Фагоцитоз. Клеточные факторы
Основной функцией нейтрофилов и макрофагов является фагоцитоз. Фагоцитоз — процесс, при котором фагоцитарные клетки крови и тканей организма поглощают и переваривают твёрдые частицы. Фагоцитоз является одним из видов эндоцитоза и пиноцитоза. Явление фагоцитоза впервые открыл в 1883 г. И.И. Мечников. За объяснение и демонстрацию фагоцитоза был удостоен в 1909 г. Нобелевской премии.
К клеточным факторам иммунной системы относят ряд клеток и выделяемые ими биологические вещества. В процессе эволюции в организме многоклеточных сформировались специализированные клетки, имеющие мощные системы внутриклеточного киллинга – фагоцитоз. Фагоцитоз осуществляют полиморфно-ядерные лейкоциты и мононуклеарные фагоциты (эти клетки иногда называют профессиональными фагоцитами). Нейтрофилы и мононуклеарные фагоциты имеют общее миелоидное происхождение из стволовой кроветворной клетки, но различаются рядом свойств.
У животных и человека различают два основных типа профессиональных фагоцитов:
- нейтрофилы, базофилы, эозинофилы или полиморфноядерные лейкоциты (элиминируют из кровотока корпускулярный материал).
- моноциты (трансформирующиеся в микро и макрофаги)
Эти клетки делятся на:
- неподвижные, фиксированные или тканевые (ретикулярные клетки, эндотелиальные)
- блуждающие или циркулирующие по крови, сосудам органов и тканей (гистиоциты — макрофаги тканей и крови).
Циркулирующие: нейтрофилы, моноциты, эозинофилы, базофилы
Тканевые: макрофаги соединительной ткани, Купферовые клетки печени, клетки Лангерганса (дендритные внутриэпидермальные).
Нейтрофилы (15 суток)
Многочисленная, способная к передвижению популяция фагоцитов, созревание которых начинается и заканчивается в ККМ. 70% всех нейтрофилов существуют как резерв, а под действием медиаторов (провоспалительных цитокинов, продуктов микробного происхождения, белков компонента комплемента, колониестимулирующих факторов, гормонов) могут перемещаться через кровь в патологический очаг (органы и ткани) и развивать острый воспалительный ответ, где и погибают.
Однако, если гибели не произошло, выходят на поверхность слизистых оболочек с целью закончить свой жизненный цикл. Нейтрофилы способны образовывать внеклеточные бактерицидные ловушки из липкой ДНК с гранулами. Бактерии приклеиваются к ловушкам и под действием ферментов погибают. Нейтрофилы, наряду с макрофагами, являются важной частью врожденного иммунитета, однако имеют разный защитный потенциал.
Нейтрофилы эффективны от гноеродных кокк и энтеробактерий, вызывая острое воспаление. При таких инфекциях эффективна кооперация нейтрофил-комплемент-антитело. Нейтрофилы и макрофаги в цитоплазме имеют большое количество лизосом – гранул с различными ферментами. В них так же входят бактерицидные и биологически активные продукты
- лизоцим
- миелопероксидаза
- дефензины
- бактерицидный протеин
- лактоферрин
- протеиназы
- катепсины
- коллагеназа и т.д.
А так же
- цитокины (интерлейкины-1, 6, 8, 12, фактор некроза опухоли),
- простагландины,
- лейкотриены,
- интерфероны α и γ.
Благодаря этим медиаторам фагоциты активно участвуют в поддержании гомеостаза, в процессах воспаления, в адаптивном иммунном ответе, регенерации.
Виды нейтрофилов: сегменто- и палочкоядерные.
Мононуклеарные (40-60 суток) (промоноциты, моноциты и тканевые макрофаги).
