Нейтрофилы лимфоциты макрофаги. Нейтрофилы. Нейтрофилы и макрофаги
Фагоцитоз представляет собой филогенетически наиболее древнюю иммунную реакцию и является первой реакцией иммунной системы на внедрение чужеродных антигенов, которые могут поступать в организм в составе бактериальных клеток или вирусных частиц, а также в виде высокомолекулярного белка или полисахарида. Макрофаги и моноциты - древние клетки иммунной системы. Последние являются циркулирующими в периферической крови предшественниками макрофагов, функции которых разнообразны и не исчерпываются потребностями иммунной защиты организма.
Впервые на защитную функцию макрофагов указал И. И. Мечников, открывший явление фагоцитоза и получивший за это Нобелевскую премию 1908 г. В настоящее время известна другая фундаментальная роль макрофагов - представление этими клетками антигенов лимфоцитам. Без этой функции макрофагов невозможно специфическое распознавание чужеродного антигена. Кроме того, макрофаги являются продуцентами многочисленных медиаторов иммунных реакций (интерлейкины, простагландины), а также белков системы комплемента.
Основой эволюционного становления фагоцитоза как иммунологического феномена явилась пищеварительная функция. Предковые одноклеточные организмы поглощали и переваривали чужеродные вещества внешней среды с целью питания. Такой тип питания сохранился у современных протозоа, губок и кишечнополостных. Источником питания, возможно, служили не только неструктурированные вещества, но и прокариоты, среди которых встречается много патогенных микроорганизмов. Несмотря на совершенствование в филогенезе механизмов специфической иммунной защиты, фагоцитарная функция амебоцитов-макрофагов сохранилась в эволюции от одноклеточных до высших многоклеточных, включая млекопитающих.
Моноциты. Основой всей моноцитарно-фагоцитарной системы (МФС) является популяция иммунокомпетентных клеток - моноциты. В периферической крови человека в нормальных условиях содержится обычно 0,2-0,8 10 9 этих клеток в 1 л. После недолгого пребывания в крови моноциты мигрируют в ткани, где формируют МФС. Моноциты присутствуют повсюду - в соединительной ткани, вокруг базальных мембран мелких кровеносных сосудов, высокое содержание их обнаруживается в легких (альвеолярные макрофаги) и печени (клетки Купфера). Макрофаги выстилают синусоиды селезенки и медуллярные
|
Рис. 8.6 Основные фазы фагоцитоза (1-8) и уничтожение бактерии |
синусы лимфатических узлов. Моноцитарное происхождение имеют мезангиальные клетки почечных клубочков, микроглиальные клетки мозга и остеокласты костной ткани. Моноциты, как правило, мигрируют в ткани диффузно, хаотично. В случае появления клеток, несущих чужеродную информацию, возникает хемотаксический сигнал, направляющий и ускоряющий движение моноцитов из кровотока и окружающих тканей. Макрофаги и некоторые другие клетки МФС живут около 2 месяцев, а некоторые субпопуляции - многие годы. Полагают, что именно этими долгоживущими клетками определяется пожизненная фиксация татуировки и «черное легкое» курильщиков. Внесосудистый пул клеток МФС превышает пул моноцитов циркулирующих в крови, примерно в 25 раз. Наиболее богаты ими печень, легкие, селезенка. Во многих тканях (например, в мышечных) плотность расположения макрофагов исключительно низка.
Механизм фагоцитоза однотипен и включает 8 последовательных фаз (рис. 8.6): 1) хемотаксис (направленное движение фагоцита к объекту), 2) адгезия (прикрепление к объекту), 3) активация мембраны (актин-миозиновой системы фагоцита), 4) начало собственно фагоцитоза, связанное с образованием вокруг поглощаемой частицы псевдоподий, 5) образование фагосомы (поглощаемая частица оказывается заключенной в вакуоль благодаря надвиганию на нее плазматической мембраны фагоцита подобно застежке-молнии, 6) слияние фагосомы с лизосомами, 7) уничтожение и переваривание, 8) выброс продуктов деградации из клетки.
Фагоцитозу часто предшествует процесс опсонизации (от греч. opsoniazo - снабжать пищей, питать) объекта (клетки, несущей чужеродную информацию). Инициатором этого процесса является образование на поверхности клетки комплекса антиген-антитело. Опсонизация обеспечивается присутствием небольшого количества в организме молекул антител («нормальные антитела»). Антитела, локализующиеся на поверхности чужеродной клетки, стимулируют активацию и присоединение к ним белков системы комплемента. Образовавшийся комплекс действует как активатор остальных стадий фагоцитоза, стимулирует прямо или через посредство других клеток образование веществ, усиливающих эффект опсонизации чужеродной клетки.
