Факторы врожденного иммунитета и их роль в иммунном ответе

АБХАЗСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Биолого-географический факультет

Кафедра экспериментальной БИОЛОГИИ и МЕДиЦИНЫ

Курсовая работа

Факторы врожденного иммунитета и их роль в иммунном ответе

Студентки Чанба Асмат Гарриевны

Научный руководитель: Академик РАЕН, профессор, д.м.н. Шевцова Зинаида Всеволодовна

Сухум — 2012

1. Факторы врожденного иммунитета

1.1 Гуморальные факторы

1.1.1 Система комплемента

1.1.2 Система образования кининов

1.1.3 Эйкозаноиды

1.1.3.1 Простагландины

1.1.3.2 Лейкотриены

1.1.4 С — реактивный белок

1.1.5 Пептиды малой плотности

1.1.6 Лизоцим

1.1.7 Пропердин

1.1.8 Цитокины

2. Клеточные факторы

2.1 Моноциты/Макрофаги

2.2 Нейтрофильные гранулоциты

2.3 Дендритные клетки

2.4 Естественные киллеры

3. Механизмы распознавания «чужого»

3.1 Рецепторы клеток врожденной иммунной системы

3.2 Характеристика сигналов и их реализация

4. Механизмы фагоцитоза Заключение Список литературы

Развитие иммунологии происходило неравномерно, причём практические достижения значительно опережали теоретические.

Длительное время иммунитет рассматривался, как защита только от инфекционных агентов, а иммунология была разделом инфекционной патологии. Важнейшие открытия, сделанные во второй половине ХХ века, позволили расширить рамки «старой классической иммунологии», которая рассматривалась лишь в плане невосприимчивости к инфекционным болезням.

К ним относятся: открытие иммунологической толерантности, главного комплекса гистосовместимости и его функций, расшифровка молекулярно-генетических механизмов трансплатационного иммунитета и широкого спектра антигенраспознающих рецепторов Ви Тлимфоцитов и иммуноглобулинов, получение моноклональных антител, создание клонально-селекционной теории и др. Было установлено, что функцией иммунной системы является защита от любой чужеродной генетической информации, которая может быть представлена не только инфекционными агентами, но и мутационно изменившимися собственными клетками, а также продуктами чужих генов.

Эта функция направлена на поддержание фенотипического гомеостаза в течение индивидуальной жизни организма. 4,5] Успехи, достигнутые при изучении механизмов лимфоидного аппарата адаптивного иммунитета, отодвинули на второй план изучение факторов врожденного иммунитета. И только в конце ХХ века были обнаружены рецепторы клеток врожденного иммунитета, объясняющие каким образом они распознают чужеродное и развивают иммунный ответ.

Этот механизм является базовым и постоянно находится в активном состоянии, а в случае необходимости подключает лимфоидную систему адаптивного, более специфического иммунитета. [4,5]

Целью данной работы являлось ознакомление с новыми литературными источниками о факторах и механизмах врожденного иммунитета, чтобы составить представление о его роли и значимости в общем иммунном ответе.

1. Факторы врожденного иммунитета

Термин «иммунитет» происходит от латинского слова «ummunitas» означает освобождение от каких-либо обязанностей. В медицину этот термин вошел во второй половине 20 века — начальный период активной разработки способов вакцинации для защиты людей от инфекционных заболеваний.

Иммунитет — есть способ защиты организма от всех антигенно — чужеродных веществ как экзогенной, так и эндогенной природы: биологический смысл заключается в обеспечении генетической целостности особей, вида в течение их индивидуальной жизни.

Защита от поступившего извне чужеродного антигена [АГ] в организм проявляется определенными реакциями, которые носят либо относительно «неспецифический» характер по отношению к вызвавшему их АГ, либо строго специфичны. «Неспецифические» защитные механизмы являются филогенетически более ранними и могут рассматриваться как предшественники специфических реакций. Это подтверждается тем, что имеются и переходные формы. [4,5]

Иммунитет подразделяется на врожденный и приобретенный. Под врожденным иммунитетом подразумевают систему предсуществующих защитных факторов организма, как наслественно обусловленную. При возникновении необходимости защитить организм, например при попадании в него инфекционного возбудителя, в первую очередь «в бой» вступают факторы врожденного иммунитета.

Эти факторы начинают синтезироваться в первые часы. А также врожденный иммунитет обладает относительной специфичностью в распознавании «чужого», способностью организовать воспаление, и возможностью «включать» в иммунный ответ факторы адаптивного иммунитета. 4].

Какие же факторы и системы входят в «арсенал» врожденного иммунитета?

Это, прежде всего, Механические барьеры и физиологические факторы, которые препятствуют проникновению инфекционных агентов в организм. К ним относится неповрежденная кожа, различные секреты, покрывающие эпителиальные клетки и предотвращающие контакт между разнообразными патогенами и организмом. К факторам естественной резистентности можно отнести слюну, слёзы, мочу, мокроту и другие жидкие среды организма, которые способствуют выведению микробов. Здесь же и слущиваются с поверхности кожи клетки эпителия, ворсинки эпителиальных клеток дыхательных путей.

К естественным факторам резистентности можно отнести такие физиологические функции, как чихание, рвота, диарея, которые также способствуют элиминации патогенных агентов из организма. Сюда же следует отнести такие физиологические факторы, как температура тела, концентрация кислорода, гормональный баланс. Этот последний фактор имеет большое значение для иммунного ответа. Например, увеличение продукции кортикостероидов подавляет воспалительные процессы и снижает резистентность организма к инфекции.

Далее можно выделить химические и биохимические реакции, подавляющие инфекцию в организме. К факторам «неспецифической» защиты с таким действием относятся продукты жизнедеятельности сальных желез, содержащие антимикробные факторы в виде жирных кислот; фермент лизоцим, который содержится в различных секретах организма и обладает способностью разрушать грамположительные бактерии; низкая кислотность некоторых физиологических секретов, препятствующих колонизации организма различными микроорганизмами. 5]

иммунитет клетка врожденный плазменный

Факторы врожденного иммунитета

Гуморальные Клеточные

Бактерицидные субстанции; Микрофаги (нейтрофилы);

пропердин; лизоцим; макрофаги (моноциты);

система комплемента; дендритные клетки;

катионные белки; СРБ; нормальные киллеры.

