Содержание
Механизм распознания апоптозных клеток детерминирован необычными поверхностными структурами, которые появляются на внешнем слое плазматической мембраны и побуждают соседние клетки к фагоцитозу. Их образно называют сигналами «съешь меня» (англ. eat-me signals). Одним из кандидатов на роль такого рода сигнальных молекул служит фосфатидилсерин (ФС). В норме остатки ФС локализованы во внутреннем слое клеточной мембраны, но при апоптозе благодаря потере физиологической асимметрии мембранных фосфолипидов они выныривают на поверхность и распознаются специфическими рецепторами макрофагов. Существуют и более сложные пути, например кооперация между витронектиновым рецептором, коллагенсвязывающим белком CD36 и тромбоспондином. Полагают, что тромбоспондин, продуцируемый макрофагами, сопрягает их витронектиновые рецепторы и СD36 с неизвестным компонентом плазматической мембраны апоптозных клеток, инициируя поглощение стареющих клеток. Реакцию усиливает ряд цитокинов, которые действуют на ФС-зависимое поглощение апоптозных клеток. Поглощение заметно возрастает при адгезии макрофагов на внеклеточном матриксе, в частности на фибронектине. Моноциты не поглощают апоптозные клетки, но обретают такую способность после трансформации в макрофаги.
Недавно был описан новый механизм, позволяющий макрофагам осуществлять негативный отбор апоптозных клеток. Оказалось, что при встрече с макрофагами в живых клетках возникает отталкивающий сигнал, который прекращает это взаимодействие. Такую реакцию обеспечивает гомофильное взаимодействие CD31 на поверхности лейкоцитов и макрофагов. В апоптозных клетках передача сигнала нарушается, что ведет к более длительному контакту с макрофагами. Это облегчает узнавание вышеописанных маркеров на апоптозных клетках и их элиминацию.
Кроме сигналов «съешь меня» для привлечения фагоцитов апоптозные клетки секретируют особый хемотаксический фактор — фосфолипид лизофосфатидилхолин, для высвобождения которого требуется активность каспазы-3. Этот фактор стимулирует миграцию моноцитов и макрофагов в направлении его источника (апоптозных клеток), что обеспечивает своевременное и эффективное удаление погибающих клеток. Принципиально, что фагоцитоз апоптозных клеток не только не возбуждает секреции провоспалительных цитокинов, но даже подавляет ее благодаря аутокринному ингибированию. Не случайно своевременному удалению апоптозных клеток придается большое значение в предупреждении и обратном развитии воспалительных реакций.
Апоптоз и патология
Представления о запрограммированной смерти клеток, долгое время не привлекавшие внимания клиницистов, сегодня выдвинулись в число самых популярных и интригующих проблем медицины. Апоптоз ассоциируется с патогенезом злокачественных опухолей, атрофических (в частности, нейродегенеративных) и гиперпластических процессов, аутоиммунных заболеваний, вирусных инфекций. Каждая из приведенных ситуаций может быть проанализирована с позиций дисбаланса между нацеленностью клеток на выживание/пролиферацию и апоптоз. Направленная регуляция апоптоза просматривается как один из базисных принципов терапевтической стратегии будущего, и уже сегодня лечебный эффект многих цитотоксических противоопухолевых препаратов связывают с их способностью усиливать апоптоз. Перспективной выглядит идея регуляции экспрессии апоптозных и антиапоптозных генов при помощи антисмысловых олигонуклеотидов, блокирующих мРНК для определенных белков. Она уже получила подтверждение в опытах по торможению пролиферации лейкозных клеток при хронической миелоидной лейкемии.
Влияние на апоптоз (усиление или ослабление) оказывают различные микроорганизмы — вирусы, бактерии, грибы, простейшие. С этим связаны новые взгляды на патогенез инфекционной патологии. Примером могут служить представители семейства энтеробактерий: признаки апоптозной гибели обнаружены в культурах эпителиальных клеток и макрофагов, инфицированных шигеллами, сальмонеллами, эшерихиями, йерсиниями. Во многом это связано с межмолекулярными эффектами белков-токсинов, вводимых в клетку бактериями через аппарат секреции III типа. Они могут оказать влияние на клеточные гены в результате взаимодействия с протеинкиназами или иными факторами, контролирующими транскрипционный процесс. Не исключено, что данный механизм играет определенную роль в развитии энтеробактериальных инфекций (см. соответствующие разделы).
