Лекция 1 (Часть 1). Лечебное дело. Общие принципы иммунного ответа (врожденный, адаптивный иммунитет). Нормальная микробиота
 Скачать 0.75 Mb.
|
|
Лекция 1 (Часть 1). Лечебное дело. Общие принципы иммунного ответа (врожденный, адаптивный иммунитет). Нормальная микробиота. Ведущие ученые сходятся во мнении, что ни одно существующее на сегодняшний день определение иммунитета не охватывает все его грани. Именно поэтому нет единой формулировки. По мнению ведущих российских ученых: иммунитет – это способность многоклеточных организмов поддерживать постоянство своего макромолекулярного состава путем удаления чужеродных молекул, что обеспечивает устойчивость к инфекционным агентам и резистентность к опухолям (А.А. Ярилин, 2010) илиэто способ защиты организма от действия различных веществ и организмов, вызывающих деструкцию его клеток и тканей, характеризующийся изменением функциональной активности преимущественно иммуноцитов с целью поддержания гомеостаза внутренней среды (Черешнев В.А., К.В. Шмагель, 2013); Иммунитет выполняет две основных функции: 1) защитную – протективную (противоинфекционный, противоопухолевый иммунитет). 2) акцептивную – мирное сожительство с генетически чужим, но не повреждающим (нормальная микробиота, плод в матке). Выделяют две условные линии защиты: врожденный и адаптивный иммунитет, при этом важно помнить, что данные механизмы являются дополняющими, взаимопроникающими. Выделяют 3 типа чужеродных агентов. 1. Образы патогенности или патогенассоциированные молекулярные паттерны (РAMP) – группы молекул общие для многих микроорганизмов, отсутствующие в организме человека (пептидогликан, липополисахарид, ДНК бактерий и вирусов). За время эволюции не подвергались изменению. Распознаются механизмами врожденного иммунитета. 2. Образы опасности (danger-associated molecular patterns, DAMP) — эндогенные молекулы, сигнализирующие о любом повреждающем воздействии (температурном, лучевом, инфекционном и т.д.); эти процессы не всегда контролируются иммунитетом. Некоторые образы опасности (можно рассматривать как эндогенные эквиваленты PAMP. Распознаются механизмами врожденного иммунитета. 3. Антигены — высокомолекулярные соединения, способные специфически стимулировать иммунокомпетентные лимфоидные клетки и обеспечивать тем самым развитие адаптивного иммунного ответа. Распознавание антигенов происходит индивидуально (а не по группам, как в случае PAMP). Антигены распознаются антигенспецифическими рецепторами, представленными на клетках одного типа — лимфоцитах. Механизмы врожденного иммунитета: 1. Анатомо-физиологические механизмы (барьерная и выделительная функции, воспаление и т. д.). 2. Нормальная микробиота (микрофлора). 3. Клеточные факторы (фагоцитоз). 4. Гуморальные факторы неспецифической резистентности (лизоцим, секреты кожи и слизистых оболочек, комплимент, интерфероны, фибронектин, белки острой фазы, естественные антитела) Нормальная микробиота. Основные функции вне зависимости от с локализации заключаются в колонизационной резистентность (формируются биопленки, поддерживающие оптимальный состав микроорганизма и противодействующие внедрению и размножению патогенных, а также иммуномодулирующей (представители микробиоты являясь не патогенными или патогенными частично захватываются клетками иммунитета и на них запускается «тренировочный» иммунный ответ. Во- первых, это способствует формированию лимфоидной ткани, во-вторых синтезируются антитела контролирующие количественный состав представителей микробиоты. Важную роль играет микробиота кишечника. В итоге функции микробиоты кишечника: 1. Колонизационная резистентность. 2. Иммуномодулирующая. 3. Детоксикационная деятельность, 4. Витаминообразующая функция, 5. Переваривание и всасывание пищи, 6. Регуляция моторной деятельности кишечника. Влияние нормальной и патогенной микробиоты на эпителий кишечника Нормальная микробиота Патогены 1. Не повреждает и не активирует эпителий. Повреждают эпителий, обнажаются паттернраспознающие рецепторы, что активирует эпителий Не поникает внутрь, не активирует воспаление Возможно проникновение в подслизистый слой, с воспалением. Не изменяет конститутивный синтез эпителием противовоспалительных цитокинов (TGF-β и др.) Способствует синтезу провоспалительных цитокинов, запускающих полный воспалительный каскад. (Часть 2). Клеточный врожденный иммунитет. Миелопоэз. Нейтрофилы, моноциты/макрофаги. Фагоцитоз. Эозинофилы, базофилы, тучные, дендритные клетки. Лимфоциты врожденного иммунитета. Клетки врожденного иммунитета являются гетерогенной популяцией, объединяющей лейкоциты: нейтрофилы, моноциты/макрофаги, эозинофилы, базофилы/тучные, дендритные клетки, некоторые лимфоциты врожденного иммунитета (натуральные киллеры (cNK, NKreg), натуральные хелперы др.), а также, с учетом современных взглядов и эпителиальные клетки являются активными участниками данной линии защиты – рис. 7. Принципиальным их отличием от клеток адаптивного иммунитете – отсутствие рецепторов для распознавания АГ. Большая часть активируется на образы патогенности и опасности, NK при отсутствии собственного MHC I класса ( MHC I – рецептор индивидуальный для каждого организма, расположенный на мембране практически всех клеток, исключение: эритроциты (так как без ядерные) и клетки трофобласта ) Кроветворные стволовые клетки и миелопоэз. Кроветворение происходит в красном костном мозге ( центральном органе иммунной системы ). Все клетки крови происходят от гемопоэтической стволовой клетки, которая несет на мембране CD34 и ряд других рецепторов. При этом деление стволовых клеток происходит достаточно медленно (1 раз в 30- 60 суток). Жизнеспособность и направление