С-реактивный белок
С-реактивный белок (ЦРБ) – филогенетически высококонсервативный белок плазмы крови человека. Есть его гомологи у позвоночных и у многих беспозвоночных.
Участвует в протекании воспаления. Является частью врожденной иммунной системы. Концентрация его при воспалении резко и быстро возрастает (один из примерно 40 белков острой фазы). Может подскочить в 1000 раз и более за счет синтеза в клетках печени. Связывается с узнаваемыми им специфическими по структуре молекулами, обычно экспонируемыми на клетках при их гибели, либо на поверхности патогенов.
Был открыт в 1930 г. при исследовании пациентов, имеющих пневмонию, вызванную Streptococcus pneumoniae. Преципитирует «С»-полисахарид клеточной стенки возбудителя. Через 40 лет было установлено, что лигандом ЦРБ является фосфохолин – часть тейхоевой кислоты в стенке пневмококка. Далее найдены и другие лиганды.
Помимо этого, активирует комплемент по классическому пути.
Индукция ЦРБ регулируется на уровне транскрипции ИЛ-6, эффект которого может усиливать ИЛ-1β. Оба эти ИЛ контролируют экспрессию генов многих острофазных белков через активацию факторов транскрипции STAT3, членов семейства C/EBP, белки Rel (NF-κB). Уникальная регуляция каждого острофазного гена определяется специфическим взаимодействием цитокинов и других регуляторов транскрипции с соответствующими промотерами. Так, для генов фибриногена главный регулятор - STAT3, для сывороточного амилоида - NF-κB, для ЦРБ – члены семейства C/EBP (β и δ).
Кроме мест связывания с C/EBP, проксимальный промотерный район гена ЦРБ содержит сайты связывания для STAT3 и Rel белков. В результате этих всех взаимодействий увеличивается стабильность связи членов семейства C/EBP с ДНК, что приводит к максимальной индукции синтеза ЦРБ.
Был найден и внепеченочный синтез ЦРБ – в нейронах, атеросклеротических бляшках, моноцитах, лимфоцитах, хотя механизм регуляции синтеза его там не исследован, да он и не имеет, очевидно, большого значения для уровня плазменного ЦРБ.
Структура ЦРБ. Состоит из 5-ти идентичных протомеров, каждый по примерно 23 кД, организованы симметрично вокруг центральной поры, связаны нековалентно. (Такие белки отнесены по структуре в пентаксинам).
Каждый протомер сложен в 2 антипараллельных β-листа с топологией, похожей на таковую лектинов типа конканавалина.
Каждый протомер имеет узнающую поверхность с фосфохолин-связывающим сайтом, содержащим 2 иона кальция, соседствующие с гидрофобным карманом. Два ключевых а.к.о. являются фен-66 и глу-81, опосредуют связывание ЦРБ с фосфохолином. Фен-66 обеспечивает гидрофобные взаимодействия с метильными группами, а глу-81 – на противоположной части кармана, где происходит взаимодействие с положительно заряженным азотом холина.
Противоположные поверхности пентамеров – это их эффекторные поверхности, где преимущественно происходит связывание с С1q-комплемента и с Fcγ-рецепторами. Щель между центром протомера и центральной порой пентамера и ряд а.к.о. этой щели важны для связзывания ЦРБ с С1q (включает асп-112 и тир-175). Суммарно положительно заряженная головка С1q взаимодействует с суммарно отрицательно заряженной центральной порой пентамера. В такой модели, предполагающей комплементарность формы, глобулярная головка С1q занимает центральную пору ЦРБ и взаимодействует с двумя из 5-ти протомеров пентамера, что сопровождается небольшим изменением конформации ЦРБ. Эти изменения, возможно, несколько разные в зависимости от того, с каким лигандом ЦРБ связывается.
Эффекты in vitro.
Фосфохолин (ФХ) найден у многих видов бактерий и входит в состав сфингомиелина и фосфатидилхолина еукариотических мембран. Однако «головка» этих фосфолипидов в составе нормальных клеток недоступна для ЦРБ. С ЦРБ связывается ФХ только поврежденных и апоптозных клеток.
