Введение

Семейство рецепторов клеточной поверхности. Рецепторы распознавания паттернов (PRR) играют решающую роль в правильном функционировании врожденной иммунной системы. PRR – это закодированные в геноме сенсоры хозяина, которые обнаруживают молекулы, типичные для патогенов. Это белки, экспрессируемые преимущественно клетками врожденной иммунной системы, такими как дендритные клетки, макрофаги, моноциты, нейтрофилы, а также эпителиальные клетки, для идентификации двух классов молекул: молекулярные паттерны, связанные с патогенами (PAMP), которые ассоциированы с микробными патогенами, и молекулярные паттерны, связанные с повреждением (DAMP), которые ассоциированы с компонентами клеток хозяина, высвобождаемыми при повреждении или гибели клеток. Их также называют примитивными рецепторами распознавания паттернов, поскольку они эволюционировали раньше других частей иммунной системы, в частности, адаптивного иммунитета. PRR также опосредуют инициирование антиген-специфического адаптивного иммунного ответа и высвобождение воспалительных цитокинов. Микробоспецифические молекулы, распознаваемые данным PRR, называются молекулярными паттернами, связанными с патогеном (PAMP), и включают бактериальные углеводы (такие как липополисахарид или LPS, манноза), нуклеиновые кислоты (такие как бактериальная или вирусная ДНК или РНК), бактериальные пептиды (флагеллин, факторы удлинения микротрубочек), пептидогликаны и липотейхоевые кислоты (из грамположительных бактерий), N-формилметионин, липопротеины, а также грибковые глюканы и хитин. Эндогенные сигналы стресса называются молекулярными паттернами, связанными с повреждением (DAMP), и включают, среди множества других соединений, мочевую кислоту и внеклеточный АТФ. С тех пор многие PRR растений были предсказаны с помощью геномного анализа (370 у риса; 47 у Arabidopsis). В отличие от PRR животных, которые связаны с внутриклеточными киназами через адапторные белки (см. не-RD-киназы ниже), PRR растений состоят из внеклеточного домена, трансмембранного домена, юкстамембранного домена и внутриклеточного киназного домена как части единого белка.

ТОЛЛ-подобные рецепторы (TLR)

Признание внеклеточных или эндосомных молекулярных паттернов, связанных с патогенами, опосредовано трансмембранными белками, известными как рецепторы, подобные Toll (TLR). TLR разделяют типичный структурный мотив – повторы, богатые лейцином (LRR), которые придают им характерный вид и также отвечают за функциональность TLR. Рецепторы, подобные Toll, были впервые обнаружены у дрозофилы и запускают синтез и секрецию цитокинов, а также активацию других программ защиты хозяина, необходимых как для врожденного, так и для адаптивного иммунного ответа. На сегодняшний день у человека описано 10 функциональных членов семейства TLR. Тем не менее, TLR11 у человека является лишь псевдогеном, не имеющим прямой функции или функциональной экспрессии белка. Каждый TLR показал способность взаимодействовать со специфическим PAMP.

Сигнализация TLR

TLR обычно димеризуются, TLR4 формирует гомодимеры, а TLR6 может димеризоваться как с TLR1, так и с TLR2.

Лектин-рецепторы типа C (CLR)

