Лектины — это специфические белки, обладающие свойством обратимо и избирательно связывать углеводы и углеводные компоненты гликоконъюгатов различной природы. Пектинами принято считать только те углеводсвязывающие белки, которые не обладают специфической гликоферментативной активностью и имеют неиммунное происхождение, т.е. не являются антителами [1, 2]. Присутствие различных типов углеводсвязывающих белков к настоящему времени идентифицировано в тканях, биологичес­ких жидкостях и на поверхности клеток человека и животных [10]. Роль эн­догенных лектинов и углеводсвязывающих белков в организме в настоящее время связывают с функционированием иммунной системы и регуляцией процессов биоузнавания в различных биохимических системах, которые мо­гут запускать эффекторные функции клеток. В зависимости от биохимичес­ких свойств различают несколько типов эндогенных лектинов, а именно коллектины [21], селектины [38], галектины [4], пентраксины [16], лектины I-типа [35] и др. В настоящее время предполагается, что эндогенные лектины непосредственно участвуют в процессах иммунорегуляции [27], активации комплемента [21], адгезии лейкоцитов к эндотелию [33], лектинофагоцитоза [41], метастазирования [37]. Несмотря на то что многие аспекты функцио­нальной активности лектинов в организме остаются неясными, их патофизи­ологическое значение выявляется на примере некоторых заболеваний, со­провождающихся резким снижением или возрастанием уровня углеводсвя­зывающих белков в составе биологических жидкостей. С учетом того, что некоторые лектины растительного происхождения используются в клини­ческой практике [11, 31], можно ожидать дальнейшего расширения научных исследований и практического применения лектинов в терапии и клиничес­кой диагностике.

Синдром иммунодефицита у новорожденных является, по-видимому, пер­вым случаем хорошо документированного заболевания, в основе которого лежит снижение уровня эндогенного лектина, маннозосвязывающего белка (mannose-bindingprotein — МВР) в сыворотке крови [46]. Этот синдром со­провождается повторяющимися бактериальными и грибковыми инфекция­ми у детей в возрасте 6—18 мес и имеет наследственную природу. Показано, что МВР связывает маннозосодержащие углеводные структуры наиболее рас­пространенных микроорганизмов и тем самым выступает в качестве опсонина, обеспечивая активацию системы комплемента, фагоцитоз и последую­щую инактивацию патогенных микробов [30]. Важное значение МВР имеет как белок острой фазы воспалительного ответа: его содержание в сыворотке больных малярией, а также у пациентов после хирургических операций уве­личивалось в 1,5—3 раза по сравнению с исходным. При этом стабильный уровень МВР наблюдался в сыворотке контрольной группы доноров, несмотря на то что индивидуальные различия находились в диапазоне 19—5029 нг/мл [49]. Изучение уровня МВР в сыворотке крови, спинномозговой жидкости и моче у 1085 человек в возрасте от 3 до 100 лет было выполнено японскими авторами [48]. Они установили, что индивидуальные различия концентрации МВР в сыворотке составляли от 0,07 до 6,04 мкг/мл и среднее значение для всей группы обследованных равнялось 1,72±1,15 мкг/мл. В спинномозговой жидкости и моче уровень МВР был соответственно в 100 и 1000 раз ниже, чем в крови. С увеличением возраста до 30 лет уровень МВР в сыворотке снижался и наблюдалась трансформация бимодального распределения величины этого параметра к нормально­му распределению, что необходимо учитывать при кли­ническом исследовании различных возрастных групп па­циентов.

