Cytokiny jsou polypeptidové hormony secernované buňkami, které ovlivňují vlastní růst a metabolismus (autokrinní efekt) nebo jiných buněk v okolí (parakrinní efekt). Zřejmě první cytokin – interferon - objevili již v roce 1957 Issacs a Lindenmann jako solubilní faktor produkovaný buňkami po expozici inaktivovaným virem (chřipky). Od šedesátých let minulého století byly izolovány další látky, které se v mnoha ohledech podobaly hormonům, ale jejich produkce nebyla zpravidla omezena na jeden orgán a původně se předpokládalo, že působí zejména na nejbližší okolí (parakrinní působení). První peptidové makromolekuly (polypeptidy), které byly takto identifikovány, byly některé růstové faktory. Postupně však byla identifikována řada peptidů, které měly různé role ve vzájemné komunikaci buněk.V posledních třech desetiletích dochází k prudkému nárůstu poznatků o cytokinech, a to z hlediska jejich fyzikálně-chemických vlastností, tak jejich receptorů a účinků.

Klasifikace cytokinů i klasifikace jejich receptorů byly opakovaně přepracovány a jednotlivé klasifikační systémy zohledňovaly různé aspekty. Protože cytokiny byly původně většinou objeveny na základě jejich biologických aktivit a teprve později se prokázala identická chemická struktura, byla užívána řada synonym (TNFb a lymfotoxin nebo high molecular weight b-cell growth factor (HM-BCGF) a IL-14, z nichž užívání některých přetrvává dodnes.

Dělení do cytokinových a chemokinových rodin

Rodina I.	obsah vysoce konzervativních carboxy-terminálních domén, mohou indukovat receptorovou trimerizaci ovlivňující signální cesty
Rodina II,	gc receptory na běžných gc řetězcích
Rodina III.	vazba ke sdílenému heteromultimetrickému receptorovému komplexu
Rodina IV.	bc receptory v běžných bc řetezcích
Rodina V.	syntetizované jako glykosylované proformy s chybějícími signálními peptidy
Rodina VI.	(zároveň unikátní) – sekvenční homologie s rodinou inzulinových proteinů
Rodina VII.	(zároveň unikátní) – obsahují 4 domény a pseudo-serinové proteázové domény s chyběním enzymatické aktivity
Rodina VIII.	heparin vážící polypeptidy
Rodina IX.	neurotrofické faktory
Rodina X.	sekvenční homologie
Rodina XI.	dimerické angiogenní faktory s motivem 8-cysteinu
Rodina XII.	obsahuje strukturální extracelulární jednotku EGF (6-cysteinů s 3 disulfidickými vazbami)
Rodina XIII.	receptory jsou homologní nebo obsahují gp130 podjednotku jako běžnou signální komponentu
Rodina XIV.	4 helixové struktury v extracelulární doméně a 4 konzervativní cysteiny, receptory jsou tyrosin-kinázy
Rodina XV.	produkty retinové kyseliny, vývojově regulační molekuly
Rodina unikátní	Interferon gama a interleukiny 10, 12, 16, 17, 19, 20, 22, 24, 26, 28, 29
Rodina XVI.	TGF-b - obsahuje 7 vysoce konzervativních cysteinových domén, charakteristické cysteinové jádro
Rodina CC-beta	cílové buňky i monocyty, basofily, eosinofily, T a NK a dendritické buňky, bez vlivu na neutrofily
Rodina CXC	cílové buňky čítají neutrofily, T a B lymfocyty
Rodina C	cílové buňky čítají T a NK buňky
Rodina CX3C	cílové buňky čítají T a NK buňky, monocyty a neutrofily

Zdrojovými buňkami cytokinů jsou T lymfocyty (CD4+) a makrofágy, ale též jiné buňky. Obecně řečeno, cytokiny produkované leukocyty se nazývají interleukiny, z lymfocytů jsou secernovány lymfokiny a z makrofágů a monocytů monokiny. Cytokiny hrají důležitou úlohu při iniciaci a řízení dějů vrozené i specifické imunity, dále kontrolují vývoj a funkci buněk imunitního systému, ale i jiných buněk. Cytokiny ovlivňují proliferaci, diferenciaci a migraci řady buněk. Funkce cytokinů je realizována prostřednictvím specifických receptorů, které jsou na buněčných membránách cílových buněk, cytokiny působí především lokálně (parakrinně nebo autokrinně), jen výjimečně (podobně jako hormony) endokrinně. Cytokiny mají pleiotropní účinek (jeden působek má více efektů); působí i redundantně (více působků má stejný účinek) a někdy též antagonisticky (jeden působek inhibuje jiné).

Cytokiny se uplatňují ve vývoji embrya a při diferenciaci tkání. Některé cytokiny, např TNF, CSF-1, IL-1 a IL-6 jsou přítomny v oocytech již před oplodněním. Koncentrace těchto cytokinů se po oplodnění a zejména při iniciálním dělení buněk signifikantně zvyšují. Dále například leukemia inhibitory factor (LIF) inhibuje diferenciaci embryonálních buněk a udržuje je v pluripotentním stavu. Delece genů pro specifické cytokiny vede ke specifickým defektům ve vývoji embrya. Při deleci LIF nedojde k implantaci blastocysty, delece genu pro IL-10 vede u zvířat k retardaci růstu a anémii. Tyto příklady dokumentují důležitost různých cytokinů již během časného vývoje jedince.

