Активация макрофагов в антиинфекционном процессе
Покоящиеся макрофаги способны уничтожать микробов, но их активация стимулирует этот процесс, вызывая экспрессию новых механизмов. Активация происходит под действием лимфокинов (цитокинов). секретируемых T-клетками. и под действием микробных продуктов (ряд микробных компонентов активирует моноциты прямо или опосредственно, инициируя выделение цитокинов самими макрофагами или НК-клетками ).
Субэпителиальная соединительная ткань содержит большое количество макрофагов. которые выступают здесь в качестве одного из ведущих факторов неспецифической защиты от патогена.
Цепь событий с участием макрофагов представляется следующим образом.
Патоген, преодолевший эпителиальный барьер, сталкивается с фагоцитирующими мононуклеарами. которые экспрессируют на своей поверхности рецепторы к наиболее общим компонентам клеточной стенки микроорганизмов. Среди них - рецепторы к липополисахариду и маннозе. Взаимодействие патогена с макрофагами приводит к поглощению микробной клетки посредством фагоцитоза и ее последующему разрушению в фаголизосомах.
Следствием взаимодействия тканевых макрофагов с патогеном в ранний индукционный период является также секреция различных цитокинов фагоцитирующими клетками. Возможно, что в индукции секреции цитокинов участвуют те же самые рецепторы, что и при взаимодействии с патогеном. Цитокины являются важнейшим фактором, направленным на мобилизацию в зону проникновения патогена дополнительных клеток и гуморальных веществ, совместное действие которых создает мощный заслон защиты.
И наконец, еще одно свойство макрофагов в зоне проникновения патогена - это подготовка антигенов микроорганизмов к индукции специфического иммунного ответа.
Активация альтернативного пути развития системы комплемента и поглощение макрофагами преодолевших эпителиальный барьер микроорганизмов представляют собой наиболее раннюю реакцию врожденного неспецифического иммунитета. которая встречается в первые часы после заражения.
Если же микроорганизм все-таки ускользает от постоянно присутствующих факторов ранней, немедленной защиты, то мобилизуются клеточные и гуморальные механизмы, которые характеризуют собой ранний индукционный ответ. Импульсом к развитию такого ответа является факт распознавания таких антигенов микроорганизмов, которые по своей природе являются наиболее общими для них, например, липополисахарида.
Понятно, что тонкая антигенраспознающая специфичность, свойственная адаптивному (специфическому) иммунитету. в данном случае отсутствует. Более того, природа факторов, включенных в ранний индукционный ответ, такова, что не создает памяти от первичного контакта с антигеном, столь свойственной специфическому иммунитету.
Следует помнить, что именно на неспецифическом этапе развития противоинфекционного иммунитета закладываются основы для формирования специфического ответа. Этот преадаптационный процесс связан, в первую очередь, с переработкой антигенов микроорганизмов в их индуцибельную (иммуногенную) форму для клеточных элементов специфической защиты.
Как отмечалось выше, одно из проявлений активности макрофагов в ранний индукционный период состоит в интенсивной продукции цитокинов. Основные из них: интерлейкин-1. интерлейкин-6. интерлейкин-8 и интерлейкин-12. а также фактор некроза опухолей-альфа (ФНО-альфа). обладающие местными и системными эффектами ( табл. 13.4 ). Главным из этих цитокинов является ФНО-альфа, основное предназначение которого состоит в формировании очага воспаления.
Воспалительный ответ в месте проникновения патогена характеризуется локальным образованием вздутия, покраснением, болью, повышением температуры. Все эти патологические нарушения являются результатом двух основных событий, связанных с ФНО-альфа.
Прежде всего под влиянием ФНО-альфа увеличивается диаметр сосудов в очаге инфекции, что приводит к локальному усилению кровотока и, как следствие, к местному покраснению и повышению температуры. Кроме того, усиливается проницаемость сосудов, влекущая за собой локальное накопление жидкости, которая определяет формирование припухлости и возникновение болевых ощущений. Увеличение проницаемости сосудов и локальное накопление жидкости обеспечивает концентрацию иммуноглобулинов. комплемента и других функционально значимых белков в очаге проникновения инфекции.
Второе событие состоит в экспрессии под влиянием ФНО-альфа адгезивных молекул на эндотелиальных клетках, в результате чего усиливается приток фагоцитов в очаг воспаления, что крайне важно для локализации инфекции.
Процесс миграции лейкоцитов в очаг воспаления делится на четыре этапа.
На первом этапе под влиянием ФНО-альфа происходит экспрессия Р-селектинов и Е-селектинов на эпителиальных клетках сосудов. Селектины распознают углеводные радикалы на гликопротеиновых рецепторах циркулирующих в кровеносном русле лейкоцитах. Однако такое распознавание проходит при низкой аффинности. Лейкоциты, проходя мимо эпителиальных клеток с Р - и Е-селектинами, лишь замедляют движение, но не образуют прочных контактных связей.