Хемотаксис. Чужеродные клетки (опсонизированные или неопсонизированные) посылают в окружающую среду хемотаксические сигналы, в направлении которых фагоцит начинает двигаться. В качестве хемотаксических факторов рассматривается целый ряд веществ, в том числе продукты метаболизма микроорганизмов. Считается, что на ранних этапах эволюции каждый из этих факторов действовал самостоятельно. У высших организмов, в том числе у человека, все они действуют в комплексе, последовательно включаясь и усиливая друг друга. Пусковым фактором является комплекс антиген-антитело, определяющий высокую специфичность суммарного хемотаксического сигнала. На этот сигнал приходят первые фагоцитирующие элементы, которые, активируя другие иммунокомпетентные клетки, стимулируют их к выработке медиаторов, усиливающих хемотаксис. Далее хемотаксический потенциал усиливается за счет новообразованных антител, усиления образования комплексов антиген-антитело, а также ряда факторов, образующихся при разрушении макрофагами сосудов и тканей в воспалительном очаге. Этот хемотаксический сигнал второго порядка (развитого очага воспаления) обеспечивает поддержание в нем активной работы за счет поступления новых порций иммунокомпетентных клеток. Достигнув очага воспаления, макрофаг останавливается под влиянием фактора торможения миграции лейкоцитов, вырабатываемого Т-лимфоцитами-хелперами. Исчезновение в очаге воспаления чужеродных антигенов, начало процессов регенерации ведет к резкому уменьшению хемотаксического стимула и появлению продуктов, представляющих собой отрицательный хемотаксический сигнал. В результате этого новые фагоциты перестают мигрировать в воспалительный очаг, а оставшиеся жизнеспособные рассеиваются по всей ткани.
Адгезия. Акт адгезии включает две фазы: распознавание чужеродного (специфический процесс) и прикрепление, или собственно адгезию (неспецифический процесс). Адгезия фагоцитирующей клетки к объекту фагоцитоза происходит крайне медленно в том случае, если отсутствует предварительное специфическое распознавание чужеродных клеток. У высших организмов адгезия практически всегда идет с включением специфического компонента. Для активации этого процесса необходимо небольшое количество иммуноглобулинов, которые постоянно присутствуют в организме как нормальные антитела.
Захват (собственно фагоцитоз). Важная роль в осуществлении этого этапа фагоцитоза принадлежит специфическим компонентам иммунной реакции. Известно, что захват неопсонизированных частиц идет медленно, причем часть из них вообще не фагоцитируется. Наиболее сильными опсонинами являются иммуноглобулины. Специфичность в осуществлении фагоцитоза появляется в ходе эволюции как надстройка, физиологически связанная с уже имеющейся иммунной системой. В процессе фагоцитоза плазматическая мембрана макрофага при помощи образованных ею выступающих складок захватывает объект фагоцитоза и обволакивает его. Образующаяся при этом небольшая вакуоль называется фагосомой. В дальнейшем фагосома отрывается от поверхности мембраны и перемещается в цитоплазму.
Киллинг (убийство). В фагосоме захваченная чужеродная клетка гибнет. Для осуществления киллинга макрофаг продуцирует и секретирует в фагосому реакционноспособные производные кислорода.
Переваривание. Последний этап фагоцитоза - переваривание захваченного и убитого материала. Для этого с фагосомой, содержащей объект фагоцитоза, объединяются лизосомы, которые содержат более 25 различных ферментов, в число которых входит большое количество гидролитических энзимов. В фагосоме происходит активация всех этих ферментов, так называемый метаболический взрыв, в результате которого фагоцитированный объект переваривается. Часть молекул антигена при этом разрушается не полностью, их антигенная активность может существенно возрастать. Далее фагосома с остаточным антигеном выбрасывается на поверхность клетки, высвобождая иммуногенный антиген, что имеет важное значение для индукции лимфоцитами специфического иммунного ответа.
Нейтрофилы. Главный барьер против микробных инфекций представляют нейтрофилы - популяция лейкоцитов, иначе называемая микрофагами, или микрофагоцитами. Они имеют много общего с другими форменными элементами крови гемопоэтического стволового предшественника. В крови человека нейтрофилы доминируют среди остальных лейкоцитов. Они представляют собой неделящиеся короткоживущие клетки с сегментированным (более зрелые сегментоядерные нейтрофилы) и несегментированным (менее зрелые палочкоядерные нейтрофилы) ядром и набором гранул, различающихся по морфологии, гистогенезу, биохимическому составу, плотности и скорости функциональной мобилизации. Примерно 70% нейтрофилов не циркулируют в крови, а прикреплены к эндотелию сосудов. Главный резервуар пристеночных нейтрофилов - микрососуды легких: число депонированных здесь клеток в несколько раз превосходит количество циркулирующих нейтрофилов.
Срок пребывания нейтрофилов в кровотоке составляет около 6,5 ч. Далее нейтрофилы, проникая через эндотелий сосудов, попадают в ткани, где и заканчивают свое существование в течение 3-5 сут, осуществляя свои эффекторные функции, очень похожие на те, которые присущи макрофагам. Значительная часть нейтрофилов приходит к эпителию слизистых оболочек и, проникая через него, заканчивает свой жизненный цикл в слизистом надэпителиальном слое (срок жизни таких нейтрофилов исчисляется часами).
