Цитокіни — це низькомолекулярні білки або глікопротеїни, які відіграють центральну роль у регуляції імунних, запальних і регенеративних процесів в організмі людини. Вони діють як сигнальні молекули, забезпечуючи комунікацію між клітинами імунної системи, а також іншими типами клітин, такими як епітеліальні, ендотеліальні та стромальні. Ця стаття детально описує природу цитокінів, їх класифікацію, функції, механізми дії та значення в медицині.

1. Загальна характеристика цитокінів

Цитокіни синтезуються і секретуються різними клітинами, зокрема лімфоцитами, макрофагами, дендритними клітинами, ендотеліальними клітинами та іншими. Вони характеризуються кількома ключовими особливостями:

• Плейотропність: Один цитокін може впливати на різні типи клітин і викликати різні ефекти.
• Надмірність: Різні цитокіни можуть викликати схожі біологічні ефекти.
• Синергізм і антагонізм: Цитокіни можуть посилювати або пригнічувати дію один одного.
• Автокринна, паракринна та ендокринна дія: Цитокіни можуть діяти на клітину, що їх продукує (автокринна дія), на сусідні клітини (паракринна дія) або на віддалені клітини через кровообіг (ендокринна дія).

Цитокіни діють шляхом зв’язування зі специфічними рецепторами на поверхні клітин-мішеней, що запускає внутрішньоклітинні сигнальні шляхи, такі як JAK-STAT, MAPK або NF-κB.

2. Класифікація цитокінів

Цитокіни класифікують за їх структурою, функцією або типом клітин, які їх продукують. Основні класи включають:

2.1. Інтерлейкіни (IL)

Інтерлейкіни — це цитокіни, які переважно беруть участь у комунікації між лейкоцитами. Вони нумеруються (наприклад, IL-1, IL-6, IL-10) і виконують різноманітні функції:

• IL-1: Сприяє запаленню, активує Т-лімфоцити, викликає лихоманку.
• IL-2: Стимулює проліферацію Т-лімфоцитів, важливий для адаптивного імунітету.
• IL-6: Регулює гостру фазу запалення, стимулює продукцію антитіл.
• IL-10: Протизапальний цитокін, пригнічує надмірну імунну відповідь.

2.2. Інтерферони (IFN)

Інтерферони поділяються на три типи (I, II, III) і відіграють ключову роль у противірусному захисті:

• IFN-α і IFN-β (тип I): Стимулюють противірусний стан у клітинах, активують NK-клітини.
• IFN-γ (тип II): Посилює активність макрофагів, сприяє диференціації Т-хелперів 1 (Th1).
• IFN-λ (тип III): Має схожі функції з IFN типу I, але діє переважно на епітеліальних клітинах.

2.3. Фактори некрозу пухлин (TNF)

• TNF-α: Потужний прозапальний цитокін, який активує запалення, фагоцитоз і апоптоз. Надмірна продукція асоційована з аутоімунними захворюваннями.
• TNF-β: Продукується лімфоцитами, має схожі функції з TNF-α.

2.4. Хемокіни

Хемокіни — це цитокіни, які керують міграцією імунних клітин до місця інфекції чи запалення. Наприклад:

• CXCL8 (IL-8): Залучає нейтрофіли до вогнища запалення.
• CCL2: Стимулює міграцію моноцитів.

2.5. Колонієстимулюючі фактори (CSF)

Ці цитокіни регулюють продукцію і дозрівання клітин кісткового мозку:

• G-CSF: Стимулює утворення нейтрофілів.
• GM-CSF: Сприяє розвитку гранулоцитів і макрофагів.

2.6. Трансформуючі фактори росту (TGF)

• TGF-β: Регулює проліферацію клітин, загоєння тканин і пригнічує надмірну імунну відповідь.

3. Механізми дії цитокінів

3.1. Синтез і секреція

Цитокіни продукуються у відповідь на стимули, такі як інфекція, травма або активація імунних клітин. Наприклад, розпізнавання патоген-асоційованих молекулярних структур (PAMP) через toll-подібні рецептори (TLR) запускає продукцію цитокінів макрофагами.

