Ліпоксини: природний спосіб вирішити запалення

Джаяшрі Чандрасехаран

Лабораторії досліджень раку Х.М.Блі, кафедра мікробіології та імунології, Чиказька медична школа, Медичний та науковий університет Розалінд Франклін, Північний Чикаго, Іллінойс, США

Нілам Шарма-Валія

Лабораторії досліджень раку Х.М.Блай, кафедра мікробіології та імунології, Медична школа Чикаго, Університет медицини та науки Розалінд Франклін, Північний Чикаго, Іллінойс, США

Анотація

Відеореферат

Завантажте відеофайл. (80 млн., Avi)

Вступ

У відповідь на інфекцію, травму та запальні подразники хімічні медіатори вивільняються як регулятори імунної відповіді. Ліпоксини - одна з таких протизапальних молекул, що розсмоктуються, яка секретується імунними клітинами, такими як нейтрофіли та макрофаги.1,2 Ліпоксини були вперше виділені з людських лейкоцитів Серханом та співавт. Вперше описані як нова серія сполук із чотирма кон'юговані подвійні зв’язки.3 Ліпоксини є метаболітом шляху арахідонової кислоти, який був добре вивчений Хамбергом та Самуельссоном.4 Шляхи арахідонової кислоти відіграють важливу роль у запаленні, виробляючи кілька протизапальних молекул.5

Синтез ліпоксину. Три основні ліпоксигенази (LO), такі як 5-LO, 15-LO та 12-LO, беруть участь у синтезі ліпоксину з арахідонової кислоти.

Примітки: На першому шляху синтезу ліпоксину LTA4 діє на 12-LO і перетворюється на ліпоксини. Другий шлях синтезу ліпоксинів включає дію ряду активностей ліпоксигенази (5-LO в нейтрофілах і 15-LO в еритроцитах) на арахідонову кислоту, яка потім перетворюється на 15-HEPTE. Ліпоксини утворюються з 15-HEPTE під дією або 5-LO, або 12-LO. Третій шлях - це утворення епіліпоксину А4 або спричиненого аспірином ліпоксину (ATL) та епіліпоксину В4, покоління якого залежить від аспірину. Жодна заливка не являє собою ферменти, тоді як сіра заповнена - метаболіти або кінцеві продукти.

Скорочення: 15-HPETE, 15-гідроксипероксиеікозатетреєнова кислота; ЦОГ-2, циклооксигеназа-2; FLAP, активуючий 5-ліпоксигеназу білок; LTA4, лейкотрієн A4.

Ліпоксин та епіліпоксин взаємодіють з ALX/FPR2, і ця взаємодія призводить до запуску декількох клітинних подій, що відбуваються протягом секунд або хвилин (рис. 2). Дослідження, проведене на ендотеліальних клітинах пупкової вени людини, показує, що відбувається стимуляція ALX/FPR2 в перинуклеарну область при стимуляції ліпоксином.38 Інтерналізація ALX/FPR2 має вирішальне значення для протизапальної дії ліпоксинів.34

вплив ліпоксинів на цитоплазматичні сигнальні каскади та фактори транскрипції.

Скорочення: AP-1, активатор білка-1; DAG, діацил-гліцерин; EGR1, ген ранньої реакції на ріст 1; ERK, позаклітинна регульована сигналом кіназа; ІЛ-8, інтерлейкін 8; IP3, інозитолтрифосфат; ЯК, кіназа Януса; МЕК, активована мітогеном протеїнкіназа кіназа; МРО, мієлопероксидаза; mTOR, мішень для ссавців рапаміцину; NAB1, зв'язуючий білок 1 NGFIA; NFκB, Ядерний фактор κB; Nrf2, ядерний фактор, як 2; ONOO, аніон пероксонітриту; PI3K, фосфатидилінозитол-4,5-бісфосфат 3-кіназа; PLD, фосфоліпаза D; PPAR, рецептор, що активується проліфератором пероксисоми; SAA, амілоїд A в сироватці крові; TNFα, фактор некрозу пухлини альфа; SOCS, супресори сигналізації цитокінів; PIPP, поліізопренілфосфат.

