Иммунология Хаитов. В. Н. Ярыгин профессор, академик рамн, ректорРоссийского государственного медицинского университета академик рамн, председатель Уральского отделения ран. Хаитов P. M., Игнатьева га, Сидорович И. Г
 Скачать 6.93 Mb.
|
|
с стенок сосудов. Активные компоненты комплемента и ковалентно связывают растворимые иммунные комплексы и через CR1 привязывают их к эритроцитам, которые уносят их с собой к макрофагам селезенки и печени, обеспечивая тем самым клиренс крови от иммунных комплексов. При этом макрофаг снимает комплекс с эритроцита, не повреждая сам эритроцит. Если этот механизм клиренса крови от иммунных комплексов оказывается недостаточным, тоне- убранные комплексы выпадают в осадок. Этот процесс особенно заметен в базальных мембранах сосудов клубочков почек есть и на клубочков вызывает С5а-рецёптор состоит из 7 доменов, пенетрирующих мембрану клетки. Такая структура рецептора характерна для лигандов из группы так называемых протеинов (белков, способных связывать гуаниновые нуклеотиды, CR3 и CR4 связывают C3bi — инактивированную форму которая остается связанной с поверхностью микробной клетки и служит, таким образом, в качестве опсони- на. Более того, в отличие от связывания активной формы с CR1 само по себе связывание с CR3 достаточно для стимуляции связывается только с CR2. Рецептор CR2 является существенным корецепто- ром CR2 ив раз восприимчивость В- лимфоцита к своему антигену. К сожалению, эту же мембранную молекулу — CR2 — выбрал в качестве своего рецеп- У дефектами в СЗ или молекулах, обеспечивающих выпадение на поверхности микробных клеток, клинически имеется уязвимость ко многим внеклеточным бактериальным инфекциям клетки организма защищены от деструктивных воздействий активного комплемента благодаря так называемым регуляторным протеинам системы комплемента. Часть этих протеинов — мембранные белки (табл. 3.4), часть — сывороточные. Один из сывороточных регуляторов — битор Он связывает активный ферментный комплекс отрывает его от который остается связанным с фрагментом антитела на поверхности микробной клетки. Тем самым Clinh ограничивает время, в течение которого катализирует активационное расщепление Си С. Кроме того, Clinh ограничивает спонтанную активацию Св плазме крови. При генетическом дефекте Clinh у человека имеется заболевание, называемое состоит в по- спонтанной активации системы комплемента. Избыточное накопление в том числе фрагментов С2а приводит к повышенному образованию пептида-деривата нина. Этот кинина также избыточно образующийся бради- кинин (тот же ингибитор Clinh регулирует и другие протеазы плазмы) вызывают отеки. Заболевание полностью излечивается заместительной терапией Clinh. C2b инактивируется двумя белками сывороточным С4-свя- зывающим протеином — С4ВР (C4-binding protein) и мембранным белком DAF factor — фактор Таблица Мембранные молекулы — регуляторы активности компонентов комплемента Название Мембранный кофак- торный МСР Фактор, ускоряющий распад (decay acceleration factor) — DAF (CD55) Протектин (Ср59) Рецептор для C3a/C4a Рецептор для С5а Рецептор для СЗе Относитель- ная масса хромосома, 11р13 ? 50 ? Специфич- ность к фрагментам СЗа iC3b СЗа, С4а С5а, C5a-des-arg СЗе На каких клетках экспрессирован Тромбоциты, циты, В- и Т-лим- Тромбоциты, эритроциты, лейкоциты Эритроциты, клетки Макрофаги, моноциты, нейтрофилы Тучные клетки, гранулоциты Тучные клетки, гранулоциты, моноциты, макрофаги, тромбоциты Нейтрофилы, моноциты деградацию. Оба эти ингибитора конкурируют с за связывание с В комплексе с С4ВР становится высокочувствительным к деградации с участием сывороточной протеазы (фактора I), расщепляющей на С4с и. Подобным образом два других регуляторных белка — сывороточный фактор Η и мембранный CR1 поступают сони вытесняют собой из комплекса с делая тем самым доступным для деградации фактором I. Фактор имеет также химическое сродство для с сиаловыми много на не один мембранный белок cofactor of proteolysis) связывает и делает его доступным для деградации фактором У всех регуляторных белков системы связывающих ив первичной последовательности аминокислот