Под влиянием ФНО-альфа индуцируются не только селектины, но и адгезивные молекулы ICAM-1 (из суперсемейства иммуноглобулинов ), которые также экспрессируются на эпителиальных клетках. Взаимодействие ICAM-1 со своим лигандом LFA-1. представленным на фагоцитирующих клетках, как и в предыдущем случае, низкоаффинно. На этом фоне в процесс клеточного взаимодействия вступают молекулы ИЛ-8. продукция которых обеспечена активированными макрофагами инфекционного очага.
Взаимодействие ИЛ-8 со своим рецептором на поверхности фагоцитов приводит к такому конформационному изменению LFА-1, которое значительно повышает эффективность его связи с ICAM-1.
В результате всех этих клеточно-молекуклярных событий наступает важный момент в миграционном процессе - остановка движения фагоцитов по кровеносному руслу, что и характеризует собой второй этап.
После установления достаточно прочной связи между фагоцитами и эндотелиальными клетками разворачивается третий этап - проход клеток через эндотелиальную стенку сосудов. Проникновение реализуется взаимодействием тех же молекул LFA-1 и дополнительных иммуноглобулиноподобных молекул CD31. экспрессирующихся как на лейкоцитах. так и на эпителиальных клетках в местах плотного соединения клеток. Именно эти молекулы обеспечивают диапедез фагоцитов - проход через эпителиальную стенку в район развития воспалительной реакции.
На четвертом, заключительном этапе, проникшие через эндотелиальную стенку фагоциты мигрируют непосредственно в очаг воспаления, перемещаясь по градиенту плотности, создаваемому ИЛ-8 ( рис. 13.2 ).
Помимо ФНО-альфа, значительная роль в формировании защитных механизмов при местной инфекции принадлежит хемокинам - низкомолекулярным белкам, секретируемых различными типами клеток в очаге проникновения патогена.
Все хемокины делятся на две группы: альфа и бета.
Бета-хемокины способствуют миграции моноцитов. которые достигнув очага инфекции, дифференцируются в тканевые макрофаги. Одним из активных бета-хемокинов является MCAF (англ. macrophage chemoattractant and activating factor). Свойства хемокинов двух групп суммированы в табл. 13.5.
Существенную роль в формировании антибактериальной защиты играют цитокины ИЛ-1 и ИЛ-6. продуцируемые активированными макрофагами. Спектр биологической активности этих цитокинов представлен в табл. 13.6. Их особое значение помимо всего прочего состоит в том, что они, с одной стороны, являясь эндогенными пирогенами. инициируют повышение температуры тела, а с другой, стимулируют продукцию белков острой фазы ( С-реактивный белок. белок, связывающий маннозу ).
Повышение температуры тела при развитии инфекции имеет вполне положительное значение, так как препятствует размножению микроорганизмов и способствует формированию специфического иммунного ответа.
Другой белок острофазного ответа связывает маннозу. Его структура напоминает С1 - компонент комплемента. В противоинфекционном ответе он выполняет две функции: выступает в качестве опсонина. взаимодействуя с маннозой бактериальных стенок, и активирует протеолитический белковый комплекс, который расщепляет С4 и С2 компоненты комплемента с тем, чтобы инициировать развитие классического пути активации системы комплемента.
Таким образом, макрофаги. столкнувшись с патогеном, инициируют целую цепь событий, направленных на подавление развития инфекции. Активность фагоцитирующих мононуклеаров проявляется не только во внутриклеточном переваривании и уничтожении микроорганизма, но и в инициации секреции набора цитокинов с различной функциональной активностью. Все разнообразие биологического действия цитокинов ( монокинов ), секретируемых макрофагами, направлено на нейтрализацию и уничтожение патогена от инициации белков острой фазы и активации системы комплемента до привлечения в зону проникновения патогена дополнительных фагоцитирующих клеток. DR3 (Apo3, WSL-1, TRAMP, LARD) рецептор: передача сигнала
Рецепторы фагоцитов
Врожденная иммунная защита в крови и тканях обеспечивается главным образом фагоцитирующими клетками, которые с помощью соответствующих рецепторов распознают характерные поверхностные компоненты патогенов (ПАМС) и поглощают их. Фагоцитоз – это основной механизм разрушения микробов, он также играет важную роль в индукции защитного воспаления, во включении адаптивного иммунного ответа и в репарации поврежденных при патологическом процессе тканей. Многие типы клеток могут осуществлять фагоцитоз, однако главными фагоцитирующими клетками являются нейтрофилы . макрофаги и дендритные клетки . которые называются профессиональными фагоцитами .
Фагоцитоз – это рецептор-опосредованный процесс, при котором распознавание чужеродных частиц осуществляется с помощью клеточных рецепторов различных типов. Однако не все клеточные распознающие рецепторы стимулируют фагоцитоз. Например, так называемые Толл-подобные рецепторы представляют собой важное семейство сигнальных молекул, которые активируют продукцию цитокинов клетками (в первую очередь макрофагами и дендритными клетками), но не могут прямо стимулировать поглощение чужеродных частиц.