пептиды малой плотности;

цитокины; интерлейкины.

рис. 1.1. Факторы врожденного иммунитета: гуморальные и клеточные.

1.1 Гуморальные факторы

Важным компонентом врожденного иммунитета является гуморальный. К гуморальным факторам относятся различные субстанции, которые либо уже имеются в организме, либо продуцируются при проникновении в него чужеродного агента и находятся в различных жидкостях: слезы, слюна, тканевые жидкости, кровь.

Нормальная интактная сыворотка крови способна убивать и лизировать многие грамотрицательные бактерии. Это объясняют в первую очередь присутствием в сыворотке так называемых естественных антител.

Эти естественные антитела, связываясь с попадающим в организм микробами, способствуют активации системы комплемента и разрушению таких микробов. Известно, что стенка бактериальной клетки состоит из двух слоёв. Наружный слой содержит липополисахариды, а внутренний — пептидогликаны. Антитела и комплемент разрушают липополисахаридный слой бактериальной клетки — мишени, после чего с помощью лизоцима, который присутствует в сыворотке крови, разрушается пептидогликановый слой. [3.16] Большая группа гуморальных факторов относится к индуцибильным, т. е. их биосинтез происходит лишь после попадания в организм патогена. В неё входят белки острой фазы, простагландины, лейкотриены, пептиды малой плотности и цитокины. [15]

1.1.1 Система комплемента

Комплемент представляет собой систему взаимодействия плазменных белков, играющих важнейшую роль в развитии воспаления, а также принимающих участие в иммунных реакциях.

Различают 9 компонентов системы комплемента, обозначаемые буквой «С» и соответствующим номерам от С₁ до С₉.

Поскольку первый из них состоит из 4 субъединиц, то в сумме получается 12 белков. В сыворотке они находятся в неактивном состоянии, в виде предшественников. Важнейшим механизмом действия комплемента носит ферментативный характер и происходит последовательно: при этом компонент, подвергшийся активации служит субстратом предшествующего, обладающего свойствами фермента и т. д. — «каскадная реакция"[8]

Основные реакции системы С происходит на поверхности клеточной мембраны и заканчивается лизисом клетки.

Различают 2 пути активации С: альтернативный и классический. (рис. 1.1.1.1.) При классическом активатором системы является комплекс антиген — антитело. При альтеративном активаторами являются вещества бактериальной природы: мембранные липополисахариды, эндотоксины бактерий и другие высокомолекулярные вещества. Благодаря альтернативному пути С приобретает важное значение при развитии воспаления, без участия специфических факторов иммунитета (до их выработки).

Таким образом, система комплемента представляет собой систему, способную к самоорганизации и опосредованию реакций гуморального иммунитета и фагоцитоза. 5]

Запуск альтернативного пути активации комплемента:

В небольшой концентрации в сыворотке присутствует компонент С₃. Продукт его расщепления С₃b образует комплекс с фактором Bb, который обозначается C₃bBb. Он обладает ферментативной активностью — является «C₃ — конвертазой».

В первом действии она закрепляется на поверхности микроорганизма и расщепляет большие количества C₃ на C₃ а и C₃ b. C₃ bсвязывается с микроорганизмом, что активирует расщепление С₅ на C₅a и C₅b.

Во втором действии C₃ а и C₅a способствуют высвобождению медиаторов из тучных клеток и вместе с ними вовлекают в очаг полиморфноядерные нейтрофилы и другие компоненты комплемента. C₅b (связанный с мембраной) последовательно связывает С₆, С_7, С_8, образуя комплекс С_9, проникающий внутрь билипидного слоя и полимеризующийся в кольцеобразную структуру — трансмембранный канал (мембранатакующий комплекс — МАК), проницаемый для электролитов и воды, что ведет к повышению каллоидно — осмотического давления внутри клетки и её лизису.

C₃ а и C₅a с помощью медиаторов способствуют расслаблению стенок сосудов, сокращению клеток эндотелия, выходу белков плазмы, отёку. Нейтрофилы замедляют движение у стенок капилляров, проникают в отверстия между эндотелием (диапедез) и перемещаются по градиенту концентрации хемотаксических факторов до тех пор, пока не окажутся «лицом к лицу» с микроорганизмами, покрытыми C₃ b, связываясь с ними с помощью рецепторов C₃ b, что способствует фагоцитозу. [15]

Рис. 1.1.1.1 .Пути активации комплемента

1.1.2 Система образования кининов

Активация трех главных систем участвующих в воспалении определяет состав и динамику «действующих лиц». Они включают систему образования кининов, систему комплемента и систему активированных фагоцитирующих клеток.

Заноза — кусочек древесины, состоящий из высокополимерных молекул целлюлозы и представляющий собой отрицательно заряженную чужеродную для организма поверхность. На ней адсорбируются так называемый фактор Хагемана — один из начальных компонентов системы свертывания крови. Этот белок, предшественник специфической протеазы, присутствует в крови и имеет сродство к отрицательно заряженным поверхностям. В жидкой фазе крови он спонтанно диссоциирует на 2 фрагмента — ФХа и ФХб — с сильным преобладанием недиссоциированной формы. ФХа адсорбируется на поверхности занозы, где стабилизируются. Он обладает протеолитической активностью, субстратом которой является сам ФХ и другой белок — прекаллекреин, также являющийся предшественником протеазы. Прекаллекреин, отщепляясь под действием ФХа фрагмент, превращается в протеазу каллекреин.

