Direct action of allergen on smooth muscle cells

Full Text

FcεRI receptors, Th2 cytokines, eotaxin, IL-4, IL-5, IL-13, TSLP Гладкая мускулатура является важной эффек-торной системой IgE-опосредованных аллергических реакций разных органов, включая органы желудочно-кишечного тракта, сердечно-сосудистую систему, органы дыхания. Изучение механизма вовлечения в аллергическую реакцию гладкой мускулатуры воздухоносных путей имеет особое фундаментальное и прикладное значение в связи с тем, что она участвует в процессе как главное составляющее звено патогенеза бронхиальной астмы, имеющей огромное медико-социальное значение. Известно, что это заболевание является тяжелым бременем для современного общества. Распространенность бронхиальной астмы среди населения составляет в разных странах от 1 до 20%. С астмой связаны порядка 250 000 случаев преждевременной смерти ежегодно и потеря не менее 20 миллионов рабочих дней в году в современном мире [1]. Удручающим является неоднократно подтвержденный факт значительного возрастания за последние десятилетия заболеваемости аллергическими болезнями вообще и бронхиальной астмой в частности [2]. Традиционно принято считать, что гладкая мускулатура, являющаяся сократительной тканью, опосредованно участвует в аллергических реакциях за счет действия на нее провоспалительных медиа- Для корреспонденции Гущин Игорь Сергеевич ФГБУ «ГНЦ Институт иммунологии» ФМБА России. РФ, 115522, Россия, г. Москва, Каширское ш., д. 24. Е-mail: igushchin@yandex.ru For correspondence Igor S. Gushchin NRC Institute of Immunology FMBA of Russia. 24, Kashirskoe Shosse, Moscow, 115522, Russian Federation. Е-mail: igushchin@yandex.ru Статья поступила 28.10.2019 г. Принята к печати 09.12.2019 г. Рекомендована к публикации О.М. Курбачёвой Russian Journal of Allergy. 2019; 16(4) 7 ОБЗОРЫ • Прямое действие аллергена на гладкомышечные клетки торов, цитокинов, хемокинов и ростовых факторов, высвобождаемых из других клеток - участников аллергического ответа. Однако в ходе изучения патогенеза аллергического процесса были накоплены сведения, иллюстрировавшие принципиально иной способ вовлечения гладкой мускулатуры в аллергический ответ. Во-первых, получены данные, свидетельствующие о возможности прямого действия аллергена на сенсибилизированные к этому аллергену гладкомышечные клетки. Во-вторых, показано, что на гладкомышечных клетках представлены рецепторы для IgE и, в частности, высокоаффинные рецепторы для IgE (FceRI), чем была подтверждена способность аллергена прямо воздействовать (без посредников) на сенсибилизированные гладкомышечные клетки. В-третьих, гладкомышечные клетки экспрессируют разные цитоки-ны, в том числе ^2-типа, которые, высвобождаясь из сенсибилизированных клеток, оказывают на них аутокринное действие, выражающееся в повышении чувствительности гладкой мышцы к возбуждающим агонистам, вызывающим сокращение мышцы, и нарушают опосредованное ß-адренорецепторами расслабление гладкой мускулатуры (на примере гладкой мускулатуры воздухоносных путей) [3]. В связи со сказанным рассмотрение FcRI-опосредованного прямого (без посредников) вовлечения гладкомышечных клеток в аллергическую реакцию и его последствий представляет очевидный интерес. Физиологические свидетельства прямого действия аллергена на гладкомышечные клетки В 60-е годы прошлого столетия нами впервые были получены сведения, доказывающие возможность прямого (непосредственного) действия антигена (аллергена) на гладкомышечные клетки сенсибилизированных животных. Такое действие рассматривалось как дополнение к антигенной стимуляции других эффекторных клеток (тучных клеток), секретирующих биологически активные вещества (посредники аллергической реакции), которые вызывают сокращение гладкой мускулатуры и тем самым вторично вовлекают ее в реакцию. Было показано, что в изолированном пучке гладкомышечных волокон taenia coli морской свинки отсутствуют тучные клетки - основной источник биологически активных веществ, высвобождаемых во время анафилактической реакции гладкомышечных органов и оказывающих возбуждающее действие на гладкомышечные волокна. На таком препарате в условиях одновременной регистрации сократительной (в изометрическом режиме) и электрической (измерением мембранного потенциала методом сахарозного мостика) активности была воспроизведена анафилактическая реакция гладкомышечных волокон. Это свидетельствовало о том, что присутствие тучных клеток не является обязательным для осуществления этой реакции, и наиболее вероятной оказывается возможность прямого действия аллергена на гладкомышечные клетки, которые, таким образом, должны иметь на своей поверхности