Презентация. Основы иммунологии
 Скачать 4.32 Mb.
|
ОСНОВЫ ИММУНОЛОГИИ В.И.ВершининаЛекции 7-8. Неспецифические факторы защиты Защита организма от всего чужеродного (микроорганизмов, чужеродных макромолекул, клеток, тканей) осуществляется с помощью неспецифических факторов защиты и специфических факторов защиты (иммунных реакций) К неспецифическим факторам защиты организма относятся: 1. Защитные факторы кожи и слизистых оболочек. 2. Воспалительные реакции. 3. Клетки с фагоцитарными и цитотоксическими свойствами (клеточные факторы защиты). 4. Гуморальные вещества сыворотки и тканевой жидкости (комплемент, лизоцим, интерфероны, цитокины, белки острой фазы). Специфические факторы защиты (или адаптивный иммунитет) включают : Гуморальный иммунитет. Клеточный иммунитет. Неспецифические факторы защиты возникли в филогенезе раньше, чем иммунные механизмы и первыми включаются в защиту организма от различных антигенных раздражителей, степень их активности не зависит от иммуногенных свойств и кратности воздействия патогена. 1. Защитные свойства кожи и слизистых оболочек обусловлены: 1) механической барьерной функцией кожи и слизистых покровов; 2) присутствием на поверхности кожи жирных кислот, обеззараживающих поверхность кожи; 3) кислой реакцией секретов, выделяющихся на поверхность кожи и слизистых оболочек, содержанием в секретах лизоцима, пропердина и других ферментативных систем, действующих бактерицидно на микроорганизмы. В секретах желудка и кишечника содержатся гидролитические ферменты, которые подавляют развитие микроорганизмов. Кислая реакция желудочного сока не пригодна для развития большинства микроорганизмов. Слюна, слезная жидкость и другие секреты в норме обладают антимикробными свойствами. 2. Воспалительные реакции в организме Воспалительная реакция является нормальной реакцией организма на повреждение тканей. Центральную роль в остром воспалительном процессе играют тканевые тучные клетки, макрофаги и поступающие из крови полиморфно-ядерные лейкоциты. Они являются источником биологически активных веществ, провоспалительных цитокинов, лизосомных ферментов, всех факторов проявления воспаления (покраснение, жар, отек, болезненность). При переходе острого воспаления в хроническое основная роль в поддержании воспаления переходит к макрофагам и Т-лимфоцитам. Для выявления патогенной инвазии врожденная иммунная система высших позвоночных животных и человека использует два способа:— распознавание патоген-ассоциированных молекулярных паттернов (PAMP, ПАМП): компоненты клеточной стенки бактерий и грибов (липополисахариды, липопептиды, липопротеины, пептидогликан, β-глюкагон), либо микробные нуклеиновые кислоты или белки (флагеллин, профилин); — распознавание эндогенных факторов, возникающих в ответ на инфекцию (распознавание «измененного своего»): белки теплового шока , продукты некроза и апоптоза. В 1994 г. П. Матцингер была выдвинута «теория опасности» и появился термин «дистресс-ассоциированные молекулярные паттерны» (DAMP, ДАМП) — эндогенные молекулы, которые при инфекции или ином клеточном дистрессе либо синтезируются вновь, либо появляются в необычных формах. В распознавании ПАМП и ДАМП участвуют паттерн- распознающие рецепторы (ПРР), в частности толл-рецепторы. Toll-рецепторыНа клеточном уровне толл-рецепторы широко экспрессированы на: структурных клетках (эпителиальные, фибробласты, эндотелиальные клетки); иммунных клетках — моноцитах, макрофагах, нейтрофилах, дендритных клетках , естественных киллерах ; в меньшей степени на эозинофилах, лимфоцитах. Tолл-рецепторы — семейство молекул, состоящее из 10 трансмембранных одноцепочечных белков-рецепторов со сходным строением и молекулярной массой 90-115 кДа: Они имеют внеклеточную, трансмембранную и внутриклеточную части. Вне клеточная часть TLR, богатая лейцином, связывается с лигандами (компонентами клетки) микроорганизмов. Внутриклеточная часть TLR, отвечает за взаимодействие с адаптерными молекулами внутриклеточных сигнальных путей, что приводит к индукции синтеза провоспалительных генов и экспрессии интерферонов 1 типа, а также апоптоза. 3. Клетки с фагоцитарными и цитотоксическими свойствамиПод фагоцитозом понимают поглощение клеткой частиц размером более 0,5 мкм. Явление фагоцитоза было открыто И.И. Мечниковым (1882). Он показал фундаментальную роль фагоцитоза как способа питания одноклеточных организмов, эволюционировавшую у многоклеточных в механизм защиты от чужеродных агентов. В настоящее время роль фагоцитоза в организме многоклеточных рассматривают еще шире: показано его участие в морфогенезе, элиминации клеток, погибающих по механизму апоптоза и др. Традиционно выделяют 8 стадий фагоцитоза : приближение к объекту фагоцитоза в результате хемотаксиса; адгезия; активация мембраны; погружение; образование фагосомы; слияние фагосомы и лизосомы, образование фаголизосомы; киллинг и расщепление объектов фагоцитоза; выброс продуктов деградации. 