Многие различные клетки врожденной иммунной системы экспрессируют огромное количество CLR, которые формируют врожденный иммунитет благодаря их способности к распознаванию паттернов. Тем не менее, в исследованиях было выявлено, что другие ПАМП также являются мишенями для CLR, например, манноза служит мотивом распознавания для многих вирусов, грибов и микобактерий; аналогично, фукоза выполняет ту же функцию для определенных бактерий и гельминтов; а глюканы присутствуют на микобактериях и грибах. Кроме того, многие приобретенные чужеродные поверхности, например, неоантигены карциноэмбрионального/онкофетального типа, несущие патогенные паттерны типа "внутренний источник опасности"/"самое, ставшее чужим", также идентифицируются и уничтожаются (например, посредством фиксации комплемента или других цитотоксических атак) или секвестрируются (фагоцитозируются или заключаются в оболочку) иммунной системой благодаря CLR. Название "лектин" несколько обманчиво, поскольку семейство включает белки, содержащие как минимум один домен лектина типа C (CTLD), который является специфическим типом домена распознавания углеводов. CTLD – это лигандный мотив, обнаруженный более чем в 1000 известных белков (более 100 у человека), и лиганды часто не являются сахарами. Если лиганд является сахаром, для его связывания необходим Ca2+ – отсюда и название "тип C", но у многих из них даже нет известных сахарных лигандов, поэтому, несмотря на наличие структуры, характерной для лектинов, некоторые из них технически не являются "лектинами" по своей функции.

Сигнализация CLR

Существует несколько типов сигнализации, участвующих в иммунном ответе, индуцированном CLR. Была установлена основная связь между TLR и CLR сигнализацией, поэтому мы различаем TLR-зависимую и TLR-независимую сигнализацию. DC SIGN, приводящий к каскаду RAF1 MEK ERK, BDCA2 сигнализация через ITAM и сигнализация через ITIM относятся к TLR-зависимой сигнализации. TLR-независимая сигнализация, такая как Dectin 1 и Dectin 2 – Mincle сигнализация, приводит к активации MAP-киназы и NFkB. В целом, существует большая группа, которая распознает и связывает углеводы – так называемые домены распознавания углеводов (CRD) и ранее упомянутые CTLD. Другой потенциальный способ классификации CLR – по рецепторам маннозы и азиалогликопротеиновым рецепторам. Это PRR, преимущественно представленный на поверхности макрофагов и дендритных клеток. Он относится к группе множественных CRD, зависимых от кальция. Он распознает и связывается с повторяющимися маннозными звеньями на поверхности инфекционных агентов, а его активация запускает эндоцитоз и фагоцитоз микроба посредством системы комплемента. В частности, связывание маннозы вызывает рекрутирование серинпротеаз, связанных с MBL (MASPs). Серинпротеазы активируются каскадно, усиливая иммунный ответ: MBL взаимодействует с C4, связывая субъединицу C4b и высвобождая C4a в кровоток; аналогично, связывание C2 вызывает высвобождение C2b. Вместе MBL, C4b и C2a известны как C3-конвертаза. C3 расщепляется на свои α и β субъединицы, а C3b связывается с конвертазой. Вместе они называются C5-конвертазой. Аналогичным образом, C5b связывается, а C5a высвобождается. C5b рекрутирует C6, C7, C8 и несколько молекул C9. C5, C6, C7, C8 и C9 образуют мембранный комплекс атаки (MAC).

CLR группы II: семейство азиалогликопротеиновых рецепторов

Это еще одно большое суперсемейство CLR, которое включает классический азиалогликопротеиновый рецептор макрофаги галактикозного типа лектин (MGL), DC SIGN (CLEC4L), Langerin (CLEC4K), миелоидный DAP12-ассоциирующий лектин (MDL)-1 (CLEC5A), подсемейство DC-ассоциированного C-типа лектина 1 (Dectin1) и подсемейство DC иммунорецепторов (DCIR). Кроме того, подсемейства Dectin и DCIR состоят из следующих членов. Подсемейство DC-ассоциированных C-типа лектинов 1 (Dectin1) включает дектин 1/CLEC7A, DNGR1/CLEC9A, миелоидный C-типа лектиноподобный рецептор (MICL) (CLEC12A), CLEC2 (также называемый CLEC1B) – рецептор активации тромбоцитов для подподопланина на клетках лимфатического эндотелия и инвазивном крае некоторых карцином, и CLEC12B; в то время как подсемейство DC иммунорецепторов (DCIR) включает DCIR/CLEC4A, Dectin 2/CLEC6A, антиген DC крови 2 (BDCA2) (CLEC4C) и Mincle, то есть макрофагически индуцируемый C-типа лектин (CLEC4E). Номенклатура (манноза против азиалогликопротеина) несколько вводит в заблуждение, поскольку эти рецепторы азиалогликопротеинов не обязательно являются специфичными к галактозе (один из наиболее распространенных внешних остатков азиалогликопротеинов), и даже многие члены этого семейства также могут связываться с маннозой, в честь которой названа другая группа.

