секретируют ферменты, разрушающие клеточные стенки – пектиназы и целлюлазы. Данные ферменты локально действуют на определенные участки, растворяют частично клеточную стенку в отделительном слое, а сами клетки этой зоны подвергаются автолизису, включая программу апоптозной гибели. Прорастание пыльцевой трубки. Процесс осуществляется в результате гибели клеток на пути прорастающей пыльцевой трубки. Индукторы программируемой клеточной смерти видоспецифичны, выделяются клетками, на которые воздействует пыльца.
В семенах однодольных растений имеются алейроновые клетки, которые секретируют ферменты, катализирующие гидролиз запасных питательных веществ. Будучи ненужными для последующего развития, алейроновые клетки погибают путем апоптоза: ядерная ДНК фрагментируется, образуются везикулярные пузырьки. Процесс стимулируется гибберелловой кислотой и блокируется абсцизовой. Механизм действия: через синтез активаторов или ингибиторов нуклеаз. Апоптозные везикулы у растений разрушаются ферментами, секретируемыми соседними клетками.
Программируемая клеточная смерть лежит у растений и в основе иммунной реакции на патоген. Наряду с индукцией синтеза фитоалексинов и гидролитических ферментов в инфицированных клетках и соседних вблизи очага инфекции, активируется программа собственной гибели. Образуется зона мертвых клеток: обезвоженных, служащих барьером для распространения инфекции. Процесс сопровождается «дыхательным взрывом», генерацией супероксидного радикала при участии НАДФН-оксидазы цитоплазматической мембраны, подобной данному мембранному комплексу нейтрофилов и макрофагов. Кроме НАДФН-оксидазы, в клетках растений образуется перекись водорода при участии пероксидаз клеточной стенки, оксалатоксидазы, а также при окислении НАД-зависимых субстратов или сукцината комплексами I и II дыхательной цепи митохондрий. Этот механизм получил название – гиперчувствительный ответ (ГО), который на одном или нескольких листьях ведет к развитию иммунитета в других листьях, не имевших контакта с патогеном.
Патологической формой гибели клеток является некроз, который в отличие от программируемого апоптоза представляет собой разрыв мембраны клеток и излияние содержимого в межклеточное пространство. Некроз характеризуется разрушением цитоплазматической мембраны и органелл, высвобождением лизосомальных ферментов. Некротической гибели клеток способствует снижение в клетках уровня АТФ и НАД+, ее может провоцировать специальный цитолизирующий комплекс: антиген- антитело-белки комплемента. Между апоптозной и некрозной гибелью клеток в растительных и животных тканях существует взаимосвязь. У растений перекись водорода в малых концентрациях стимулирует апоптоз, а в высоких – некроз. Апоптозная гибель клетки сопровождается расщеплением и фрагментацией ДНК. Чрезмерная активация поли-(АДФ-рибозо)-
176
полимеразы при массированных разрывах ДНК, сильно снижая содержание НАД+, ведет к подавлению гликолиза и митохондриального дыхания и вызывает гибель клетки по варианту некроза. При бактериальном и вирусном заражении большая часть клеток гибнет по варианту некроза, а соседние с ними клетки по варианту апоптоза. Программируемой гибели подвергаются старые или трансформированные клетки [19].
Особую форму апоптоза, вероятно, претерпевают эритроциты млекопитающих. Биогенез эритроцитов из стволовой клетки в костном мозге включает ряд промежуточных этапов. На этапе эритробласта ядро выталкивается из клетки и пожирается макрофагами [21]. Однако существует альтернативное мнение о постепенном кариорексисе (деструкции ядра) с образованием телец Жолли и последующим распадом внутри клетки. Безъядерная клетка, называемая ретикулоцитом, в дальнейшем теряет митохондрии и рибосомы (утрачивая возможность обновления) и превращается в эритроцит. Потерю ядра эритробластом можно рассматривать как особую форму ядерного апоптоза. Лишенный ядра, митохондрий и рибосом, эритроцит, исполнив свое назначение, по-видимому, включает программу гибели, поступая в распоряжение макрофагов печени и селезенки. Так как отдельные эритроциты человека живут от одного до трех месяцев, можно предположить, что выполнение программы апоптоза можно ускорить или затормозить. Очевидно, что скорость реализации программы жизни эритроцита зависит от условий функционирования клеток. Такие факторы как гипоксия, окислительный стресс, наступающий в момент реоксигенации или действия различных прооксидантов, ацидоз и влияние соединений, генерирующих окись азота, способствуя более быстрому повреждению клеток, ускоряют апоптозную гибель эритроцитов[11].
3.2. Нарушения межклеточных взаимодействий.
Канцерогенез [2,4,8,15,17,18, 22]
Эмбриональное развитие, поддержание архитектоники тканей, воспалительный и иммунный ответы, заживление ран представляют собой процессы, связанные как с межклеточным взаимодействием, так и с взаимодействием клеток и межклеточного матрикса.