У нейтрофилов известны три типа гранул: первичные азурофильные гранулы, содержащие миелопероксидазу, небольшое количество лизоцима и набор катионных белков; вторичные «специфические» гранулы, содержащие лактоферрин, лизоцим и белок, связывающий витамин B 12 ; третичные гранулы (мельчайшие гранулы, или С-частицы), содержащие кислые гидролазы, а также практически всю желатиназную активность нейтрофила. Дегрануляция нейтрофилов может быть истинной, когда гранулы целиком выталкиваются из клетки (экзоцитоз), но чаще из гранул выделяются только растворимые компоненты и имеет место вторичное запустевание гранул (так называемая секреторная дегрануляция). Обширные запасы гликогена, который может быть использован при гликолизе, позволяют нейтрофилам существовать в анаэробных условиях.
Основной функцией нейтрофилов является уничтожение чужеродных клеток или веществ биополимерной природы путем фагоцитоза. Эту функцию нейтрофилы осуществляют только после выхода их из сосудистого пула. Процесс фагоцитоза, осуществляемого нейтрофилами, состоит из тех же самых этапов, которые выше описаны для макрофагов. В отличие от макрофагов, нейтрофилы могут фагоцитировать чужеродную клетку или частицу только один раз, после чего они гибнут.
Хемотаксис нейтрофилов обусловлен в основном продуктами жизнедеятельности бактерий или денатурированными белками разрушенных клеток собственного организма, т. е. в определенной степени эта стадия фагоцитоза является специфичной. Суммарный хемотаксический эффект усиливается многочисленными факторами разнообразной природы, активирующимися в начале разрушения чужеродного. Сам нейтрофил, будучи активированным в начале фагоцитоза, также выделяет ряд хемотаксических факторов. Благодаря каскадному усилению хемотаксического сигнала к месту разрушения объекта фагоцитоза привлекается большое количество нейтрофилов.
Уничтожение чужеродных клеток фагоцитами (макрофагами и нейтрофилами). Антигенная стимуляция резко меняет метаболический профиль фагоцитирующих клеток. К наиболее выраженным сдвигам относится резкое увеличение потребления глюкозы в реакциях гексозомонофосфатного шунта (ГМФШ), генерирующего НАДФ Н для восстановления молекулярного кислорода на мембранах цитохрома b -245. Если в покоящемся нейтрофиле подобным образом утилизируются лишь 1-2% глюкозы, то стимулированный нейтрофил способен окислить до 30% глюкозы. Одновременно возрастает потребление кислорода и образование оксидантов с мощным энергетическим потенциалом. Этот процесс
называют респираторным взрывом.
В результате респираторного взрыва образуются мощные бактерицидные агенты: супероксидный анион (О 2 -), перекись водорода H 2 0 2), синглетный кислород (1 O 2), гидроксильные радикалы (ОН -). Сочетание перекиси водорода, миелопероксидазы и ионов галогенов создает мощную систему галогенирования, приводящую к появлению крайне агрессивных вторичных метаболитов: гипохлорной кислоты (НОСl), хлорамина, продуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ). Ключевым считается супероксидный анион, с которого берет начало каскад активных форм кислорода и сопряженных с ним феноменов. Избыток энергии реализуется путем выделения тепла, повышенной химической активностью (отсюда высокая биопидность), либо эмиссией квантов света (хемилюминесценция).
Кислороднезависимые механизмы. При дисмутации супероксидного аниона потребляются ионы водорода и слегка повышается рН, это создает оптимальные условия для функционирования семейства катионных белков. Эти белки, имеющие высокую изоэлектрическую точку, разрушают бактериальную стенку за счет протеиназного эффекта и за счет непосредственного присоединения к поверхности микроорганизма. Низкие значения рН, устанавливающиеся после слияния фагосомы с лизосомами, лизоцим и лактоферрин представляют собой Кислороднезависимые бактерицидные и бактериостатические факторы, которые могут действовать в анаэробных условиях. Убитые микроорганизмы расщепляются гидролитическими ферментами, и продукты деградации высвобождаются из фагоцитарной клетки.
Разные формы реактивности фагоцитов обеспечиваются и проявляются нередко независимо друг от друга. При хроническом грануломатозе макрофаги и нейтрофилы в связи с дефектом цитохромов b-245 не способны образовывать активные метаболиты кислорода. Это сопровождается тем, что бактерии фагоцитируются, но не уничтожаются в клетках. Кроме того, известно, что многие микроорганизмы содержат в большом количестве каталазу и могут легко инактивировать продуцируемую фагоцитами перекись водорода. Фагоциты, дефектные по глюкозо-6-фосфатдегидрогеназе, не способны продуцировать активные метаболиты кислорода и защищать организм от бактериальных инфекций. При синдроме «ленивых лейкоцитов» нарушена реакция нейтрофилов на хемотаксические сигналы.
