Журнал «Здоровье ребенка» 4(19) 2009

Введение

Среди множества молекулярных эффекторов системы неспецифической защиты респираторного тракта металлосвязывающие белки — лактоферрин, калпротектин — занимают особое место [41, 48, 49, 52, 67, 69].

Лактоферрин (ЛФ) был идентифицирован в 1939 году в коровьем молоке, в 1960 году в женском молоке, а в последующем во всех экскретах экзокринных желез [13, 24, 68]. В бронхоальвеолярной жидкости концентрация ЛФ превосходит уровень содержания других противоинфекционных молекулярных агентов системы неспецифической защиты респираторного тракта [23, 68].

Краткая характеристика лактоферрина

Лактоферрин (80 kDa) — железосвязывающий гликопротеин (ЛФ, LTF, лактотрансферрин, GIG12, HLF2, ингибирующий рост белок 12), который является эволюционно самым молодым представителем семейства трансферринов — катионоактивных железосвязывающих гликопротеинов [1, 15, 38, 74]. Семейство трансферринов также включает трансферрин, овотрансферрин, меланотрансферрин и ингибитор карбоангидразы [13]. Ген ЛФ, расположен на хромосоме 3 (3q21-q23) (gene ID: 4057). Полипептидная цепь молекулы ЛФ, состоящая из 692 аминокислотных остатков, свернута в два симметричных гомологичных лепестка, каждый из которых способен связать по одному иону Fe³⁺ и CO₃^2–. ЛФ может связывать ионы не только железа, но и меди, цинка, марганца, галлия и, возможно, ванадия. Лепестки молекулы ЛФ соединены 11-членным α-спиральным мостиком (рис. 1). ЛФ представлен тремя молекулярными изоформами — ЛФ-α, ЛФ-β, ЛФ-g, две из которых — ЛФ-α, ЛФ-β — обладают рибонуклеазной активностью. Молекула ЛФ высокоустойчива к протеолитической деградации трипсиноподобными ферментами [66].

ЛФ присутствует практически во всех биологических жидкостях человека. Наиболее высокий уровень концентрации ЛФ отмечается в молозиве и молоке (3–7 мг/мл), в слезной жидкости, слюне (1–4 мг/мл), бронхоальвеолярной жидкости (0,1–1 мг/мл). В просвете кишечника и репродуктивных органов концентрация ЛФ значительно ниже [13, 43]. В сыворотке крови концентрация ЛФ в состоянии здоровья колеблется на уровне 0,2–0,6 мкг/мл. При активации нейтрофилов она резко увеличивается и может достигать 200 мкг/мл. Считают, что высокий уровень содержания ЛФ в сыворотке крови является одним из важнейших прогностических маркеров развития септического процесса [4, 10, 21].

Индукция синтеза лактоферрина

Взаимодействие патоген-ассоциированных молекулярных структур (PAMP) инфекционных агентов с Toll-подобными рецепторами (TLR) эпителиоцитов и макрофагов респираторного тракта активирует продукцию хемокинов и адгезинов, рекрутирующих в месте поражения циркулирующие нейтрофилы [28]. Нейтрофилы являются основными клетками, которые синтезируют ЛФ, накапливая его в цитоплазме во вторичных гранулах. Активация нейтрофилов сопровождается индукцией митогенактивируемых протеин-киназ (MAPK), протеинкиназы C (PKC), фактора транскрипции NF-κB, обусловливая усиление продукции и высвобождения ЛФ из вторичных гранул. Освободившийся из гранул лактоферрин покидает клетку при помощи механизма аппарата Гольджи и проявляет выраженную активность против бактерий, вирусов, грибов и простейших [3, 25, 30, 44, 64, 70, 72]. ЛФ синтезируется не только нейтрофилами, но и эпителиальными клетками подслизистых желез. В эпителиальных клетках ЛФ не накапливается в цитоплазме и, высвобождаясь из клетки, располагается непосредственно на апикальной наружной поверхности мембраны эпителиоцита [26].

Механизм действия лактоферрина

Противоинфекционное действие лактоферрина

ЛФ обладает антибактериальным, противовирусным, противогрибковым и антипаразитарным действием (рис. 2).

