Интерферон гамма: роль в иммунитете и терапии.

Введение

ИнтерПро Семейство

Интерферон гамма (IFNG или IFN γ) — димеризированный растворимый цитокин, единственный представитель класса интерферонов типа II. Существование этого интерферона, который в начале своей истории был известен как иммунный интерферон, было описано Э. Ф. Уилок как продукт лейкоцитов человека, стимулированных фитогемагглютинином, а другими исследователями — как продукт антигенстимулированных лимфоцитов. Также было показано, что он продуцируется в лимфоцитах человека или туберкулиночувствительных перитонеальных лимфоцитах мыши, подвергнутых тесту Манту (PPD); полученные супернатанты, как было показано, ингибируют рост вируса везикулярного стоматита. Эти сообщения также содержали основное наблюдение, лежащее в основе широко используемого в настоящее время анализа высвобождения гамма-интерферона, применяемого для диагностики туберкулеза. У человека белок IFNG кодируется геном IFNG. Посредством клеточной сигнализации интерферон гамма играет роль в регуляции иммунного ответа клетки-мишени. Интерферон типа II играет важную роль в разработке иммунотерапевтических методов лечения рака благодаря его способности предотвращать рост опухолей как часть адаптивного иммунного ответа. IFNG также продуцируется нецитотоксичными врожденными лимфоидными клетками (ILC) — семейством иммунных клеток, впервые обнаруженных в начале 2010-х годов. Основными клетками, секретирующими интерферон типа II, являются CD4+ Т-хелперы 1 (Th1), естественные киллеры (NK) и CD8+ цитотоксические Т-клетки. Он также может секретироваться антигенпрезентирующими клетками (APC), такими как дендритные клетки (DC), макрофаги (MΦ) и В-клетки, в меньшей степени. Экспрессия интерферона типа II повышается при продукции интерлейкиновых цитокинов, таких как IL-12, IL-15, IL-18, а также интерферонов I типа (IFN α и IFN β). В то же время известно, что IL-4, IL-10, трансформирующий фактор роста бета (TGF β) и глюкокортикоиды снижают экспрессию интерферона типа II. Интерферон типа II является цитокином, то есть он функционирует, передавая сигналы другим клеткам иммунной системы и влияя на их иммунный ответ. Существует множество иммунных клеток, на которые действует интерферон типа II. Некоторые из его основных функций — индуцировать переключение изотопов IgG в В-клетках; повышать экспрессию главного комплекса гистосовместимости (MHC) класса II на APC; индуцировать дифференцировку, активацию и пролиферацию CD8+ цитотоксических Т-клеток; и активировать макрофаги. В макрофагах интерферон типа II стимулирует экспрессию IL-12. IL-12, в свою очередь, способствует секреции IFNG NK-клетками и Th1-клетками и сигнализирует наивным Т-хелперам (Th0) о дифференцировке в Th1-клетки.

Interferon gamma (IFNG or IFN γ) is a dimerized soluble cytokine that is the only member of the type II class of interferons. The existence of this interferon, which early in its history was known as immune interferon, was described by E. F. Wheelock as a product of human leukocytes stimulated with phytohemagglutinin, and by others as a product of antigen stimulated lymphocytes. It was also shown to be produced in human lymphocytes. or tuberculin sensitized mouse peritoneal lymphocytes challenged with Mantoux test (PPD); the resulting supernatants were shown to inhibit growth of vesicular stomatitis virus. Those reports also contained the basic observation underlying the now widely employed interferon gamma release assay used to test for tuberculosis. In humans, the IFNG protein is encoded by the IFNG gene. Through cell signaling, interferon gamma plays a role in regulating the immune response of its target cell. Type II IFN has played a role in the development of cancer immunotherapy treatments due to its ability to prevent tumor growth. as part of the adaptive immune response. IFNG is also produced by non cytotoxic innate lymphoid cells (ILC), a family of immune cells first discovered in the early 2010s. The primary cells that secrete type II IFN are CD4+ T helper 1 (Th1) cells, natural killer (NK) cells, and CD8+ cytotoxic T cells. It can also be secreted by antigen presenting cells (APCs) such as dendritic cells (DCs), macrophages (MΦs), and B cells to a lesser degree. Type II IFN expression is upregulated by the production of interleukin cytokines, such as IL 12, IL 15, IL 18, as well as type I interferons (IFN α and IFN β). Meanwhile, IL 4, IL 10, transforming growth factor beta (TGF β]]) and glucocorticoids are known to downregulate type II IFN expression. Type II IFN is a cytokine, meaning it functions by signaling to other cells in the immune system and influencing their immune response. There are many immune cells type II IFN acts on. Some of its main functions are to induce IgG isotype switching in B cells; upregulate major histocompatibility complex (MHC) class II expression on APCs; induce CD8+ cytotoxic T cell differentiation, activation, and proliferation; and activate macrophages. In macrophages, type II IFN stimulates IL 12 expression. IL 12 in turn promotes the secretion of IFNG by NK cells and Th1 cells, and it signals naive T helper cells (Th0) to differentiate into Th1 cells.