Взаимодействия клетка-клетка и клетка-межклеточный матрикс обеспечиваются различными семействами рецепторов. В настоящее время идентифицировано несколько семейств адгезивных рецепторов, участвующих в реализации подобного рода взаимодействий: интегрины (гетеродимерные молекулы, функционирующие как клеточно-субстратные, так и межклеточно-адгезивные рецепторы); адгезивные рецепторы суперсемейства иммуноглобулинов (участвуют в межклеточной адгезии и особенно важны в эмбриогенезе, заживлении ран и иммунном ответе); селектины (адгезивные молекулы, лектинподобный домен которых обеспечивает ад-
177
гезию лейкоцитов к эндотелиальным клеткам); кадгерины (кальцийзависимые межклеточные адгезивные белки); хоминговые рецепторы (молекулы, обеспечивающие попадание лимфоцитов в специфическую лимфоидную ткань) [18].
Межклеточные взаимодействия в процессах воспаления и репарации повреждений. При остром воспалительном процессе первым видимым этапом становятся гемодинамические изменения. Сосуды в месте воспаления резко расширяются и возникает стаз клеток крови с последующим выходом лейкоцитов из кровяного русла в месте повреждения органа или ткани. В настоящее время известно, что вазодилатация обеспечивается такими медиаторами воспаления как простациклин ПГI2, эндотелиальным релаксирующим фактором (окись азота). Стимуляция их образования эндотелиальными клетками осуществляется тромбином, гистамином, лейкотриеном С4. Синтез простациклина зависит от дозы агонистов (тромбина, гистамина, лейкотриена), активности фосфолипазы А2 и циклооксиге- назно-простациклинсинтетазного комплекса в эндотелии. Активность последних повышается ИЛ-1 (интерлейкин-1) и ФНОα [Zavoico G.B. et al., 1989, цит.18]. Кроме того, эндотелиальные клетки продуцируют констрикторы, способствующие сокращению гладкомышечных клеток. Но в зоне воспаления, как правило, преобладает вазодилатационный эффект. В зоне воспаления замедляется кровоток и усиливается сосудистая проницаемость. Наблюдается четыре вида изменений эндотелиальных клеток, связанных с усилением проницаемости сосудов: 1) сокращение клеток; 2) реорганизация цитоскелета и контактов этих клеток; 3) повреждение эндотелия с ретракцией, лизисом и отслойкой; 4) отслойка эпителия без лизиса. Сокращение эндотелиальных клеток происходит очень быстро и приводит к усилению проницаемости для жидкости и плазменных белков (но не для клеток крови). Медиаторы воспаления имеют различный срок действия на эндотелий: гистамин вызывает эффекты, продолжающиеся не более 30 минут; некоторые лейкотриены (В4) действуют час и больше. Цитокины вызывают структурную реорганизацию цитоскелета эндотелиальных клеток, что приводит к длительному эффекту увеличения сосудистой проницаемости. Лейкоциты, особенно нейтрофилы и лимфоциты, могут повреждать эндотелиальные клетки с помощью АКМ и протеолитических ферментов, что приводит к их сокращению и лизису, а также к отслойке клеток от подлежащей базальной мембраны. Интерлейкин-1 и ФНОα не повреждают эндотелия, но, активируя лейкоциты, косвенно способствуют его повреждению. Таким образом, процесс развития воспаления характеризуется усилением эндотелиально-лейкоцитарных взаимодействий.
Эндотелиально-лейкоцитарные взаимодействия при воспалении. Ад-
гезия нейтрофилов к эндотелиальным клеткам представляет собой наиболее ранний этап острого воспаления. Степень выраженности аккумуляции
178
нейтрофилов и число адгезированных клеток зависят от природы воспалительного агента. Активация нейтрофилов в гомеостатическом воспалении строго регулируется, но выделение протеолитических ферментов, образование АКМ и производных арахидоновой кислоты способствуют развитию повреждения сосудистой стенки. Нейтрофилы постоянно экспрессируют на своей поверхности адгезивные молекулы, число и функциональный статус которых быстро изменяются в ответ на действие специфических стимулов, к ним относятся прежде всего β2-интегрины и L-селектин. Каждый из трех β2-интегринов постоянно присутствует в плазматической мембране нейтрофилов. Моноклональные антитела против каждого димера ингибируют адгезию нейтрофилов к эндотелию. Врожденный дефицит поверхностной экспрессии β2-интегринов, возникший из-за мутации, заметно снижает аккумуляцию нейтрофилов в местах попадания инфекционного агента или заживления раны [4]. Лектиновый домен L-селектина также вовлекается в процесс адгезии нейтрофилов к эндотелию. После активации этот домен быстро «слущивается» вблизи трансмембранного домена. L-селектин может взаимодействовать с Е-селектином, который появляется на эндотелиальных клетках, активированных цитокинами. β2-Интегрины и L-селектин могут синергично взаимодействовать при миграции нейтрофилов в зону воспаления. Полагают, что L-селектин обеспечивает эффект «катящихся» нейтрофилов по поверхности эндотелиальных клеток. Лиганды на эндотелиальных клетках, которые взаимодействуют с L-селектином на «катящихся» нейтрофилах, пока не идентифицированы. Начальное связывание, обеспечиваемое L-селектином, может быть важным этапом для дальнейшей работы интегриновой системы. Быстрое слущивание L-селектина и функциональное усиление авидности β2-интегринов лежат в основе механизма контроля нейтрофил-эндотелиального взаимодействия, регулируемого адгезивным фенотипом нейтрофилов [Zimmerman G.A. et al.,1990, цит.18].
