Влияние гипоксии на клетки иммунной системы

Гипоксия – это состояние, возникающее при понижении нормального уровня кислорода из-за снижения доступности или доставки этого газа к клеткам и тканям. Гипоксические состояния возникают при многих заболеваниях, при низком содержании кислорода в тканях и клетках происходят многочисленные физиологические и патологические изменения. Обобщены сведения научной литературы о влиянии гипоксии на иммунную систему. Проведенный анализ показывает, что недостаток кислорода оказывает на регуляцию иммунного ответа существенное влияние, которое опосредуется семейством факторов, индуцируемых гипоксией. Среди них наиболее изученным является HIF-1α. Действие факторов осуществляется различными механизмами. При этом влияние индуцированных гипоксией факторов зарегистрировано при анализе функции всех клеток как естественного, так и приобретенного иммунитета.

1. Cassavaugh J., Lounsbury K. M. Hypoxia-mediated biological control // Journal of Cellular Biochemistry. 2011. Vol. 112, no. 3. P. 735–744. doi: 10.1002/jcb.22956.

2. Игнатенко Г. А., Дубовая А. В., Науменко Ю. В. Возможности применения нормобарической гипокситерапии в терапевтической и педиатрической практиках // Российский вестник перинатологии и педиатрии. 2022. Т. 67, № 6. С. 46–53.

3. Rhim T., Lee D. Y., Lee M. Hypoxia as a target for tissue specific gene therapy // Journal of Controlled Release. 2013. Vol. 172, no. 2. P. 484–494. doi: 10.1016/j.jconrel.2013.05.021.

4. Doutreleau S. Physiological and pathological responses to altitude // Revue-des-Maladies-Respiratoires. 2021. Vol. 38, no. 10. P. 1013–1024. doi: 10.1016/j.rmr.2020.12.007.

5. Игнатенко Г. А., Мухин И. В., Гавриляк В. Г., Чеботарева Е. Н., Дзюбан А. С., Паниева Н. Ю., Паниев Д. С. Гипокси-гиперокситерапия в лечении больных коморбидной кардиальной патологией // Университетская клиника. 2019. № 1 (30). С. 5–10.

6. Игнатенко Г. А., Денисова Е. М., Сергиенко Н. В. Гипокситерапия как перспективный метод повышения эффективности комплексного лечения коморбидной патологии // Вестник неотложной и восстановительной хирургии. 2021. Т. 6, № 4. С. 73–80.

7. Игнатенко Г. А., Майлян Э. А., Игнатенко Т. С., Капанадзе Г. Д. Влияние гипокситерапии на содержание аутоантител к антигенам щитовидной железы у женщин с аутоиммунным тиреоидитом // Медико-социальные проблемы семьи. 2022. Т. 27, № 3. С. 46–51.

8. Choudhry H., Harris A. L. Advances in Hypoxia Inducible Factor Biology // Cell Metabolism. 2018. Vol. 27, no. 2. P. 281–298. doi: 10.1016/j.cmet.2017.10.005.

9. Hsu T.-S., Lin Y.-L., Wang Yu-An, Mo S.-T., Chi Po-Yu, Lai A. C.-Y., Pan H.-Y., Chang Ya-J., Lai M.-Z. HIF-2α is indispensable for regulatory T cell function // Nature Communications. 2020. Vol. 11, no. 1. P. 5005. doi: 10.1038/s41467-020-18731-y.

10. Wu D., Xu J., Jiao W., Liu L., Yu J., Zhang M., Chen G. Suppression of Macrophage Activation by Sodium Danshensu via HIF-1α/STAT3 / NLRP3 Pathway Ameliorated Collagen-Induced Arthritis in Mice // Molecules. 2023. Vol. 28, no. 4. P. 551. doi: 10.3390/molecules28041551.

