Рецептор витамина D и функция Т-лимфоцитов
(с) Мартин Конгсбак, Трине Б. Левринг, Карстен Гейслер и Марина Роде фон Эссен
Департамент международного здравоохранения, иммунологии и микробиологии, факультет здравоохранения и медицинских наук, Копенгагенский университет, Копенгаген, Дания
The vitamin D receptor (VDR) is a nuclear, ligand-dependent transcription factor that in complex with hormonally active vitamin D, 1,25(OH)2D3, regulates the...
www.frontiersin.org
Рецептор витамина D (VDR) представляет собой ядерный лиганд-зависимый фактор транскрипции, который в комплексе с гормонально активным витамином D 1,25 (OH) 2D3, регулирует экспрессию более 900 генов, участвующих в широком спектре физиологических заболеваний. Влияние передачи сигналов 1,25 (OH) 2D3 -> VDR на иммунную функцию было в центре внимания многих недавних исследований будучи связующим звеном между 1,25 (OH) 2D3 и предрасположенностью к различным инфекциям и развитию множества воспалительных заболеваний. Также становится все более очевидным, что микробы замедляют иммунную реактивность, нарушая регуляцию VDR, что в конечном итоге увеличивает их шансы на выживание.
Поэтому иммуномодулирующие методы лечения, которые усиливают экспрессию и активность VDR, сегодня в большей степени рассматриваются в клининической практике. Поскольку Т-клетки имеют большое значение как для защитного иммунитета, так и для развития воспалительных заболеваний, было проведено множество исследований, изучающих влияние экспрессии VDR в Т-клетках, и было обнаружено, что экспрессия и активность VDR играет важную роль как в развитии, так и в дифференцировке Т-клеток.
Целью иммунной системы является распознавание и удаление болезнетворных микроорганизмов из организма. Однако иногда возникают нежелательные иммунные реакции против собственной ткани, которые приводят к аутоиммунным заболеваниям. Частота аутоиммунных заболеваний, таких как сахарный диабет 1 типа ( Staples et al., 2003 ; Sloka et al., 2010 ), ревматоидный артрит ( Vieira et al., 2010 ), рассеянный склероз (РС) ( Hogancamp et al., 1997 ), а воспалительное заболевание кишечника ( Khalili et al., 2012 ) связано с географическим положением с более высокой заболеваемостью этими заболеваниями на более высоких градусах широты. Одним из объяснений такого географического распределения является низкое воздействие солнечного света и, следовательно, более низкий уровень витамина D (25 (OH) D3) на более высоких градусах широты, что подтверждается исследованиями, показывающими связь между низким уровнем 25 (OH) D3 в сыворотке крови и развитием аутоиммунных заболеваний (Pierrot-Deseilligny and Souberbielle, 2010 ; Rossini et al., 2010 ; Greer et al. , 2012). Низкие уровни 25 (OH) D3 в сыворотке также связаны с более высокой восприимчивостью к таким инфекциям, как туберкулез (Nnoaham and Clarke, 2008), грипп (Cannell et al., 2006 ; Grant, 2008), ВИЧ (Rodriguez et al. , 2009), респираторно-синцитиальный вирус (Grant, 2008) и вирусные инфекции верхних дыхательных путей (Ginde et al., 2009). Таким образом, очевидно, что витамин D играет роль в иммунной модуляции. Недавнее признание того, что большинство иммунных клеток экспрессирует рецептор витамина D (VDR) ( Kreutz et al., 1993 ; Hewison et al., 2003 ; Baeke et al., 2010 ; von Essen et al., 2010 ; Geldmeyer-Hilt) et al., 2011 ; Joseph et al., 2012 ), а также фермент CYP27B1, используемый для конвертации циркулирующего 25 (OH) D3 в VDR-лиганд 1,25 (OH) 2D3 ( Hewison et al., 2003 ; Baeke et al., 2010 ) еще больше усилили это восприятие.
Описанные выше исследования привели к пониманию важности экспрессии VDR для развития, дифференцировки и функции Т-клеток. Несмотря на то, что обилие VDR в Т-клетках отражает их чувствительность к 1,25 (OH) 2D3 , вся концепция, вероятно, намного сложнее. Помимо регуляции транскрипции VDR, следует учитывать дополнительные факторы, влияющие на активность VDR. Это включает доступность лиганда, индукцию внутриклеточных сигнальных путей, посттрансляционные модификации VDR, ядерную транслокацию и связывание ДНК, а также набор активированных ко-регуляторов.