Сигнализация NLR

Некоторые из этих белков распознают эндогенные или микробные молекулы, а также реакции на стресс, и формируют олигомеры, которые у животных активируют воспалительные каспазы (например, каспазу-1), вызывая расщепление и активацию важных воспалительных цитокинов, таких как IL-1, и/или активируют сигнальный путь NF-κB для стимуляции выработки воспалительных молекул. Семейство NLR известно под различными названиями, включая CATERPILLER (или CLR) или NOD LRR. Наиболее важными представителями семейства NLR являются NOD1 и NOD2. Они распознают консервативные микробные пептидогликаны в цитоплазме клетки и, таким образом, представляют собой еще один уровень иммунного ответа после рецепторов, связанных с мембраной, таких как TLR и CLR.

РИГ-I-подобные рецепторы (РЛР)

До сих пор описаны три RLR-геликазы: RIG I и MDA5 (распознающие 5'-трифосфатную РНК и двухцепочечную РНК соответственно), которые активируют противовирусную сигнализацию, и LGP2, который, по-видимому, действует как доминантный негативный ингибитор. RLR инициируют высвобождение воспалительных цитокинов и интерферона I типа (IFN I). Предполагается, что основная противовирусная программа, индуцируемая RLR, основана на АТФазной активности. RLR часто взаимодействуют с TLR, создавая перекрестные взаимодействия в врожденном иммунном ответе и в регуляции адаптивного иммунного ответа.

Секретируемые PRR

Ряд PRR не остаются связанными с клеткой, которая их производит. Рецепторы комплемента, коллектины, фиколины, пентраксины, такие как сывороточный амилоид и С-реактивный белок, липидные трансферазы, белки, распознающие пептидогликан (PGRP), и LRR, XA21D – все это секретируемые белки. Одним из важнейших коллектинов является маннаносвязывающий лектин (MBL) – ключевой PRR врожденной иммунной системы, который связывается с широким спектром бактерий, вирусов, грибов и простейших. MBL преимущественно распознает определенные углеводные группы на поверхности микроорганизмов, но также связывает фосфолипиды, нуклеиновые кислоты и негликозилированные белки. После связывания с лигандами олигомеры MBL и фиколинов рекрутируют MASP1 и MASP2 и инициируют лектиновый путь активации комплемента, который в некоторой степени схож с классическим путем активации комплемента.

PRR завода

Растения содержат значительное количество PRR, которые демонстрируют поразительное структурное и функциональное сходство с TOLL у дрозофилы и TLR у млекопитающих. Первым PRR, идентифицированным у растений или животных, был белок Xa21, обеспечивающий устойчивость к грамотрицательному бактериальному патогену Xanthomonas oryzae pv. oryzae. С тех пор были выделены еще два PRR растений: Arabidopsis FLS2 (флагеллин) и EFR (рецептор фактора элонгации Tu). Растительные PRR существуют либо как поверхностно-локализованные рецепторные киназы (RK), либо как рецепторные белки (RLP), содержащие множественные лигандосвязывающие эктодомены, которые распознают PAMP или DAMP. Соответствующие PAMP для FLS2 и EFR были идентифицированы. После распознавания лиганда растительные PRR запускают "иммунитет, индуцированный PAMP" (PTI). Иммунные системы растений также кодируют белки устойчивости, напоминающие NOD-подобные рецепторы (см. выше), которые содержат домены NBS и LRR и могут также нести другие консервативные домены взаимодействия, такие как цитоплазматический домен TIR, обнаруженный в Toll-рецепторах и рецепторах интерлейкина. Белки, связывающие нуклеотиды и богатые лейциновыми повторами (NBS-LRR), необходимы для обнаружения чужеродных молекулярных сигнатур патогенов.