ЛФ, как компонент первой линии противоинфекционной защиты, проявляет бактериостатическое и бактерицидное действие, которые направлены преимущественно против грамположительной флоры [13, 27, 54, 55, 73]. Бактериостатическое действие ЛФ обусловлено высоким аффинитетом его молекулы к ионам Fe³⁺. Секвестрация железа ЛФ приводит к снижению концентрации ионов Fe³⁺ в окружающей микросреде. Ограничение обеспечения железом обусловливает ингибицию роста бактериальных колоний [60]. Бактерицидное действие ЛФ связано с непосредственным взаимодействием положительно заряженного N-терминального домена его молекулы с отрицательно заряженными липидами мембраны бактерий, что приводит к деполяризации мембраны и выходу из бактериальной клетки ионов K⁺ [19]. ЛФ также оказывает протеолитическое действие на ДНК, гепарин и гликозаминогликаны инфекционных агентов [50]. ЛФ способен гидролизировать белки мембраны Escherichia coli, Haemophilus influenzae за счет наличия в N-терминальном домене его молекулы последовательности с сериновой протеиназной активностью [35, 58]. Амфифильные области N-терминального домена молекулы ЛФ обладают способностью связываться с мембранными поверхностными молекулярными структурами бактерий, такими как порины, липополисахариды [12, 40, 59].

ЛФ обладает антибактериальным синергизмом действия с другими антимикробными пептидами, в частности, с лизоцимом и секреторным ингибитором лейкопротеазы (SLPI) [65].

Для ЛФ характерна уникальная антипленочная активность. Бактериальная биопленка представляет колонии прикрепленных к поверхности клеток макроорганизма бактерий, которые, как в кожух, заключены в гидратированную полимерную матрицу. Известно, что сигналом для формирования бактериальной биопленки является определенная концентрация ионизированного железа. Снижение концентрации ионов железа за счет секвестрирующей активности ЛФ обусловливает изменение типа движения фимбрий грамотрицательных бактерий. Показано, что данный тип движения фимбрий, в частности, у Pseudomonas aeruginosa, не позволяет бактерии прикрепиться к поверхности клеток хозяина и начать формирование микроколоний, за счет этого подавляется развитие бактериальной биопленки [9]. Антипленочная активность ЛФ наблюдается даже при очень низкой его концентрации (0,02 мг/мл). Прямое подавление роста бактерий наблюдается при значительно более высоких концентрациях ЛФ (выше в пять и более раз) [45, 64].

ЛФ ингибирует экспрессию на поверхности эпителиальных клеток гепаран-сульфата [38], что приводит к снижению адгезии инфекционных агентов.

Некоторые бактерии в ходе эволюции приобрели механизмы защиты от действия ЛФ. Так, Str.рneumoniae при помощи мембранного белка А нейтрализует ЛФ; Mоxarella и Neissereaceae spp., присоединяясь специфическими рецепторами к ЛФ, акцептируют железо от молекулы ЛФ [8, 57, 62].

У ЛФ отмечена фунгицидная активность по отношению к Candida [2, 71] и Aspergillus fumigatus [22, 46]. Противогрибковая активность ЛФ связана с его способностью индуцировать внутриклеточные аутолитические процессы, нарушать целостность клеточной мембраны грибов и конфисковывать ионы железа у микроорганизмов [14, 75].

Антибактериальная и противогрибковая активность ЛФ находится в обратно пропорциональной зависимости от внеклеточной концентрации ионов K⁺, Na⁺, Ca²⁺ и Mg²⁺ [31, 71].

На ранних этапах инфекционного процесса ЛФ обладает противовирусным действием на респираторнотропные вирусы — вирусы гриппа, респираторно-синцитиальный, аденовирус. Считают, что лактоферрин, связываясь с вирусными структурными полипептидами или с их клеточными рецепторами макроорганизма, пространственно разобщает инфекционный агент и рецептор [6, 17, 36, 37]. ЛФ оказывает ингибирующее действие и на ВИЧ, вирусы гепатита B, С, ротавиры, цитомегаловирус [5, 11].