Каллекреин резко усиливает образование ФХа из ФХ и одновременно действует на новый субстрат, так называемый высокомолекулярный белок. Этот белок под действием каллекреина отщепляет короткий пептид — брадикинин, который состоит из 9 остатков аминокислот и является одним из главных медиаторов воспаления. Брадикинин действует на эндотелий сосудов, вызывая «размыкание» краёв клеток сосудистого эндотелия и открывая тем самым путь плазме крови в очаг воспаления. 15,16]

Таким образом, данная система, во-первых, обнаруживает чужеродное тело и делает это по его отрицательно заряженной поверхности. Поверхности же собственных клеток устроены так, что они не адсорбируют ФХа, не стабилизируют его и не индуцируют тем самым дальнейшую цепь событий. Это самый простой и примитивный способ отличать «своё» от «не своего», используемый организмом в естественном иммунитете. Вторая особенность системы образования кининов — ряд каскадных усилений начальной реакции. Каскадное усиление определяется ферментативными звеньями реакции, резко усиливающими эффект первичных взаимодействий. В рассмотренной цепи реакций таких каскадных усилений три. Первое — при адсорбции ФХа на поверхности и образовании положительной обратной связи ФХа >ФХ>ФХа+ФХб; второе — при образовании каллекреина, энзиматически действующего на ФХ с образованием ФХа, который, в свою очередь, ведет к образованию каллекреина; и третье — при ферментативном действии каллекреина на предшественник брадикинина. Таким образом, «точечная» начальная реакция на чужеродной поверхности порождает макроскопические, видимые простым глазом физиологические изменения в формирующемся очаге воспаления. Активированный ФХ индуцирует и систему свертывания крови, что способствует изоляции очага воспаления. 1,15]

1.1.3 Эйкозаноиды

Эйкозаноиды — метаболиты арахидоновой кислоты, которая, в свою очередь освобождается из мембранных фосфолипидов в ходе липолиза под действием фосфолипаз. Одни эйкозаноиды являются продуктами циклооксигеназного пути: простагландины, простациклин и тромбоксан, другие — продуктами липоксигеназного пути: лейкотриены.

Эйкозаноиды принадлежат к классу аутокринных или паракринных факторов. Они усиливают или ослабляют действие других агонистов, т. е. их относят к третьим посредникам, к короткоживущим интермедиатам.

1.1.3.1 Простагландины

Поскольку фосфолипиды всех клеточных мембран содержат арахидоновую кислоту, то и все клетки организма потенциально могут быть источником простагландинов, и они могут проявлять активность в самых разных системах. Действие ПГ проявляется чаще в тех гормоночувствительных клетках, где вторым посредником служит цАМФ: влияют на уровень цАМФ путем изменения активности аденилатциклазы. Следует подчеркнуть многофункциональность биологических эффектов ПГ — ов, причём простагландины групп Е и Г оказывают противоположное действие. 13]

Таблица1.1.3.1.1. Основные эффекты простагландинов

Простациклин и тромбоксан обладают прямо противоположным действием на два принципиально важных процесса: простациклин расслабляет гладкую мускулатуру сосудистой стенки и тормозит агрегацию тромбоцитов; тромбоксан, наоборот, сокращает гладкую мускулатуру сосудов и способствует агрегации тромбоцитов. Одним из основных достижений в изучении простагландинов является установление факта, что они — важнейший компонент развития воспалительного процесса.

1.1.3.2 Лейкотриены

Эйкозаноиды, биосинтез которых идет по липоксигеназному пути из арахидоновой кислоты. Три лейкотриена: ЛТС_4, ЛТД₄ и ЛТЕ₄ в совокупности являются МРВ-А (медленно реагирующим веществом, А-анафилаксии). Они секретируются тучными клетками, принимающими участие в реакциях гиперчувствительности. Эффект компонентов МРВ-А в 4000 раз сильнее, чем гистамина в отношении стимуляции гладкой мускулатуры трахеи и бронхов. Эти компоненты действуют и на гладкую мускулатуру ЖКТ, но не столь сильно. Они также действуют и на гладкую мускулатуру артерий. Как и гистамин, компоненты МРВ-А увеличивают проницаемость сосудов. 13]

1.1.4 С -реактивный белок (СРБ)

Очень чувствительный элемент крови, быстрее других реагирующий на повреждение тканей. Наличие реактивного белка в сыворотке крови — признак воспалительного процесса, травмы, проникновения в организм чужеродных микроорганизмов — бактерий, паразитов, грибов. С — реактивный белок стимулирует защитные реакции, активирует иммунитет.

Содержание СРБ в сыворотке крови — до 0,5 мг/л считается нормой. Уже через 4−6 часов после того, как в организм проникает инфекция, развивается воспалительный процесс, который может сопровождаться опухолями, уровень СРБ начинает быстро расти. Чем острее воспалительный процесс, активнее заболевание, тем выше СРБ в сыворотке крови. Когда заболевание в хронической форме переходит в фазу, то содержание СРБ в крови практически не обнаруживается. Как наступает обострение, СРБ снова начинает расти.

1.1.5 Пептиды малой плотности

Пептиды малой плотности (ПМП) — относятся к новому классу регуляторных молекул, являющиеся катионными белками, открытыми в середине 80-х годов R. Lehrer и В. Н. Кокряковым.

ПМП обладают широким спектром прямой противомикробной активацией, в частности подавляют рост грамположительных и грамотрицательных бактерий, грибов, некоторых вирусов. В настоящее время известны два больших класса ПМП человека: дефензины и кателецидины. Они действуют как эндогенные антибиотики и участвуют в передаче сигналов клеткам, вовлечения в процесс иммунной защиты. В основном эти белки синтезируются эпителиальными клетками покровных тканей и активированы. Недавно получены данные о том, что кателицидин LL-37 обладает прямым действием на вирус осповакцины. 7,13]

1.1.6 Лизоцим

Содержится в сыворотке, крови, слюне, слезах и других тканевых жидкостей человека. По биологической природе — это полипептид, по функциям фермент. Лизоцим действует энзиматически на клеточную стенку бактерий, расщепляя находящиеся в её составе пептидогликана и мурамовой кислоту. 4,11]

1.1.7 Пропердин

Пропердин или фактор Р-белок, содержащийся в сыворотке крови. Система пропердина состоит из самого фактора Р и 3-х дополнительных белков (А, В,0).

