Глава 3. Врожденный иммунитет

Любой повреждающий агент-фактор, который по силе и длительности превосходит адаптационные возможности ткани, может вызвать ответную защитную реакцию организма. Эти факторы принято делить на внешние (экзогенные – микроорганизмы, химические вещества, физические воздействия) и внутренние (эндогенные – появляющиеся в самом организме в результате патологического процесса). Защитная реакция направлена на то, чтобы не допустить распространения патогена, ограничив и уничтожив его на месте проникновения, привлекая факторы всего организма (в отличии от мукозального иммунитета, где реакции обычно ограничиваются «местными» клетками и молекулами). Это достигается, прежде всего, воспалением, которое формируется в ответ на взаимодействие PRR с PAMP и/или DAMP описанными выше (рис. 16).

Рис. 16. Системные эффекты стимуляции PAMP.
Рис. 16. Системные эффекты стимуляции PAMP.

Воспаление представляет собой скоординированный каскад системных иммунных, эндокринных и неврологических реакций, возникающий, в случае, когда повреждающий агент по силе и длительности превосходит барьерные возможности ткани, проявляется в локальных и системных реакциях, направленных на устранение патогена и максимального восстановления зоны повреждения.

Воспаление всегда начинается с повреждения ткани и распознавания чужеродных веществ. При этом причиной повреждение клеток (некроз) может быть различной этиологии – физической, химической, вирусной и т. д. С первичным повреждениями всегда связано вторичное которое возникает из-за запрограммированной гибели клеток. Механизмы такой гибели достаточно обширные (табл. 13). Однако важнейшим, с клинической точки зрения, является возникающее и/или поддерживающееся гибелью клеток воспаление.

Виды клеточной гибели

Таблица 13
Таблица 13

Можно выделить шесть групп молекулярных механизмов, имеющих большое значение в патогенезе повреждения клетки.

  1. Липидные механизмы повреждения клетки, происходящие за счет перекисного окисление липидов, активации мембранных фосфолипаз и детергентного действия свободных жирных кислот.
  2. Кальциевые механизмы – повреждение клетки обусловлено повышением концентрации ионов кальция в ее цитоплазме. В основе такого повышения могут лежать два механизма: избыточное поступление Ca2+ в цитоплазме и нарушение удаления их из цитоплазмы.
  3. Электролитно-осмотические механизмы обусловлены сдвигами в содержании главных клеточных катионов (Na+ и K+).
  4. Ацидотические механизмы – в основе этой группы механизмов повреждения лежит увеличение концентрации ионов водорода в клетке, т.е. внутриклеточный ацидоз.
  5. Протеиновые механизмы, включающие в себя ингибирование ферментов (обратимое и необратимое), денатурацию (нарушение нативного строения белковых молекул в результате изменений вторичной и третичной структур белка, обусловленных разрывом нековалентных связей) и протеолиз, осуществляющийся под действием лизосомальных гидролитических ферментов (катепсинов) и Ca2+-активируемых протеаз.
  6. Основу нуклеиновых механизмов повреждения клеток составляют нарушения трех процессов: репликации ДНК, транскрипции и трансляции.

На субклеточном уровне реализация рассмотренных выше молекулярных механизмов повреждения клетки приводит к нарушению строения и функции отдельных ее органелл. Поскольку большинство из них относится к мембранным образованиям, универсальным механизмом повреждения субклеточных структур является нарушение проницаемости и целостности клеточных мембран.

Повреждение цитоплазматической мембраны может проявляться нарушениями ее барьерной функции, расстройствами систем активного транспорта веществ (Na++— и Ca2+-насосов, Na+,Ca2+— и Na+,H+-обменных механизмов и др.), изменениями белков, образующих специфические каналы ионной проводимости, повреждением рецепторных макромолекул, воспринимающих внешние регуляторные сигналы, нарушениями белковых комплексов, осуществляющих межклеточные взаимодействия, и, наконец, изменениями гликопротеидов, определяющих антигенность клетки.

Наиболее характерными проявлениями повреждения митохондрий являются эффекты разобщения окисления и фосфорилирования и угнетение клеточного дыхания. Основной патогенетический фактор разобщения окисления и фосфорилирования – нарушение барьерной функции внутренней митохондриальной мембраны, в результате чего не может быть реализован механизм сопряжения клеточного дыхания и ресинтеза АТФ.