монобласт ® промоноцит ® моноцит ® макрофаг
Стволовая кроветворная клетка (СКК) ® ... ® гранулоцит-макрофагальный предшественник
(precursor, CFU,или КОЕ-колониеобразующая единица)
миелобласт ® промиелоцит ® миелоцит ® нейтрофил
GM-CSF, GM-CSF GM-CSF,
Высокая концентрация GM - CSF контролирует онтогенез макрофагов, низкая - нейтрофилов
Основные отличия фагоцитов - макрофагов и нейтрофилов
|
Нейтрофилы |
Моноциты/макрофаги |
|
|
Время жизни |
в крови - несколько суток, в тканях - длительное время |
|
|
Способность к делению |
отсутствует |
тканевые макрофаги способны к делению |
|
Синтетические способности |
зрелые нейтрофилы не способны к синтезу |
высокая биосинтетическая активность |
|
Способности к репарации мембраны и др. клеточных структур |
отсутствует |
|
|
Наличие антиоксидантных систем |
||
|
Спектр выполняемых функций |
узкий, фактически только фагоцитоз |
широкий, участвуют как в реакциях неспецифического иммунитета, активируют и регулируют иммунный ответ |
Характеристика фагоцитарного процесса, осуществляемого макрофагами и нейтрофилами
|
Нейтрофилы |
Моноциты/макрофаги |
|||
|
Объекты фагоцитоза |
Компоненты собственных разрушенных клеток и тканей, включая апоптические тела, внеклеточно размножающиеся бактерии и грибы, относящиеся к условно патогенным микроорганизмам |
Те же, что и для нейтрофилов. Биологическая цель фагоцитоза |
Только киллинг (или разрушение крупных структур для подготовки к элиминации из организма) |
Киллинг и распознавание чужеродности для подготовки и активации иммунного ответа |
|
Жизнеспособность клетки после осуществления фагоцитоза |
Сохраняется |
CD - cluster of differentiation
CAM - cell adhesion molecule
Механизмы адгезии
Адгезия - явление комплексное, в нем одновременно или последовательно принимают участие разные молекулы адгезии («адгезивный каскад»). Фазы адгезии: касание, роллинг, прикрепление (активация и усиление адгезии).
За адгезивные свойства фагоцитов ответственны селектины и интегрины . С помощью селектинов осуществляется роллинг клетки по поверхности эндотелия, с помощью интегринов - твердое прикрепление к поверхности эндотелия.
Селектины (CD62): L- присутствуют на лейкоцитах (кроме активированных Т-клеток памяти),
P -на тромбоцитах,
E - на эндотелиальных клетках
Индукторы селектинов: 1) неспецифические - изменение рН, температруры, микроповреждения клеток, замедление скорости кровотока; 2) специфические - медиаторы и цитокины воспаления (gIFN, TNF, IL-1), митогены, нейропептиды.
Интегрины : CD18, CD11a, CD11b, CD11c
Регуляторы интегринов: 1) неспецифические - изменение рН, температруры, микроповреждения клеток, замедление скорости кровотока; 2) специфические - протеинкиназа С, аутоактивация (взаимодействие единичных сигнальных молекул той же специфичности), взаимодействие с другими адгезивными молекулами.
В целом все адгезивные молекулы объединены в 5 семейств: суперсемейство иммуноглобулинов, интегрины, селектины, кадхерины, протеогликаны и неклассифицированные представители.
Некоторые адгезивные молекулы: номенклатура, экспрессирующие клетки и функции
- НФ более избирательны в фагоцитируемых объектах, чем МФ.
- НФ не участвуют в презентации антигенов и специфическом иммунном ответе.
- НФ богаты миелопероксидазой, что формируют зеленый цвет при формировании экссудатовного гноя, после повреждения НФ или их остатоков.
- НФ обязательно гибнут при фагоцитозе, разбрасывая бактерицидные и цитотоксические факторы и медиаторы воспаления(нейтрофильный хемотаксический фактор, привлекающий МФ и ГКФ)
- При формировании атеросклеротических бляшек МФ осуществляют экндоцитоз пат. липопротеинов и поддерживают пролиферацию и биосинтез основного вещетва.
- МФ синтезируют медиаторы вочпаления.
- МФ выделяют транспортные белки, фибронектин, противоспалительные антиоксиданты, ингибиторы протеаз (СРБ), ИЛ-1, кахексин, и альфа-интерферон.
Экзоцитоз - у эукариот клеточный процесс, при котором внутриклеточные везикулы (мембранные пузырьки) сливаются с внешней клеточной мембраной. При экзоцитозе содержимое секреторных везикул (экзоцитозных пузырьков) выделяется наружу, а их мембрана сливается с клеточной мембраной. Практически все макромолекулярные соединения (белки,пептидные гормоны и др.) выделяются из клетки этим способом.
У прокариот везикулярный механизм экзоцитоза не встречается, у них экзоцитозом называют встраивание белков в клеточную мембрану (или в наружную мембрану у грамотрицательных бактерий), выделение белков из клетки во внешнюю среду или в периплазматическое пространство.