Cytokiny jsou přítomny i u bezobratlých živočichů, přičemž vykazují strukturální a funkční podobnost s působky obratlovců. Určité cytokiny, přidané např. do bakteriálních kultur, stimulují nebo inhibují jejich růst. Pravděpodobně nejlépe prostudovaným cytokinem u bezobratlých živočichů je TGF-b a jeho receptory. TGF-b vykazuje značnou homologii s tímtéž proteinem u obratlovců. TGF-b patří do rodiny proteinů, které ovlivňují růst a diferenciaci u mnoha obratlovců i bezobratlých živočichů. Dokonce genomy některých virů kódují sekvence cytokinů nebo cytokinovým receptorům podobných molekul. Například virus Epstein-Barrové má ve svém genomu sekvence, které jsou funkčně a strukturálně homologní s lidskými geny pro IL-10. Přítomnost genů pro IL-10 v genomu EBV naznačuje, že tyto cytokiny jsou důležité při virové infekci. Není zatím jasné, zda viry produkují cytokiny k vlastní ochraně proti hostitelským buňkám, zdá se však, že imunosupresivní efekt mnoha virů je zprostředkován inhibičním efektem na produkci cytokinů nebo znemožněním jejich účinku.

Jako léky lze cytokiny používat vzhledemk možnosti jejich přípravy rekombinantní technikou. Při klinické aplikaci se používají dávky významně převyšující přirozené koncentrace cytokinů. Vzhledem k pleiotropnímu účinku cytokinů se ostatní účinky použitého cytokinu projeví zpravidla jako nežádoucí účinky. V současné době jsou jako léky využívány nejvíce interferony, hematopoetické růstové faktory a některé interleukiny. Interferony jsou např. využívány v hepatologii a (hemato)onkologii. Cytokiny využívané jako léky jsou IFN-a, IFN-b, IFN-g, G-CSF, GM-CSF, EPO, TPO a IL-2. IFN-a byl prvním cytokinem schváleným v roce 1986 FDA pro klinické využití.

Role cytokinů v mezibuněčné komunikaci

Mezibuněčná komunikace (mezi buňkami imunitního systému navzájem, mezi buňkami imunitního systému a endoteliemi, mezi cílovými buňkami) je základním předpokladem pro dostatečnou a řízenou imunitní odpověď. Do tohoto procesu jsou zapojeny dva základní mechanismy mezibuněčné interakce. První systém je zajišťován solubilními faktory, jako například cytokiny. Druhý systém je zajištěn interakcí mezi buňkami, která je založena na jejich těsném vzájemném kontaktu. Tento druhý způsob je usnadněn řadou molekul umístěných na buněčném povrchu, nazývaných adhezní molekuly. Jde o různorodou  skupinu  proteinů, které váží nejen kolageny  a proteoglykany, ale  tvoří i specifické receptory na povrchu  buněk.  Jedná  se o  bílkoviny, které jsou důležité pro organizaci  extracelulární matrix, regulují buněčné interakce, ovlivňují migraci a utváření  tvaru buněk. Adhezní proteiny obsahují několik specializovaných domén, doménu, která se napojuje na buněčný povrch, jiná doména interaguje s kolagenem a další se váže na proteoglykany. Tripeptidová sekvence arginin-glycin-aspartát (RGD sekvence) je nezbytná pro adhezivní schopnost  buněk k extracelulární matrix.

Cytokiny, růstové faktory a hormony představují chemické posly, které zprostředkovávají komunikaci mezi buňkami. Regulace buněčných a nukleárních funkcí začíná aktivací receptorů na povrchu buňky. Tyto receptory mají 2 hlavní komponenty:

• doménu vázající ligand, která zajišťuje specifickou vazbu s příslušným ligandem,
• efektorovou doménu, která zahajuje vznik biologické odpovědi po vazbě ligandu.

Možnosti stanovení koncentrace cytokinů

Dnes již opuštěny jsou metody biologických testů, které byly nedostatečně specifické, pracné, nákladné a obtížně reprodukovatelné. V klinické laboratoři dominují při stanovování koncentrace cytokinů různé typy imunoanalýz. Mezi nejčastěji užívané techniky patří ELISA, RIA a IRMA analýzy. Využívány jsou i metody polymerázové řetězové reakce a blottingu. Metody molekulárně biologické umožňují stanovit genotypické rozdíly nebo expresi genů pro cytokiny (kvantitu mRNA jednotlivých cytokinů).

Odběr vzorků na cytokiny a uchovávání vzorků

Běžně dostupné odběrové zkumavky mohou být kontaminovány endotoxinem, který může stimulovat buňky k reziduální tvorbě cytokinů, a tyto tedy mohou být pro odběr na stanovení cytokinů nevhodné. K tvorbě cytokinů totiž dochází velmi snadno i in vitro. Doporučuje se používat speciální odběrový materiál, který neobsahuje endotoxin a pyrogeny, separovat plazmu co nejdříve po odběru a uchovávat ji při -70 °C.

Další informace

Cytokiny: fyzikálně chemické vlastnosti

Cytokiny: klasifikace

Cytokiny: účinky

Cytokinové receptory: klasifikace

Cytokinové receptory

Helena Živná, Pavel Živný