Так как текст написан человеком, не имеющим медицинского образования, он может содержать неточности вследствие отсутствия глубокого понимания проблемы. Информация предназначена для пациентов. Сообщения об ошибках, замечания и дополнения с благодарностью будут приняты.

Александр Белоусов sarcoidosis@yandex.ru

01.09.2005

Использована статья В.П. Скулачева ''Феноптоз, или запрограммированная смерть организма''

Апоптоз и саркоидоз

Сегодня мы рассмотрим одну из возможных причин, по которым гранулемы при саркоидозе сохраняются продолжительное время. Это нарушение процесса апоптоза.

Апоптоз - самурайский закон биологии

Более восемнадцати веков назад римский врач и естествоиспытатель Гален предложил термин ''апоптоз'', что в переводе с греческого значит ''листопад''. Так он назвал процесс, обусловливающий опадание листьев осенью. Из хорошо известного факта, что листья опадают только с живых деревьев, сломанные же уходят в зиму с побуревшей, но неопавшей листвой. Гален сделал вывод о ''запрограммированности'' осеннего отмирания листьев. Очевиден его биологический смысл: зимние снега сломают ветви, если они своевременно не избавятся от листьев.

Сегодня в общих чертах ясен механизм явления, на которое обратил внимание древний ученый. В урочный день и час клетки, формирующие основание черешка листа, совершают акт самоубийства. В результате механическая прочность крепления уменьшается, лист уже не может удержаться на ветке, и его уносит порыв осеннего ветра.

Многочисленные исследования последних лет убедительно показали, что способность к самоубийству присуща не только клеткам черешка. Скорее это неотъемлемое свойство живых клеток, принадлежащих к самым разным типам, и у растений, и у животных (не исключая и человека). С легкой руки Галена апоптозом стали называть все случаи запрограммированной смерти клеток. Самоликвидируются, например, многие эмбриональные клетки, ставшие ненужными в процессе развития, клетки иммунной системы, вырабатывающие антитела к своим собственным белкам; клетки с поврежденным геномом, а также ''бездомные'' клетки, случайно оказавшиеся вне родной ткани. Последний случай особенно интересен. Оказалось, что в межклеточной жидкости есть особые белки, специфичные для каждой ткани. Эти белки сорбируются на поверхности клетки и подавляют в них систему, генерирующую сигнал самоубийства. Покинув свою ткань, клетка теряет эти белки, запрет исчезает, и в результате клетка кончает с собой.

Биологический смысл апоптоза

Закономерный вопрос: каков может быть биологический смысл апоптоза? На первый взгляд возможность самоуничтожения клетки - мина замедленного действия, которая может привести к гибели организма. Однако этото не так.

Благодаря апоптозу идет самоочищение организма от больных клеток. Когда по каким-то причинам гибель больных клеток нарушается, начинаются серьезные заболевания, зачастую с летальным исходом.

Например, у животных есть белок р53 (р - от английского protein, a 53 - масса молекулы этого белка в килодальтонах). Этот белок называют ''стражем генома''. Он обнаруживает разрывы в длинных тяжах ДНК сначала включает синтез белков репарации (починки) ДНК, а затем, если разрывы не ликвидированы, блокирует деление клетки. Это дает ей шанс исправить геном до того как дефект будет передан дочерним клеткам. Если же клетке не удается справиться с серьезными нарушениями, р53 запускает апоптоз.

Тем самым р53 стабилизирует генетическую структуру клетки, предотвращая появление вредоносных мутаций, в том числе и опухолеродных. Онкогены некоторых вирусов связывают р53 и инактивируют его, а это ведет к освобождению клеточных протоонкогенов, отмене апоптоза и тем самым к накоплению жизнеспособных мутаций в клетке. Такие клетки представляют собой благоприятный материал для образования опухолей. Многие, если не большинство опухолей человека возникают путем ступенчатой эволюции, в начале которой лежит инактивация гена р53 путем его случайной или индуцированной мутации или инактивации вирусным онкогеном.

Таким образом, в норме клетка, обнаружившая ошибку в своей ДНК, кончает с собой задолго до того, как повреждения генома приведут к прекращению ее жизнедеятельности. Иными словами, клетка гибнет не потому, что ее испорченная ДНК уже не способна функционировать, а потому, что не устраненное вовремя повреждение ДНК служит сигналом к самоубийству.