11. Li Y., Zhang M.-Z., Zhang S.-J., Sun X., Zhou C., Li J., Liu J., Feng J., Lu S.-Y., Pei-Jun L., Wang Ji-C. HIF1α inhibitor YC-1 suppresses triple-negative breast cancer growth and angiogenesis by targeting PlGF/VEGFR1-induced macrophage polarization // Biomedicine & Pharmacotherapy. 2023. Vol. 161. P. 114423. doi: 10.1016/j.biopha.2023.114423.

12. Mancino A., Schioppa T., Larghi P., Pasqualini F., Nebuloni M., Chen I.-H., Sozzani S., Austyn J. M., Mantovani A., Sica A. Divergent effects of hypoxia on dendritic cell functions // Blood. 2008. No. 112. Р. 3723–3734.

13. Qu J., Li D., Jin J., Sun N., Wu J., Yang C., Wu L., Zhuang S., Wu H., Chen R., Ren Y., Zhong C., Ying L., Zhang Y., Yuan X., Zhang M. Hypoxia-Inducible Factor 2α Attenuates Renal Ischemia-Reperfusion Injury by Suppressing CD36-Mediated Lipid Accumulation in Dendritic Cells in a Mouse Model // Journal of the American Society of Nephrology. 2023. Vol. 34, no. 1. P. 73–87. doi: 10.1681/ASN.0000000000000027.114423.

14. Wang G. L., Jiang B. H., Rue E. A., Semenza G. L. Hypoxia-inducible factor 1 is a basic-helix-loop-helixPAS heterodimer regulated by cellular O2 tension // Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 1995. Vol. 92, no. 12. P. 5510–5514. doi: 10.1073/pnas.92.12.5510.114423.

15. Loboda A., Jozkowicz A., Dulak J. HIF-1 versus HIF-2–is one more important than the other? // Vascular Pharmacology. 2012. Vol. 56, no. 5–6. P. 245–251. doi: 10.1016/j.vph.2012.02.006.

16. Burrows N., Bashford-Rogers R. J. M., Bhute V. J., Peñalver A., Ferdinand J. R., Stewart B. J., Smith J. E. G., Deobagkar-Lele M., Giudice G., Connor T. M., Inaba A., Bergamaschi L., Smith S., Tran M. G. B., Petsalaki E., Lyons P. A., Espeli M., Huntly B. J. P., Smith K. G. C., Cornall R. J., Clatworthy M. R., Maxwell P. H. Dynamic regulation of hypoxia-inducible factor-1α activity is essential for normal b cell development // Nature Immunology. 2020. Vol. 21, no. 11. P. 1408–1420. doi: 10.1038/s41590-020-0772-8.

17. Cho S. H., Raybuck A. L., Stengel K., Wei M., Beck T. C., Volanakis E., Thomas J. W., Hiebert S., Haase V. H., Boothby M. R. Germinal centre hypoxia and regulation of antibody qualities by a hypoxia response system // Nature. 2016. Vol. 537, no. 7619. P. 234–238. doi: 10.1038/nature19334.

18. Li L., Feng C., Qin J., Li D., Liu M., Han S., Zheng B. Regulation of humoral immune response by HIF-1αdependent metabolic reprogramming of the germinal center reaction // Cell Immunology. 2021. Vol. 367, no. 104409. P. 1–14. doi: 10.1016/j.cellimm.2021.104409.17.

19. Cho H. S., Raybuck A. L., Blagih J., Kemboi E., Haase V. H., Jones R. G., Boothby M. R. Hypoxia-inducible factors in CD4+ T cells promote metabolism, switch cytokine secretion, and T cell help in humoral immunity // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2019. Vol. 116. P. 8975–8984. doi: 10.1073/pnas.1811702116.

