В современной науке повысился интерес к изучению железосодержащего белка – лактоферрина (ЛФ) в биологических жидкостях человека, как в норме, так и при различных заболеваниях. Установлено, что этот белок, играя определенную физиологическую роль в организме человека (депонирование железа, транспорт и т.п.), рассматривается и как маркер острой фазы воспаления («острофазовый белок»). В последние годы такие белки рассматривают как гуморальные факторы репаративных процессов, антиперекисной защиты и факторы устойчивости организма к инфекционным процессам.
Впервые ЛФ выделен из грудного молока кормящих женщин. ЛФ (in vitro) в концентрации 400 мкг/мл может способствовать экспрессии рецепторов на лимфоцитах вилочковой железы человека, которая возникает в зависимости от исходного уровня Т-лимфоцитов [4, 7, 16]. Также ЛФ может супрессировать макрофаги, а именно их активность, в результате чего тормозится синтез антител В-лимфоцитами [19]. Поэтому не исключается и прямое воздействие ЛФ на созревание макрофагов и В-лимфоцитов [16, 19]. Исследователями показана способность ЛФ тормозить действие С3-компонента комплемента с иммунными комплексами, что приводит к растворению преципитатов [2, 21]. Таким образом, можно сделать вывод, что ЛФ участвует в регуляции клеточных и гуморальных иммунных механизмов. Изучалось и влияние ЛФ на гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор, где ЛФ даже в малой концентрации тормозил миелопоэз, угнетая выработку колониестимулирующего фактора моноцитами, путем специфического и обратимого связывания с определенными рецепторами [8, 12, 14, 21]. Свойством миелосупрессии обладает только ЛФ насыщенный железом (Fe), что было экспериментально показано на циклофосфане [21, 24]. Результаты подтверждают влияние ЛФ на миелопоэз, снижая функции цитокинов и угнетая синтез гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора. Встречаются исследования, доказывающие бактериостатические свойства ЛФ [3, 12]. Это было установлено в результате связывания ЛФ с Г- и Г+ бактериями, через определенные рецепторы, с последующим захватом у них Fe [3, 4, 11, 21]. Подавление ЛФ-ом способности микроорганизмов к размножению не всегда связано с обменом Fe. Так, лактоферрицин оказался бактерицидным для широкого ряда бактерий и Candida albicans, что помогает лучше понимать бактерицидные функции ЛФ [13] и с участием Fe тоже [12, 20, 22]. Бактериальные липополисахариды усиливают выделение антирадикального гидроксила нейтрофилами и макрофагами. В ситуации in vitro ЛФ тормозит образование радикала гидроксила катализированным Fe с присутствием липополисахаридов, связывает бактериальные эндотоксины, Fe и их липополисахариды [4, 19]. Полиморфно-ядерные нейтрофилы выделяют ЛФ в окружающую среду. Образование ЛФ увеличивается в результате присутствия моноцитов фактора некроза опухоли [19, 24]. Лактоферрину свойственны также и антиоксидантные и мембранопротекторные функции. Благодаря этому ЛФ присуще образовывать соединения с бактериальными липополисахаридами, цитотоксинами, эндотоксинами, гепарином и другими соединениями [4]. Поэтому эти функции не могут ограничиваться только участием ЛФ в регуляции описанных клеточных реакций, так как при определенных состояниях отмечается увеличение его концентрации в сыворотке крови человека [4, 21, 22, 24]. Этот аспект представляется наименее изученным как с клинической, так и с биохимической точек зрения. Доказано, что ЛФ является белком «остро-фазовой реакции» или «острой фазы воспаления». В жидких средах организма человека концентрация ЛФ при воспалении и других нарушениях гомеостаза достаточно быстро изменяется. В результате данного механизма увеличивается образование интерлейкина-1, а также выработки биологически активных веществ. Повышение образования ЛФ приводит к росту его концентрации при воспалительных реакциях живого организма. Также уменьшение концентрации сывороточного Fe при развитии воспаленных изменений объясняет и повышенную концентрацию ЛФ. Также есть описание еще одной функции ЛФ в межклеточной кооперации фагоцитоза, в котором мононуклеарные фагоциты уничтожают ЛФ, тем самым приводят процесс защиты клеточных мембран от самопероксидации [5]. Установлено, что ионы Ca тормозят освобождение ЛПС ЛФ-ом, благодаря чему есть предположение о связывании ЛФ с ионами Ca по механизму