Інтерналізація ALX/FPR2 при стимуляції ліпоксином відбувається залежно від часу. 33,34 Дослідження Мадерни та співавт. Показує, що в нестимульованих клітинах ALX знаходиться переважно на поверхні клітини. Через 5 хвилин стимуляції ліпоксину ALX можна було виявити як на внутрішньому, так і на зовнішньому листках плазматичної мембрани. Через 15 хвилин ALX виявляється в ендосомі, а згодом - у пізньому відділі ендосома – лізосома. Через 120 хвилин ALX відновлює свою поверхневу експресію.39 Інтерналізація рецептора ALX є критично важливою для фагоцитозу.35 Мадерна та ін. Показали, що на інтерналізацію рецептора впливає обробка інгібітором фосфокінази C. Було виявлено, що фосфо-кіназа С бере участь у інтерналізації рецептора ALX шляхом опосередкованого кавеоліном ендоцитозу, який також включає ліпідні плоти. Ліпоксини індукують фагоцитоз апоптотичних клітин шляхом перебудови актинових ниток. Інтерналізація ALX/FPR2 на ліпідні плоти може безпосередньо сприяти перебудові актину та допомозі у фагоцитозі. 39,40

Роль ліпоксинів у місці запалення

Нейтрофіли відіграють життєво важливу роль у вродженій імунній відповіді на інфекції.41 Своєчасний набір нейтрофілів до місця запалення з подальшим їх очищенням допомагає усунути запалення. 42,43 Ліпоксини допомагають у міграції нейтрофілів до місця запалення, збільшуючи їх цитозольність рівень кальцію (Ca 2+). 44 Збільшення Ca 2+ сприяє складанню елементів цитоскелета, які допомагають нейтрофілам розширювати свої псевдоподи та ініціювати трансендотеліальну міграцію. 45 Нейтрофіли також потрібно очищати від вогнища запалення після дії на конкретний збудник. Баланс у життєвому циклі нейтрофілів є важливим для уникнення пошкодження тканин.46 Затримка апоптозу нейтрофілів є однією з основних причин таких захворювань, як гострий респіраторний синдром47 та рак.48 Ліпоксини також допомагають очистити нейтрофіли від місця зараження та вирішити запалення.

Макрофаги вербуються до місця зараження після нейтрофілів. Макрофаги потрібні для фагоцитизації мертвих клітин та патогенних мікроорганізмів у місці зараження, а збільшення виживання макрофагів полегшує очищення інфекції/запалення.58 Ліпоксини також сприяють усуненню запалення, затримуючи апоптоз макрофагів. Ліпоксини стимулюють швидку активацію фосфатидилінозитол-4, 5-бісфосфат 3-кінази (PI3K)/Akt та позаклітинних регульованих сигналом кінази (ERK)/ядерного фактора типу 2 (Nrf2), які відіграють відповідну роль у інгібуванні апоптозу у макрофагах (рисунок 2) .59

Надмірна адаптивна імунна відповідь може призвести до запалення, пошкодження тканин та аутоімунних захворювань.60 Зниження вироблення антитіл після запалення та зменшення вироблення антитіл проти власних антигенів є життєво важливими для усунення запалення та запобігання аутоімунних захворювань.61 Дослідження Рамона та співавт. Показує, що ліпоксин А4 завдяки своєму рецептору ALX/FPR на поверхні В-клітини зменшує вироблення та проліферацію В-клітинних антитіл пам'яті.62. Крім того, Т-клітинні секретуються цитокіни, такі як фактор некрозу пухлини альфа (TNFα), що сприяє запаленню та захворюванням такі як артрит та запальні захворювання кишечника, можуть інгібуватися ліпоксином.63 Отже, ліпоксини, епіліпоксини та ALX можуть відкрити нові можливості для розробки нових методів лікування, спрямованих на вирішення, які можуть ефективно контролювати запалення.