20. Suthen S., Lim C.-J., Nguyen P. H. D., Dutertre C.-A., Lai H. L. H., Wasser M., Chua C., Lim T. K. H., Leow W. O., Loh T. J., Wan W. K., Pang Y. H., Soon G., Cheow P. C., Kam J. H., Iyer S., Kow A., Tam W. L., Shuen T. W. H., Toh H. C., Dan Y. Y., Bonney G. K., Chan C. Y., Chung A., Goh B. K. P., Zhai W., Ginhoux F., Chow P. K. H., Albani S., Chew V. Hypoxia-driven immunosuppression by Treg and type-2 conventional dendritic cells in HCC // Hepatology. 2022. Vol. 76, no. 5. P. 1329–1344. doi: 10.1002/hep.32419.

21. Groneberg M., Hoenow S., Marggraff C., Fehling H., Metwally N. G., Hansen C., Bruchhaus I., Tiegs G., Sellau J., Lotter H. HIF-1α modulates sex-specific Th17/Treg responses during hepatic amoebiasis // Journal of Hepatology. 2022. Vol. 76, no. 1. P. 160–173. doi: 10.1016/j.jhep.2021.09.020.

22. Flück K., Breves G., Fandrey J., Winning S. Hypoxia-inducible factor 1 in dendritic cells is crucial for the activation of protective regulatory T cells in murine colitis // Mucosal Immunology. 2016. Vol. 9, no. 2. P. 379–390. doi: 10.1038/mi.2015.67.

23. Feldhoff L. M., Rueda C. M., Moreno-Fernandez M. E., Sauer J., Jackson C. M., Chougnet C. A., Rupp J. IL-1β induced HIF-1α inhibits the differentiation of human FOXP3+ T-cells // Scientific Reports. 2017. Vol. 7, no. 1. P. 465. doi: 10.1038/s41598-017-00508-x.

24. Wang H., Flach H., Onizawa M., Wei L., McManus M. T., Weiss A. Negative regulation of Hif1a expression and TH17 differentiation by the hypoxia-regulated microRNA miR-210 // Nature Immunology. 2014. Vol. 15, no. 4. P. 393–401. doi: 10.1038/ni.2846.

25. Talreja J.,Talwar H., Bauerfeld C., Grossman L. I., Zhang K., Tranchida P., Samavati L. HIF-1α regulates IL-1β and IL-17 in sarcoidosis // Elife. 2019. No. 8. P.e44519. doi: 10.7554/eLife.44519.

26. Jianjun Y., Zhang R., Lu G., Shen Y., Peng L., Zhu C., Cui M., Wang W., Arnaboldi P., Tang M., Gupta M., Qi C.-F., Jayaraman P., Zhu H., Jiang B., Chen S.-h., He J. C., Ting A. T., Zhou M.-M., Kuchroo V. K., Morse 3rd H. C., Ozato K., Sikora A. G., Xiong H. T cell-derived inducible nitric oxide synthase switches off Th17 cell differentiation // Journal of Experimental Medicine. 2013. Vol. 210, no. 7. P. 1447–1462. doi: 10.1084/jem.20122494.

27. Shehade H., Acolty V., Moser M., Oldenhove G. Cutting Edge: Hypoxia-Inducible Factor 1 Negatively Regulates Th1 Function // The Journal of Immunology. 2015. Vol. 195, no. 4. P. 1372–1376. doi: 10.4049/jimmunol.1402552.

28. Touhidul S. M. I., Won J., Khan M., Mannie M. D., Singh I. Hypoxia-inducible factor-1 drives divergent immunomodulatory functions in the pathogenesis of autoimmune diseases // Immunology. 2021. Vol. 164, no. 1. P. 31–42. doi: 10.1111/imm.13335.

29. Yang X. O., Panopoulos A. D., Nurieva R., Chang S. H., Wang D., Watowich S. S., Dong C. STAT3 regulates cytokine-mediated generation of inflammatory helper T cells // Journal of Biological Chemistry. 2007. Vol. 282, no. 13. P. 9358–9363. doi: 10.1074/jbc.C600321200.

