IV. ДЕЙСТВИЕ ЦИТОКИНОВ НА ЦЕНТРАЛЬНУЮ НЕРВНУЮ СИСТЕМУ, ГИПОФИЗ И НАДПОЧЕЧНИКИ

Эффекты введения цитокинов здоровым субъектам и последствия ингибирования действия цитокинов при инфекции, воспалении или стрессе, подразумевают, что цитокины могут играть физиологическую роль в регулировании секреторной активности HPA оси. Однако, цитокины также производят множество системных остро-фазовых ответов, которые непосредственно активируют HPA ось, поднимая вопрос, являются ли эффекты цитокинов на секреторную активность HPA оси прямыми или вторичными. Например, IL-1beta вызывает лихорадку, нарушения поведения, увеличение частоты сердечных сокращений, увеличение кровотока в некоторых тканях, активацию симпатической нервной системы и изменения метаболизма. Эти физиологические изменения сами по себе нарушают гомеостаз и каждое из этих изменений могло бы активизировать секреторную активность HPA оси. Однако, влияние некоторых цитокинов на плазменную концентрацию АКТГ были отделены от множества их других действий. Например, в исследовании Besedovsky с коллегами (70), индуцированная IL-1 активация HPA оси у мышей не была связана с лихорадкой. Действительно, аналоги IL-1beta с заметно меньшими пирогенными свойствами все еще стимулируют секрецию АКТГ (572). Кроме того, увеличенная секреция АКТГ наблюдается после периферического введения IL-1beta с дозировкой, которая не имеет, или имеет только минимальный эффект на секрецию других гормонов, например лютеинизирующего гормона, катехоламинов и пролактина, чья секреция заметно изменяется многими другими стрессорами (399, 695, 886). Аналогично, дозы IL-6, которые заметно увеличивают плазменную концентрацию АКТГ и кортизола у людей, имеют умеренный эффект на другие остро-фазовые ответы (519, 520). Наконец, исследования, описанные в секции IIIE, ясно указывают, что регулирование секреции АКТГ цитокином LIF может происходить у здоровых животных. Эти результаты предполагают специфичность действия цитокинов на HPA ось.

В 1987 г. оригинальная статья в журнале Science предположила, что влияние IL-1 на секрецию АКТГ относится к действиям на уровне гипоталамного производства CRF (55, 730) или непосредственно на гипофиз (62). Кроме того, хотя первоначальная гипотеза лимфоидно - надпочечной оси, посредством которой АКТГ, произведенный лимфоцитами является связью между активацией иммунной системы и секрецией гормонов надпочечников (793) не была подтверждена в других исследованиях (698), было установлено, что цитокины могут действовать на надпочечники непосредственно.

Следующие секции описывают данные, которые указывают на потенциальный участок действия цитокинов при изменении секреторной активности HPA оси. При представлении аргументов для каждого уровня HPA оси (ЦНС, гипофиз и надпочечники), мы рассматриваем три линии свидетельств. Во-первых, мы описываем локализацию рецепторов цитокинов в пределах HPA оси. Чтобы специфический цитокин мог влиять на секреторную активность HPA оси, необходима экспрессия функциональных рецепторов этого цитокина в рассматриваемой ткани (например, в гипоталамусе) или по крайней мере в функционально связанных тканях (например, других регионах ЦНС, которые проецируются на гипоталамус). Во-вторых, мы описываем экспрессию цитокинов тканями HPA оси. Первоначально предполагалось, что влияние эндогенных цитокинов на нейроэндокринную функцию является следствием действия на ЦНС и гипофиз цитокинов, произведенных циркулирующими или резидентными в данной ткани клетками, такими как макрофаги, моноциты, фибробласты, B- и T-лимфоциты. Однако, исследования последного десятилетия показали, что многие интерлейкины, хемокины, TNF, IFN, CSF и факторы роста, производятся многочисленными типами клеток, включая клетки, обнаруженные в пределах нейроэндокринной системы. Поэтому, цитокины при регулировании нейроэндокринной функции могут действовать паракринно или аутокринно, так как они это делают в иммунной системе. Как правило, уровни цитокинов у здоровых животных или людей, не подвергнутых стрессу, низки, но экспрессия множества цитокинов может значительно увеличиваться при повреждении ткани, инфекции, болезни или физическом / психологическом стрессе. В следующих секциях суммированы известные в настоящее время данные относительно синтеза цитокинов в пределах ЦНС, гипофиза и надпочечников и как эта экспрессия может регулироваться. Наконец, мы обсуждаем многочисленный исследования in vivo и in vitro, которые изучали эффекты цитокинов на каждый компонент HPA оси.

A. Свидетельства, что цитокины активизируют гипоталамо-гипофизо-надпочечную ось прежде всего на уровне ЦНС

1. Рецепторы цитокинов в пределах ЦНС

Рецепторы многих цитокинов были локализованы в пределах ЦНС или описаны в первичных культурах клеток или линиях клеток, полученных из мозговой ткани. Они включают рецепторы IL-1, IL-2, IL-3, IL-4, IL-6, IL-7, интерферонов, TNF, CSF, факторов роста и нейротофинов (65, 344, 762) (таблица 6).

Таблица 6. Цитокины и их рецепторы в ЦНС

A) Рецепторы IL-1 в ЦНС. Ранние исследования локализации рецепторов IL-1 в мозге, показали довольно широко распределение этих рецепторов. Высокие уровни меченного радиоизотопом йода-¹²⁵I IL-1beta были найдены в сосудистом сплетении, бороздах, гиппокампе, мозжечке и обонятельной луковице, с низкими уровнями в гипоталамусе и МЕ (251) мозга крысы. Также сообщалось о специфическом сцеплении меченного радиоизотопом йода-¹²⁵I IL-1beta с тканями гипоталамуса крысы (398). Последующие исследования подтвердили существование рецепторов IL-1 в ЦНС грызунов и была обнаружена мРНК IL-1r1 и сцепление IL-1 с нейронами (см. ниже), астроцитами (31, 714, 868), цереброваскулярным эндотелием (904), клетками нейробластомы (625) и клетками глиобластомы (303), но не микроглии (31, 868). Однако, локализация в мозге крысы, несколько отличается от ранее сообщенных особенностей распределения рецепторов IL-1 в гипоталамусе мышей. Кроме того, имеются существенные различия в распределении рецепторов IL-1 во всем мозге мышей и крыс.

В целом, мозг мыши имеет очень низкий удельный вес рецепторов IL-1 как было оценено, по сцеплению с меченными радиоизотопом йода-125 IL-1alpha, IL-1beta и IL-1ra. Однако, очень высокие уровни рецепторов IL-1 были найдены в гиппокампе (зубчатая фасция, но не регион CA1-CA4), сосудистом сплетении и мозговой оболочке (30, 841, 848). В пределах зубчатой фасции, сцепление IL-1 преобладающе происходит с нейронами (30, 848). Интересно, что ни одно из современных исследований не сообщило о существенном сцеплении IL-1 в гипоталамусе (30, 841, 848). Гистохимические исследования мозга мыши показали, что мРНК IL-1r1 преобладающе экспрессирована в зубчатой фасции, сосудистом сплетении и у эндотелиальных клеток, но не в гипоталамусе (177, 178). Напротив, мРНК IL-1r2 была невыявляема в нормальном мозге мыши при использовании гистохимических процедур (202).