Экзоцитоз может выполнять три основные задачи:
· доставка на клеточную мембрану липидов, необходимого для роста клетки;
· высвобождение различных соединений из клетки, например, токсичных продуктов метаболизма или сигнальных молекул (гормонов или нейромедиаторов);
· доставка на клеточную мембрану функциональных мембранных белков, таких как рецепторы или белки-транспортёры. При этом часть белка, которая была направлена внутрь секреторной везикулы, оказывается выступающей на наружной поверхности клетки.
У эукариот различают два типа экзоцитоза:
1. Кальций -независимый конститутивный экзоцитоз встречается практически во всехэукариотических клетках. Это необходимый процесс для построения внеклеточного матрикса и доставки белков на внешнюю клеточную мембрану. При этом секреторные везикулы доставляются к поверхности клетки и сливаются с наружной мембраной по мере их образования.
2. Кальций-зависимый неконститутивный экзоцитоз встречается, например, в химических синапсах или клетках, вырабатывающих макромолекулярные гормоны. Этот экзоцитоз служит, например, для выделения нейромедиаторов. При этом типе экзоцитоза секреторные пузырьки накапливаются в клетке, а процесс их высвобождения запускается по определённому сигналу, опосредованному быстрым повышением концентрации ионов кальция в цитозоле клетки. В пресинаптических мембранах процесс осуществляется специальным кальций-зависимым белковым комплексом SNARE .
Этапы
Различают следующие этапы экзоцитоза:
· Транспортировка везикулы от места синтеза и формирования (аппарат Гольджи) до места доставки осуществляется моторными белками вдоль актиновых филаментов либо микротрубочек цитоскелета. Этот этап может потребовать перемещения секретируемого материала на значительное расстояние, как, например, в нейроне. Когда везикула достигает места секреции, она входит в контакт со специфическими удерживающими факторами клеточной мембраны.
· Удержание доставленной везикулы обеспечивается относительно слабыми связями на расстоянии более 25 нм и может служить, например, для концентрирования синаптических везикул около пресинаптической мембраны.
· Стыковка везикулы с мембраной является непосредственным продолжением первой фазы доставки, когда мембрана везикулы входит в близкий контакт с мембраной клетки (5-10 нм). Это включает прочное соединение белковых компонентов обеих мембран, вызванным внутримолекулярными перестановками, и предваряет формирования SNARE комплекса.
· Стимуляция (прайминг) везикулы фактически соответствует образованию особого SNARE комплекса между двумя мембранами и осуществляется только в случае нейронального экзоцитоза. Этот этап включает процессы молекулярных перестановок и АТФ-зависимые модификации белков и липидов, происходящие непосредственно до слияния мембран в ответ на подъём уровня свободного кальция. Этот кальций-зависимый процесс необходим для контролируемого быстрого выброса нейромедиатора и отсутствует в случае конститутивного экзоцитоза.
· Слияние мембраны везикулы с мембраной клетки приводит к высвобождению, или выбросу, содержания секретируемой везикулы во внеклеточное пространство и объединению липидного бислоя везикулы с внешней мембраной. В случае синаптического выброса процесс слияния, так же как и стимуляция, осуществляется SNARE комплексом.
Фагоциты - основная группа клеток системы врожденного иммунитета. Они имеют миелоидное происхождение и обладают способностью к фагоцитозу (см. раздел 2.1.3). По морфологии и функции их разделяют на мононуклеарные клетки (моноциты/макрофаги) и нейтрофилы, что соответствует предложенному И.И.
Мечниковым разделению на макро- и микрофаги. Роль фагоцитов в иммунном ответе крайне многообразна. Они выполняют ряд ключевых функций во врожденном и в адаптивном иммунитете. Активация фагоцитов происходит через многие поверхностные рецепторы. Ведущую роль в активации фагоцитов играют РЕК врожденного иммунитета (например, ТЬК, ИОБ-рецепторы, маннозные рецепторы, рецепторы-«мусорщики», рецепторы комплемента и многие другие). Ответная реакция развивается быстро, не требует пролиферации и дифференцировки клеток.
Активация обычно происходит в два этапа: прайминг и собственно активация. Суть прайминга заключается в том, что предварительная обработка клеток небольшим количеством стимулятора (1-й сигнал), действие которого не вызывает прямой активации, сопровождается усилением отве
та фагоцитов на второй сигнал. В результате активированные фагоциты выполняют следующие функции:
Хемотаксис;
Фагоцитоз;
Образование активных форм кислорода;
Синтез оксида азота;
Синтез и секреция цитокинов и других биологически активных медиа- торных молекул (метаболиты арахидоновой кислоты, компоненты комплемента, факторы свертывания крови, белки матрикса, ферменты, противомикробные пептиды, гормоны и др.);
Бактерицидную активность;
Процессиг и презентацию антигена (профессиональные АПК - ДК, мононуклеарные фагоциты).