Активность в формировании гранулемы

Гранулема – это реакция организма на вещество, которое он не может удалить или уничтожить. Инфекционные причины гранулем (инфекции обычно являются наиболее частой причиной гранулем) включают туберкулез, лепру, гистоплазмоз, криптококкоз, кокцидиоидомикоз, бластомикоз и токсоплазмоз. Примерами неинфекционных гранулематозных заболеваний являются саркоидоз, болезнь Крона, бериллиоз, гигантоклеточный артериит, гранулематоз с полиангиитом, эозинофильный гранулематоз с полиангиитом, легочные ревматоидные узелки и аспирация пищи и других частиц в легкие. Инфекционная патофизиология гранулем рассматривается в основном здесь. Ключевая связь между IFNG и гранулемами заключается в том, что IFNG активирует макрофаги, повышая их способность уничтожать внутриклеточные организмы. Активация макрофагов IFNG от Th1-хелперов при микобактериальных инфекциях позволяет макрофагам преодолевать ингибирование созревания фаголизосом, вызванное микобактериями (чтобы выжить внутри макрофагов). Первые этапы формирования гранулемы, индуцированной IFNG, – это активация Th1-хелперов макрофагами, высвобождающими IL-1 и IL-12 в присутствии внутриклеточных патогенов, и презентация антигенов от этих патогенов. Затем Th1-хелперы собираются вокруг макрофагов и высвобождают IFNG, который активирует макрофаги. Дальнейшая активация макрофагов вызывает цикл дальнейшего уничтожения внутриклеточных бактерий и дальнейшей презентации антигенов Th1-хелперам с последующим высвобождением IFNG. В конечном итоге макрофаги окружают Th1-хелперы и превращаются в фибробластоподобные клетки, изолируя инфекцию.

Активность во время беременности

У матки естественные киллерные клетки (NK) секретируют высокие уровни хемоаттрактантов, таких как IFNG у мышей. IFNG расширяет и истончает стенки спиральных артерий матери, увеличивая приток крови к месту имплантации. Эта перестройка способствует развитию плаценты, поскольку она проникает в матку в поисках питательных веществ. Мыши с нокаутом по гену IFNG не способны инициировать нормальную перестройку децидуальных артерий, вызванную беременностью. В этих моделях наблюдается аномально низкое количество клеток или некроз децидуальной ткани. У людей повышенные уровни IFN-гамма ассоциируются с повышенным риском выкидыша. Корреляционные исследования показали высокие уровни IFNG у женщин с отягощенным анамнезом спонтанными выкидышами по сравнению с женщинами без такого анамнеза. Кроме того, низкие уровни IFNG связаны с успешным вынашиванием беременности. Возможно, IFNG оказывает цитотоксическое действие на трофобласты, что приводит к выкидышу. Однако, из-за этических ограничений, причинно-следственные исследования связи между IFNG и выкидышем не проводились.

Производство

Рекомбинантный человеческий IFNG, будучи дорогостоящим биофармацевтическим препаратом, экспрессируется в различных системах экспрессии, включая прокариотические, протозойные, грибковые (дрожжи), растительные, системы на основе насекомых и клеток млекопитающих. Человеческий IFNG обычно экспрессируется в Escherichia coli и продается под торговым названием ACTIMMUNE®, однако продукт, полученный в прокариотической системе экспрессии, не гликозилируется и имеет короткий период полувыведения в кровотоке после введения; процесс очистки от бактериальной экспрессионной системы также весьма затратен. Другие системы экспрессии, такие как Pichia pastoris, не продемонстрировали удовлетворительных результатов по выходу продукта.

Терапевтическое применение

Интерферон гамма-1b одобрен Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США для лечения хронической гранулематозной болезни (ХГБ) и остеопетроза. Механизм, посредством которого IFNG оказывает благотворное влияние при ХГБ, заключается в повышении эффективности нейтрофилов в борьбе с каталазоположительными бактериями за счет коррекции окислительного метаболизма у пациентов. Препарат не был одобрен для лечения идиопатического фиброза легких (ИФЛ). В 2002 году производитель InterMune опубликовал пресс-релиз, в котором сообщалось, что данные III фазы продемонстрировали улучшение выживаемости при ИФЛ и снижение смертности на 70% у пациентов с легкой или умеренной степенью тяжести заболевания. Министерство юстиции США обвинило InterMune в распространении ложных и вводящих в заблуждение заявлений. Главный исполнительный директор InterMune, Скотт Харконен, был обвинен в манипулировании данными клинических испытаний, в 2009 году признан виновным в мошенничестве с использованием средств связи и приговорен к штрафам и общественным работам. Харконен обжаловал приговор в Апелляционном суде США по девятому округу, но проиграл дело. 20 января 2021 года Харконен был помилован. Предварительные исследования роли IFNG в лечении атаксии Фридрейха (АФ), проведенные в Детской больнице Филадельфии, не выявили положительного эффекта при краткосрочном лечении (менее 6 месяцев). Однако исследователи из Турции обнаружили значительное улучшение походки и осанки у пациентов после 6 месяцев лечения. Несмотря на отсутствие официального одобрения, интерферон гамма также показал эффективность в лечении пациентов с умеренным или тяжелым атопическим дерматитом. В частности, рекомбинантная терапия IFNG показала многообещающие результаты у пациентов с пониженной экспрессией IFNG, таких как пациенты, предрасположенные к вирусу простого герпеса, и у детей.