гомоцитотропные («реаги-новые») антитела и их клеточные рецепторы [4]. Специальные серии исследований были проведены в условиях деполяризации клеточной мембраны гладкомышечных клеток ионами калия (150 мМ). Как было хорошо известно, в деполяризованной гладкой мышце становится невозможным возникновение потенциалов действия и проведение возбуждения от одной гладкомышечной клетки к другой. Активация сократительного механизма гладкой мышцы в этих условиях при действии на нее различных возбуждающих агентов осуществляется либо вследствие непосредственного действия этих агентов на сократительный механизм, либо путем повышения проницаемости мембраны гладкомышечных клеток к некоторым ионам и последующей активации ими сократительного механизма. Поскольку при деполяризации гладкомышечного препарата становится невозможным возникновение потенциалов действия во всех возбудимых элементах этой ткани, то тем самым исключается возбуждение гладкомышечных волокон через нервные элементы, заложенные в толще гладкой мышцы. В связи с этим деполяризованная гладкая мышца использовалась в физиологии и фармакологии в качестве объекта для изучения непосредственного действия различных веществ на гладкомышечные клетки. Возможность воспроизведения анафилактического сокращения деполяризованной гладкой мышцы (taenia coli) показала, что активация нервных элементов также не является обязательной для осуществления этой реакции, и свидетельствовала о непосредственном действии аллергена на гладкомышечные клетки [5]. В соответствии с этими данными были результаты исследований, выполненных на миокардиальных клетках предсердия активно сенсибилизированных морских свинок. Испытания проводили в условиях одновременной регистрации сократительной активности и электрофизиологических показателей, полученных с использованием внутриклеточной микроэлектродной техники. Известно, что в отсутствие ионов кальция блокируется секреция медиаторов анафилаксии из клеток-мишеней аллергии и устраняется сократительная активность мышечных клеток. Оказалось, что в таких контролируемых условиях удаления ионов кальция (по устранению сократительной способности), когда становится невозможным секреция биологически активных веществ из тучных клеток, анафилактическая реакция миокардиальных клеток, оцениваемая по электрической активности, сохранялась [6]. Таким образом, эти данные явились дополнительным свидетельством возможности прямого действия 8 Российский Аллергологический Журнал. 2019; 16(4) REVIEWS • Direct action of allergen on smooth muscle cells аллергена на мышечные клетки (гладкомышечные и миокардиальные). Естественно, что полученные данные ставили вопрос о необходимости установления природы молекулярных клеточных структур, ответственных за рецепцию на клетках «реагиновых» антител [7]. Однако это могло быть осуществимо только при высоком технологическом уровне и техническом обеспечении исследовательской работы, отсутствовавших в тот период. Многим позже были проведены работы, выполненные другими исследователями, подтвердившими представление о прямом действии аллергена на гладкомышечные клетки. На изолированных гладкомышечных препаратах трахеи повторно сенсибилизированных («ресенсибилизирован-ных») овальбумином морских свинок показано, что ресенсибилизация сопровождается увеличением мембранного потенциала покоя гладкомышечных клеток (гиперполяризацией с -61,8±0,6 до -78,2±0,1 мВ), измеряемого внутриклеточными стеклянными микроэлектродами, заполненными 3М раствором KCl, с омическим сопротивлением порядка 80-90 Мом (то есть с тонким кончиком микроэлектрода, достаточным для проникновения в гладкомышечную клетку) [8]. Гиперполяризация обусловлена, по-видимому, потенциацией электрогенного натриевого насоса [9]. Аллерген (овальбумин) вызывал деполяризацию мембраны гладкомышечных клеток и сокращение препарата, измеряемое в изометрическом режиме. Двунатриевая соль кромогликата (ДСКГ) - потенциальный стабилизатор тучных клеток - в концентрации 20 мкг/мл укорачивала период деполяризации и соответственно несколько уменьшала силу изометрического сокращения, вызванного овальбумином. Удаление слизистой оболочки (как источника содержания тучных клеток) не оказывало заметного влияния на ответные реакции изолированного гладкомышечного препарата ни на овальбумин, ни на действие ДСКГ. Вещество 48/80 (избирательный активатор тучных клеток, вызывающий секрецию из них преформированных и вновь синтезируемых медиаторов) вызывало сокращение гладкомышечных препаратов несенсибилизированных животных и более выраженное сокращение гладкомышечных препаратов ресенсибилизированных морских свинок, что, возможно, свидетельствовало