Основные типы клеток, участвующих в развитии воспаления - универсальной защитной реакции организма на повреждение, - нейтрофилы, моноциты, макрофаги, а также клетки эндотелия и фибробласты. Первыми в очаг воспаления мигрируют нейтрофилы (в первые часы, сутки), затем макрофаги (в течение нескольких дней) и самыми последними - лимфоциты. При остром воспалении преобладают нейтрофилы и активированные Т-хелперы, при хроническом воспалении больше макрофагов, ЦТЛ и В-лимфоцитов. Такая периодичность миграции лейкоцитов в очаг воспаления обусловлена хемокинами и молекулами адгезии.
Хемокины - группа низкомолекулярных цитокинов молекулярной массой 8-10 кДа, индуцирующих процесс миграции лейкоцитов из крови. В настоящее время идентифицировано больше 40 различных хемокинов. По химической структуре, а именно в зависимости от положения остатков цистеина в молекуле, выделяют четыре основные группы хемокинов (табл. 4-3).
Избирательное вовлечение различных популяций лейкоцитов в формирование очагов воспаления обеспечивается экспрессией различных рецепторов хемокинов. ТЫ-клетки и моноциты экспрессируют хемокиновый рецептор ССК5, что обеспечивает ответ на хемокин ССЬЗ. ТЬ2-клетки, эозинофилы и базофилы экспрессируют ССКЗ, необходимый для ответа на ССЫ1. Следует отметить, что обе группы клеток экспрессируют рецепторы ССК1 и ССК2, чем обусловлен ответ на ССЬ2, ССЬ7, ССЬ8 и ССЫЗ. Известно, что на нейтрофилах экспрессируются СХСК1 и СХСК2 - рецепторы ИЛ-8, СХС1Л и СХСЬ2.
Вызванное воспалением проникновение нейтрофилов из сосудов в ткани обеспечивается рядом адгезивных взаимодействий между лейкоцитами и клетками эндотелия, а также действием хемокинов.
В табл. 4-4 представлены некоторые клинически значимые молекулы адгезии и их лиганды. Выделяют две группы молекул адгезии: селектины и интегрины.
| Семейство хемокинов | Представители семейства | Рецепторы | Клетки-мишени | Биологические эффекты |
| С у-хемокины | Лимфотактин | ХСВ | В основном Т-лимфоциты | Дифференцировка, миграция лимфоцитов |
| СС р-хемокины | Эотоксин | ССПЗ | Т-клетки, моноциты, эозинофилы | Воспаление в тканях |
| ВА1\1ТЕЗ | ССР1, ССПЗ, ССК5 | Т-лимфоциты (ТИ2), дендритные клетки, 1\1К-клетки, моноциты, эозинофилы, базофилы | Воспаление в тканях, дегрануляция базофилов, активация Т-клеток | |
| М1Р-1а | ССР1, ССВЗ, ССВ5 | ТИ1 -лимфоциты, дендритные клетки, 1\1К-клетки, моноциты, базофилы | Активация клеток, продуцирующих ИФН-у, конкурирует с ВИЧ-1 за связывание с рецептором | |
| М1Р-1 р | ССВ1, ССВЗ, ССВ5 | Активированные Т-клетки, дендритные клетки, !\1К-клетки, моноциты | Конкурирует с ВИЧ-1 за связывание с рецептором | |
| СХС ос-хемокины | ИЛ-8 | СХСВ1, СХСВ2 | Нейтрофилы, Т-клетки | Ангиогенез, активация нейтрофилов |
| 50Р-1 а/р | СХСЯ4 | Т-клетки, СР34+-клетки - предшественники В-лимфоцитов (костный мозг) | Хоминг лимфоцитов, развитие В-клеток | |
| 1Р-10 | СХСРЗ | Моноциты, [\1К-клетки, ТМ- лимфоциты | Подавление ангиогенеза, активация клеток, продуцирующих ИФН-у | |
| СВОа | СХСВ2 | Нейтрофилы | Активация нейтрофилов | |
| свор | СХСВ2 | Т-клетки | Пролиферация фибробластов | |
| ЗРОу | СХСР2 | Фибробласты | Ангиогенез | |
| р-те | СХСВ2 | Нейтрофилы | Активация нейтрофилов, ангиогенез, резорбция тромба | |
| СХХХС 5-хемокины | Фракталкин | СХЗСВ1 | Моноциты, Т-клетки | Воспалительные процессы в мозге, адгезия лейкоцитов к эндотелию |
| ЭФФЕКТОРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ АДАПТИВНОГО И ВРОЖДЕННОГО ИММУНИТЕТА |
Таблица 4-4. Некоторые клинически значимые адгезивные молекулы
|
||||||||||||||||||||
Различают Е-селектины (на клетках эндотелия), Ь-селектины (на лейкоцитах) и Р-селектины (на тромбоцитах). Селектины связываются с углеводными остатками на поверхности лейкоцитов и клеток эндотелия и участвуют в миграции клеток в очаг воспаления.