Важную роль в патофизиологии легочных заболева­ний играет состояние сурфактантной системы легких — белок-липидной смеси, покрывающей поверхность аль­веол и обеспечивающей снижение величины их поверх­ностного натяжения, необходимого для поддержания элас­тичности и предотвращения коллапса легких. Биохими­ческий состав легочного сурфактанта включает фосфолипиды (85—90%), белки (10%) и около 2% углеводов, которые синтезируются в альвеолярных клетках типа II [26]. Белковый компонент легочного сурфактанта — это 4 хорошо изученных белка, два из которых — surfactantprotein В (SP-B) и surfactantprotein С (SP-C) — являются сильно гидрофобными, а два других — SP-A и SP-D — водорастворимы и обладают лектиновой активностью. Основным сурфактантовым белком является SP-A, со­держание которого составляет около 50% общего количе­ства белков. Известно заболевание (респираторный ди­стресс-синдром), при котором поверхность альвеол по­крыта гиалиновыми мембранами, не содержащими ком­понентов нормального сурфактанта [7]. Так как это забо­левание является одной из главных причин смертности новорожденных, то важное диагностическое значение имеет определение содержания водорастворимых сурфактантовых лектинов в амниотической жидкости в качест­ве индикаторов нормального развития легких эмбриона. Иммунохимические методы позволяют определить SP-A и SP-D в амниотической жидкости на 26-й неделе бере­менности, причем в последующем наблюдается резкое увеличение уровня SP-A, а величина соотношения SP-A/ SP-D возрастает от 1,1 до 5,5 [34]. Абсолютный уровень SP-D в амниотической жидкости увеличивается от 0,54±0,27 (до 30-й недели беременности) до 1,55±0,62 мкг/ мл (после 30-й недели беременности) [24]. Важным свой­ством лектинов сурфактантной системы является их ак­тивирующее действие на альвеолярные макрофаги, вклю­чая стимуляцию процессов фагоцитоза микробных кле­ток и избирательную стимуляцию окислительного мета­болизма [17, 52], а также прямое взаимодействие с бакте­риальными клетками [29] и вирусом гриппа [19]. Эти наблюдения свидетельствуют о том, что SP-A и SP-D могут выполнять функцию опсонинов и непосредственно уча­ствовать в механизмах антибактериальной и антивирус­ной защиты организма. Клиническим маркером ряда ле­гочных заболеваний является уровень сурфактантовьгх бел­ков в плазме и сыворотке крови, причем показано, что при патологии уровень SP-D претерпевает значительно более сильные изменения, чем уровень SP-A, хотя SP-A является основным белком сурфактанта. Так, в сыворот­ке здоровых доноров уровень SP-A составлял 23 нг/мл и увеличивался соответственно до 79 и 77 нг/мл у пациен­тов с идиопатическим фиброзом легких и легочно-альвеолярным протеинозом [23]. Уровень SP-D в сыворотке здоровых доноров составлял 66±3 нг/мл и увеличивался до 339±38 нг/мл при идиопатическом фиброзе легких,

472±144 нг/мл при интерстициальной пневмонии с коллагеновой болезнью, 461 ± 148 нг/мл при легочно-альвеолярном протеинозе, 119±20 нг/мл при туберкулезе лег­ких и 104±15 нг/мл при саркоидозе [22]. В то же время при других легочных патологиях, а именно при бронхи­альной астме, бактериальной пневмонии, диффузном панбронхиолите, хронической эмфиземе легких и бронхоэктазах, концентрация SP-D в сыворотке была в диа­пазоне 59—91 нг/мл и статистически не отличалась от контроля. Интересно, что, по данным этих же авторов [22], повышенный уровень SP-D в жидкости бронхиаль­ного лаважа был только у пациентов с легочно-альвеолярным протеинозом (19,3±9,3 мкг/мл против 0,88±0,13 мкг/мл в контроле). Информативным является также из­мерение уровня SP-A в жидкости плевральных экссуда­тов у пациентов с раком легкого. Оказалось, что у паци­ентов с первичной аденокарциномой легкого уровень SP-А в плевральных экссудатах составлял 2421,4±822,6 нг/мл, что существенно превышало значение этой величи­ны у пациентов с эпидермоидным раком легких (181,1±35,6 нг/мл), мелкоклеточным раком легких (276,6±55,0 нг/мл), метастазирующей аденокарциномой (150,3±24,3 нг/мл) и туберкулезом (126,4±22,8 нг/мл) [42]. Таким образом, измерение содержания лектиновых бел­ков сурфактанта в различных биологических жидкостях является существенным параметром в дифференциальной диагностике легочных заболеваний.

МБР и лектиновые белки сурфактанта, а также белок конглютинин относятся к подгруппе так называемых коллектинов (коллагеновые лектины). В связи с тем что струк­тура коллектинов имеет сходство с первым компонентом комплемента Clq, предполагается их участие в функцио­нировании иммунной системы организма в качестве ак­тиваторов системы комплемента [21]. Коллектины так­же обладают функциями опсонинов и способны активи­ровать дыхательный метаболизм нейтрофилов и макро­фагов [30, 52].