о гиперреактивности сенсибилизированных тканевых препаратов или было связано с описанным в ряде работ увеличением содержания тканевых тучных клеток в ходе сенсибилизации. После действия овальбумина на гладкомышечные препараты сенсибилизированных животных (то есть после анафилактической реакции) реакция на вещество 48/80 снижалась на 24% (р<0,001) по сократительному ответу и на 13% (р<0,001) по изменению величины мембранного потенциала. Сделано заключение о том, что фармакологическое воздействие на тучные клетки гладкомышечного препарата сенсибилизированных морских свинок существенно не сказывается на величине мембранного потенциала гладкомышечных клеток и лишь частично влияет на физиологический ответ данной ткани на действие специфического аллергена. Тем самым обосновывалась возможность прямого действия аллергена на сенсибилизированные гладкомышечные клетки [8]. В последующем эти исследования были продолжены и дополнены. В условиях пассивной сенсибилизации сывороткой крови, полученной от иммунизированных овальбумином морских свинок, показано, что у морских свинок за сенсибилизацию гладкой мышцы ответственны гомоцитотропные антитела - как термолабильные (антитела изотипа IgE), так и термостабильные (антитела изотипа IgG:), так как инактивация сыворотки крови при 60 оС в течение 2 ч лишь частично угнетала вызванную антигеном (овальбумином) анафилактическую реакцию гладкомышечного препарата, в то время как на гладкомышечном препарате кроликов предварительное прогревание иммунной кроличьей сыворотки крови полностью устраняло возможность вызываемой антигеном сократительной реакции гладкой мышцы. Это совпадало с хорошо известными уже в ту пору данными о том, что гомоцитотропная активность антител у морских свинок обусловлена антителами изотипов IgE и IgGp а у кроликов только IgE. Кроме того, было показано, что медиаторы тучных клеток принимают лишь частичное участие в анафилактическом сокращении гладкой мышцы, поскольку предварительная обработка гладкомышечных препаратов дифенгидрамином (антагонистом Н:-ре-цепторов), метисергидом (антагонистом серотонина), 5, 8, 11, 14-эйкозотетраеноевой кислотой (ингибитором синтеза простагландинов и лейкотриенов), соединением FPL 55712 (известным антагонистом медленно действующего вещества анафилаксии, то есть лейкотриенов C4, D4, E4) и ДСКГ уменьшали анафилактическую сократительную реакцию, но полностью не блокировали ее [9]. Все приведенные выше сведения ставили, таким образом, вопрос о подтверждении присутствия на гладкомышечных клетках рецепторов для антител изотипа IgE, в первую очередь рецепторов, обладающих высокой аффинностью по отношению к этому иммуноглобулину, то есть F^-рецепторов I типа (FceRI). Выявление FceRI на гладкомышечных клетках Вскоре после открытия чрезвычайно специфичных и высокоаффинных рецепторов для IgE (FceRI) на тучных клетках [10] началось интенсивное изучение этих рецепторов, показавшее, что они относятся к обширному семейству многоцепьевых рецепторов иммунного распознавания. Изначально эти рецеп Russian Journal of Allergy. 2019; 16(4) 9 ОБЗОРЫ • Прямое действие аллергена на гладкомышечные клетки торы были описаны как тетрамерный комплекс цепей пептидов, обозначаемый aßy2, то есть имеющий по одной а- и ß-цепи и две у-цепи [11]. Альфа-субъединица является членом иммуноглобулинового суперсемейства, имеет два внеклеточных домена и содержит участок связывания для IgE. Бета-субъединица состоит из четырех трансмембранных доменов и соответственно имеет цитоплазматические N- и С-концевой хвосты. Функция этой субъединицы состоит в усилении сигнального ответа. Две у-субъе-диницы, соединенные дисульфидными мостиками, относятся к членам семейства y/Z/п -рецепторных субъединиц, включают в себя трансмембранную область и цитоплазматический хвост. Гамма-субъединицы абсолютно необходимы для функционирования Fe^RI-сигнального пути. Как ß-, так и у-цепи ответственны за проведение сигнала, осуществляемого фосфорилированием ITAM (immunoreceptor tyrosine based activation motif) [11-13]. Следует заметить, что экспрессия FceRI на клетках наиболее полно изучена у человека и мышей. Что касается других видов животных, то имеющиеся результаты наблюдений крайне скудные. Наиболее распространенной является точка зрения о том, что у грызунов (мышей) ß-цепь FceRI абсолютно необходима для представления рецептора на клеточной поверхности и у мышей FceRI имеет только тетрамерную структуру (субъединицы aßy2). FceRI человека может экспрессироваться как в виде те-трамерной (aßy2), так и тримерной (ау2) формы. Клеточное распределение FceRI у человека и мышей также различается. FceRI у мышей