развития поддерживают стромальные клетки костного мозга, а также присутствующие в микроокружении цитокины ( эндогенные пептиды, медиаторы межклеточного взаимодействия). Дифференцируясь, стволовые клетки дают начало двум основным ветвям: миелоидной и лимфоидной. При этом гемопоэзу свойственна пластичность, которая во многом поддерживается именно цитокинами. Развитие клеток врожденного иммунитета идет по трем линиям: базовая – гранулоцитарно-марофагальная (цитокин, сопровождающий данное направление - гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор (GM-GSF)) с последующим делением на моноцитарную и гранулоцитарную – схема 3. Между появлением гранулоцитарно- макрофагального предшественника и его дифференцировкой на моноцитарно-макрофагальный (цитокин - моноцитарно-макрофагальный фактор (M-CSF)) и гранулоцитарный предшественник (гранулоцитарный фактор - G-CSF) проходит около 5 суток – это один из самых длительных периодов миелопоэза. Следующий этап – созревание – значительно отличается для моноцитов и гранулоцитов. Моноциты -1-3 суток, нейтрофилы – 10-14 суток, эозинофилы – 2-4 дня. После созревания моноциты находятся еще сутки в костном мозге, нейтрофилы -1-2 дня и затем покидают его, поступая в кровоток . При этом моноциты сохраняют способность к делению и дальнейшей дифференцировки. Нейтрофилы выходят в кровь клеткой неспособной к делению, индуцированной экспрессии рецепторов, синтезу белка. Все клетки проходят стадию циркуляции в крови: 1. Одни клетки (дендритные и тучные) циркулируют столь кратковременно и в малом количестве (промежуточная стадия развития), что при обычном определении лейкоцитарной формулы их выделит невозможно. Схема 3. Кр асн ы й к ост ны й мозг Стволовая клетка (CD34) GM-линия GM-CSF 5 суток M-линия G-линия M-CSF G-CSF Созревание моноцитов (2-3 суток) Нейтрофилы Эозинофилы Базофилы Созревание 7-10 сут. Созревание 2-4 дня При попадании в кровь способны развиваться Нейтрофилы при выходе в кровь не способны к дифференцировке Кр овь Длительная (1-2 суток) Кратковременная, 8 ч (2-34 ч.) Циркуляция Кратковременно на промежуточной стадии развития Моноциты Нейтрофилы, эозинофилы Тучные клетки, базофилы, дендритные клетки Т кан и Макрофаги, дендритные клетки, месяцы/годы Нейтрофилы, 3- 8 суток Эозинофилы, 10-12 суток Другие клетки (нейтрофилы, моноциты) представляют основной пул лейкоцитов крови. Все разновидности миелоидных клеток спонтанно мигрируют из крови в ткани, где одни быстро погибают (нейтрофилы) или длительно функционируют, проникая в качестве резидентных клеток практически во все органы и ткани, изменяя при этом под влиянием микроокружения свои морфофункциональные особенности (так к тканевым формам моноцитов относятся макрофаги и миелоидные дендритные клетки). Кровоток служит депо, из которого клетки также могут экстренно мигрировать в очаг развивающегося воспаления. Таким образом, участие миелоидных клеток в обеспечение врожденного иммунитета складывается из экстренной реакции клеток, мобилизуемых из кровотока при воспалении, и постоянной (фоновой) деятельности резидентных клеток. Нейтрофилы, эозинофилы и базофилы мобилизуются из крови в ткани в основном в экстренных случаях, а моноциты/макрофаги, наоборот, преимущественно играют роль клеток, длительно живущих и функционирующих в различных тканях. Производительность гранулоцитопоэза по сравнению с моноцитопоэзом значительно выражение. За сутки образуется и поступает в кровь 10 11 нейтрофилов (100 г), столько же погибает. Производительность моноцитопоэза в 20 раз ниже. Существует еще две разновидности миелоидных клеток – дендритные и тучные. Они циркулируют в крови на промежуточной стадии развития и планово мигрируют в ткани. Нейтрофилы – нейтрофильные сегментоядерные лейкоциты, нейтрофильные гранулоциты – основная часть белых клеток крови. Нейтрофилы являются первой линией клеточной защиты. Это профессиональные охотники за бактериями, обладающие самой высокой подвижностью среди всех клеток организма. Они первыми (в течение 30 мин) приходят в очаг воспаления, где проявляют разнообразные виды активности: захватывают и поглощают чужеродные объекты, реализуют комплекс бактерицидных эффектов, продуцируют хемотаксины и медиаторы, регулирующие активность других клеток.Их доля среди лейкоцитов крови здоровых людей может составлять 35-75% (у взрослых обычно 2/3 от их общего числа). Они легко распознаются под микроскопом по наличию сегментированного - 3-5 сегментов - ядра и содержанию в цитоплазме небольших по размеру гранул. Некоторые CD-рецепторы: CD13 – рецептор для распознавания ряда вирусов, CD 14 – рецептор для липополисахарида (компонент клеточной стенки грамотрицательных бактерий ) Схема 4. Популяции нейтрофильных гранулоцитов (Нестерова И. В., 2014) Развитие нейтрофилов. Жизненный цикл занимает около 14 дней, большая часть которого проходит в красном костном мозге. Выделяют: 1) митотическую; 2) постмитотическую фазы. Митотическая фаза (7,5 дней) характеризуется несколькими циклами деления. Образование нейтрофилов начинается с дифференцировки стволовой клетки в миелобласт, промиелоцит. Далее происходит процесс формирования азурофильных гранул, содержащих миелопероксидазу, эластазу, дефензины (первичные гранулы). Позднее, на стадии миелоцита, появляются гранулы (лактоферрин и лизоцим) – вторичные гранулы. Наличие готовых микробиоцидных веществ в гранулах избавляет нейтрофил от необходимости запуска целого ряда синтетических процессов в период воспалительной мобилизации, что значительно повышает скорость его эффективного реагирования. Такой же способностью (иметь готовые биоактивные вещества) обладают базофилы, эозинофилы, тучные