3.2. Сигнальні шляхи

Після зв’язування з рецептором цитокіни активують внутрішньоклітинні сигнальні каскади:

• JAK-STAT шлях: Використовується більшістю інтерлейкінів та інтерферонів.
• NF-κB шлях: Активується TNF-α та IL-1, сприяючи транскрипції генів, пов’язаних із запаленням.
• MAPK шлях: Регулює клітинну проліферацію та апоптоз.

3.3. Регуляція

Цитокіни регулюються на кількох рівнях:

• Транскрипційний контроль: Виробництво цитокінів залежить від активації транскрипційних факторів.
• Секреція: Деякі цитокіни (наприклад, IL-1β) потребують додаткової активації для секреції.
• Рецепторна модуляція: Експресія рецепторів може змінюватися залежно від стану клітини.

4. Функції цитокінів

Цитокіни виконують численні функції, які можна поділити на кілька категорій:

4.1. Регуляція імунної відповіді

• Прозапальні цитокіни (IL-1, IL-6, TNF-α): Посилюють запальну реакцію, залучають імунні клітини до вогнища інфекції.
• Протизапальні цитокіни (IL-10, TGF-β): Пригнічують надмірне запалення, запобігаючи пошкодженню тканин.
• Адаптивний імунітет: IL-2 і IL-4 стимулюють проліферацію та диференціацію Т- і В-лімфоцитів.

4.2. Противірусний захист

Інтерферони типу I та III активують генетичні програми, які перешкоджають реплікації вірусів у клітинах.

4.3. Гематопоез

Колонієстимулюючі фактори регулюють продукцію лейкоцитів у кістковому мозку.

4.4. Регенерація тканин

TGF-β та деякі інтерлейкіни сприяють загоєнню ран і регенерації тканин.

5. Клінічне значення цитокінів

5.1. Захворювання, пов’язані з цитокінами

• Цитокіновий шторм: Неконтрольоване вивільнення прозапальних цитокінів (IL-6, TNF-α) може призвести до системного запалення, як при важких формах COVID-19.
• Аутоімунні захворювання: Надмірна продукція TNF-α або IL-17 асоційована з ревматоїдним артритом, псоріазом.
• Алергії: IL-4 та IL-13 відіграють роль у алергічних реакціях.

5.2. Терапевтичне застосування

• Імунотерапія: IL-2 використовується для стимуляції імунної відповіді при лікуванні раку.
• Протизапальні препарати: Інгібітори TNF-α (наприклад, адалімумаб) застосовуються при аутоімунних захворюваннях.
• Вакцинація: Цитокіни використовуються як ад’юванти для посилення імунної відповіді.

5.3. Діагностика

Рівні цитокінів у сироватці крові можуть служити біомаркерами для діагностики інфекцій, запальних або онкологічних захворювань.

6. Фактори, що впливають на продукцію цитокінів

• Генетичні фактори: Поліморфізми в генах цитокінів або їх рецепторів впливають на рівень їх експресії.
• Інфекції: Віруси, бактерії та паразити стимулюють різний профіль цитокінів.
• Стрес і спосіб життя: Хронічний стрес може пригнічувати продукцію протизапальних цитокінів.
• Вік: У літніх людей знижується ефективність цитокінової відповіді.

7. Висновки

Цитокіни є невід’ємною частиною імунної системи, забезпечуючи координацію між різними типами клітин для захисту організму від патогенів, травм і аномальних клітин. Їх складна взаємодія та регуляція визначають баланс між захисними та патологічними процесами. Розуміння ролі цитокінів відкриває нові можливості для діагностики, профілактики та лікування широкого спектра захворювань, включаючи інфекції, аутоімунні розлади та рак. Подальші дослідження в цій галузі сприятимуть розробці нових терапевтичних підходів, зокрема в персоналізованій медицині.