Динамика изменений провоспалительных цитокинов в отдаленном периоде после воздействия различных доз гамма-радиаций

В работе исследована динамика изменений противовоспалительных цитокинов в периферической крови в условиях воздействия различных доз гамма-радиаций в отдаленном периоде. Установлено, что в отдаленном периоде после воздействия различных доз гамма-радиаций изменяется цитокиновый профиль в зависимости от доз радиации, что определяет состояние иммунной регуляции в клеточном и гуморальном звеньях иммунитета.

Цитокинам принадлежит роль в регуляции межклеточных взаимодействий как в норме, так и при различных патологических состояниях. Универсальность действия цитокинов связана с полипептидной природой и участием в формировании регуляторных сигналов для клеток мишеней при взаимодействии на организм различных факторов [1], как медиаторы межклеточных взаимоотношений в иммунной системе участвуют в реализации физиологических функции [2], активно вовлекаются в формирование и регуляцию защитных реакций организма [3]. Иммунные клетки, и секретируемые ими цитокины играют важную роль в процессах адаптации [1-3].

Роль провоспалительных цитокинов в регуляции иммунного ответа и их участие в патогенезе лучевых воздействий в последние годы интенсивно изучаются, однако отдаленные эффекты цитокинов на иммунные механизмы изучены недостаточно.

Оценка цитокинов дает возможность изучению иммунорегуля-торных медиаторов, позволяет получить информацию о функцио-нальной активности различных типов иммунокомпетентных клеток, о тяжести воспалительного процесса, о соотношении процессов Т- хелперов 1-го и 2-го типов [4].

Основная биологическая активность цитокинов – регуляция иммунного ответа на всех этапах его развития. В связи с этим актуальным является изучение особенностей спонтанной продукции провоспалительных цитокинов в условиях сублетального, фракционированного и малой дозы облучения в отдаленном периоде с целью оценки степени влияния ионизирующего излучения на состояние иммунной системы.

Цель работы – изучить динамику изменений противовоспалительных цитокинов в периферической крови в условиях воздействия различных доз гамма- радиаций в отдаленном периоде.

Материал и методы исследования.

Эксперимент выполнен на 55 белых беспородных половозрелых крысах, которые были разделены на 4 группы. Первую группу составили интактные животные (n=10), 2, 3 и 4- опытные группы по 15 животных в каждой группе, все подопытные животные облучались на российском радиотерапевтическом устройстве «Агат-РМ» гамма лучами ⁶⁰ Со. Животные 2 группы поверглись сублетальной дозе гамма-излучения в 6 Гр., 3 – группа - фракционированной дозе гамма-излучения (по 2 Гр х 3 раза в течение 3 недель) и 4 – группа – малой дозе гамма- излучения (0,2 Гр).

Для определения отдаленных эффектов цитокиновый профиль у подопытных животных определяли через 3 месяца после воздействия ионизирующих гамма- излучений. В периферической крови у всех животных определяли уровень провоспалительных ферментов - ИЛ-2, ИЛ-6, TNF-а и INF-у. иммуноферментным методом на аппарате «Униплан» (Россия).

Цифровой материал обработан статистическим методом [5]. 

Результаты исследования и обсуждение

Одними из ключевых противовоспалительных цитокинов, участвующих в реализации иммунного ответа являются ИЛ- 2, ИЛ-6, INF-y, TNF-а и другие. Из таблицы 1 видно, что при сублетальном гамма-радиации в дозе 6 Гр в отдаленном периоде после сублетального гамма-излучения отмечается достоверное снижение уровня ИЛ-2 в 1,28 раза.

Как известно, ИЛ-2 является важным провоспалительным цитокином, который стимулирует пролиферацию и дифференцировку активированных Т-лимфоцитов в эффекторное Th лимфоциты или цитотоксические Т- клетки, стимулирует крупные гранулярные лимфоциты, макрофаги и В-лимфоциты. В свою очередь ИЛ-2 секретируется СД4+Т-лимфоцитами, а также Т-клетками некоторых других субпопуляций лимфоцитов. Мишенями регуляторного действия ИЛ-2 являются субпопуляции Т- клеток, В-клетки, натуральные киллеры и макрофаги. Все эти клетки имеют соответствующий рецептор для восприятия сигнала от ИЛ-2.