По-видимому, природа изобрела некий механизм, который В.П. Скулачев назвал ''самурайским законом биологии''. Вкратце он звучит так: ''Лучше умереть, чем ошибиться'' или ''Любая достаточно сложная биологическая система располагает механизмом самоликвидации. Она кончает с собой, если становится потенциально опасной для существования системы, занимающей более высокую ступень в иерархии жизни...''

Другие виды апоптоза

Другой необычный пример апоптоза называют органоптозом. Это процесс запрограммированного исчезновения органов. Недавно выяснилось как пропадает хвост у головастика, превратившегося в лягушонка: сигналом служит гормон тироксин. Гормон посылает в апоптоз клетки хвоста, а освобождающийся ''строительный материал'' используется затем для роста и развития лягушонка.

Еще более удивительно, что аналог апоптоза существует не только для клеток, но и для бактерий и для многоклеточных организмов. Этот процесс называют феноптозом.

По аналогии с белком р53, у бактерий есть свой страж генома - белок RecA. Он также отслеживает появление нарушений в ДНК, а заметив их, атакует другой белок LexA и расщепляет его. LexA подавляет активность генов ферментов репарации и белка SulA. Этот белок, в свою очередь, образует комплекс с белком FtsZ, необходимым для деления бактерии Таким образом, расщепление LexA стимулирует синтез белков-ремонтеров и блокирует размножение дефектной клетки, пока она не исправит свою ДНК. Если же не исправит, активируются ферменты автолизины, расщепляющие вещества клеточной стенки - бактерия лопается.

Апоптоз и инфекции

Очевидно, что организм, инфицированный опасным патогеном, опасен для сообщества себе подобных. С ''надорганизменной'' точки зрения быстрая смерть такого индивидуума могла бы стать последней, жестокой, но радикальной мерой предотвращения эпидемии. Вот почему сообщество организмов, способных к альтруистическому самоубийству, должно получить преимущество в борьбе за существование. Фантастический пример - дифтерия.

Возбудителем дифтерии служит особый вид коринебактерии. Болезнь сопровождается интоксикацией организма - его отравляет бактериальный токсин, особый белок. Он состоит из двух частей, или доменов, один из которых (большой) узнается особым белком-рецептором во внешней мембране клеток заболевшего человека или животного. После этого другой (меньший) домен токсина перебрасывается внутрь клетки и отделяется от большего. В клетке он действует как фермент, присоединяющий АДФ-рибозу к остатку вещества, называемого дифтамидом. Дифтамид находится во втором факторе элонгации FF-2 - белке, участвующем в белковом синтезе. Дифтерийный токсин инактивирует фактор элонгации и таким образом останавливает белковый синтез. Ферментативная активность токсина весьма высока: одной его молекулы достаточно, чтобы убить клетку. А при массовой гибели клеток умирает и больной.

Дифтамид, объект действия токсина, есть в клетке только в одном белке, причем в одном экземпляре. Остаток аминокислоты гистидина в составе FF-2 превращают в дифтамид пять специальных ферментов, не участвующих в каких-либо других реакциях обмена вешеств.

На первый взгляд дифтерийный токсин - оружие коринебактерии в борьбе с макроорганизмом. Однако, у дифтамида не обнаружено других функций, кроме как участвовать в убийстве клетки токсином. Более того, клетки с мутантным FF-2 не способным присоединять ДДФ-рибозу имеют нормальный белковый синтез и вообще отличаются от обычных клеток лишь полной устойчивостью к дифтерийному токсину.

Создается впечатление, что дифтамид - мина замедленного действия, которую каждый из нас носит в себе до тех пор, пока не заразится дифтерией. Парадокс получит объяснение, если предположить, что люди и животные используют в борьбе с эпидемией ''самурайскую'' стратегию: смерть под действием дифтерийного токсина позволяет популяции избавиться от инфицированного индивидуума. Вероятно, коринебактерия все равно бы погубила больного каким-либо иным, не зависящим от токсина способом, но это произошло бы после ее массового размножения в организме, который сделался бы опасным источником болезни. В таком случае уже не кажется удивительным наличие дифтамида в одном из важнейших белков. Похоже, популяции, не имевшие дифтамида, просто вымерли от эпидемий.