Как и у мышей, у крыс, сосудистое сплетение, но не гипоталамус, демонстрирует существенное сцепление IL-1 (516, 845, 848). Однако, в отличие от сцепления IL-1 в гиппокампе мыши, гиппокамп крысы не демонстрирует сцепления с IL-1alpha, IL-1beta или IL-1ra (516, 845, 848). Аналогично, in situ сигналы гибридизации для мРНК IL-1r1 в гиппокампе крысы были описаны как слабые (972, 982) или фоновые (238) и ни одно исследование не показало существенные сигналы в зубчатой фасции. мРНК IL-1r1 в мозге крысы в значительной степени ограничена не-нейронными клетками, эпендимными клетками, которые выстилают желудочки мозга и спинномозговой канал, клетками сосудистого сплетения, лептоменинкса и специфическими эндотелиальными / периваскулярными клетками, которые являются главными участками экспрессии рецепторов IL-1 (178, 238, 969, 970, 972, 982). Несколько групп нейронов в мозге крысы, однако, демонстрируют низкие уровни мРНК IL-1r1: базолатеральное ядро миндалевидного тела, дугообразное ядро гипоталамуса, тройничные и гипоглоссальные моторные ядра и самое заднее поле (area postrema) (238). Как и у мышей, мРНК IL-1r2 была невыявляема в мозге крысы (592), хотя экспрессия мРНК IL-1r2 была индуцирована при системном введении каинитовой кислоты (592).

Низкие уровни мРНК IL-1r1 наблюдались в гиппокампе крыс, что очевидно контрастирует с локализацией IL-1rACP у крыс. мРНК IL-1rACP сильно экспрессирована в мозге мышей (304) и крыс (482). Исследования гибридизации у крыс продемонстрировали, что в отличие от мРНК IL-1r1, мРНК IL-1rAcP сильно экспрессирована в зубчатой фасции, регионе в котором мРНК IL-1r1 экспрессирована у мышей, но не у крыс (482). Кроме того, мРНК IL-1r1 и IL-1rACP по разному регулируются при периферическим введении LPS (271, 353). Поэтому, возможно, что IL-1rACP в мозге может действовать как дополнительный белок к новому рецептору IL-1 или имеет функции, не связанные с передачей сигналов рецептору IL-1.

Кроме описанных выше методов, RPA (238, 280, 352, 353) и RT-PCR (270, 625) широко использовались, чтобы исследовать распределение и регулирование мРНК IL-1r1 и IL-1r2 в мозге мышей и крыс. Parnet с коллегами (625) обнаружили транскрипты IL-1r1 и IL-1r2 в целом мозге мыши но показали, что линия клеток нейробластомы C1300 экспрессирует только мРНК IL-1r1. Действительно, Gabellec с коллегами (270) также продемонстрировали транскрипты обоих рецепторов IL-1 в мозге мыши, но обнаружили, что мРНК IL-1r1 преобладала в мозге, принимая во внимание, что мРНК IL-1r2 была наиболее широко представлена в селезенке. Хотя предыдущая работа показала, что системный LPS уменьшает сцепление IL-1 в мозге крыс и мышей (29, 321, 517, 840, 842, 843), RT-PCR и RPA показали, что LPS или IL-1beta увеличивают экспрессию мРНК IL-1r1 и IL-1r2 (270, 271, 281, 353, 354, 357, 646, 668).

B) Рецепторы IL-6 в ЦНС. Cпецифические участки сцепления с IL-6 были обнаружены у астроцитомы и глиобластомы (835), а также в экстрактах бычего гипоталамуса (170). мРНК, кодирующая субъединицу рецептора IL-6 (IL-6Ralpha) также была обнаружена у нейронов, микроглии и астроцитов в нормальной мозговой ткани, первичных культурах клеток или опухолевых линий клеток (735, 834). мРНК IL-6Ralpha была экспрессирована в нескольких областях мозга у крыс (273, 274, 746, 749, 900, 988). мРНК IL-6Ralpha наиболее широко представлена в регионах CA1 и CA4 гиппокампа и у клеток зубчатой фасции (900) а также была обнаружена в гипоталамусе, мозжечке, гиппокампе, полосатом теле и неокортексе (273, 274, 746, 749, 988). Специфические сигналы гибридизации наблюдаются у глиальных клеток латерального обонятельного тракта, у эпендимных клеток обонятельного и переднего латерального желудочка и у нейронов пириформной коры, неокортекса, гиппокампа и гипоталамуса (746). В пределах гипоталамуса, мРНК IL-6Ralpha присутствует в вентромедиальных и дорсомедиальных регионах, включая перивентрикулярный гипоталамус и среднее преоптическое ядре. Однако, передняя доля гипоталамуса и PVN не демонстрировали никаких специфических сигналов гибридизации для мРНК IL-6Ralpha (746).

Экспрессия мРНК IL-6Ralpha в мозге крысы, возможно, регулируется эволюционно, с существенным увеличениями экспрессии особенно в полосатом теле, гипоталамусе, гиппокампе и неокортексе, в возрасте 2-20 дней (273, 274). Кроме того, введение LPS заметно увеличивает уровни мРНК IL-6Ralpha в нескольких регионах мозга крысы (самое заднее поле (area postrema), ядро одиночного пути (nucleus tractus solitarius), миндалевидное тело, кора мозга, ограда (claustrum), гиппокамп, МЕ, пириформная кора, PVN, SFO и OVLT) (900). Кроме того LPS (интраперитонеально) или IL-1beta (внутривенно), стимулируют экспрессию мРНК IL-6Ralpha вблизи кровеносных сосудов во всем мозге (900).

Кроме IL-6Ralpha, сигнальный компонент рецептора IL-6, белок gp130, также был локализован в ЦНС крысы (900, 927). Gp130 был найден у клеток глии, нейронов, олигодендроцитов и эпендимоцитов. Распределение иммунореактивности gp130 в мозге крысы накладывается на распределение IL-6Ralpha, но является более широким, что совместимо с его ролью по трансдукции сигналов для других членов семейства IL-6 (927). Действительно, мРНК gp130 была обнаружена повсюду в мозге крысы, с положительными сигналами гибридизации почти всех областях мозга (900), включая гипоталамус и PVN (900).

C) Рецепторы TNF в ЦНС. В настоящее время имеются очень мало данных относительно распределения или физиологической роли любого из рецепторов TNF в пределах ЦНС. Изучения сцепления меченого радиоизотопом лиганда ¹²⁵I-rm TNF-alpha с различными регионами мозга мыши, продемонстрировали слабое сцепление по всей поверхности мозговой ткани (967). Исследование гомогенатов ткани показало специфическое сцепление в стебле мозга мыши, коре, таламусе, базальных ганглиях и мозжечке (414). Исследования in vitro показали, что мРНК TNF-R1 и TNF-R2 присутствуют в цереброваскулярном эндотелии мышей (49). В микроглии, мРНК TNF-R1 и TNF-R2 может быть экспрессирована у астроцитов и олигодендроцитов у человека (788, 823a, 834, 963), принимая во внимание, что, по крайней мере один подтип рецепторов присутствует у крыс и мышей (17, 209, 855). Недифференцированные и дифференцированные клональные клетки нейробластомы (N1E клетки) экспрессируют мРНК TNF-R1, но не мРНК TNF-R2 (787). Иммунореактивность TNF-R1 также была обнаружена у нейронов в черном веществе (substantia nigra) и иммунореактивность TNF-R1 и TNF-R2 была обнаружена у нейронов гиппокампа и полосатого тела у людей (92). Однако, не имеется никаких данных о локализации любого типа рецепторов TNF-alpha в гипоталамной области, непосредственно вовлеченной в регулирование секреторной активности HPA оси.

2. Экспрессия цитокинов в ЦНС

Производство и действие цитокинов в пределах ЦНС были рассмотрены в множестве превосходных статей (65, 344, 710, 711, 745, 762), поэтому здесь приводится только краткий обзор, необходимый для обсуждения влияния цитокинов на HPA ось.