Коллектины являются представителями семейства лек­тинов С-типа (Са²⁺-зависимые лектины), которые свя­зывают углеводы только в присутствии ионов кальция и могут обнаруживаться как на поверхности клеток, так и в растворимой форме [5, 6]. Различают три вида селектинов в соответствии с источником их происхождения. L-селектин постоянно присутствует на поверхности лейко­цитов, моноцитов и незрелых Т-лимфоцитов. Р-селектин содержится в α-гранулах тромбоцитов, эндотелиальных клетках и мегакариоцитах и экспрессируется на кле­точной поверхности под действием тромбина и гистамина. Е-селектин образуется в эндотелиальных клетках при их стимуляции цитокинами (интерлейкин-1, фактор α некроза опухолей) и липополисахаридом (ЛИС). Общепринятым в настоящее время является представление о том, что начальная стадия прикрепления лейкоцитов к сосудистой стенке в условиях кровотока обеспечивается посредством таких эндогенных лектинов, как Р- и Е-селектины эндотелиальных клеток и L-селектин лейкоци­тов [33]. При этом происходит активация других адгези­онных молекул, прочное прикрепление клеток к эндоте­лию посредством интегринов и миграция лейкоцитов в очаги воспаления. Показано, что Е-селектин и Р-селектин обеспечивают также процессы адгезии опухолевых клеток соответственно к эндотелиальным клеткам и тром­боцитам [28]. Предполагается, что опосредованное Р-селектином связывание активированных тромбоцитов с опухолевыми клетками мелкоклеточного рака легких, нейробластомы и тератокарциномы может играть важ­ную роль на ранних стадиях метастазирования опухолей [45]. Выявлены специфические иммунные заболевания, включая синдром нарушения адгезии лейкоцитов (leuko­cyteadhesiondeficiency, LAD-синдром), молекулярная основа которых определяется отсутствием на поверхнос­ти клеток рецепторов к Р- и Е-селектинам [3]. С другой стороны, важное патофизиологическое значение может иметь активация экспрессии селектинов на поверхности эффекторных клеток под действием различного рода эн­догенных клеточных медиаторов. В частности, показано, что такие медиаторы, как гистамин, тромбин и С5а ком­понент комплемента, так же как и Н2О2, вызывают появ­ление на поверхности эндотелиальных клеток Р-селектина и последующую адгезию нейтрофилов к монослою активированных эндотелиоцитов [9]. Среди активаторов экспрессии L-селектина на поверхности лейкоцитов мож­но назвать интерлейкины IL1, IL2, IL5, IL6, фитогемагглютинин, тогда как ингибиторами этого процесса были интерлейкины IL3, IL4, гранулоцитарный/макрофагальный колониестимулирующий фактор (GM-CSF) и ЛПС [39]. Таким образом, экспрессия селектинов на поверх­ности клеток зависит от воздействия ряда иммуномодулирующих агентов естественного происхождения, вклю­чая цитокины.

Интересно, что при активации лейкоцитов такими агентами, как форбол-миристат-ацетат, фактор а некро­за опухолей, ЛПС, GM-CSF, происходит также сбрасы­вание (шеддинг) с поверхности клеток части L-селектинов, которые можно легко обнаружить в культуральной жидкости [40]. Важно отметить, что L-селектин в рас­творимой форме сохраняет свою биологическую актив­ность, поскольку ингибирует прикрепление лейкоцитов к монослою эндотелиальных клеток. Шеддинг мембран­ных адгезионных молекул с поверхности клеток приво­дит к тому, что они попадают в кровоток и могут быть обнаружены в различных биологических жидкостях. Это заключение относится ко всем трем известным селектинам, которые обнаружены в крови в растворимой форме и обозначаются как sL-селектин, sP-селектин и sE-селектин, где «s» взято от английских слов soluble (раствори­мый) или shed (сбрасывать). В крови здоровых доноров наиболее высокий уровень sL-селектина (1,6±0,8 мкг/мл) [40]. Содержание sP- и sE-селектинов в крови ниже и находится соответственно в пределах 36—262 и 0,9—75 нг/мл согласно данным разных авторов [15]. Предпола­гается, что растворимые селектины имеют важное пато­физиологическое значение, поскольку их уровень в кро­ви может увеличиваться в 2—4 раза при таких заболева­ниях, как СПИД, сепсис, диабет, рак молочной железы и желудка, склеродермия, малярия, системная красная вол­чанка, гигантоклеточный артериит, тромботическая пур­пура [15]. Дальнейшее исследование уровня селектинов не только в крови, но и в других биологических жидкос­тях при патологии представляется весьма перспективным направлением в разработке новых методов клинической диагностики.