хелатирующего агента ЕДТА, который тоже способствует образованию ЛПС. Показана возможность образования комплекса Ca с ЛФ, что приводит к освобождению ЛПС из стенки бактерий без прямого контакта ЛФ с микробом. Для грамотрицательных (Г-) установлено связывание ЛФ с поринами, расположенными на внешней мембране бактерий [21], что способствует быстрому освобождению ЛПС и приводит к повышенной осмочувствительности бактерии, доступности ее к лизоциму, и в результате к цитолизу микроба [15]. ЛФ освобождает бактериальные ЛПС за счет своей +заряженной N-концевой последовательности. Почти во всех лактоферринах, Fe-независимая антибактериальная активность измеряется + заряженными участками в N-концевой области протеина. Эти участки протеина взаимодействуют с липидом А и с наружной частью молекулы ЛПС [1]. Концентрация ЛФ в сыворотке крови здоровых взрослых людей (доноров) очень мала по сравнению с ЛФ молока или других биологических жидкостей [2, 3] и не может быть определена традиционными иммунохимическими методами. С этой целью в основном используют иммуноферментный метод [2, 4]. В норме концентрация ЛФ сыворотки крови – 0,27-2,39 мг/л; - 0,13-0,42 мг/л; - 0,4-2, 64 мг/л. Разница между женщинами и мужчинами недостоверна, хотя у женщин отмечается все же более низкие показатели. Уровень сывороточного ЛФ здоровых взрослых людей находится в пределах от 400 до 1000 нг/мл и значительно повышается при гнойно-септических процессах [12]. Показано, что концентрация ЛФ плазмы понижается при вирусной инфекции до 2,79±1,2 и 0,68±0,22 мкг/мл по сравнению с контрольной группой (4,37±0,83 мкг/мл). Концентрация ЛФ плазмы зависит от количества нейтрофилов у больных с нейтропенией, где средняя концентрация ЛФ равна 0,36 мкг/мл. Следует обратить внимание на различия показателей плазменного ЛФ в норме у разных авторов [3, 4], что, возможно, связано с чувствительностью и специфичностью тест-систем из разных научно-исследовательских или клинических лабораторий. По выводам многих авторов, на концентрацию ЛФ сыворотки крови может влиять его выход из нейтрофилов в результате их дегрануляции [4, 16, 24]. Поэтому необходимо соблюдать минимальные сроки отделения сыворотки крови от форменных элементов. Также имеет не менее важное значение и использование химических стабилизаторов при заборе крови. Установлено, что гепарин дегранулирует нейтрофилы и приводит к выбросу в плазму ЛФ с ростом его концентрации in vitro в несколько раз [4], а применение ЭДТА в качестве стабилизатора не приводит к дегрануляции нейтрофилов, но при этом концентрация ЛФ в плазме несколько ниже (0,168±0,1 мг/л), чем у тех же доноров в сыворотке (0,237±0,155 мг/л). Встречаются работы, свидетельствующие о влиянии стероидных гормонов на уровень ЛФ в сыворотке крови. Садчиков П.Е. и соавт., [21], при исследовании действия первой дозы введенного гидрокортизона на концентрацию сывороточного ЛФ и числа нейтрофилов у 10 здоровых добровольцев, обнаружили рост числа нейтрофилов при умеренном повышении ЛФ в сыворотке крови. Это расценивалось как относительная гиполактоферринемия, при определении коэффициента ЛФ/НФ [4], что объясняется выходом ЛФ как в условиях in vitro, так и in vivo и способностью тормозить дегрануляцию нейтрофилов. Показано и повышение концентрации сывороточного ЛФ при воспалительных заболеваниях и онкологической патологии в сравнении [2, 3, 19, 24].
Роль ЛФ в защите от инфекции и других противовоспалительных реакциях до настоящего времени полностью не определена. Длительное время существовала точка зрения о том, что ЛФ вызывает бактериостатические эффекты, отнимая Fe у бактериальной клетки [4]. Один из механизмов участия ЛФ в антибактериальной защите может заключаться в блокировании реакции гемагглютинации, вызываемой энтеротоксином при инфицировании кишечной палочкой [4, 21], что, вероятно, происходит с участием бактериальной оболочки. Так для роста Actinobacillus actinomycetemcomitans в культуральной среде необходимо присутствие ламинина, который связывается с бактериальной оболочкой через протеин А и ее внешней мембраны преимущественно при кислом значении Ph. Добавление в культуральную среду сывороточных протеинов, включая ЛФ, нарушает ламинин-бактериальный союз и угнетает размножение бактерий [4, 21]. Защитная роль ЛФ отмечена как при бактериальных, так и вирусных инфекциях [4].