клетки, NK-клетки. Постмитотическая фаза (примерно 6,5 дней) - нейтрофил прекращает делиться. В этот период наблюдается существенная перестройка ядерного аппарата. Происходит конденсация хроматина с последующей сегментацией ядра, в связи, с чем полиморфноядерный лейкоцит становится неспособным к делению. Наличие сегментированного ядра позволяет нейтрофилам проникать через мелкие поры(3-5 мкм в диаметре; для моноцитов, имеющих почкообразное ядро, этот барьер в 2 раза выше - 8 мкм). Популяция нейтрофильных гранулоцитов Костномозговой пул Пролиферирующие нейтрофилы Неделящиеся нейтрофилы Циркулирующие Пристеночные Тканевой пул Экссудативный (в т. ч. саливарный) Инфильтрирующий Рис 8. Особенности размножения нейтрофилов. Развитие нейтрофилов контролируют цитокины, из которых главную роль играют - гранулоцитарный колониестимулирующий фактор (G-CSF), а вспомогательную IL-3 и IL- 6. Повышение содержания нейтрофилов в условиях воспаления регулируется цитокинами: IL -17 и IL– 23. IL-23 индуцирует образование IL-17, который в свою очередь выработку G-CSF. При стимуляции образами патогенности активация постмитотического пула мгновенно (в первую очередь пристеночных нейтрофильных гранулоцитов, а затем костномозговой резерв), через 2-3 дня повышение гранулопоэза – рис. 8. Большая часть зрелых нейтрофилов не покидает костный мозге и погибает. Это происходит через включение механизмов апоптоза ( программной гибели клетки ) с последующей элиминацией клеточного материала костномозговыми макрофагами. Лишь небольшая доля образовавшихся нейтрофилов поступает в кровоток. Эти клетки, несмотря на отсутствие внешних отличий от дифференцированных нейтрофилов костного мозга, обладают многократно большим фагоцитозным потенциалом. Время их присутствия в циркуляции менее 1 дня(период полувыведения составляет 6- 7 часов). Они элиминируются из кровотока макрофагами печени и селезенки. В норме в крови (2,0 – 7,5) на 10 9 /л. В кровотоке только 1-2% зрелых нейтрофилов. После физического напряжения (тяжелая работа, занятия спортом, роды, эпилептический припадок) количество нейтрофилов в крови может существенно увеличиваться. Это обусловлено как повышенным по- ступлением морфологически зрелых нейтрофилов из костного мозга (эффект связан с влиянием кортикостероидных гормонов надпочечников), так и уменьшением адгезивности лейкоцитов крови, расположенных вдоль эндотелия сосудов, и их переходом в циркулирующий пул (действие адреналина). В дальнейшем нейтрофилы могут поступать в мышцы. В таких ситуациях они выступают в роли питающих клеток, доставляя гликогена энергетически обедненным тканям. Нейтрофилы в крови: а) пристеночные (маргинальные), скорость кровотока выше, чем скорость их передвижения, б) свободные. Пристеночные нейтрофилы катятся как «мячи по тротуарной плитке». При этом скорость кровотока выше скорости движения нейтрофилов. Основная функция нейтрофилов - защита организма от локальных бактериальных инфекций. Для ее реализации ему необходимо проникнуть из кровяного русла в ткань. При развитии местной воспалительной реакции в тканях повышается провоспалительные цитокины, а в прилегающих сосудах на этом фоне повышается проницаемость для нейтрофилов (за счет изменения рецепторов эндотелиальных клеток сосудистой стенки). Важно отметить, что миграция в кровь нейтрофилов происходит с участием адгезинов (β-интегрины, Р- и Е- селектины), фермента эластаза, которые секретируют сами нейтрофилы. Значимым является способность нейтрофилов активно продуцировать IL-12 и через него регулировать презентацию антигена дендритными клетками и макрофагами, пролиферацию естественных киллеров и синтез интерферона γ, активность Т-лимфоцитов (особенно Th1). Мобилизация нейтрофила включает 3 стадии: - роллинг (качение за счет наличия селектинов на мембране нейтрофилов), - адгезия (прикрепление с остановкой на фоне повышения в тканях IL-8, который стимулирует образование на эндотелии сосудов и нейтрофилов интегринов) - диапедез (прохождение между эндотелиальными клетками сосуда – нейтрофил образует псевдоподию, и она проникает между эндотелиоцитами. Нейтрофил вскрывает эндотелиальную застежку. Достигнув базальной мембраны, нейтрофил секретирует эластазу, коллагеназу, расщипляя волокна соединительной ткани и расчищая себе путь для дальнейшего проникновения) – рис. 9. Хемотаксис – направленное движение по градиенту концентрации веществ, которые повышаются при воспалении (хемоаттрактанты) и к которым у нейтрофила есть рецепторы. Нейтрофил за пределами кровеносного русла меняют морфологию. Это уже не «катящийся шар», а распластанная клетка, ползущая в направлении эпицентра воспаления. В очаге воспаление нейтрофил находится в окружении множества хемоаттрактантов (N-формилметионилпептид – бактериальный пептид, С5а- продукт расщепления компонента системы комплемента, IL-8-цитокин). Таким образом, нейтрофилы, обладая рецепторами к хемоаттрактантам, способны воспринимать изменения окружающей среды и реагировать на них. Эти рецепторы родственны родопсиновым рецепторам органа зрения. Рис 9. Эмиграция и хемотаксис нейтрофилов. Проводя аналогию, можно сказать, что нейтрофил, подобно глазу, «видит» воспалительный очаг, который притягивает его как «свет ночную бабочку» (Черешнев В.А., Шмагель К.