Повреждение эндоплазматического ретикулума проявляется нарушениями свойственных ему многочисленных функций: синтетической, детоксикационной, депонирующей и др.

Повреждение лизосом сопровождается выходом и активацией многочисленных гидролитических ферментов, в результате чего повреждение клетки становится необратимым, происходит ее аутолиз.

С повреждением микротрубочек и микрофиламентов могут быть связаны изменения формы клетки, нарушение ее подвижности, угнетение процессов клеточного деления.

Процесс повреждение клетки всегда связан с повреждением митохондрий клеток. Начинает преобладать гликолиз, возникает дефицит АТФ и энергии, идет накопление недоокисленных продуктов (молочной кислоты), возникает ацидоз, развитие, которого, в свою очередь, приводит к нарушению активности ферментных систем, к дезорганизации метаболического процесса. Повреждение мембран лизосом с высвобождением лизосомальных ферментов ведет к летальному повреждению клеток и высвобождению медиаторов. Кроме того, лизосомальные ферменты, действуя на субстраты, образуют новые биологические активные вещества, токсически действующие на клетку и усиливающие повреждение ткани. Повреждение мембран и недостаток АТФ ведет к нарушению основной транспортной системы – калиево-натриевого насоса. Универсальным проявлением повреждения любой ткани всегда будут выход калия из клеток и задержка в клетках натрия, с которой связано еще одно тяжелое или летальное повреждение – задержка в клетках воды, т.е. внутриклеточный отек. Выход калия ведет к углублению процесса дезорганизации метаболизма. Нарушение биоэнергетики в этом комплексе проявляется в снижении потребности кислорода тканью, уменьшается тканевое дыхание. Универсальным показателем повреждения любой ткани является дегрануляция тучных клеток.

В процессе разрушения клеток выходит большое количество DAMP, которые совместно с PAMP распознаются макрофагами, эпителиальными клетками и кератоцитами с формированием в них инфламмасом (цитозольный мультибелковый олигомер ответственный за активацию воспалительных реакций) с активным синтезом провоспалительных цитокинов и инициации пироптоза.

На повреждение отвечают все элементы ткани: микроциркуляторные единицы (артериолы, капилляры, венулы), соединительная ткань, тучные и нервные клетки. Формируется воспаление. Несмотря на многообразие факторов, вызывающих воспалительную реакцию, закономерности ответа на повреждение, которые происходят в тканях, однотипны. Они представлены единством трех основных явлений, которые хоть и взаимосвязаны, но идут независимо друг от друга (рис. 17).

Рис. 17. Воспаление
Рис. 17. Воспаление

Сосудистая реакция начинается со спазма сосудов – кратковременной реакции, которая переходит в фазу артериальной гиперемии (более длительная). Гиперемия – это усиленное кровенаполнение ткани за счет увеличенного притока крови: возрастает скорость кровотока, повышается давление в сосудах и интенсивность обмена веществ в капиллярах. Отсюда внешние признаки воспаления на этой фазе – покраснение, местный жар (повышение температуры), боль, вызванная действием медиаторов. Уже на этой стадии начинается процесс экссудации.

Под действием медиаторов происходит выход жидкой части плазмы за пределы сосуда — экссудация. Экссудат содержит большое количество белка в связи с нарушением проницаемости сосуда. Он сдавливает венулы и происходит смена артериальной гиперемии на венозную. Чем больше экссудата, тем более выражены явления венозного застоя. Венозная гиперемия постепенно переходит в венозный стаз. Именно в этой фазе происходят значительные изменения поврежденной ткани – так называемые явления вторичного повреждения. Любой венозный застой сопровождается гипоксией: переход на анаэробный процесс окисления – гликолиз, возникновение ацидоза за счет недоокисленных продуктов, т.е. те изменения, которые характерны для первичного повреждения. Накопление кислых продуктов в фазу венозного застоя достигает колоссальных количеств. Наблюдается резко выраженный ацидоз (сдвиг рН до 6,0 – 5,8), а такой сдвиг рН уже непереносим клетками, и они погибают. В центре очага воспаления возникает некроз. При незначительном повышении концентрации водородных ионов (на периферии очага воспаления), нелетальных повреждений клеток незначительный сдвиг рН стимулирует разрастание грануляционной ткани – образуется грануляционный вал на периферии, здоровая ткань отграничивается от поврежденной. Она богата фиксированными макрофагами, способна поглощать поврежденные клетки, токсины, очищая очаг.