присутствуют общие (консенсусные) короткие повторы, характерные именно для комплементконтролирующих белков. Активность белков комплекса атаки на мембрану также сдерживается мембранными белками собственных клеток и DAF. Оба они связаны с мембраной клетки через Есть наследственное заболевание человека с дефектом именно в формировании такой связи ночная гемоглобинурия У таких больных эпизодически возникают приступы внутрисосудистого лизиса собственных эритроцитов активированным комплементом и соответственно происходит экскреция гемоглобина почками путь активации комплемента описан в следующем разделе. Белки острой фазы протеин и протеин (СРП) относится к семейству пентрак- синов. Пентраксинами называют белки, сформированные из одинаковых субъединиц. СРП имеет химическое сродство к фосфорилхолину. Последний входит в состав клеточных стенок ряда бактерий и одноклеточных грибов, поэтому СРП способен связывать соответствующие микробные клетки. Фос- форилхолин, входящий в состав фосфолипидов мембран клеток млекопитающих, находится в такой форме, с которой СРП не связывается. Связавши бактерии, СРП осуществляет два действия для фагоцитоза каскад зывает надлежащим образом компонент — первый инициирующий компонент классического пути активации комп- лемента. Таким образом, не будучи иммуноглобулином и нив коей мере не проявляя специфических антигенраспознаю- щих свойств, по разрушающим микробную клетку эффектор- ным механизмам СРП действует по типу антител. Однако это подобие весьма ограничено. СРП связывает молекулу Clq даже за иное место, чем иммуноглобулины СРП — за коллагено- подобную часть молекулы, иммуноглобулины — за глобулярные структуры молекулы Clq. Но каскад комплемента запускается тот же самый. Маннансвязывающий, или лектин (МСЛ) — кальцийзависимый сахарсвязывающий протеин (лектинами по определению называют именно белки, способные с высокой аффинностью связывать углеводы. МСЛ относят к семейству Этот белок связывает остатки маннозы, которые экспонированы на поверхности многих микробных клеток, но экранированы, если присутствуют, в поверхностных углеводах клеток млекопитающих. МСЛ опсо- низирует микробные клетки для фагоцитоза моноцитами, которые в отличие от более зрелых макрофагов еще не эксп- рессируют собственный рецептор для маннозы. Как ни странно, не имея гомологии в аминокислотной последовательности, по вторичной структуре МСЛ похож на Clq. Похож он на и по функции, а именно, связав микробную клетку, МСЛ приобретает способность активировать протеазы, производящие активационное расщепление Си С, что инициирует каскад комплемента. Это и называют путем активации системы комплемента. Кроме МСЛ, к семейству коллектинов принадлежат также сурфактантные протеины легких — SP-A и SP-D (surfactant proteins A, D). Эти протеины, вероятно, имеют существенное значение в опсонизации такого легочного патогена, как Pneumocystis В крови здорового организма СРП и МСЛ мало. Определимые количества этих белков появляются в крови при тяжелых системных воспалительных процессах, поэтому их называют белками острой фазы Эти белки синтезируются в пече- в аварийном режиме по сигналу, подаваемому цитокина- — TNF, IL-6. Значительные количества белков острой фазы появляются в крови в течение первых 2 дней развития острого процесса, когда специфических антител еще нет, последние смогут появиться лишь спустя 5—7 дней. ранний период СРП и МСЛ связывают широкий терий и пытаются опсонизировать их для фагоцитоза и/или лизировать с помощью комплемента. путь активации комплемента начинается со связывания с углеводами поверхностных структур микробных клеток, а именно с остатками маннозы, такого нормального белка сыворотки крови, как МСЛ. У млекопитающих имеется специальная МСЛ-ассоциированная сериновая протеаза, которая аналогично классического пути катализирует активационное расщепление С. Дальнейшие реакции лектиново- го пути активации полностью тождественны классическому пути активации. Фагоцитоз И.И.Мечников, занимаясь сравнительной эмбриологией и гистологией млекопитающих, в 1882 г. открыл особые клетки среди белых клеток крови (лейкоцитов, которые, как амебы, поглощали микроорганизмы и переваривали их внутри себя. Подобные процессы описывали другие исследователи и до И.