Иммунитет: механизмы развертывания

Клетки и молекулы действуют слаженно, поддерживая друг друга на разных этапах развития иммунного ответа.

Неспецифические механизмы

На первом этапе столкновения с чужеродным антигеном запускается неспецифический патологический защитный процесс - воспаление, сопровождающийся фагоцитозом, выделением медиаторов воспаления - гистамина, серотонина, цитокинов и т. п. Фагоциты (макрофаги) поглощают антигены и контактируют с лимфоцитами Т-хелперами, представляя им на поверхности антигенные детерминанты. Т-хелперы запускают размножение (выделяя специфические белковые вещества - интерлейкины) специфических для данного антигена клонов Т-киллеров и В-лимфоцитов из предсуществующих стволовых клеток, которые прошли проверку на толерантность в эмбриональном периоде (клонально-селекционная теория Бернета).

Воспаление (лат. inflammatio) - это комплексный, местный и общий патологический процесс, возникающий в ответ на повреждение (alteratio) или действие патогенного раздражителя и проявляющийся в реакциях (exudatio и др.), направленных на устранение продуктов повреждения, а если возможно, то и агентов (раздражителей), а также приводящий к максимальному для данных условий восстановлению (proliferatio и др.) в зоне повреждения.

Схема развития воспаления. Под действием повреждающего фактора происходит выделение макрофагом провоспалительных цитокинов, которые привлекают в очаг воспаления другие клетки, в результате агрегации которых или выделения ими активных веществ происходит нарушение целостности ткани.

Фагоцитоз (Фаго - пожирать и цитос - клетка) - процесс, при котором специальные клетки крови и тканей организма (фагоциты) захватывают и переваривают возбудителей инфекционных заболеваний и отмершие клетки. Осуществляется двумя разновидностями клеток: циркулирующими в крови зернистыми лейкоцитами (гранулоцитами) и тканевыми макрофагами. Открытие фагоцитоза принадлежит И. И. Мечникову, который выявил этот процесс, проделывая опыты с морскими звёздами и дафниями, вводя в их организмы инородные тела. Например, когда Мечников поместил в тело дафнии спору грибка, то он заметил, что на нее нападают особые подвижные клетки. Когда же он ввел слишком много спор, клетки не успели их все переварить, и животное погибло. Клетки, защищающие организм от бактерий, вирусов, спор грибов и пр. Мечников назвал фагоцитами.

У человека различают два типа профессиональных фагоцитов: нейтрофилы и моноциты (в ткани - макрофаги)

Основные этапы фагоцитарной реакции сходны для клеток обоих типов. Реакция фагоцитоза может быть подразделена на несколько этапов:

1. Хемотаксис. В реакции фагоцитоза более важная роль принадлежит положительному хемотаксису. В качестве хемоаттрактантов выступают продукты выделяемые микроорганизмами и активированными клетками в очаге воспаления (цитокины, лейкотриен В4, гистамин), а также продукты расщепления компонентов комплемента (С3а, С5а), протеолитические фрагменты факторов свертывания крови и фибринолиза (тромбин, фибрин), нейропептиды, фрагменты иммуноглобулинов и др. Однако, "профессиональными" хемотаксинами служат цитокины группы хемокинов.

Ранее других клеток в очаг воспаления мигрируют нейтрофилы, существенно позже поступают макрофаги. Скорость хемотаксического перемещения для нейтрофилов и макрофагов сопоставима, различия во времени поступления вероятно связаны с разной скоростью их активации.

2. Адгезия фагоцитов к объекту. Обусловлена наличием на поверхности фагоцитов рецепторов для молекул, представленных на поверхности объекта (собственных или связавшихся с ним). При фагоцитозе бактерий или старых клеток организма хозяина происходит распознавание концевых сахаридных групп - глюкозы, галактозы, фукозы, маннозы и др., которые представлены на поверхности фагоцитируемых клеток. Распознавание осуществляется лектиноподобными рецепторами соответствующей специфичности, в первую очередь маннозосвязывающим белком и селектинами, присутствующими на поверхности фагоцитов.

В тех случаях когда объектами фагоцитоза являются не живые клетки, а кусочки угля, асбеста, стекла, металла и др, фагоциты предварительно делают объект поглощения приемлемым для осуществления реакции, окутывая его собственными продуктами, в том числе компонентами межклеточного матрикса, который они продуцируют.

Хотя фагоциты способны поглощать и разного рода "неподготовленные" объекты, наибольшей интенсивности фагоцитарный процесс достигает при опсонизации т.е. фиксации на поверхности объектов опсонинов к которым у фагоцитов есть специфические рецепторы - к Fc-фрагменту антител, компонентам системы комплемента, фибронектину и т.д.

3. Активация мембраны. На этой стадии осуществляется подготовка объекта к погружению. Происходит активация протеинкиназы С, выход ионов кальция из внутриклеточных депо. Большое значение играют переходы золь-гель в системе клеточных коллоидов и актино-миозиновые перестройки.

4. Погружение. Происходит обволакивание объекта

5. Образование фагосомы. Замыкание мембраны, погружение объекта с частью мембраны фагоцита внутрь клетки.

6. Образование фаголизосомы. Слияние фагосомы с лизосомами, в результате чего образуются оптимальные условия для бактериолиза и расщепления убитой клетки. Механизмы сближения фагосомы и лизосом не ясны, вероятно имеется активное перемещение лизосом к фагосомам.

