Фактор некроза опухоли ( ФНО ), ранее известный как ФНО-α , является химическим посредником, вырабатываемым иммунной системой , который вызывает воспаление. [5] ФНО вырабатывается в основном активированными макрофагами и вызывает воспаление, связываясь со своими рецепторами на других клетках. [6] Он является членом суперсемейства факторов некроза опухоли , семейства трансмембранных белков, которые являются цитокинами , химическими посредниками иммунной системы. [7] Избыточная продукция ФНО играет решающую роль в нескольких воспалительных заболеваниях, и для лечения этих заболеваний часто используются препараты, блокирующие ФНО . [8]
TNF вырабатывается в основном макрофагами, но также вырабатывается несколькими другими типами клеток, такими как Т-клетки , В-клетки , дендритные клетки и тучные клетки . Он быстро вырабатывается в ответ на патогены, цитокины и стрессоры окружающей среды. [9] TNF изначально вырабатывается как трансмембранный белок типа II (tmTNF), который затем расщепляется ферментом, превращающим TNF-альфа (TACE), в растворимую форму (sTNF) и секретируется из клетки. [10] Три молекулы TNF собираются вместе, образуя активный гомотример , тогда как отдельные молекулы TNF инертны. [10]
Когда TNF связывается со своими рецепторами, рецептором фактора некроза опухоли 1 (TNFR1) и рецептором фактора некроза опухоли 2 (TNFR2), в целевой клетке запускается путь сигналов, что приводит к воспалительной реакции. sTNF может активировать только TNFR1, тогда как tmTNF может активировать как TNFR1, так и TNFR2, [6] , а также запускать воспалительные сигнальные пути в своей собственной клетке. [11] Эффекты TNF на иммунную систему включают активацию лейкоцитов, свертывание крови , секрецию цитокинов и лихорадку . [5] TNF также способствует гомеостазу в центральной нервной системе . [12]
Воспалительные заболевания, такие как ревматоидный артрит , псориаз и воспалительное заболевание кишечника , можно эффективно лечить с помощью препаратов, которые ингибируют связывание ФНО с его рецепторами. [8] ФНО также участвует в патологии других заболеваний, включая рак , фиброз печени и болезнь Альцгеймера , хотя ингибирование ФНО еще не показало определенных преимуществ. [13]
В 1890-х годах Уильям Коли заметил, что острые инфекции могут вызывать регрессию опухоли, что привело к использованию им бактериальных токсинов в качестве лечения рака. В 1944 году эндотоксин был выделен из бактериальных токсинов Коли как вещество, ответственное за противораковый эффект. В частности, эндотоксин мог вызывать регрессию опухоли при инъекции мышам с экспериментально вызванным раком. В 1975 году Карсвелл и др. обнаружили, что эндотоксин не вызывал регрессию опухоли напрямую, а вместо этого побуждал макрофаги секретировать вещество, которое вызывает кровоизлияние и некротизацию опухоли, названное «фактором некроза опухоли». [6]
В 1980-х годах ФНО был очищен, секвенирован и клонирован в бактериях. Исследования рекомбинантного ФНО подтвердили противораковый потенциал ФНО, но этот оптимизм угас, когда было обнаружено, что инъекции ФНО вызывают эндотоксиновый шок. Также было обнаружено, что ФНО является тем же белком, что и кахектин, который, как известно, вызывает мышечную атрофию у мышей. Эти результаты показали, что ФНО может быть вредным в чрезмерных количествах. В 1992 году было обнаружено, что антитела к ФНО уменьшают воспаление суставов у мышей, раскрывая роль ФНО в воспалительных заболеваниях. Это привело к одобрению первой анти-ФНО терапии ревматоидного артрита в 1998 году. [6]
В 1985 году было обнаружено, что TNF имеет значительное последовательное и функциональное сходство с лимфотоксином , ранее открытым цитокином . Это привело к переименованию TNF в TNF-α, а лимфотоксина в TNF-β. Однако в 1993 году был обнаружен белок, имеющий близкое сходство с лимфотоксином, названный лимфотоксином-β . В 1998 году на Седьмом международном конгрессе по TNF TNF-β был официально переименован в лимфотоксин-α, в то время как TNF-α был переименован обратно в TNF. Тем не менее, в некоторых работах продолжают использовать термин TNF-α. [14]