Все они принимают участие в активации комплемента — в расщеплении С₃ компонента, который в свою очередь обладает выраженными антимикробными свойствами, стимулятором фагоцитоза. Все эти субстанции имеются в организме и не нужно времени на их образование. 4]

1.1.8 Цитокины

Под термином «цитокины» объединяются так называемые ростовые факторы, которые регулируют пролиферацию, дифференцировку и функцию клеток крови, в том числе и клеток иммунной системы. Это обширный класс биохимических веществ, продуцируемый большинством свободных клеток крови, для общения друг с другом, через поверхностные рецепторы на их мембранах. Цитокины оказывают аутокринное и паракринное воздействие.

Для осуществления своей функции цитокины связываются со специфическими рецепторами, имеющиеся в норме или появляющимися при активации клеток на их мембране. Клетка-мишень, в свою очередь, «самостоятельно» регулируя экспрессию того или иного рецептора на своей мембране, обладает способностью контролировать действие цитокинов.

Одна часть цитокинов обладает плюрипотентным действием, т. е. действует на различные клетки-мишени, другая — оказывает специфическое воздействие на определенные клеточные линии. Влияние цитокинов на пролиферацию и дифференцировку клеток-мишеней подчиняется определенной последовательности; немалованым также является концентрация и комбинация действующих цитокинов.

Говоря об особенностях цитокинов нужно учитывать следующее:

ь Один цитокин может продуцироваться более чем одним типом клеток;

ь Одна клетка может продуцировать более чем один цитокин;

ь Один цитокин может действовать на более чем один тип клеток;

ь Более чем один цитокин может индуцировать одинаковую функцию у конкретного взятого типа клеток.

Цитокины можно разделить на несколько «семейств»: интерлейкины, интерфероны, опухольнекротизирующие факторы, трансформирующие факторы роста, хемокины, собственно ростовые факторы и др. [5,16]

Интерфероны — белки, продуцируемые вирусинфицированными клетками и защищают другие клетки данной области от инфицирования вирусом. Вырабатывающиеся в пораженной клетке интерфероны индуцируют у клеток — соседей продукцию антивирусных белков, которые воздействуют на транскрипцию вирусной м-РНК, подавляя таким образом репликацию вируса.

б-интерферон — секретируется лейкоцитами и индуцируется вирусами или синтетическими полинуклеотидами;

в-интерферон — секретируется фибробластами и продуцируется под влиянием вирусов или синтетических полинуклеотидов;

?-интерферон (иммунный), который секретируется Т-лимфоцитами (хелперами 1-го типа) после стимуляции специфическим антигеном.

Интерфероны усиливают активность Т-клеток, макрофагов, цитотоксическую активность естественных киллерных клеток. 15]

Регуляторы воспаления:

a) На первых этапах они продуцируются эпителием покровных тканей и слизистых, тканевыми макрофагами. К ним относятся ФНО-б, ИФН-б и в, ИЛ-1,6,8,12 и ГМКФ;

b) На более поздних этапах они продуцируются зрелыми иммунными Т-лимфоцитами. К ним относятся ИФН-? (активатор макрофагов и НК), ИЛ-5 (активатор эозинофилов), ИЛ-9 (активатор тучных клеток), ИЛ-12 (активатор ЦТЛ и НК) и ИЛ-10(ингибитор активности макрофагов). Могут оказывать как провоспалительный так и противовоспалительный эффект;[15]

Хемокины относятся к провоспалительным — они привлекают в очаг воспаления лейкоциты и лимфоциты из циркулирующей крови. Хемокины обладают способностью связываться с молекулами межклеточного матрикса с одной стороны и обратимо связывать свои молекулы — лиганды, находящиеся на клетке — мишени, с другой стороны. Таким образом, они диффундируют от клетки продуцента по межклеточному матриксу, при этом создается градиент его концентрации, нарастающий по мере приближения к месту продукции хемокина, нужная клетка «прыгает» по молекулам хемокина, фиксированным на матриксе, как с кочки на кочку.

Итак, цитокины — это большое семейство пептидов низкомолекулярной массы, обладающих гормоноподобным действием, обеспечивающих взаимодействие клеток иммунной, кроветворной нервной и эндокринной систем. 15]

2. Клеточные факторы

Следующим компонентом врожденного иммунитета является клеточный, который включает мононуклеарные фагоциты (моноциты, тканевые макрофаги), гранулоциты, нейтрофилы, эозинофилы, базофилы (периферической крови и тканевые или тучные клетки), а также киллерные клетки-естественные (ЕК-клетки), просто киллеры[K^- ] и лимфоинактивированные киллерные клетки (ЛАК-клетки).

2.1 Моноциты/ Макрофаги

В 1839 г. R. Ebert и H. Florey обнаружили, что моноциты из кровяного русла мигрируют в ткани, где превращаются в макрофаги. Провоспалительные, метаболические и инфекционные стимулы существенно усиливают миграцию моноцитов из кровотока. В тканях и органах моноциты превращаются не только в макрофаги, но и в дендритные клетки. Первоначально макрофаги были отнесены к клеткам ретикулоэндотелиальной системы. Но из-за трудности различия между «истинными» синусоидальными эндотелиальными клетками и макрофагами, выстилающими синусы, возникло понятие о моноцитарномакрофагальной системе, включающей костномозговые предшественники, моноциты и гетерогенную популяцию макрофагов. 19]