Вторичное повреждение также проявляется гиперосмией и гиперонкией. Развитие гиперосмии определяется усиленным катаболизмом и распадом тканей. Распад белковых частиц, жиров, углеводов, выброс калия из клеток с усилением диссоциации солей создают высокую осмотическую концентрацию – гиперосмию. Гиперонкия – увеличение концентрации белков за счет распада ткани, экссудации плазменных белков из сосудов с нарушенной проницаемостью. Эти явления создают порочный круг, усиливая процесс экссудации. Белки как бы притягивают воду, а гиперосмия является повреждающим фактором, который повышает проницаемость стенки сосуда.

При экссудации изменяются биологические свойства крови – увеличивается ее вязкость, кровоток замедляется, усиливаются процессы тромбообразования, наблюдается краевое стояние лейкоцитов, которые выстраиваются вдоль сосудистой стенки, а затем наблюдается их миграция в очаг воспаления. Изменение спектра плазменных белков (выход альбумина, повышение концентрации γ-глобулинов, простагландинов и других медиаторов) влияет на состав мембран, повышает ригидность, преобразует поверхностное натяжение мембран эритроцитов, что усиливает их способность к агрегации (причина ускореного СОЭ).

Тромбоциты тоже приобретают способность к агрегации, но в отличие от эритроцитов этот процесс идет на поверхности сосудистой стенки, в месте ее повреждения. При воспалении происходит ее повреждение, количество простациклина, который предотвращает адгезию и агрегацию тромбоцитов, уменьшается, начинаются процессы адгезии и агглютинации тромбоцитов. Из тромбоцитов выделяются тромбоксаны – мощные стимуляторы процессов адгезии и агрегации. В нормальных условиях эта простациклин-тромбоксановая система уравновешена. При воспалении происходит активация фактора Хагемана, уменьшение содержания гепарина, что ведет к коагуляции и множественным процессам тромбообразования в очаге воспаления.

Экссудация способствует отграничению очага воспаления, препятствует оттоку токсинов, микробов, распавшихся тканей. В составе экссудата в поврежденную ткань выходят биологические активные вещества, медиаторы, которые способны нейтрализовать токсины, защитные белки, АТ, лейкоциты.

За счет увеличения проницаемости сосудистой стенки происходит проникновение не только белков, но и клеток – клеточная миграция. При этом различные популяции мигрирующих клеток появляются в очаге воспаления в определенном порядке. Первыми, как правило, прибывают нейтрофилы (через 1,5-2 часа). В течение первых суток их популяция преобладает среди пула клеток воспалительного экссудата.

На вторые сутки в очаг начинают поступать мононуклеарные фагоциты и лимфоциты. Позже других мигрируют цитотоксические Т-клетки и В-лимфоциты. Следует отметить, что, как и многие другие процессы при воспалении, миграцию не всегда удается трактовать однозначно. Она изменчива и зависит от целого ряда факторов как эндотелиального, так и лейкоцитарного происхождения. Миграция зависит и от анатомической области, где протекает воспаление, и от присутствия хемотаксических молекул, и от наличия различных цитокинов в тканях (прежде всего хемокинов), и от характера активации мигрирующих клеток (наличие на их поверхности рецепторов) и т.д. В процессах миграции можно выделить несколько основных этапов (рис. 18):

Рис. 18. Клеточная миграция.
Рис. 18. Клеточная миграция.

Адгезия лейкоцитов на эндотелии сосудов, осуществляемая за счет молекул межклеточной адгезии (связанные с плазматической мембраной белки, обеспечивающие механическое взаимодействие клеток друг с другом). Выделяют: интегрины — молекулы, функционирующие как клеточно-субстратные, так и межклеточные адгезивные рецепторы; адгезивные рецепторы суперсемейства иммуноглобулинов (ICAM), которые участвуют в межклеточной адгезии, заживлении ран и иммунном ответе; селектины (L, Р и Е) — обеспечивает адгезию лейкоцитов к эндотелиальным клеткам; адрессины – находятся на мембране эндотелиоцитов — лиганды для селектинов, с которыми обеспечивают адгезию клеток к стенке сосуда, и дальнейшего проникновения в очаг поражения; кадгерины — кальцийзависимые гомофильные межклеточные адгезивные белки; хоминговые рецепторы — молекулы, обеспечивающие попадание лимфоцитов в специфическую лимфоидную ткань.