В., 2013). Далее следуют этапы классического фагоцитоза. Нейтрофил может уничтожать микроорганизмы: а) путем поглощения чужого (наиболее эффективно) и воздействуя биоактивными веществами; б) секретируя свои гранулы за пределы клетки (когда размер объекта фагоцитоза превышает возможности нейтрофила, сопровождается деструкцией тканей). Наименее эффективное действие нейтрофила – цитолиз с излитием в окружающую среду внутреннего содержимого. Такое происходит в условиях недостаточности опсонинов, грибковых поражениях. Клинически – это проявляется бактериальным гнойным отделяемым (светло-зеленый цвет гною придает миелопероксидаза). При этом большое количество гноя отражает высокий мобилизационный потенциал нейтрофилов, но с недостаточной бактерицидной функцией. в) за счет образования нейтрофильных внеклеточных ловушек (НВЛ, англ. neutrophil extracellular traps - NETs) - структуры, состоящие из деконденсированного хроматина и антимикробных факторов (нейтрофильная эластаза, миелопероксидаза и др.), высвобождаемых нейтрофилами. В ловушках захватываются и уничтожаются бактерии, грибки и паразиты; их формирование происходит путем ранее неизвестного вида клеточной смерти, отличного от некроза и апоптоза. Нейтрофилы после разрушения бактериальной клетки подвергаются апоптозу. На их мембранах появляются рецепторы для распознавания и последующего поглощения макрофагами. Макрофаги при этом выполняют одну из основных своих функций – удаление погибших своих клеток. В норме нейтрофилы не активируются в кровеносном русле, что происходит при септических состояниях. Если бактерия в крови, то нейтрофил дегранулируется прямо в кровотоке, и это приводит к диссеминированному внутрисосудистому свертыванию, грозному осложнению, сопровождающемуся нарушением свертывающей системы крови. Активированные нейтрофилы образуют лейкоагрегаты, которые оседают в капиллярах малого круга кровообращения и вызывают отек легких. Вероятно, риск подобных процессов и определяет короткий период нахождения нейтрофила в крови (1 сутки). Моноциты. Система мононуклеарных фагоцитов представлена в организме макрофагами и дендритными клетками, которые присутствуют в различных органах и тканях, имеющих общего предшественника и способных выполнять ряд функций: 1) иммунорегуляторная функция (схематически можно указать: если макрофаги через рецепторы распознали погибающее «свое» запускается противовоспалительный механизм, если же через образы патогенности «много чужого», то синтезируются провоспалительные цитокины. 2) фагоцитоз эндогенного (своего погибшего или поврежденного) и чужеродного материала; 3) пиноцитоз макромолекул; 4) участие в процессах регенерации 5) презентация антигенов Т- и В-лимфоцитам Развитие макрофагов. Макрофаги и основная часть дендритных клеток формируются из гранулоцитарно-макрофагальной линии. Моноциты покидают костный мозг и поступают в кровь. Здесь их доля – 2-9% (500×10 6 /л). В течение суток клетки могут находится в циркуляции, а затем либо поступают в ткани, переходя в макрофаги, либо - апоптоз. Моноциты способны к дифференцировке (отличие от нейтрофилов). Макрофаги значительно крупнее моноцитов и имеют распластанную форму. Имеют огромное разнообразие рецепторов. Все разновидности Toll- подобных рецепторов. Моноцит в костном мозге – 2 суток (нейтрофил – 2 недели), способен к размножению и дальнейшей дифференцировки. В крови – моноцит, в тканях – макрофаг. Макрофаги делятся на: 1) фиксированные – макрофаги различных органов и тканей (таблица 5). Таблица 5. Орган Вид макрофага Печень Купферовские клетки Легкие Альвеолярные макрофаги Перитонеальная полость Перитонеальные макрофаги Кожа Эпидермальные и дермальные макрофаги Почки Мезангиальные клетки Костная ткань Остеокласты Соединительная ткань Гистиоциты Нервная система Микроглиальные клетки Плацента Клетки Хофбауза Функции фиксированных макрофагов: 1) контроль процессов клеточного роста; 2) детоксикация; 3) удаление отмирающих тканевых клеток – основная функция!!!!! Общий объем ежедневного перерабатываемого макрофагами трупного материала огромен. 4) очищение кровотока от деградирующего материала, сгустков фибрина, обмен липидов, железа. Ведущая роль в очищении кровотока принадлежит печеночным макрофагам. Очищение организма имеет выраженный противовоспалительный характер. Макрофаг, поглотивший вступившую в апоптоз клетку, синтезирует противовоспалительные цитокины. Глюкокортикостероиды так же стимулируют поглощение макрофагами эндогенного «мусора», что приводит к завершения воспалительного процесса. Кроме фиксированных макрофагов, существуют: 2) мигрирующие при развитии воспаления из кровеносного русла (моноциты-макрофаги). Моноцит, попавший в зону воспаления – делится и дифференцируется в «воспалительный» макрофаг. Эти макрофаги в первую очередь способны к фагоцитозу и менее зависимы от опсонизации объекта. В очаг воспаления приходят позднее нейтрофилов (на 6 часов). Причины позднего выхода из кровотока: во-первых - клетки эндотелия позднее начинают синтезировать рецепторы для взаимодействия именно с макрофагами. Во-вторых, ядро моноцита замедляет прохождения между эндотелиоцитами. Моноцитов меньше в крови, и они медленнее двигаются в тканях. Нейтрофилы в очаге воспаления со временем начинают синтезировать вещества, блокирующие миграцию других нейтрофилов, но активизирующие моноциты (липоксины). Если макрофаги через рецепторы распознали погибающее «свое» запускается противовоспалительный механизм, если же через образы патогенности «чужого», то синтезируются провоспалительные цитокины. Рецепторы на поверхности фагоцитов: 1- рецепторы к С3b-компоненту комплемента – СR3b: за счет химического сродства связывают через С3b (опсонин) липополисахариды грамотрицательных микробов, липопротеиды простейших, поверхностные структуры грибов; 2- рецепторы для связывания маннозы (лектина) на поверхности сальмонелл, микобактерий и др. клеток; 3- рецепторы для Fc-фрагментов IgG – через IgG (опсонин) адсорбция различных чужеродных клеток; 4- скавенджер – рецепторы для производных лигандов сиаловых кислот, находящихся на клетках (деградирующие и погибающие собственные клетки) – это рецепторы для «уборки мусора» (“scavenger receptor”). Классическая активация макрофагов происходит под воздействием IFN-γ, TNFα. Альтернативная активация под действием IL-4 приводит к преобладанию иммуносупрессорной активности у клетки. За счет этого возможно формирование полярных эффектов на уровне одной клетки: воспалительно-бактерицидных, сменяющихся на регенеративно-противовоспалительных. В очаге острого воспаления процессы чередуются (рис. 10). Рис. 10. Изменение функциональной активности макрофагов. Воспалительно- бактерицидная регенеративно- противовоспалительная Фагоцитоз. Под фагоцитозом понимают поглощение клеткой частиц размером более 0,5 мкм. Как уже отмечалось, явление фагоцитоза было открыто И.