Показано, що активація опосередкованого ліпоксином ALX інгібує передачу сигналів фосфоліпази D (PLD) та генерацію аніонів супероксиду. Як повідомляється, серед них активність PLD регулюється за допомогою сигналізації поліізопренілфосфату (рис. 2), який виконує функцію перемикача сигналізації "зупинки" для ATL A4.64 PLD каталізує перетворення фосфатидилхоліну у фосфатидат і холін і відіграє ключову роль у клітинному рості, проліферації, метастазуванні, трансформації клітин, ангіогенезі та цілі ссавців сигналізації рапаміцину, везикулярної торгівлі та ендоцитозу. 65 PLD є потенційною мішенню для раціонального розвитку терапевтичних засобів проти раку та захворювань, пов’язаних із запаленням.

Ліпоксини та фактори транскрипції

Багато відомо про сигнальні шляхи ліпоксинів та їх механізм дії для усунення запалення; однак їх дію на фактори транскрипції, які беруть участь у запаленні, ще слід вивчити. NFκB та AP-1 відіграють важливу роль у контролі експресії декількох генів, що беруть участь у запаленні, таких як Е селектин, TNFα, IL-8 та IL-1β.66 Супероксид та оксид азоту, що виділяються в місці пошкодження, реагують, утворюючи стабільну ONOO.54 ONOO збільшує ядерне накопичення факторів транскрипції, таких як NFκB та AP-1, сприяючи запаленню.56 Ліпоксини та епіліпоксини пригнічують утворення ONOO у місці запалення та послаблюють накопичення NFκB та AP-1 в ядрі.

Ліпоксини також контролюють експресію гена ранньої реакції росту 1 (EGR1). EGR1 активується в антигенно стимульованих Т-клітинах. EGR1 контролює транскрипцію прозапальних цитокінів IL-2 та TNFα у Т-клітинах.67 Крім підвищення рівня запальних цитокінів, EGR1 також збільшує експресію ядер NFκB та AP-1 та сприяє утворенню та запаленню пухлини.68 Транскрипційний репресор NAB1 знижує регуляцію експресії EGR1.69 Дослідження показують, що в нейтрофілах ліпоксини підвищують експресію NAB1, і це допомагає знизити рівень EGR1 та контролювати запалення (Рисунок 2) .70

Гамма-рецептор, що активується проліфератором пероксисоми (PPARγ), є фактором транскрипції, який знижує регуляцію запалення.71 Встановлено, що наявність ліпоксинів підвищує рівень PPARγ та гена ліпокаліну, пов'язаного з нейтрофільною желатиназою (NGAL). Хронічне запалення у новонароджених пов’язане з погіршенням активності ліпоксину в нейтрофілах та зменшенням експресії PPARγ.72. PPARγ пов'язується з геном-мішенню NGAL, експресованим у тканинах, які зазнають впливу мікроорганізмів, та сприяє апоптозу нейтрофілів.73

Nrf2 є фактором транскрипції, який регулює експресію елемента антиоксидантної відповіді, який бере участь у виробництві антиоксидантів та ферментів детоксикації.74 Nrf2 сильно експресується в активованих макрофагах, щитовидних залозах та органах детоксикації, таких як печінка, нирки та легені .75 Дослідження показало, що на етапі розсмоктування запалення в місці запалення виявляється підвищена кількість 15-дезокси простагландину J2 (15-dPGJ2) .76 Дослідження Itoh та співавт. Показало, що 15-dPGJ2 інгібує накопичення ядер NFκB та AP-1, активує PPARγ для регулювання прозапальних шляхів, а також активує Nrf2. Активований Nrf2 інгібує TNFα-опосередковану індукцію молекули-1 адгезії судинних клітин, що важливо для рекрутингу моноцитів до місця запалення.77 Ліпоксини відіграють важливу роль у вирішенні запалення шляхом активації Nrf2 та затримки апоптозу макрофагів.59

Ліпоксини та їх клінічне значення

У цьому розділі представлена дискусія про клінічну важливість ліпоксинів, особливо пов’язаних із запаленнями, що виникають при захворюваннях нирок, дихальних шляхів, раку, нейродегенеративних захворюваннях та вірусних інфекціях.

