Предложен механизм гем-ассоциированной клеточной гибели при воспалении

Воспалительные реакции необходимы организму, поскольку обеспечивают защиту от патогенных агентов, элиминацию микроорганизмов и восстановление тканей. Однако они могут быть опасны. В запуске реакций врожденного иммунитета важную роль играют паттерн-распознающие рецепторы (pattern recognition receptors, PRR), которые взаимодействуют с патоген-ассоциированными молекулярными паттернами (PAMP) и паттернами, связанными с повреждением (DAMP). Это в свою очередь ведет к активации пути NF-kB и выделению медиаторов воспаления. Считается, что гем гемоглобина может выступать в качестве DAMPа: некоторые инфекции приводят к гемолизу эритроцитов, а высвободившийся гем способен активировать клетки врожденного иммунитета. Такой механизм может спровоцировать повреждение тканей и дисфункцию органа. Ученые из Педиатрической исследовательской больницы Св. Иуды (США, штат Теннесси), определили, какие именно процессы участвуют в активации воспалительного процесса в ответ на высвобождение гема.

Для начала исследователи выяснили, что по отдельности ни бактериальные PAMP, ни связанные с инфекциями и воспалениями DAMP не вызывали гибели макрофагов, полученных из костного мозга. Более того, их комбинации тоже не приводили к повреждению клеток. И только комбинации гема (в качестве DAMP) и некоторых других PAMP (например, Pam3) вызывали гибель клеток врожденного иммунитета. Как выяснилось, гем стимулирует рецепторы NLR. В клетках, обработанных гемом и PAMP, был повышен уровень маркеров клеточной гибели — каспазы 1 и ее субстрата гасдермина D, а также апоптотических каспаз 8, 3, 7.

Предположительно гем активирует образование инфламмасом и даже ПАНоптосом — специфических белковых комплексов, которые могут параллельно участвовать в трех путях запрограммированной клеточной гибели: пироптозе, апоптозе, некроптозе. Действует гем на пириновый домен NLR — NLRP.

Ученые проверили эту гипотезу на макрофагах мышей с дефицитом NLRP12. Действительно, клетки с недостатком данных белков, обработанные комбинацией гема и PАMP, выживали лучше. Обработка клеток комбинацией гема и TNF тоже не вызвала их гибели. Результаты подтвердились и на макрофагах человека, которые обработали микроРНК, вызывающей нокдаун гена Nlrp12. Чтобы выяснить роль различных провоспалительных молекул в гем-опосредованной гибели клеток, ученые добавили к ним ингибиторы каспаз и белка Ripk. И вновь клетки лучше выживали. Исследователи предполагают, что ключевую роль в NLRP12-опосредованном ПАНоптозе играет путь каспаза-8/ RIPK3.

Активация NLRP12 действительно ведет к образованию инфламмасомы. После обработки клеток гемом в них повышалось содержание Speck-подобного белка, участвующего в процессе апоптоза. Более того, иммунопреципитация подтвердила образование ПАНоптосомы, включающей в себя белки ASC, RIPK3, каспазу-8 и сам NLRP.

Исследователи сделали важное наблюдение: время гибели клеток коррелирует с уровнем экспрессии NLRP12. Экспрессия рецептора возрастала через 36 часов после обработки гемом и PAMP, а в предыдущей временной точке (24 часа) еще была низкой; при этом гибель клеток начиналась уже после 30-32 часов. Кроме того, они подтвердили данные о том, что у пациентов с заболеваниями, сопровождающимися гемолизом эритроцитов (такими как талассемия и базальноклеточная карцинома), уровень NLRP12 в крови повышен. У пациентов с инфекциями, вызванными вирусом геморрагической лихорадки Крым-Конго, вирусом Марбург, SARS-Cov-2, вирусом гриппа, а также у пациентов с пневмонией и синдроме системного воспалительного ответа (SIRS), тоже высокие уровни экспрессии данного белка. Все эти инфекции сопровождаются гемолитической анемией.

Было установлено, что в активации NLRP12 важную роль играют мембранные рецепторы TLR2 и TLR4. Выключение генов этих рецепторов снижало экспрессию NLRP12. Рецепторы TLR в первую очередь активируются гемом и PAMP, а уже затем передают сигналы в клетку. В результате, как считают исследователи, повышается активность путей NF-kB и ERK, а потом индуцируется синтез индуцируемого интерфероном транскрипционного фактора IRF1, который, в свою очередь, активирует NLRP12.

Исследователи проверили роль NLRP12 в патогенезе заболевания на мышах. Животным вводили фенилгидразин, который вызывает гемолиз, и липополисахарид. Количество гема и железа в крови у них повышалось. Возрастали также маркеры повреждения канальцев почек — мочевина и креатинин. У мышей с выключенным геном Nlrp12 показатели мочевины и креатинина были ниже. Помимо этого, гистология почек показала меньшую степень повреждения канальцев у мышей с нокаутом Nlrp12.

Итак, исследователи выяснили механизм клеточной гибели, обусловленной влиянием гема разрушенных эритроцитов. Главную роль в этом процессе играют рецепторы NLRP12, которые стимулируют образование ПАНоптосом. Ученые надеются, что NLRP12 могут стать новой терапевтической мишенью для прапаратов против опасных осложнений воспалительных реакций, вызванных гемолизом.