И. Мечниковым (1882), за это ученый был удостоен Нобелевской премии. В настоящее время роль фагоцитоза в организме многоклеточных рассматривают шире: участие в морфогенезе, элиминации клеток, погибающих по механизму апоптоза и т.д. 1. Эмиграция и хемотаксис лейкоцитов. При развитии воспаления под воздействие провоспалительных факторов попадают клетки эндотелия мелких сосудов. В качестве медиаторов при этом прежде всего выступают цитокины, секретируемые макрофагами – IL-1, TNF-α. Эндотелиальные клетки конститутивно экспрессируют рецепторы для этих цитокинов. Взаимодействие между рецепторами клеток эндотелия и лейкоцитов – основа эмиграции из кровеносного русла. Схематически процесс осуществляется в 4 стадии: 1. Качение – 1-5 секунд 2. Активация рецепторов интеграции – 20 секунд 3. Адгезия. Прочное взаимодействие – лейкоцит останавливается – несколько минут 4. Экстравазация. Продвижение лейкоцита между эндотелиальными клетками 2. Хемотаксис – направленное движение лейкоцита к чужеродному объекту. Обязательное условие движения градиент хемотаксических веществ. В основе движения лейкоцитов лежит реакция сокращающихся белков цитоскелета под влиянием хемоаттрактантов. Клетка из округлой становится треугольной. В сторону объекта хемотаксиса выдвигается ламеллоподий – участок цитоплазмы, бедный органеллами, но содержит микрофиламенты (актин). При этом клетка секретирует эластазу, коллагеназу, что способствует преодолению базальных мембран вокруг сосудов и под эпителиальным пластом, а также других преград. Как известно, раньше других клеток в очаг воспаления попадают нейтрофилы, существенно позже макрофаги. Скорость движения 1 мм/ч. Хемотаксис можно рассматривать как дистантное взаимодействие с фагоцита и его объекта. Рис 11. Основные стадии фагоцитоза. 2. Адгезия - начальный этап поглощения объекта фагоцитом. Обязательное условие адгезии распознавание объекта фагоцитоза. Механизмы распознавания разнообразны и принципиально различаются в случаях фагоцитоза опсонизированного и неопсонизированного объекта. В отсутствии опсонизации молекулярное распознавание, необходимое для прилипания фагоцита к клеткам- мишеням, осуществляется в основном двумя группами рецепторов. Одна группа – scavenger-рецепторы («мусорщики»), физиологически предназначенные для выведения липопротеинов низкой плотности (вредные для организма, способствуют развитию атеросклероза) и способные распознавать липидные компоненты бактерий (грамотрицательные, микобактерии и др.). Вторая группа рецепторов выводит погибшие клетки. Важно, что без опсонизации идет малый процесс фагоцитоза. Распознавание фагоцитом предварительно опсонизированных клеток более типично для инфекционного процесса. Под опсонизацией понимают обволакивание частицы молекулами, облегчающими ее распознавание и поглощение фагоцитом. Это собственные вещества организма, являющиеся «мостиком» между мембранными рецепторами фагоцитирующих клеток и поверхностными структурами бактерий. Существует два основных варианта опсонизации в зависимости от вещества-посредника: 1) Ig G; 2) Инактивированный iС3 компонента комплимента рис. 12. Часто оба фактора опсонизируют клетку одновременно. Рецепторы для распознавания опсонинов: 1. Fcγ-рецепторы для Fc-фрагментов IgG; 2. CR1, CR3 рецепторы к С3b-компоненту комплемента. Рис. 12. Активации опсонина - C3b компонента комплемента для повышения эффективности фагоцитоза. 3. Активация мембраны. Формирование фагоцитарной чаши. На мембране фагоцита, контактирующей с микроорганизмом, образуется – фагоцитарная чаша. Далее поляризуется актин в мембране фагоцита. Нити актина окружают основание фагоцитарной чаши – схема 6. Схема 6. Стадии поглощения при фагоцитозе (длительность 2 минуты). iC3b CR3 С3b CR1 бактерия Фактор I Стадии поглощения при фагоцитозе 1. Рецепторный контакт с объектом фагоцитоза 2. Формирование псевдоподий 3. Обхватывание объекта и смыкание псевдоподий 4. Образование фагосомы и смещение ее внутрь 4. Формирование и созревание фагосомы. Погружение частицы обусловлено сокращением нитей актина, сконцентрированных вокруг чаши. Фагосома – опсонизированная бактерия или частица, окруженная клеточной мембраной. Сразу после образования фагосома не несет бактерицидных веществ. Перемещаясь внутрь клетки, фагосома созревает, сливаясь с гранулами фагоцита. Решающий этап созревания – слияние с лизосомами и образование фаголизосомы. 5. Затем происходит разрушение объекта фагоцитоза. Существуют кислородзависимые, оксидазотзавимые и кислород- и оксидазотнезависимые механизмы уничтожения чужого. 1) Кислородзависимые факторы: -активные формы кислорода, - галоидсодержащие соединения. 