Это самый крупный вид лейкоцитов в крови с большой цитоплазмой, в которой много лизосом. Состоят, как правило, из одного полиморфного рыхлого ядра бобовидной формы. Эти клетки являются самыми активными фагоцитами среди остальных. Моноциты ещё незрелые клетки, но попадая в ткани через кровь, созревают в тканевые макрофаги следующих типов:
- плевральные и перитонеальные
- купферовские клетки печени
- альвеолярные
- интердигитальные клетки лимфатических узлов и костного мозга
- остеокласты
- микроглиоциты
- мезангиальные клетки почек
- сертолиевы клетки яичек
- клетки Лангерганса и Гринстейна кожи (последние похожи на Лангерганса и выполняют функцию АПК для Т-супрессоров лимфоцитов)
Макрофаги медленные, но рассеяны абсолютно во всех тканях организма. Защищают от внутриклеточных патогенов (микобактерии, риккетсии, хламидии, вызывающих развитие хронического гранулематозного воспаления, где главную роль играет кооперация макрофаг-Т-лимфоцит. Макрофаги могут подавать уже обработанный АГ Т-клеткам. Передают от Т клетки специфический сигнал для активации В клеток. Так же макрофаг удаляет избыточное количество АГ, которое может привести блокировки включения этих клеток. Выделяют дифференцировачные факторы типа колониестимулирующего фактора.
Эозинофилы (8-12 суток)
Полиморфно-ядерные лейкоциты. Обладают слабой фагоцитарной активностью. Эозинофилы способны к факоцитозу, но его активность и эффективность значительно ниже, чем у нейтрофилов. Защищают от паразитарных организмов. Активация этих клеток приводит к выделению токсичных продуктов гранул, оказывающих губительное действие на гельминтов. Оказываю противопаразитарный иммунный ответ. Продукты гранул:
- катионный белок (РНКаза), вызывающий образование мембранных каналов в оболочке паразита;
- гипогалиды – высокотоксичные соединения для некоторых паразитов;
- главный основной белок эозинофилов – образование трансмембранных пор, через которые внутрь мишени проникают другие медиаторы.
Базофилы (8-12 суток)
Очень крупные гранулоциты с базофильным S-образным ядром, которое не видно из-за цитоплазмы с гранулами. Дегрануляция содержимого гранул усиливает кровоток и проницаемость сосудов для привлечения в очаг новых клеток. Гранулы содержат:
- гистамин
- гепарин
- серотонин
- лейкотриен
- простагландины
На клеточной мембране несут рецептор для IgЕ и способны к аутолизу (расщепление или растворение). Вместе с эозинофилами принимают участие в аллергических (немедленного типа/анафилактический шок) и воспалительных реакциях. Снижают свертываемость крови при помощи гепарина. Имеют способность к хемотаксису и фагоцитозу. Базофилы покидают ККМ зрелыми и дозревают в тканях до другой формы – тучных клеток.
Естественные киллеры (7-10 суток)
Большие лимфоцитоподобные клетки содержащиеся в крови, тканях, в большом количестве в печени, слизистой оболочке и селезенке. Естественные киллеры не обладают фагоцитарной активностью. Распознают и элиминируют изменённые клетки (мутации, раковые трансформации, потеря или изменения маркеров клеток). Выполняют противоопухолевый иммунитет (в том числе уничтожение клеток, поражённых вирусом). Цитотоксическое действие обусловлено белком перфорином – образует поры в мембранах клеток-мишеней.
Основные этапы фагоцитарной реакции
1. Хемотаксис. В реакции фагоцитоза более важная роль принадлежит положительному хемотаксису.
Факторы: в качестве профессиональных хемоаттрактантов выступают продукты выделяемые микроорганизмами и активированными клетками в очаге воспаления (цитокины группы хемокинов, 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. Первыми в очаг воспаления мигрируют нейтрофилы, позже поступают макрофаги, что связано с разной скоростью их активации.
2. Адгезия к объекту. Обусловлена наличием рецепторов для молекул, представленных на поверхности объекта Распознавание осуществляется лектиноподобными рецепторами соответствующей специфичности, в первую очередь маннозосвязывающим белком и селектинами, присутствующими на поверхности фагоцитов. Объекты неживой природы окутываются внутриклеточными продуктами фагоцита, т.е. компонентами межклеточного матрикса, который они продуцируют.
Фагоциты очень эффективны при фиксации на поверхности чужеродных объектов опсонинов, т.к. у фагоцитов имеются специфические рецепторы — к Fc-фрагменту антител, а именно к тяжёлой цепи IgG, компонентам системы комплемента, фибронектину и т. д. Имеется трансплантационные антигены Iа, которые относятся системе распознавания свой-чужой.
3. Активация мембраны. Подготовка объекта к поглощению путём активации протеинкиназы С и выхода ионов кальция из внутриклеточных депо.
4. Погружение. Обволакивание объекта.