Вдобавок к ФХ, ЦРБ связывает широкий круг иных лигандов, включая фосфоэтаноламин, хроматин, гистоны, фибронектин, малые ядерные РНК, ламинин и поликатионы.
Лиганд-связанный или агрегированный ЦРБ эффективно активирует классический путь комплемента через прямое действие на С1q. Есть данные, что он взаимодействует с рецепторами Ig – FcγRI и FcγRII, появляющимися в ответ на фагоцитоз. Способность узнавать патогены с последующим привлечение и активацией комплемента, как и влияния на фагоцитирующие клетки, составляет важную часть первой линии защиты от патогенов.
Как и многие другие медиаторы воспаления, ЦРБ имеет множественные эффекты. Было описано его про- и антивоспалительное действие.
ЦРБ индуцирует экспрессию антагониста рецептора провоспалительного ИЛ-1 и усиливает освобождение противовоспалиельного ИЛ-10, репрессируя синтез γ-интерферона. Однако найдены и многие другие провоспалительные функции. Например, ЦРБ активирует комплемент и усиливает фагоцитоз, повышает экспрессию молекул адгезии к эндотелиальным клеткам, ингибирует экспрессию эндотелиальной NO-синтазы в клетках аорты, стимулирует освобождение из ряда типов клеток ИЛ-8, повышает активность и стимулирует синтез ингибитора-1 активатора плазминогена, увеличивает освобождение ИЛ-1,6,18 и ФНО-α.
Хотя некоторые из описанных in vitro эффектов хорошо согласуются с данными in vivo, создается впечатление, что проявление их в природных условиях контекст-зависимое и что, в зависимости от обстоятельств, ЦРБ может иметь суммарно как провоспалительный, так и противовоспалительный эффект.
Особенности взаимодействия ЦРБ с комплементом. Система комплемента (С) состоит из примерно 30 белков, участвует в воспалении и играет важную роль в защите организма от инфекции.
Сейчас известны 3 пути активации системы С: классический, альтернативный и лектиновый маннозо-связывающий. С1-С9 – основные компоненты классического каскада активации, обычно начинающегося с взаимодействия иммунных комплексов с С1q. На начальных стадиях происходит образование продуктов расщепления с3 и с4, которые действуют как опсонины. На более поздних стадиях классического пути формируется комплекс С5-С9, обладающий высокой провоспалительностью, генерирующий хемотаксические пептиды и образующий атакующий комплекс, который вызывает лизис атакованной им бактериальной клетки.
Комплексирование лиганд-связанного ЦРБ с С1q приводит к образованию С3-конвертазы, которая собирается таким же образом, как и в антитело-антигенном комплексе. Однако исследование индивидуальных компонентов наводит на мысль, что ЦРБ-опосредованная активация ограничена начальными стадиями, – включает С1-С4. На более поздние стадиии (С5-С9) – ЦРБ-связанный путь оказывает слабое активирующее действие. Отличие активации С классическим путем и с помощью ЦРБ, очевидно, связано со способностью ЦРБ взаимодействовать с фактором Н, что приводит к ингибированию процессов образованияС5- конвертазы В результате сильный воспалительный ответ, обычно связанный с действием С5а и атакой мембраны комплексом С5-С9, оказыввается ограниченным.
Еще один механизм, которым ЦРБ может лимитировать степень активации С, был недавно описан и состоит в том, что ЦРБ усиливает экспрессию трёх ингибирующих факторов, имеющихся в клетках сосудистого эндотелия: фактора ускорения распада, мембранного кофакторного белка и CD59.
Общий же эффект ЦРБ состоит в том, что он участвует в работе защитной системы хозяина, одновременно лимитируя повреждающие воспалительные влияния на поздних этапах работы С.
ЦРБ-рецепторы идентифицированы недавно, и оказалось, что это те же рецепторы, что и для IgG - FcγRI и FcγRII. Оба класса рецепторов имеют тирозин-содержащие повторы. Через них осуществляется фагоцитоз, окислительный «взрыв» и секреция цитокинов. Даже если не происходит усиление действия комплемента, ЦРБ может самостоятельно усилить фагоцитоз некоторых видов микробов, включая золотистый стафилококк, Е. коли и др.
Эффекты in vivo.