Гены TNF и лимфотоксина-α, как полагают, произошли от общего гена-предка, который развился на ранней стадии эволюции позвоночных, до разделения Agnatha и Gnathostomata . Этот ген-предок был выброшен у предка Agnatha, но сохранился у предка Gnathostomata. В ходе эволюции челюстноротых этот ген-предок был продублирован в гены TNF и лимфотоксина-α. [15] Таким образом, хотя ген-предок обнаружен у различных видов челюстноротых, только подмножество видов челюстноротых содержит ген TNF. Было обнаружено, что некоторые виды рыб, такие как Danio , содержат дубликаты гена TNF. [15]
Ген TNF очень похож среди млекопитающих, варьируясь от 233 до 235 аминокислот. [16] Проксимальная область промотора TNF также высококонсервативна среди млекопитающих и почти идентична среди высших приматов . [9] Сходство гена TNF среди рыб ниже, варьируясь от 226 до 256 аминокислот. Как и TNF млекопитающих, ген TNF рыб, как было показано, стимулируется в макрофагах антигенами . [16] Все гены TNF имеют высококонсервативный C-концевой модуль, известный как домен гомологии TNF, из-за его важной роли в связывании TNF с его рецепторами. [15]
Ген TNF человека картирован на хромосоме 6p 21.3, находящейся в области класса III главного комплекса гистосовместимости , где содержатся многие гены иммунной системы. Область класса III зажата между локусом HLA-DR на центромерной стороне и локусом HLA-B на теломерной стороне. Ген TNF находится на расстоянии 250 килобаз от локуса HLA-B и на расстоянии 850 килобаз от локуса HLA-DR. Ген TNF расположен на расстоянии 1100 килобаз ниже гена лимфотоксина-α . [17]
TNF быстро вырабатывается в ответ на множество стимулов несколькими типами клеток. Типы клеток, которые экспрессируют TNF, включают Т-клетки , В-клетки , макрофаги , тучные клетки , дендритные клетки и фибробласты , а стимулы, которые активируют ген TNF, включают патогенные вещества, цитокины из других иммунных клеток и стрессоры окружающей среды. Несколько таких цитокинов включают интерлейкин-1 , интерлейкин-2 , интерферон-γ и сам TNF. Транскрипция TNF активируется различными сигнальными путями и факторами транскрипции в зависимости от типа клеток и стимула. Транскрипция TNF не зависит от синтеза новых белков, что обеспечивает быструю активацию гена. [9]
Экспрессия гена TNF регулируется проксимальной промоторной областью, состоящей примерно из 200 пар оснований. Большинство участков связывания в проксимальной промоторной области могут распознавать множественные факторы транскрипции, что позволяет активировать TNF различными сигнальными путями. Поскольку факторы транскрипции связываются с промоторной областью, они также связываются с коактиваторами, собираясь в большую структуру, известную как энхансеосома . Состав энхансеосомы зависит от окружающих факторов внутри клетки, в частности ядерного фактора активированных Т-клеток (NFAT). [9]
Экспрессия TNF также регулируется структурой ДНК. ДНК свернута вокруг гистонов , которая ослабляется ацетилированием и конденсируется метилированием . Белки, которые ацетилируют гистоны на промоторе TNF, в частности CREB-связывающий белок в Т-клетках, часто имеют решающее значение для экспрессии TNF. Напротив, несколько типов клеток, которые не экспрессируют TNF, сильно метилированы на гистонах промотора TNF. Длинноволновые внутрихромосомные взаимодействия также могут регулировать экспрессию TNF. В активированных Т-клетках ДНК, окружающая промотор TNF, закольцовывается, сближая комплексы промотора и повышая эффективность транскрипции. [9]
Транскрибируемая область содержит 4 экзона , разделенных 3 интронами , что в общей сложности составляет 2762 пары оснований в первичном транскрипте и 1669 пар оснований в мРНК. [19] мРНК состоит из четырех областей: 5'-нетранслируемой области , которая не включена в белок TNF; трансмембранной части, которая присутствует в трансмембранном TNF, но не в растворимом TNF; растворимой части; и 3'-нетранслируемой области . Более 80% растворимой части содержится в последнем экзоне, тогда как трансмембранная часть содержится в первых двух экзонах. 3'-нетранслируемая область содержит элемент, богатый AU (ARE), который регулирует трансляцию TNF. [20] В нестимулированных макрофагах различные белки связываются с ARE, чтобы дестабилизировать мРНК TNF, подавляя трансляцию TNF. После активации трансляция TNF не подавляется. [21]
