II. ВЛИЯНИЕ ЦИТОКИНОВ НА СЕКРЕТОРНУЮ АКТИВНОСТЬ ГИПОТАЛАМО-ГИПОФИЗО-НАДПОЧЕЧНОЙ ОСИ IN VIVO

A. Исследования животных

Многочисленные исследования подтвердили первоначальные результаты, что введение IL-1alpha или IL-1beta крысам или мышам стимулирует секрецию АКТГ, GC, а также множества других индексов активации HPA оси (см. таблицу 5). Кроме того, было показано, что IL-1 увеличивает секреторную активность HPA оси у цыплят (959), овец (916), бабуинов (674) и людей (см. секцию IIB). Исследования взаимодействия между цитокинами и нейроэндокринной системой у беспозвоночных (улитка), продемонстрировали присутствие рудиментарной системы реагирования на стресс, с участием CRF-, АКТГ- и биоамин-подобных молекул (613-616). Система ответа на стресс улитки отзывчива к цитокинам, включая IL-1, IL-2 и TNF-alpha (612, 615-617). Активация HPA оси (или ее эквивалента у беспозвоночных) IL-1 сохранилась в течение эволюции различных видов и поэтому указывает на важность этого адаптивного ответа для выживания (615).

Таблица 5. Действие цитокинов на HPA ось у лабораторных животных

* Продолжительная инфузия (7 дней). Существенное увеличение плазменой концентрации АКТГ наблюдалось только в течение последнего цикла.

** В проверенных дозировках, каждый из этих цитокинов не имел никакого эффекта на плазменные уровни кортикостерона, но каждый их них усиливал секрецию кортикостерона в ответ на максимальную дозу IL-1.

*** Стимуляция секреции кортикостерона была отмечена только при самых высоких дозах IFN-alpha

У млекопитающих, АКТГ ответ на внутривенный IL-1 обычно прооисходит незамедлительно, в пределах 5-10 минут и имеет относительно короткую продолжительность (~1 час). В то же время, АКТГ ответ на интраперитонеальное введение IL-1beta медленнее в начале, но обычно имеет большую продолжительность (по крайней мере 2 часа). Наконец, ответ на введение IL-1 интрацеребровентрикулярно (непосредственно в мозг) продолжается в течение нескольких часов (обычно больше 3-4 часов). Большинство исследований обнаружило, что у крыс IL-1beta производит более мощный эффект, чем IL-1alpha (525, 574, 690, 695). Использование моноклональных антител показало, что аминокислоты в домене 66-85 рекомбинантного IL-1beta являются критическими для его способности производить АКТГ ответ (751). У крыс, IL-1beta стимулирует секрецию АКТГ во всех стадиях постнатального развития, и у самцов и у самок, хотя величина АКТГ ответа зависит от возраста и пола (59, 192, 466, 598, 686).

Первое введение IL-1beta не только производит быстрое увеличение плазменой концентрации АКТГ и кортикостерона у крыс, но также производит длительное (по крайней мере 3 недели) увеличение коэкспрессии AVP у гипоталамных CRF нейронов и гиперотзывчивость HPA оси (744). Продолжительное введение IL-1beta крысам увеличивает CRF- и АКТГ-подобную иммунореактивность гипоталамуса и гипофиза, соответственно, увеличивает вес надпочечников (573) и увеличивает плазменную концентрацию АКТГ по крайней мере в течение 7 дней (573, 830, 908).

Кроме IL-1, множество других цитокинов влияют на секреторную активность HPA оси (см.таблицу 5). Активацию HPA оси могут производить не только цитокины (например. IL-1), произведенные преобладающе миелоидыми клетками (например, моноцитами, макрофагами), но также и цитокинами (например, IL-2), произведенными лимфоидными клетками (например, T-лимфоцитами). Исследования, которые сравнивали потенциал цитокинов, обнаружили, что IL-1beta наиболее сильно стимулирует секрецию АКТГ (66, 358, 527, 772). Однако, это не обязательно имеет физиологическое значение. Например, в процессе местного воспаления, уровни IL-6, который, как считается, является менее мощным стимулятором секреции HPA оси, чем IL-1, увеличены в большей степени и в течение большего периода времени, чем уровни IL-1. Кроме того, по крайней мере некоторые цитокины действуют в синергизме, увеличивая секрецию АКТГ. Например, все гемопоэтины (IL-6, LIF, OM, CNTF, IL-11 и CT-1) увеличивают секрецию АКТГ и/или кортикостерона, индуцированную IL-1 в существенно большей степени, чем можно объяснить дополнительным эффектом (52, 639, 1003). Аналогично, TNF-alpha также усиливает производство АКТГ, индуцированное IL-1beta (907).

Множество исследований получило противоречивые данные относительно эффектов различных цитокинов на секреторную активность HPA оси. Хотя стимулирующий эффект TNF-alpha на HPA ось не был обнаружен, когда цитокин вводился крысам на периферии (58, 772, 909), противоположные результаты были получены, когда TNF-alpha вводился непосредственно в мозг. Например, хотя мы показали, что интрацеребровентрикулярное введение TNF-alpha производит существенное увеличение плазменной концентрации АКТГ у крыс (881), множество других исследователей обнаружило незначительный или отрицательный эффект (673, 772, 909). Такие несоответствия могут, по крайней мере частично, быть объяснены использованием цитокинов различного происхождения. В цитируемом примере, мы использовали мышиный TNF-alpha (881), принимая во внимание, что в других исследованиях (673, 772, 909) использовался человеческий TNF-alpha (673, 772, 909). Аналогично, исследования на мышах показали (51), что плазменные концентрации кортикостерона увеличивались в большей степени при интрацеребровентрикулярном введении мышиного TNF-alpha, чем при интрацеребровентрикулярном введении человеческого TNF-alpha. Подобные различия также были отмечены для человечесого и мышиного IL-6 и и IL-6Ralpha (173, 905).