A) Базальная экспрессия. Многие цитокины синтезируются в пределах мозга (см. таблицу 6), хотя в большинстве случаев их экспрессия у здоровых, не подвергнутых стрессу людей, низка. Тем не менее, множество исследований сообщило о распределении иммунореактивности IL-1, IL-6 и TNF-alpha или их мРНК в мозге нормальных нелеченных индивидуумов. В мозге человека, иммунореактивность IL-1beta была найдена в пределах нейронных элементов гипоталамуса, включая перивентрикулярные регионы, pPVN и ME (101). Это распределение совместимо с ролью IL-1beta как нейрорегулятора остро-фазового ответа и, в частности, HPA оси (101). Хотя исследования также обнаружили нейронную иммунореактивность IL-1beta у крыс в подобных регионах гипоталамуса, более существенное окрашивание было найдено в экстрагипоталамных регионах, особенно в гиппокампе (454). Иммунореактивность IL-1beta также была обнаружена в гипоталамусе крысы (672). Биологическая активность IL-1 в мозге крысы была невыявляема (264, 655) или обнаружена в стебле мозга, коре мозга, промежуточном мозге и гиппокампе (32, 656, 778). В гипоталамусе нормальных крыс или мышей IL-1beta был обнаружен с помощью чувствительных иммунологических методов (314). Однако, большинство исследований гибридизации обнаружили, что паренхима мозга демонстрирует очень слабый сигнал мРНК IL-1beta (124, 338, 546, 981), принимая во внимание, что экспрессия IL-1beta в группе контроля была заметной (969, 970). Аналогично, большинство исследований, использующих Нозерн-блоттинг или RT-PCR, обнаружили чрезвычайно низкие или невыявляемые уровни IL-1beta или мРНК IL-1beta в мозге крыс или мышей (197, 277, 338, 453, 507, 644), хотя методы были достаточно чувствительны, чтобы обнаружить небольшие дневные вариации изменения экспрессия мРНК IL-1beta в мозге крысы (838).

мРНК гена ICE, кодирующего фермент, ответственный за дробление Pro-IL-1beta к зрелому, активному IL-1beta, была обнаружена в микроглии мышей (990), целом мозге (401), гомогенатах гипоталамуса и гиппокампа (452, 865, 866) и кровеносных сосудах (артериолы и венулы) повсюду в мозговой паренхиме (970). мРНК антагониста рецепторов IL-1beta также была обнаружена в пределах мозга крысы (269, 281, 353-357, 472, 485, 970, 971), с особенно сильным сигналом гибридизации в гипоталамусе (особенно PVN), гиппокампе, мозжечке, сосудистом сплетении и кровеносных сосудах во всем мозге (472, 970).

Иммунореактивность TNF-alpha была обнаружена в гипоталамусе и вентральной поверхности мозга у нормальных мышей (105). На основании морфологических наблюдений, наиболее сильное окрашивание наблюдается у нейронов в двух основных регионах: перивентрикулярных, в желудочковой системе и регионе, связанном со средним пучком переднего мозга (105). В пределах гипоталамуса, в PVN наиболее сильно окрашенные группы клеток находятся в опорном ядре терминального тяжа. Наконец, мРНК IL-6 была невыявляемой (900) или была локализована вместе с мРНК IL-6Ralpha в нескольких регионах мозга крысы, включая гипоталамус, мозжечок, гиппокамп, полосатое тело и неокортекс (746).

B) Индуцированная экспрессия. Экспрессия множества цитокинов в пределах ЦНС значительно увеличивается в ответ на повреждение клеток. Соответственно, местные концентрации IL-1beta, IL-6 и TNF-alpha увеличены в течение бактериальных или вирусных инфекций ЦНС, травмы мозга, ишемии и конвульсий (344, 745). Кроме того, их экспрессия увеличена при множестве хронических болезней ЦНС, таких как рассеянный склероз, синдром Дауна и болезнь Альцгеймера (344, 745). Как правило, когда демонстрировалась индукция синтеза цитокина в пределах мозга, клетки микроглии являются основным типом клеток, который синтезирует интерлейкины, хемокины, TNF и IFN, хотя сосудистые клетки, астроциты и нейроны также вносят вклад в производство цитокинов.

Особое значение для взаимодействий между иммунной и нервной системой имеет гипотеза, что синтез цитокинов в мозге может быть индуцирован стимулами, иными чем те, которые являются прямым вызовом для ЦНС, и, следовательно, цитокины могут действовать как нейрорегуляторы в пределах мозга способом, родственным классическим нейропептидам. Действительно, в ответ на периферическое введение LPS, экспрессия множества цитокинов в ЦНС увеличивается (см. таблицу 6). В ответ на большие дозы LPS (0.4-4 милиграмма / кг интраперитонеально или внутривенно), уровни мРНК, кодирующей IL-1alpha, IL-1beta, IL-1ra, IL-6 и TNF-alpha увеличены в гомогенатах нескольких регионов мозга мыши при оценке с помощью RT-PCR и Нозерн-блоттинга (28, 269, 277, 453, 570). Это увеличение происходило в пределах 1 часа с пиком примерно через 6 часов. Однако, важной проблемой, связанной с индукцией цитокинов в мозге, является вопрос, действительно ли стимул, вызывающий увеличение синтеза цитокинов, имеет периферическое происхождение, могут ли большие дозы LPS проникать через гематоэнцефалический барьер в достаточном количестве, чтобы непосредственно стимулировать синтез цитокинов.

Действительно, LPS - мощный стимул синтеза IL-1, IL-6 и TNF-alpha после интрацеребровентрикулярного введения (197, 338, 655, 881) и стимулирует синтез цитокинов глиальными клетками (770). Кроме того, большие дозы LPS могут разрушать гематоэнцефалический барьер (91, 199, 483, 496, 781, 878), таким образом позволяя проникновение периферических клеток (например, макрофагов), которые могут вносить вклад в синтез цитокинов. Большинство исследований RT-PCR было выполнено с использованием высоких доз LPS, и факт, что они полностью не решили проблему загрязнения клетками крови и возможное разрушение гематоэнцефалического барьера, делает окончательное заключение трудным. Однако, Pitossi с коллегами (643, 644) использовали полуколичественную RT-PCR, чтобы измерить производство цитокинов после введения LPS мышам в дозировке 20 µg/kg интраперитонеально, которая, как сообщалось ранее, не влияет на целостность гематоэнцефалического барьера. Важно, что эти авторы также количественно определили возможную контаминацию клетками периферической крови. Эта работа показала существенную индукцию мРНК IL-1beta, IL-6, TNF-alpha и IFN-gamma в нескольких регионах мозга (кора, мозжечок, таламус, полосатое тело, гиппокамп, стебель мозга и гипоталамус), с пиком увеличения секреции через 2-4 часа после введения LPS (644). Поскольку авторы заключили, что это увеличение не могло быть объяснено контаминацией клетками периферической крови, ясно, что эти цитокины были индуцированы в мозге дозами LPS, которые не разрушают гематоэнцефалический барьер.

Множество иммуноцитохимических исследований изучали распределение мРНК IL-1beta или IL-1beta после системного (внутривенного или интраперитонеального) введения LPS у крыс и кроликов и получили подобные результаты.Экспрессия IL-beta после внутривенного или интраперитонеального введения LPS наблюдалась в околожелудочковом органе (circumventricular - CVO) включающего эпифиз, медиальное возвышение, субфорникальный орган, субкомиссуральный орган, терминальную пластинку, невральную часть гипофиза, эпифиз, а также в мозговой оболочке и сосудистом сплетении (124, 576-578, 971). Клетки, демонстрирующие экспрессию IL-1beta в этих регионах, включают макрофаги, микроглию и периваскулярные клетки. Также наблюдается существенная индукция IL-1beta в микроглии во всем мозге, но это имеет тенденцию происходить только при больших дозах LPS (> 2.5 милиграмм / кг против < 1 милиграмм / кг для CVO) (124, 902, 971). Кроме того, индукция IL-1beta в CVO происходит быстрее (1-2 часа) чем в мозговой паренхиме (пик через 6-8 часов). Интраперитонеальное введение LPS увеличивает концентрацию IL-1beta в пределах гипоталамуса крысы (314, 340). Минимальная доза LPS, необходимая для существенного увеличения концентрации гипоталамного IL-1beta, была между 0.15 и 1 милиграмм / кг интраперитонеально и увеличение концентрации было обнаружено уже через 1 час после введения LPS, с пиком через 4-10 часов (314, 340).