1).Хемотаксис. Фагоциты направленно перемещаются к объекту фагоцитоза, реагируя на хемоаттрактанты: вещества микробов, активированные компоненты комплемента (С5а, СЗа) и цитокины. 2). Адгезия у фагоцитов осуществляется с помощью рецепторов врожденного иммунитета (РRR - pattern-recognition receptors, обеспечивающих узнавание высоко консервативных структур большинства микроорганизмов, (PAMP), и образующихся в результате повреждения и гибели клеток, модификации и денатурации белковых структур внеклеточного матрикса (DAMP). Большинство из них опосредует элиминацию потенциально опасных эндогенных и экзогеннных агентов, однако вместе с тем, многие из них выполняют сигнальные функции, регулируя синтез провоспалительных медиаторов, способствуя адгезии и миграции макрофагов. 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, участвующие в обволакивание объекта. В процессе фагоцитоза плазматическая мембрана макрофага при помощи образованных ею выступающих складок захватывает объект фагоцитоза и обволакивает его. 4-5). Погружение и образование фагосомы. Объект фагоцитоза окружается плазмалеммой, и мембранная везикула (фагосома), погружается в цитоплазму фагоцита. 6).Образование фаголизосомы. Мембрана фагосомы сливается с лизосомой, и фагоцитированный микроб разрушается под действием ферментов лизосом, катионных белков дефенсинов, катепсина G, лизоцима и др. факторов. 7). Киллинг и расщепление объектов фагоцитоза. Разрушение объекта фагоцитоза – внутриклеточное «переваривание» – реализуется в результате активации двух сложных механизмов: кислородзависимой и кислороднезависимой цитотоксичности фагоцитов. Кислородзависимая цитотоксичность фагоцитов сопряжена со значительным повышением интенсивности метаболизма с участием кислорода. При этом потребление кислорода фагоцитом может увеличиться в течение нескольких секунд во много раз. В результате образуются цитотоксичные метаболиты кислорода (активные формы кислорода), свободные радикалы и перекисные продукты органических и неорганических соединений. К этому времени в цитоплазме фагоцита накапливается большое количество восстановленного НАДФ. НАДФ-оксидаза плазматической мембраны и цитохром b в присутствии хинонов трансформируют О2 в анион супероксида (О2–), проявляющий выраженное повреждающее действие. В последующих реакциях O2– может трансформироваться в другие активные формы: синглетный кислород (1O2), гидроксильный радикал (OH–), пероксид водорода (Н2О2). Последний процесс катализирует СОД. Пероксид водорода (Н2О2) проявляет меньший, чем О2– повреждающий эффект, но в присутствии миелопероксидазы конвертирует ионы Сl– в ионы HClO–, обладающие бактерицидным действием, во многом аналогичным эффекту хлорной извести (NaClO). Образующиеся активные радикалы обусловливают повреждение и деструкцию белков и липидов мембран, нуклеиновых кислот и других химических соединений объекта Кислороднезависимая токсичность фагоцитовКислороднезависимые механизмы активируются в результате контакта опсонизированного объекта с мембраной фагоцита. В процессе фагосомо–лизосомального слияния первыми с мембраной фагосомы сливаются гранулы, содержащие лактоферрин и лизоцим, затем к ним присоединяются азурофильные гранулы, содержащие катионные белки (например, САР57, САР37), протеиназы (например, эластаза и коллагеназа), катепсин G, дефензины и др. Эти химические соединения вызывают повреждение клеточной стенки и нарушение некоторых метаболических процессов. Лактоферрин – полифункциональный белок, подавляющий широкий диапазон микробных агентов (независимо от своей способности связывать железо) за счет специфического взаимодействие с наружной бактериальной мембраной, которое приводит к гибели клеток бактерий Лизоцим (мурамидаза) – фермент, разрушающий клеточную стенку бактерий. Катионные белки – (+) заряженные белки, легко контактирующие с (-) заряженной внешней мембраной микробов, что приводит к нарушению трансмембранных процессов и гибели Катепсины- протеазы, проявляющие активность внутри лизосом, разрушая захваченные клеткой молекулы. Дефензины - катионные пептиды активные в отношении бактерий, грибков и многих вирусов. Обычно дефензины присоединяются к клеточной мембране микроба, углубляются в неё, формируя порообразные разрывы. 4.Гуморальные вещества.