7. Киллинг и расщепление. Велика роль клеточной стенки перевариваемой клетки. Основные вещества участвующие в бактериолизе: перекись водорода, продукты азотного метаболизма, лизоцим и др. Процесс разрушения бактериальных клеток завершается благодаря активности протеаз, нуклеаз, липаз и других ферментов, активность которых оптимальна при низких значениях рН.

8. Выброс продуктов деградации.

Фагоцитоз может быть: завершенным (киллинг и переваривание прошло успешно), незавершенным (для ряда патогенов фагоцитоз является необходимой ступенью их жизненного цикла, например у микобактерий и гонококков).

Активация комплемента.

Система комплемента работает как биохимический каскад реакций. Комплемент активируется тремя биохимическими путями: классическим, альтернативным и лектиновым путем. Все три пути активации производят разные варианты C3-конвертазы (белка, расщепляющего С3). Классический путь (он был открыт первым, но эволюционно является новым) требует антител для активации (специфический иммунный ответ, приобретённый иммунитет), в то время как альтернативный и лектиновый пути могут быть активизированы антигенами без присутствия антител (неспецифический иммунный ответ, врождённый иммунитет). Итог активации комплемента во всех трёх случаях одинаков: C3-конвертаза гидролизует СЗ, создавая C3a и C3b и вызывая каскад дальнейшего гидролиза элементов системы комплемента и событий активации. В классическом пути для активации С3-конвертазы необходимо образование комплекса С4b2a. Этот комплекс образуется при расщеплении С2 и С4 С1-комплексом. С1-комплекс, в свою очередь, для активации должен связаться с иммуноглобулинами класса М или G. C3b связывается с поверхностью болезнетворных микроорганизмов, что приводит к большей «заинтересованности» фагоцитов к связанным с СЗb клеткам (опсонизация). C5a - важный хемоаттрактант, помогающий привлекать в район активации системы комплемента новые иммунные клетки. И C3a, и C5a имеют анафилотоксическую активность, непосредственно вызывая дегрануляцию тучных клеток (как следствие - выделение медиаторов воспаления). C5b начинает формирование мембраноатакующих комплексов (МАК), состоящим из C5b, C6, C7, C8 и полимерного C9. МАК - цитолитический конечный продукт активации системы комплемента. МАК формирует трансмембранный канал, вызывающий осмотический лизис клетки-мишени. Макрофаги поглощают помеченные системой комплемента болезнетворные микроорганизмы.

Классический путь

Классический путь запускается активацией комплекса С1 (он включает одну молекулу С1q и по две молекулы С1r и С1s). Комплекс С1 связывается с помощью С1q с иммуноглобулинами классов М и G, связанными с антигенами. Гексамерный C1q по форме напоминает букет нераскрытых тюльпанов, «бутоны» которого могут связываться с Fc участком антител. Для инициации этого пути достаточно единственной молекулы IgM, активация молекулами IgG менее эффективна и требует больше молекул IgG.

С1q связывается прямо с поверхностью патогена, это ведет к конформационным изменениям молекулы С1q, и вызывает активацию двух молекул сериновых протеаз С1r. Они расщепляют С1s (тоже сериновую протеазу). Потом комплекс С1 связывается с С4 и С2 и затем расщепляет их, образуя С2а и С4b. С4b и С2а связываются друг с другом на поверхности патогена, и образуют С3-конвертазу классического пути, С4b2а. Появление С3-конвертазы приводит к расщеплению С3 на С3а и С3b. С3b образует вместе с С2а и С4b С5-конвертазу классического пути.

Альтернативный путь

Альтернативный путь запускается гидролизом C3 прямо на поверхности патогена. В альтернативном пути участвуют факторы В и D. С их помощью происходит образование фермента СЗbВb. Стабилизирует его и обеспечивает его длительное функционирование белок P. Далее РС3bВb активирует С3, в результате образуется С5-конвертаза и запускается образование мембраноатакующего комплекса. Дальнейшая активация терминальных компонентов комплемента происходит так же, как и по классическому пути активации комплемента.

Альтернативный путь отличается от классического следующим: при активации системы комплемента не нужно образование иммунных комплексов, он происходит без участия первых компонентов комплемента - С1, С2, С4. Он также отличается тем, что срабатывает сразу же после появления антигенов - его активаторами могут быть бактериальные полисахариды и липополисахариды, вирусные частицы, опухолевые клетки.

Лектиновый (маннозный) путь активации системы комплемента

Маннан (маннан - полимер маннозы)-связанный лектиновый путь гомологичен классическому пути активации системы комплемента. Этот путь использует маннан-связывающий лектин (MBL)- белок, подобный C1q классического пути активации, который связывается с маннозными остатками и другими сахарами на мембране, что позволяет распознавать разнообразные болезнетворные микроорганизмы. MBL - белок, принадлежащий к коллектиновой группе белков, которая производится печенью и может активировать каскад комплемента, связываясь с поверхностью патогена. MBL - 2-6-вершинная молекула, которая формирует комплекс с MASP-I (Mannan-binding lectin Associated Serine Protease, MBL-связанная сериновая протеаза) и MASP-II. MASP-I и MASP-II весьма схожи с C1r и C1s классической пути активации и, возможно, имеют общего эволюционного предшественника. Когда определяющие углеводы вершины MBL связываются с определенным образом ориентированными маннозными остатками на фосфолипидном бислое болезнетворного микроорганизма, MASP-I и MASP-II активируются и расщепляют белок C4 на C4a и C4b, а белок С2 на C2a и C2b.Затем C4b и C2a объединяются на поверхности болезнетворного микроорганизма, формируя C3-конвертазу, а C4a и C2b действуют как хемоаттрактанты.