2) Азотистые метаболиты. Кислород- и оксидазота-независимые факторы - Локальное закисление - Бактерицидные пептиды (дефензимы, кателицидины) - Катионные белки - Ферменты (лизоцим) - Конкурентные ингибиторы метаболизма (лактоферрин) Кислородзависимая цитотоксичность фагоцитов играет ведущую роль в деструкции объекта фагоцитоза. Этот процесс получил название метаболического (дыхательного, респираторного, кислородного) взрыва. При этом потребление кислорода фагоцитом может увеличиться в течение нескольких секунд во много раз. В результате дыхательного взрыва образуются цитотоксичные метаболиты кислорода (так называемые активные формы кислорода), свободные радикалы и перекисные продукты органических и неорганических соединений. В последующих реакциях может трансформироваться в другие активные формы: синглетный кислород, гидроксильный радикал (ОН-), пероксид водорода. Последний процесс катализирует супероксиддисмутаза. По разнообразию антимикробных факторов макрофаг слабее нейтрофила, но он способен одномоментно производить активные формы кислорода и метаболиты азота в больших концентрация. * Начиная с 12-18 недели гестации активность фагоцитоза по мере развития плода возрастает и к рождению количественные характеристики соответствуют взрослому человеку, но качественно является не зрелым. Поглотительная активность достаточно развита, но завершающая стадия формируется только к 6 месяцам. Уровни лизоцима, лактоферрина, миелоперексидазы, участвующие в завершающей стадии снижены. У детей первого месяца жизни не подвергаются фагоцитозу пневмококки, клебсиеллы, гемофильная палочка, а стафилококки и гонококки даже размножаются внутри фагоцитов. 6. Заключительный этап фагоцитоза – выброс содержимого фагосомы путем дегрануляции. Различают: 1. Завершенный фагоцитоз, когда поглощение заканчивается полным разрушением чужеродных частиц; 2. Незавершенный фагоцитоз, когда поглощенные частицы сохраняются в фагосомах. Персистирование связано с тремя основными механизмами: 1) блокада фаголизосомального слияния (вирусы, микобактерии, простейшие). 2) резистентность к лизосомальным ферментам (гонококки, стафилококки) 3) способность м/о покидать фагосомы после поглощения и сохраняться в цитоплазме (риккетсии). Эозинофилы, тучные клетки и базофилы – основные эффекторы антипаразитарного иммунитета и аллергических реакций. Их объединяет наличие гранул и высокоэффективная способность к экзоцитозу (выбросу содержимого гранул наружу). Данная способность позволяет этим клеткам, с одной стороны, оказывать токсическое влияние на чужеродные объекты, значительно превосходящие их по размеру, с другой стороны – воздействовать на собственные секреторные, мышечные, сосудистые и нервные клетки, обеспечивают изгнание паразитов из организма (кишечник, легкие). Эозинофилы составляют небольшую часть клеток крови (у человека — 0,5–2% от числа лейкоцитов) и несут рецепторы CD9, CD35. В крови они циркулируют меньше суток (по разным данным, от 30 мин до 18 ч), после чего мигрируют в ткани и пребывают там в течение 10–12 суток. Зрелые эозинофилы представляют крупные клетки (18–20 мкм в диаметре) с сегментированным (двудольным) ядром. Они содержат крупные (до 1 мкм) эозинофильные гранулы. Помимо этих крупных гранул, называемых специфическими, или вторичными, в зрелых эозинофилах присутствуют еще три типа гранул — первичные, мелкие гранулы, а также липидные тельца. Большая часть гранул – вторичные. Это уникальные по морфологии образования – овоидная форма и кристаллоидная сердцевина, в которой расположен МВР (главный основной протеин). Первичные гранулы содержат кристаллы Шарко-Лейдена. Внеклеточно – бипирамидальные длинные образования. Основа липидных телец – арахидоновая кислота. Эозинофилы играют основную роль в защите от слишком крупных для фагоцитоза патогенов – многоклеточные паразиты. В развитие эозинофилов в основном принимают участие три цитокина: IL-3, IL-5 или GM-CSF) – рис. 13. В сосудистом русле прибывают в состоянии роллинга. Тканевая миграция инициируется хемоаттрактантами. Эти молекулы ответственные как за физиологический «хоминг», при котором клетки направляются главным образом в lamina propria желудочно-кишечного тракта, так и за воспалительную мобилизацию в ткани. Физиологическая миграция – эотаксин, который конститутивно вырабатывается в lamina propria. В патологических условия – IL-5, PAF. Эозинофилы способны к поглощению, но в основном связывание поверхностных рецепторов с образами патогенности приводит к секреторной активации. Выброс гранул может происходить в виде: - мерокриновой секреции – слияние отдельных гранул с плазматической мембраной. - частичная дегрануляция – отпочкование от вторичных гранул небольших везикул. - цитолиз – разрыв мембран клетки с образование свободных гранул в тканях. Активированный эозинофил самый мощный продуцент PAF среди лейкоцитов крови. Он высвобождает гистамин и серотонин из тромбоцитов. Эозинофилы мигрируют в матку при менструации и беременности. Тучные клетки (мастоциты) и базофилы. Тучные клетки (мастоциты) и базофилы представляют тканевые клетки, содержащие в цитоплазме базофильные гранулы. Оба типа клеток имеют костномозговое происхождение и принадлежат к миелоидному ряду, завершают развитие в тканях. В отличие от базофилов, относящихся к клеткам крови, тучные клетки не циркулируют в крови и представляют тканевые оседлые клетки. Базофилы могут полностью созревать в костном мозге. Тучные клетки из костного мозга, продолжая созревание, мигрируют в селезенку, а затем в кровь и далее в ткани (в наибольшем количестве — в слизистую оболочку кишечника) – таблица 6. Мастоциты реагируют на разного рода повреждающие воздействия, участвуют в развитии воспаления, служат основными эффекторными клетками при гиперчувствительности немедленного типа и входят в первую линию иммунной защиты, обеспечивая в первую очередь защиту от многоклеточных