5. Образование фагосомы. Замыкание мембраны, погружение объекта с частью мембраны фагоцита внутрь клетки.
6. Образование фаголизосомы. Слияние фагосомы с лизосомами (содержат набор гидролитических ферментов в отношении белков, углеводов, липидов и нуклеиновых кислот) + пероксидазы, какталазы, и НАДН с выделением высокобактерицидного аниона О2-. От него же макрофаги защищаются супероксиддисмутаза), после чего происходит бактериолизис.
7. Киллинг и расщепление. Использование пероксида водорода, лизоцима и др. для разрушения бактериальных клеток + высокая активность протеаз, нуклеаз, липаз и других ферментов,
8. Выброс продуктов деградации.
В зависимости от успешного фагоцитоза, его делят на два типа:
- завершённый (полное убийство)
- незавершённый (невозможность убить до конца, как правило очень крупные или устойчивые патогены)
Фагоциты кроме фагоцитоза способны к цитотоксическому воздействию (экзоцитоз) – выделение содержимого гранул (дегрануляция), осуществляя внеклеточный киллинг.
Компоненты
Нейтрофилы и макрофаги отвечают на малейшие изменения в организме за счёт рецепторов, которые располагаются на цитоплазматической мембране. Такие рецепторы служат для распознавания чужого — Toll-подобные рецепторы (Toll-like receptor – TLR, входящие в семейство мембранных гликопротеинов). Toll-подобные рецепторы узнают грубые повторяющиеся молекулярные углеводные и липидные структуры (не аг), которых нет на клетках организма хозяина, но присутствующие у простейших, грибов, бактерий и вирусов.
Виды рецепторов:
• маннозно-фукозные рецепторы, распознающие углеводные компоненты поверхностных структур микроорганизмов;
• рецепторы для мусора (скавенджер рецептор) — для связывания фосфолипидных мембран и компонентов собственных разрушенных клеток. Участвуют в фагоцитозе поврежденных и умирающих клеток;
• рецепторы для компонентов комплемента;
• рецепторы для Fc-фрагментов IgG — связывание иммунных комплексов и фагоцитоз бактерий, меченные иммуноглобулинами и комплементом (эффект опсонизации);
• рецепторы для цитокинов, хемокинов, гормонов, лейкотриенов, простагландинов и т.д. позволяют взаимодействовать с лимфоцитами и реагировать на любые изменения внутренней среды организма.
Фагоцитоз бывает: опсонический и поверхностный. Антитела, облегчающие фагоцитоз называют бактериотропинами (опсонины) + комплемент.
Молекулы адгезии (селектины и интегрины)
Молекулы адгезии – молекулы, отвечающие за контакт между клетками и их перемещением. Взаимодействие и перемещение всех миелодных клеток происходит за счет селектинов, интегринов и молекул суперсемейства иммуноглобулинов (IgSF). У млекопитающих известно 4 группы молекул адгезии:
- селектины
- интегрины
- молекулы суперсемейства иммуноглобулинов
- кадхерины
Селектины— тканевые лектины (трансмембранные белки):
- P (от Platelet — тромбоцитарный),
- E (от Endothelial — эндотелиальный)
- L (от Lymphocyte — лимфоцитарный). экспрессируется на поверхности нейтрофилов, моноцитов и лимфоцитов и обеспечивает осуществление начального этапа миграции.
Интегрины — многофункциональные молекулы адгезии, которые проводят внутренние и внешние сигналы клетки. Благодаря им осуществляется эмиграция лейкоцитов из кровотока и поступления их в очаг воспаления, взаимодействия с клетками-мишенями и др.
Хемотаксические факторы (Хемокины)
Хемотаксис — направленное движение клеток друг к другу или наоборот за счёт химических факторов (хемоаттрактантов) (миграция лейкоцитов из кровяного русла в очаг воспаления). Ряд провоспалительны цитокинов оказывает на лейкоциты хемотаксическое действие.
Хемокинез — ненаправленное усиление подвижности клеток под влиянием химико –биологических агентов
Хемокины — обширная группа цитокинов (полипептиды). На ряду с интегринами и селектинами могут выступать в роли молекул адгезии. Важны для направленного движения клеток. По функциональной роли выделяют:
- гомеостатические хемокины (распределение клеток, а именно лимфоцитов) по лимфоидным органам.
- провоспалительные хемокины (активация клеток и привлечение их в очаг воспаления)