Апоптоз воспалительных клеток является необходимым условием разрешения воспалительного процессса. Было установлено, что апоптоз воспалительных клеток при инфекции возникает, когда снижаются уровни бактериальной инфекции (например уровни бактериальных липосахаридов) и уровни воспалительных цитокинов (например. GM-CSF, G-CSF, IL-1beta). То есть, когда бактериальные патогены успешно уничтожены, ненужные воспалительные клетки самоуничтожаются.

Однако, некоторые инфекционные агенты научились влиять на процесс апоптоза. Например, бактерии рода Shigella, вызывающие дизентерию, активизируют каспазу-1, стимулируют апоптоз, уничтожающий воспалительные клетки, которые борятся с инфекцией, и таким образом нарушают антибактериальную защиту. Бактерии вида Pseudomonas и P. aeruginosa подобным образом вызывают апоптоз нейтрофилов. Таким необычным способом эти бактерии борятся за свое выживание.

Простейшие рода Leishmania, вызывающие болезнь под названием лейшманиоз, выработали необыкновенный способ репродукции, который получил название ''троянского коня''. По каким-то причинам, Leishmania не может проникнуть внутрь макрофага напрямую. Но при фагоцитозе со стороны нетрофила, Leishmania внутри нейтрофила не погибает, при этом запускается программа апоптоза нейтрофила. Макрофаг, имеющий функцию ''мусорщика'', заметив инфицированный нейтрофил с признаками апоптоза, поглощает его. Таким образом Leishmania попадает внутрь макрофага и успешно размножается внутри него.

Другие организмы, например Legionella pneumophila и Mycobacterium tuberculosis (МБТ), живущие внутри клеток иммунной системы, обеспечивают свое существование совершенно другим путем, блокируя апоптоз. Наиболее хорошо этот механизм изучен для МБТ. Для этой микобактерии моноцит является ''домом''. Первоначальная встреча моноцита с классической музейной туберкулезной инфекцией, не измененной воздействием химиопрепаратов и антибиотиков, сопровождается тем, что моноцит нежно раскрывает свои объятия и запускает МБТ внутрь своей протоплазмы, предоставляя ей ''вид на жительство''. Более того, моноцит разрешает МБТ не только жить внутри себя, но и заниматься репродукцией. В результате деления, число МБТ в протоплазме моноцита достигает 30-40. В слабокислой внутренней среде моноцита кислотостойкие МБТ хотя и не погибают, но не могут проявлять своих вирулентных и патогенных свойств.

Моноцит, разрешив возбудителю туберкулеза поселиться в своем теле, ведет непрерывный иммунологический мониторинг за поведением МБТ. Как только сепаратный мир нарушается, между ранее мирными оппонентами возникает конфликт, моноцит активируется и уничтожает МБТ. При этом также запустится процесс апоптоза, который в конечном счете уничтожит моноцит. Поэтому, МБТ не заинтересована в потере ''дома'', ведет себя тихо, и в качестве ''оплаты за проживание'' блокирует процессы апоптоза, продлевая жизнь моноцита.

Такие взаимоотношения возникли в результате эволюции. Туберкулезная инфекция вероятно самая древняя и безжалостная. Человек выработал уникальную систему взаимоотношений с МБТ - внутри клеток иммунной системы находится ''зверь'' со связанными челюстями. За ним идет постоянное слежение, иммунная система всегда находится в ''тонусе'', при проявлении чрезмерной агрессивности МБТ, она вместе со своим пристанищем уничтожается. Если зверь все-таки сорвется с цепи, то погибнет весь макроорганизм вместе с МБТ. Таким образом произошла селекция способных к симбиозу людей и штаммов Mycobacterium tuberculosis. Остальные скорее всего вымерли.

Механизм апоптоза

Апоптоз – многоэтапный процесс. Первый этап – прием 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 и в конечном итоге достигает ядра, где и происходит включение программы клеточного самоубийства. Применительно к клеткам животных и человека, апоптоз в большинстве случаев связан с активацией особых белков - каспаз.

Один из путей, приводящих клетку к апоптозу, заключается во взаимодействии белков из семейства фактора некроза опухоли (ФНО) со специфическими рецепторами. Представителем этой группы белков является система Fas/Fas-L.

Fas-L является цитокином из семейства ФНО. Он экспрессируется на активированных Т-лимфоцитах и естественных киллерах. Это своего рода взрыватель. Если у клетки экспрессирован белок Fas (это аналог взрывчатого вещества), взаимодействие с Fas с Fas-L (взрывателя со взрывчаткой) приводит к запуску программы апоптоза (взрыву) клетки.