Установлено, что многие вирусы, вмешиваясь в регуляцию внутриклеточного гомеостаза, меняют соотношение между ростовыми и апоптозными потенциями инфицированных клеток. Известно более десятка вирусных генов, которые кодируют факторы, усиливающие апоптоз. Обнаружены они и у вирусов человека (аденовирусы, герпесвирусы, папилломавирусы, ортомиксовирусы, вирус иммунодефицита человека, вирус гепатита В и др.). В ряде случаев вирусиндуцированный апоптоз коррелирует с усилением экспрессии гена р53, претендующего на одну из ключевых позиций в индукции апоптоза. Такую гибель клеток удается предотвратить при помощи Bcl-2: выполняя функцию протоонкогена, он усиливает клеточную пролиферацию. Предложена гипотеза, согласно которой гибель CD4+ Т-лимфоцитов при ВИЧ-инфекции связана с апоптозом. Пусковым фактором служит взаимодействие наружного вирусного гликопротеина gp 120 с СD-рецепторами лимфоцитов. Этот сигнал запускает механизм, напоминающий апоптоз, инициируемый в системах Fas—FasL и ТНФ-a—ТНФR. В остальных случаях апоптоз возбуждается через проникновение вируса в клетку, требуя хотя бы частичной экспрессии его генома с образованием апоптогенных продуктов. Опережающая смерть клетки, несущей зачаток вируса — исход, выгодный скорее хозяину, чем вирусу. Не случайно об этом говорят как об альтруистическом самоубийстве, подразумевая, что клетка предпочитает погибнуть, исключив возможность размножения потенциально опасного вируса.
Логика подсказывает, что вирусы должны обладать и альтернативным механизмом, который, продлевая жизнь клеток, создавал бы условия для воссоздания как можно более многочисленного вирусного потомства в литическом цикле или обеспечивал переход вируса в латентное состояние (персистенцию). Действительно, некоторые вирусы синтезируют белковые продукты, которые блокируют апоптозный ответ инфицированных клеток. Это достигается разными способами, но их принцип сводится к двум механизмам — повышение экспрессии антиапоптозных (ростстимулирующих) генов клетки и инактивация эффекторных молекул апоптоза. К первой группе можно отнести стимуляцию протоонкогенов типа bcl-2 (это, в частности, наблюдается при персистенции вируса Эпстайна—Барр в В-лимфоцитах), ко второй — блокаду белка Р53, продукта апоптозстимулирующего гена р53 (например, Е6 — протеин вируса папилломы человека).
Известно, что вирусы вызывают и непрямой цитопатический эффект. В этом случае зараженные клетки атакуются эффекторами иммунитета, прежде всего CD8+ Т-лимфоцитами. В реализации цитотоксических потенций Т-лимфоцитов также участвует апоптоз, возбуждаемый в клетках-мишенях. В качестве вероятных механизмов рассматривается прямое действие эффекторных молекул, преформированных в Т-лимфоцитах, а также рецепторзависимая активация апоптозной программы атакуемых клеток. В первом случае действуют апоптозные протеазы (гранзимы), которые проникают в клетки-мишени через поры, образуемые в плазматической мембране перфоринами лимфоцитов. Во втором процесс запускается через системы Fas—FasL и ТНФ-a—ТНФR и является следствием активации собственного апоптозного аппарата клеток.
* * *
Концепция об апоптозе является одним из перспективных обобщений современной биологической науки. Сформулированная более трех десятилетий назад, она стала предметом всеобщего внимания после того, как было осознано, что клетки гибнут в результате активных реакций, поддающихся генетической и эпигенетической регуляции. Проблема оказалась сложнее, чем это выглядело после наблюдений на примитивных организмах. Вместе с тем именно первые факты, полученные в опытах на нематоде Caenorhabditiis elagans, стали основой для изучения клеточной смерти.
Будучи естественным механизмом структурного гомеостаза, апоптоз включается в патогенез многих болезней, в том числе инфекционной природы. С идеями апоптоза связано управление гиперпластическими, дегенеративными, атрофическими и воспалительными процессами, составляющими сущность онкологических, аутоиммунных, инфекционных и прочих заболеваний. Впереди много сюрпризов, которые не оставят равнодушными теоретиков и практиков медицины, послужив развитию представлений о живой материи и ее двух основополагающих процессах — жизни и смерти.