Показано, что не только целая молекула ЛФ, но и ее молекулярные фрагменты, возникающие при протеолитическом расщеплении, обладают выраженным бактерицидным действием. Так, показано, что катионные фрагменты ЛФ — лактоферрицин и лактоферрампин — оказывают более мощное бактерицидное и противогрибковое действие, чем ЛФ [53, 76].

Иммуномодулирующее действие лактоферрина

Влияние на клетки макроорганизма ЛФ реализует, взаимодействуя с мультилигандными рецепторами — LRP1, LRP2 (low-density lipoprotein receptor-related proteins-1, -2), которые расположены на макрофагах, тромбоцитах, и со специфическим лактоферриновым рецептором, который экспрессируется на моноцитах, лимфоцитах, гепатоцитах, эпителиоцитах тонкого кишечника. После взаимодействия с рецепторами ЛФ интернализуется клеткой. ЛФ также может взаимодействовать с дрейфующим между мембранной поверхностью и клеточным ядром поверхностным нуклеолином. Проникая в ядро клетки, ЛФ, связываясь со специфическими участками ДНК, регулирует процессы транскрипции генов, продукты которых участвуют в регуляции разнообразных физио- и патофизиологических процессов [28].

ЛФ обладает иммуномодулирующей активностью, вызывая как про-, так и противовоспалительные эффекты [29, 34, 77]. R. Fischer и соавт. [61] было показано, что ЛФ является ранним модулятором антигенного ответа, который контролирует соотношение продукции IL-12 и IL-10.

Провоспалительное действие лактоферрина

Показано, что ЛФ модулирует миграцию и активацию антигенпрезентирующих клеток [56], усиливает пролиферацию и индуцирует NK-клетки, CD4⁺-, CD8⁺-Т-лимфоциты [42, 63]. Экспериментально показано, что под влиянием ЛФ усиливается Th₁ направленность иммунного ответа, обусловливая усиление противоинфекционной защиты организма, в частности, против золотистого стафилококка [20].

Противовоспалительное действие лактоферрина

Противовоспалительный эффект ЛФ обусловлен преимущественно его способностью связываться с такими РАМР, как ЛПС и неметилированные CpG бактериальной ДНК. Нейтрализуя данные РАМР, ЛФ препятствует их взаимодействию с TLR и, как следствие, продукции провоспалительных цитокинов — ТНФ-a, IL-1, IL-6, IL-8 и других [13, 18, 32, 47]. По мнению O.M. Conneely [13], поскольку существуют рецепторы к ЛФ на поверхности моноцитов, макрофагов, лимфоцитов, то ЛФ может непосредственно ингибировать продукцию провоспалительных цитокинов. Показано, что ЛФ снижает уровень генерации активированных кислородсодержащих метаболитов в респираторном тракте, в частности, у лиц, больных атопической бронхиальной астмой [33]. Противовоспалительная деятельность ЛФ также связана с его высоким аффинитетом к иммобилизированному гепарину, гепаран-сульфату мембраны клеток, что позволяет ЛФ предупреждать влияние IL-8 [18].

ЛФ ингибирует экспрессию на поверхности эпителиальных клеток E-селектина и ICAM-1 [38].

Антиоксидантное действие лактоферрина

ЛФ является мощным антиоксидантом: секвестрация ЛФ ионов железа способствует снижению продукции активных кислородсодержащих метаболитов H₂O₂ и .OH (рис. 3) [33].

Другие действия лактоферрина

Показано, что ЛФ обладает антитромбоцитарной, болеутоляющей, противоопухолевой (на ранних стадиях карциногенеза) активностью. ЛФ подавляет ангиогенез, участвует в обмене железа, регулирует репродуктивную функцию, а также является фактором роста для костной ткани, фосфорилируя киназу p42/44 MAP в первичных остеобластах [16, 51]. ЛФ может оказывать как стимулирующее, так и ингибирующее действие на миелопоэз [7].

Заключение

Лактоферрин является одним из основных молекулярных эффекторов системы неспецифической защиты респираторного тракта, продукция которого индуцируется в ответ на взаимодействие макроорганизма с инфекционными агентами. В респираторном тракте ЛФ оказывает антибактериальное, противовирусное, противогрибковое, иммуномодулирующее и антиоксидантное действия, способствуя процессу саногенеза.