Захворювання нирок та запалення

Нирки беруть участь у очищенні відходів з крові, отже, вони отримують великий обсяг крові для очищення. Коли нирка стикається з патогенними мікроорганізмами, спостерігається посилена інфільтрація лейкоцитів з подальшим запаленням.78 Якщо пошкодження нирок і запалення не усуваються своєчасно, це призводить до хронічної хвороби нирок і в кінцевому підсумку завершує ниркову недостатність.79 Ліпоксини інгібують інфільтрацію нейтрофілів у нирок і обмежує пошкодження тканин. 80

Фіброз нирок є загальним проявом хронічної хвороби нирок.81 Трансформуючий фактор росту (TGF) β1 індукує фіброзні стани нирок шляхом зниження регуляції міРНК let-7c. Коли клітини епітелію попередньо обробляють ліпоксином, спостерігається збільшення рівня міРНК let-7c. let-7c міРНК націлена на рецептор 1 TGFβ, життєво важливий компонент сигналізації TGFβ1, який регулюється при фіброзі нирок.82

Показано, що ліпоксини та епіліпоксини ефективні при лікуванні моделі миші з гострою нирковою недостатністю.83 Миші з нирковою недостатністю при лікуванні ліпоксинами мають підвищений рівень пригнічувачів мРНК сигналізації цитокінів (SOCS-1, 2). 84 SOCS зв’язується з Янусом кінази та інших цитокінових рецепторів для придушення дії цитокінів та зменшення запалення.85 Разом ці дослідження підтримують концепцію лікування запалення нирок ліпоксинами.

Рак та запалення

Захворювання дихальних шляхів та запалення

Астма є поширеною запальною хворобою обструкції дихальних шляхів, спричиненою дефектом метаболізму арахідонової кислоти.101,102 Дослідження на моделі астми на тваринах показало, що секреція ліпоксину знижується через окислювальний стрес та активність розчинної епоксидної гідролази.103 Введення епіліпоксину до моделей астми показало значне зменшення гіперчутливості та запалення дихальних шляхів.104 Крім астми, хронічна обструктивна хвороба легень є ще однією хворобою запалення дихальних шляхів, пов’язаною з тривалим впливом легенів на такі подразники, як сигаретний дим та інші забруднюючі речовини, що знаходяться в повітрі. При хронічній обструктивній хворобі легенів спостерігається надмірна експресія реактивного білка C та SAA.105 C реактивний білок і SAA зв'язуються з ALX, щоб сприяти запаленню та інгібувати передачу сигналів ліпоксину.106 Якщо ліпоксини присутні в достатній кількості, це може запобігти зв'язуванню SAA з ALX/FPR2, тим самим допомагаючи у вирішенні запалення

Програма досліджень важкої форми астми 3 в даний час проводить клінічне випробування в Бостонській дитячій лікарні та лікарні Бригама та жінок, щоб зрозуміти, як кортикостероїди, що застосовуються для лікування астми, впливають на вироблення ліпоксину.

Нейродегенеративні захворювання

Черепно-мозкова травма спричиняє порушення гематоенцефалічного бар'єру та запалення, що потенційно може призвести до смерті. Встановлено, що лікування ліпоксином у моделі черепно-мозкової травми зменшує розпад гематоенцефалічного бар'єру та об'єм ураження. Ліпоксини пригнічують активацію шляхів ERK та кінцевих кіназ Jun-N та контролюють запалення, знижуючи регуляцію секреції прозапальних цитокінів, таких як TNFα, IL-1β та IL-6.113. Ці дослідження підкреслюють потенціал використання ліпоксинів у лікуванні нейродегенеративних захворювань, що вражають головний мозок та спинний мозок.

Вірусні інфекції

Вірус грипу H5NI викликає важку імунну відповідь у людей.114 Вірус грипу H5NI викликає стійку запальну реакцію та інгібування опосередкованих ліпоксином протизапальних реакцій. Два основні протизапальні гени: арахідонат 5-ліпоксигенази (ALOX5), ген, відповідальний за синтез ліпоксину, і ген, що кодує SOCS-2, були знижені при вірусної інфекції. З іншого боку, виявлено, що кілька генів, що беруть участь у прозапальних цитокінах, таких як TNFα та інтерферон-γ, регулюються.115 Потрібні подальші дослідження, щоб зрозуміти вплив протизапального шляху ліпоксину та патогенезу H5N1.