Рецепторы, которые непосредственно индуцируют процесс поглощения микробов, вирусов и других частиц, относятся к фагоцитарным рецепторам. Они подразделяются на две группы:
· рецепторы, осуществляющие прямое распознавание ; а также
· рецепторы, осуществляющие опосредованное распознавание благодаря связыванию опсонинов.
К первой категории относятся лектиновые, в том числе маннозные, рецепторы и скавенджер-рецепторы. Маннозные рецепторы макрофагов относятся к лектинам С-типа, они распознают остатки маннозы на поверхности многих бактерий, грибов и простейших, которые отсутствуют в клетках млекопитающих. Маннозный рецептор макрофагов также связывает некоторые вирусы, включая вирус гриппа и ВИЧ (механизм этого связывания, однако, пока недостаточно изучен).
К лектиновым рецепторам С-типа относится и дектин-1 – рецептор, который распознает β-глюкановые полисахариды, содержащиеся в клеточных стенках различных бактерий. В эту же группу входит ДЕС-205 . содержащийся на дендритных клетках. Этот рецептор распознает маннаны – полисахариды, содержащие маннозу, которые характерны для многих бактерий.
Скавенджер-рецепторы могут распознавать как компоненты апоптозных клеток, так и компоненты патогенов. Они представляют собой структурно разнообразную группу рецепторов, объединенных способностью связывать полианионные лиганды . такие как окисленные липопротеины низкой плотности, липополисахариды, липотейхоевая кислота и другие.
Скавенджер-рецепторы имеются на макрофагах и на многих типах дендритных клеток. Они участвуют в связывании и поглощении грам-положительных и грам-отрицательных бактерий, а также в фагоцитозе апоптозных клеток, так как распознают производные сиаловых кислот, содержащихся в продуктах клеточной деградации при апоптозе. Роль и механизмы работы этих рецепторов в настоящее время интенсивно изучаются. Наиболее изученными у человека являются скавенджер-рецепторы типа А и типа В.
К скавенджер-рецепторам типа А относятся, например, скавенджер-рецептор типа А1 (SR-A1) и скавенджер-рецептор MARCO.
SR-A1 содержится на макрофагах, он распознает апоптозные клетки, ЛПС бактерий, липотейхоевую кислоту (см. рис. 7), а также окисленные липопротеины низкой плотности, содержащиеся в атеросклеротических бляшках. Было показано, например, что мыши, лишенные SR-A1, более чувствительны к инфекциям, вызванным грам-положительными бактериями, включая золотистый стафилококк и листерии.
Скавенджер-рецептор MARCO экспрессируется на макрофагах маргинальной зоны селезенки, где происходит фильтрация крови. Он обеспечивает связывание интактных бактерий и способствует их удалению из кровотока.
Скавенджер-рецептор СD36 относится к скавенджер-рецепторам типа В. Он экспрессируется на макрофагах и распознает апоптозные и зараженные паразитами (например, малярийным плазмодием) эритроциты.
Рецепторы к опсонинам . относящиеся ко второй группе и осуществляющие опосредованное распознавание патогенов, также подразделяются на две категории:
· рецепторы к комплементу (CR1, CR3, CR4), которые связывают частицы, опсонизированные белками комплемента; а также
· Fc-рецепторы к постоянным фрагментам иммуноглобулинов, которые связывают микробы, вирусы и другие частицы, опсонизируя их.
Через рецепторы к фрагментам С1 и С3 компонентов комплемента (CR1-CR4, C1qR и С3bR), которые связывают опсонизированные этими фрагментами чужеродные молекулы и клетки, стимулируется фагоцитоз последних. Эти рецепторы содержатся в первую очередь на макрофагах, нейтрофилах и дендритных клетках (CR4).
Например, рецептор CR3, содержащийся на макрофагах и нейтрофилах, имеет два связывающих участка: один – для фрагмента комплемента iC3b, а другой – для микробных β-глюкановых полисахаридов. Связывание с этими двумя участками приводит к различным последствиям: связывание с iC3b стимулирует фагоцитоз, для которого характерно более медленное слияние фагосом и лизосом и относительно слабое микробицидное действие; в то же время одновременное связывание с iC3b и с микробными полисахаридами индуцирует гораздо более сильное и эффективное поглощение и уничтожение микробов. Однако воздействие на макрофаги дополнительных сигналов, например, воздействие провоспалительных цитокинов, может значительно усилить ответ и на связывание только одного iC3b.
Стимуляция через Fc-рецепторы значительно повышает эффективность фагоцитоза опсонизированных антителами патогенов, а также других чужеродных для организма частиц и молекул, против которых адаптивная иммунная система выработала антитела. Очень важна стимуляция фагоцитоза через Fc-рецепторы для эффективного удаления из организма иммунных комплексов, включающих в свой состав патогены, чужеродные белки, фрагменты поврежденных и погибших клеток, а также патологических белков (таких, например, как сывороточный амилоидный белок).
