условиях индукции аутореактивности.

Литература

1. Чекнёв С.Б. Белки γ-глобулиновой фракции, хелатирующие катионы металлов, в физиологической иммунорегуляции. Оппозитные эффекты меди и цинка. Иммунология. 2021; 42 (3): 293-300.

2. Чекнёв С.Б. Белки γ-глобулиновой фракции, хелатирующие катионы металлов, в физиологической иммунорегуляции. Сонаправленное действие меди и цинка. Иммунология. 2021; 42 (5): 546-51.

3. Юшковец Е.Н., Ефремова И.Е., Бабаянц А.А., Чекнёв С.Б. Динамика выработки интерферона-γ в условиях индукции белками γ-глобулиновой фракции плазмы крови, трансформированными катионами металлов. Российский иммунологический журнал. 2010; 4 [1 (13)]: 41-7.

4. Чекнёв С.Б., Ефремова И.Е., Писковская Л.С., Мездрохина А.С., Юшковец Е.Н., Бабаянц А.А. Металлокомплексы человеческого сывороточного γ-глобулина индуцируют выработку раннего ИЛ-2. Российский иммунологический журнал. 2012; 6 [2 (15)]: 147-54.

5. Чекнёв С.Б., Ефремова И.Е., Писковская Л.С., Юшковец Е.Н., Бабаянц А.А. Выработка раннего ИЛ-1β, индуцированного металлокомплексами человеческого сывороточного γ-глобулина. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2012; 154 (9): 326-9.

6. Чекнёв С.Б., Ефремова И.Е., Мездрохина А.С., Бабаянц А.А. Оценка выработки IL-6 клетками крови человека в присутствии металлокомплексов γ-глобулина. Медицинская иммунология. 2012; 14 (6): 483-8.

7. Чекнёв С.Б., Ефремова И.Е., Апресова М.А., Бабаянц А.А. Индукция выработки ФНО-α металлокомплексами белков γ-глобулиновой фракции, образованными с катионами меди и цинка. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2012; 154 (12): 726-9.

8. Чекнёв С.Б., Апресова М.А., Ефремова И.Е., Писковская Л.С., Бабаянц А.А. Участие металлокомплексов γ-глобулина в регуляции выработки ИЛ-10. Иммунология. 2013; 34 (4): 189-93.

9. Чекнёв С.Б., Григорьева Е.А., Николаева Т.Н., Пронин А.В. Бласттрансформация спленоцитов мышей в присутствии белков γ-глобулиновой фракции и их металлокомплексов с медью и цинком. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2010; 150 (11): 555-8.

10. Cheknev S.B., Apresova M.A., Moryakova N.A., Efremova I.E., Mezdrokhina A.S., Piskovskaya L.S., Babajanz A.A. Production of the growth factors GM-CSF, G-CSF and VEGF by human peripheral blood cells induced with metal complexes of human serum γ-globulin formed with copper or zinc ions. Mediators Inflamm. 2014; 2014: 518625. DOI: https://doi.org/10.1155/2014/518625

11. Чекнёв С.Б., Сарычева М.А., Мездрохина А.С., Бабаянц А.А. Металлокомплексы γ-глобулина в регуляции выработки клетками крови человека моноцитарного хемотаксического протеина МСР-1. Иммунология. 2016; 37 (3): 150-5.

Главный редактор
ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР
Хаитов Муса Рахимович

Член-корреспондент РАН, доктор медицинских наук, профессор, директор ФГБУ «ГНЦ Институт иммунологии» ФМБА России

Редакционная коллегия журнала «Иммунология» и ФГБУ «ГНЦ Институт иммунологии» ФМБА России с прискорбием сообщают, что 11.03.2022 г. скончался Президент журнала «Иммунология», научный руководитель Института академик РАН Хаитов Рахим Мусаевич
Медицина сегодня
Ждем вас 2-3 декабря 2022 года на Зимней школе РОРР "Визуализация в педиатрии и неонатологии"

Новые знания от ведущих экспертов на Зимней школе РОРР "Визуализация в педиатрии и неонатологии"! Современная педиатрическая практика неотделима от научного и технического прогресса, достижения которого зачастую меняют подходы к диагностике и определению лечебной тактики. В...

Уважаемые коллеги, до XI-го Национального конгресса с международным участием имени Н.О. Миланова "Пластическая хирургия, эстетическая медицина и косметология" осталось 3 дня

Уважаемые коллеги, до XI-го Национального конгресса с международным участием имени Н.О. Миланова "Пластическая хирургия, эстетическая медицина и косметология" осталось 3 дня! С 29 ноября по 1 декабря 2022 года в Москве пройдет XI Национальный конгресс "Пластическая хирургия,...

X конференция с международным участием "Креативная кардиология и кардиохирургия. Новые технологии диагностики и лечения заболеваний сердца"

6-7 декабря 2022 года состоится юбилейная X конференция с международным участием "Креативная кардиология и кардиохирургия. Новые технологии диагностики и лечения заболеваний сердца", которая будет проходить в очном и онлайн-формате в ФГБУ "НМИЦ ССХ им. А.Н. Бакулева"...


Журналы «ГЭОТАР-Медиа»