Лактоферриновый эффект на иммунный ответ организма. Впервые мнение об участии ЛФ в формировании иммунного ответа было описано в 1980 г. [1, 4]. Прямых доказательств (подкрепленных экспериментально) регуляции иммунной системы ЛФ-ом не существует, но перспективы есть, чему помогут результаты в опытах на лабораторных мышах с дефицитом гена ЛФ [12, 24]. В экспериментах с трансгенными мышами, несущими ген ЛФ, установлено, что они более устойчивы к развитию инфекционных болезней [1, 14, 22]. Также, после введения ЛФ лабораторным мышам (несущим дефект по белку 2b-микроглобулин), снижалась их заражаемость палочкой Коха [7, 17-19]. В экспериментах «in vitro» установлено, что ЛФ усиливает созревание клеток биосистем, как альтернативный источник Fe для Т-лимфоцитов [1, 13, 24]. А недавние исследования «in vivo» показали, что ЛФ работает и как механизм связывания Fe и защищает живой организм от переизбытка этого микроэлемента [1]. Почти все механизмы активации иммунитета ЛФ-ом проходят этап полного контакта ЛФ с клеточными мембранами. Данный факт связан с наличием специфических рецепторов к ЛФ, являющихся основными чувствительными окончаниями процесса интернализации, сигнала клеток и транспорта ЛФ в ядерный центр клетки [1, 4]. Но есть и противоречивые результаты изучения этих процессов. Доказано, что ЛФ может контролировать активность лимфоцитов, их созревание, дифференцирует изолированные В-лимфоциты и клетки тимуса [19], а также, связываясь с Т-лимфоцитами, ускорять экспрессию CD4 антигеном [21]. У больных раком мочеполовой системы ЛФ регулирует экспрессию X цепи рецептора Т-клеток [4]. Усиление разрушающего действия клеток – важная функция этого протеина. Экспрессируя на зрелых нейтрофилах, ЛФ участвует в связывании разнообразных микроорганизмов [1]. Освобождение ЛФ из гранул возникает после индукции нейтрофилов TNF фактором [4], а часть протеина связывается с поверхностью нейтрофилов. Связанный и свободный ЛФ увеличивает фагоцитоз моноцитов/макрофагов и нейтрофилов. Показана иммунотропная активность ЛФ, когда протеин идет как активатор при возрастании гиперчувствительности организма [1] и пролиферирует вакцину БЦЖ на накопление Т-хелперов [19, 21]. Данный механизм показан и в исследованиях, где ЛФ, связываясь с короткими отростками нервной клетки через DC-SIGN, блокирует их взаимодействие с ВИЧ гликопротеином gp120 и трансмиссию вируса [21]. ЛФ – это промотор клеточной активности, продукции – NO, TNF-a и IL-8 и образования супероксидов [1]. Недавно было показано, что ЛФ ускоряет фагоцитарную активность клетки против S. Aureus [24] разными механизмами. Обнаружена фагоцитарная активность нейтрофилов, регулирующаяся комплиментарным С3 фактором. Некоторыми авторами отвергается, что ЛФ способствует активизации нейтрофилов, т. к. он тормозит классическую и одновременно усиливает альтернативную реакцию комплемента [1, 23]. Другими авторами наоборот показано, как ЛФ подавляет классическую реакцию, но не альтернативную комплементу. Демонстрируется эта активность и при связывании ЛФ с нейтрофилами [1, 4, 22].