Показано защитное действие ЦРБ против S. Pneumoniae, Haemophilus influenza, которые имеют богатые фосфохолином поверхности, а также Salmonella enterica, для которой характерно наличие фосфоэтаноламина. Осуществляется – через активацию классического пути активации С.
Защитное действие ЦРБ показано не только для бактериальной, но и для других видов инфекции.
Так, ЦРБ задерживал развитие экспериментального аллергического энцефаломиелита – асептической модели множественного (рассеянного) склероза человека. Он также ингибировал приток нейтрофилов в легкие при моделировании альвеолита млекопитающих, вызванного факторами хемотаксиса.
Все эти факты говорят о том, что ЦРБ – сильный противовоспалительный агент
ЦРБ в модельных экспериментах существенно улучшал течение системной красной волчанки (СКВ) – аутоиммунного заболевания, которое характеризуется наличием антител против клеточных, особенно ядерных компонентов, многие из которых являются лигандами для ЦРБ. При этом заболевании обычно очень низкий уровень ЦРБ. Было показано, что инъекции или трансгенная экспрессия ЦРБ откладывает наступление проявления заболевания и продлевает жизнь экспериментальным животным. Был также показан полиморфизм генов ЦРБ у человека, и у людей с низким базальным уровнем ЦРБ наблюдается повышенный риск появления данного заболевания. Очевидно, важной функцией ЦРБ является, кроме всего прочего, очистка от клеточных обломков некрозных и апоптозных клеток путем связывания его с поврежденным клеточным и ядерным материалом. Ослабление этой очищающей функции способствует развитию аутоиммунных заболеваний.
Модифицированный» ЦРБ
Денатурированные или агрегированные формы ЦРБ (нео-ЦРБ) оказались сильными провоспалительными факторами во многих экспериментальных системах. Существование таких форм in vivo не было доказано убедительно, хотя есть предположение (и даже его экспериментальное подтверждение), что такие отложения ЦРБ появляются в некоторых местах и увеличивают освобождение моноцитами хемоаттрактантов, а также экспрессию в эндотелиальных клетках ICAM-1.
Малый подъем концентрации ЦРБ
Считается, что концентрация ЦРБ в плазме крови порядка 10 μг/мл клинически незначительна, хотя, например, примерно у 2/3 населения США она около 310 μг/мл. В последние годы появилось много данных, показывающих связь между слегка повышенной концентрацией ЦРБ в плазме, около 10 μг/мл, и риском развития сердечно-сосудистых заболеваний, метаболическим синдромом и раком прямой кишки. Вероятно, все эти заболевания связаны с вялотекущими хроническими воспалительными состояниями, в связи с чем уровень ЦРБ повышен, но слабо. Некоторые невоспалительные заболевания могут также быть связанными с небольшим повышением уровня ЦРБ. Могут иметь к такому небольшому повышению ЦРБ полиморфизм гена ЦРБ и иных генов, этнические особенности человека, особенности питания, ожирение и пр.
ЦРБ и атеросклероз
Есть предположение, что ЦРБ является самостоятельным фактором риска в патогенезе атеросклероза. Это факты связи ЦРБ с фосфохолином и окисленными формами ЛПНП, повышение экспресии молекул адгезии на клетках сосудистого эндотелия, увеличение поступления ЛПНП в макрофаги, ингибирование эндотелиальной NO-синтазы в эндотелиальных клетках аорты, увеличение активности и усиление синтеза ингибитора активатора плазминогена. Эксперименты на мышах показали ускорение развития атеросклероза аорты у самцов животных с повышенным уровнем ЦРБ.
Однако роль ЦРБ в развитии атеросклероза пока не доказана.
В настоящее время в медицине используется исследование ЦРБ как одного из факторов риска атеросклероза.
ВЫВОДЫ
ЦРБ – древний белок с первоначальной (в эволюционном аспекте) функцией защиты от бактериальной инфекции, оказался к настоящему времени гораздо более сложным по своей биологичесекой роли. Его активность у мышей – защита от разных бактериальных инфекций и стимулирование воспаления. Но у человека действие ЦРБ может быть как про- так и антивоспалительным в зависимости от условий. Возможно, он играет определенные роли в патогенезе многих заболеваний.