TNF изначально вырабатывается как трансмембранный белок (tmTNF), состоящий из 233 аминокислот. tmTNF связывается как с TNFR1, так и с TNFR2, но его активность в первую очередь опосредуется TNFR2. При связывании с рецептором tmTNF также активирует сигнальные пути внутри своей собственной клетки. tmTNF расщепляется ферментом, превращающим TNF альфа (TACE), что приводит к секреции внеклеточной части. После расщепления оставшийся tmTNF снова расщепляется SPPL2B , заставляя внутриклеточную часть перемещаться в ядро. Там он, как полагают, регулирует выработку цитокинов, например, запуская экспрессию интерлейкина-12 . [10]
Секретируемая внеклеточная часть, обозначенная как sTNF, состоит из 157 аминокислот. [22] В отличие от tmTNF, sTNF может связываться только с TNFR1. [10] Вторичная структура sTNF состоит в основном из чередующихся нитей, которые соединяются в два слоя, известных как антипараллельные β-слои . Два слоя накладываются друг на друга, образуя клиновидную форму, известную как антипараллельный β-сэндвич . Примечательно, что эта структура похожа на те, которые видны на оболочках вирусов. Последние 9 остатков C-конца заперты в средней нити нижнего слоя и необходимы для биологической активности. [22]
Оба, tmTNF и sTNF, биоактивны только как гомотримеры , тогда как отдельные мономеры неактивны. [10] Скорость, с которой разбираются тримеры TNF, постоянна, тогда как скорость, с которой собираются тримеры TNF, увеличивается с концентрацией TNF. Это приводит к тому, что TNF в основном представляет собой тримеры при высоких концентрациях, тогда как TNF в основном представляет собой мономеры и димеры при низких концентрациях. [23] Сосуществование димеров и тримеров TNF в динамическом равновесии предполагает, что TNF может быть морфеином . [ 24] Малые молекулы , которые стабилизируют димеры TNF и предотвращают сборку тримеров TNF, представляют собой потенциальный механизм ингибирования TNF. [25]
TNF является центральным медиатором врожденного иммунного ответа организма . [5] Связываясь с рецепторами TNFR1 и TNFR2 , TNF может вызывать либо выживание клеток, либо их гибель в целевой клетке. Реакция на выживание клеток включает пролиферацию клеток и активацию воспалительных сигналов, в то время как реакция на гибель клеток может быть либо апоптозом , контролируемой гибелью клетки, либо некроптозом , менее контролируемой смертью, вызывающей воспаление и вмешательство в окружающую ткань. TNF вызывает выживание клеток по умолчанию, но гибель клеток может быть вызвана такими факторами, как нарушение воспалительных путей патогенами, костимуляция с другими цитокинами и перекрестное взаимодействие между TNFR1 и TNFR2. [6] Кроме того, трансмембранный TNF (tmTNF) действует как обратный сигнализатор, вызывая различные реакции в собственной клетке в зависимости от типа клетки и стимулятора. [26]
TNFR1 существует в большинстве типов клеток и связывается как с tmTNF, так и с sTNF. TNFR1 содержит домен смерти в своем цитоплазматическом хвосте, что позволяет ему вызывать гибель клеток. [26] То, запускает ли активация TNFR1 выживание клеток или гибель клеток, опосредовано образованием белковых комплексов: комплекса I, который приводит к выживанию клеток, и комплекса II, который приводит к гибели клеток. По умолчанию активация TNFR1 запускает пролиферацию клеток и воспаление, а не гибель клеток. Эти воспалительные пути содержат три контрольные точки гибели клеток, каждая из которых имеет решающее значение для предотвращения гибели клеток. [6]
При активации TNF TNFR1 тримеризуется и образует комплекс I, привлекая RIPK1 и TRADD , которые привлекают TRAF2 , cIAP1 и cIAP2 , а также LUBAC . cIAP1 и cIAP2 являются убиквитинлигазами , которые образуют связанные с K63 цепи убиквитина, которые привлекают TAK1 через TAB2 и TAB3 . LUBAC также является убиквитинлигазой , которая образует связанные с M1 цепи убиквитина, которые привлекают IKK через NEMO . TAK1 активирует пути MAPK , а также IKK, который, в свою очередь, активирует канонический путь NF-κB . Пути MAPK и путь NF-κB активируют множественные факторы транскрипции в ядре, что приводит к выживанию клеток, пролиферации и воспалительному ответу. Комплекс I отрицательно регулируется деубиквитиназами , такими как A20 , CYLD и OTULIN , которые дестабилизируют комплекс I. [6]