Клеточный иммунный ответ

Проникший в организм вирус эндоцитируется макрофагами и затем частично разрушается в эндоплазматическом ретикулуме (1). В результате образуются чужеродные фрагменты, которые экспонируются на клеточной поверхности макрофагов (2). Эти фрагменты «презентируются» специальной группой мембранных белков (белки ГКГС). Комплекс из вирусного фрагмента и белка главного комплекса гистосовместимости [ГКГС (МНС)] распознается и связывается Т-клетками с помощью специфических (Т-клеточных) рецепторов. Среди огромного числа Т-клеток только немногие обладают подходящим рецептором (3), Связывание приводит к активации этих Т-клеток и появлению их селективных копий (4, "клональная селекция"). В активации Т-клеток участвуют различные гормоноподобные Сигнальные белки, интерлейкины [ИЛ (IL), см. с. 378]. Эти белки секретируются теми клетками иммунной системы, которые активируются при связывании с Т-клетками. Так, активированные макрофаги с презентируемым вирусным фрагментом секретируют IL-1 (5), а Т-клетки продуцируют IL-2 (6), который стимулирует их собственное клональное копирование и репликацию Т-хелперных клеток.

Клонированные и активированные Т-клетки осуществляют различные функции в зависимости от их типа. Цитотоксические Т-клетки (на схеме зеленого цвета) способны узнавать и связывать те клетки организма, которые инфицированы вирусами и на своих рецепторах ГКГС несут фрагменты вируса (7). Цитотоксические Т-клетки секретируют перфорин - белок, который делает проницаемой мембрану связанной инфицированной клетки, что и приводит к ее лизису (8).

Т-Хелперы (на схеме голубого цвета), напротив, связываются с В-клетками, которые презентируют на своей поверхности фрагменты вируса, связанные с белком ГКГС (9). Это ведет к селективному клонированию индивидуальных В-клеток и их массированной пролиферации, Интерлейкин стимулирует (10) созревание В-клеток - превращение в плазматические клетки (11), способные синтезировать и секретировать антитела (12)

Фагоцитоз - процесс, при котором специально предназначенные для этого клетки крови и тканей организма (фагоциты) захватывают и переваривают твёрдые частицы. Стадии фагоцитоза: 1. Приближение (хемотаксис) - активное движение к химическим раздражителям – продуктам жизнедеятельности микроорганизмов, веществам, образующимся в результате взаимодействия антигена с антителом; 2. Прилипание. Фагоциты способны образовывать тонкие цитоплазматические выпячивания, которые выбрасываются по направлению к объекту фагоцитоза и с помощью которых осуществляется прилипание. Определённое значение при этом имеет поверхностный заряд лейкоцитов. Лейкоциты с отрицательным зарядом лучше прилипают к объекту с положительным зарядом; 3. Поглощение объекта. Поглощение объекта лейкоцитами может происходить двумя способами: 1) контактирующий с объектом участок цитоплазмы втягивается внутрь клетки, а вместе с ним втягивается и объект; 2) фагоцит прикасается к объекту своими длинными и тонкими псевдоподиями, а потом все телом подтягивается в сторону объекта и обволакивает его. В обоих случаях инородная частица окружена цитоплазматической мембраной и вовлечена внутрь клетки. В итоге образуется своеобразный мешочек с инородным телом (фагосома). 4. Переваривание. Лизосома приближается к фагосоме, их мембраны сливаются, образуя единую вакуоль, в которой находятся поглощённая частица и лизосомальные ферменты (фаголизосома). В фаголизосомах устанавливается оптимальная для действия ферментов реакция (рН около 5,0) и начинается переваривание поглощённого объекта.Однако одни ферменты не могут обеспечить достаточного киллерного действия. Эффективность фагоцитоза возрастает, когда в процесс подключается так называемая кислородная система В норме лейкоциты черпают энергию в основном вследствие гликолиза. При фагоцитозе повышается потребление кислорода, причём столь резкое, что его принято называть «респираторным взрывом». Смысл столь резкого (до 10 раз) повышения потребления кислорода состоит в том, что он используется для борьбы с микроорганизмами. Заимствованный из среды кислород активируется путём частичного восстановления. При этом образуется перекись водорода и свободные радикалы. Эти высокоактивные соединения вызывают перекисное окисление липидов, белков, углеводов и при этом повреждают построенные из этих веществ клеточные структуры микроорганизмов. Кислородный механизм пускается в ход, когда рецептор фагоцита приходит в контакт с объектом фагоцитоза. У фагоцитов имеются и другие, не связанные с кислородом, механизмы борьбы с микроорганизмами. К ним относятся: а) лизоцим, который разрушает мембраны бактерий; б) лактоферрин, конкурирующий за ионы железа; в) катионные белки, нарушающие структуру мембран микроорганизмов. Опсонизация - процесс взаимодействия опсонинов с бактериями, в ходе которого последние становятся более восприимчивыми к действию фагоцитов. Обладая рецепторами к опсонизирующим белкам комплемента, которые прикрепились к поверхности мишеней (микробов, иммунных комплексов и др.), фагоцитарные клетки связывают эти мишени и активируются, что приводит к эндоцитозу или фагоцитозу мишеней. Процесс О. осуществляется также соответствующими специфическими антителами, взаимодействующими с антигенными эпитопами бактерий, вирусов, токсинов. В этом случае опсонизированный антиген прикрепляется к фагоцитирующей клетке через взаимодействие с поверхностными рецепторами (Fc-рецепторы) клетки к Fc-фрагменту иммуноглобулинов. Этим же фрагментом антитела могут взаимодействовать и с фагоцитами, благодаря чему клетки возбудителя будут ими разрушены.