У человека обнаружено четыре варианта Fc-рецепторов для IgG, через которые стимулируется фагоцитоз опсонизированных частиц ( FcγR1, FcγR2, FcγR3 и FcγR4), а также Fc-рецепторы для IgA (FcαR) и IgE (FcεR). Однако Fc-рецепторы для IgE, содержащиеся на таких клетках системы врожденного иммунитета, как тучные клетки, базофилы и эозинофилы, не относятся к фагоцитарным рецепторам. Через них происходит стимуляция дегрануляции этих клеток, приводящая к развитию воспалительного ответа в окружающих тканях.
Основные характеристики фагоцитарных клеточных рецепторов к комплементу и Fc-рецепторов приведены в табл. 6.
Таблица 6. Основные характеристики клеточных фагоцитарных рецепторов к опсонинам
Иммунитет: механизмы развертывания
Клетки и молекулы действуют слаженно, поддерживая друг друга на разных этапах развития иммунного ответа.
Неспецифические механизмы
На первом этапе столкновения с чужеродным антигеном запускается неспецифический патологический защитный процесс — воспаление, сопровождающийся фагоцитозом, выделением медиаторов воспаления - гистамина, серотонина, цитокинов и т. п. Фагоциты (макрофаги) поглощают антигены и контактируют с лимфоцитами Т-хелперами, представляя им на поверхности антигенные детерминанты. Т-хелперы запускают размножение (выделяя специфические белковые вещества — интерлейкины) специфических для данного антигена клонов Т-киллеров и В-лимфоцитов из предсуществующих стволовых клеток, которые прошли проверку на толерантность в эмбриональном периоде (клонально-селекционная теория Бернета).
Воспаление (лат. inflammatio) — это комплексный, местный и общий патологический процесс, возникающий в ответ на повреждение (alteratio) или действие патогенного раздражителя и проявляющийся в реакциях (exudatio и др.), направленных на устранение продуктов повреждения, а если возможно, то и агентов (раздражителей), а также приводящий к максимальному для данных условий восстановлению (proliferatio и др.) в зоне повреждения.
Схема развития воспаления. Под действием повреждающего фактора происходит выделение макрофагом провоспалительных цитокинов, которые привлекают в очаг воспаления другие клетки, в результате агрегации которых или выделения ими активных веществ происходит нарушение целостности ткани.
Фагоцитоз (Фаго — пожирать и цитос — клетка) — процесс, при котором специальные клетки крови и тканей организма (фагоциты) захватывают и переваривают возбудителей инфекционных заболеваний и отмершие клетки. Осуществляется двумя разновидностями клеток: циркулирующими в крови зернистыми лейкоцитами (гранулоцитами) и тканевыми макрофагами. Открытие фагоцитоза принадлежит И. И. Мечникову, который выявил этот процесс, проделывая опыты с морскими звёздами и дафниями, вводя в их организмы инородные тела. Например, когда Мечников поместил в тело дафнии спору грибка, то он заметил, что на нее нападают особые подвижные клетки. Когда же он ввел слишком много спор, клетки не успели их все переварить, и животное погибло. Клетки, защищающие организм от бактерий, вирусов, спор грибов и пр. Мечников назвал фагоцитами.
У человека различают два типа профессиональных фагоцитов: нейтрофилы и моноциты (в ткани - макрофаги)
Основные этапы фагоцитарной реакции сходны для клеток обоих типов. Реакция фагоцитоза может быть подразделена на несколько этапов:
1. Хемотаксис. В реакции фагоцитоза более важная роль принадлежит положительному хемотаксису. В качестве хемоаттрактантов выступают продукты выделяемые микроорганизмами и активированными клетками в очаге воспаления (цитокины, 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. Однако, "профессиональными" хемотаксинами служат цитокины группы хемокинов.
Ранее других клеток в очаг воспаления мигрируют нейтрофилы, существенно позже поступают макрофаги. Скорость хемотаксического перемещения для нейтрофилов и макрофагов сопоставима, различия во времени поступления вероятно связаны с разной скоростью их активации.
2. Адгезия фагоцитов к объекту. Обусловлена наличием на поверхности фагоцитов рецепторов для молекул, представленных на поверхности объекта (собственных или связавшихся с ним). При фагоцитозе бактерий или старых клеток организма хозяина происходит распознавание концевых сахаридных групп - глюкозы, галактозы, фукозы, маннозы и др. которые представлены на поверхности фагоцитируемых клеток. Распознавание осуществляется лектиноподобными рецепторами соответствующей специфичности, в первую очередь маннозосвязывающим белком и селектинами, присутствующими на поверхности фагоцитов.