И.Мечникова. Но новая мысль И.И.Мечникова состояла собственно в осознании защитного значения этого процесса для всего организма, а не пищеварительного для данной единичной клетки. Коллеги — современники И.И.Мечникова оценили эту его мысль ни много нимало как гиппократовс- кую. И.И.Мечников назвал эти клетки пожирающими клетками. Гроббен и Гейдер подсказали ему греческие корни, составившие прижившийся термин — фагоциты. До И.И.Меч- никова врачи считали лейкоциты крови болезнетворными клетками, поскольку наблюдали их в избытке в очагах гнойного воспаления. Любая живая клетка (в том числе и организма млекопитающих) поглощает вещества из внешней среды через специальные каналы для метаболитов в мембране, эндоцитозом отдельных молекул. Но фагоцитоз — это особый процесс поглощения клеткой крупных макромолекулярных комплексов или корпускулярных структур Фагоцитами у млекопитающих являются всего два типа дифференцированных клеток — нейтрофилы и моноциты/макрофаги. Фагоцит обхватывает своей мембраной корпускулярный объект (бактериальные или собственные поврежденные клетки, заключает его в мембранную везикулу, которая оказывается внутри фагоцита. Такие везикулы называют Цель фагоцитоза — полное биохимическое расщепление до мелких метаболитов содержимого фагосомы. Для этого у фагоцита есть специальные ферменты. Нейтрофилы и моноциты созревают в костном мозге из стволовой кроветворной клетки и имеют общую промежуточную клетку-предшественницу. Нейтрофилы циркулируют в периферической крови и составляют часть лейкоцитов крови — 60—70 или клеток в 1 л крови. В норме нейтрофилы не выходят из сосудов в периферические ткани, но они первыми бросаются (те. подвергаются экстравазации) в очаг воспаления. Моноциты, напротив, являются транспортной формой, в крови их % от общего числа лейкоцитов. Их предназначение — статьи быть оседлыми макрофагами в периферических тканях. Макрофаги локализуются в рыхлой соединительной ткани, подстилающей все покровные ткани, а также в паренхиме органов и походу кровеносных сосудов. Макрофаги печени называют купферов- скими клетками (звездчатые ретикулоэндотелиоциты — по новой классификации, макрофаги мозга — микроглией, макрофаги легких — альвеолярными и интерстициальными. В печени суммарная масса макрофагов составляет, возможно, более 50 % массы всего органа. Как фагоциты узнают, что им следует фагоцитировать? На доиммунном этапе защитных реакций распознающие возможности фагоцитов ограничены. И только иммунный механизм в виде синтеза антител приводит к макрофагу доступное антителам разнообразие распознаваемых антигенов. Известно 5 структур — рецепторов на клеточной мембране макрофагов, связывающих то, что макрофаг потенциально способен поглотить по механизму фагоцитоза (рис. 3.1). • Рецепторы для комплемента — CR3 (интегрин 18) и CR4 (интегрин Эти интегрины мембраны макрофагов, кроме компонентов комплемен- та, имеют химическое сродство и, следовательно, свя- 62 для Рецептор ДЛЯ CD14 Интегрин Интегрин ,, -, - / Рецептор для 3.1. Рецепторы клеточной мембраны макрофага. На мембране макрофага есть рецепторы по крайней мере 5 типов для прямого связывания определенных продуктов микробного происхождения (рецептор для маннозы и рецептор 14 для комплекса ЛПС с ЛПС-связывающим белком сыворотки для связывания компонентов мембран поврежденных и умирающих клеток рецептор для мусора («scavenger» receptor)]; рецепторы для определенных цитокинов (для TNF), обеспечивающих возможность активации макрофагов при взаимодействии с факторами лимфоцитарного иммунитета ив особых физиологических и патологических состояниях рецепторы для фрагментов иммуноглобулинов класса G, обеспечивающие возможность фагоцитоза макрофагами иммунных комплексов; интегрины (CDllb/CD18, CDllc/CD18), обеспечивающие интеграцию макрофагов в ткани организма и взаимосвязи с сосудистой стенкой. зывают ряд бактериальных продуктов липополисахари- ды, гемагглютинин из филаментов Bordetella, поверхностные структуры дрожжевых