Рецептор колониестимулирующего фактора 1 (CSF1R), также известный как рецептор макрофагального колониестимулирующего фактора (M-CSFR) и CD115 (кластер дифференцировки 115), представляет собой белок клеточной поверхности , кодируемый человеческим геном CSF1R (также известным как c-FMS). [5] [6] CSF1R представляет собой рецептор , который может быть активирован двумя лигандами : колониестимулирующим фактором 1 (CSF-1) и интерлейкином-34 (IL-34). CSF1R высоко экспрессируется в миелоидных клетках, и сигнализация CSF1R необходима для выживания , пролиферации и дифференцировки многих типов миелоидных клеток in vivo и in vitro . Сигнализация CSF1R участвует во многих заболеваниях и является целью терапии рака , нейродегенерации и воспалительных заболеваний костей .
В геноме человека ген CSF1R расположен на хромосоме 5 (5q32), а у мышей ген Csf1r расположен на хромосоме 18 (18D). Длина CSF1R составляет 60,002 килопарануклеотидов (kbs). Гемопоэтические стволовые клетки экспрессируют CSF1R на низких уровнях, но CSF1R высоко экспрессируется в более дифференцированных типах миелоидных клеток, таких как моноциты , макрофаги , остеокласты , миелоидные дендритные клетки , микроглия и клетки Панета . [7] Экспрессия CSF1R контролируется двумя альтернативными промоторами , которые активны в определенных типах тканей. Экзон 1 CSF1R специфически транскрибируется в трофобластических клетках, тогда как экзон 2 специфически транскрибируется в макрофагах. Активация транскрипции CSF1R регулируется несколькими факторами транскрипции, включая Ets и PU.1 . Экспрессия гена CSF1R в макрофагах регулируется промотором, расположенным выше экзона 2, и другой высококонсервативной областью, называемой интронным регуляторным элементом fms (FIRE). FIRE — это область длиной 250 пар оснований в интроне 2, которая регулирует удлинение транскрипта во время транскрипции CSF1R в макрофагах. Специфическая делеция FIRE предотвращает дифференциацию только определенных типов макрофагов, таких как микроглия мозга и макрофаги в коже, почках, сердце и брюшине, тогда как делеция всего гена Csf1r мыши в целом предотвращает дифференциацию макрофагов, вызывая серьезные дефекты развития. [8] Кроме того, первый интрон гена CSF1R содержит транскрипционно неактивный рибосомный белок L7 , обработанный псевдогеном , ориентированным в противоположном направлении по отношению к гену CSF1R . [5]
CSF1R, белок, кодируемый геном CSF1R, является трансмембранным рецептором тирозинкиназы и членом семейства рецепторов CSF1/PDGF тирозиновых протеинкиназ. CSF1R состоит из 972 аминокислот, предположительно имеет молекулярную массу 107,984 килодальтон и состоит из внеклеточного и цитоплазматического доменов . Внеклеточный домен имеет 3 N-концевых иммуноглобулиновых (Ig) домена (D1-D3), которые связывают лиганд, 2 Ig домена (D4-D5), которые стабилизируют лиганд, линкерную область и однопроходную трансмембранную спираль. Цитоплазматический домен имеет околомембранный домен и тирозинкиназный домен, который прерывается доменом вставки киназы. В состоянии покоя юкстамембранный домен CSF1R занимает аутоингибиторное положение, чтобы предотвратить сигнализацию цитозольного домена CSF1R. [8] При связывании лиганда с внеклеточными доменами Ig CSF1R нековалентно димеризуется и аутофосфорилирует несколько остатков тирозина. Эта первая волна фосфорилирования тирозина CSF1R создает домены, связывающие фосфотирозин , с которыми могут связываться эффекторные белки и инициировать различные клеточные ответы. Многие белки становятся фосфорилированными по тирозину в ответ на сигнализацию CSF1R ( таблица 1 ), включая p85 , Cbl и Gab3, которые важны для выживания, дифференциации, хемотаксиса и актинового цитоскелета миелоидных клеток. Первая волна фосфорилирования тирозина также приводит к ковалентной димеризации CSF1R через дисульфидные связи . Ковалентная димеризация CSF1R важна для ряда модификаций самого CSF1R, включая вторую волну фосфорилирования тирозина, фосфорилирования серина, убиквитинирования и, в конечном итоге, эндоцитоза, который завершает сигнализацию путем перемещения комплекса лиганд-CSF1R в лизосому для деградации. [9] Колониестимулирующий фактор 1 (CSF-1) и интерлейкин-34 (IL-34) являются лигандами CSF1R . Оба лиганда регулируют выживаемость, пролиферацию и дифференциацию миелоидных клеток, но CSF-1 и IL-34 различаются по своей структуре, распределению в организме и специфическим клеточным сигнальным каскадам , запускаемым при связывании с CSF1R. [8]