экспрессируется на тучных клетках и базофилах, в то время как у человека FceRI в тримерной форме присутствует и на моноцитах/макрофагах, эозинофилах, тромбоцитах, клетках Лангерганса, дендритных клетках [14-16]. Вполне вероятно, что перечень этот в действительности больше. Нужно иметь в виду, что плотность распределения FceRI на этих клетках намного уступает плотности его распределения на тучных клетках и базофилах. Другие важные результаты исследований в этой области, остающиеся актуальными и сегодня, обобщены в цитируемой работе [11]. Это - установление участия FceRI в представлении антигена; генетические свидетельства того, что FceRI может влиять на развитие некоторых паразитарных заболеваний; доказательства того, что ß-субъединица FceRI осуществляет усиливающее действие на биологические функции рецептора; выявление возможной связи атопического фенотипа с полиморфизмом ß-цепи человеческого Fc RI; участие аутоантител к a-цепи FceRI в развитии клинических проявлений хронической крапивницы и пр. Все это показывает, что функции FceRI гораздо разнообразнее тех, которые считаются традиционными, и нуждаются в специальных целенаправленных исследованиях. Что же касается мнения об избирательной экспрессии FcRI у грызунов только на тучных клетках и базофилах, то это требует отдельного комментария. Дело в том, что нельзя игнорировать известные сведения, полученные на крысах (род грызунов семейства мышиных, то есть ближайших родственников мышей) [17]. С использованием проточной цитометрии, флуоресцентной микроскопии и Вестерн блот анализа показано, что у крыс, так же как и у человека, функционально активная тримерная форма (ay2) рецептора FceRI экспрессируется на эозинофилах и макрофагах. Также показано, что эти два типа клеток вызывают IgE-опосредованное, F^RI-зависимое клеточное цитотоксическое действие на паразитов (шистосом). Эти данные свидетельствуют о видовых различиях между крысами и мышами либо могут быть связаны с упомянутой низкой плотностью экспрессии рецептора на эозинофилах и макрофагах и недостаточной чувствительностью использованных способов его выявления. Перекрестное связывание мультивалентным аллергеном молекул FceRI через фиксированные на них антитела изотипа IgE запускает каскады фосфорилирования, что вызывает выраженные морфологические и транскрипционные модификации как проявления клеточной активации. В наиболее всесторонне изученных в этом плане тучных клетках/базофилах наступает изменение формы и компактности (так называемое «гофрирование») клеточной мембраны, слияние перигранулярных мембран с общей цитоплазматической мембраной, экзоцитоз гранул и высвобождение содержащихся в них преформированных посредников, активация транскрипции генов и новый синтез белковых и липидных медиаторов. Каскадный поток биохимических реакций, лежащих в основе клеточной активации, осуществляемой через FceRI, подробно изучен в настоящее время и представлен в ряде обобщающих работ [12, 18-21]. В рамках настоящей работы следует подчеркнуть, что упомянутые биохимические процессы лежат в основе универсальных механизмов клеточной активации вообще, и поэтому F^RI-зависимая стимуляция активационных сигнальных путей переводит клетки в активированное (возбужденное) состояние, соответствующее данному типу клетки. Таким образом, если F^RI-за-висимая стимуляция возбудимых клеток осуществима, то применительно к гладкомышечным клеткам это должно привести к сокращению гладкой мышцы, а также к иным эффекторным результатам, свойственным этим клеткам и не связанным только с опосредованным их вовлечением в аллергический процесс за счет высвобождения медиаторов из иных клеток-мишеней аллергенного действия (в первую очередь тучных клеток и базофилов). Итак, установление присутствия FceRI на гладкомышечных клетках становилось актуальной задачей 10 Российский Аллергологический Журнал. 2019; 16(4) REVIEWS • Direct action of allergen on smooth muscle cells и открывало интересные перспективы уточнения механизма аллергической реакции. Весьма объемные исследования были выполнены на гладкомышечных клетках воздухоносных путей человека с использованием широкого перечня методических приемов, включая полимеразную цепную реакцию (ПЦР) в реальном времени, саузерн-блот анализ, иммуногистохимические и иммунофлуо-ресцентные методы, метод проточной цитометрии, вестерн-блот анализ и др. [22]. Испытания были проведены на культурах гладкомышечных клеток при отсутствии практически значимого количества тучных клеток, содержание которых контролировали по мРНК триптазы. В результате было показано, что гладкомышечные клетки экспрессируют FceRI. Экспрессия рецептора продемонстрирована