В тех случаях когда объектами фагоцитоза являются не живые клетки, а кусочки угля, асбеста, стекла, металла и др, фагоциты предварительно делают объект поглощения приемлемым для осуществления реакции, окутывая его собственными продуктами, в том числе компонентами межклеточного матрикса, который они продуцируют.
Хотя фагоциты способны поглощать и разного рода "неподготовленные" объекты, наибольшей интенсивности фагоцитарный процесс достигает при опсонизации т. е. фиксации на поверхности объектов опсонинов к которым у фагоцитов есть специфические рецепторы - к Fc-фрагменту антител, компонентам системы комплемента, фибронектину и т. д.
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.
4. Погружение. Происходит обволакивание объекта
5. Образование фагосомы. Замыкание мембраны, погружение объекта с частью мембраны фагоцита внутрь клетки.
6. Образование фаголизосомы. Слияние фагосомы с лизосомами, в результате чего образуются оптимальные условия для бактериолиза и расщепления убитой клетки. Механизмы сближения фагосомы и лизосом не ясны, вероятно имеется активное перемещение лизосом к фагосомам.
7. Киллинг и расщепление. Велика роль клеточной стенки перевариваемой клетки. Основные вещества участвующие в бактериолизе: перекись водорода, продукты азотного метаболизма, лизоцим и др. Процесс разрушения бактериальных клеток завершается благодаря активности протеаз, нуклеаз, липаз и других ферментов, активность которых оптимальна при низких значениях рН.
8. Выброс продуктов деградации.
Фагоцитоз может быть: завершенным (киллинг и переваривание прошло успешно), незавершенным (для ряда патогенов фагоцитоз является необходимой ступенью их жизненного цикла, например у микобактерий и гонококков).
Активация комплемента.
Система комплемента работает как биохимический каскад реакций. Комплемент активируется тремя биохимическими путями: классическим, альтернативным и лектиновым путем. Все три пути активации производят разные варианты C3-конвертазы (белка, расщепляющего С3). Классический путь (он был открыт первым, но эволюционно является новым) требует антител для активации (специфический иммунный ответ, приобретённый иммунитет), в то время как альтернативный и лектиновый пути могут быть активизированы антигенами без присутствия антител (неспецифический иммунный ответ, врождённый иммунитет). Итог активации комплемента во всех трёх случаях одинаков: C3-конвертаза гидролизует СЗ, создавая C3a и C3b и вызывая каскад дальнейшего гидролиза элементов системы комплемента и событий активации. В классическом пути для активации С3-конвертазы необходимо образование комплекса С4b2a. Этот комплекс образуется при расщеплении С2 и С4 С1-комплексом. С1-комплекс, в свою очередь, для активации должен связаться с иммуноглобулинами класса М или G. C3b связывается с поверхностью болезнетворных микроорганизмов, что приводит к большей «заинтересованности» фагоцитов к связанным с СЗb клеткам (опсонизация). C5a — важный хемоаттрактант, помогающий привлекать в район активации системы комплемента новые иммунные клетки. И C3a, и C5a имеют анафилотоксическую активность, непосредственно вызывая дегрануляцию тучных клеток (как следствие — выделение медиаторов воспаления). C5b начинает формирование мембраноатакующих комплексов (МАК), состоящим из C5b, C6, C7, C8 и полимерного C9. МАК — цитолитический конечный продукт активации системы комплемента. МАК формирует трансмембранный канал, вызывающий осмотический лизис клетки-мишени. Макрофаги поглощают помеченные системой комплемента болезнетворные микроорганизмы.
Классический путь
Классический путь запускается активацией комплекса С1 (он включает одну молекулу С1q и по две молекулы С1r и С1s). Комплекс С1 связывается с помощью С1q с иммуноглобулинами классов М и G, связанными с антигенами. Гексамерный C1q по форме напоминает букет нераскрытых тюльпанов, «бутоны» которого могут связываться с Fc участком антител. Для инициации этого пути достаточно единственной молекулы IgM, активация молекулами IgG менее эффективна и требует больше молекул IgG.
С1q связывается прямо с поверхностью патогена, это ведет к конформационным изменениям молекулы С1q, и вызывает активацию двух молекул сериновых протеаз С1r. Они расщепляют С1s (тоже сериновую протеазу). Потом комплекс С1 связывается с С4 и С2 и затем расщепляет их, образуя С2а и С4b. С4b и С2а связываются друг с другом на поверхности патогена, и образуют С3-конвертазу классического пути, С4b2а. Появление С3-конвертазы приводит к расщеплению С3 на С3а и С3b. С3b образует вместе с С2а и С4b С5-конвертазу классического пути.
Альтернативный путь
Альтернативный путь запускается гидролизом C3 прямо на поверхности патогена. В альтернативном пути участвуют факторы В и D. С их помощью происходит образование фермента СЗbВb. Стабилизирует его и обеспечивает его длительное функционирование белок P. Далее РС3bВb активирует С3, в результате образуется С5-конвертаза и запускается образование мембраноатакующего комплекса. Дальнейшая активация терминальных компонентов комплемента происходит так же, как и по классическому пути активации комплемента.