клеток родов Candida и На тканевых макрофагах (не на моноцитах крови) есть рецептор, связывающий маннозу. Такого рецептора нет на других фагоцитах — нейтрофилах. Молекула CD14 на макрофагах — рецептор для комплексов бактериальных липополисахаридов (ЛПС) с ли- пополисахаридсвязывающим протеином сыворотки. Рецептор для производных лигандов сиаловых кислот (углеводов, характерных для клеток млекопитающих). Его называют «scavenger receptor» — рецептор для «уборки мусора (погибающих и деградирующих собственных клеток). Рецептор для хвостов (фрагментов) иммуноглобулинов класса G — — го типа Это как раз место сопряжения лимфоцитарного разнообразного по антигенам иммунитета с эволюционно более древним механизмом защиты — фагоцитозом. В CD- номенклатуре эту поверхностную молекулу макрофагов называют и поскольку она экспрессирована только на моноцитах/макрофагах, она является мембранным маркером клеток этой линии дифференцировки. Субклассы по силе связи с располагаются в следующем порядке IgG3 > > IgG4 Второй механизм сопряжения лимфоцитарного иммунитета с фагоцитами состоит в том, что на мембране фагоцитов есть молекулы — рецепторы для активных цитокинов, вырабатываемых иммунными лимфоцитами. Через них фагоцит воспринимает сигнал от лимфоцита, ив результате происходят существенные сдвиги во внутренней энергетике фагоцита. Через к у-интерферону и к фактору некроза опу- после связывания с лигандом макрофаг претерпевает сильную активацию всей своей внутренней биохимической машины. Через рецептор для напро- на и молекулы для контактов с комплементарными мембранными молекулами лимфоцитов, те. для непосредственных межклеточных взаимодействий (это CD40, В7, MHC-I/II*). Назовем еще два маркера моноцитов/макрофагов: это — рецептор для фактора роста моноцитов M-CSF (мо- фактор) и (функциональное предназначение этой молекулы неизвестно). На нейтрофилах идентифицированы эксклюзивные маркеры наружной мембраны — CD66a и Функциональные «нагрузки» этих молекул пока неизвестны. По биохимическим свойствам они попадают в семейство так называемых СЕА (cancer-embrionic antigens) — раково-эмбриональных бел- ков. Что происходит после того, как фагоцит поглотил объект извне в виде заключенного в мембрану пузырька — фагосо- мы Происходят по крайней мере три процесса расщепление поглощенного материала внутри фагоцита, продукция и секреция в межклеточное пространство литических ферментов и окислительных радикалов, продукция и секреция цитокинов. Первый из них — расщепление того, что фагоцитировано до мелких продуктов метаболизма, которые клетка и вслед за ней организм способны вывести через природные системы Молекулы МНС I или II класса (далее и МНС-И и др., подробнее см. в главе 7). 64 выделения (почки и ЖКТ). Этот процесс идет по одинаковым биохимическим механизмами в нейтрофилах, ив макрофагах. Для этого у фагоцитов есть специальный «аппарат» литических ферментов (кислых протеаз и гидролаз, заключенных в особые замкнутые органеллы — рН в лизосомах около 4. Мембрана фагосомы сливается с мембраной лизосомы, предоставляя лизосомным ферментам доступ к фагоцитированному веществу. В гранулах нейтрофилов содержатся литические ферменты, которые активированный нейтрофил в очаге выбрасывает в межклеточное вещество. Это коллагеназа, катепсин G, жела- тиназа, эластаза, фосфолипаза Кроме этого, у фагоцитов есть специальные системы ферментов, генерирующие образование реакционно-способных свободных радикалов кислорода (супероксидного аниона синглетного кислорода О, а также перекиси водорода. Фермент NO-синтаза генерирует образование радикала оксида азота Эти радикалы осуществляют деструктивные реакции применительно к фагоцитированному объекту. Но, кроме того, фагоцит секретирует их в окружающую межклеточную среду, где они оказывают травмирующее действие, в том числе и на собственные ткани. Макрофаги и нейтрофилы, активированые микробными продуктами, начинают продуцировать цитокины и другие биологически активные медиаторы. Макрофаги продуцируют IL- 1, TNF-α, а также простагландины, лей- котриен фактор, активирующий тромбоциты — factor). Нейтрофилы