Развитие моноцитов начинается в костном мозге, где последовательно в течение 2−3 дней из стволовых клеток развиваются клетки, образующие гранулоцитарно-макрофагальные колонии, монобласты, промоноциты и моноциты. В сутки из костного мозга в кровяное русло поступают 5 на 10⁸ моноцитов. Моноциты циркулируют в кровяном русле примерно 18 ч. С помощью комплекса механизмов, в котором принимают участие цитокины и адгезивные молекулы, они проникают в различные органы и ткани. 9] Под влиянием внеклеточного матрикса, поверхностных молекул окружающих клеток и их продуктов моноциты дифференцируются в различные типы резидентных макрофагов: клетки Купфера в печени, тканевые макрофаги соединительной ткани, остеокласты костной ткани, микроглия нервной ткани, макрофагальноподобные А-клетки синовиальной оболочки. Макрофаги располагаются в слизистой оболочке желудочно-кишечного, дыхательного и урогенитального трактов, в интерстициальной ткани сердца, почек, поджелудочной железы, в серозных полостях. Главная функция тканевых макрофагов заключается в контроле за гомеостазом организма. Макрофаги осуществляют освобождение тканей и организма от клеточного дебриса, избыточных и вредных продуктов метаболизма и апоптопических клеток. Эту функцию макрофаги осуществляют «тихо», без синтеза провоспалительных цитокинов, развития воспалительных реакций и соответственно без повреждения окружающих тканей. Очистительная функция макрофагов важна на всех этапах существования многоклеточного организма, но особенно она важна в эмбриогенезе. 9]

На поверхности макрофагов экспрессируется большое количество рецепторов, с помощью которых эти клетки выполняют свои основные биологические функции. Выделяют 3 основные группы рецепторов макрофагов:

v фагоцитарные рецепторы, распознающие неопсонизированные микробы и их структуры;

v фагоцитарные рецепторы, распознающие опсонизированные микробы и их структуры;

v нефагоцитарные, сенсорные поверхностные TLRрецепторы, распознающие бактерии, грибы и вирусы.

Выделяют следующие виды активации макрофагов:

активацию макрофагов при развитии врожденного ответа, гуморальную, классическую и альтернативную активацию. Полноценная классическая активация достигается только при совместном действии на макрофаги IFN-y и TNF-a. Эта активация является главным событием в развитии клеточного иммунного ответа и главным фактором защиты организма от внутриклеточных патогенов. 9]

2.2 Нейтрофильные гранулоциты, (НГ)

Основную массу лейкоцитов составляют нейтрофильные гранулоциты. Зрелые клетки этого ряда-сегментоядерные нейтрофильные гранулоцитыподвижные, высокодифференцированные и высокоспециализованные клетки крови, которые тонко реагируют на функциональные и органические изменения в организме, выполняя фагоцитарную и бактерицидную функции.

В физиологических условиях нейтрофильные гранулоциты в кровяном русле распределяются на две приблизительно равные частипристеночный (маргинальный) пул и центральный, находящийся в центре кровотока. При эмоциональном напряжении, после приема пищи, введения ряда гормонов (катехоламинов, глюкортикостероидов и т. д.) происходит перераспределительный лейкоцитоз, т. е. лейкоциты из маргинального русла поступают в центральный. 10,11]

Продолжительность жизни нейтрофильных гранулоцитов в среднем 14 дней, их них 5−6 дней они созревают и задерживаются в синусах костного мозга, от 30 до двух дней циркулируют в периферической крови, 6−7 дней находятся в тканях, откуда они уже не возвращаются в кровяное русло.

Важнейшие функции нейтрофильных гранулоцитов — способность к фагоцитозу и выработке ряда ферментов, оказывающих бактерицидное действие, а также их способность проходить через базальные мембраны между клетками и перемещаться по основному веществу соединительной ткани. Как фагоцитоз, так и движение гранулоцитов — активные процессы, сопряжённые с энергетическими затратами, которые обеспечиваются благодаря запасам гликогена в организме и наличию гликолитических ферментов в этих клетках. Фагоцитоз НГ является их специфической функцией и осуществляется лишь при созревании клеток. При инволюции зрелых НГ способность к фагоцитозу почти исчезает. НГ обладают высокой метаболической активностью. Их специфическая зернистость содержит около 35 различных ферментов, способных разрушать основные классы биологических соединений. Вещества, выделяемые гранулоцитами в процессе жизнедеятельности или при разрушении, обладают широким спектром действия. Некоторые из них усиливают метаболическую и двигательную активность клеток, улучшают регенеративные процессы в тканях.

Биологическое значение НГ заключается в том, что они доставляют в очаг воспаления большое количество разнообразных протеолитических ферментов, играющих важную роль в процессе рассасывания некротических тканей. Исследования последних лет показали, что гранулоциты могут также выделять в кровь вещества, обладающие бактериальными и антитоксическими свойствами, а также пирогенные вещества, вызывающие лихорадку, и вещества, поддерживающие воспалительный процесс. 10,12]

2.3 Дендритные клетки

Дендритные клетки занимают особое место среди клеток врожденного иммунитета. Задача дендритных клеток заключается в индукции и регуляции адаптивного иммунного ответа против микробных и опухолевых антигенов. Для распознавания и поглощения чужеродных антигенов дендритные клетки используют паттерн-распознающие рецепторы. Для индукции адаптивного иммунного ответа ДК располагают набором антиген представляющих молекул, костимуляторных молекул и цитокинов, обеспечивающих активацию CD₄⁺ и CD₈⁺ Т-клеток. ДК-наиболее мощные антигенпредставляющие клетки (АПК) в организме, и только они способны эффективно активировать наивные Т-клетки, т. е. индуцировать первичный адаптивный ответ. Т.о., ДК играют роль связующего звена между врожденной и адаптивной иммунной системой: распознавая ограниченное количество антигенов с помощью небольшого набора рецепторов врожденной иммунной системы, они индуцируют адаптивный иммунный ответ, способный распознать и элиминировать практически любой антиген.

ДК получили свое название по характерной отростчатой морфологии в тканях (греч. Dendronдерево). Как и другие лейкоциты, развиваются из стволовой кроветворной клетки. Незрелые ДК располагаются в местах возможной антигенной инвазии: в эпидермисе, дерме, эпителии дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта, в интерстиции паренхиматозных органов, а также в лимфатических узлах и в маргинальных зернах селезенки. 8]

ДК поглощают антигены следующими способами:

Ш Путем фагоцитоза опсонизированных и неопсонизированных корпускулярных антигенов (бактерий, вирусов);

Ш Путем поглощения опсонизированных растворимых молекул с помощью рецепторопосредованного захвата;

Ш Путем макропиноцитоза.