Альтернативный путь отличается от классического следующим: при активации системы комплемента не нужно образование иммунных комплексов, он происходит без участия первых компонентов комплемента — С1, С2, С4. Он также отличается тем, что срабатывает сразу же после появления антигенов — его активаторами могут быть бактериальные полисахариды и липополисахариды, вирусные частицы, опухолевые клетки.
Лектиновый (маннозный) путь активации системы комплемента
Маннан (маннан — полимер маннозы)-связанный лектиновый путь гомологичен классическому пути активации системы комплемента. Этот путь использует маннан-связывающий лектин (MBL)- белок, подобный C1q классического пути активации, который связывается с маннозными остатками и другими сахарами на мембране, что позволяет распознавать разнообразные болезнетворные микроорганизмы. MBL — белок, принадлежащий к коллектиновой группе белков, которая производится печенью и может активировать каскад комплемента, связываясь с поверхностью патогена. MBL — 2-6-вершинная молекула, которая формирует комплекс с MASP-I (Mannan-binding lectin Associated Serine Protease, MBL-связанная сериновая протеаза) и MASP-II. MASP-I и MASP-II весьма схожи с C1r и C1s классической пути активации и, возможно, имеют общего эволюционного предшественника. Когда определяющие углеводы вершины MBL связываются с определенным образом ориентированными маннозными остатками на фосфолипидном бислое болезнетворного микроорганизма, MASP-I и MASP-II активируются и расщепляют белок C4 на C4a и C4b, а белок С2 на C2a и C2b. Затем C4b и C2a объединяются на поверхности болезнетворного микроорганизма, формируя C3-конвертазу, а C4a и C2b действуют как хемоаттрактанты.
Клеточный иммунный ответ
Проникший в организм вирус эндоцитируется макрофагами и затем частично разрушается в эндоплазматическом ретикулуме (1). В результате образуются чужеродные фрагменты, которые экспонируются на клеточной поверхности макрофагов (2). Эти фрагменты «презентируются» специальной группой мембранных белков (белки ГКГС). Комплекс из вирусного фрагмента и белка главного комплекса гистосовместимости [ГКГС (МНС)] распознается и связывается Т-клетками с помощью специфических (Т-клеточных) рецепторов. Среди огромного числа Т-клеток только немногие обладают подходящим рецептором (3), Связывание приводит к активации этих Т-клеток и появлению их селективных копий (4, "клональная селекция"). В активации Т-клеток участвуют различные гормоноподобные Сигнальные белки, интерлейкины [ИЛ (IL), см. с. 378]. Эти белки секретируются теми клетками иммунной системы, которые активируются при связывании с Т-клетками. Так, активированные макрофаги с презентируемым вирусным фрагментом секретируют IL-1 (5), а Т-клетки продуцируют IL-2 (6), который стимулирует их собственное клональное копирование и репликацию Т-хелперных клеток.
Клонированные и активированные Т-клетки осуществляют различные функции в зависимости от их типа. Цитотоксические Т-клетки (на схеме зеленого цвета) способны узнавать и связывать те клетки организма, которые инфицированы вирусами и на своих рецепторах ГКГС несут фрагменты вируса (7). Цитотоксические Т-клетки секретируют перфорин — белок, который делает проницаемой мембрану связанной инфицированной клетки, что и приводит к ее лизису (8).
Т-Хелперы (на схеме голубого цвета), напротив, связываются с В-клетками, которые презентируют на своей поверхности фрагменты вируса, связанные с белком ГКГС (9). Это ведет к селективному клонированию индивидуальных В-клеток и их массированной пролиферации, Интерлейкин стимулирует (10) созревание В-клеток — превращение в плазматические клетки (11), способные синтезировать и секретировать антитела (12)
Учение об иммунитете
Иммунитет – это способ защиты организма от живых тел и веществ, несущих на себе признаки генетически чужеродной информации.
Иммунитет – целостная системы биологических механизмов самозащиты организма.
С помощью иммунитета распознается и уничтожается все чужеродное. Чужеродное – не свое, генетические разделения между веществами.
Задачи – поддержание структурной целостности организма. Обеспечивает
- Сохранение гомеостаза
- Сохранение функциональных структурной целостности организма
- Сохранение биологической индивидуальности организма.
- Уничтожается клетки, которые генетически отличаются от клеток организма.
Иммунология – наука об организмах, молекулах иммунной системы. Изучает структурную функцию иммунитета и реакцию иммунитета на чужеродные антитела. Изучает последовательность иммунного ответа и способы влияния на него.
Развитие иммунологии
Основоположник – труды Мечникова 1883 год. Создал фагоцитарную теорию иммунитета, 1897 год – Эрлих создал гуморальную теорию иммунитета, 1908 – получение ноб. Премии за теории.