Комплекс II образуется, когда RIPK1 и/или TRADD диссоциируют от комплекса I и связываются с FADD , активируя каспазу 8 , что приводит к гибели клетки. Комплекс IIa включает TRADD и может активировать каспазу 8 без RIPK1, в то время как комплекс IIb не включает TRADD, поэтому он зависит от RIPK1 для активации каспазы 8. Пути комплекса I индуцируют три контрольные точки, которые не позволяют комплексу II индуцировать гибель клетки. [6]
В первой контрольной точке IKK отключает RIPK1 посредством фосфорилирования , пока он присоединен к комплексу I. Это отключает комплекс IIb, который зависит от RIPK1. Поскольку IKK зависит от убиквитинирования комплекса I, условия, которые влияют на убиквитинирование, такие как ингибирование cIAP1/2 и LUBAC, мутация акцепторного сайта убиквитина RIPK1 или дефициты A20 и OUTLIN, могут отключить эту контрольную точку. Отключение контрольной точки IKK активирует комплекс IIb, что приводит к апоптозу или пироптозу путем расщепления GSDMD . Отключение контрольной точки IKK также может косвенно активировать комплекс IIa, отключая путь NF-κB, который контролирует вторую контрольную точку. [6]
Во второй контрольной точке путь NF-κB способствует экспрессии генов, способствующих выживанию, таких как FLIP , который противодействует активации каспазы 8 в комплексе IIa. Эту контрольную точку можно отключить с помощью ингибиторов трансляции, таких как циклогексимид , а также путем отключения комплекса IKK, который контролирует путь NF-κB. Отключение этой контрольной точки активирует комплекс IIa, что приводит к апоптозу. [6]
В третьей контрольной точке нелетальная каспаза 8 активируется сигналом TNFR1, который связывается с комплексом IIb и расщепляет RIPK1, отключая его. Неизвестно, почему эта форма каспазы 8 не вызывает гибель клеток. Отключение этой контрольной точки посредством инактивации каспазы 8 заставляет RIPK1 из комплекса IIb связываться с RIPK3 и MLKL , образуя комплекс IIc, также называемый некросомой. Затем некросома вызывает некроптоз. [6]
В отличие от TNFR1, TNFR2 экспрессируется в ограниченных типах клеток, включая эндотелиальные клетки , фибробласты и подмножества нейронов и иммунных клеток . TNFR2 полностью активируется только tmTNF, тогда как активация sTNF частично ингибируется. В отличие от TNFR1, TNFR2 не обладает доменом смерти, поэтому он не способен напрямую вызывать гибель клеток. Таким образом, активация TNFR2 чаще всего приводит к выживанию клеток. Выживание клеток может привести либо к воспалительному ответу через каноническую активацию NF-κB, либо к пролиферации клеток через неканоническую активацию NF-κB, в зависимости от внутриклеточных условий и процесса сигнализации TNFR1. TNFR2 также может косвенно вызывать гибель клеток, нарушая контрольные точки гибели клеток TNFR1. [26]
При связывании с tmTNF TNFR2 тримеризуется и напрямую рекрутирует TRAF2, а также TRAF1 или TRAF3. TRAF2 занимает центральное место в сигнальном комплексе TNFR2 и рекрутирует cIAP1/2. Если внутри клетки происходит накопление NIK , TRAF2/3 и cIAP1/2 могут быть сформированы в виде комплекса с неактивным NIK. Когда TRAF2/3 связывается с TNFR2, активируется прикрепленный NIK, который, в свою очередь, активирует IKKα . Это позволяет p100 и RelB обрабатываться в гетеродимер , который активирует неканонический путь NF-κB, что приводит к пролиферации клеток. Экспрессия p100 и RelB усиливается активацией канонического пути NF-κB с помощью TNFR1. Таким образом, неканоническая активация NF-κB TNFR2 зависит от канонической активации NF-κB TNFR1, а также от накопления NIK внутри клетки. [26]
TNFR2 также может активировать канонический путь NF-κB, хотя это встречается реже, чем неканоническая активация NF-κB. Подробности активации TNFR2 канонического пути NF-κB неизвестны. Предположительно, TAK1 и IKK привлекаются сигнальным комплексом TRAF2 / TRAF1/3 / cIAP1/2, который, в свою очередь, активирует канонический путь NF-κB. [26]