и in vivo на гладкомышечных волокнах биоптатов бронхов, полученных от больных бронхиальной астмой. IgE-опосредованная активация гладкомышечных клеток через высокоаффинные рецепторы (FceRI) приводила к высвобождению цитокинов ^2-про-филя и хемокинов (эотаксина, IL-4, IL-13, IL-5), но не цитокинов TM-профиля (IFN-y). Более того, обработка гладкомышечных клеток антителами, направленными против a-цепи FceRI, обрывала указанный эффект. Показано также in vitro, что перекрестное связывание FceRI козьими антителами против IgE человека приводило к выраженному преходящему увеличению внутриклеточной концентрации ионов Са2+, которое количественно и качественно было подобно ответу, вызванному сократительным агонистом - ацетилхолином. Приведенные материалы, подробнее описанные ниже, лишний раз подтверждали возможность IgE-опосредованной активации гладкомышечных волокон. Данными ПЦР в реальном времени и саузерн-блоттинга продемонстрировано, что культивируемые человеческие гладкомышечные клетки бронхов и трахеи конститутивно экспрессируют a-, ß- и у-субъединицы FceRI. Экспрессия a-цепи подтверждена и на белковом уровне данными вестерн-блот анализа и проточной цитометрии. Поскольку в работе на клеточном уровне не была иллюстрирована колокализация трех типов субъединиц рецептора, нельзя исключить поверхностной экспрессии FceRI без ß-цепи, как это показано для других типов клеток [11]. Присутствие FceRI на гладкомышечных клетках (воздухоносных путей) показано не только в цитированной выше работе [22], но и подтверждено другими исследовательскими группами [23]. В более ранних работах, выполненных на линии тучных клеток и базофилах, показано, что мономерный IgE повышает экспрессию FcRI [11]. Тучные клетки IgE-дефицитных мышей экспрессируют FceRI на низком уровне, но инкубация клеток in vitro в присутствии IgE или введение IgE in vivo повышало экспрессию FceRI [24, 25]. Можно было допустить, что местное увеличение концентрации IgE в ткани повысит экспрессию FceRI и на гладкомышечных клетках. Это отчасти было подтверждено в опытах, в которых инкубация гладкомышечных клеток воздухоносных путей человека в растворе с IgE несколько повышала уровень мРНК a-цепи FceRI [26], но не самого белка [21]. Регуляция экспрессии FceRIa достигается не только лигандным связыванием рецептора, но и другими факторами [21, 26]. Эти факторы включают ß- и у-субъединицы FceRI [26], цитокины и ростовые факторы, присутствующие в клеточном микроокружении [27, 28]. Можно допустить, что экспрессия FceRI на гладкомышечных клетках повышается провоспалительными (TNF) и ^2-цитокинами (IL-4) [29]. Получены также данные о том, что IL-13 индуцирует экспрессию мРНК a-субъединицы FcRI в гладкомышечных клетках [30]. Есть основание полагать, что регуляторные механизмы экспрессии FceRI на гладкомышечных клетках сходны с таковыми, происходящими в клетках воспаления (тучных клетках), однако этот раздел остается малоизученным и нуждается в пополнении новыми сведениями. Нельзя обойти вниманием работу группы исследователей, в которой не были подтверждены данные о присутствии FceRIa на гладкомышечных клетках воздухоносных путей человека [31]. Для выявления поверхностной экспрессии FceRI на гладкомышечных клетках использовали проточную цитометрию. Исследования проведены как в безсы-вороточной среде, так и в присутствии сыворотки на гладкомышечных клетках бронхов, полученных во время хирургического вмешательства на легких пациентов, не страдавших бронхиальной астмой или другой аллергической патологией (больные карциномой, легочной гипертензией, бронхоэктазией или эмфиземой легких). С целью имитации условий, напоминающих таковые в воздухоносных путях больных бронхиальной астмой, в некоторых опытах клетки инкубировали в присутствии потенциальных агентов, усиливающих экспрессию FceRI: IgE человека (2 мкг/мл) одновременно с IL-4 (10 нг/мл). Как ожидалось, гладкомышечные клетки отчетливо экспрессировали a2ß1-интегрин (CD49b), а тучные клетки линии HMC-1a - FceRI, однако экспрессия этого рецептора не обнаруживалась на гладкомышечных клетках, причем идентичные результаты получены при культивировании их как в безсывороточной среде, так и в присутствии сыворотки или при обработке клеток человеческим IgE и интерлейкином-4 в течение 2 сут. Экспрессию FceRI на клетках пытались выявить использованием анти-рецепторных антител или человеческого IgE. Более того, присутствия субъединицы FceRIa не удалось обнаружить вестерн-блоттингом. Экспрессия FceRI была оценена и по уровню мРНК, определяемому Russian Journal of Allergy. 