Роль VDR-лиганда 1,25 (OH) 2D3 заключается в преобразовании VDR в функционально активный белок, который может связываться с RXR, а также со специфическими последовательностями генов и ко-регуляторами, необходимыми для модуляции экспрессии генов ( Pike, 2011 ; Pike et al., 2012 ; Haussler et al., 2013 ). Таким образом, наличие
[биологическая активность] 1,25 (OH) 2D3 является предпосылкой для активности VDR. Циркулирующая концентрация 1,25 (OH) 2 3 очень низкая (≤100 пМ) по сравнению с его метаболически неактивным предшественником 25 (OH) D3 (≤100 нМ) ( Feldman et al., 2005). Поэтому во время иммунной реакции наиболее вероятно, что источником 1,25 (OH) 2D3 преимущественно является его эндогенная продукция из молекулы-предшественника 25 (OH) D3 . В подтверждение этого
несколько исследований иммунных клеток показали, что 25 (OH) D3 может поглощаться и впоследствии превращаться в 1,25 (OH) 2D3 под действием фермента CYP27B1 (* рисунок 1).
CYP27B1 был идентифицирован в большинстве клеток иммунной системы ( Fritsche et al., 2003 ; Liu et al., 2006 ; Sigmundsdottir et al., 2007 ; Krutzik et al., 2008).; Correale et al., 2009 ; Baeke et al., 2010 ), однако неясно, все ли клетки могут принимать предшественник 25 (OH) D3 и преобразовывать его. Когда синтезируется 1,25 (OH) 2D3 , его большая часть секретируется соседними клетками, что сводит к минимуму потребность в эндогенном производстве во всех иммунных клетках ( Jeffery et al., 2012 ). Кроме того, 1,25 (OH) 2D3 обладает способностью ограничивать собственный синтез, оказывая отрицательную обратную связь на сигнальную систему витамина D. 1,25 (OH) 2D3 вызывает смещение ключевого транскрипционного фактора, ответственного за экспрессию CYP27B1, что приводит к снижению CYP27B1 (Murayama et al., 1999), а также индуцирует быстрое связывание VDR-RXR с промоторной последовательностью фермента, разрушающего 1,25 (OH) 2D3, CYP24A1, что приводит к увеличению CYP24A1 (рисунок 1 ) ( Ohyama et al. , 1996 ; Ким и др., 2005 ). Конечный результат - снижение эндогенного 1,25 (OH) 2D3. Как было показано Vidal et al, этот механизм отрицательной обратной связи можно частично предотвратить с помощью белков, индуцированных воспалением. В этом исследовании они показали, что IFN-γ индуцированная активация STAT1 способствует связыванию STAT1 с ДНК-связывающим доменом VDR, не позволяя VDR индуцировать экспрессию CYP24A1 ( Vidal et al., 2002 ).
Основным фактором, определяющим доступность 25 (OH) D3, является белок-носитель DBP, который связывает большую часть циркулирующего витамина D в сыворотке.
В иммунных реакциях DBP регулирует доступность 25 (OH) D3 для иммунных клеток ( Chun et al., 2010 ; Jeffery et al., 2012 ). Документировано более 100 генотипов DBP, но большинство людей экспрессируют три наиболее распространенных варианта GC1S, GC1F и GC2 ( Arnaud and Constans, 1993 ). Эти варианты DBP имеют разные свойства, включая различие в их сродстве к 25 (OH) D3 ( Arnaud and Constans, 1993 ; Wood et al., 2011 ). Исследования, проведенные с иммунными клетками с использованием различных генотипов DBP в дополнение к 25 (OH) D3 , показали, что конкретный используемый генотип влияет на величину иммунного ответа ( Chun et al., 2010 ; Jeffery et al., 2012 ). В этом направлении описана связь между генотипом DBP и развитием воспалительных заболеваний ( Papiha and Pal, 1985 ; Speeckaert et al., 2006 ; Martineau et al., 2010 ).
Таким образом, доступность 1,25 (OH) 2D3 является суммой уровня циркулирующего 25 (OH) D3 , генотипа DBP, функции CYP27B1, близости к другим клеткам, которые продуцируют и секретируют 1,25 (OH) 2D3 и самоограничения 1,25 (OH) 2D3 .