Четвертый способ, применимый только к вирусам, — это вирусная инфекция.

С учетом особенностей морфологии, поверхностного фенотипа и путей дифференцировки у человека выделяют три независимых подтипа ДК: миелоидные, плазмацитоидные ДК и КЛ. Незрелые миелоидные ДК заселяют дерму, подслизистую клетчатку полых органов и интерстиций паренхиматозных органов, а также вторичные миелоидные органы. Зрелые миелоидные ДК мигрируют в Т — клеточные зоны вторичных лимфоидных органов, где принимают участие в формировании пула интердигитирующих ДК.

Клетки Лангерганса (КЛ) располагаются в базальном и частично шиповатом слоях эпидермиса, хотя их отростки проникают между кератиноцитами вплоть до рогового слоя. Клетки, эквивалентные КЛ, располагаются также субэпителиально в слизистых ЖКТ и верхних дыхательных путей. Таким образом, КЛ — самый первый подтип ДК, вступающий в контакт с микроорганизмами при инфекциях.

Плазмацитоидные ДК, по свойствам сильно отличаются от миелоидных ДК и КЛ получили свое название из-за морфологических особенностей пре — ДК этой линии; гладкая цитоплазматическая мембрана, обильная цитоплазма, выраженный шероховатый эндоплазматический ретикулум клеток. Однако плазмацитоидные ДК на всех стадиях дифференцировки на экспрессируют В-клеточные или плазмоцитарные маркеры (IgD, CD₁₉, CD₂₀, CD₁₃₈) и не продуцируют антитела. Кроме того, они не экспрессируют миелоидные маркеры (CD₁₁, CD₃₃), лишены фагоцитарной активности и не способны превращаться в макрофаги. Линия плазмоцитоидных ДК играет двойную роль в иммунной системе: на стадии пре — ДК клетки этой линии являются важнейшим компонентом врожденного противовирусного ответа, а на стадии ДК они участвуют в активации Тклеток. 8]

2.4 Естественные киллеры (нормальные)

Ещё одну группу клеточных факторов, имеющих большое значение в механизме естественного иммунитета, составляют киллерные клетки.

Общей особенностью киллерных клеток является способность лизировать клетки-мишени без предварительной сенсибилизации, что облегчает их от цитотоксических Т — лимфоцитов — киллеров. Морфологически естественные киллеры — это клетки большого размера, с азурофильной зернистостью и низкой плотностью, на основании чего их относят к большим гранулярным лимфоцитам.

Клетками — мишенями для ЕК — клеток являются практически все ядросодержащие клетки, однако наибольшую активность ЕК — клетки проявляют по отношению к опухолевым и пораженным вирусом клеткам. Так как для разрушения клеток — мишеней ЕК — клеткам не требуется участия антител и присутствия комплемента, то этот тип цитолиза получил название спонтанной клеточно — опосредованной цитотоксичности.

ЕК — клетки экспрессируют на своей поверхности рецепторы к интерферону и интерлейкину-2.

Кроме киллингового эффекта, ЕК — клетки могут осуществлять и регуляторную функцию, выделяя при этом различные биологически активные вещества: б и ?- интерфероны, интерлейкины (ИЛ-1,ИЛ-2), лимфотоксин. Позитивная регуляция ЕК — клеточной активности осуществляется интерфероном и ИЛ-2, а негативная — простагландином Е₂, сывороточными ингибиторами протеиназ. 3,5]

3. Механизмы распознавания «чужого»

Известно, что в отличии от адаптивной иммунной системы, распознающей также структуры каждого конкретного антигена, факторы врожденного иммунитета такой специфичностью не обладает, но способны первыми распознать все чужое. Недавно выяснилось, что клетки врожденной иммунной системы имеют рецепторы, распознающие определенные молекулярные структуры, общие для различных групп патогенов. Эти структуры консервативны и мало изменились в процессе эволюции. Главное, что подобных структур нет в макроорганизмах и поэтому воспринимаются, как чужие. Они получили название «патогенассоциированные молекулярные образцы», а соответствующие им рецепторы на клетках врожденной иммунной системы — «образ — распознающие рецепторы» (pattern — recognition receptor — PRR). Наиболее известными патогенассоциированными молекулярными образами — PAMP являются структуры различных патогенов: липополисахарид, пептидоглюкан, липотейхоевые кислоты, маннаны, бактериальная ДНК, а также двуспиральная РНК вирусов и глюканы грибов и др.

PAMP синтезируются только микроорганизмами. Поэтому они распознаются как чужие каким — либо из образ — распознающих рецепторов — PRR, находящимися на клетках врожденной иммунной системы: макрофагах, микрофагов, естественных киллеров, эпителиальных и дендритных клетках, а также на B — лимфоцитах. [6,7]

3.1 Рецепторы клеток врожденной иммунной системы

Большое значение в реализации первичного иммунного ответа играют «патогенассоциированные молекулярные образы», РАМР (patogen-associated molecular patterns), и соответствующие им рецепторы врожденной иммунной системы- «образраспознающие рецепторы», или РRR (pattern-recognition receptors). РАМР синтезируются только микроорганизмами и являются сигналом о наличии в организме хозяина инфекции. К рецепторам распознающие патогены относят Scavenger («захватчики» или «мусорщики»), NOD (распознающие внутриклеточные патогены) и Toll-like рецепторы (TLR). PRR, подразделяясь на несколько классов белковых молекул, по функции делятся на эндоцитозные и сигнальные (табл.3.1.1.).