Клетки активированного эндотелия синтезируют ряд биологически активных молекул, в частности ФАТ (фактор активации тромбоцитов), обеспечивающих адгезию гранулоцитов к эндотелиальным клеткам. ФАТ постоянно не присутствует в покоящихся эндотелиальных клетках, но синтезируется в течение нескольких минут после их стимуляции тромбином, гистамином, лейкотриеном С4 и другими агонистами. Синтез ФАТ требует активации с помощью фосфорилирования Са2+-зависимой фосфолипазы А2 и специфической ацетилтранферазы. Он не выделяется эндотелием в жидкую среду, а экспрессируется на поверхности мембраны в виде мембраносвязанного медиатора и активирует нейтрофилы при взаимодействии с поверхностным рецептором лейкоцитов. Данный рецептор принадлежит к семейству ГТФ-зависимых белков (G-белков). Связывание этого рецептора с ФАТ усиливает экспрессию семейства β2-интегринов (CD11a/CD18; CD11b/CD18). Явление адгезии и активации клеток-мишений мембранос-
179
вязанными молекулами других клеток получило название юстакринной активации. Юстакринная активация нейтрофилов мембраноассоциированным ФАТ вызывает усиление ответа гранулоцитов на действие хемотаксических факторов, так как стимулирует слущивание L-селектина.
Под влиянием другой группы агонистов – ИЛ-1, ФНОα и липополисахаридов бактериальных клеток – эндотелиальные клетки синтезируют другую сигнальную молекулу – ИЛ-8. После стимуляции эндотелия синтез ИЛ-8 осуществляется в течение 4-24 ч. Он является потенциальным хемоаттрактантом для нейтрофилов и может влиять на трансмиграцию лейкоцитов в случае синтеза его эндотелием. В отличие от ФАТ большая часть его выделяется в жидкую фазу, а меньшая остается связанной с базальной мембраной эндотелия. ИЛ-8 активирует нейтрофилы, связываясь со специфически рецептором, также принадлежащим к семейству G-белков. В результате действия ИЛ-8 повышается плотность β2-интегринов, усиливается адгезия нейтрофилов к покоящимся эндотелиальным клеткам и субэндотелиальному экстрацеллюлярному матриксу (ЭЦМ), но уменьшается адгезия к цитокинактивированному эндотелию, экспрессирующему Е-селектин. Механизм подобного ингибирования лейкоцитарной адгезии пока неизвестен, но может быть связан со слущиванием L-селектина на активированных ИЛ-8 нейтрофилах [Smith C.W. et al., 1991, цит.18].
Подобно нейтрофилу, эндотелиальные клетки экспрессируют на своей поверхности ряд адгезивных молекул. Кроме лигандов для L-селектина и β2-интегринов идентифицированы Р и Е-селектины. Р-селектин транслоцируется из эндотелиальных секреторных гранул на поверхность клеток после стимуляции их тромбином или гистамином, затем происходит его быстрая интернализация. Такая транзиторная экспрессия происходит параллельно с адгезией нейтрофилов к активированному эндотелию (рис.3.3), обеспечивая механизм временной регуляции адгезивного взаимодействия. Так как активация эндотелиальных клеток определенными оксидантами пролонгирует экспрессию Р-селектина на поверхности клеток, механизм интернализации может управляться рецепторноопосредованными агонистами (тромбин, гистамин)[22].
Эндотелиальные клетки, стимулированные ИЛ-1, ФНОα и липополисахаридами, синтезируют Е-селектин. Для поверхностной экспрессии Е-селектина требуется около 1 часа. Адгезия нейтрофилов к эндотелию, обусловленная Е-селектином, имеет важную особенность – после исчезновения Е-селектина наблюдается локальное усиление адгезии [Carlos T.M., Harlan J. M., 1990, цит.18]. Е-селектиновая адгезия осуществляется без активации β2-интегриновой системы. Однако моноклональные антитела к β2- интегринам ингибируют адгезию нейтрофилов к цитокинактивированному эндотелию, экспрессирующему Е-селектин в различной степени в зависи-
мости от условий [Carlos T.M., Harlan J]. M., 1990, цит. 18]. Контррецепто-
ры для Р- и Е-селектинов еще недостаточно изучены, важной их частью
180