Эмпирически были предложены вакцины(до этого гук).
Дженер – вакцина против коровье оспы
1974 – оспа ликвидирована.
Вакцина Пастера – вакцина против бешенства.
Виды и формы иммунитета.
- в зависимости от механизмов иммунитет – видовой – врожденный наследственный, естественный, неспецифический, приобретенный(адаптивный ) – естественный –активный(после инфекции) пассивный – трансплантацитарно, искусственный активный – после введения вакцины, пассивный – сыворотка.
- От исхода инфекционного процесса – стерильный – когда организм освобождается от возбудителя, нестерильный – инфекция сохраняется при наличии возбудителя в организме – туберкулез.
- По распространяемости – общий – во всем организме, местный – в определенном участке.
- По проявлениям – антибактериальный, антитоксичный, противовирусный, противогрибковый, противопаразитарный, противоопухолевый, трансплатационный
- По факторам – клеточный, гуморальный
Видовой иммунитет.
Невосприимчивость обусловленная врожденными биологическими особенностями организма.
Отличается свойствами
1.Видовоый признак(животные не болеют болезнями людей)
2. Генетически детерминированный – по наследству
3. Неспецифический – не имеет избирательного направления, а проявляется против различных инфекций
4. стойкий но не абсолютный
Механизмы видового иммунитета.
Внешние барьеры видового иммунитета.
- Кожа является механическим барьером на пути инфекционных агентов – патогенов. Обладает бактерицидным свойством ибо секреты потовых и сальных желез содержат пероксид водорода, а также мочевину, ненасыщенные жирные кислоты, желчные пигменты аммиак
- Слизистая оболочка. Секрет слизистых вымывает патогенны с поверхности. Содержит лизоцим, секреторные антитела, ингибиторы бактерий и вирусов.
- Антатомо-физиологические особенности организма. Реснички цилиндрического эпителия верхних дых. Путей. Задерживают патогены, а также рвота, кашель, чихание – это физиологические акты. Ресницы, брови глаз препядствуют попаданию патогенов
Внутренние барьеры
- Нормальная микрофлора организма, заселяющая слизистую, кожу, различные биотопы. Является антагонистом патогенных и условно патогенных организмов. Обладает иммунизирующим действием. Благодаря чему индуцирует образование антител. Синтез витаминов – К, B.
- Мембраны клеток
- Функцию гистогематических барьеров. Осуществляют защиту мозга, репродуктивную систему, глаза.
- Лимфоидная система. Входит система лимфоидных узлов и образований
- Лихорадка – увеличение температуры усиливает обменные процессы, кровоток, активность ферментов, макрофагов, ингибирует размножение вирусов и бактерий.
- Воспаление возникает при повреждении тканей. В очаг воспаления устремляются фагоциты. Активируются биологически активные вещества(БАВ) – серототнин и гистомин, которые увеличивают проницаемость сосудов, что приводит к развитию отека, покраснения, накапливаются вещества – антитела и комплимент которые обеспечивают уничтожение патогенна.
- Функция выделительной системы. От разрушенных патогенов избавляется через ЖКТ, дыхательные пути и мочевыделительную систему.
Клеточные механизмы видового иммунитета.
Фагоцитоз и функции натуральных киллеров NK клеток.
Фагоцитоз – процесс захвата и уничтожения чужеродных антигенов фагоцитами.
В фагоцитозе участвуют клетки, которые подразделяются на следующие виды – микрофаги. Это полиморфноядерные нейтрофилы периферической крови. Макрофаги – моноциты, фаговые макрофаги, которые получили название гистиоциты. Клетки Купера печени, остеокласты – костной ткани, а также клетки микроглии нервной ткани. Макро и микрофаги на мембранах имеют много рецепторов, ферментов и выраженный лизосомальный аппарат.
Стадии фагоцитоза
- Движение фагоцита к объекту осуществляется хемотаксисом. Это направленное движение клетки к определенным хим. Группам, определенным рецепторам.
- Прилипание объекта к фагоцитам, что обозначается как адгезия и абсорбция, которые происходят за счет взаимодействия с рецепторами
- Поглощение фагоцитом объекта. На месте прикрепления клеточная стенка инвагинирует. Объект погружается в фагоцит. Образуется фагосома, которая сливается с лизосомой и образуется комплекс фаголизосома
- Исход различен. Варианты исхода 1. Переваривание объекта. 2. Размножение объекта в фагоците 3. Выталкивание объекта из фагоцита
Механизмы переваривания
- О-зависмый. Фагоцит активно поглощает кислород, происходит окислительный взрыв, образуются активные формы кислорода, такие как гидроксилион, супероксиданион, пероксид водорода, который губительно действует на бактерию
- Кислород независимый. Осуществляется за счет катионных белков и лизосомальных ферментов.
Виды фагоцитоза
- Завершенный – объект переваривается
- Незавершенный – бактерии не перевариваются
Механизмы незавершенного фагоцитоза.