паразитов. Предшественники тучных клеток, циркулирующие в крови, не похожи на свое потомство. На этой стадии они имеют морфологию моноцитов. Обычные места их локализации – зоны вокруг сосудов, нервов, протоков желез, а также субсерозные и субмукозные слои различных оболочек. Популяция тучных клеток неоднородна. На основе наличия в клетках триптазы и химазы выделяют: мастоциты, содержащие оба фермента (ТК тх – кожа, подслизистый слой кишечника, соединительная ткань – серозные - IgE-зависимая и IgE-независимая активация, участвуют в развитии процесса склерозирования) и только триптазу (ТК т – легкие и слизистая кишечника - мукозные - IgE-зависимая активация, участвуют в развитии реакций на инвазию паразитов и аллергических реакций). Таблица 6. Краткая характеристика базофилов и тучных клеток Базофилы Тучные клетки Происхождение Красный костный мозг Место созревания Красный костный мозг Соединительная ткань Присутствие в циркуляции Да Нет Способность к размножению Отсутствует Присутствует Длительность жизни Дни недели, месяцы Экспрессия рецептора к IgE (иммуноглобулин, повышающийся при протозойной инфекции и аллергии) Гистамин + + Гепарин ? + Базофилы также могут выполнять аналогичные функции, так как имеют рецепторы к IgЕ. Однако если тучные клетки, находясь в очагах повреждения, реагируют на него немедленно, вовлечение базофилов в подобные реакции требует их миграции в ткани, что исключает участие базофилов в инициации и осуществлении ранних этапов реакций врожденного иммунитета. Дендритные клетки. Основная часть дендритных клеток является ближайшим родственником макрофагов. Но они не просто поглощают чужеродный материал, но перерабатывают его до информационного состояния, выделяя антигенные детерминанты, вызывающие активацию Т- лимфоцитов (основные антигенпрезентирующие клетки). Для зрелых дендритных клеток характерны 3 фундаментальных свойства, объединяющие все их разновидности: - отростчатая, древовидная морфология в тканях и наличие псевдоподий и ворсинок (вуалевые клетки) в циркуляции и культуре клеток; - высокая экспрессия зрелыми клетками молекул МНС не только I, но и II класса в сочетании с костимулирующими молекулами (CD80, CD86); - способность захватывать (путем пиноцитоза и, в меньшей степени, фагоцитоза) и обрабатывать антиген с последующим его представлением Т- лимфоцитам, что вызывает активацию последних. По происхождению делятся на миелоидные и лимфоидные (плазмацитоидные). Миелоидные дендритные клетки и макрофаги имеют общего предшественника. В тканях они дифференцируются в интерстициальные дендритные клетки, клетки Лангерганса и макрофаги. Клетки Лангерганса имеют ряд существенных особенностей, отличающих их от других дендритных клеток. Прежде всего это присутствие в цитоплазме слоистых включений — гранул Бирбека. На поверхности клеток Лангерганса присутствует лектиновый рецептор - лангерин и «неклассическая» молекула МНС — CD1a, предназначенная для презентации липидных антигенов. Лангерин присутствует уже на циркулирующих предшественниках этих клеток. Лимфоидные дендритные клетки происходят из лимфоидного ростка. Преобладающая разновидность циркулирующих в крови незрелых дендритных клеток — плазмоцитоидные дендритные клетки, относящиеся к лимфоидному ряду. Плазмоцитоидные дендритные клетки меньше моноцитов (8–10 мкм), а их ядро имеет менее выраженную выемку. В присутствии IL-3 и бактериальных продуктов они дифференцируются в зрелые лимфоидные дендритные клетки. В отличие от предшественников миелоидных дендритных клеток, попадающих в лимфатические узлы с афферентной лимфой, плазмоцитоидные дендритные клетки проникают в лимфатические узлы тем же путем, что и Т-лимфоциты — через высокий эндотелий посткапиллярных венул. При стимуляции (вирусами или IL-3) плазмоцитоидные дендритные клетки в течение первых суток интенсивно секретируют интерфероны I типа, а затем в течение вторых суток дифференцируются в зрелые лимфоидные дендритные клетки. При стимуляции вирусами созревающая дендритная клетка способствует дифференцировке Т- клеток-продуцентов IFNγ (Th1-клеток). В условиях воспаления дендритные клетки барьерных тканей интенсивно поглощают (путем пино- или фагоцитоза) окружающий материал, в том числе чужеродные продукты; активируются патогенами («образами патогенности» — PAMP, представленными на поверхности патогенов) и подвергаются действию провоспалительных цитокинов. Под влиянием этих стимулов незрелые дендритные клетки покидают ткани и с тканевой жидкостью через лимфатические сосуды поступают в региональные лимфатические узлы. В процессе миграции происходит созревание дендритных клеток: их способность к эндоцитозу значительно ослабевает; они осуществляют переработку поглощенного материала и встраивают пептидные фрагменты белков в молекулы MHC. Поглощение и расщепление чужого могут осуществлять многие клетки, но дендритные клетки делают щадящую переработку с выделением антигена. Рис. 14. Эндосомальный путь переработки бактерии, захваченной из вне. Возможно два пути переработки антигена: экзогенный (эндосомальный) и эндогенный (протеосомальный). В первом случае антиген захватывается из вне. Наработанные антигенные пептиды взаимодействуют с присутствующим здесь же МНС II, а затем доставляются на поверхность клетки (рис. 14). В ряде случаев, если извне захвачен вирус, антигены презентируются и в составе MHC I. Механизм называется «кросс-презентация» (рис. 15). Второй (протеосомальный) путь деструкции антигена направлен преимущественно на переработку и презентацию собственных и вирусных антигенов (в случае заражения клетки) протеинов (рис. 16). Эндогенные пептиды доставляются в эндоплазматический