Остеокласты — это многоядерные клетки, которые поглощают и удаляют кость, что имеет решающее значение для роста новых костей и поддержания прочности костей. Остеокласты имеют решающее значение для цикла ремоделирования костей , который достигается путем наращивания кости остеобластами , реабсорбции остеокластами и ремоделирования остеобластами. [10] Клетки-предшественники остеокластов и зрелые остеокласты требуют стимуляции CSF1R для выживания. Блокада сигнализации CSF1R предотвращает пролиферацию, созревание и слияние клеток-предшественников остеокластов в многоядерные клетки. Стимуляция CSF1R способствует остеокластогенезу (дифференцировке моноцитов в остеокласты). Сигнализация CSF1R в предшественниках остеокластов способствует выживанию за счет повышения уровня белка Bcl-X(L) , ингибитора проапоптотической каспазы-9 . Сигнализация CSF1R в зрелых остеокластах способствует выживанию, стимулируя киназу mTOR/S6 и котранспортер Na/HCO3, NBCn1. [11] Сигнализация CSF1R также напрямую регулирует функцию остеокластов. Остеокласты мигрируют вдоль поверхности кости, затем прилипают к кости, чтобы разрушить и реабсорбировать костный матрикс. Сигнализация CSF1R положительно регулирует это поведение, увеличивая хемотаксис остеокластов и реабсорбцию кости. [10]
Моноциты и макрофаги являются мононуклеарными фагоцитами . Моноциты циркулируют в крови и способны дифференцироваться в макрофаги или дендритные клетки , а макрофаги являются окончательно дифференцированными клетками, находящимися в тканях. Сигнализация CSF1R необходима для дифференциации микроглии и клеток Лангерганса , которые происходят из клеток-предшественников желточного мешка с высокой экспрессией CSF1R. [7] Сигнализация CSF1R требуется только частично для других тканевых макрофагов и не является необходимой для моноцитопоэза (производства моноцитов и макрофагов) из гемопоэтических стволовых клеток . [7] Макрофаги тимуса и лимфатических узлов почти полностью независимы от сигнализации CSF1R. В макрофагах, выживание которых полностью или частично зависит от сигнализации CSF1R, CSF1R способствует выживанию, активируя PI3K . [9] Сигнализация CSF1R также регулирует функцию макрофагов. Одной из функций сигнализации CSF1R является содействие защите тканей и заживлению после повреждения. Повреждение почек вызывает повышение регуляции CSF-1 и CSF1R в эпителиальных клетках канальцев. Это способствует пролиферации и выживанию поврежденных эпителиальных клеток канальцев и способствует противовоспалительным фенотипам в резидентных макрофагах для содействия заживлению почек. [10] Наконец, активация CSF1R является сильным хемокинетическим сигналом, вызывающим поляризацию макрофагов и хемотаксис по направлению к источнику лиганда CSF1R. Этот ответ макрофагов требует быстрых морфологических изменений, что достигается путем ремоделирования актинового цитоскелета через сигнальные пути Src/ Pyk2 и PI3K . [9]
Микроглия — это фагоциты центральной нервной системы , находящиеся в тканях . Сигнализация CSF1R способствует миграции примитивных клеток-предшественников микроглии из эмбрионального желточного мешка в развивающийся мозг до формирования гематоэнцефалического барьера . В перинатальном развитии микроглия играет важную роль в синаптическом прунинге , процессе, в котором микроглия фагоцитирует слабые и неактивные синапсы посредством связывания микроглиального рецептора комплемента 3 (CR3) (комплекс CD11b и CD18 ) с iC3b, связанным с синапсом. Потеря функции CSF1R ингибирует синаптический прунинг и приводит к избыточному количеству нефункциональных синапсов в мозге. Во взрослом возрасте CSF1R необходим для пролиферации и выживания микроглии. [12] Ингибирование сигнализации CSF1R во взрослом возрасте вызывает почти полное (>99%) истощение (гибель) микроглии мозга, однако отмена ингибирования CSF1R стимулирует оставшуюся микроглию к пролиферации и повторному заселению свободных от микроглии ниш в мозге. [13] Продукция лигандов CSF1R CSF-1 и IL-34 увеличивается в мозге после травмы или вирусной инфекции, что направляет микроглию к пролиферации и выполнению иммунных ответов. [12]