Фагоцитоз филогенетически является наиболее древним защитным процессом, осуществляемым специализированными клетками иммунной системы (Мечников 1883, 1892; Greenberg, 1999). Именно И. И. Мечниковым впервые в сравнительных морфофизиологических исследованиях была доказана ключевая роль этого механизма иммунной защиты в формировании резистентности животных к инфекции.

К профессиональным фагоцитам у позвоночных животных в первую очередь относятся нейтрофилы (полиморфноядерные лейкоциты, микрофаги) и моноциты/макрофаги (моноядерные, мононуклеарные фагоциты). Эти клетки морфофизиологически и биохимически приспособлены к осуществлению поглощения и инактивации микробных тел и частиц, превышающих размеры диаметром 0.5 мкм (размер наименьших бактерий группы Mycoplasma). Отличие фагоцитоза от других форм эндоцитарных реакций клеток предполагает обязательное участие в этом процессе актинового цитоскелета, который в форме микрофиламентов пронизывает псевдоподии, осуществляющие захват микроорганизмов и частиц. Фагоцитоз требует для своего протекания определенных температурных условуй (t > +13-18 °С) и не происходит при более низких температурах у позвоночных животных. Наряду с нейтрофилами и моноцитами/макрофагами в фагоцитозе принимают участие незрелые дендритные клетки, эозинофилы, тучные клетки, эпителиальные клетки, тромбоциты и даже некоторые лимфоциты.

Контакт фагоцита с микроорганизмом инициирует клеточные реакции, связанные с цитоплазматической мембраной, цитоскелетом, активацией механизмов убивания (киллинга) патогенов, продукцией цитокинов, хемокинов и молекул, играющих ключевую роль в представлении антигенов (Underhill, Ozinsky, 2002).

Рецепторы фагоцитоза Клетки Рецептор Мишень Лиганд Лейкоциты FcyRs Иммунные комплексы пентраксин-оп- сонизирован- ный зимозан (дрожжи) СН-домены иммуноглобулинов САП, СРВ Нейтрофилы, моноциты/ макрофаги CR1 (CD35) Комплемент-оп- сонизирован- ные бактерии и грибы СЗЬ, С4Ь, Тоже CR3 (CD1 lb- CD18,oMp2, Масі) Комплемент-оп- сонизирован- ные бактерии и грибы грамотрицатсль- ные бактерии Bordetella pertussis СЗЫ, C3d ЛПС нити гемаг- глютинина Р-гликан Макрофаги, дендритные клетки CR4 (CD1 lc- CD18) М. tuberculosis Неидентифи- Макрофаги CD43 (лейко- сиалин/сиа- лофорин) М. tuberculosis Тоже Тучные CD48 Кишечные бактерии FimH Макрофаги Маннозный рецептор Pneumocystis Candida albicans Остатки маннозы или фукозы » Скавенджер рецептор АІ/І1 Апоптнческне лимфоциты грамположитель- ные кокки ? фосфати- дилсерин липотей- хоевые кислоты Клетки Сер- Скавенджер ре- Апоптические Фосфата- толи, эпителиальные клетки тимуса цептор В 1 клетки дилсерин

Клетки	Рецептор	Мишень	Лиганд
Макрофаги	MARCO	Е. co/і, S. aureus	Неидентифи-
»	MER	Апоптические тимоциты	? Gas6Apoc- фатидил- серин
Многие	PSR	Апоптические	Фосфати- дилсерин
Макрофаги	CD36	Апоптические нейтрофилы	Фосфати- дилсерин
»	CD14	Pseudomonas апоптические	?лпс неиденти- фицирован
Многие	pi-интегрины	Yersinia spp.	Инвазии
клетки
Макрофаги	опфЗ	Апоптические	? тромбоспондин
Дендритные	софЗ	То же	Неиденти-
альные
Эпителиаль-	Е-кадхерин	Listeria spp.	1п1А
ные клетки
То же	Met	То же	1п1В

Основные стадии фагоцитоза: хемотаксис, контакт фагоцита с микробом, поглощение (интернализация) микроорганизмов (фагоцитоз в узком смысле слова), инактивация (киллинг) и последующее переваривание патогенов в вакуолярном аппарате фагоцитов (завершение фагоцитоза). Наряду с этими функциональными проявлениями фагоцитоз, как правило, сопровождается секреторными реакциями фагоцитов, особенно моноцитов/ макрофагов и дендритных клеток, в ходе которых выделяются разнообразные физиологически активные вещества, обеспечивающие протективный характер течения и завершения всего процесса в целом.