Таблица 1 – Состояние провоспалительных цитокинов в отдаленном периоде после воздействия сублетальной дозы гамма-
радиации в дозе 6 Гр

ИЛ-2 усиливает В-клеточный рост и синтез иммуноглобулинов, интерферона (INF-y), модулирует экспрессию рецептора ИЛ-2 [6]. Основным результатом действия ИЛ-2 является обеспечение пролиферации, что определяет его в качестве типичного росткового фактора клеток лимфомиелоидного комплекса.

Раннее нами в эксперименте получено, что в отдаленном периоде после действия сублетальной дозы гамма- излучения отмечается повышение числа субпопуляций Т- лимфоцитов с хелперной и понижение Т-лимфоцитов с супрессорной активностью [7], следствием этого, по- видимому, происходит уменьшение цитокинпродуцирующей способности Т-клетками с супрессорной активностью, и это отражается на спонтанной секреции ИЛ-2. Недостаточный уровень ИЛ-2 вызывает дисрегуляцию в иммунной системе, снижает процесс пролиферации в клеточном и гуморальном звеньях иммунитета, что наблюдается и в отдаленном периоде после воздействия сублетальной дозы гамма-радиации.

Анализ фактического материала показывает, что в отдаленном периоде достоверно снижены уровни ИЛ-6 в 2,1 раза и TNF-a в 1,23 раза. Как известно, ИЛ-6 усиливает пролиферацию и дифференцировку В-клеток, способен блокировать синтез ИЛ-1в. Подавление уровня ИЛ-6 способствует ослаблению образования антител и снижению пролиферации и дифференцировки В-клеток [8].

Взаимодействие поврежденных клеток и иммунокомпетентных клеток приводит к массивному выбросу провоспалительных цитокинов, в том числе и TNF- а.

Одним из ведущих цитокинов, способствующих развитию воспалительного процесса является TNF-а [9,10].

Повышение содержания СД4+ и снижение содержания СД8+ Т-лимфоцитов в нашем эксперименте сопровождается значительным снижением уровня провоспалительных цитокинов (TNF-а, ИЛ-6). Как известно, при высоком синтезе TNF-а подает сигнал смерти через рецептор TNF-а 1-го типа и Fas-антиген, индуцирующие каскад реакций, приводящих к апоптозу СД4+ клеток. Низкий уровень ИЛ-6 свидетельствует об усилении функциональной активности Th1. Изменение цитокиновой регуляции, проявляющееся снижением уровня ИЛ-6 и TNF-а, влияет на регуляторную функцию иммунной системы, что способствует дифференцировке и активности цитотоксических Т- лимфоцитов [11,12]. Из всех провоспалительных клеток ИЛ- 2 оказывает четкий стимулирующий эффект на выработку TNF-а дуцидуальными клетками.

В нашем эксперименте в отдаленном периоде после сублетальной дозы гамма-излучения существенно повышается уровень INF-y в 1,95 раза. INF-у усиливает специфический иммунитет относится к цитокинам, определяющим ранние цитокиновые реакции организма на введение антигенов.

Повышенный уровень INF-у как одного из регуляторных цитокинов иммунной системы, может служить показателем сдвига иммунных реакций в сторону Т-клеточного ответа, активации макрофагов и NK-клеток. Как известно, моноциты/макрофаги, нейтрофилы и лимфоциты являются источниками цитокинов [13]. Реакция системы INF-у способствует развитию первой ранней неспецифической фазы повышения резистентности еще до формирования специфического иммунного ответа [13].

Таким образом, приведенный материал показывает, что в отдаленном периоде после сублетального гамма-излучения сниженная концентраций ИЛ-2, ИЛ-6, TNF-a и повышенная концентрация INF-у. отражает дисрегуляцию в иммунной системе, что проявляется снижением процессов пролиферации и дифференцировки в клеточном и гуморальном звеньях иммунитета.

Результаты наших исследований способствуют пониманию механизмов регуляции иммунных механизмов отдаленном периоде после сублеталного воздействия гамма-радиации. Многие фундаментальные исследования проведены с использованием однократной дозы ионизирующего воздействия, однако ведущим режимом в клинической практике является фракционированная радиотерапия. Поэтому мы исследовали цитокиновый профиль в условиях фракционированного воздействия гамма-радиации в отдаленном периоде.