Потенциальное применение в иммунотерапии

IFNG усиливает антипролиферативное состояние в раковых клетках, одновременно повышая экспрессию MHC I и MHC II, что увеличивает иммунорекогницию и удаление патогенных клеток. IFNG также снижает метастазирование в опухолях, повышая уровень фибронектина, что негативно сказывается на архитектуре опухоли. Повышенные уровни IFNG мРНК в опухолях на момент диагностики связаны с лучшим ответом на иммунотерапию.

Иммунотерапия рака

Целью иммунотерапии рака является стимуляция иммунного ответа иммунных клеток пациента для атаки и уничтожения злокачественных (вызывающих рак) опухолевых клеток. Дефицит интерферона II типа связан с несколькими типами рака, включая В-клеточную лимфому и рак легких. Кроме того, было обнаружено, что у пациентов, получавших препарат дурвалумаб для лечения немелкоклеточного рака легких и переходно-клеточного рака, наблюдались более высокие показатели ответа на препарат, и препарат замедлял прогрессирование обоих типов рака на более длительный срок. Таким образом, стимуляция повышения регуляции интерферона II типа доказала свою важность в создании эффективных методов иммунотерапии рака. Препарат IFNG пока не одобрен для лечения каких-либо видов рака с помощью иммунотерапии. Однако, улучшение выживаемости наблюдалось при применении IFNG у пациентов с раком мочевого пузыря и меланомой. Наиболее многообещающие результаты были достигнуты у пациентов со 2-й и 3-й стадиями рака яичников. В то же время, было подчеркнуто: "Интерферон γ, секретируемый CD8-положительными лимфоцитами, повышает экспрессию PD-L1 на клетках рака яичников и способствует росту опухоли". Исследования IFNG на раковых клетках in vitro более обширны, и результаты указывают на антипролиферативную активность IFNG, приводящую к ингибированию роста или гибели клеток, обычно индуцированной апоптозом, но иногда – автофагией.

Включение в противоопухолевой иммунитет

ИФН типа II усиливает активность Th1-клеток, цитотоксических Т-клеток и антигенпрезентирующих клеток, что приводит к усилению иммунного ответа против злокачественных опухолевых клеток, вызывая апоптоз и некроптоз (гибель клеток). Кроме того, ИФН типа II подавляет активность регуляторных Т-клеток, которые отвечают за подавление иммунных реакций против патогенов, предотвращая деактивацию иммунных клеток, участвующих в уничтожении опухолевых клеток. ИФН типа II предотвращает деление опухолевых клеток, напрямую воздействуя на них, что приводит к увеличению экспрессии белков, ингибирующих продолжение клеточного цикла опухолевыми клетками (то есть к остановке клеточного цикла). ИФН типа II также может предотвращать рост опухоли, косвенно воздействуя на эндотелиальные клетки, выстилающие кровеносные сосуды вблизи опухоли, прерывая кровоток к опухолевым клеткам и, таким образом, лишая их необходимых ресурсов для выживания и пролиферации.

Болезни

Было показано, что гамма-интерферон играет ключевую роль в иммунном ответе против некоторых внутриклеточных патогенов, включая возбудителя болезни Шагаса. Также было установлено, что он участвует в развитии себорейного дерматита. IFNG обладает выраженным противовирусным действием при инфекции вирусом простого герпеса I (ВПГ). IFNG нарушает структуру микротрубочек, необходимых вирусу HSV для транспорта в ядро инфицированной клетки, подавляя тем самым его способность к репликации. Исследования на мышах, инфицированных герпесом, устойчивым к ацикловиру, показали, что лечение IFNG может значительно снизить вирусную нагрузку. Механизм, посредством которого IFNG ингибирует репродукцию герпеса, не зависит от Т-клеток, что означает, что IFNG может быть эффективным средством лечения для людей с низким уровнем Т-клеток. Инфекция хламидиями подвергается воздействию IFNG в клетках хозяина. В эпителиальных клетках человека IFNG повышает экспрессию индоламин-2,3-диоксигеназы, которая, в свою очередь, истощает запасы триптофана в организме хозяина и препятствует размножению хламидий. Кроме того, в эпителиальных клетках грызунов IFNG повышает экспрессию GTPазы, которая ингибирует пролиферацию хламидий. Как у человека, так и у грызунов, хламидии выработали механизмы, позволяющие обходить негативные последствия изменений в поведении клеток хозяина.

Регулирование

Существуют данные, свидетельствующие о том, что экспрессия гамма-интерферона регулируется псевдоузелковой структурой в его 5'-UTR. Также имеются данные о том, что гамма-интерферон регулируется микроРНК miR-29 как напрямую, так и косвенно. Кроме того, есть данные о том, что экспрессия гамма-интерферона регулируется посредством GAPDH в T-клетках. Это взаимодействие происходит в 3'-UTR, где связывание GAPDH блокирует трансляцию последовательности мРНК.