Российские биологи исследовали различия в распределении двух рецепторов к цитокину TNF-α на поверхности иммунных клеток здоровых людей, а также пациентов с ревматоидным артритом и бронхиальной астмой. На основе математического анализа полученных данных они предложили маркеры для диагностики этих болезней. Исследование опубликовано в журнале Journal of Immunological Methods.
Фактор некроза опухоли TNF-α — это белок, который стимулирует воспалительный иммунный ответ. Он вырабатывается разными популяциями иммунных клеток — макрофагами, Т-клетками, тучными клетками, эндотелиальными клетками, кардиомиоцитами. Свое название этот белок получил из-за того, что, когда он был обнаружен в крови мышей впервые, ученые выяснили, что содержащая его сыворотка способствовала уменьшению опухолей у других животных.
В норме TNF-α влияет на свертывание крови, метаболизм жиров, устойчивость к инсулину, участвует в защите организма от внутриклеточных паразитов и вирусов, активирует лейкоциты. Однако TNF-α также связан с развитием разных заболеваний, от аутоиммунных до онкологических. Свои функции в организме TNF-α выполняет, связываясь с рецепторами на поверхности иммунных клеток. Существует два типа рецепторов для TNF-α — TNFR1 и TNFR2. После связывания этого белка с рецепторами запускаются разные каскады иммунного ответа. Активация рецептора TNFR1 приводит к запуску апоптоза — программируемой клеточной гибели, а также способствует выработке цитокинов. Взаимодействие же с рецептором TNFR2, напротив, способствует активному делению клетки и запуску защитного воспалительного ответа. Интересно, что рецепторы TNFR1 и TNFR2 могут как действовать независимо, так и влиять друг на друга.
Ученые из Научно-исследовательского института фундаментальной и клинической иммунологии и Новосибирского государственного университета исследовали распределение рецепторов TNFR1 и TNFR2 на иммунных клетках, полученных от здоровых людей, а также от пациентов с ревматоидным артритом и бронхиальной астмой. Оба этих заболевания — иммуноопосредованные и воспалительные, но имеют разный механизм развития. Чтобы исследовать рецепторы на поверхности иммунных клеток, ученые использовали метод проточной цитометрии. Он позволяет анализировать клетки в образце поштучно, а на основе характеристик рассеянного ими света можно делать выводы о размере и сложности строения клеток. Также с помощью проточных цитометров можно регистрировать флуоресцентные сигналы от специальных меток, которые наносятся на белки на поверхности клеток. Именно по этим сигналам ученые и делают выводы о наличии различных поверхностных маркеров, об их количестве и так далее.
Проведя такой анализ, исследователи сделали вывод о том, что распределение рецепторов TNFR1 и TNFR2 различно в норме и в патологии. При этом наибольшие отличия были заметны на моноцитах (предшественниках тканевых макрофагов, способных поглощать погибшие клетки и микроорганизмы) и на B-лимфоцитах — клетках, при активации синтезирующих антитела или превращающихся в клетки памяти. При астме на 70% моноцитов были представлены оба типа рецепторов, тогда как в норме это значение достигало 21%, а при ревматоидном артрите — 40%. Также при астме гораздо реже встречались моноциты, на поверхности которых был только рецептор TNFR2: в 8% случаев по сравнению с 57% в норме и 44% при артрите.
В случае с B-лимфоцитами при астме большинство клеток (67%) не имело ни одного из рецепторов к TNF-α, тогда как у здоровых пациентов они отсутствовали только на трети B-клеток, а при артрите — всего у 11%. Кроме того, при астме было меньше B-клеток только с рецептором TNFR2: 20% против 58% в норме и 44% при артрите. В то же время при артрите в 40% случаев встречались B-клетки с обоими типами рецепторов, тогда как в норме такая ситуация наблюдалась только у 10% B-лимфоцитов, а при астме — у 2%. Эти различия ученые объяснили особенностями развития и протекания этих болезней.
Далее ученые оценили плотность (или среднее число) рецепторов TNFR1 и TNFR2 на иммунных клетках. Они выяснили, что при астме на всех иммунных клетках представлено гораздо меньше рецептора TNFR1, чем в норме и при ревматоидном артрите. Например, на моноцитах при астме было почти в 4 и в 8 раз меньше этого рецептора, чем в норме и при артрите соответственно. TNFR2, напротив, при обеих болезнях был представлен на поверхности иммунных клеток в больших количествах, чем в норме. При этом при артрите число рецепторов TNFR2 больше на поверхности регуляторных Т-клеток и Т-хелперов — двух типах клеток, которые регулируют функцию других иммунных клеток. На регуляторных Т-клетках при артрите было в 2 и в 1,6 раза больше рецептора TNFR2, чем в норме и при астме, а на Т-хелперах — в 1,5 и в 2 раза соответственно.
Исследователи провели математический анализ полученных данных и получили модели, которые могут устанавливать диагноз пациента по наличию и числу рецепторов к TNF-α на иммунных клетках. Для ревматоидного артрита и бронхиальной астмы ученые составили две разные модели. Согласно им, для определения ревматоидного артрита нужно учитывать следующие параметры: число рецепторов TNFR2 на Т-клетках в общем; число рецепторов TNFR1 на Т-хелперных клетках памяти; долю наивных (еще не контактировавших с патогенами) Т-хелперов с рецептором TNFR1.
Для диагностики астмы ученые подобрали иные критерии: долю B-клеток с рецепторами TNFR1 и TNFR2; число рецепторов TNFR1 на наивных цитотоксических Т-клетках; число рецепторов TNFR1 на Т-хелперах. Эти математические модели исследователи проверили на практике, проанализировав иммунные клетки от 129 пациентов. Чувствительность моделей, то есть их способность правильно определять диагноз для больных пациентов, составила 91,8% для артрита и 100% для астмы. Специфичность моделей, то есть способность верно идентифицировать здоровых людей, была равна 73,1% для артрита и 95,8% для астмы. Это указывает на то, что полученные математические модели в будущем могут использоваться для диагностики этих заболеваний.
«Разработка новых диагностических критериев иммуноопосредованных заболеваний на основе показателей экспрессии мембраносвязанных рецепторов к цитокинам является перспективным направлением для современных подходов в диагностике патологии, определении степени тяжести, прогнозировании развития заболевания, а также в оценке эффективности выбранной терапии. Кроме того, данное направление может быть актуальным в исследованиях новых препаратов для терапии заболеваний», — прокомментировала значимость полученных результатов Юлия Лопатникова, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории молекулярной иммунологии НИИФКИ.
Материал подготовлен при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