Топографическая, временная и клеточная индукция мРНК TNF-alpha при введении LPS у мышей, подобна, но не идентична, описанному для IL-1beta (102). Сначала (1.5 часа), сигналы гибридизации наиболее распространены у периваскулярных и нейронных элементов околожелудочкового органа и в мозговой паренхимы. Увеличенные сигналы гибридизации в пределах мозговой паренхимы не наблюдались через 6 часов после введения LPS, с индукцией мРНК TNF-alpha в гипоталамусе и NTS только в 9-18 часов после введения LPS (102). Увеличение концентрации TNF-alpha у крыс в CSF были обнаружены уже через 0.5 часа после введения огромной дозы LPS (30 милиграмм / кг внутривенно) (483) и существенное увеличение концентрации биоактивного TNF-alpha и IL-6 в переднем гипоталамусе также были обнаружены в пределах 1-3 часов после введния LPS (20-50 µg/kg интраперитонеально) у крыс или морских свинок (365, 418, 419, 705). Подобно IL-1 и TNF-alpha, мРНК IL-6 индуцируется в CVO и сосудистом сплетении через 3-6 часов после интраперитонеального введения LPS (900).

Эффект дискретного, локального воспаления на периферии на экспрессию цитокинов в мозге изучен менее хорошо. Мы не нашли никакого увеличения мРНК IL-1beta или TNF-alpha при использовании in situ гибридизации или мРНК IL-1beta, IL-6 или TNF-alpha при использовании RT-PCR через 5-8 часов после внутримышечного введения скипидара (881).

Недавние исследования показали, что синтез цитокинов в мозге также может быть индуцирован стрессорами, не связанными с инфекцией или воспалением. Экспрессия мРНК IL-1beta в гипоталамусе (546, 828), мРНК IL-1ra (828) и биоактивность IL-1 (778) увеличивались в пределах 30 минут после стресса иммобилизации у крыс, и мРНК IL-6 в среднем мозге была увелична в течение 4-24 часов после стресса ограничения свободы (779). Подобные стрессоры производят увеличение экспрессия мРНК IFN-gamma в гомогенатах мозга мышей (849). Острый или повторный стресс иммобилизации у крыс увеличивает экспрессию мРНК BDNF в pPVN и латеральном гипоталамусе (797) и уменьшает экспрессию мРНК BDNF в гиппокампе, принимая во внимание, что повторный стресс увеличивает мРНК NT-3, но не NT-4 в гиппокампе (798).

3. Действия цитокинов на уровне ЦНС

С предположением, что ЦНС является первичной целью для IL-1 при секреции АКТГ гипофизом, совместим факт, что интрацеребровентрикулярное введение IL-1alpha или IL-1beta у крыс, заметно увеличивает плазменную концентрацию АКТГ. Увеличение плазменой концентрации АКТГ, произведенное интрацеребровентрикулярным введением IL-1, как правило происходит при значительно более низкой дозе (в 5-20 раз меньше), чем необходима для внутривенного IL-1 (399, 684, 695, 909). Аналогично, IL-2, IL-6, TNF-alpha и эпидермический фактор роста (EGF) увеличивают плазменную концентрацию АКТГ и/или кортикостерона, когда вводятся интрацеребровентрикулярно (см. таблицу 5). IL-1, введенный непосредственно в некоторые участки мозга, включая PVN (40, 939), ME (525-527, 530, 939) и гиппокамп (477), также увеличивает секрецию АКТГ.

Таблица 5. Влияние цитокинов на HPA ось у лабораторных животных

* Длительная инфузия (7 дней). Существенное увеличение плазменых уровней АКТГ наблюдалось только в течение последнего цикла.
** В проверенных дозах, каждый из этих цитокинов по одному не имели эффекта на плазменные уровни кортикостерона, но каждый из них усиливал ответ на максимальную дозу IL-1.
*** Секреция кортикостерона была отмечена только при высоких дозах IFN-alpha

Эффективность цитокинов при введении непосредственно в мозг, и в особенности факт, что в этом случае обычно требуется более низкая дозировка, чтобы стимулировать секреторную активность HPA оси, чем при введении на периферии, интерпретировались как свидетельства, что активация HPA оси цитокинами происходит посредством действия на ЦНС. Это предположение, основанное только на таком ответе, по крайней мере сомнительно, так как очевидны различия в дилюции цитокинов, когда они вводятся этими двумя путями. Действительно, по крайней мере в случаях IL-1beta и TNF-alpha, активация HPA оси связана с паттерном экспрессии гена в пределах PVN и/или фармакологическим профилем, которые в зависимости от того, вводились ли цитокины на периферии или непосредственно в мозг (457, 684, 688, 881). Это указывает, что механизмы, посредством которых цитокины стимулируют секреторную активность HPA оси, в этих двух случаях различаются. Однако, множество исследований показало, что возбуждение секреции АКТГ гипофизом и секреции GC надпочечниками независимо от способа введения происходят на уровне гипоталамуса или выше. Действительно, хирургическое повреждение гипоталамуса указывает на важность неповрежденного гипоталамуса (619) для инициирования плазменного АКТГ ответа на в ответ IL-1beta у крыс. Электролитическая облитерация PVN крысы также заметно уменьшает увеличение плазменной концентрации АКТГ, с полным ингибированием при интрацеребровентрикулярном введении IL-1beta (681) или внутривенном введении IL-6 (434), ~70 % ингибированием после внутривенного введения TNF-alpha (434) и ~50 % ингибированием при внутривенном введении IL-1beta (434).

Оценка экспрессии нейропептида cIEG и мРНК cIEG в пределах pPVN крысы после введения IL-1beta, также позволила предположить ЦНС как участок действия IL-1, введенного на периферии или непосредственно в мозг. IL-1beta, введенный внутривенно (237, 588, 914) или интраперитонеально (98, 128, 187, 831) стимулирует экспрессию мРНК c-fos или белка Fos в pPVN у крыс. Сигнал Fos в pPVN связан с иммунореактивностью CRF или мРНК CRF после введения IL-1beta обоими способами (128, 237, 914), указывая на активацию CRF-содержащих нейронов. Периферическое введение больших доз IL-1beta также увеличивает экспрессию мРНК CRF в PVN (98, 237, 327). Аналогично, увеличение экспрессии мРНК c-fos или белка Fos выявляются в pPVN в ответ на интрацеребровентрикулярное введение IL-1beta (153, 187, 588, 682, 684) и сопровождаются увеличенной экспрессией не только CRF (457, 682) но также и мРНК AVP в pPVN (457).

Кроме IL-1beta, IL-1alpha также стимулирует экспрессию Fos в pPVN после интрацеребровентрикулярного введения (153, 381). Интраперитонеальное введение IL-1alpha не влияло на экспрессию мРНК CRF в pPVN (327). Однако, факт, что дозы IL-1alpha, используемые в этом исследовании не были достаточны, чтобы произвести существенные увеличения плазменного АКТГ ответа, остаются сомнения относительно значения этого отрицательного результата (327). В отличие от влияния IL-1beta на экспрессию cIEG в pPVN, однократное введение IL-6 внутривенно (899), интрацеребровентрикулярно (899) или интраперитонеально (128), не влияет на экспрессию cIEG в PVN. Однако, должно быть отмечено, что период полураспада IL-6 в кровообращении после внутривенного введения, очень короткий. Действительно, Castell с коллегами (146) описали двухфазное исчезновение человеческого IL-6 в плазме крыс, с начальным периодом полураспада 3 минуты. Однако, при воспалении, плазменные уровни IL-6 увеличены в течение часов или даже дней. Поэтому, данные, что постоянная инфузия IL-6 стимулирует экспрессию Fos pPVN, указывают, что IL-6 может влиять на активность pPVN (589).