В распознавании, контакте и поглощении микробов фагоцитами участвуют разнообразные рецепторы (табл. 7) (Greenberg, 78

Grinstein, 2002). С помощью современных молекулярно-генетических методов установлено, что при фагоцитозе частиц латекса макрофагами мыши в фагоцитах наблюдаются изменения в экспрессии более 200 генов, а при фагоцитозе Mycobacterium tuberculosis - около 600 (Ehrt et al., 2001). Все это свидетельствует о сложном и комплексном характере структурно-функциональных изменений в макрофагах, сопряженных с фагоцитарным процессом. Понимание их молекулярной основы обеспечит в перспективе создание фармакологических средств, направленно регулирующих процесс фагоцитоза. Многообразие рецепторов обеспечивает эффективность распознавания патогенов («несвоего») и является необходимым условием для последующей прицельной инактивации инфекционных агентов. В одной из современных концепций врожденного иммунитета совокупность этих рецепторов принято обозначать как систему рецепторов (молекул), распознающих патогенассоциированные молекулярные паттерны (Janeway, 1992, 2002). "

Сущность фагоцитоза можно описать буквально в нескольких словах. При этом процессе особые клетки-фагоциты «вычисляют», пожирают и переваривают вредные частицы, попавшие в организм, главным образом инфекции . Цель явления состоит в том, чтобы защитить нас от потенциальных патогенов, токсинов и так далее. А как именно осуществляется механизм фагоцитоза? Он проходит в несколько этапов, о которых будет подробнее рассказано ниже.

Этапы фагоцитоза:

Хемотаксис

Вредоносный объект проникает в организм, и он недолго остается там незамеченным. Этот объект, будь то бактерия, инородное тело или что-то еще, выделяет особые вещества (хемоаттрактанты) и прямо контактирует с кровью или тканями. Все это ставит организм в известность о присутствии внутри него агрессора.

Возникает каскад биохимических реакций. На первой стадии фагоцитоза тучные клетки выбрасывают в кровь специальные соединения, вызывающие реакцию воспаления. Начало воспалительного процесса «пробуждает» от состояния покоя макрофаги и другие клетки-фагоциты . Нейтрофилы, уловив присутствие хемоаттрактантов, быстро выходят из крови в ткани и спешат мигрировать к воспалительному очагу.

Сложно это описать, а еще сложнее себе это представить, но проникновение патогена в организм ведет к запуску настоящего эффекта домино, включающего сотни (!) различных физиологических явлений, проходящих на клеточном и субклеточном уровнях. Состояние иммунной системы на этом этапе фагоцитоза можно сравнить с состоянием потревоженного пчелиного улья, когда его многочисленные обитатели готовятся атаковать обидчика.

Адгезия

Последовательность фагоцитоза продолжается второй стадией - реакцией адгезии. Подошедшие к нужному месту фагоциты протягивают к патогену свои отростки, вступают с ним в контакт и распознают его. Они не спешат сразу нападать и вначале предпочитают убедиться, не ошибаются ли они на счет «чужака». Распознание вредоносного агента происходит при помощи особых рецепторов на поверхности мембран фагоцитов.

Активация мембраны

На третьей стадии фагоцитоза в клетках-защитниках происходят невидимые реакции, которые подготавливают их к захвату и уничтожению патогена.

Погружение

Мембрана фагоцита - это текучая, пластичная субстанция, которая может менять форму. Что она и делает, когда клетка сталкивается с вредоносным объектом. На фото видно, что фагоцит протягивает к чужеродной частице свои «щупальца». Потом он постепенно растекается вокруг нее, наползает на нее и полностью ее захватывает.

Образование фагосомы

Когда фагоцит охватывает частицу со всех сторон, его мембрана замыкается снаружи, а внутри клетки остается закрытый пузырек с атакованным объектом внутри. Таким образом, клетка как будто проглатывает частицу. Этот пузырек носит название фагосомы.

Формирование фаголизосомы (слияние)

Пока проходили другие этапы фагоцитоза, внутри фагоцита готовилось к использованию его оружие - органеллы-лизосомы, содержащие «пищеварительные» ферменты клетки. Как только бактерия или другой вредный объект оказался пленен клеткой-защитником, к ней приближаются лизосомы. Их мембраны сливаются с оболочкой, обволакивающей частицу, и их содержимое изливается внутрь этого «мешка».

Киллинг

Это самый драматичный момент во всем механизме фагоцитоза. Захваченный объект переваривается и расщепляется фагоцитом.

Удаление продуктов расщепления

Все, что осталось от убитой бактерии или другой переваренной частицы, удаляется из клетки. Бывшая фаголизосома, представляющая собой мешочек с продуктами деградации, подходит к наружной мембране фагоцита и сливается с ней. Так из клетки удаляются остатки поглощенного объекта. Последовательность фагоцитоза завершается.

От чего зависит успешность фагоцитоза?

Увы, не всегда весь описанный процесс проходит как по маслу. В некоторых случаях патоген оказывается сильнее фагоцитарного звена иммунитета , он перебарывает защиту, и человек заболевает. Еще Мечников замечал, что если на личинок и червей подействовать слишком большим количеством грибковых клеток, то зараженные организмы погибают.