30. Vuillefroy de Silly R., Ducimetiere L., Maroun C. Y., Dietrich P. Y., M. Derouazi M., and Walker P. R. Phenotypic switch of CD8+ T-cells reactivated under hypoxia toward IL-10 secreting, poorly proliferative effector cells // European Journal of Immunology. 2015. Vol. 45, no. 8. P. 2263–2275. doi: 10.1002/eji.201445284.

31. Caldwell C. C., Kojima H., Lukashev D., Armstrong J., Farber M., Apasov S. G., Sitkovsky M. V. Differential effects of physiologically relevant hypoxic conditions on T-lymphocyte development and effector functions // Journal of Immunology. 2001. Vol. 167. P. 6140–6149.

32. Thiel M., Caldwell C. C., Kreth S., Kuboki S., Chen P., Smith P., Ohta A., Lentsch A. B., Lukashev D., Sitkovsky M. V. Targeted deletion of HIF1alpha gene in T cells prevents their inhibition in hypoxic inflamed tissues and improves septic mice survival // Public Library of Science One. 2007. Vol. 2, iss. 9. e853. doi: 10.1371/journal.pone.0000853.

33. Higashiyama M., Hokari R., Hozumi H., Kurihara C., Ueda T., Watanabe C., Tomita K., Nakamura M., Komoto S., Okada Y. et al. HIF-1 in T cells ameliorated dextran sodium sulfate-induced murine colitis // Journal of Leukocyte Biology. 2012. Vol. 91. P. 901–909.

34. Sumbayev V. V., Nicholas S. A., Streatfield C. A., Gibbs B. F. Involvement of hypoxia-inducible factor-1 HiF (1alpha) in IgE-mediated primary human basophil responses // European Journal of Immunology. 2009. Vol. 39, no. 12. P. 3511–3519. doi: 10.1002/eji.200939370.

35. Yang M., Liu Y., Ren G., Shao Q., Gao W., Sun J., Wang H., Ji C., Li X., Zhang Y., Qu X. Increased expression of surface CD44 in hypoxia-DCs skews helper T cells toward a Th2 polarization // Scientific Reports. 2015. Vol. 1, no. 5. P. 13674. doi: 10.1038/srep13674.

36. Niu Y., Wang J., Li Z., Yao K., Wang L., Song J. HIF1α deficiency in dendritic cells attenuates symptoms and inflammatory indicators of allergic rhinitis in a SIRT1-dependent manner // International Archives of Allergy and Immunology. 2020. Vol. 181, no. 8. P. 585–593. doi: 10.1159/000506862.

37. Kim S. R., Lee K. S., Park H. S., Park S. J., Min K. H., Moon H., Puri K. D., Lee Y. C. HIF-1α inhibition ameliorates an allergic airway disease via VEGF suppression in bronchial epithelium // European Journal of Immunology. 2010. Vol. 40, no. 10. P. 2858–2869. doi: 10.1002/eji.200939948.

38. Mo J. H., Kim J. H., Lim D. J., Kim E. H. The role of hypoxia-inducible factor 1α in allergic rhinitis // American Journal of Rhinology and Allergy. 2014. Vol. 28, no. 2. P. e100–106. doi: 10.2500/ajra.2014.28.4025.

39. Zhou J., Zhang N., Zhang W., Lu C., Xu F. The YAP/HIF-1α/miR-182/EGR2 axis is implicated in asthma severity through the control of Th17 cell differentiation // Cell and Bioscience. 2021. Vol. 11, no. 1. P. 84. doi: 10.1186/s13578-021-00560-1.

40. Crotty A. L. E., Akong-Moore K., Feldstein S., Johansson P., Nguyen A., McEachern E. K., Nicatia S., Cowburn A. S., Olson J., Cho J. Y., Isaacs H. Jr., Johnson R. S., Broide D. H., Nizet V. Myeloid cell HIF-1α regulates asthma airway resistance and eosinophil function // Journal of Molecular Medicine (Berlin). 2013. Vol. 91, no. 5. P. 637–644. doi: 10.1007/s00109-012-0986-9.