Использование человеческих или мышиных цитокинов является обычным из-за их широкой распространенности, однако, в исследовании активности HPA оси наиболее обычно используются крысы. Существует очень мало исследований действия цитокинов в гомологичных системах (например, крысиные цитокины у крыс). Когда крысиный IL-1alpha (574) и крысиный IL-1beta (751) изучались у крыс, внутривенное введение этих цитокинов производило значительное увеличение плазменных уровней АКТГ. Рекомбинантные крысиные цитокины стали широко доступными после начала Европейской программы BIOMED1 ''Cytokines in the brain'' (возглавляемой доктором Dantzer, Бордо, Франция). Однако, во время написания этого обзора, никаких исследований влияния рекомбинантных крысиных цитокинов на HPA ось, в рамках этой программы опубликовано не было.

Хотя фармакологические различия цитокинов от различных видов животных могут усложнить интерпретацию данных, фактически они могут быть полезным фармакологическим инструментом. Например, различие между эффектом интрацеребровентрикулярного введения мышиного и человеческого TNF-alpha на плазменную концентрацию АКТГ, может отражать различные фармакологические профили двух известных рецепторов TNF, TNF-R1 и TNF-R2. Мышиный TNF-R1 имеет высокую аффинность к мышиному и человеческому TNF-alpha, принимая во внимание, что только мышиный TNF-alpha эффективен для TNF-R2 (334, 467, 505). Если, как было предположено в (817), та же самая фармакология истинна для крысиных рецепторов TNF-alpha, тогда увеличение плазменной концентрации АКТГ, индуцированное интрацеребровентрикулярным введением мышиного, но не человеческого TNF-alpha, указывает, что TNF-R2 - основная изоформа рецептора, участвующая в индуцированной TNF-alpha активации HPA оси у крыс.

Хотя большинство цитокинов, проверенных в исследованиях животных проявило стимулирующее действие на HPA ось (см. таблицу 5), два цитокина (IL-4 и IFN-gamma) ингибироовали активность HPA оси in vivo. Противовоспалительный цитокин IL-4 дозозависимо ингибирует экспрессию мРНК POMC в передней доле гипофиза, без влияния на мРНК CRF в pPVN, предполагая прямое подавляющее действие на уровне гипофиза (326). IFN-gamma также подавлял секреторную активность HPA оси, так как интрацеребровентрикулярное или интраперитонеальное введение низких доз IFN-gamma, уменьшало плазменные уровни кортикостерона и электрическую активность нейронов в PVN (725, 726, 729). Однако, высокие дозы IFN-gamma увеличивали плазменные уровни кортикостерона (726), предполагая, что качественные эффекты IFN-gamma на активность HPA оси зависят от используемой дозы.

B. Исследования человека

Кроме многочисленным исследований эффектов цитокинов на HPA ось у животных, клинические исследования множества цитокинов в рамках терапии рака, позволили детализировать их действие на HPA ось у людей. Такие клинические исследования позволили произвести исследование действия цитокинов на HPA ось в гомологичной системе (то есть, человеческие цитокины у человека). Внутривенное или подкожное введение IL-1alpha (179, 795), IL-1beta (176, 179), IL-2 (24, 194, 479-481, 812), IL-6 (519, 520, 809), TNF-alpha (596), IFN-alpha (41, 289, 337, 565, 566, 702, 758), IFN-beta (596) и IFN-gamma (342, 596, 810), увеличивали плазменную концентрацию АКТГ и/или кортизола. Как и у лабораторных животных, возбуждение секреции АКТГ, произведенное цитокинами, происходит быстро: в пределах 1 часа после внутривенной инфузии или в пределах 1-4 часов после подкожного введения.

Ряд экспериментов (519, 520) показал, что IL-6 - особенно мощный активатор HPA оси и что HPA ось человека является крайне отзывчивой к этому цитокину. При первом введении IL-6 (30 µg/kg подкожно), было отмечено увеличение плазменной концентрации АКТГ и кортизола, с пиками через 1 и 2 часа, соответственно. Плазменная концентрация АКТГ вернулась к нормальному уровню через 5 часов, принимая во внимание, что плазменные уровни кортизола остались увеличенными в течение 24 часов. К седьмому дню терапии, ответ на IL-6 заметно уменьшился. Этот эффект вероятно происходил из-за действия отрицательной обратной связи, произведенной постоянно увеличенными плазменными уровнями кортизола. Увеличение секреторной активности надпочечников сопровождалась увеличением массы надпочечников при оценке на КТ. Последующие исследования показали, что 0.3 µg/kg внутривенно уже является максимальной дозой IL-6 (520). Величина плазменного ответа АКТГ на первое введение IL-6 была больше, чем сообщалось при стандартном тесте гипофиз-надпочечной функции, например при введении CRF или тесте толерантности к инсулину. Относительно умеренные токсические эффекты IL-6 вели авторов к предположению, что IL-6 может быть новым тестом для исследования гипофиз-надпочечной функции (519) и методом проведения дополнительных исследований у здоровых индивидуумов (876). У здоровых мужчин, IL-6 (подкожно) производил существенные увеличение плазменных уровней АКТГ и кортизола, с пиками через 60-90 и 90-120 минут, соответственно, с минимальной эффективной дозой IL-6 1-3 µg/kg (876).

В целом, исследования человека и животных показали, что многие экзогенные цитокины имеют стимулирующее действие на секреторную активность HPA оси и говорят, что эндогенное производство цитокинов при угрозе гомеостазу может играть причинную роль в изменении ответа HPA оси.