TNFR2 может косвенно вызывать гибель клеток путем деградации cIAP1/2 как части неканонического пути NF-κB. Деградация cIAP1/2 влияет на убиквитинирование сигнального комплекса TNFR1, что подавляет функцию IKK. Это отключает контрольную точку гибели клеток IKK в TNFR1, вызывая гибель клеток. [6]
tmTNF может действовать как рецептор, активируя пути внутри собственной клетки при связывании с TNFR1 или TNFR2. Обратный сигнал tmTNF может вызывать апоптоз, резистентность к апоптозу, воспаление или резистентность к воспалению в зависимости от лиганда и типа клетки. [11]
В опухолевых клетках, таких как клетки В-лимфомы , было показано, что обратная сигнализация tmTNF увеличивает активность NF-κB, повышая выживаемость клеток и устойчивость к апоптозу. В естественных клетках-киллерах обратная сигнализация tmTNF увеличивает цитотоксическую активность за счет увеличения экспрессии перфорина , гранзима B , лиганда Fas и TNF. В Т-клетках активация пути JNK обратной сигнализацией tmTNF может привести к ингибированию клеточного цикла и апоптозу. [11]
В моноцитах tmTNF, как было показано, играет двойную роль в опосредовании воспалительного ответа моноцита на sTNF. Если обратный сигнал tmTNF происходит до того, как моноцит активируется sTNF, то воспалительный ответ моноцита на sTNF усиливается. Если обратный сигнал tmTNF происходит после того, как моноцит активируется sTNF, то воспалительный ответ снижается. [11] Между тем, обратный сигнал tmTNF снижает воспалительный ответ моноцита на эндотоксин . Этот эффект вызван активацией tmTNF путей JNK и p38 , что вызывает выработку TGF-β , который затем вмешивается в сигнальный путь эндотоксина. [11]
Врожденная иммунная система является первой линией защиты иммунной системы, быстро и неспецифически реагируя на вторгающиеся патогены. Она активируется, когда патоген-ассоциированные молекулярные паттерны (PAMP), такие как эндотоксины и двухцепочечная вирусная РНК , связываются с рецепторами распознавания паттернов (PRR) иммунных клеток, заставляя их секретировать иммунорегулирующие цитокины. Эти цитокины, такие как IL-1 , IL-6 , IL-8 и TNF, в первую очередь секретируются иммунными клетками, которые поглощают бактерии, такими как макрофаги и дендритные клетки . Они в основном действуют на лейкоциты , а также на эндотелиальные клетки в кровеносных сосудах, способствуя раннему воспалительному ответу. [5]
TNF является основным цитокином для регулирования острого воспаления, хотя многие из его функций являются общими с другими цитокинами, особенно IL-1. Связываясь с рецепторами TNF, TNF может выполнять функции, включая стимуляцию эндотелиальных клеток для индукции коагуляции , которая препятствует кровотоку, чтобы предотвратить распространение микробов; стимуляцию эндотелиальных клеток и макрофагов для секреции хемокинов , которые привлекают лейкоциты; стимуляцию секреции других цитокинов, таких как IL-1; активацию нейтрофилов и макрофагов; стимуляцию печени для выработки белков острой фазы , таких как С-реактивный белок ; индукцию катаболизма мышц и жира для производства энергии; и стимуляцию образования рубцовой ткани, также известного как фиброз . Помимо индукции секреции цитокинов, сам TNF может быть индуцирован цитокинами, что обеспечивает каскад воспалительных сигналов. Избыточное количество TNF может вызвать септический шок . [5]
Большая часть функций TNF опосредована воспалительными сигнальными путями, такими как MAPK и NF-κB. Многие патогены пытаются предотвратить иммунный ответ, захватывая клетки и нарушая их воспалительные пути. В ответ на это сигнальный путь TNFR1 имеет пути клеточной смерти, которые ингибируются активностью воспалительных путей. Если воспалительные пути клетки нарушены, пути клеточной смерти не ингибируются, вызывая гибель клетки. Это предотвращает репликацию патогена внутри клетки, а также предупреждает иммунную систему. [6]
Кроме того, TNF вызывает лихорадку , чтобы помочь организму бороться с инфекциями. TNF может вызывать лихорадку, вызывая высвобождение цитокинов интерлейкина-1 и интерлейкина-6 , или через другие медиаторы, такие как PLA2 . TNF или его медиаторы могут достигать гипоталамуса либо через циркуляцию в кровотоке, либо через секрецию макрофагами и эндотелиальными клетками вблизи гипоталамуса. TNF также может вызывать лихорадку, стимулируя первичные вагальные терминали в печени, которые сигнализируют нейронам о необходимости секреции норадреналина . Все эти пути достигают кульминации в синтезе простагландинов , которые взаимодействуют с OVLT в гипоталамусе, чтобы повысить целевую температуру тела. [27]