Различные эффекты однократного введения IL-1beta или IL-6 на активность pPVN, оцененые по экспрессии мРНК Fos и CRF, казалось бы указывают, что активация pPVN может быть фактором, ответственным за увеличение секреторной активности HPA оси, произведенной кратковременным воздействием IL-1beta, но не IL-6. Однако, это противоречит результатам исследования, которое указало на обязательную роль PVN (при хирургическом повреждении PVN) для инициирования плазменного АКТГ ответа на однократное введение IL-6 (434). Связь между изменениями уровней нейропептидов и мРНК cIEG в PVN и производством пептидов гипоталамусом и последующей секреции АКТГ гипофизом, таким образом, остаются неясной. Принимая во внимание, что секреция АКТГ наблюдается в пределах 5-10 минут после периферического введения IL-1, самое раннее время индукции мРНК c-fos в PVN после периферического введения IL-1beta, составляет 30 минут (187) и самое раннее время индукции мРНК CRF составляет 1 час (98). Кроме того, минимальная доза IL-1beta, требуемая чтобы стимулировать экспрессию Fos у CRF-содержащих нейронов в PVN, на порядок больше, чем минимальная доза, требуемая для выявления секреции АКТГ (237). Наконец, существенное увеличение плазменной концентрации АКТГ (от базальной < 20 pg/ml до > 700 pg/ml), может выявляться периферическими дозами IL-1beta, которые не производят измеримые изменения уровней мРНК CRF или AVP в pPVN (457). Это неравенство минимальных доз может наблюдаться из-за различий чувствительности методов обнаружения увеличения плазменных уровней АКТГ против обнаружения индукции мРНК Fos или CRF. Альтернативно, это может указывать, что секреция АКТГ может происходить при дозировке IL-1beta, которая не выявляет изменения экспрессии гена в PVN. Действительно, изменения транскрипционной / трансляционной активности, которые наблюдаются в пределах pPVN, могут происходить как следствие, скорее чем причина, увеличенной секреторной активности PVN нейронов. Следовательно, отсутствие обнаружимых изменений экспрессии мРНК cIEG в pPVN не обязательно указывает на отсутствие вклада PVN в наблюдаемое увеличение секреторной активности HPA оси.

Наиболее сильные свидетельства, что IL-1 стимулирует секреторную активность HPA оси прежде всего действуя на ЦНС, были получены в исследованиях, которые продемонстрировали, что IL-1 быстро стимулирует секрецию CRF МE в портальные кровеносные сосуды гипофиза. Концентрация CRF в портальной крови увеличена в течение 30 минут после внутривенного введения IL-1beta (730). При анализе перфузата с помощью канюль, введенных в МE, концентрация CRF была увеличена в течение 5 минут после интрацеребровентрикулярного или интраперивентрикулярного введения IL-1beta (40) и это увеличение предшествует увеличению плазменных уровней АКТГ после внутривенного введения IL-1beta (936, 940). Аналогично, TNF-alpha внутривенно производит немедленное увеличение секреции CRF (938). Гистологическая экспертиза гипофизотропного нерва показала, что AVP может секретироваться (958) или не секретироваться (54) вместе с CRF в ответ на периферическое введение IL-1, принимая во внимание, что электрофизиологические данные указывают, что увеличенная активность нейронов PVN является селективной для нейронов, содержащих CRF (728). В одном исследовании, средняя портальная концентрация AVP была почти вдвое увеличена через 30 минут после внутривенного введения IL-1beta (730). Кроме того, внутривенное, интра-PVN или интра-ME введение IL-1beta вызывает немедленное увеличение концентрации CRF и AVP в ME (939). Напротив, внутривенное введение IL-1beta не влияет на портальную концентрацию окситоцина (730).

Несмотря на факт, что рецепторы IL-1 не были обнаружены в PVN, множество исследований продемонстрировали, что IL-1 стимулирует секрецию CRF гипоталамусом in vitro (см. таблицу 7). Инкубация с субнаномолярными дозами IL-1alpha или IL-1beta быстро, (в пределах нескольких минут) увеличивает производство CRF гипоталамными эксплантатами крыс и культурами клеток гипоталамуса (см. таблицу 7). Кроме того, IL-1beta увеличивает содержание CRF в гипоталамных эксплантатах, указывая на увеличение производства CRF (315). Большинство (121, 491, 545, 991, 992, 999), хотя не все (813) исследователи, отметили сопутствующее увеличение секреции AVP. Однако, должно быть отмечено, что секреция AVP гипоталамусом in vivo может происходить вследствие секреции задней долей гипофиза, скорее чем при прямом взаимодействии с кортикотрофами. Аналогично, IL-2, IL-6, IL-8, TNF-alpha, IFN-gamma и EGF стимулируют быстрое увеличение секреции CRF (см.таблицу 7) и/или AVP (339, 658, 741) у крыс in vitro. Несколько исследований также продемонстрировали синергизм действия различных комбинаций цитокинов на секрецию нейропептидов гипоталамусом. Buckingham с коллегами (121) продемонстрировали, что производство CRF и AVP перитонеальными макрофагами крысы, стимулированными LPS, гораздо больше, чем наблюдаемое при стимуляции IL-1alpha, IL-1beta, IL-6, IL-8 или TNF-alpha по одиночке. Действительно, пороговая доза TNF-alpha заметно увеличивает индуцированную IL-1beta секрецию AVP гипоталамными эксплантатами (121), в то время как увеличение секреции CRF индуцированное IL-1beta плюс IL-2 большее, чем IL-1beta и IL-2 производят по одиночке (131). Такой синергизм отражает взаимодействие цитокинов, которое имеет место в пределах иммунной системы (см. секцию. IC).

Таблица 7. Цитокины, стимулирующие секрецию CRF гипоталамусом in vitro

Хотя вышеупомянутое обсуждение ясно указывает, что множество цитокинов влияют на нейросекреторную активность гипоталамуса, вероятно лучшие свидетельства, что ЦНС является первичной целью действия цитокинов на HPA ось in vivo, были получены в экспериментах с иммунонейтрализацией CRF или AVP. Иммунонейтрализация CRF у крыс ингибирует увеличение плазменной концентрации АКТГ или кортикостерона, произведенное внутривенным введением IL-1alpha, IL-1beta, IL-6 и TNF-alpha (55, 58, 457, 575, 730, 894, 909). Уменьшение внутривенной секреции АКТГ, вызыванной IL-1beta, произведенную антителами к CRF, располагается от 84 % до полной блокады (55, 457, 730, 894). IL-1beta, введенный интраперитонеально или интрацеребровентрикулярно, выявляет секрецию АКТГ, которая может быть ингибирована на 85 и 73 %, соответственно (457). Когда полная блокада индуцированной внутривенным введеним IL-1beta секреции АКТГ была достигнута, увеличение плазменной концентрации кортикостерона также было полностью ингибировано (730). Однако, некоторые авторы сообщили только о минимальных эффектах антител к CRF на плазменные уровни кортикостерона в ответ на IL-1beta (внутривенно) (909), но отсутствие измерения плазменных уровней АКТГ в этом исследовании, не позволяет интерпретировать эти результаты как указание на прямое действие IL-1 на гипофиз и/или надпочечники.

Антагонисты рецепторов CRF также ингибируют увеличение плазменной концентрации АКТГ в ответ на множество других цитокинов. Как и хирургическое повреждение PVN, антитела к CRF полностью отменяют увеличение плазменной концентрации АКТГ и кортикостерона, произведенных IL-6 (575, 909), принимая во внимание, что секреция АКТГ, индуцированная внутривенным TNF-alpha, ингибировалась антителами к CRF почти полностью (58), с небольшим сохранением секреции кортикостерона (58, 909). Антагонисты рецепторов CRF ингибируют увеличение плазменных уровней АКТГ, индуцированные (551) EGF, но не NGF (741). Однако, слабое действие антагонистов рецепторов CRF на рецепторы CRF в гипофизе (888, 891), делает интерпретацию этих результатов трудной.