- Бактерии могут быть устойчивы к действию лизосомальных ферментов, например гонококки
- Микроорганизмы могут выходить из фагоцита и размножаться, что характерно для риккетсий.
- Бактерии могут препятствовать образованию фаголизосомы – туберкулезная палочка.
Оценка фагоцитоза.
Для оценки фагоцитарной активности используют следующие показатели
-Процент фагоцитоза(ПФ) – количество фагоцитов из 100, проявляющих функциональную активность.
В норме против стафилаккоков или каких либо корпускул – 60-80 %
-Индекс фагоцитоза(ИФ) –количество бактерий, захваченных одним фагоцитом из 100. Примерно 6-8 бактерий захватывает 1 фагоцит.
Активность фагоцитов может увеличиваться под влиянием цитокинов, комплиментов, антител, среди которых имеются опсонины. Это антитела, которые подготавливают бактерию к фагоцитозу. В их присутствии фагоцитоз идет более активно. Синтезируются опсонины в иммунизированном организме.
Наличие опсонинов определяется по опсоно-фагоцитарному индексу(ОФИ)
ОФИ = ПФимунной сыворотки / ФП нормальной сыворотки. Если > 1, значит есть опсонины. У больного бруцеллезом формируются опсонины. Антиетла подготавливают фагоциты к захвату бруцелл. 80/20=4. Если < 1 человек болен.
Функции фагоцитов
- Обеспечивание фагоцитоза
- Переработка антигенов
- Презентация антигена клеткам иммунной системы и запуск последующей имунной реакции.
- Секреция БАВ – биологически активных веществ. Более 5-. Цитокины, компоненты комплементы, простогландины,
Натуральные киллеры.
Это естественные убийцы, относящиеся к лимфоцитам не обладающие свойствами T и B лимфоцитов, оказывают цитотоксическое действие на клетки опухолей, клетки содержащие вирусы. Имеют особый белок, который в присутствии ионов кальция быстро полимеризуется, образуются субъединицы, которые встраиваются в клеточную мембрану, формируется канал, по которому в клетку устремляется вода. Клетка набухает, лопается, что обозначается как цитолиз.
Гуморальные факторы видового иммунитета
- Комплимент – многокомпонентная система белков сыворотки крови, обеспечивающая поддержание гомеостаза. Объединяет 9 компонентов-фракций и обозначается латинской С с индексом 1,2,3,4,5 и тд. В систему входят субкомпоненты С1R, C1S, C5A, C5B. Регуляторные белки, факторы участвующие в активации комплимента – гаммаглобулины, ионы магния и кальция. Компоненты комплимента находятся в неактивном состоянии и для проявления функционального действия необходима активация системы комплименты. Различают следующие пути активации –
- Классический
- Альтернативный
- Лектиновый.
Активация по классическому типу. Активация идет по типу усиливающегося каскада.
1 молекула распадается, активирует 2 молекулы и тд. Инициируется комплексом антиген - антитело, который взаимодействует с первой фракцией С1, которая распадается на субкомпоненты. Взаимодействует с C4, которая взаимодействие с С2, которая активирует С3, которая распадается на субкомпоненты С3А и С3Б, приводящие к активации С5, который распадается на субкомпоненты С5а и С5б, активируется С6 и тд до С9. Комплекс С6-С9 – мембранатакующий комплекс, встраивается в мембрану, формируется канал, по которому поступает вода и клетка лизируется.
Активация по альтернативному типу. Запускается ЛПС и микробными антигенами, которые активируют сразу С3 фракцию. Далее С5 и до С9.
Активация по лектиновому типу запускается монозосвязывающими белками, которые соединяются с остатками монозы на бактериальных клетках, активируется протеаза, которые расщепляется 4йю фракцию комплимента. Затем С2,3 и тд до С9. В результате комплимент активируется.
Комплимент в результате активации выполняет следующие функции
- Лизис клетки
- Стимуляция фагоцитоза, например С5 фракция усиливает хемотаксис
- Увеличение проницаемости сосудов, что обеспечивается субкомпонентами
- Усиливается процесс воспаления
К гуморальным факторам видового иммунитета относится фермент лизоцим, который разрушает пептидогликан клеточной стенки, тем самым вызывает гибель бактерий, синтезируется макрофагами и моноцитами. Содержится в большом количестве в крови, жидкостях организма, много в слюне и слезной жидкости
Белки острой фазы, например С реактивный белок. Это крупная белковая молекула из 5 одинаковых субъединиц – пентроксин. Имеет сродство с веществами клеточной стенки бактерий. Обеспечивает опсонизацию бактерий, активацию комплимента по классическому пути
Эндогенные пептиды, которые обладают активностью антибиотиков, способны убивать бактерий
Интерферон, защитные белки сыворотки крови, среди которых кроме белков острой фазы различают пропердин, бета лизин, монозосвящывающие белки.