Трансэндотелиальная миграция лейкоцитов, осуществляемая под действием медиаторов воспаления, взаимодействия интегринов и молекул адгезии, клетки преодолевают эндотелиальный слой за счет повышенной сосудистой проницаемости и тока жидкости из сосуда в ткань, а базальные мембраны за счет лизосомальных протеиназ, растворяющие ее, и катионных белков, изменяющие ее коллоидное состояние.

Хемотаксис – направленная миграция в межклеточном пространстве за счет градиента концентрации хемотаксических веществ в очаге воспаления (продукты протеолиза тканей) и разностью потенциалов между отрицательно заряженным лейкоцитом и положительным зарядом ткани. Хемотаксис имеет значение на всех этапах миграции лейкоцитов, особенно в ткани, в которой отсутствуют сосуды.

Во всех процессах миграции большая роль принадлежит хемокинам и их рецепторам. Семейство этих небольших цитокинов или сигнальных белков, секретируемых практически всеми видами клеток, играют центральную роль в регуляции миграции клеток, особенно лейкоцитов (табл.14). Однако с активацией хемокинов связано и множество других биологических процессов, включая пролиферацию, выживаемость, дифференцировку, продукцию цитокинов, дегрануляцию и респираторный взрыв (рис.19). У человека известно около 50 хемокинов (по структуре это четыре группы: CXC, CC, CX3C, C). Рецепторы хемокинов экспрессируются во всех лейкоцитах (наибольшее их количество и разнообразие на T-лимфоцитах). Именно от различных комбинаций хемокиновых рецепторов (описано 19 хемокиновых рецепторов четырех семейств) зависят различные пути миграции лейкоцитов.

Хемокины привлекающие клетки иммунной системы

Таблица 14
Таблица 14

По выполняемым функциям хемокины можно разделить на постоянно вырабатывающиеся (гомеостатические) для миграции лейкоцитов и образующиеся при патологических состояниях (воспалительные):

Рис. 19. Функции хемокинов и их рецепторов
Рис. 19. Функции хемокинов и их рецепторов

Гомеостатические хемокины CCL19 и CCL21 (экспрессируемыми в лимфатических узлах) и их рецептор CCR7 направляет антигенпрезентирующие клетки к лимфатическим узлам. CCR9 поддерживает миграцию лейкоцитов в кишечник, CCR10 — к коже и CXCR5 – B-клеток к фолликулам лимфатических узлов. CXCL12 (SDF-1), способствует пролиферации В-клеток-предшественников в микроокружении костного мозга.

Воспалительные хемокины продуцируются в высоких концентрациях во время инфекции или травмы и определяют миграцию воспалительных лейкоцитов в поврежденную область (CCL2, CCL3 и CCL5, CCL11, CXCL1, CXCL2, CXCL8, CXCL10). Основной из них CXCL-8, действует как хемоаттрактант для нейтрофилов. Поэтому клеточный состав экссудата в значительной степени зависит не только от этиологического фактора, но и от состава хемокинов и их рецепторов. Так, если воспаление вызвано стафилококками и стрептококками, в вышедшей жидкости преобладают нейтрофильные гранулоциты, если оно протекает на иммунной основе (аллергия) или вызвано паразитами (гельминты) – содержится много эозинофилов. При хроническом воспалении (туберкулез, сифилис) в экссудате имеется много мононуклеаров (лимфоциты, моноциты).

После завершения воспалительного процесса в очаге наблюдается постепенное исчезновение клеток крови, начиная с тех лейкоцитов, которые появились раньше (нейтрофильные гранулоциты). Позже элиминируются лимфоциты и моноциты.

Процесс миграции может не только стимулироваться, но и подавляться. Ингибиторы хемотаксиса вырабатываются активированными лимфоцитами.