Эндоцитозные экспрессированы на поверхности антигенпредставляющих клеток (фагоцитов, эпителиальных клеток и др.). После распознавания соответствующего РАМР они опосредуют поглощение и доставку к лизосомам патогена, где и происходит его разрушение с образованием антигенных детерминант, которые в комплексе с молекулами главного комплекса гистосовместимости класса II представляются клеткам адаптивной иммунной системы и запускают классический иммунный ответ. (рис. 3.1.2.)TLR также способны распознавать микробные структуры и активировать эволюционно древний сигнально трансдуктивный путь, участником которого является фактор транскрипции NF-kBэффектор транскрипции, активирующий синтез провоспалительных цитокинов. У человека идентифицировано 13 генов, кодирующих синтез TLR. Они обнаружены на макрофагах, ДК, эозинофилах, тучных клетках, естественных киллерах, Ти Влимфоцитах, интестинальных эпителиоцитах. Большинство TLR располагаются на поверхности клеток, режев цитоплазме, в области аппарата Гольджи. На мембране клеток обычно находятся рецепторы, которые связываются с бактериями, простейшими и грибами. На распознавание вирусов и внутриклеточных микробов направлены TLR, расположенные на внутренних структурах клеток. В результате активации ядерных факторов начинается транскрипция РНК с последующим синтезом белков. Клетка активируется, в ней начинается активный синтез разных цитокинов. Сигнал с TLR NODрецепторов инициирует синтез ИЛ-1,2,6,8,12, ФНО — б, ИФН — ?, гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора. Помимо цитокинов, мишенями служат гены молекул адгезии, острофазных белков, молекул МНС, ферментов воспаления Таким образом, активация синтеза и секреции перечисленных молекул приводит к развитию воспалительной реакции с подключением всех имеющихся систем защиты от патогенов. [6,15]

Таблица 3.1.1. Классификация и специфичность рецепторов врожденной иммунной системы

Рис. 3.1.2.Доставка к лизосомам патогена, с помощью эндоцитарного образ-распознающего рецептора, и последующая активация адаптивного иммунного ответа.

3.2 Характеристика сигналов и их реализация: синтез провоспалительных цитокинов и активация фагоцитоза

Поврежденные кожные и слизистые покровы являются наиболее доступными воротами для инфекционных агентов. Проникшие патогены индуцируют комплексную реакцию воспаления. Которая направлена на локализацию и уничтожение микроорганизмов в месте внедрения. В организации этого процесса участвуют все клеточные и гуморальные факторы врожденного иммунитета, которые первыми реагируют на внедрение чужеродного агента. Толл — рецепторы эпителия и макрофагов данной ткани распознают «образы» патогенов, взаимодействуют с ними и передают сигналы внутрь клетки.(рис. 3.1.1.1.)

Рис. 3.1.1.1. Активация генов провоспалительных цитокинов через TLR.

Сигнал направлен на активацию транскрипционного фактораNFkB через который происходит активация генов провоспалительных цитокинов. Сигнальные толл-рецепторы инициируют синтез ИЛ-1,2,4,6,8,12. Помимо цитокинов инициируется синтез острофазовых белков, простагландина, пептидов малой плотности, активируется система комплемента, происходит дегрануляция тучных клеток. Выделяющиеся из их гранул биологически активные вещества — БАВ (гистамин, серотонин и др.) вызывают расширение капилляров и повышение их проницаемости, что способствует выходу из сосудов плазмы, содержащей различные медиаторы воспаления (экссудация). Эти процессы приводят к покраснению и отеку воспалительного очага. При этом в очаг воспаления проникают и клеточные элементы крови: нейтрофилы, моноциты, лимфоциты, базофилы. Миграция клеток происходит под влиянием хемокинов и осуществляется с помощью адгезивных молекул (селектины, интегрины). Проникновение клеток в очаг воспаления можно разделить на 3 этапа: этап атаки, адгезии, трансмиграции.(рис. 3.1.1.2.) [15]

ь Этап атаки:

Под влиянием цитокинов на поверхности эндотелия и лейкоцитов появляются молекулы семейства селектинов. При их взаимодействии лейкоцит замедляет движение, приближается к эндотелию и «катится» по его поверхности.

ь Этап адгезии (прикрепление):

По мере приближения (под влиянием хемокинов) к месту воспаления лейкоциты прилипают к эндотелию, останавливаются распластываются.

ь Этап трансмиграции:

С помощью молекул интегринов лейкоциты проникают между клетками эндотелия и попадают в ткань.

Рис. 3.2. Роль адгезивных молекул в миграции клеток при развитии воспаления.

4. Механизмы фагоцитоза

Мечников был первым исследователем, создавшим на широкой биологической эволюционной основе теорию иммунитета, объясняющую устойчивость организма к болезнетворным микробам и, оказавшую громадное влияние на все последующее развитие учения об иммунитете. Теория Мечникова явилась результатом длинной цепи исследований, начало которой лежало в сравнительноэмбриологическом изучении зародышевых пластов, а конецв познании наиболее тонких иммунологических процессов. Эта теория создала основы иммунологии и проложила различные пути, по которым двигалась в дальнейшем иммунологическая наука.

Учение о фагоцитозе выросло из изучения явлений воспаления. Существенный и первичный элемент воспалительного процесса состоит, по Мечникову, в реакции фагоцитов против вредных деятелей, и защитная роль воспаления обусловлена именно фагоцитозом. Фагоцитоз в воспалительной реакции является основным механизмом защиты на всех ступенях зоологической лестницы, у всех существ, имеющих мезодерму, включая человека.

Фагоцитоз сопровождается целым рядом физико-химических изменений и фагоцита и поглощаемого объекта. Все физико-химические процессы отнюдь не определяют собою фагоцитарного акта, который является биологическим явлением и не может быть сведен к физико-химическим закономерностям. Положение Мечникова, рассматривающего фагоцитарный акт как особую форму возбуждения фагоцита, продолжает, и сейчас сохранять свое значение.