Эффект иммунонейтрализации AVP на индуцированную цитокинами секрецию АКТГ, изучен менее хорошо. Мы наблюдали уменьшение на 15-20 % плазменного АКТГ ответа на периферическое введение IL-1beta, когда крысам предварительно вводились антитела к AVP, хотя этот эффект не всегда был статистически значимым (457, 687; неопубликованные наблюдения). Однако, мы также обнаружили, что иммунонейтрализация AVP непосредственно ингибирует АКТГ ответ на CRF на ~20-30 % (892). Таким образом роль AVP в стимуляции секреции АКТГ при периферическом введении IL-1beta, вероятно имеет разрешающий характер и необходима чтобы CRF мог проявить полную секретогенную способность в отношении секреции АКТГ. Однако, когда IL-1beta вводился интрацеребровентрикулярно, эффект нейтрализации AVP был больше (40 %), что совместимо со стимулирующим эффектом интрацеребровентрикулярного IL-1beta на pPVN мРНК AVP и предполагает активирующую роль AVP в АКТГ ответе на интрацеребровентрикулярное введение IL-1beta (457).

Быстрый эффект IL-1 и других цитокинов на гипоталамную секрецию CRF in vivo и in vitro, вместе с уменьшением плазменного АКТГ ответа на цитокины, произведенный ингибиторами CRF указывают, что ЦНС является первичной целью действия цитокинов при стимуляции секреторной активности HPA оси. Однако, большое количество исследований in vitro также указало на возможность прямого эффекта цитокинов на секрецию АКТГ гипофизом и секрецию GC надпочечниками.

B. Свидетельства прямого влияния цитокинов на секрецию адренокортикотропного гормона гипофизом

1. Рецепторы цитокинов в пределах гипофиза

В гипофизе было локализовано множество рецепторов цитокинов (см. таблицу 8). Например, меченный ¹²⁵I человеческий IL-1alpha (29, 30, 177, 843, 846, 847), IL-1beta (30) или IL-ra (841), или крысиный IL-1beta (516) специфически связываютcя с передней долей гипофиза мышей, с небольшим сцепленеим с задней долей гипофиза (29, 30, 516). Сцепление IL-1 с гипофизом уменьшается при системном введении LPS (840, 843) и увеличивается при стрессе иммобилизации (29), стрессе лапаротомии под эфирным наркозом (846, 847) и продолжительном лечении (7 дней) GC (29). Интересно, что увеличение сцепления с IL-1, наблюдаемое в гипофизе после стресса лапаротомии под эфирным наркозом, может быть предотвращено при введении мышами антагонистов рецепторов CRF (847), предполагая, что активация секреции HPA оси per se может активировать рецепторы IL-1 гипофиза. В отличие от мышей, и передняя и задняя доли гипофиза крысы связывают меченный ¹²⁵I IL-1beta (516).

Таблица 8. Рецепторы цитокинов в пределах гипофиза

Эксперименты с использованием RT-PCR продемонстрировали присутствие мРНК IL-1r1 и IL-1r2 в гипофизе мышей (626). Гистохимические эксперименты показали, что мРНК IL-1r1 присутствует в передней, но не задней доле гипофиза мышей (178). Сцепление IL-1 и мРНК IL-1r1 и IL-1r2 также было обнаружено у кортикотрофов опухолевой линии клеток AtT20 (110, 111, 423, 872, 947). Интересно, что в соответствии с индуцированном стрессом увеличением сцепления IL-1 в передней доле гипофиза у мышей (847), CRF увеличивает сцепление IL-1alpha у AtT20 клеток (947), в то время как IL-1beta и TNF-alpha увеличивают экспрессию и IL-1r1 и мРНК IL-1r2 (110). Однако, экспрессия IL-1r1 и IL-1r2 AtT20 клетками не обязательно указывает, что нормальные кортикотрофы содержат поверхностные рецепторы IL-1. Действительно, когда иммунореактивность IL-1r1 и IL-1r2 была локализована у специфических эндокринных типов клеток в передней доле гипофиза нормальных мышей, никаких свидетельств ко-локализации рецепторов IL-1 с рецепторами АКТГ обнаружено не было (267). Использование антител к рецепторам IL-1 показало обширную экспрессию IL-1r1 и IL-1r2 в передней доле гипофиза мышей и их преобладающую локализацию у единственного типа клеток, у соматотрофов (клетки, производящие соматотропин) (267). Однако, возможность, что экспрессия рецепторов IL-1 у кортикотрофов была ниже предела обнаружения используемых иммуногистохимических методов, не может быть исключена.

Намного меньше исследований сосредоточилась на обнаружении рецепторов IL-6 и TNF-alpha в пределах гипофиза. В передней доле гипофиза грызунов были обнаружены участки сцепления с меченным ¹²⁵I IL-6 (601). мРНК IL-6Ralpha была экспрессирована у нормальных крыс (601, 915) и у клеток гипофиза взрослых особей и эмбрионов (774, 915). IL-6Ralpha также был экспрессирован у опухолей, секретирующих АКТГ и соматотропин (675, 915). Кроме того, IL-6R имеющий участок сцепления gp130 присутствует у эмбриональных клеток гипофиза человека (774). Высокие концентрации участков сцепления rmTNF-alpha также были обнаружены у мышей и крыс в передней доле гипофиза (967), у клеток линии AtT20 (422) и TtT/GF (422).

2. Экспрессия цитокинов в гипофизе

Было показано, что гипофиз производит разнообразные цитокины (см. таблицу 9 и превосходный обзор 666). Часть этих цитокинов (например, IL-2, IL-10, LIF и MIF) были локализованы у кортикотрофов или были обнаружены у кортикотрофов линии AtT20 (7, 22, 61, 119, 350). In vivo, мРНК цитокинов IL-1alpha, IL-1beta, IL-6, LIF, IFN-gamma и TNF-alpha в гипофизе были увеличены через 45 минут - 6 часов после введения LPS (277, 424, 453, 570, 644, 748, 865, 926). мРНК IL-6 в передней доле гипофиза также была увеличена при хроническом местном воспалении (732, 818). Экспрессия IL-1ra в гипофизе (269, 277, 471, 971) имеет специфический интерес из-за способности противодействовать эффектам IL-1, предполагая, что ответ гипофиза на IL-1 может модулироваться местно. мРНК IL-1ra индуцировалась (269, 471, 971) или не была затронута (277) системным введением LPS.

Таблица 9. Цитокины в гипофизе

Было предположено, что цитокин MIF является гормоном гипофиза (60, 118-120, 126). Bucala с коллегами (60) изолировали 12.5-kDa белок у стимулированных LPS клеток гипофиза мыши, который впоследствии был секвенирован, его кДНК была клонирована и белок был идентифицирован как гомологичный человеческому MIF (60, 61, 118, 119). Гипофиз мыши содержит большое количество внутриклеточных пулов MIF (возможно расположенных в пределах кортикотрофов) которые попадают в большой круг кровообращения после введения LPS. MIF появляется в крови нормальных мышей в пределах 2 часов после введения LPS и его серологические уровни продолжает увеличиваться в течение примерно 20 часов. MIF не был обнаружен в сыворотке гипофизэктомизированных мышей через 20 часов после введения LPS, предполагая гипофизарное происхождение MIF, найденного в сыворотке. MIF играет важную роль в защите хозяина при наличии в крови эндотоксинов, так как индуцированная LPS смертность у мышей увеличивается при введении MIF, принимая во внимание, что антитела к MIF защищают от смертельных доз LPS (60). CRF увеличивает секрецию MIF AtT20 клетками в дозировке более низкой, чем необходима для стимулирования секрецию АКТГ, предполагая, что секреция MIF может увеличиваться параллельно с активацией HPA оси (591). Хотя предполагалось, что MIF - гормон гипофиза, влияние MIF на секрецию других гормонов гипофиза (например, АКТГ) не было охарактеризовано.