Большое семейство эндогенных лектинов образуют лектины S-типа (тиол-зависимые), которые способны связывать гликолиганды независимо от присутствия ио­нов Са²± в среде инкубирования, однако для проявления лектиновой активности необходимо, как правило, при­сутствие свободных тиолов для обеспечения восстановленности тиоловых групп в составе молекулы белка. Лек­тины S-типа (или галектины) проявляют высокую спе­цифичность к галактозе и ее производным, имеют отно­сительно низкую молекулярную массу и присутствуют в растворимой форме в цитоплазме клеток и различных тканях [6]. С целью унификации терминологии раство­римых (3-галактозидсвязывающих лектинов предложены следующие названия для отдельных, хорошо изученных представителей галектинов: галектин-1 — гомодимерные белки с молекулярной массой субъединицы 14,5 кДа, которые выделяют из плаценты человека, легких и серд­ца быка; галектин-2 — гомодимерные белки с молеку­лярной массой субъединицы 14,65 кДа, впервые найден­ные в гепатоме; галектин-3 — все мономерные лектины с молекулярной массой 26,2—30,3 кДа; галектин-4 — лек­тины, которые содержат два углеводсвязывающих доме­на в единичной полипептидной цепи [6]. Предполагает­ся, что галектины принимают участие в регуляции про­цессов роста, в процессах адгезии и миграции клеток, вовлечены в различные типы воспалительных реакций организма. Показано, например, что галектин-3 (обозна­чаемый также как εBP), связывает как IgE, так и его ре­цепторы на поверхности тучных клеток [32]. При этом εВР способен активировать высвобождение серотонина и тем самым быть биологическим регулятором IgE-зависимых аллергических реакций в организме. Кроме того, галектины оказывают стимулирующее влияние на нейтрофилы, индуцируя реакцию дегрануляции [50] и гене­рацию супероксидного анион-радикала этими клетками [51], которые наиболее эффективны в присутствии цитохалазина В [50, 53]. Поскольку стимулирующее действие галектинов на клетки крови invitro в некоторых случаях совпадает с действием галактозоспецифичного лектина из Viscumalbum, обладающего иммуномодулирующим и антиопухолевым эффектом [11], то можно предположить, что соответствующие галектины участвуют в механизмах защиты организма не только при воспалительных состо­яниях, но и при раке.

Имеется ряд патологий, развитие которых сопровож­дается резким увеличением количества лектиноподобных белков в крови. Так, важными маркерами острой фазы воспалительного ответа, возникающего при инфекции, повреждении тканей, химических и физических травмах, онкологических заболеваниях являются пентраксины — С-реактивный белок CRP (C-reactiveprotein) и амилоид­ный белок сыворотки человека SAP (serumamyloid Р com­ponent) [44, 47]. CRP взаимодействует с С-полисахаридом пневмококов и более слабо — с некоторыми галактанами. Хотя оба пентраксина взаимодействуют с нейтрофилами и макрофагами, их прямое влияние на клетки крови остается малоизученным и, по-видимому, сопря­жено с механизмами активации клеток посредством иммуноглобулиновых рецепторов. Предполагается, что эти лектины могут непосредственно инактивировать воспа­лительные агенты, снижать степень повреждения тканей и способствовать их регенерации и восстановлению. Ис­следования, проведенные в последние годы, показали, что оба белка способны взаимодействовать с системой ком­племента и активировать нейтрофилы и макрофаги invitro [16]. Следует, однако, отметить, что конкретные функ­ции CRP и SAP у человека остаются неизвестными. Из­мерение уровня CRP в сыворотке крови рекомендовано ВОЗ для использования в клинической практике при диагностике и контроле лечения многих инфекционных и воспалительных заболеваний. В норме уровень CRP составляет в среднем 0,8 мкг/мл и не превышает 3 мкг/ мл, тогда как при острых воспалительных состояниях его содержание в сыворотке может увеличиваться в 1000 раз [36, 44, 47]. В отличие от CRP другой пентраксин — SAP присутствует не только в крови, он является также ком­понентом амилоидных депозитов в различных типах тка­ней и используется в диагностике таких специфических заболеваний, как системный амилоидоз, ревматоидный артрит и болезнь Альцгеймера [16]. Применительно к бо­лезни Альцгеймера анализ содержания SAP и родствен­ных белков-предшественников представляется наиболее плодотворным. Характерной особенностью этой патоло­гии, сопровождающейся прогрессирующим снижением умственных способностей у пожилых людей, является по­явление амилоидных депозитов и бляшек в тканях мозга [43]. Эти депозиты содержат, кроме SAP, такие белки, как α₁-антихимотрипсин, протеогликаны, компоненты комплемента Clq, СЗс, C3d, которые ассоциированы с Р-амилоидным белком. Показано, что SAP связывается Са²⁺-зависимым путем с β-амилоидным пептидом, тогда как в присутствии ионов Al³⁺, Fe³⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Mg²⁺ и Ba²⁺ связывания практически нет [18]. Установлено, что invitroSAP ингибирует образование амилоидных фиб­рилл и таким образом предотвращает белок-белковую полимеризацию [25]. Если это свойство является физиоло­гической функцией SAP, то при болезни Альцгеймера несбалансированность данной реакции может быть обу­словлена изменениями в метаболизме β-амилоидного пептида либо присутствием конкурирующих лигандов SAP типа гликозаминогликанов. В таких случаях может на­блюдаться повышение устойчивости амилоидных фиб­рилл к протеолизу. Диагностическое значение имеет из­мерение уровня SAP в спинномозговой жидкости, по­скольку у пациентов с болезнью Альцгеймера происхо­дит резкое увеличение уровня SAP [20].