Фракционированное гамма-излучение в отдаленном периоде не вызывает значимых изменений со стороны уровня ИЛ-2 и ИЛ-6 (таблица 2). В этот период достоверно снижены содержания TNF-a в 1,18 раза и TNF-y в 1,38 раза. ИЛ-2, известный как фактор роста Т-лимфоцитов, усиливает функциональную активность натуральных киллерных клеток (NK) и индуцирует дифференцировку лимфоидных клеток с широким спектром цитотоксического действия [14], приводящего к лизису патогенных факторов, в том числе и опухолевых клеток. ИЛ-6 и ИЛ-10 усиливают пролиферацию и дифференцировку В-клеток [15].

ИЛ-2 важный регулятор клеточной активности, вызывает трансформацию NK-клеток в лимфокинактивированные киллеры (LAK), участвующие в процессе отторжения клеток фетального происхождения, продуцируется только активированными Т-клетками и ЛПС-активированными дендридическими клетками [16].

Таблица 2 - Состояние провоспалительных цитокинов в отдаленном периоде после воздействия фракционированного гамма-
радиации

Задержка размножения Т-лимфоцитов проявляется на уровне GO/GI-фазы клеточного цикла, что ведет к длительному пребыванию Т-клеток в состоянии покоя. Подавление пролиферации сопровождается снижением продукции INF-y ТҺ1-лимфоцитами и увеличением продукции ИЛ-4 Th2 -клетками [17].

INF-y - важнейший эндогенный иммуномодулятор, участвовавшего в индукции клеточного иммунитета, способного активировать NK, клеточную цитотоксичность, усиливать выраженность рецепторов главного комплекса гистосовместимости [16].

Взаимодействие поврежденных клеток и иммунокомпетентных клеток приводит к массивному выбросу провоспалительных цитокинов, в том числе и TNF- a. Одним из ведущих цитокинов, способствующих развитию воспалительного процесса является TNF-a [18,19].

В нашем опыте фракционированное действие гамма- радиации в отдаленном периоде снижает уровни TNF-a и TNF-y.

Таким образом, приведенный материал показывает, что в отдаленном периоде после фракционированного воздействия радиации происходит подавление пролиферации в Т-системе иммунитета.

Определенный интерес представляет цитокиновый профиль провоспалительных цитокинов в отдаленном периоде после воздействия малой дозы гамма-излучения. Влияние малой дозы гамма-радиации на цитокины провоспалительного действия в отдаленном периоде представлены в таблице 3.

Под действием малой дозы гамма-излучения в отдаленном периоде имеется тенденция к снижению уровня ИЛ-2 и повышению содержания TNF-a. Содержание ИЛ-6 достоверно возрастает в 1,94 раза и снижается концентрация INF-y в 1,43 раза. Высокое содержание ИЛ-6 усиливает пролиферацию и дифференцировку В-клеток [20]. По данным литературы, источником INF-y служат опосредованные Т-лимфоциты. Среди Т-лимфоцитов продуцентами INF-y являются цитотоксические СД8+- клетки, так и хелперные СД4+-клетки, однако при дифференцировке последних на Thl- и ТҺ2-клетки способность вырабатывать INF-y сохраняют только Thl- клетки.

T аблица 3 - Влияние малой дозы гамма-излучения на цитокиновый профиль в отдаленном периоде

Важнейшей функцией INF-y являются его участие в опосредованном взаимосвязей между лимфоцитами и макрофагами и в регуляции соотношения клеточной и гуморальной составляющих иммунного ответа. Являясь основным продуктом Thl-клеток INF-y снижает секреторную активность Т112-клеток. Таким образом, INF-y усиливает развитие клеточного иммунитета и подавляет проявления гуморального. Следовательно, INF-y играет важную роль в иммунорегуляции, являясь ключевым цитокином клеточного иммунного ответа и ингибитором гуморального иммунного ответа [4]. При повышении уровня INF-y повышается секреторная активность Тх2. В результате всех этих гуморальных взаимодействий INF-y и повышенной продукции ИЛ-6 снижается развитие клеточного иммунитета и повышается проявления гуморальных иммунных реакций.

Выводы:

1. В отдаленном периоде после сублетального гамма- излучения сниженная концентраций ИЛ-2, ИЛ-6, TNF-a и повышенная концентрация INF-у. отражает дисрегуляцию в иммунной системе, что проявляется снижением процессов пролиферации и дифференцировки в клеточном и гуморальном звеньях иммунитета.
2. В отдаленном периоде при действий

фракционированного гамма-радиации происходит

подавление пролиферации в Т-системе иммунитета.