Апоптоз могут индуцировать различные факторы. Например гибель клеток в эндокринно-зависимых тканях происходит при уменьшении концентрации соответствующего гормона (например, клеток простаты после кастрации и коры надпочечников после подавления синтеза АКТГ глюкокортикоидами). Гибель клеток путем апоптоза также происходит при уменьшении кровоснабжения органа (ишемическая болезнь сердца). Процесс апоптоза запускается при термической травме и при сепсисе.

Так как нашей целью является понять роль апоптоза при саркоидозе, мы ограничимся рассмотрением апоптоза воспалительных клеток.

Хорошо известно, что апоптоз играет важную роль для иммунной системы. Основная функция зрелых Т-лимфоцитов – это распознавание чужеродных антигенных пептидов в комплексе с собственными антигенами тканевой совместимости на поверхности антигенпрезентирующих клеток или поверхности любых клеток-мишеней организма. В главном органе иммунной системы - тимусе постоянно идет селекция тимоцитов: клетки, реагирующие на белки организма хозяина получают сигнал генетически запрограммированной смерти – апоптоза. В результате такой жестокой селекции из тимуса в кровоток и лимфоидные органы поступают только такие Т-лимфоциты, которые способны распознавать собственные антигены тканевой совместимости. Ежедневно в тимусе 95–98% тимоцитов уничтожаются процессом апоптоза, то есть выживают только 2-5% клеток.

Если эта система апоптоза дает сбой, возникают такие болезни, как системная красная волчанка и другие аутоиммунные заболевания.

Апоптоз и саркоидоз

Инициируя процесс воспаления, организм заботится, чтобы оно не нанесло чрезмерный ущерб собственным тканям. Наряду с провоспалительными цитокинами вырабатываются противовоспалительные субстанции, активизируется антиоксидантная защита. В контексте апоптоза также существует защитный механизм. У активизированных клеток (в том числе и у активированных Т-лимфоцитов) экспрессируется белок Fas, что делает эти клетки уязвимыми для процесса апоптоза, то есть активизированные клетки должны выполнить свою функцию и самоуничтожиться, таким образом ограничив иммунный ответ.

Исследования процесса апоптоза при саркоидозе позволили получить интересные данные. У пациентов с саркоидозом по сравнению со здоровыми людьми наблюдается существенная активизация системы Fas/Fas-L, что не удивительно в виду участия активизированных Т-клеток в формировании гранулемы.

У пациентов, у которых наблюдалась спонтанная ремиссия, процесс апоптоза протекает ''штатно''. Однако у пациентов с хронической болезнью наблюдается отсутствие процесса апоптоза, что может объяснить длительный процесс воспаления и большую продолжительность жизни воспалительных клеток и продолжительное существование гранулем. Оказалось, что механизм апоптоза у воспалительных клеток при саркоидозе в этих случаях ''выключен'' и апоптоз не удалось индуцировать даже при принудительной активизации системы Fas/Fas-L. Причина этого остается неизвестной.

Предшественники Т-клеток из костного мозга и незрелые Т-клетки чувствительны к физиологическим дозам глюкокортикоидов. Определенные субпопуляции зрелых Т-лимфоцитов под действием глюкокортикоидов претерпевают апоптоз. В этой связи интересно наблюдение польских ученых, что процесс апоптоза при спонтанной ремиссии саркоидоза отличается от апоптоза при ремиссии, индуцированной кортикостероидной терапией.

Причины такого странного поведения клеток при саркоидозе пока достоверно не известны. Установлено, что белок p53, о котором мы говорили выше, не участвует в этом феномене. Предполагается, что ИФН-гамма, производство которого при саркоидозе увеличено, влияет на каскад белков каспаз, который необходим для нормального завершения процесса апоптоза. Также рассматривается возможная роль интерлейкина-2. Нельзя исключать, что пациент с саркоидозом имеет генетический дефект в системе апоптоза. В свете описанного выше влияния инфекций на процессы апоптоза, не может быть исключена гипотеза, что нарушения процесса апоптоза при саркоидозе связаны с инфекцией неизвестным организмом. Кроме того непонятно, является ли нарушение апоптоза причиной саркоидоза или это просто побочный эффект сложных процессов, происходящих при этой болезни.

К сожалению, более подробное изложение этого материала невозможно без обладания специальными знаниями.