Было обнаружено, что сигнализация CSF1R играет важную роль в немиелоидных клетках, таких как нейральные клетки-предшественники, мультипотентные клетки, которые способны к самообновлению или терминальной дифференцировке в нейроны , астроциты и олигодендроциты . У мышей с потерей функции Csf1r значительно больше нейральных клеток-предшественников в генеративных зонах и меньше зрелых нейронов в пластинках переднего мозга из-за нарушения созревания клеток-предшественников и радиальной миграции. Эти фенотипы также наблюдались у животных с условным нокаутом Csf1r , особенно в нейральных клетках-предшественниках, что позволяет предположить, что сигнализация CSF1R нейральными клетками-предшественниками важна для созревания определенных нейронов. [11] Исследования с использованием культивируемых нейральных клеток-предшественников также показывают, что сигнализация CSF1R стимулирует созревание нейральных клеток-предшественников. [12]
CSF1R экспрессируется в ооцитах , трофобласте и оплодотворенных эмбрионах до имплантации в матку . [8] Исследования с использованием ранних эмбрионов мышей in vitro показали, что активация CSF1R стимулирует образование полости бластоцисты и увеличивает количество клеток трофобласта. У мышей с потерей функции Csf1r наблюдаются несколько нарушений репродуктивной системы в эстральном цикле и показателях овуляции , а также снижение антральных фолликулов и макрофагов яичников. Неясно, вызвана ли дисфункция овуляции у мышей с потерей функции Csf1r потерей защитных эффектов макрофагов яичников или потерей сигнализации CSF1R в самих ооцитах. [11]
Ремоделирование костей регулируется взаимной перекрестной регуляцией между остеокластами и остеобластами. В результате дисфункция сигнализации CSF1R напрямую влияет на реабсорбцию (остеокласты) и косвенно влияет на отложение костей (остеобласты). При воспалительных артритных состояниях, таких как ревматоидный артрит , псориатический артрит и болезнь Крона , провоспалительный цитокин TNF-α секретируется синовиальными макрофагами, который стимулирует стромальные клетки и остеобласты к продукции CSF-1. Повышенный CSF-1 способствует пролиферации остеокластов и предшественников остеокластов и увеличивает реабсорбцию кости остеокластами. Это патогенное увеличение активности остеокластов вызывает аномальную потерю костной массы или остеолизис . [14] В животных моделях ревматоидного артрита введение CSF-1 увеличивает тяжесть заболевания, тогда как потеря функции Csf1r уменьшает воспаление и эрозию суставов. [10] При редком заболевании костей, называемом болезнью Горхэма-Стаута , повышенная продукция CSF-1 лимфатическими эндотелиальными клетками также вызывает чрезмерный остеокластогенез и остеолизис . [8] Кроме того, было обнаружено , что постменопаузальная потеря эстрогена влияет на сигнализацию CSF1R и вызывает остеопороз . Дефицит эстрогена вызывает остеопороз за счет повышения регуляции продукции TNF-α активированными Т-клетками . Как и при воспалительном артрите, TNF-α стимулирует стромальные клетки к продукции CSF-1, что увеличивает сигнализацию CSF1R в остеокластах. [15]
Опухолеассоциированные макрофаги (ТАМ) реагируют на рак на ранней стадии противовоспалительными иммунными реакциями, которые поддерживают выживание опухоли за счет здоровой ткани. Инфильтрация опухоли ТАМ, экспрессирующими CSF1R, дает отрицательный прогноз и коррелирует с низкими показателями выживаемости у людей с лимфомой и солидными опухолями. Микроокружение опухоли часто производит высокие уровни CSF-1, создавая положительную обратную связь , в которой опухоль стимулирует выживание ТАМ, а ТАМ способствуют выживанию и росту опухоли. Таким образом, сигнализация CSF1R в ТАМ связана с выживанием опухоли, ангиогенезом , резистентностью к терапии и метастазами . Продукция CSF-1 опухолями мозга, называемыми глиобластомами, заставляет микроглию (макрофаги, находящиеся в мозге) проявлять иммуносупрессивные, пермиссивные для опухоли фенотипы. [16] Ингибирование CSF1R в моделях глиобластомы у мышей полезно и улучшает выживаемость за счет ингибирования функций микроглии, способствующих развитию опухоли. Мышиные модели рака груди также показывают, что потеря функции Csf1r задерживает инфильтрацию и метастазирование ТАМ. Поскольку противораковые макрофаги и микроглия полагаются на сигнализацию GM-CSF и IFN-γ вместо CSF-1, ингибирование сигнализации CSF1R было предложено в качестве терапевтической цели при раке для преимущественного истощения пермиссивных к опухоли ТАМ. [8] [12] Кроме того, мутации в самом гене CSF1R связаны с определенными видами рака, такими как хронический миеломоноцитарный лейкоз и острый миелобластный лейкоз типа M4 . [17]
