Роль цитокинов в регуляции иммунного ответа и механизмы гибели β-клеток при различных вариантах течения сахарного диабета типа 1

Известно, что запуск программы, ведущей к смерти клетки, начинается с приема сигнала — предвестника гибели в виде информации, поступающей к клетке извне или возникающей в недрах самой клетки. Сигнал воспринимается рецептором и подвергается анализу. Далее через рецепторы или их сочетания полученный сигнал последовательно передается молекулам-посредникам (мессенджерам) различного порядка и в конечном итоге достигает ядра, где и происходит включение программы клеточной гибели путем активации летальных или подавления антипетальных генов [5, 6].

По соверменным представлениям, существуют два вида клеточной смерти: апоптоз и некроз.

Некроз — это патологический процесс, развивающийся одновременно в большой группе клеток в результате гипоксии, физических и токсических воздействий, под действием комплемента или вируса. Некроз сопровождается отеком клетки, ранней потерей целостности ее мембраны, повреждением митохондрий и других органелл, что в итоге заканчивается лизисом остатков клетки [6].

Некроз клетки становится причиной повреждения и воспаления окружающих клеток и виден на срезе тканей.

В-клетки подвергаются некрозу в присутствии избыточного количества свободных радикалов — кислородных радикалов или оксида азота или под действием провоспалительных цитокинов.

Некроз не связан с потреблением энергии и синтезом белка, тогда как апоптоз — это энергозависимый процесс.

Термин "апоптоз" соответствует русскому "листопад". В процессе апоптоза клетка исчезает в течение 15—120 мин.

В большинстве случаев апоптоз связан с активацией специфических цистеиновых протеаз — каспаз, существующих в клетке в виде неактивных форм — прокаспаз.

В названии "каспаза" отражен механизм протеолиза: в активном центре находится цистеин, аспарагиновая кислота распознается как субстрат; каспазы расщепляют белки после остатков аспарагиновой кислоты.

В результате действия каспаз происходят разрушение белков, участвующих в формировании цитоскелета; гидролиз белков ядерной мембраны, конденсация хроматина; расщепление антиапоп- тозных белков семейства Вс1-2; протеолиз ингибитора ДНКазы, ответственного за фрагментацию ДНК; инактивация и нарушение регуляции белков, участвующих в репарации ДНК (мишенью каспаз является поли (АДФ-рибополимераза)).

Существуют следующие пути реализации программы клеточной смерти: 1) с участием рецепторов плазматической мембраны; 2) с участием митохондриального цитохрома С.

Рецептор, обозначаемый Fas (Аро-1 CD95), взаимодействуя с соответствующим лигандом (Fas-L) — трансмембранным белком Т-киллера, активируется и запускает программу смерти клетки [14].

При активации каспазы 1-го эшелона жизнь клетки еще можно сохранить. Существуют регуляторы, которые блокируют или, наоборот, усиливают разрушительное действие каспаз 1-го эшелона.

При активации каспаз 2-го эшелона (эффекторных каспаз) процесс, запущенный программой смерти, оказывается необратимым.

Другой путь реализации программы апоптоза зависит от митохондриального цитохрома С.

При повреждении митохондрий, например при истощении клеток восстановленным глутатионом или НАДФН, происходит образование гигантской поры или гигантского белкового канала в самой наружной мембране и высвобождение растворимых белков межмембранного пространства (среди них апоптогенные факторы, цитохром С и прокаспазы). Затем запускается каскад каспаз, ведущий к гибели клетки.

Различные пути апоптоза могут взаимодействовать между собой. Программируемая клеточная смерть может быть реализована в результате комбинированного действия двух путей — с участием и рецепторов плазматической мембраны, и митохондриального цитохрома С.

В последние годы было показано, что процессы некроза и апоптоза не противостоят друг другу.

Важную роль в процессе клеточной гибели играют цитокины — секреторные белки, выполняющие функцию медиаторов межклеточных сигналов и основных регуляторов активности иммунной системы. Цитокины называют "белками связи".