ФНО экспрессируется в различных клетках центральной нервной системы , включая глиальные клетки , микроглию , астроциты и нейроны , и играет важную роль в поддержании гомеостаза. [12]
Через сигнализацию TNFR1, TNF может увеличивать поверхностную экспрессию рецепторов AMPA и рецепторов NDMA в нейронах, усиливая синаптическую передачу. TNF также снижает поверхностную экспрессию рецепторов GABAA , снижая активность ингибирующих синапсов. TNF также может модулировать высвобождение глутамата , возбуждающего нейромедиатора, и S100B , цинксвязывающего белка, астроцитами. Модуляция возбуждения и торможения нейронов TNF указывает на то, что TNF играет роль в синаптическом масштабировании и пластичности. [12]
Через сигнализацию TNFR2 TNF способствует пролиферации и созреванию олигодендроцитов , которые производят защитные миелиновые оболочки вокруг нервных клеток. С другой стороны, TNF становится цитотоксичным для клеток-предшественников олигодендроцитов, когда клетки контактируют с астроцитами. [12]
Избыточная продукция ФНО играет ключевую роль в патологии аутоиммунных заболеваний , таких как ревматоидный артрит , воспалительное заболевание кишечника , псориатический артрит , псориаз и неинфекционный увеит . [8] При этих заболеваниях ФНО ошибочно секретируется иммунными клетками в ответ на факторы окружающей среды или генетические мутации. Затем ФНО запускает воспалительную реакцию, повреждая нормальные ткани. Блокаторы ФНО , которые предотвращают связывание ФНО с его рецепторами, часто используются для лечения этих заболеваний. [6]
TNF вызывает воспаление как путем активации воспалительных путей, так и путем запуска клеточной смерти. Клеточная смерть запускает воспаление, подвергая компоненты умирающих клеток воздействию соседних клеток, а также путем нарушения целостности барьера в коже и кишечнике, что позволяет микробам проникать в ткань. Считается, что TNF запускает клеточную смерть при воспалительных заболеваниях из-за повышенных уровней интерферирующих цитокинов, повышенных уровней сигнализации TNFR2 или генетических мутаций. Препараты, нацеленные на белки, участвующие в клеточной смерти, вызванной TNF, такие как RIPK1, оцениваются на предмет их эффективности против аутовоспалительных заболеваний. [6]
TNF был первоначально обнаружен как агент, убивающий опухоли, в частности саркомы . Однако теперь известно, что TNF играет двойную роль в раке, как промоутер и ингибитор, из-за его способности вызывать либо пролиферацию, либо смерть в опухолевых клетках. Точные механизмы, определяющие, какую роль TNF играет в раке, неясны. В целом, TNF считается промотором рака. [28]
В некоторых видах рака было показано, что ФНО играет ингибирующую роль, в первую очередь при местном введении, многократном применении и в высоких концентрациях. Из-за неблагоприятных побочных эффектов ФНО потенциальные методы лечения рака ФНО стремятся максимизировать цитотоксичность для опухолей, минимизируя воздействие на весь организм. Некоторые методы лечения увеличивают цитотоксичность, ингибируя пути выживания клеток опухолей до лечения ФНО. Другие методы лечения локализуют активность ФНО с помощью слияний антитела и ФНО, также известных как иммуноцитокины. Было показано, что местное лечение ФНО вызывает регрессию опухоли, хотя оно редко вызывает полную ремиссию . Введение ФНО по всему телу показало низкую эффективность и высокие побочные эффекты. [28]
При многих видах рака TNF, как полагают, играет вспомогательную роль. Высокие уровни экспрессии TNF связаны с более запущенными формами рака, а экспрессия TNF обнаруживается в опухолевых клетках на ранних стадиях заболевания. Экспрессия TNF может привести к привлечению лейкоцитов , которые способствуют метастазированию , а также к прямой активации путей, которые способствуют выживанию опухоли, инвазии и метастазированию. Блокаторы TNF, такие как инфликсимаб и этанерцепт, не вызывали ответа при большинстве запущенных или метастатических форм рака, но некоторые исследования показали стабилизацию заболевания. [28]