Респіраторно-синцитіальний вірус викликає інфекцію нижніх дихальних шляхів, заражаючи макрофаги легенів та епітеліальні клітини.116,117 Існує два типи макрофагів, які відіграють важливу роль під час зараження респіраторно-синцитіальним вірусом - класично активовані макрофаги та альтернативно активовані макрофаги. На початкових стадіях зараження класично активовані макрофаги стимулюють вироблення прозапальної ЦОГ-2.118 На пізніх стадіях зараження відбувається розминення запалення шляхом стимуляції альтернативно активованих макрофагів, які протидіють спочатку стимульованій прозапальній реакції, викликаючи протизапальні цитокіни подібно до IL-10, ліпоксину та резольвінів.119 Дослідження показує, що коли активовано протизапальний шлях LO, вони сприяють диференціації альтернативно активованих макрофагів і допомагають вирішити гіперреактивність дихальних шляхів. Вимкнення шляху COX-2 було запропоновано як механізм сприяння активності LO та вирішення патогенезу легенів.118,120

Вірус Епштейна – Бар (EBV) - це вірус герпесу людини, який був виявлений у різних лімфомах, 121–123, як правило, в латентній фазі.124 Перехід від латентного до літичного циклу призводить до руйнування клітин пухлини, а також викликає імунну відповідь.125 NFκB, фактор транскрипції, який відіграє важливу роль у запаленні, конститутивно активізується при декількох типах раку.126.127 Білки латентної мембрани, кодовані EBV, пригнічують літичний цикл128, а також посилюють експресію NFκB.129–132 Дослідження показує що лікування аспірином щодо EBV-позитивної лімфоми зменшує ядерну транслокацію NFκB та сприяє літичному циклу. Аспірин можна використовувати в комбінації з іншими протипухлинними препаратами для ефективного лікування EBV-позитивних лімфом.

Інший вірус герпесу людини, який називається вірусом герпесу, асоційованим з саркомою Капоші (KSHV), є гамма-вірусом герпесу, асоційованим із саркомою Капоші (KS), первинною випотною лімфомою (PEL) та мультицентричною хворобою Каслмена. 134–138 Конститутивна активація NFκB спостерігалась у Інфіковані KSHV клітини PEL у порівнянні з неінфікованими клітинами В-клітинної лімфоми. Показано, що NFκβ є важливим для виживання та поширення KSHV; отже, інгібітори NFκβ важливі для лікування KS та PEL.139,140 Інгібітори NFκB належать до трьох функціональних категорій: інгібують протеасомну деградацію IκB, інгібують фосфорилювання IκB та інгібують транслокацію NFκB в ядро. Аспірин є інгібітором NFκB, який блокує фосфорилювання IκB. Дослідження з використанням інгібітора фосфорилювання Iκβ Bay11-7082 показало багатообіцяючі результати в апоптозі клітин, інфікованих KSHV.139, 140 Це свідчить про можливе використання інгібіторів NFκB для лікування KS.139

Багато досліджень показали, що прозапальні шляхи регулюються при інфекції KSHV. 141–149 Клітини KS демонструють помітне збільшення запальних білків, таких як COX-2, простагландин E2 та 5-LO.141–149. Наші попередні дослідження показують, що використання інгібіторів ЦОГ-2 допомагає спрямувати PEL та покращити патогенез KS KS.141–149

Висновок

Подяка

Ми вдячні професору Балі Чандрану та Кіту Філіберту за пропозиції та критичне прочитання рукопису. Автори вдячні стартовим фондам медицини та науки Університету Розалінд Франклін, премії вченого Швепе та гранту Американського онкологічного товариства-Іллінойс (279196) за підтримку їх роботи, пов'язаної з цією темою.