Регулирование секреции IL-6 культурами клеток передней доли гипофиза было интенсивно исследовано. Клетки передней доли гипофиза производят IL-6 (807) и секреция этого цитокина может быть индуцирована через 6 часов после введения LPS (801, 806, 886), IL-1alpha, IL-1beta (801, 805, 806), TNF-alpha (579), цитокинами семейства IFN (986), форболмиристатацетатом и средствами, которые увеличивают уровень cAMP (803, 807). Соответственно, cAMP, простагландин E2, форсколин и токсины холеры, увеличивают секрецию IL-6 культурами клеток передней доли гипофиза крысы (145, 802, 805, 806). Некоторые нейропептиды (VIP, PACAP и кальцитонин) но не все (кортиколиберин, соматолиберин), которые используют рецепторы cAMP для передачи сигналов, также стимулируют секрецию IL-6 клетками передней доли гипофиза (803, 853, 886). Однако, индукция секреции IL-6 клетками передней доли гипофиза IL-1beta возможно не используют этот механизм, поскольку у этих клеток после введения IL-1beta не было обнаружено увеличение внутриклеточного cAMP(802, 804-806, 808). Глюкокортикоиды ингибируют базальную (145) и стимулированную IL-1beta (806) секрецию IL-6 передним гипофизом у крыс. IL-6 также также производится клетками средней доли гипофиза, причем IL-1beta и LPS являются мощными стимуляторами секреции (801).

Клеточным источником IL-6 в переднем гипофизе не является классический эндокринный тип клеток. Скорее всего, фолликулостеллатные клетки (FS) - главные источники IL-6 (11, 912, 913). Фолликулостеллатные клетки имеют моноцитарное происхождение и участвуют в паракринном регулировании секреции гормонов гипофиза (26). Недавно была изолирована Fs-подобная линия клеток (TtT/GF) и в соответствии с результатами предыдущих исследований, TtT/GF клетки секретируют IL-6 и секреция IL-6 увеличивается TNF-alpha, VIP, PACAP (422, 522) или IL-1beta (L. Bilezikjian и A. V. Turnbull, неопубликованные наблюдения).

3. Прямое действие цитокинов на секрецию АКТГ гипофизом in vitro

За исключением активина, который ингибирует экспрессию мРНК POMC и секрецию АКТГ линией клеток AtT20 (74) и уменьшает секрецию АКТГ первичной культурой клеток передней доли гипофиза крысы (75), все другие изученные цитокины или увеличивают или не имеют никакого эффекта на секрецию АКТГ или экспрессию мРНК POMC (см. таблицу 10). Влияние цитокинов на клетки линии AtT20 бесспорны. Аналогично, IL-1beta, IFN-gamma и GM-CSF, стимулируют секрецию АКТГкультурной клеток аденомы гипофиза пациентов с болезнью Кушинга (512). Продолжительность воздействия цитокинов на AtT20 клеток и клетки аденомы гипофиза, необходимая, чтобы выявить статистически существенное увеличение секреции АКТГ, как правило была большая. Хотя одно сообщение указывает на увеличение секреции АКТГ, произведенное IL-1 или IL-6 в пределах 2 часов (966), в большинстве исследований использовалось время инкубации в пределах от 6 до 72 часов (7, 115, 243, 268, 667, 816). Факт, что многие цитокины имеют стимулирующий эффект на клетки опухоли гипофиза, указывает на способность путей трансдукции сигнала, активизированных взаимодействием рецепторов цитокинов, влиять экспрессию POMC и/или секрецию АКТГ. Однако, неясно, до какой степени кортикотрофы опухоли точно соответсвуют кортикотрофам нормальной передней доли гипофиза. Например, хотя клетки линии AtT20 обладают и мРНК IL-1r1 и мРНК IL-1r2 (110, 198, 872, 947), иммуноокрашивание нормального гипофиза мышей не показало существенной экспрессии рецепторов IL-1 у кортикотрофов (267). Однако для нашего обзора наиболее важно то, что, хотя большинство изученных цитокинов увеличивают секрецию АКТГ AtT20 клетками, наиболее хорошо изучены эффекты цитокинов на переднюю долю гипофиза нормальных крыс (см.таблицу 10).

Таблица 10. Прямое действие цитокинов на секрецию АКТГ гипофизом

В таблице приведены ссылки на соответствующие исследования. Если не отмечено иное, цитокин увеличивает секрецию АКТГ или экспрессию мРНК проопиомеланокортина (POMC).
^a Ни IL-1alpha ни IL-1beta не влияли на секрецию АКТГ или экспрессию мРНК POMC или секрецию АКТГ после 3 часов инкубации, но только IL-1beta производил статистически значимое увеличение мРНК POMC.
^b Существенное увеличение наблюдалось только при дозировке 100 nM и больше.
^c Увеличение описывалось как ''слабое'' или ''небольшое''.
^d Ссылки в отношении IL-8 включают гомологичные цитокины cinc/gro/NAP-1.
^e TNF не влиял на базальную секрецию АКТГ, но ингибировал индуцированную CRF или экстрактами гипоталамуса секрецию АКТГ.
^f В отличие от всех других внесенных в таблицу цитокинов, активин уменьшает экспрессию мРНК POMC и ACTH секрецию АКТГ в клетками AtT20 у крыс.
^g IFN-gamma не влияет на базальную, но ингибировал индуцированную CRF секрецию АКТГ.

Хотя действие множества цитокинов in vitro на переднюю долю гипофиза были исследованы (см.таблицу 10), намного лучше было изучено влияние IL-1. Однако, эти исследования показали противоречивые результаты. Действительно, хотя три первых исследования продемонстрировали мощные эффекты IL-1 на секрецию АКТГ у крыс и одно исследование описало прямой эффект на культуры клеток гипофиза (62), два других не обнаружили никакого эффекта (55, 730). Последующие исследования не разъяснили это очевидное несоответствие (см. таблицу 10). Хотя некоторые исследования показали стимулирующий эффект IL-1beta, но не IL-1alpha (893), другие сообщили, что оба цитокина увеличивали секрецию АКТГ передней долей гипофиза in vitro (402, 825). Большая часть положительных результатов была получена при использовании ткани гипофиза самок крыс (62, 402, 873, 893). Однако, при непосредственном сравнении ответа гипофиза на IL-1beta у самок и самцов, ответ оказался идентичным (893), хотя сообщалось о стимулирующем эффекте IL-1 на гипофиз у самцов (116, 132, 329) и отсутствии эффекта у самок (55). Кроме того, также обсуждалось, усиливает ли IL-1 АКТГ ответ на CRF (55, 96, 132, 366, 629, 635, 873, 893).

Особый интерес в вопросе, стимулируют ли цитокины непосредственно секрецию АКТГ in vitro, является влияние времени инкубации. Исследования, которые использовали длинный инкубационный период (7 часов или более), сообщили о существенном эффекте IL-1beta на секрецию АКТГ. Действительно, IL-1beta увеличивал секрецию АКТГ через 8-24 часа, но не через 4 часа (402), 15 часов, но не через 3 часа (825) и увеличивал через 7-30 часов, но не через 3 часа (329). Однако, учитывая быстрый эффект IL-1 на секрецию АКТГ in vivo (в пределах 5-10 минут), большинство исследований in vitro сосредоточилось на более коротком времени инкубации. Некоторые исследования продемонстрировали увеличение секреции АКТГ в пределах нескольких минут после введения IL-1beta в переднюю долю гипофиза (48, 132), в пределах 1 часа после инкубации с клетками передней доли гипофиза крысы (116), принимая во внимание, что другие исследования указывают на влияние на секрецию АКТГ культурой клеток передней доли гипофиза крысы в дозировке от единиц пикомолей до единиц наномолей через 4 часа (62), или только при высокой дозе (100 nM) через 2 часа (893). Большинство, исследований однако, сообщили об отсутствии эффекта при инкубации в течение 3 часов с IL-1alpha или IL-1beta (25, 55, 96, 329, 366, 402, 491, 583, 628, 629, 730, 825, 873). Как и для IL-1, стимулирующие эффекты IL-2, IL-6, IL-8, TNF-alpha и EGF in vitro, были противоречащими (см. таблицу 10).