Экспрессия рецептора витамина D может модулироваться многочисленными физическими стимулами, такими как диетический состав (например, кальций и фосфор), стероидные гормоны, факторы роста, пептидные гормоны ( Feldman et al., 2011 ) и воспалительные агенты ( Provvedini et al., 1983 ; Liu et al., 2006 , 2009 ; von Essen et al., 2010 ; Joseph et al., 2012 ).
Например, экспрессия VDR в значительной степени регулируется стероидными гормонами эстрогенами, глюкокортикоидами и ретиноидами, которые, по-видимому, являются клеточно-специфичными ( Feldman et al., 2011). Влияние глюкокортикоидов на экспрессию VDR в иммунной системе не оценивалось, но известно, что глюкокортикоиды обладают сильным противовоспалительным и иммуносупрессивным действием ( Miller and Ranatunga, 2012 ). Терапия глюкокортикоидами используется для подавления воспаления, связанного с патогенезом различных воспалительных заболеваний ( Hanaoka et al., 2012 ; Miller and Ranatunga, 2012 ), и можно предположить, что один из механизмов, используемых глюкокортикоидами для подавления иммунных ответов, заключается в увеличении экспрессии уровни VDR. Эстроген ( Chighizola, Meroni, 2012 ) и ретиноиды ( Cassani et al., 2012)) также, по-видимому, обладают сильными иммуномодулирующими эффектами, но, как и глюкокортикоиды, влияние регуляции VDR как возможного механизма модуляции иммунной функции не исследовалось. Рецепторы пептидного гормона паратироидного гормона (ПТГ) были недавно идентифицированы на Т-клетках ( Geara et al., 2010 ). Это делает возможной модуляцию экспрессии VDR в Т-клетках, вызванную ПТГ, как это наблюдается для других типов клеток ( Feldman et al., 2011 ). Опять же, это неизведанная территория, хотя ПТГ обладает иммунной регулирующей способностью ( Geara et al., 2010 ).
Наиболее хорошо описанный гормональный эффект на активность и экспрессию VDR проявляется самим 1,25 (OH) 2D3, так как 1,25 (OH) 2D3 непосредственно влияет на уровни экспрессии VDR посредством гомологичной регуляции.
Хотя 1,25 (OH) 2D3 варьируется между разными типами клеток, в целом он увеличивает продукцию VDR-мРНК ( McDonnell et al., 1987 ),
стабилизирует VDR-мРНК и
защищает VDR от деградации ( Feldman et al., 2005). ),
в целом увеличивая общий объем VDR.
Было также показано, что различные воспалительные сигналы вызывают повышенную регуляцию VDR в иммунных клетках. Во время врожденного иммунного ответа патоген-индуцированная активация толл-подобных(TLR) рецепторов на человеческих моноцитах и макрофагах приводит к усилению регуляции VDR ( Liu et al., 2006 ). Точно так же антиген-индуцированная активация TCR на наивных Т-клетках человека индуцирует повышенную регуляцию VDR ( Provvedini et al., 1983 ; von Essen et al., 2010 ; Joseph et al., 2012 ). Кроме того, цитокины Т-клеток, индуцируемые во время воспаления, могут модулировать экспрессию VDR ( Edfeldt et al., 2010 ; Spanier et al., 2012 ), демонстрируя, что регуляция уровня VDR является обычным механизмом, используемым в защите от патогенов.
[..]
Недавнее исследование Edfeldt et al. показали, что экспрессия VDR модулируется не только на уровне отдельных клеток. Их исследование показало, что экспрессия VDR клетками врожденного иммунитета может регулироваться близлежащими Т-клетками ( Edfeldt et al., 2010 ). При врожденном иммунитете патоген-индуцированная передача сигналов через Toll-подобные рецепторы на человеческих моноцитах и макрофагах усиливает экспрессию VDR. Это, в свою очередь, приводит к VDR-индуцированной экспрессии антимикробного пептида кателицидина, что приводит к гибели микробов ( Liu et al., 2006). Было показано, что VDR-индуцированная экспрессия кателицидина моноцитами человека регулируется цитокинами, продуцируемыми Т-клетками. Модулируя уровень VDR и количество доступного VDR-лиганда, регулируя уровень CYP27B1, Т-клеточный цитокин IFN-γ увеличивает экспрессию кателицидина, а IL-4 ослабляет экспрессию кателицидина ( Edfeldt et al., 2010 ). Этот пример иллюстрирует, как взаимодействие между врожденным и адаптивным иммунитетом взаимодействует для создания соответствующего ответа на инфекцию посредством регуляции системы VDR.