Новый класс эндогенных лектинов образуют лектины I-типа, которые относятся к рецепторным белкам иммуноглобулинового суперсемейства и состоят из одного кон­стантного (V) и нескольких вариабельных (С2) доменов [35]. Лектины этого типа являются адгезинами плазма­тической мембраны клеток, которые связывают углевод­ные детерминанты с остатком сиаловой кислоты в тер­минальной позиции. Представителями лектинов 1-типа являются поверхностный гликопротеин В-клеток CD22, маркерный белок миелоидных клеток CD33, сиалоадгезин макрофагов и миелин-ассоциированный гликопро­теин периферической нервной системы. Биологическая роль лектинов I-типа, по-видимому, состоит в обеспече­нии межклеточных взаимодействий с участием иммунокомпетентных клеток и требует дальнейших исследова­ний.

Следует отметить, что наряду с эндогенными лектинами в организме присутствует значительное количество углеводсвязывающих антител, которые могут участвовать в сходных реакциях гликобиологической регуляции и конкурировать за места связывания с эндогенными лектинами. Углеводсвязывающие антитела вырабатываются в организме в значительном количестве при иммуниза­ции различными гликопротеинами, углеводная часть ко­торых, как оказалось, обладает сильными антигенными свойствами. В качестве характерных примеров можно привести углеводсвязывающие моноклональные антите­ла против рецептора эпидермального фактора роста и против галактозилтрансферазы молока [8]. Эти антитела проявляют высокое сродство к олигосахаридным струк­турам типа углеводных антигенов групп крови. Высокое содержание в крови характерно для галактозоспецифичной фракции иммуноглобулинов, которая составляет око­ло 1% всех циркулирующих антител. Анти-Gal антитела, как предполагается, принимают участие в создании им­мунологического барьера при ксенотрансплантации ор­ганов животных человеку [13]. Известно, что у человека, в отличие от животных-неприматов, высоко содержание анти-Gal антител, которые продуцируются в ответ на анти­генную стимуляцию со стороны бактерий желудочно-ки­шечного тракта, содержащих в составе клеточной стенки α-галактозильные остатки. Аналогичные углеводные структуры имеются в значительном количестве на поверх­ности животных клеток, поскольку, в отличие от челове­ка и многих обезьян, у других млекопитающих отмечена высокая активность фермента α-1,3-галактозилтрансферазы, участвующего в биосинтезе α-галактозильного ком­понента, антигенная структура которого взаимодейству­ет с анти-Gal антителами, что лежит в основе механизма реакции антителозависимой цитотоксичности, приводя­щей к лизису клеток-мишеней различного происхожде­ния [13]. Несмотря на то что физиологическая роль анти-Gal антител остается до конца не ясной, их участие в механизмах аутоиммунных заболеваний, болезни Грейвса, защиты от желудочно-кишечных инфекций представ­ляется наиболее вероятным [14].

Рассмотренные данные свидетельствуют о том, что эндогенные лектины являются новым типом биологичес­ких и иммунологических маркеров, позволяющих диагнос­тировать воспалительные и онкологические заболевания. В дополнение к существующим методам клинического ана­лиза лектины позволяют обеспечить более точную диа­гностику патологий, в основе которых лежит нарушение механизмов гликобиологической регуляции в организме. Учитывая данные о терапевтическом применении расти­тельного лектина из омелы белой с антиопухолевыми свой­ствами [12], можно ожидать, что эти вещества найдут фармакологическое применение в качестве иммуномодуляторов и при лечении лектин-зависимых патологий.

Со списком литературы можно ознакомиться в бумажной версии журнала

Медицинские новости. – 1997. – №4. – С. 16-20. 

Внимание! Статья адресована врачам-специалистам. Перепечатка данной статьи или её фрагментов в Интернете без гиперссылки на первоисточник рассматривается как нарушение авторских прав.