продуцируют и IL-12, а также хемокин IL-8. Кроме того, нейтрофилы вырабатывают и Названные медиаторы из фагоцитов создают в очаге внедрения внешних субстанций доиммунное воспаление в барьерной ткани, которое обеспечивает активацию кровеносных сосудов, дендритных клеток и лимфоцитов, подготавливающую возможность развития лимфоцитарного иммунного от- вета. Только в макрофагах (в нейтрофилах — нет) происходят «плановое» образование внутри клеток комплексов из продуктов расщепления фагоцитированного вещества с ми молекулами МНС-П и экспрессия этого комплекса на поверхность клетки с целью представления антигенов для распознавания Т-лимфоцитами. Таким образом, макрофаги, кроме того, осуществляют функции антигенпредставляющих клеток. Без лимфоцитарного иммунитета, те. без лимфоцитов и их продуктов — цитокинов и антител, защитные санирующие возможности фагоцитоза ограничены. Во-первых, узок спектр консервативных бактериальных продуктов, для которых на фагоцитах есть связывающие рецепторы. Во-вторых, фагоциты - 544 65 только расходуются в конкретной защитной реакции, они не пролиферируют и им не дано запоминать патогена, т.е. никакой усиленный иммунитет в отношении повторного проникновения того же патогена в организм на уровне фагоцитов не создается. Это уникальное свойство приобрели в эволюции только лимфоциты. В-третьих, реальные микроорганизмы земной биосферы эволюционировали (и продолжают эволюционировать) таким образом, что многие из них не боятся фагоцитов, а многие способны жить и размножаться именно в макрофагах. Это микобактерии, сальмонеллы, лей- шмании, листерии, трипаносомы, легионеллы, криптококки, гистоплазмы, иерсинии, простейшие вирусы, в том числе вирус иммунодефицита человека. Поэтому позвоночным для выживания понадобилась более сильная система защиты от инфекций, чем фагоцитоз. Самая сильная и самая эволюционно новая система защиты — система тарного иммунитета Однако в ряде ситуаций нельзя недооценивать, например, патофизиологические последствия доиммунной активации нейтрофилов непосредственно микробными продуктами. Так, при инфекции Toxoplasma gondii летальный некроз печени впервые ч «цитокиновым взрывом именно из нейтрофилов. На нейтрофилах, как и на макрофагах, экс- прессирован рецептор 14, который связывает комплексы ПС с протеином сыворотки (LBP), а также комплексы ЛПС с другими микробными продуктами (например, с эндотоксинами — самые белых клеток в в в ткань за счет быстрой экспрессии нужных молекул адгезии — VCAM-1 (лиганд на эндотелии VLA-4) и (лиганд на эндотелии ICAM-1)]. Например, всего зач после введения в перитонеальную полость мыши сублетальной дозы Toxoplasma gondii число нейтрофилов в пе- ритонеальной полости возрастает с 2 до 25 % от общего числа лейкоцитов. В очаге они быстро активируются и секрети- руют радикалы кислорода и литические ферменты. Связывание лиганда с рецептором 14 на нейтрофилах активирует довольно интенсивную выработку нейтрофилами TNF-α и были получены моноклональные антитела к молекуле экспрессированной на нейтрофилах и эозинофилах мыши. Эти антитела при введении in vivo обладают свойством эффективно элиминировать гранулоциты, что позволяет использовать их в модельных экспериментах, предназначенных ответить на вопрос, что будет происходить в организме в той или иной ситуации в отсутствие нейтрофилов. Так вот, есть такая модель на мышах. Если мышам ввести D-галактозамин, то он индуцирует экспрессию на клетках печени рецепторов для TNF-α (почему-то таково свойство этого Если таким образом обработанным мышам затем ввести надлежащую дозу лизата Toxoplasma gondii, то через 24—48 ч мыши погибнут и вскрытие покажет массивную гибель ткани печени. исходит по мышам перед введением лизата Toxoplasma gondii ввес- то печень останется цела и мыши будут живы. Это свидетельствует о том, лы выброса ответ на больших количеств антигенов gondii. Вообще же нейтрофилы прямо реагируют на возбудителей инфекционных заболева- Toxoplasma gondii, Plasmodium spp., Leishmania spp., Trypanosoma Pneumocystis carinii, Cryptosporidium parvum, Mycobacterium tuberculosis, Listeria Candida albicans. |