2019; 16(4) 11 ОБЗОРЫ • Прямое действие аллергена на гладкомышечные клетки количественной ПЦР. В качестве положительного контроля использовали определение мРНК в лейкоцитах периферической крови. В этих клетках определялась мРНК для a-, ß- и у-субъединиц FceRI, но в гладкомышечных клетках мРНК для а- и ß-субъединиц не обнаруживалась. Правда, удавалось определить низкий уровень экспрессии мРНК для общей у-субъединицы Fc-рецепторов. Из всех предложенных возможных объяснений приведенных противоречий [21, 32, 33] наиболее приемлемым кажется то, что для определения того низкого уровня экспрессии FceRI, который характерен для гладкомышечных клеток, необходимо использовать антитела с большим аффинитетом, чем в цитированном исследовании [31]. Такое заключение можно сделать на основании материалов, приведенных в совместной работе [33]. Последствия FcRI-опосредованной активации гадкомышечных клеток Непосредственным результатом прямой FcRI-опосредованной стимуляции гладкомышечных клеток является активация сократительного механизма и возникновение сокращения гладких мышц, как это было иллюстрировано выше. Эта активация соответствует таковой, наблюдаемой при действии на гладкомышечные клетки естественных возбуждающих медиаторов, и обеспечивается одними и теми же сигнальными внутриклеточными путями. Учитывая приведенный далее материал, следует кратко напомнить последовательность процессов, приводящих в конечном счете к развитию сокращения гладкой мышцы [34]. Как и в поперечнополосатых мышцах, сократительный аппарат гладкой мускулатуры состоит из двух главных белков: актина и миозина. В отличие от поперечнополосатой мускулатуры гладкие мышцы не осуществляют тот же тип электромеханического сопряжения («каплинга»). Вместо этого они используют сигнальный путь, обеспечиваемый вторичными посредниками, что приводит к открытию внутриклеточных каналов и высвобождению ионов Ca2+, контролирующих сократительный аппарат. Гладкая мускулатура, так же как и поперечнополосатая, имеет потенциалзависимые кальциевые каналы и рианодиновые рецепторы (RyRs), ответственные за повышение внутриклеточной концентрации ионов Ca2+. RyR представляет собой большой (олигомер с молекулярной массой субъединицы 567 кДа) тетрамерный 6-кратно пересекающий мембрану кальций-высвобождающий канал. Деполяризация клеточной мембраны вызывает открытие кальциевых каналов L-типа, через которые ионы Ca2+ устремляются по градиенту концентрации внутрь клетки. Открытие RyRs обычно связано с вызванным кальцием высвобождением кальция (CICR - calcium-induced calcium release). Так как внутриклеточная концентрация ионов Ca2+ повышается, кальций связывается с RyRs, открытие которых усиливает последующее повышение концентрации кальция в цитоплазме. Другой механизм, контролирующий сокращение гладкомышечных клеток, вовлекает другие тетрамерные 6-кратно пересекающие мембрану кальциевые каналы: инозитол 1, 4, 5-трифосфатные (IP3) рецепторы (IP3Rs). Циркулирующие гормоны (например, вазопрессин, брадикинин) и нейромедиаторы (эндотелин, норадреналин) действуют на рецепторы, сопряженные с G-белками (GPCRs), генерируя вторичный посредник IP3 через активацию фосфолипазы С. IP3 связывается и открывает IP3Rs на эндоплазматическом и саркоплазматическом рети-кулуме, вызывая высвобождение кальция и запуская сокращение. Как RyRs, так и IP3Rs стимулируются низкой концентрацией кальция в цитоплазме, но закрываются при высоких концентрациях (кривая «доза-ответ» имеет куполообразную форму). При повышении концентрации ионов Ca2+ внутри клетки они связываются в гладких мышцах с кальмодулином (СаМ), который выступает в роли регулятора миозиновых филаментов. Кальмодулин, связанный с кальцием, взаимодействует с киназой легких цепей миозина (MLCK - myosin light-chain kinase), индуцируя фосфорилирование легких цепей миозина в участках S19 (серин) или Y18 (тирозин). Фосфорилированные MLCs образуют поперечные мостики с актином, продуцируя фосфорилиро-ванный актомиозин, что приводит к сокращению гладкой мышцы. Таким образом, последовательность событий, приводящих к сокращению гладкой мышцы, состоит в следующем: вход ионов Ca2+ в саркоплазму ^ активация кальмодулина ^ активация MLCK ^ фосфорилирование миозина ^ связывание актина с миозином (образование актомиозина) ^ сокращение. При аллергической реакции гладких мышц изменение внутриклеточной концентрации ионов Са2+ проанализировано в специальных исследованиях. F^RI-опосредованное увеличение внутриклеточной концентрации ионов Са2+ показано на культуре гладкомышечных клеток бронхов/трахеи человека (линия B/TSM) и культуре гладкомышечных клеток, полученных из воздухоносных путей (диаметром 0,5-1 см) центральных сегментов легких больных бронхиальной астмой с сенсибилизацией по крайней мере к одному из аэроаллергенов. Следует напомнить, что следы присутствующих в образцах тучных клеток не могли быть ответственны за получаемые эффекты, так как их содержание было столь незначительным, что не улавливалось определением мРНК триптазы. Перекрестное связывание FceRI на гладкомышечных клетках моноклональными анти-FcRIa антителами вызывало мобилизацию 12 Российский Аллергологический Журнал. 