Другая возможная причина неудачи - незавершенный фагоцитоз . Некоторые (часто очень опасные и заразные) возбудители защищены от переваривания фагоцитами. В результате они просто проникают внутрь них, живут там и развиваются, недоступные для других факторов защиты иммунитета. Ведь «нормальная» иммунная система не будет атаковать собственные же клетки, она не знает, что внутри них - опасный возбудитель…

Чтобы избежать «неудачного» фагоцитоза и обеспечить наилучшую иммунную защиту, рекомендуется принимать препарат Трансфер Фактор . Его информационные молекулы передают клеткам иммунитета сведения о том, как вести себя с самыми разными патогенами и как от них избавляться. В результате работа иммунитета налаживается, а это повышает его устойчивость к еще не возникшим болезням и эффективность излечения от уже развившихся.

Тема: « Учение об иммунитете. Неспецифические факторы защиты».

Иммунитет – это способ защиты организма от генетически чужеродных веществ – антигенов экзогенного и эндогенного происхождения, направленный на поддержание и сохранение гомеостаза, структурной и функциональной целостности организма, биологической (антигенной) индивидуальности каждого организма и вида в целом.

Такое определение подчеркивает:

что иммунология изучает способы и механизмы защиты от любых генетически чужеродных для данного организма антигенов, будут они микробного, животного или другого происхождения;

что механизмы иммунитета направлены против антигенов, которые могут проникать в организм, как из вне, так и формироваться в самом организме;

что система иммунитета направлена на сохранение и поддержание генетически детерменированной антигенной индивидуальности каждой особи, каждого вида в целом

Иммунная защита о биологической агрессии достигается триадой реакций , включающей:

распознавание чужеродных и измененных собственных макромолекул (АГ)

удаление из организма АГ и несущих их клеток.

запоминание контакта с конкретными АГ, определяющее их ускоренное удаление при повторном поступлении в организм.

Основоположники иммунологии:

Луи Пастер – принцип вакцинации.

И. И. Мечников – учение о фагоцитозе.

Пауль Эрлих – гипотеза об антителах.

О важности иммунологии как науки свидетельствует то, что авторы многих открытий отмечены Нобелевской премией.

Факторы неспецифической резистентности организма

В неспецифической защите от микробом и антигенов важную роль, как указывалось выше, играют три барьера : 1) механический, 2) физико-химический и 3) иммунобиологический. Основными защитными факторами этих барьеров являются кожа и слизистые оболочки, ферменты, фагоцитирующие клетки, комплемент, интерферон, ингибиторы сыворотки крови.

Кожа и слизистые оболочки

Многослойный эпителий здоровой кожи и слизистых оболочек обычно непроницаем для микробов и макромолекул. Однако при малозаметных микроповреждениях, воспалительных изменениях, укусах насекомых, ожогах и травмах через кожу и слизистые не могут проникать микробы и макромолекулы. Вирусы и некоторые бактерии могут проникать в макроорганизм межклеточно, через клеточно и с помощью фагоцитов, переносящих поглощенных микробов через эпителий и слизистых оболочек. Свидетельством этому является инфицирование в естественных условиях через слизистые верхних дыхательных путей, легких, желудочно-кишечного трактат урогенитального тракта, а также возможность пероральной и ингаляционной иммунизации живыми вакцинами, когда вакцинный штамм бактерий и вирусов проникает через слизис­тые оболочки желудочно-кишечного тракта и дыхательных путей.

Физико-химическая защита

На чистой и неповрежденной коже обычно держится мало микробов, так как потовые и сальные железы постоянно выделяют на ее поверхность вещества, обладающие бактерицидным действием (уксусная, муравьиная, молочная кислоты).

Желудок также является барьером для проникающих перорально бактерий, вирусов, антигенов, так как последние инактивируются и разрушаются под влиянием кислого содер­жимого желудка (рН 1,5-2,5) и ферментов. В кишечнике инактивирующими факторами служат ферменты и бактериоцины, образуемые нормальной микробной флорой кишечника, а также трипсин, панкреатин, липаза, амилазы и желчь.

Иммунобиологическая защита

Фагоцитоз

Фагоцитоз (от греч. phagos - пожираю, cytos - клетка), открытый и изученный И. И. Мечниковым, является одним из ос­новных мощных факторов, обеспечивающих резистентность организма, защиту от инородных веществ, в том числе микробов. Это наиболее древняя форма иммунной защиты, которая появилась уже у кишечнополостных.

Механизм фагоцитоза состоит в поглоще­нии, переваривании, инактивации инород­ных для организма вешеств специализиро­ванными клетками - фагоцитами.

И. И. Мечников к фагоцитирующим клет­ кам отнес макрофаги и микрофаги. Наиболее изучены и численно преобладающие это моноциты крови и образующиеся из них макрофаги тканей. Длительность пребывания моноцитов в кровотоке составляет 2-4 сут. После этого они мигрируют в ткани, превращаясь в макрофаги. Продолжительность жизни макрофагов – от 20 сут до 7 мес (речь идет о различных субпопуляциях тканевых макрофагов); в большинстве это – 20 -40 дней.

