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:

1. нейтрофилы, базофилы, эозинофилы или полиморфноядерные лейкоциты (элиминируют из кровотока корпускулярный материал).
2. моноциты (трансформирующиеся в микро и макрофаги)

Эти клетки делятся на:

1. неподвижные, фиксированные или тканевые (ретикулярные клетки, эндотелиальные) 
2. 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:

1. завершённый (полное убийство)
2. 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:

1. гомеостатические хемокины (распределение клеток, а именно лимфоцитов) по лимфоидным органам.
2. провоспалительные хемокины (активация клеток и привлечение их в очаг воспаления)