Из-за важности гена CSF1R для выживания, созревания и функционирования миелоидных клеток потеря функции в обеих унаследованных копиях гена CSF1R вызывает постнатальную смертность. Гетерозиготные мутации в гене CSF1R предотвращают нисходящую сигнализацию CSF1R и вызывают аутосомно - доминантное нейродегенеративное заболевание, называемое лейкоэнцефалопатией взрослого возраста , которое характеризуется деменцией , исполнительной дисфункцией и судорогами . Частичная потеря CSF1R при лейкоэнцефалопатии взрослого возраста приводит к тому, что микроглия проявляет морфологические и функциональные дефициты (нарушение продукции цитокинов и фагоцитоза ), что связано с повреждением аксонов , демиелинизацией и потерей нейронов. Сигнализация комплекса DAP12 - TREM2 в микроглии является нисходящей по отношению к сигнализации CSF1R и необходима для фагоцитоза микроглией клеточного детрита и поддержания гомеостаза мозга. [18] [12] Дефицит TREM2 в культивируемых миелоидных клетках предотвращает стимуляцию пролиферации при лечении CSF-1. Сходства между болезнью Насу-Хаколы (вызванной мутациями либо в DAP12 , либо в TREM2 ) и лейкоэнцефалопатией у взрослых предполагают частичную потерю микроглии CSF1R сигнальной системы, способствующей нейродегенерации. Дефекты нейрогенеза и выживания нейронов также наблюдаются при лейкоэнцефалопатии у взрослых из-за нарушения CSF1R сигнальной системы в нейронных клетках-предшественниках. [12]
Сигнализация CSF1R участвует в нескольких заболеваниях и расстройствах центральной нервной системы . Исследования с использованием животных моделей эпилепсии ( припадки, вызванные каиновой кислотой ) показывают, что сигнализация CSF1 во время припадков защищает нейроны, активируя нейрональную сигнализацию CREB . Агонизм CSF1R во время припадков увеличивает выживаемость нейронов, тогда как нейрон-специфическая потеря функции Csf1r ухудшает эксайтотоксичность каиновой кислоты , что предполагает, что сигнализация CSF1R в нейронах напрямую защищает от повреждения нейронов, связанного с припадками. [12] Хотя сигнализация CSF1R полезна в определенных контекстах, она пагубна при заболеваниях, при которых микроглия вызывает повреждение тканей. При болезни Шарко-Мари-Тута типа 1 секреция CSF-1 из эндоневральных клеток стимулирует пролиферацию и активацию макрофагов и микроглии, которые вызывают демиелинизацию. Аналогично при рассеянном склерозе сигнализация CSF1R поддерживает выживание воспалительной микроглии, которая способствует демиелинизации. Ингибирование CSF1R профилактически снижает демиелинизацию в экспериментальной модели аутоиммунного энцефаломиелита у животных. Роль сигнализации CSF1R при болезни Альцгеймера более сложна, поскольку микроглия как защищает, так и повреждает мозг в ответ на патологию болезни Альцгеймера. CSF-1 стимулирует первичную культивируемую человеческую микроглию к фагоцитозу токсичных пептидов Aβ 1–42 . Микроглия также инициирует TREM2-зависимые иммунные ответы на амилоидные бляшки , которые защищают нейроны. [19] [20] Однако микроглия при болезни Альцгеймера также чрезмерно секретирует воспалительные цитокины и обрезает синапсы, способствуя потере синапсов, гибели нейронов и когнитивным нарушениям . [21] Как стимуляция, так и ингибирование CSF1R улучшают когнитивную функцию в моделях болезни Альцгеймера. [12] Таким образом, микроглия, по-видимому, выполняет как защитные, так и нейротоксические функции во время нейродегенерации при болезни Альцгеймера. [22] [23] Аналогичные результаты были получены в исследованиях повреждений мозга мышей, которые показали, что ингибирование CSF1R после повреждения улучшает восстановление, но ингибирование во время повреждения ухудшает восстановление. [12] Терапия неврологических расстройств, направленная на CSF1R, может влиять как на вредные, так и на полезные функции микроглии.