В зависимости от обеспечения клеточных или гуморальных форм иммунного ответа цитокины могут быть отнесены у Thl- или Т112-хелперным клеткам.

К Thl-клеткам относятся интерлейкины (ИЛ) 2 и 3, у-интерфероны, факторы некроза опухоли а и Р, к ТИ2-клеткам — ИЛ 4, 5, 6, 9, 10, 13.

Некоторые цитокины могут активировать механизм сигнализации, ведущий к гибели клетки.

Целью работы явилось сравнительное изучение особенностей аутоиммунного процесса, цитокино- вого профиля, маркеров апоптоза при различных вариантах течения сахарного диабета типа 1 (СД1).

Материалы и методы

Обследовано 109 больных СД с длительностью заболевания до 1 года в фазе декомпенсации, из них 36 больных СД1 и 33 — медленно прогрессирующим аутоиммунным СД взрослых (LADA). В качестве контроля обследовано 40 больных СД типа 2 (СД2) с длительностью заболевания до 1 года и 15 здоровых доноров (табл. 1).

Оценку иммунного статуса проводили на проточном цитометре FACSCalibur с использованием моноклональных антител ("Becton Dickinson") к дифференцировочным антигенам лимфоцитов периферической крови по стандартной методике. При этом оценивали процентные и количественные показатели Т-клеточной популяции (CD3⁺, CD4⁺, CD8⁺), естественных клеток-киллеров (CD16⁺), В-клеточной популяции (CD19⁺) лимфоцитов, а также процентное содержание лимфоидных клеток, несущих маркеры активации (HLA- DR-антиген, CD38) и маркерный антиген апоптоза (CD95).

Типирование 3 локусов HLA 2-го класса (DRB1, DQA1, DQB1) осуществляли с использованием наборов НПФ ЗАО "ДНК-технология" по прилагаемому протоколу.

Количественное определение ИЛ проводили методом иммуноферментного анализа (ELISA) с использованием коммерческих наборов "Cytelisa" для определения ИЛ 1, 2, 4 и набора "Biosourse International" для определения ИЛ-8.

Аутоантитела к цитоплазматическим антигенам [3-клеток (ICA) и глутаматдекарбоксилазе (GAD) определяли методом непрямого иммуноферментного анализа с использованием наборов "Isletest ICA" фирмы "Biomedica", аутоантитела к инсулину

Таблица 1. Основные клинические характеристики больных (М ± т)

(LAA) — методом непрямого иммуноферментного анализа ("ELISA test" фирмы "Mercodia"). Для оценки функции [3-клеток определяли уровень С- пептида натощак иммуноферментным методом с использованием наборов DSL (США). Статистическую обработку результатов исследования проводили с использованием программы Excel и Statistica v 6.0.

Результаты и их обсуждение

В обследуемых группах диагноз СД1 и СД2 ставили на основании этиологической классификации [19], диагноз LADA — на основании критериев, предложенных Р. Zimmet [20]:

• возраст дебюта обычно старше 35 лет;
• клиническая картина СД2 без ожирения;
• вначале — удовлетворительный метаболический контроль диетой и пероральными сахароснижающими препаратами;
• развитие потребности в инсулине в период от нескольких месяцев до 10 лет;
• наличие маркеров СД1:
• низкий уровень С-пептида;
• наличие HLA-аллелей, характерных для СД 1;
• наличие аутоантител к [3-клеткам (ICA и/или GAD).

Как выяснилось в последние годы, группа больных LADA является гетерогенной [13, 17].

Наличие высоких титров аутоантител к GAD65 позволяет идентифицировать подгруппу больных LADA-1 с клиническими характеристиками, близкими к СД1, и более ранним развитием инсулино- потребности по сравнению с другой подгруппой — LADA-2, характеризующейся низкими титрами GAD65 и клиническими критериями СД2.