ЛФ и бронхолегочная патология. Нарушения метаболического транспорта ионов Cl и Na и фиброзы легких являются результатом высокой концентрации Fe в легочной жидкости [24]. Данное повышение концентрации Fe, с одной стороны, способствует образованию оксид-радикалов, которые приводят к патологическим изменениям в легких, а с другой – ведет к усилению роста P. Aeruginosa и B. Cepacia, являющиеся основными агентами, которые вызывают состояние болезни и смертельный исход при развитии в них фиброза. Основной признак степени патогенности – образование биопленки. При такой патологии пептиды и протеины не иммунной защиты организма, включая ЛФ, являются основными компонентами защиты. Образуя хелатную связь с Fe, апоформа ЛФ тормозит формирование биопленки и сорбцию P. Aeruginosa, активируя специфические движения ворсинок этой бактериальной клетки [1]. Ряд штаммов B. Сepacia, подобно P. Aeruginosa, тоже не образуют колонии в биосредах с пониженным уровнем Fe. А избыток Fe, или добавление комплекса ЛФ-Fe, способствует образованию биопленок B. Сepacia и P. Aeruginosa. При хронических бронхитах и пневмофиброзе ЛФ не проявляет свои защитные свойства. Показано, что у этих больных концентрация ЛФ в мокроте растет с повышением активности инфекционных агентов и процесса самого воспаления, и происходит рост Fe до 6,3 x 10–5 M, которым насыщаетcя ЛФ. В результате ослабевает способность ЛФ подавлять синтез биопленки. Защитная функция ЛФ может также активизироваться при больших концентрациях NaCl в выделениях из дыхательных путей легочных больных, или под действием активности ферментов микроорганизмов [1, 24].
Изучению ЛФ при туберкулезе посвящено мало работ. Проникновение микобактерий туберкулеза в организм происходит также через слизистые оболочки и барьерные жидкости организма и зависит от наличия в этих барьерах эффективных факторов неспецифической защиты, в том числе и ЛФ. На связь повышенных концентраций ЛФ в слюне и мокроте при состоянии воспаления ротовой полости и последующих отделов дыхательных путей указывают многие авторы [1, 4, 24]. При определении белкового состава бронхоальвеолярной лаважной жидкости обнаружили более высокий уровень ЛФ, а также α1-протеиназного ингибитора, α2-макроглобулина, альбумина, миелопероксидазы, эластазы и фибронектина у детей по сравнению с взрослыми. У курящих людей, по сравнению с не курящими, отмечены повышение уровня альбумина, α1- протеиназного ингибитора и миелопероксидазы. Установлено повышение концентрации ЛФ в мокроте и слюне больных с воспалительной бронхолегочной патологией, коррелирующее со степенью развития эндобронхита, в том числе и при туберкулезе легких. Микобактерии Коха для своего роста используют Fe из внеклеточной среды. Видимо, бактерии обладают высоким родством к железосвязывающим сидерофорам, называемых экзоцеллинами. Авторы очистили и описали основные свойства экзоцеллинового семейства молекул. Эти молекулярные фрагменты имеют общие центральные структуры с другими типами железосвязывающих молекул, локализующихся в клеточной стенке микобактерий туберкулеза (микобактинами). Однако водорастворимые экзоцеллины отличаются друг от друга и от водо-нерастворимых микобактинов полярностью, зависящей от длины и модификации алкилированной части цепи. Установлена высокая корреляция концентрации ЛФ и числа лейкоцитов в периферической крови у больных туберкулезом легких и пневмонией. Самая высокая концентрация ЛФ отмечалась при туберкулезе легких, что характеризовало плохой прогноз и исход заболевания [1, 24].
Таким образом, имеющиеся в литературе сведения подтверждают данные о ЛФ как о маркерном белке специфических гранул нейтрофилов острой фазы воспаления. При хронических воспалительных процессах вне фазы обострения концентрация ЛФ не изменяется. Уровень ЛФ при этом коррелирует с числом нейтрофилов и, в ряде случаев, с содержанием других белков острой фазы. Показано, что ЛФ может супрессировать макрофаги, а именно их активность, в результате чего тормозится синтез антител В-лимфоцитами. Установлена способность ЛФ тормозить действие С3-компонента комплемента с иммунными комплексами. Таким образом, доказано участие ЛФ в регуляции клеточных и гуморальных иммунных механизмов. ЛФ даже в малой концентрации тормозит миелопоэз, угнетая выработку колониестимулирующего фактора моноцитами. И что важно, только насыщенный железом ЛФ обладает свойством миелосупрессии. Доказаны антиоксидантные, мембранопротекторные, бактериостатические и бактерицидные свойства ЛФ.
Библиографическая ссылка
Кузнецов И.А., Потиевская В.И., Качанов И.В., Куралева О.О. РОЛЬ ЛАКТОФЕРРИНА В БИОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДАХ ЧЕЛОВЕКА // Современные проблемы науки и образования. – 2017. – № 3. ;URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=26522 (дата обращения: 23.04.2024).