Макрофаги крупнее моноцитов из-за распластанной формы. Макрофаги подразделяются на резидентные (стабильно локализующиеся в определенных тканях) и подвижные (мобилизуемые в очаг воспаления) В на­стоящее время все фагоциты объединены в единую мононуклеарную фагоцитирующую систему :

В нее включены тканевые макрофаги (альвеолярные, перитонеальные и др.), клет­ ки Лангерганса и Гренстейна (эпидермоциты кожи), клетки Купфера (звездчатые ретикулоэндотелиоциты), эпителиоидные клетки, нейтрофилы и эозинофилы крови и некото­рые другие.

Основные функции фагоцитов .

удаляют из ор­ганизма отмирающие клетки и их структуры (эритроциты, раковые клетки);

удаляют неметабилизируемые неорганические вещества, попадающие во внутреннюю среду организма тем или иным путем (например, частички угля, минеральную и другую пыль, проника­ющую в дыхательные пути);

поглощают и инактивируют микробы (бактерии, вирусы, грибы), их останки и продукты;

синтези­руют разнообразные биологически активные вещества, необходимые для обеспечения резистентности организма (некоторые компо­ненты комплемента, лизоцим, интерферон, интерлейкины и др.);

участвуют в регу­ляции иммунной системы;

осуществляют «ознакомление» Т-хелперов с антигенами, т. е. участвуют в кооперации иммунокомпетентных клеток.

Следовательно, фагоциты являются, с од­ной стороны, своеобразными «мусорщика­ми», очищающими организм от всех ино­родных частиц независимо от их природы и происхождения (неспецифическая функ­ция), а с другой стороны, участвуют в про­цессе специфического иммунитета путем представления антигена иммунокомпетентным клеткам (Т~ лимфоцитам) и регуляции и к активности.

Стадии фагоцитоза . Процесс фагоцитоза, т. е. поглощения инородного вещества клетка­ми, имеет несколько стадий:

приближение фагоцита к объекту поглощения (хемотаксис);

адсорбция п оглощаемого вещества на по­верхности фагоцита;

поглощение вещества путем инвагинации клеточной мембраны с об­разованием в протоплазме фагосомы (вакуоли, пузырьки), содержащей поглощенное вещест­во;

слияние фагосомы с лизосомой клетки с образованием фаголизосомы;

активация лизосомальных ферментов и переваривание вещества в фаголизосоме с их помощью.

Особенности физиологии фагоцита . Для осу­ществления своих функций фаго­циты располагают обширным набором литических ферментов, а также продуцируют перекисные и N0" ион-радикалы, которые могут поражать мембрану (или стенку) клетки на расстоянии или после фагоцитирования. На цитоплазматической мембране находятся рецепторы к компонентам комплемента, Fc-фрагментам иммуноглобулинов, гистамину, а также антигены гистосовместимости I и II класса. Внутриклеточные лизосомы содержат до 100 различных ферментов, способных «пе­реварить» практически любое органическое вещество.

Фагоциты имеют развитую поверхность и очень подвижны. Они способны активно пе­ремещаться к объекту фагоцитоза по гради­енту концентрации особых биологически ак­тивных веществ - хемоаттрактантов. Такое передвижение получило название хемотаксис (от греч. chymeia - искусство сплавления металлов и taxis - расположение, построе­ние). Это АТФ-зависимый процесс, в кото­ром участвуют сократительные белки актин и миозин. К числу хемоаттрактантов относятся, например, фрагменты компонентов компле­мента (СЗа и С5а), лимфокины ИЛ-8 и др., продукты распада клеток и бактерий, плюс измененный эпителий кровеносного сосуда в месте воспаления. Как известно, ранее других клеток в очаг воспаления мигрируют нейтрофилы, существенно позже туда поступают макрофаги. Однако скорость хемотаксического перемещения одинакова. Различия связаны с разным набором факторов, служащих для них хемоаттрактантами, с более быстрой начальной реакцией нейтрофилов (запуск хемотаксиса), а также присутствие нейтрофилов в пристеночном слое сосудов (т.е. их готовность к проникновению в ткани)

Адсорбция вещества на поверхности фа­гоцита осуществляется за счет слабых хи­мических взаимодействий и происходит ли­бо спонтанно, неспецифически, либо путем связывания со специфическими рецепторами (к иммуноглобулинам, компонентам компле­мента). Мембранные структуры, взаимодействующие при контакте фагоцитов с клетками мишенями (в частности, опсонины на поверхности микробной клетки и их рецепторы на поверхности фагоцита), расположены равномерно на взаимодействующих клетках. Это создает условия для последовательного обхвата частицы псевдоподиями, что тотально вовлекает в процесс всю поверхность фагоцита и приводит к поглощению частицы вследствие замыкания мембраны по принципу «застежки молнии». «Захват» фагоцитом вещества вызыва­ет выработку большого количества перекисных радикалов («кислородный взрыв») и N0", которые вызывают необратимые, летальные повреждения как цельных клеток, так и отде­льных молекул.