У больных LADA-1 повышен риск развития других аутоиммунных заболеваний, в том числе тиреоидита Хашимото, болезни Аддисона. Некоторые авторы расценивают этот подтип как компонент аутоиммунного полиэндокринного синдрома [И].

По результатам определения уровня аутоантител группу больных LADA разделили на 2 подгруппы — LADA-1 и LADA-2 (рис. 1, 2).

К группе LADA-2 были отнесены больные с низким титром антител к GAD (5,0 ± 0,14 Ед/мл) и отсутствием других групп антител, к группе LADA-1 —

Рис. 2. Содержание ICA (в Ед/мл).

GAD анти-

больные с высоким титром антител к (14,0 ± 1,8 Ед/мл) и наличием комбинации тел к GAD и островковым клеткам. При этом титр антител к GAD и ICA был значительно ниже у больных LADA-1 по сравнению с больными СД1 (р < 0,05 и р < 0,001 соответственно).

Сравнительно низкие титры антител к антигенам островковых клеток у больных LADA, вероятно, обусловливают менее агрессивное течение аутоиммунного процесса, развитие потребности в экзогенном инсулине через несколько лет от начала заболевания и как следствие выявление LADA на поздней стадии [4] (табл. 2).

Предрасположенность к СД1 генетически детерминирована. Наибольшее значение из известных генетически маркеров СД1 имеют гены области HLA на хромосоме 6р21.3 (IDDM1). Высокий риск развития СД1 определяют аллельные варианты генов HLA: DRBl*03*04; DQAl*0501*0301; DQBl*0201*0302 [8, 10]. По результатам генетического исследования у больных LADA (независимо от принадлежности к LADA-1 или LADA-2) чаще других определялись отдельные аллели DQAl*501 и DQB 1*201, а также сочетания с протективными аллелями DQB 1*0602-8.

Несмотря на выявление при LADA генотипов HLA-системы, свидетельствующих о высоком риске развития СД, некоторые авторы придают им меньшее значение, чем при СД1 [16, 18]. При этом низкие титры антител к GAD у пациентов пожилого возраста при остутствии генотипов высокого риска и других типов антител к островковым клеткам, по данным ряда авторов, не могут свидетельствовать о прогрессирующем снижении функциональной активности р-клеток [9, 12].

Таблица 2. Клинические характеристики выделенных подгрупп LADA (М± т)

Таблица 3. Распределение HLA DR-DQ-аллелей

Разница гаплотипов LADA и СД1 ввиду небольшого объема выборки статистически недостоверна (табл. 3).

У всех больных отмечается дисбаланс про- и противовоспалительных цитокинов (рис. 3, 4).

Для цитокинов характерен сложный сетевой характер функционирования, при котором продукция одного из них влияет на образование или проявление активности ряда других. ИЛ, являющиеся подгруппой цитокинов, не способны самостоятельно индуцировать специфический иммунный ответ; они его регулируют. Воспалительные процессы регулируются провоспалительными ИЛ 1, 6, 8, 12 и противовоспалительными ИЛ 4, 10, специфические иммунологические реакции — ИЛ 1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 12 [3].

В исследуемых группах больных СД 1 и LADA по сравнению с контрольной группой здоровых доноров отмечается достоверное повышение уровня триггеров воспалительного ответа ИЛ-10 (р < 0,01), хемоаттрактанта ИЛ-8 (р < 0,01). ИЛ-1, вызывая повреждение структуры ДНК и приводя к снижению ее содержания в клетке, ускоряет наступление гибели клетки. ИЛ-8 является индуктором острой воспалительной реакции, стимулирует адгезивные свойства нейтрофилов. Повышение уровня ИЛ-8 может свидетельствовать о развитии нарушения микроциркуляции уже в начальных стадиях СД.

В то же время наблюдаются тенденция к снижению уровня ИЛ-2 при СД1 и LADA-1 (/? > 0,05) и достоверное его снижение при LADA-2 и СД2 (/-’ < 0,01).