Этот обзор показывает, что экспрессия и активность VDR важны для всех стадий жизни Т-клеток, от развития до дифференцировки и активации эффекторных функций. Соответственно, экспрессия и активность VDR связаны с иммунитетом против определенных инфекций и с распространенностью некоторых аутоиммунных заболеваний. На животных моделях показано, что 1,25 (OH) 2D3 предотвращает развитие аутоиммунных заболеваний. Это включает экспериментальный аутоиммунный энцефаломиелит (EAE), животную модель MS ( Mayne et al., 2011 ).
Исследования EAE, проведенные на животных с выбитым VDR ( Bouillon et al., 2008 ) или на животных с дисфункциональным VDR ( Mayne et al., 2011) иллюстрирует потребность в функциональном VDR в 1,25 (OH) 2D3- опосредованном ингибировании EAE. Кроме того, исследование Hayes с соавторами показало, что селективная инактивация гена VDR в Т-клетках полностью искоренила способность 1,25 (OH) 2D3 ингибировать EAE ( Mayne et al., 2011 ). Биологическая значимость низких уровней VDR для развития рассеянного склероза была подтверждена микрочиповым анализом, проведенным Achiron et al. Здесь они сравнили мононуклеарные клетки крови здоровых субъектов, у которых позже развился рассеянный склероз, со здоровыми субъектами, которые не страдали от рассеянного склероза. Оказалось, что одним из первых выявленных маркеров заболевания является подавление экспрессии VDR ( Achiron et al., 2010). Эти наблюдения могут не только отражать изменения в обычных Т-клетках (например, развитие большего количества Т-клеток памяти, которые предрасположены к развитию в клетки Th1 и Th17, как наблюдается у мышей VDR-KO ( Bruce et al., 2011 ), но также и снижение развитие клеток iNKT (как наблюдалось у мышей VDR-KO, Yu и Cantorna, 2008 ; Ooi et al., 2012 ). Клетки iNKT являются негативными регуляторами EAE ( Matsuda et al., 2008 ), и, кроме того, меньшее количество клеток iNKT может быть обнаружены в крови пациентов с РС ( Araki et al., 2003 ). По этой же линии Araki et al. (2003) показали, что увеличение количества клеток iNKT связано с ремиссией симптомов у пациентов с РС. В целом эти наблюдения подчеркивают роль экспрессии VDR в развитии и прогрессировании аутоиммунитета.
[..]
Однако большинство экспериментов по изучению предрасположенности к данному аутоиммунному заболеванию основано на моделях на животных. Таким образом, остается вопрос, отражают ли эти животные модели, созданные в среде, свободной от патогенов, реальную жизненную ситуацию, когда люди постоянно подвергаются бомбардировке различными патогенами.
Постепенно становится очевидным, что микробная среда оказывает большее влияние на развитие аутоиммунных заболеваний, чем предполагалось ранее. Например, было показано, что некоторые микробы замедляют врожденную иммунную защиту, нарушая регуляцию VDR. Одним из механизмов, используемых системой врожденного иммунитета для устранения патогена, является VDR-индуцированная выработка антимикробного пептида кателицидина, который обладает противовирусной, антибактериальной и противогрибковой активностью. Waterhouse et al., 2009 ; Proal et al., 2013, Кляйн и соавторы продемонстрировали in vitro, что вирус Эпштейна-Барра (EBV) способен эффективно подавлять экспрессию VDR в B-клетках ( Yenamandra et al., 2009 ), Modlin и соавторы показали, что Mycobacterium leprae подавляет активность VDR посредством подавления активности CYP27B1 в моноцитах ( Liu et al., 2012 ), Wang и соавторы, что Mycobacterium tuberculosis подавляют экспрессию VDR в макрофагах ( Xu et al., 2003 ), а Mc Elvaney с соавторами показали, что гриб Aspergillus fumigates секретирует токсин, способный подавлять регулирующий VDR в макрофагах (Coughlan et al., 2012 ).
Это позволяет патогенам накапливаться в тканях и крови, а ослабленная врожденная защита еще больше повышает восприимчивость к дополнительным инфекциям.
По мере того, как в этот микробиом включается все больше патогенов, у людей начинают проявляться симптомы, характерные для воспалительных и аутоиммунных заболеваний.