Поскольку сигнализация TAM CSF1R является опухолепермиссивной и может вызывать резистентность опухоли к лечению, сигнализация CSF1R является перспективной терапевтической мишенью при лечении рака. Несколько исследований изучали эффективность ингибитора CSF1R в качестве монотерапии и в качестве комбинированной терапии при рефрактерных и метастатических раках. Несколько ингибиторов малых молекул и моноклональных антител, нацеленных на CSF1R, находятся в стадии клинической разработки для терапии рака ( таблица 2 ). Пексидартиниб (PLX3397) является ингибитором малых молекул тирозина CSFR (а также cKIT , FLT3 и VEGFR ) с наибольшей клинической разработкой на сегодняшний день. Несколько завершенных и параллельных клинических испытаний проверили эффективность и безопасность пексидартиниба в качестве монотерапии меланомы с мутацией c-kit , рака предстательной железы , глиобластомы , классической лимфомы Ходжкина , нейрофибромы , саркомы и лейкозов . [16] В 2019 году Пексидартиниб был одобрен FDA для лечения диффузных теносиновиальных гигантоклеточных опухолей — доброкачественной опухоли, которая развивается из синовиальной ткани, выстилающей суставы. [24]
Безопасность ингибиторов CSF1R была подробно охарактеризована в клинических испытаниях для различных малых молекул и моноклональных антител в Таблице 2. В некоторых исследованиях ингибиторы CSF1R не показали токсичности, ограничивающей дозу , в то время как в других исследованиях наблюдалась токсичность при высоких дозах и была определена максимально переносимая доза . В нескольких исследованиях наиболее частыми побочными эффектами были усталость , повышение уровня печеночных ферментов ( креатинкиназа , лактатдегидрогеназа , аспартатаминотрансфераза , аланинаминотрансфераза ), отек , тошнота , слезотечение и снижение аппетита, но признаков гепатотоксичности обнаружено не было. Существуют некоторые различия в побочных эффектах моноклональных антител по сравнению с малыми молекулами ингибиторов CSF1R. Отек чаще встречался при лечении моноклональными антителами по сравнению с малыми молекулами, что позволяет предположить, что иммунный ответ на моноклональные антитела может вызывать некоторые побочные эффекты. Кроме того, некоторые ингибиторы малых молекул неспецифичны для CSF1R, и нецелевые эффекты могут объяснить наблюдаемые побочные эффекты. Например, было обнаружено, что лечение пексидартинибом изменяет цвет волос, предположительно, за счет его воздействия на киназу KIT . В целом, ингибиторы CSF1R имеют благоприятные профили безопасности с ограниченной токсичностью. [16]
Ингибиторы CSF1R, такие как PLX5622, широко используются для изучения роли микроглии в доклинических моделях болезни Альцгеймера, инсульта , черепно-мозговой травмы и старения у мышей . PLX5622 обычно используется для исследования микроглии, поскольку PLX5622 имеет более высокую биодоступность для мозга и специфичность к CSF1R по сравнению с другими ингибиторами CSF1R, такими как PLX3397 . [13] В 2020 году исследователи Дэвид Хьюм ( Университет Квинсленда ) и Ким Грин ( UCI ) опубликовали письмо в академическом журнале PNAS, в котором отстаивают использование низкомолекулярных ингибиторов CSF1R для изучения микроглии при заболеваниях мозга. [25] Это письмо было ответом на основную исследовательскую работу, опубликованную в PNAS ведущим корреспондентом Элефтериосом Пасхалисом ( HMS ) и другими, которые предоставили доказательства того, что исследование микроглии с использованием PLX5622 затруднено ингибированием CSF1R в периферических макрофагах. Пасхалис и коллеги опубликовали последующее письмо в PNAS, защищая результаты своего опубликованного исследования. [26]
Было показано, что рецептор колониестимулирующего фактора 1 взаимодействует с:
В данной статье использован текст из Национальной медицинской библиотеки США , являющийся общественным достоянием .