1. В отдаленном периоде после воздействия малой дозы гамма-излучения в периферической крови повышенный уровень ИЛ-6 и низкая концентрация INF-y, свидетельствует об усилении процессов пролиферации и дифференцировки в В-системе и снижения в клеточном звене иммунитета.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Карташова М.Г., Малиновская В.В. Иммунокорригирующая терапия больных саркомой Капоши препаратом виверон // Иммунология. - 2008. - №5. - С. 271-274.
2. Кетлинский С.А., Симбирцев С.А. Цитокины. - СПб.: ООО «Издательство Фоллиант», 2008. - С. 58-63.
3. Кетлинский С.А. Симбирцев А.С. Цитокины. - СПб.: ООО «Издательство Фоллиант», 2008. - С. 95-99.
4. Турдибеков Х.И., Умарова А.А., Хаитова Н.М. и др Изучение сывороточного уровня иммунорегуляторных медиаторов при различных вариантах бронхиальной астмы с тяжелым течением // Иммунология. - 2008. - №6. - С.354-356.
5. Монцевичюте-Эрингене Е.В. Упрощенные математико-статистические методы в медицинской исследовательской работе // Пат. физиол. и эксперим. Терапия. - 1961. - №1. - С.71-76.
6. Reen G.H., Yen N.H. Interleukin 2 regulates expression of its rezeptor and synthesis of gamma interferon by human T-lymphocytes // Science. - 1984. - 225 (4660). - Р. 429-430.
7. Шалгинбаева Г.С., Ибраев С.С., Алимбаева А.А. и др. Отдаленные эффекты различных дозовых нагрузок гамма-излучения на Т- систему иммунитета // Наука и здравоохранение. - 2014. - №3. - С.37-40.
8. Lukaszewicz M, Mroczko B, Szmitkowski M. // Pol. Arch. Med. Wewn. - 2007. - Vol. 117. - N5-6. - P. 247-251.
9. Горецкая М.В., Шейбак В.М. Иммунопатология: роль печени в иммунной системе. - М.: 2010. - С. 199-203.
10. Buko V.U., Kirvel P., Lukivskaya O. et al. Effects of TNF-a Blocking antibody on rat experimental alcoholic steatohepatitis //Liver Under Constant Attack-From Fat to Viruses: Abstracts of Invited Lectures Poster Abstracts. - Mainz: 2008. - P.14.
11. Arc P.C., Troutt A.B., Clark D.A. Soluble receptors, neutralizing THF-a and IL-1 block stress triggered murine abortum // Am. J. Repord Immunol. - 1997. - Vol.37. - N3. - Р. 262-266.
12. Blaschitz A., Hutter H., Dohr G. HLA Class J protein expression in the human plazenta // Early Pregnansy. - 2001. -Vol.5. - №1.-P.67-69.
13. Иванов В.В., Сахаров С.П., Поляков А.П. и др. Роль иммунного статуса в прогнозе тяжелой термической травмы у детей. // Иммунология. - 2008. - №3. - С.161-163.
14. Ярилин А.А. Основы иммунологии. - М.: 1999. - 305 с.
15. Lukaszewicz M, Mroczko B, Szmitkowski M. // Pol. Arch. Med. Wewn. - 2007. - Vol. 117. - №5-6. - P.247-251.
16. Aggarwal S., Pittenger M.C. Human mesenchimal stem cells molulate allogeneic immune cell responses //Blood. -2005. -V.105. - P. 604615.
17. Петрова Т.Г., Ефремов А.В. Особенности баланса цитокинов и секреторного IgA в ротовой жидкости при воспалительных заболеваниях парадонта у больных с лимфомами. // Пат физиология. - 2008. - №4. - С.11-14.
18. Горецкая М.В., Шейбак В.М. Иммунопатология: роль печени в иммунной системе. - М.: 2010. - С. 209-215.
19. Buko V.U., Kirvel P., Lukivskaya O. et al. Effects of TNF-a Blocking antibody on rat experimental alcoholic steatohepatitis //Liver Under Constant Attack-From Fat to Viruses: Abstracts of Invited Lectures Poster Abstracts. - Mainz: 2008. - P.14.
20. Lukaszewicz M, Mroczko B, Szmitkowski M. // Pol. Arch. Med. Wewn. - 2007. - Vol. 117. - №5-6. - P.247-251.