Цитокины Thl-типа активируют реакции клеточного иммунитета, т. е. цитотоксические и воспалительные реакции, опосредованные Т-клетка- ми, естественными киллерами и макрофагами. Усиление реакций с участием цитокинов Thl-типа приводит к возникновению органоспецифических аутоиммунных заболеваний, развитие которых обусловлено чрезвычайно высокой степенью защищенности организма от воздействия вредных экзогенных внутриклеточных факторов.

Цитокины Тй2-типа активируют реакции гуморального иммунитета, т. е. продукцию антител В- клетками, особенно реакции, опосредованные через IgE, усиление пролиферации и функционирования эозинофилов: их чрезмерная активность приводит к развитию атопических заболеваний [3].

В исследуемых группах отмечается снижение содержания противовоспалительного цитокина ИЛ-4, относящегося к Т112-клеткам, при СД1 (р < 0,01) и LADA-1 (р < 0,01). При LADA-2 наблюдается инверсия ИЛ-4 (р < 0,05), сопровождающая медленное прогрессирование заболевания.

Выделяя разные наборы цитокинов, Thl - и Th2- клетки не только стимулируют различные эффекторные механизмы иммунного ответа, но и взаимно подавляют иммунорегуляторную активность друг друга.

Не обнаружено значимых изменений со стороны NK-клеток (CD 16), В-клеток (CD 19), а также Т-хелперов (CD4) и Т-супрессоров (CD8) и их соотношения в исследуемых группах (р > 0,05) (рис. 5).

Отмечено нарастание процентного содержания активированных лимфоидных клеток (CD38), более выраженное при СД1 и обеих подгруппах LADA (р > 0,05), что свидетельствует о напряженности иммунной системы (рис. 6).

При исследовании содержания Fas-рецептора апоптоза (CD95) (см. рис. 6) обнаружена тенденция к его снижению при СД1 (р > 0,05) и более выраженная тенденция к повышению при СД2 (Р > 0,05).

Апоптоз является физиологическим процессом, генетически детерминированным рецепторопосре- дованным механизмом самоуничтожения клеток. Поскольку эндокринный аппарат поджелудочной железы активно ремоделируется в постнатальном периоде жизни, апоптоз фактически заново включает синтез белка [1]. По какому пути произойдет клеточная гибель — некроза или апоптоза, во многом зависит от клеточного содержания АТФ и Са²⁺. При дефиците АТФ не хватает энергии для реализации двух энергоемких процессов: деградации и распада ядра и перестройки клеточной мембраны с выходом на наружную поверхность аннексин-V- распознаваемого фосфатидилсерина, и тогда нарушение целостности клеточной мембраны приводит к утилизации клетки в процессе некроза [2, 7].

Снижение показателя Fas-рецептора апоптоза (CD95) при впервые выявленном СД1, вероятно, свидетельствует о дефиците внутриклеточной АТФ, преобладании интенсивности аутоиммунного процесса и некротической гибели клеток.

При LADA аутоиммунный процесс развивается постепенно; образования АТФ и, вероятно, сохраненного функционирования митохондрий достаточно для завершения апоптотической программы [3-клеток.

Выводы

1. Полученные результаты свидетельствуют о гетерогенности LADA.
2. Высокий уровень антител и сниженные показатели Fas-рецептора апоптоза (CD95) указывают на преобладание интенсивности аутоиммунного процесса по сравнению с процессом апоптоза при СД1.
3. Вместе с тем Fas-рецептор CD95 лишь косвенно свидетельствует о запуске процесса программированной клеточной гибели. Быстротечность процесса апоптоза затрудняет исследование. В дальнейшем представляет интерес изучение роли лиганда Fas-L, так как пусковым моментом в реализации программированной клеточной гибели является взаимодействие Fas-рецептора с Fas-лигандом.
4. Повышение уровня ИЛ-8 может свидетельствовать о развитии нарушения микроциркуляции уже в начальных стадиях СД1 и LADA.