Накапливающиеся данные теперь подтверждают наблюдение, что ряд аутоиммунных заболеваний можно обратить вспять путем восстановления функции VDR (с использованием агониста VDR олмесартана) вместе с антибиотиками. Сюда входят ревматоидный артрит, системная красная волчанка, саркоидоз, склеродермия, псориаз, синдром Шегрена, аутоиммунное заболевание щитовидной железы и сахарный диабет I и II типа ( Waterhouse et al., 2009 ; Proal et al., 2013).
Знание о регуляции количества и активности VDR в иммунных клетках потенциально имеет большое терапевтическое значение, и поэтому сегодня в клиническом применении следует рассматривать терапевтическое усиление VDR.
* рисунок 1:
Кофеин снижает экспрессию белка рецептора витамина D, а 1,25 (OH) 2D3 стимулирует активность щелочной фосфатазы в клетках остеобластов человека
Caffeine decreases vitamin D receptor protein expression and 1,25(OH)2D3 stimulated alkaline phosphatase activity in human osteoblast cells - PubMed
Среди различных факторов риска, способствующих развитию остеопороза, важное значение имеют факторы питания и образа жизни. В клиническом исследовании мы сообщили, что женщины с потреблением кофеина> 300 мг / день имели более высокую потерю костной массы, а женщины с вариантом рецептора витамина D (VDR) подвергались большему риску этого вредного воздействия кофеина. Однако механизм влияния кофеина на метаболизм костей не ясен. 1,25-дигидроксивитамин D (3) (1,25 (OH) (2) D (3)) играет важную роль в регулировании метаболизма костей. Рецептор 1,25 (OH) (2) D (3), VDR был продемонстрирован в клетках остеобластов и принадлежит к суперсемейству рецепторов ядерных гормонов. Чтобы понять молекулярный механизм роли кофеина в отношении костей, мы проверили влияние кофеина на экспрессию VDR и опосредованное 1,25 (OH) (2) D (3) действие в кости. Поэтому мы исследовали влияние различных доз кофеина (0,2, 0,5, 1,0 и 10 мМ) на индуцированную 1,25 (OH) (2) D (3) экспрессию белка VDR в клетках остеобластов человека. Мы также протестировали влияние различных доз кофеина на 1,25 (OH) (2) D (3) индуцированную активность щелочной фосфатазы (ALP), широко используемого маркера активности остеобластов. Доза кофеина снижала индуцированную 1,25 (OH) (2) D (3) экспрессию VDR, а при концентрациях 1 и 10 мМ экспрессия VDR снижалась примерно на 50-70%, соответственно. Кроме того, индуцированная 1,25 (OH) (2) D (3) активность щелочной фосфатазы также снижалась при аналогичных дозах, что влияло на функцию остеобластов. Увеличение доз кофеина не влияло на базальную активность ALP.
Влияние кофеина на экспрессию генов, индуцируемых кальцитриолом витамина D, контролируемую рецептором, в кишечных и остеобластных клетках
The Effect of Caffeine on Calcitriol-Inducible Vitamin D Receptor-Controlled Gene Expression in Intestinal and Osteoblastic Cells - PubMed
Некоторые эпидемиологические исследования предполагают, что потребление кофеина является причиной потери минеральной плотности костей. Некоторые гены, участвующие в этом процессе, регулируются рецептором витамина D (VDR). Поэтому мы исследовали, может ли кофеин влиять на индуцируемую экспрессию VDR-регулируемых генов, некоторые из которых участвуют в процессе минерализации костей. Используя анализ репортерного гена, полимеразную цепную реакцию и вестерн-блоттинг, мы контролировали активность и экспрессию VDR в культурах клеток кишечника (LS180), остеосаркомы (HOS) и нормальных человеческих остеобластов in vitro. Хотя кофеин стимулировал индуцируемую кальцитриолом VDR-зависимую нанолюциферазную активность в стабильной линии репортерных клеток IZ-VDRE (полученной из LS180), он скорее модулировал уровни мРНК генов-мишеней, таких как CYP24A1, BGLAP, SPP1 и TNSF11, в клетках LS180 и HOS. Тем не мение,
кофеин значительно снижает индуцируемые кальцитриолом транскрипты CYP24A1 , TNSF11 и SPP1 в остеобластах. Это понижение имело нелинейный U-образный профиль. Наши данные in vitro демонстрируют двухфазное действие кофеина на экспрессию определенных регулируемых кальцитриолом генов, регулируемых VDR, в нормальных остеобластах человека.
сейчас упала до ~400