Интегрины - основные молекулы межклеточной адгезии. Это гетеродимеры, состоящие из а- и р-субъединиц, соединенных нековалентными связями. Интегрины пронизывают клеточную мембрану и через адаптерные молекулы талин и винкулин связываются с цитоскелетом. В зависимости от типа р-цепи, входящей в состав молекулы, выделяют три семейства инте- гринов.
р^Интегрины обеспечивают связывание клеток с внеклеточным матриксом. р2-Интегрины участвуют в адгезии лейкоцитов к клеткам эндотелия. Р3-Интегрины обусловливают взаимодействие тромбоцитов и нейтро- филов. Дефицит р2-интегрина ЬРА-1 (С018/СБ11) приводит к развитию врожденного дефекта фагоцитов - синдрома дефицита адгезии лейкоцитов (ЬАЭ-синдром), сопровождающегося тяжело протекающими инфекцион-
ными заболеваниями бактериальной и грибковой природы, уменьшением миграции фагоцитов в ткани (см. раздел 11.2.5).
Вызванный воспалением процесс проникновения лейкоцитов в ткани из сосудистого русла обеспечивается рядом адгезивных взаимодействий и включает несколько этапов (рис. 4-20):
Роллинг (перекатывание);
Адгезию;
Проникновение в ткани.
Рассмотрим этапы проникновения лейкоцитов в ткани на примере нейтрофилов. Первый этап - роллинг (качение) нейтрофилов по поверхности клеток эндотелия - происходит при участии селектинов. В норме клетки эндотелия сосудов не несут молекул адгезии. При активации в очаге воспаления клетки начинают экспрессировать Е-селектины и рецепторы для селектинов. Скорость нейтрофилов в кровотоке замедляется за счет взаимодействия Е-селектина и углеводной детерминанты Ье\У1$-Х, связаннйой с СБ15-молекулой нейтрофила.
Ь-селектины нейтрофилов взаимодействуют с сиаломуцином (СБ34), расположенным на эндотелии. Активированные эндотелиальные клетки секретируют ИЛ-8, индуцирующий смену селектинов на поверхности нейтрофилов и стимулирующий экспрессию (52-интегринов. Активация клеток эндотелия происходит при развитии местной воспалительной реакции под действием локально образующихся провоспалительных цитокинов ИЛ-1р и ФНО-а.
Второй этап - адгезия - образование прочных связей между лейкоцитами и эндотелиальными клетками, осуществляемое за счет интегрино- вых взаимодействий. Лигандами Р2-иптегринов служат молекулы группы 1САМ.
Третий этап - миграция нейтрофилов между клетками эндотелия (трансэндотелиальная миграция) осуществляется под действием хемокинов.
Последующая миграция нейтрофилов в ткани основана на хемотаксисе. Хемоаттрактанты для нейтрофилов существуют в очаге воспаления.
| Цитокин(хемокин)зависимая |
К ним относятся фактор активации тромбоцитов (ФАТ), лейкотриен В4, компоненты комплемента (С5а), Ы-формил-метионил-пептиды бактерий, ИЛ-8. Провоспалительные цитокины повышают уровень экспрессии р2-интегринов, 1САМ-1, ИЛ-8.
В зоне воспаления фагоциты начинают распознавать опсонизированные патогены. В качестве опсонинов выступают чаще всего инактивированные компоненты комплемента \СЗЪ и молекулы 1^0. В распознавании опсо- низированных патогенов участвуют рецепторы комплемента: СК1, СКЗ (у макрофагов важную роль играет СК4) и РсуК (СБ64, СБ32, СБ16). Эти
взаимодеиствия индуцируют процесс поглощения.
Нейтрофилы и макрофаги обладают мощным потенциалом для уничтожения патогенов. Выделяют кислородзависимые и кислороднезависимые механизмы бактерицидное™ фагоцитов.
Резидентные макрофаги удаляют апоптозные клетки и эндогенные молекулы организма, модифицированные вследствие патологического процесса (так называемые эндогенные лиганды: например, модифицированный коллаген, белки теплового шока, липиды низкой плотности и др.), с помощью рецепторов-мусорщиков. В данном случае активации макрофагов и разви-
Инфекция
То11-подобные рецепторы
/ф СР14 (рецептор у к липополисахариду)
Рецептор, распознающий остатки маннозы
(фактор хемотаксиса нейтрофилов)
(активирует МК-клетки, способствует дифференцировке ТНО в ТМ)
> Другие медиаторы: простагландины, радикалы кислорода, оксид азота
тия механизмов цитотоксичности не происходит. Поглощение чужеродных клеток и патогенов приводит к активации макрофагов.
Функциональная активность макрофагов регулируется цитокинами. Цитокины, продуцируемые ТЫ- и ТЬ2-клетками, индуцируют в макрофаге разные реакции. ИФН-у стимулирует выработку активных форм кислорода, провоспалительных цитокинов, экспрессию МНС-Н.
ИЛ-4 и ИЛ-13 угнетают эти функции макрофага, но способствуют образованию гигантских клеток в гранулемах, выработке факторов роста, стимулируя тем самым заживление повреждений ткани. Эти цитокины вызывают альтернативную активацию макрофагов (см. рис. 3-32, рис. 3-33).