TNF играет важную роль во врожденном иммунном ответе на инфекции. Соответственно, использование блокаторов TNF связано с повышенным риском заражения, например, вирусом Varicella-zoster , вирусом Эпштейна-Барр и цитомегаловирусом . [29]
Наоборот, TNF играет роль в прогрессировании ВИЧ , вызывая апоптоз Т-клеток у ВИЧ-инфицированных людей. Сообщается, что блокирование TNF привело к клиническому улучшению при ВИЧ без ухудшения инфекции, хотя данные ограничены. [29]
Считается, что TNF является важным фактором сепсиса из-за его способности повышать регуляцию врожденной иммунной системы и свертываемости крови. У животных инъекция TNF может вызвать дисфункцию сердца, легких, почек и печени, похожую на сепсис. Однако у людей, страдающих сепсисом, TNF не всегда повышен. [30]
Хотя блокаторы ФНО показали эффективность при лечении сепсиса у мышей, они показали неоднозначные результаты при лечении сепсиса у людей. Считается, что это связано с двойной ролью, которую ФНО играет в иммунной системе: блокирование ФНО уменьшает сильное воспаление, вызывающее сепсис, но также препятствует способности иммунной системы противостоять инфекции. Предполагается, что блокаторы ФНО более полезны в случаях тяжелого сепсиса, когда вероятность смерти выше. [30]
TNF играет ключевую роль в повреждении и воспалении печени, но его роль в фиброзе печени является спорной. TNF способствует активации и выживанию звездчатых клеток печени (HSC), которые, как полагают, являются основными факторами фиброза печени. С другой стороны, TNF подавляет экспрессию коллагена альфа-1 типа 1 и пролиферацию HSC in vitro , что должно подавлять фиброз печени. В целом считается, что TNF способствует фиброзу печени, способствуя выживанию HSC. [31] Несмотря на эту связь, блокаторы TNF не используются для лечения фиброза печени. В клинических испытаниях алкогольного гепатита блокаторы TNF не оказали существенного эффекта. [31]
Кроме того, гибель гепатоцитов , первоначальное событие, которое приводит к повреждению печени и фиброзу, может быть вызвана ФНО, хотя эта связь не определена. Инъекция ФНО сама по себе не вызывает гибель гепатоцитов in vivo . Однако, когда инъекция ФНО сочетается с ингибированием пути выживания, например, во время заражения вирусом гепатита С , ФНО вызывает гибель гепатоцитов и острую печеночную недостаточность. Остатки мертвых гепатоцитов потребляются ЗКП и клетками Купфера, которые затем секретируют факторы, способствующие фиброзу, такие как ТФР-β , а также способствуют дальнейшей гибели гепатоцитов. [31]
TNF способствует резистентности к инсулину , ингибируя субстрат рецептора инсулина 1 (IRS1). В нормальных условиях IRS1 при активации инсулином подвергается фосфорилированию тирозина и увеличивает поглощение глюкозы в клетке. Этот процесс нарушается, когда TNF индуцирует фосфорилирование серина IRS1, превращая IRS1 в ингибитор инсулина. Инсулинорезистентность, вызванная TNF, часто встречается в случаях ожирения и может привести к диабету II типа . Было обнаружено, что TNF повышается в жировой ткани людей и животных с ожирением, хотя остается неясным, почему ожирение вызывает высокие уровни TNF. [32]
TNF играет ключевую роль в неалкогольной жировой болезни печени (NAFLD), при которой жир накапливается в печени, что приводит к травме, воспалению и образованию рубцов. TNF способствует резистентности к инсулину, что способствует накоплению жира в печени. По мере накопления жира в печени и окружающей жировой ткани иммунные клетки могут проникать в расширяющуюся ткань и секретировать TNF, вызывая воспаление. Таким образом, TNF может служить причинно-следственной связью между воспалением, резистентностью к инсулину и накоплением жира в печени. Клинические исследования показали, что уровни TNF коррелируют с тяжестью NAFLD, хотя некоторые исследования показали обратное. Фармакологические стратегии, которые подавляют TNF, показали благоприятные эффекты при NAFLD, в то время как эффективность блокаторов TNF еще предстоит оценить. [33]