Иммунотерапия

Исследовательские группы недавно провели обширные исследования участия и потенциального использования иммунной системы пациента в терапии различных заболеваний, так называемой иммунотерапии, включая моноклональные антитела, неспецифические иммунотерапии, терапию онколитическими вирусами, Т-клеточную терапию и противораковые вакцины. NOD2 ассоциирован с развитием болезни Крона и саркоидоза раннего начала как через потерю, так и через усиление функции. Мутации в NOD2 в сочетании с факторами окружающей среды приводят к развитию хронического воспаления в кишечнике. В связи с этим было предложено лечить заболевание путем ингибирования малых молекул, способных модулировать сигнализацию NOD2, в частности RIP2. На данный момент FDA одобрило два препарата для терапии, ингибирующих фосфорилирование RIP2, необходимое для нормального функционирования NOD2 – гефитиниб и эрлотиниб. Кроме того, изучался GSK583, высокоспецифичный ингибитор RIP2, который представляется весьма перспективным в ингибировании сигнализации NOD1 и NOD2 и, следовательно, в ограничении воспаления, вызванного сигнальными путями NOD1 и NOD2. Другой подход заключается в удалении сенсора NOD2, что оказалось эффективным в мышиных моделях для подавления симптомов болезни Крона. Ингибиторы киназ II типа, обладающие высокой специфичностью, продемонстрировали многообещающие результаты в блокировании TNF, возникающего в NOD-зависимых путях, что указывает на высокий потенциал в лечении воспалительных опухолей.

Инфекция и канцерогенез

Еще одно возможное применение PRR в человеческой медицине связано с онкологическими заболеваниями кишечника. Исследования показали, что Helicobacter pylori имеет значительную связь с развитием опухолей желудочно-кишечного тракта. У здорового человека инфекция Helicobacter pylori распознается и подавляется комбинацией PRR, в частности TLR, NLR, RLR и CLR DC SIGN. При нарушении их функции эти рецепторы также могут быть вовлечены в канцерогенез. Если инфекция Helicobacter pylori прогрессирует в кишечнике, она приводит к хроническому воспалению, атрофии и, в конечном итоге, к дисплазии, что ведет к развитию рака. Поскольку все типы PRR участвуют в идентификации и элиминации инфекции, их специфические агонисты вызывают сильный иммунный ответ при раке и других заболеваниях, связанных с PRR. Ингибирование TLR2 продемонстрировало значительную корреляцию с улучшением состояния пациента и подавлением аденокарциномы желудка.

Нейродегенеративные и метаболические заболевания

PRR также тесно связаны с нормальным функционированием нейронных сетей и тканей, особенно из-за их участия в процессах воспаления, которые необходимы для правильной работы, но могут привести к необратимым повреждениям, если не контролируются. TLR экспрессируются на большинстве клеток центральной нервной системы (ЦНС) и играют ключевую роль в стерильном воспалении. После повреждения они приводят к нарушению роста аксонов и замедляют или даже полностью прекращают восстановление. Еще одной важной структурой, вовлеченной в процессы, протекающие после повреждения, и потенциально используемой в терапии, является инфламмасома. Благодаря индукции провоспалительных цитокинов IL-1β и IL-18, было предложено, что ингибирование инфламмасомы также может служить эффективным терапевтическим методом. Участие инфламмасомы также изучалось при различных других заболеваниях, включая экспериментальный аутоиммунный энцефаломиелит (ЭАЭ), болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона, а также при атеросклерозе, связанном с диабетом II типа у пациентов. Предлагаемые методы терапии включают деградацию NLRP3 или ингибирование провоспалительных цитокинов.