ретикулум, где вступают в контакт с МНС I. Далее транспортируются к наружной мембране. Бактерия Образ патогенности Рецептор эндоцитоза Эндосома с антигеном МНС II c АГ Свободный МНС I Рис. 15. Эндосомальный путь переработки вируса, захваченного из вне. Рис.16. Протеосомальный путь переработки вируса, инфицировавшего дендритную клетку. Схематически можно указать: А) объект презентации располагается вне дендритной клетки: 1) эндосомальное поглощение бактерий приводит к выведению АГ в МНС II дендритной клетки; 2) эндосомальное поглощение свободного вируса – АГ вируса и в MHC I и MHC II дендритной клетки. Б) объект презентации располагается внутри дендритной клетки Вирус Образ патогенности Рецептор эндоцитоза Эндосома с антигеном МНС II c АГ «Выскользнувший» АГ вируса МНС I c АГ Вирус Вирусные белки (АГ) в цитоплазме клетки МНС I c АГ вируса Свободный МНС II 1) протеосомальная переработка белков вируса внутри инфицированной дендритной клетки приводит к выведению АГ вируса в MHC I. Отдельное место занимают фолликулярные дендритные клетки. Захватывают антиген в рамках иммунного комплекса и презентирующие В- лимфоцитам памяти. В итоге, наиболее значимой функцией дендритной клетки является презентация антигена. Дендритная клетка наиболее эффективный презентер, но выделяют и ряд других (схема 7). Схема 7. Виды антигенпрезентирующих клеток. Лимфоциты врожденного иммунитета ( ILC (innate lymphoid cells)). Данные клетки особенно существенны для 1-й линии защиты в барьерных органах и входят в состав МАЛТ. ILC также важны для развития лимфоидной ткани, регуляции циркуляции Т- лимфоцитов, В-лимфоцитов и дендритных клеток, гомеостаза эпителия слизистых оболочек, заживления ран и др. На сегодняшний день выделяют несколько основных клеток данной группы: - cNK - цитотоксические натуральные киллеры (функция: перфорин- опосредованный антителозависимый цитолиз), Антигенпрезентирующие клетки Профессиональные презентирующие клетки Непрофессиональные презентирующие клетки Конститутивно экспрессируют МНС II и костимулирующие молекулы Экспрессируют МНС II и костимулирующие молекулы на короткий период воспаления - дендритные клетки, - макрофаги, - В-лимфоциты Фибробласты, глиальные клетки, β клетки поджелудочной железы, эпителиальные клетки тимуса и щитовидной железы, эндотелиальные клетки сосудов - regNK - регуляторные натуральные киллеры (синтез интерферона γ, перфорин- опосредованный цитолиз), - LTi–клетки – (lymphoid tissue inducer cells) – клетки – индукторы лимфоидной ткани, ассоциированной со слизистыми - развитие лимфоидной ткани в эмбриогенезе, кишечный гомеостаз, защита от внеклеточных патогенов, - тимические NK-клетки (синтез интерферона γ, защита от вирусов, внутриклеточных, патогенов, опухолей), -NH (ILC2 (nuocytes, natural helper cells) - натуральные хелперы – за счет IL-5 стимулируют B1 лимфоциты к переходу в плазматические клетки, спонтанно синтезирующие IgA, через синтез амфирегулина обеспечивает протекцию эпителия на фоне вирусной инфекции. Естественные (натуральные) киллеры (Natural killers – NK-клетки) наиболее изученные лимфоциты врождённого иммунитета. Крупные клетки с азурофильной зернистость в цитоплазме (несут на мембране CD56, отсутствуют СD3 рецепторы, характерные для классических Т-лимфоцитов и иммуноглобулиновые – В-лимфоцитов), способны распознавать и убивать собственные видоизменные клетки (клетки без своего MHCI – вирусинфицированные, опухолевые). NK имеют общего лимфоидного предшественника с Т- и В- лимфоцитами. Зрелые клетки мигрируют в периферические лимфоидные органы, кишечник, печень, легкие, матку. Существует две субпопуляции: CD16 + и CD16 - . CD16 + – осуществляют антителозависимую цитотоксичность – лизируют связанные антителами клетки, содержат перфорин. NK не имеют антигенраспознающих рецепторов. Гранулы содержат: перфорины, гранзимы и гранулолизины. В основном проявляют цитотоксичность в отношении измененных (вирусозараженных, опухолевых) клеток организма. Секретируют ряд цитокинов, в первую очередь – интерферона γ (данный процесс активизируется при взаимодействии с макрофагами). Значительная часть находится в циркуляции - 10-15%, также в синусоидах печени, матки. Сохраняют активность – 7-10 суток. Принцип действия. Если естественные киллеры не находят на клетках МНСI класса, то запускается механизм контактного цитолиза (концепция «утраты своего»). Киллерная активность распространяется только на клетки, не имеющие или утратившие идентичность с естественным киллером. Разрушение мишеней происходит двумя путями: через выброс гранул и на основе рецепторных сигналов, запускающих апоптоз. Контактный цитолиз: 1. Распознавание мишени при отсутствии собственного рецептора (МНС I) и контакт (синапс). 2. Активация киллера (выброс перфорина – образование трансмембранного канала в клетки без своего МНСI, а затем доставка гранзима, который направляет клетку по апоптотическому пути). 3. Программирование гибели может происходит без участия цитолитических гранул с помощью FasL-взаимодействия (параллельный или альтернативный механизм запуска апоптоза). 4. Уничтожение клетки-мишени (клетка-киллер не погибает). Цитотоксический механизм реализуется в течение 30-90 минут. NK способен уничтожить большее количество инфицированных вирусом клеток, чем опухолевых. На сегодняшний день описан феномен формирования NK-клеток памяти (G. Min- O, et al, 2013). Они могут быть вирус-индуцированными (ЦМВ, герпес вирус и др.) – локализация в печени и селезенки, гаптен-индуцированными (проникающие через кожу) – локализация: печень, кожа и цитокин-индуцированными (IL-12, IL-18, продуцируемые макрофагами) - локализация: органы повреждения). |