Интересно, что когда гипоталамные эксплантаты и культуры клеток гипофиза были сравнены в пределах одного исследования, секреция гипоталамного CRF и/или AVP индуцировалась более быстро и при намного более низких концентрациях IL-1beta (873), IL-6 (583), TNF-alpha (58), IFN-gamma (289), NGF (741) и EGF (492), чем необходимая, чтобы выявить секрецию АКТГ гипофизом. Однако, должно быть отмечено, что, несмотря на известный синергизм действия цитокинов в пределах иммунной системы, о возможном синергистизме действия цитокинов на секрецию АКТГ гипофизом in vitro, известно мало. Это предположение может быть уместным, поскольку Buckingham с коллегами (121) продемонстрировали, что, хотя ни IL-1alpha, IL-1beta, IL-6, IL-8 ни TNF-alpha по одному не влияют на секрецию АКТГ (491) фрагменты гипофиза, при воздействии макрофагов, стимулированных LPS, производят дозозависимое увеличение секреции АКТГ всего через 30 минут (121).

C. Свидетельства прямых действий цитокинов на секрецию глюкокортикоидов надпочечниками

1. Рецепторы цитокинов в пределах надпочечников

По нашим данным, очень немногие исследования обнаружили присутствие рецепторов цитокинов в пределах надпочечников. Надпочечники не демонстрируют in situ положительного сигнала гибридизации для мРНК IL-1r1 (178), принимая во внимание, что мРНК IL-6Ralpha была обнаружена главным образом в клубочковой и пучковой зоне у человека (630) а также в мозговом веществе надпочечников (272).

2. Экспрессия цитокинов в надпочечниках

В надпочечниках были идентифицированы большие пулы IL-1alpha и IL-1beta (42, 753, 754). Иммунореактивность IL-1alpha, IL-1beta и IL-1ra была обнаружена у хромаффинных клеток мозгового вещества надпочечников (42, 753, 754). Кроме того, мРНК IL-1alpha, IL-1beta, ICE и IL-1ra присутствует в корковом веществе надпочечников и заметно увеличены в мозговом веществе надпочечников и корковом веществе надпочечников через 90 минут после внутривенного или интраперитонеального введения LPS (594, 754, 866). Интересно, что цитокин IL-18 (IL-1gamma), также синтезируется в корковом веществе надпочечников крысы, главным образом в клубочковой и пучковой зоне и индуцируется острым холодовым стрессом (166). мРНК IL-6 также была обнаружена в корковом веществе надпочечников человека (299, 630) и экстракты надпочечников крысы содержат мРНК IL-6 (272, 570, 748), через 2 часа после интраперитонеального введения LPS (570). Хотя мРНК TNF-alpha была описана в корковом веществе надпочечников у взрослых людей, особенно у клеток, производящих стероиды (300), иммунореактивность TNF-alpha была обнаружена только у 12 из 22 эмбрионов и у 0 из 7 взрослых людей (361). Множество факторов роста также были обнаружены в надпочечниках: фактор роста фибробластов и его мРНК присутствуют в надпочечниках человека и крысы или бычем мозговом и корковом веществе надпочечников (44, 301, 306, 341, 537, 757, 955), TGF-beta1 и его мРНК в бычем корковом веществе надпочечников и надпочечниках мышей (255, 341, 410, 861, 961), NT-3 в надпочечниках крыс (396).

Исследования первичных культур клеток надпочечников взрослых крыс указали на вероятные клеточные источники и факторы, усиливающие секрецию цитокинов IL-6 и TNF-alpha в пределах надпочечников. Хотя пучковая и сетчатая зона производят небольшие количества TNF-alpha и IL-6, первичный источник IL-6 у крыс - клубочковая зона (382-385). Секреция TNF-alpha и IL-6 клетками клубочковой зоны дозозависимо стимулируется LPS, IL-1alpha и IL-1beta (383-385). Кроме того, секреция IL-6 этими клетками увеличивается активаторами протеинкиназы С, ионофорами (иономицин), простагландином E2, форсколином и ангиотензином II (382, 385). В отличие от большинства типов клеток, которые производят, IL-6, дексаметазон не влияет на базальную или стимулированную IL-1beta секрецию IL-6 клетками клубочковой зоны (383). Интересно, что АКТГ увеличивает производство IL-6 клетками клубочковой зоны, но не клетками пучковой и сетчатой зоны, несмотря на подобные уровни цАМФ у каждого типа клеток (383). Такое стимулироованное АКТГ производство IL-6 надпочечниками говорит, что активация HPA оси per se может вызывать секрецию IL-6 надпочечниками (383). Подобно IL-6, секреция TNF-alpha стимулируется активаторами протеинкиназы С и иономицином (384). Однако, абсолютно противоположно IL-6, базальная и стимулированная секреция TNF-alpha дозозовисимо ингибируется АКТГ ицАМФ (384). Аналогично, дифференциальные эффекты на секрецию IL-6 и TNF-alpha клетками клубочковой зоны наблюдаются при стимуляции серотонином и аденозином (676, 677).

3. Прямые эффекты цитокинов на секрецию глюкокортикоидов надпочечниками

Несмотря на малое число данных относительно присутствия рецепторов IL-1, IL-6 или TNF-alpha в пределах надпочечников, прямое действие этих цитокинов на секрецию GC было обнаружено in vivo. Периферическое введение IL-1beta, стимулировало (14) или не имело никакого эффекта (310) на секрецию кортикостерона у гипофизэктомизированных крыс и стимулировало секрецию GC у анестезированных крыс с изолированными надпочечниками (698). Дозы, требуемые для наблюдения прямых эффектов IL-1beta на секрецию кортикостерона in vivo, однако, были чрезвычайно высоки (35 µg/rat), вследствие чего возникли сомнения относительно физиологической уместности этого эффекта (698).

Исследования in vitro показали, что IL-1beta не влияет на базальную или стимулированную АКТГ секрецию GC эмбриональной тканью надпочечников человека (328). Однако, IL-1beta или IL-1alpha увеличивали секрецию GC разделенными на четыре части надпочечниками крысы (311), срезами надпочечников крысы (14) и клетками надпочечников крысы, коровы и человека (311, 528, 597, 867, 957, 964). Аналогично, IL-2, IL-3 и IL-6 стимулируют секрецию GC клетками надпочечников, подготовленных различыми способами (180, 630, 867, 946) и IL-6 усиливает секрецию кортикостерона, индуцированную низкими уровнями АКТГ (722). TNF-alpha стимулирует секрецию кортизола адренокортикальными клетками у взрослых особей (180), но ингибирует индуцированную АКТГ секрецию кортизола клетками надпочечников человеческого эмбриона (361) и культурой клеток (362). IFN-gamma стимулирует секрецию кортикостерона клетками надпочечников крысы (289) и срезами надпочечников человека (143), принимая во внимание, что NGF не влияет на базальное или стимулированное АКТГ производство кортикостерона клетками надпочечников крысы (741).

В исследованиях in vitro были получены данные, что некоторые цитокины могут непосредственно влиять на секрецию GC . Однако, должно быть отмечено, что в большинстве исследований была необходима инкубация в течение более 12 часов, чтобы наблюдать существенное влияние цитокинов на секрецию GC. Действительно, в исследовании van der Meer с коллегами (906), IL-1alpha, IL-1beta, IL-2, IL-6 или TNF-alpha не имели существенного влияния на секрецию GC, клетками надпочечников крысы в течение 60 минут, но небольшое усиление секреции было очевидным примерено через 4 часа после окончания 6-часовой инкубации с IL-1beta. Таким образом, маловероятно, что прямое действие цитокинов на надпочечники может объяснить быстрое увеличение плазменной концентрации GC in vivo.