Состояния, вызывающие воспаление, такие как рак, могут повышать уровень TNF, что способствует мышечной атрофии . TNF способствует мышечной атрофии, активируя путь NF-κB, который активирует путь убиквитин-протеасомы для деградации белка, и ингибируя активацию сателлитных клеток , которые отвечают за регенерацию белка. Однако блокаторы TNF имели ограниченный эффект на мышечную атрофию в клинических исследованиях, вероятно, из-за многофакторной природы мышечной атрофии. [34]
Во время упражнений уровень ИЛ-6 , ингибитора ФНО, быстро увеличивается, что приводит к противовоспалительному эффекту. За этим следует последующее увеличение уровней ИЛ-10 и растворимых рецепторов ФНО, оба из которых также ингибируют ФНО. В то время как умеренные упражнения не увеличивают уровни ФНО, было показано, что интенсивные упражнения увеличивают уровни ФНО в два раза, вызывая провоспалительный эффект. Однако этот провоспалительный эффект перевешивается противовоспалительным эффектом ИЛ-6, который может увеличиваться в 50 раз. Было показано, что регулярные упражнения снижают базовые уровни ФНО в долгосрочной перспективе. Таким образом, упражнения обычно считаются ингибирующими ФНО, что способствует общему противовоспалительному эффекту упражнений. [35]
В центральной нервной системе TNF в первую очередь вырабатывается микроглией , типом макрофагов, но также нейронами , эндотелиальными клетками и иммунными клетками. Избыточный TNF способствует нейровоспалению , вызывая эксайтотоксическую гибель нейрональных клеток, повышая уровень глутамата , активируя микроглиальные клетки и нарушая гематоэнцефалический барьер . В результате TNF играет важную роль в расстройствах центральной нервной системы, связанных с нейровоспалением, включая нейросаркоидоз , рассеянный склероз , болезнь Нейро-Бехчета . [36]
Парадоксально, но блокаторы TNF могут вызывать демиелинизацию нейронов и ухудшать симптомы рассеянного склероза. Считается, что это связано с гомеостатической ролью TNF в центральной нервной системе, особенно в миелинизации нейронов через TNFR2. Избирательная блокада TNFR1 показала положительные результаты в моделях животных. [36]
Нейровоспаление, вызванное ФНО, также связано с болезнью Альцгеймера и, как предполагается, способствует образованию бляшек амилоида-β и гиперфосфорилированию тау-белка, обнаруженных в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера. Блокаторы ФНО связаны с уменьшением риска развития болезни Альцгеймера. Некоторые исследования показали, что блокаторы ФНО немного улучшают когнитивные способности у пациентов с болезнью Альцгеймера, хотя необходимы более масштабные исследования. Поскольку блокаторы ФНО не могут проходить через гематоэнцефалический барьер, считается, что снижение уровня ФНО в организме также снижает уровень ФНО в мозге. [37]
При периодическом синдроме, связанном с рецептором TNF (TRAPS), генетические мутации в TNFR1 приводят к дефектному связыванию TNFR1 с TNF, а также к дефектному выделению TNFR1, механизму, который ослабляет сигнализацию TNFR1. Это вызывает периодическое воспаление, хотя точный механизм неизвестен. Блокаторы TNF, такие как этанерцепт, показали частичную эффективность в уменьшении симптомов, в то время как другие блокаторы TNF, такие как адалимумаб и инфликсимаб, как было показано, ухудшают симптомы. [38]
Избыточные уровни воспалительных цитокинов, например, во время инфекции или аутоиммунитета, связаны с анорексией и снижением потребления пищи. Предполагается, что ФНО снижает потребление пищи за счет повышения чувствительности к горькому вкусу, хотя точные механизмы этого неизвестны. [39]
Блокаторы ФНО связываются с ФНО, чтобы не дать ему активировать свои рецепторы. Кроме того, блокаторы ФНО, которые связываются с tmTNF, могут вызывать апоптоз в клетках, экспрессирующих ФНО, устраняя воспалительные иммунные клетки. [36] Блокаторы ФНО могут быть моноклональными антителами , такими как инфликсимаб , в то время как другие являются белками-приманками слияния , такими как этанерцепт . [8] Разрабатываются новые блокаторы ФНО, включая небольшие соединения , которые могут специфически воздействовать на ФНО и моноклональные антитела с более низким потенциалом иммуногенности . [8] Редко подавление ФНО может привести к развитию новой формы «парадоксального» аутоиммунитета, вызванного сверхэкспрессией других цитокинов. [40]