Поглощение адсорбированного на фаго­ците вещества происходит путем эндоцито за. Это энергозависимый процесс, связан­ный с преобразованием энергии химических связей молекулы АТФ в сократительную ак­тивность внутриклеточного актина и мио­зина. Окружение фагоцитируемого вещества бислойной цитоплазматической мембраной и образование изолированного внутриклеточ­ного пузырька - фагосомы напоминает «за­стегивание молнии». Внутри фагосомы про­должается атака поглощенного вещества активными радикалами. После слияния фа­госомы и лизосомы и образования в цитоп­лазме фаголизосомы происходит активация лизосомальных ферментов, которые разру­шают поглощенное вещество до элементар­ных составляющих, пригодных для дальней­шей утилизации для нужд самого фагоцита.

В фаголизосоме существует несколько систем факторов бактерицидности :

факторы, требующие участия кислорода

азотистые метаболиты

активные субстанции, в том числе и ферменты

локальное закисление.

Одной из основных форм разрушения микроорганизма внутри макрофага – это кислородный взрыв . Кислородный, или дыхательный взрыв – это процесс образования продуктов частично восстановленного кислорода, свободных радикалов, перекисей и других продуктов, обладающих высокой антимикробной активностью. Эти процессы развиваются в течение секунд, что и определило их обозначение как «взрыв». Обнаружены различия между КВ нейтрофилов и макрофагов , в первом случаи реакция более кратковременная, но интенсивнее, она приводит к большому накоплению перекиси водорода и не зависит от синтеза белков, во втором случаи она более длительная, но подавляется ингибитором синтеза белка циклогексидином.

Окись азота и радикал NO (особенно важно при разрушении микобактерий).

Ферментативное расщепление вещества может также происходить внеклеточно при выходе ферментов за пределы фагоцита.

Затрудняется поступление в микробную клетку питательных веществ в следствии снижения ее электронного потенциала. В кислой среде повышается активность ферментов.

Фагоциты, как правило, «переваривают» за­хваченные бактерии, грибы, вирусы, осущест­вляя таким образом завершенный фагоцитоз. Однако в ряде случаев фагоцитоз носит неза­вершенный характер : поглощенные бактерии (например, иерсинии) или вирусы (например, возбудитель ВИЧ-инфекции, натуральной оспы) блокируют ферментативную активность фагоцита, не погибают, не разрушаются и да­же размножаются в фагоцитах. Такой процесс получил название незавершенный фагоцитоз.

Небольшой олигопептид может быть эндоцитирован фагоцитом и после процессинга (т. е. ограниченного протеолиза) включен в состав молекулы антигена гистосовметимо ти II класса. В составе сложного макромолекулярного комплекса олигопептид выставля­ется (экспрессируется) на поверхности клетки для «ознакомления» с ним Т-хелперов.

Фагоцитоз активируется под влиянием антител-опсонинов, адъювантами, компле­ментом, иммуноцитокинами (ИЛ-2) и дру­гими факторами. Механизм активирующего действия опсонинов основан на связывании комплекса антиген-антитело с рецепторами к Fc-фрагментам иммуноглобулинов на по­верхности фагоцитов. Аналогичным образом действует комплемент, который способствует связыванию на специфических для него ре­цепторах фагоцита (С-рецепторах) комплекса антиген-антитело. Адъюванты укрупняют мо­лекулы антигена и таким образом облегчают процесс его поглощения, так как интенсив­ность фагоцитоза зависит от величины погло­щаемой частицы.

Активность фагоцитов характеризуется фа­ гоцитарными показателями и опсоно-фагоци тарным индексом.

Фагоцитарные показатели оцениваются числом бактерий, поглощенных или «переваренных» одним фагоцитом в еди­ницу времени, а опсонофагоцитарный индекс представляет отношение фагоцитарных пока­зателей, полученных с иммунной, т. е. содер­жащей опсонины, и неиммунной сывороткой. Эти показатели используются в клинической практике для определения иммунного статуса индивидуума.

Секреторная активность макрофагов. Т акая активность свойственна преимущественно активированным фагоцитирующим клеткам, но по крайней мере макрофаги выделяют субстанции (лизоцим, простагландин Е2) спонтанно. Активность выражается в двух формах :

1 . выброс содержимого гранул (для макрофагов лизосом), т.е. дегрануляция .

2 . секреция с участием ЭПР и аппарата Гольджи.

Дегрануляция свойственна всем основным фагоцитирующим клеткам, а второй тип исключительно макрофагам.

С остав гранул нейтрофилов разделен на две части, одни действуют при нейтральных или щелочных значения ph, другая кислые гидролазы.

Главная особенность макрофагов в сравнение с нейтрофилами, это значительно более выраженная секреция, не связанная с дегрануляцией.

Макрофаги спонтанно секретируют : лизоцим, компаненты комплимента, ряд ферментов (например, эластазу), фибронектин, апопротеин А и липопротеиновую липазу. При активизации значительно увеличивается секреция: С2, С4, фибронектина, активатора плазминогена, включается синтез цитокинов (ИЛ1, 6 и 8), ФНОα, интерферонов α, β, гормонов и др.

Активация макрофагов приводит к процессам дегрануляции фагосом и лизосом с выделение продуктов, аналогичных тем, которые выделяются при дегрануляции нейтрофилов. Комплекс этих продуктов обуславливает внеклеточный бактериолиз и цитолиз, а так же переваривание компонентов разрушенных клеток. Однако внеклеточная бактерицидная активность у макрофагов выражена слабее, чем у нейтрофилов . Макрофаги не вызывают массированного аутолиза, приводящего к формированию гноя.