2019; 16(4) REVIEWS • Direct action of allergen on smooth muscle cells внутриклеточного свободного кальция через 5-10 с после воздействия с пиковой концентрацией ионов Са2+ порядка 170 нМ на 10-й и 30-й секундах с последующим возвращением к исходному уровню [22]. Увеличение внутриклеточной концентрации ионов Са2+ не происходило после контрольного воздействия неспецифических по отношению к FceRI антител, но возникало при действии ацетилхолина (пиковая концентрация ионов Са2+ составила порядка 370 нМ). Эти данные отчетливо продемонстрировали F^RI-зависимый способ активации сократительного механизма гладкомышечных клеток человека. В специальных работах показано, что в гладкомышечных клетках воздухоносных путей больных бронхиальной астмой выявляется повышенный уровень экспрессии MLCK [35]. В последующем оказалось, что в условиях in vitro IgE (5 мкг/мл) значительно повышает уровень мРНК MLC-киназы в этих клетках через 6, 24 и 48 ч после стимуляции [36]. Показано, что стимуляция иммуноглобулином Е экспрессии MLCK в гладкомышечных клетках опосредована FceRI, так как моноклональные антитела против a-субъединицы FceRI (участка связывания IgE) значительно подавляют вызванное IgE повышение экспрессии MLCK в гладкомышечных клетках. Полученные данные с очевидностью указывали на важную роль IgE в модуляции сократительного механизма гладкомышечных клеток воздухоносных путей человека. Причем, как оказалось, низкоаффинный рецептор FceRII (CD23) в этом не принимает участия. Повышение экспрессии MLCK, вызванное IgE, происходит с вовлечением сигнальных путей, обеспечиваемых Syk, митоген-активируемы-ми протеинкиназами (MAPK - mitogen-activated protein kinase) ERC1/2, p38 и JNK и PI3K. Правда, приведенные сведения требуют уточнения. Дело в том, что в специальной работе [37] не удалось определить в культивируемых гладкомышечных клетках человека ни базального уровня мРНК и белка Syk, ни возникновения экспрессии этих показателей при попытке использования в качестве стимулятора экспрессии TNF-a. Удовлетворительного объяснения противоречия результатов работ не получено. Единственное, что допускают авторы исследования, состоит в использовании разных источников получения гладкомышечных клеток воздухоносных путей человека [37]. Сравнительно давно установлено, что гладкомышечные клетки могут быть источником образования разных цитокинов, способны их высвобождать и экспрессируют рецепторы к ряду цитокинов. Тем самым был поставлен вопрос об участии гладкомышечных клеток, опосредованном цитокина-ми, в реакциях воспаления [38]. Правда, следует заметить, что в настоящее время этому уделяется мало внимания. Так, в обобщающих работах, по священных, в частности, патогенезу бронхиальной астмы, гладкомышечные клетки как источники цитокинов и мишени их воздействия практически не рассматриваются. Имеются лишь указания на то, что IL-17A, IL-17F, IL-22 способствуют повышению пролиферации и миграции гладкомышечных клеток воздухоносных путей человека [39], что является важным составляющим звеном процесса ремоделирования дыхательных путей при бронхиальной астме. Кратко напомним, что главными чертами этого процесса являются субэпителиальный фиброз, гипертрофия/гиперплазия гладкомышечных клеток, ангиогенез, утолщение субэпителиальной базальной мембраны, гиперсекреция слизи и метаплазия бокаловидных клеток. Вместе с тем еще в первое десятилетие двухтысячных годов появилось сообщение о том, что перекрестное связывание FceRI на гладкомышечных клетках приводит к высвобождению из этих клеток медиаторов воспаления, включая ^2-цитокины и хемокины, что позволило предположить существование ранее неизвестного механизма воспаления и развития гиперреактивности воздухоносных путей при бронхиальной астме [22]. Для выявления того, что экспрессируемый FceRI на гладкомышечных клетках вовлекается в процесс высвобождения цитокинов, были проведены исследования на клеточных культурах, описанных выше, с оценкой высвобождения эотаксина и ^2-цитокинов. Поскольку известно, что повышенный уровень IgE вызывает увеличение экспрессии FceRI на клетках воспаления, были выполнены испытания, в которых гладкомышечные клетки выдерживали в течение 4 дней в присутствии IgE, что приводило к