Исключительно важную роль в активации фагоцитов и в реализации их кислородзависимой бактерицидной функции играют активные формы кислорода и оксида азота, образуемые в процессе кислородного или дыхательного взрыва.
В основе дыхательного взрыва лежит усиление потребления глюкозы и ее расщепление с участием ЫАЮРН по механизму гексозомонофосфатного шунта, что сопровождается накоплением ЫАБРН. Взаимодействие ЫАОРН с молекулой кислорода при участии ИАОРН-оксидазы приводит к образованию супероксид аниона (О2-), из которого с участием ионов водорода образуются потенциально токсичные для бактерий гидроксильные радикалы (ОН), перекись водорода (Н202) и синглетный кислород. Этот процесс начинается спонтанно после образования фагосомы перед слиянием с лизосомой. Наиболее выражен бактерицидный эффект в фаголизосомах. Образование Н202 происходит спонтанно и при участии супероксиддисму- тазы. Фермент миелопероксидаза обеспечивает образование гипохлорида из Н202 с участием ионов галогенов. Оксид азота (N0) образуется в результате расщепления аргинина до цитруллина и катализируется ЫО-синтазой (рис. 4-22).
Оксид азота (N0) участвует во многих физиологических и патологических процессах как на клеточном, так и на организменном уровне, оказывая защитное, регуляторное и повреждающее действия.
Регуляторное действие N0 проявляется в поддержании тонуса и проницаемости сосудов, подавлении адгезии тромбоцитов, в модуляции клеточной адгезии, нейротрансмиссии и бронходилатации, а также в регуляции некоторых функций почек и иммунной системы.
Под защитным действием оксида азота подразумевают его антиокисли- тельные свойства, т.е, защиту от агентов окислительного стресса (перекись водорода, алкильные гидроперекиси, супероксидный анион-радикал и др.), снижение адгезии лейкоцитов и антитоксический эффект, в частности, против ФНО-а.
Повреждающее действие оксида азота оказывается через подавление функций ферментов, индукцию процессов перекисного окисления липидов
оксидаза
|
|||||||||||||
ОН НОС1 01400" 8-нитрозотиолы
Рис. 4-22. Схема образования бактерицидных веществ фагоцитами (активных форм кислорода и оксида азота).
и повреждения ДНК клетки, повышение чувствительности клетки к действию радиации, алкилирующих агентов и токсичных металлов, а также через истощение антиокислительных возможностей клетки. Непрямое
цитотоксическое действие оксида азота осуществляется за счет изменения цитокинового равновесия и опосредованной ИЛ-12 активации ЫК-клеток и ЦТЛ. Сам по себе оксид азота не является мощным цитотоксическим агентом, но он может усиливать чувствительность клеток к действию других цитотоксических веществ. Наиболее выраженной антибактериальной активностью обладают соединения, образовавшиеся при взаимодействии активных форм кислорода и оксида азота. В результате взаимодействия N0 с активными формами кислорода и некоторыми другими соединениями образуются цитотоксические вещества, включая пероксинитрит (ОЖЮ), 5-нитрозотиолы (К5Ы0), диоксид азота (ЬГО2), динитроген три- оксид (]М203), динитроген тетраоксид (И204) и железодинитрозильные комплексы (ЬЫ1С).
Эффекты оксида азота принято разделять на основные и опосредованные. Основные эффекты включают реакции, в которых он непосредственно взаимодействует со специфическими биологическими молекулами (например, с гуанилатциклазой, цитохромом Р450 и др.).
Опосредованные эффекты действия оксида азота связаны с реактивными формами азота, образующимися при взаимодействии N0 с кислородом или с супероксидным анион-радикалом.
Основные и побочные эффекты реакций с непосредственным участием оксида азота определяются его локальной концентрацией. Основные эффекты вероятны при низких концентрациях оксида азота (меньше 1 мкМ), тогда как побочные эффекты, включая образование радикалов, становятся возможными при более высоких его концентрациях (больше 1 мкМ).
Оксид азота 1п уЬю образуется с участием 1М0-синтазы (N05), существующей у млекопитающих в трех изоформах: пЫ05 - нейтральной (1-й тип); 1Ы05 - индуцибельной (2-й тип); еЫ05-синтаза - эндотелиальной (3-й тип).
В макрофагах функционирует 1Ы05, экспрессию которой стимулируют
некоторые цитокины и продукты микроорганизмов, часто действующие в синергизме. ЫО-синтазы типов ] и 3 называются также сЫ05 - избирательными (существуют в клетках и могут быть активированы притоком кальция, который в последующем связывается с кальмодулином). В присутствии 1И08 оксид азота вырабатывается в больших количествах и часто оказывает побочные эффекты, такие, как перекисное окисление липидов и гидроксилирование, образование нитрозаминов и нитротирозина.
На рис. 4-23 представлены некоторые типы рецепторов, участвующих в фагоцитозе и апоптозе.
 |