Комплемент: история открытия Система комплемента была открыта раньше других гуморальных систем врожденного иммунитета. В 1898 г. сотрудник Института Пастера в Париже Ж. Борде (J. Bordet) обнаружил термолабильную составляющую системы факторов, ответственных за иммунный гемолиз (термин «комплемент», от лат cоmplementare — дополнять, введен П. Эрлихом позже). Вскоре выяснилось, что комплемент — не одиночный фактор, а целая система факторов. В 70-е годы ХХ века, на основе работ Л. Пиллемера (L. Pillemer), выполненных в 50-е годы ХХ века, было сформулировано представление о пропердиновой системе, которое вскоре было трансформировано в учение об альтернативном пути активации комплемента (с тех пор классическим путем активации стали называть антителозависимый путь, открытый Ж. Борде). Наконец, в 90-е годы ХХ века было признано существование 3-го пути активации комплемента — лектинового. Система комплементаКомплемент (Со) - сложный комплекс белков сыворотки крови, находящийся обычно в неактивном состоянии и активирующийся при соединении АГ с АТ или при агрегации АГ. Со содержится в сыворотке крови, биологических секретах, тканевой жидкости. Его концентрация в сыворотке составляет около 0,05 мг/мл. Система Со включает непосредственно белки комплемента, их расщепленные фрагменты, рецепторы на мембране многих клеток, а также белки, регулирующие активность отдельных компонентов. Белки Со синтезируют многие клетки организма: макрофаги, моноциты, эпителий кишечника, почечных канальцев, клетки эндотелия, кератинобласты, фибробласты и др. Активированные макрофаги вырабатывают многие компоненты Со (Clq, С4, С2 и др.), особенно в зоне воспаления. Провоспалительные цитокины (ИЛ-1, ИЛ-6, ИФН-у) регулируют синтез многих белков Со. Основные функции комплемента: Участвует в лизисе микробных и других клеток (цитотоксическое действие); Участвует в опсонизации; обладает хемотаксической активностью; принимает участие в анафилаксии; участвует в фагоцитозе; принимает участие в удалении иммунных комплексов. Механизмы активации комплементаИзвестны три пути активации системы комплемента : классический, альтернативный лектиновый. Активация системы комплемента осуществляется в два основных этапа (фазы): запуск активации (происходит при участии факторов различной природы, не относящихся к системе комплемента), завершающийся формированием С3/С5-конвертаз; лизис клеток-мишеней. Пути активации кардинально различаются особенностями первой фазы, тогда как фаза клеточного лизиса одинакова для всех трех путей Классический путь активацииСо активируется комплексом АГ-АТ. Для этого достаточно участия в связывании АГ одной молекулы IgM или двух молекул IgG. Процесс начинается с присоединения к комплексу АГ+АТ компонента С1, который распадается на субъединицы C1q, C1r и С1s. Далее в реакции участвуют последовательно активированные «ранние» компоненты Со - С4, С2, СЗ. Компонент С3 активирует С5, который обладает свойством прикрепляться к мембране клетки. На компоненте С5 путем последовательного присоединения «поздних» компонентов С6, С7, С8, С9 образуется литический комплекс (МАК), который нарушает целостность мембраны, образуя в ней пору, и клетка погибает в результате осмотического лизиса. Лектиновый путь активации Со. Является вариантом классического пути. Активация происходит без участия АТ. Инициируется особым маннозосвязывающим белком сыворотки крови, являющегося структурным аналогом белка С1, который после взаимодействия с остатками маннозы на поверхности микробных клеток катализирует расщепление С4. Дальнейший каскад реакций сходен с классическим путем. Альтернативный путь активации СО. Активация Со проходит без участия антител. Характерен для защиты от грамотрицательных микробов. Каскадная цепная реакция начинается с взаимодействия антигена (например, полисахарида) с протеинами В, D и пропердином (Р) с последующей активацией компонента СЗ. Далее реакция идет так же, как и при классическом пути, - образуется литический мембраноатакующий комплекс. В процессе активации комплемента образуются продукты протеолиза его компонентов — субъединицы СЗа и СЗb, С5а и С5b и другие, которые обладают высокой биологической активностью. Например, СЗа и С5а принимают участие в анафилактических реакциях, являются хемоаттрактантами, СЗb играет роль в опсонизации объектов фагоцитоза, и т. д. Сложная каскадная реакция комплемента происходит с участием ионов Са2+ и Mg2+. Ранние и индуцированные факторы врожденного иммунитетаОсновные факторы врожденного иммунитета, защищающие организм в первые минуты и часы проникновения патогена в организм: Эпителиальные и слизистые покровы. Альтернативный путь активации Со. Фагоцитоз Индуцированные реакции врожденного иммунитета: Гуморальные факторы: Система интерферонов Белки острой фазы Монокины У человека выделяют 3 различных типа интерферонов : ИФН I типа (α, β, ω), ИФН II типа (γ), ИФН III типа (λ). ИФН 1 типа являются первой линией защиты против вирусов, ИНФ 2 типа регулируют иммунный ответ. Цитокины и цитокиновая сетьЦитокины — это небольшие пептидные молекулы, синтезируемые преимущественно активированными клетками иммунной системы, лишенные специфичности в отношении АГ и обуславливающие коммуникации при гемопоэзе, воспалении и иммунном ответе. стимуляция или подавление роста клеток; участие в процессе кроветворения; обеспечение функциональной активности или токсического воздействия на клетку; согласованность реакций эндокринной, иммунной и нервной систем; поддержание гомеостаза (динамического постоянства) организма. Функции цитокинов в организме – обеспечение взаимодействия между клетками и системами: регуляция продолжительности и интенсивности иммунных реакций; регуляция воспалительных реакций; участие в развитии аутоиммунных реакций; определение выживаемости клеток; участие в механизме возникновения аллергических реакций; Классификация цитокинов.Классификация цитокинов по механизму биологического действия: 1). Цитокины, регулирующие воспалительные реакции: провоспалительные и противовоспалительные провоспалительные, обеспечивающие мобилизацию воспалительного ответа (интерлейкины 1,2,6,8, ФНОα, интерферон γ); противовоспалительные, ограничивающие развитие воспаления (интерлейкины 4,10, TGFβ); 2). Цитокины, регулирующие клеточный иммунитет: интерлейкин-1 (ИЛ-1), ИЛ-12, ИФНγ , TGFβ (трансформирующий ростовой фактор ) и другие. 3). Цитокины, регулирующие гуморальный иммунитет (ИЛ-4, ИЛ-5, ИФНγ, TGFβ и другие). регуляторы клеточного и гуморального иммунитета — (естественного или специфического), обладающие собственными эффекторными функциями (противовирусными, цитотоксическими и др.). В настоящее время известно больше 200 цитокинов. Свойства цитокинов: плейотропность синергизм и антагонизм в действии каскадность эффектов избыточность синтеза Взаимодействие цитокинов с клетками Синтезированный цитокин выделяется на поверхность клетки и взаимодействует с рецепторами соседних клеток. Таким образом, сигнал передается от клетки к клетке. Образование и выделение цитокинов длится кратковременно и четко регулируется. Один и тот же цитокин может вырабатываться разными клетками и оказывать действие на разные клетки (мишени). Цитокины могут усиливать действие других цитокинов, но могут и наоборот – нейтрализовать, ослаблять его
Цитокины действуют на клетки, соединяясь с их поверхностными рецепторами. чувствительность клеток-мишеней к действию цитокинов изменяется в зависимости от количества цитокиновых рецепторов на их поверхности. Отдельные цитокины (например, ростовые факторы) продуцируются спонтанно, но большинство цитокинов секретируются индуцированно. Связывание цитокина с рецептором приводит через ряд промежуточных этапов к активации соответствующих генов. Монокины-цитокины, синтезируемые Мон/МФ
Клеточные факторыНейтрофилы γδ- Т-клетки НК-клетки Полиморфноядерные нейтрофилы. Отдаленным результатом продукции макрофагами монокинов является увеличение количества полиморфноядерных нейтрофилов в кровяном русле и их повышенная миграция в очаг воспаления. Нейтрофилы обладают высокой фагоцитарной активностью и являются важным фактором врожденного иммунитета (естественной резистентности). На их поверхности имеется множество различных рецепторов. Они инвариантны, то есть одинаковы на всех нейтрофилах. Благодаря наличию таких рецепторов нейтрофилы связывают и поглощают многие бактериальные патогены. γδ-Т-клетки обладают цитотокcическим действием. Лиганды их рецептора окончательно не установлены. Предполагается, что ими являются белки теплового шока, которые способны презентировать антигены. Освобождают провоспалительные цитокины. Натуральные киллеры (НK) являются важными эффекторными лимфоцитами врожденного иммунитета. Проявляют цитолитическую активность против различных аллогенных внутриклеточных мишеней в неспецифических, контакт-зависимых, не фагоцитарных процессах, которые не требует предварительной сенсибилизации антигеном. НК- клетки имеют несколько свойств обычных цитотоксических Т-клеток (ЦТЛ), в том числе аналогичные механизмы цитолиза. Цитолитическая активность НК опосредована формированием пор в клетке-мишени с последующей секрецией в мишень белков, таких как гранзимы и перфорин, сериновые протеазы и другие. Их цитотоксическая активность позитивно регулируется с помощью IL-2, IL-15 и интерферонов, и негативно простагландинами и ФНО-β. Функции НК |