Переваривание микробов внутри лейкоцитов совершается при помощи пищеварительных ферментов. Процесс фагоцитоза сопровождается изменением обмена веществ фагоцита и для его осуществления не малую роль играют условия окружающей среды. Фагоцитарная реакция, по Мечникову может быть разделена на несколько этапов (рис. 4.1.) :

ь выход лейкоцитов из сосудов и скопление их вокруг проникшего в организм патогена (с помощью хемотаксиса);

ь прилипание (адгезия) фагоцита к чужеродному объекту (после распознавания);

ь поглощение микробов фагоцитами ;

ь переваривание фагоцитами поглощенных микробов

Рис. 4.1. Этаны фагоцитоза

Сразу после проникновения патогена в очаге воспаления под влиянием цитокинов происходит активация фагоцитов, их переваривающей способности, как за счет кислороднезависимых, так и кислородзависимых (табл.4.1.1.) механизмов. Активируются ферменты, генерирующие образование реакционно свободных радикалов кислорода. (супероксидного кислорода О, синглетного кислорода О), а также перекиси водорода и фермента NO синтазы, генерирующей образование радикала оксида азота (NO).

Защитные реакции этой фазы воспаления направлены на то, чтобы локализовать антиген, не пустить его в системную циркуляцию и уничтожить на месте. В большинстве случаев это удается, если патогенов не много или их вирулентность невысока. Через наш организм постоянно проходит множество условно — патогенных, реже — патогенных микроорганизмов — это так называемая проходящая микрофлора.

И наш врожденный иммунитет справляется с нею, уничтожая в сформировавшихся микроочагах воспаления. Постоянный контакт с окружающей нас микрофлорой поддерживает нормальную активность иммунной системы, ее готовность к защите. Если же патогенных микроорганизмов много или их вирулентность велика и врожденный иммунитет с ними не справляется, то развиваются иммунные реакции, опосредованные факторами адаптивного иммунитета. В этом случае воспаление переходит в следующую фазу развернутого процесса с соответствующим симптомом болезни. [15]

Кислородзависимые механизмы

Когда фагоцит поглощает бактерию (или любой другой чужеродный материал), увеличивается потребление кислорода, что называют респираторным взрывом. При этом образуются реактивные кислород — содержащие молекулы, которые обладают противомикробным действием. Соединения кислорода токсичны как для патогена, так и для самой клетки, поэтому они хранятся в ячейках внутри самой клетки. Такой метод уничтожения проникающих микроорганизмов называют кислород — зависимое внутриклеточное уничтожение, который делится на 2 типа:

Ш Первый тип — кислород — зависимое образование супероксидного радикала уничтожающего бактерии. Супероксид превращается в пероксид водорода и синглетный кислород под действием фермента супероксиддисмутаза. Супероксиды также взаимодействуют с пероксидом водорода с образованием гидроксильной группы, которая помогает в уничтожении патогенных микробов.

Ш Второй тип- относят использование фермента миелопероксидаза из нейтрофильных гранул. Когда гранулы сливаются с фагосомой, миелопероксидаза освобождается в фаголизосому, и этот фермент использует пероксид водорода и хлор для создания гипохлорита. Гипохлорит крайне токсичен для бактерий. Миелопероксидаза содержит пигмент гемм, за счет которого образуется зеленый цвет секретов, богатых нейтрофилами. [3]

Табл.4.1.1. Кислородзависимый механизм.

1. Выделение О₂ с образованием надпероксидазных анионов.

2. Спонтанное образование последующих микробоцидных агентов.

3. Миелопероксидаза генерирует образование микробицидных агентов.

4. Защитные механизмы, используемые хозяином при большом количестве микробов.

Кислороднезависимые механизмы

Фагоциты также могут уничтожить микроорганизмы кислород — независимым методом, но он менее эффективен, чем кислород — зависимый. Различают 4 основных типа:

При первом типе используется электрически заряженные белки, которые повреждают клеточную мембрану бактерий: дефензины и кателицидины.

Протеиназы, лизоцим, который является мукопептидазой, способной разрушать пептидогликаны бактериальной клетки, — это второй тип.

При третьем типе используются лактоферрины, которые присутствуют в гранулах нейтрофилов и удаляют необходимое железо из бактерий. [3,10]

При четвертом типе используются протеазы и гидролазы для переваривания белков разрушенных бактерий.

Фагоцитарная активность повышается при добавлении сыворотки. Это свойство называется опсонизирующим, а вещества, содержащиеся в сыворотке и обладающие этим свойством, получили название опсонинов. К ним относят: пропердин, комплемент, антитела. [10]

Заключение

Исследования Мечникова в отношении факторов иммунитета явились большим вкладом в науку. После открытия им фагоцитоза и разработки фагоцитарной теории (1908г. Нобелевская премия) эти факторы накапливали сведения о все новых и новых гуморальных факторах. Самое главное, что теория Мечникова приобретала все более важное значение, поскольку за эти сто с лишним лет она совершенствовалась. Стали известны механизмы распознавания чужеродных агентов, с помощью рецепторов, выяснились и механизмы переваривания этих патогенов. Эти механизмы являются базовыми и находятся в активном состоянии, чтобы в случае необходимости принять «удар» на себя. А в случае надобности подключить лимфоидную систему более специфическогоадаптивного иммунитета.

Рецепторы клеток врожденного иммунитета направлены против целой группы веществ микроорганизмов, которых нет у многоклеточных. Каждый из факторов принимает участие в организации воспаления в отдельных случаях, а в совокупности процесс воспаления многофакторный.

Недавно выяснилось, что клетки врожденного иммунитета «включают» защитную реакцию — адаптивный иммунитет. Клеточные факторы, в частности макрофаги и дендритные клетки, процессируя антиген представляют его на молекуле МНС Т — лимфоцитам, которые начинают активизироваться бластрансформируются, пролиферируют и включаются в иммунный ответ, но при этом все равно привлекаются клеточные факторы врожденного иммунитета.

На основании исследований, полученных в последние 10 лет, существенно пересмотрена функция и роль иммунной системы в целом. Большинство ученых приходят к выводу, что нельзя проводить четких границ между врожденным и приобретенным иммунным ответом — это единый процесс, направленный на контроль и сохранение генетического постоянства внутренней среды организма, т. е. гомеостаз.