увеличению экспрессии иРНК a-цепи FceRI (ответственной за связывание с IgE). Затем клетки тщательно отмывали, и для насыщения FceRI иммуноглобулином Е их кратковременно (в течение 30 мин) обрабатывали высокой концентрацией IgE (5 мкг/мл). В таких условиях происходило усиление секреции хемокина эотаксина (CCL11) и цитокинов IL-4, IL-5 и IL-13 при разрешающем воздействии (в течение 12 ч) анти-IgE антител. Синтеза и высвобождения IFN-y при этом не отмечено. Предварительная обработка клеток анти-F^RIa блокирующими антителами существенно угнетала IgE-опосредованное высвобождение эотаксина и ^2-цитокинов. Особое внимание привлекают к себе исследования, в которых обнаружено образование в гладкомышечных клетках и секреция из них тимусного стро-мального лимфопоэтина (TSLP), а также экспрессия его рецепторов (TSLPRs) на этих клетках. Дело в том, что TSLP, как хорошо известно в настоящее время, является ключевой молекулой, способствующей склонению иммунного ответа на поступающий в организм через барьерные системы аллерген в сторону Russian Journal of Allergy. 2019; 16(4) 13 ОБЗОРЫ • Прямое действие аллергена на гладкомышечные клетки ^2-ответа и участвующий в регуляции выраженности аллергического процесса (см. [40, 41]). Принимая во внимание то обстоятельство, что гладкомышечные клетки могут выполнять некую провоспалительную функцию [21, 42-44], в ряде работ [21, 33] высказано предположение и приведены доказательства того, что гладкомышечные клетки (на примере гладкомышечных клеток воздухоносных путей человека) вносят определенный вклад в воспаление дыхательных путей за счет образования TSLP и ответной реакции на него [45, 46]. Такое представление обосновывалось прежде всего тем, что на гладкой мускулатуре воздухоносных путей больных хронической обструктивной болезнью легких была показана экспрессия TSLP, как конститутивная, так и вызванная TNF или IL-1 ß [47]. Экспрессия TSLP на гладкой мускулатуре воздухоносных путей обнаружена в условиях in vivo и у больных бронхиальной астмой [48]. Как уже отмечено выше, насыщение FceRI иммуноглобулином Е сказывается на функциях клеток, оказывая своеобразное провоспалитель-ное действие. В частности, было показано, что в то время как моноклональный IgE (5 мкг/мл) не вызывал дегрануляции и синтеза лейкотриенов в культивируемых тучных клетках мыши, он повышал продукцию в них цитокинов (по мРНК для IL-6, TNF -a, IL-4 и IL-13), причем более значительно, чем перекрестное связывание FceRI, достигаемое действием антигена (динитрофенол-альбумин сыворотки крови человека) на клетки, предварительно сенсибилизированные антителами изотипа IgE [49]. В специальном исследовании [45] выявлено, что вызванная IgE (10 мкг/мл) стимуляция культивируемых гладкомышечных клеток воздухоносных путей человека приводила к значительному возрастанию содержания в клетках мРНК (через 12 ч) и высвобождению самого белка (через 24 ч) TSLP из этих клеток. Эти данные были использованы для построения модели опосредуемого TSLP участия гладкомышечных клеток в аллергическом воспалении [46]. Следует заметить, что в последнее время все большее внимание уделяется рассмотрению несократительной функции гладкой мускулатуры в норме и при патологии [50]. Итак, приведенные выше сведения вполне достаточны для обоснования возможности прямого действия антигена/аллергена на сенсибилизированные гладкомышечные клетки, минуя промежуточное звено, опосредованное тучными, базофильными и другими клетками, вовлекаемыми в аллергический ответ. Крайне интригующими являются данные о способности гладкомышечных клеток образовывать и высвобождать разные цитокины, в том числе с провоспалительной активностью, а также экспрессировать рецепторы для многих из этих цитокинов. Эти свойства делают вполне вероятным участие глад комышечных клеток не только в качестве мишеней посредников с сократительным действием, но и как соучастников всех звеньев аллергического ответа, включая период сенсибилизации и завершающий эффекторный этап аллергического процесса. Кроме того, оказывается более чем очевидным непосредственное участие гладкой мускулатуры в формировании тканевого ремоделирования [21, 51, 52]. Вместе с тем уточнение доли участия гладкой мускулатуры в формировании и проявлении аллергического ответа остается задачей последующих исследований. Решение этой задачи позволит определить объем и способы лечебных вмешательств, направленных на предупреждение вовлечения гладкомышечных клеток в аллергический процесс.

About the authors

Igor S Gushchin

NRC Institute of Immunology FMBA of Russia

Email: igushchin@yandex.ru
Moscow, 115522, Russian Federation.

References

Supplementary files