В процессе развития воспаления клетки участники синтезируют и секретируют большое количество цитокинов, обладающих как про- так и противовоспалительным действием. Цитокины — это низкомолекулярные регуляторные белки или гликопротеины, секретируемые клетками иммунной системы и различными другими клетками в ответ на ряд стимулов. Они представляют собой универсальную, полиморфную, регуляторную сеть медиаторов, предназначенных для контроля процессов пролиферации, дифференцировки и функциональной активности клеточных элементов в кроветворной, иммунной и в других гомеостатических системах организма. Они регулируют развитие иммунных эффекторных клеток, некоторые цитокины обладают собственными эффекторными функциями. Некоторые цитокины могут связываться с рецепторами на мембране той же самой клетки, которая его секретировала, оказывая аутокринное действие; он может связываться с рецепторами на клетке-мишени в непосредственной близости от клетки-продуцента, оказывая паракринное действие; в некоторых случаях он может связываться с клетками-мишенями в отдаленных частях тела, оказывая системное действие.

В одних случаях один и тот же цитокин может стимулировать пролиферацию клеток, в других их дифференцировку, в-третьих, — изменять функциональное состояние. Многие цитокины характеризуются целым спектром эффектов, оказываемых на различные ткани – тканеспецифичность действия, которая определяется различными типами рецепторов, экспрессирующихся на клетках, и факторами транскрипции, активирующимися при передаче сигнала. При этом биологические эффекты, оказываемые разными цитокинами, могут в значительной степени перекрываться, поскольку многие рецепторы используют общие цепи и/или запускают сходные внутриклеточные каскады. Именно от их баланса зависит исход развития патологического процесса как в ранний, так и в отсроченный период (рис 20).

Рис. 20. Биологическое эффекты цитокинов при патологических процессах
Рис. 20. Биологическое эффекты цитокинов при патологических процессах

У здоровых людей концентрация цитокинов в крови ничтожно мала (пикограммы-10-12/мл), при развитии патологического процесса «по запросу» начинается синтез и секреция цитокинов, но они вырабатываются непродолжительное время (матричная РНК цитокинов короткоживущая). При отсутствии «запроса» клетка, синтезирующая цитокины, переключается на синтез супрессорных цитокинов и/или экспрессирует ингибиторные рецепторы или рецепторы для сигналов к апоптозу. При несостоятельности местных защитных реакций синтез цитокинов возрастает в разы. Прежде всего, это синтез провоспалительных цитокинов врожденного иммунитета (табл. 15), в меньшей степени провоспалительных цитокинов продукта активированных T-лимфоцитов. (табл. 16)

Провоспалительные цитокины (врождённого иммунитета)

Таблица 15
Таблица 15

Провоспалительные цитокины (продукты активированных T-лимфоцитов)

 Таблица 16
Таблица 16

Действие цитокинов на кроветворную систему связано с существенной активацией гемопоэза за счет цитокинов, влияющих на гемопоэз (табл.17). Увеличение числа лейкоцитов необходимо для наращивания количества клеток, убивающих патогены, и для восполнения потерь нейтрофильных гранулоцитов в очаге гнойного воспаления. Они попадают в циркуляцию и их действие проявляется на системном уровне. Формируется системная воспалительная реакция. Она может проявляться множеством симптомов, начиная от легких, похожих на грипп (лихорадка, утомляемость, головная боль, сыпь, артралгии и миалгия), до тяжелых угрожающих жизни проявлений чрезмерной воспалительной реакции.

Основные гемопоэтические цитокины

Таблица 17
Таблица 17

Одно из первых проявлений, связанно с действием цитокинов на терморегуляторный центр гипоталамуса, с подъемом температуры тела. Увеличение температуры является одной из эффективных защитных реакций, так как при повышенной температуре снижается способность ряда бактерий к размножению, и, напротив, возрастает пролиферация лимфоцитов.

В печени под влиянием цитокинов увеличивается синтез острофазных белков и компонентов системы комплемента, необходимых для борьбы с патогеном, одновременно снижается синтез альбумина. Т.е. на уровне регуляции генов цитокины направляют энергетические потоки, для развития защитных реакций. Действие провоспалительных цитокинов на ЦНС приводит так же к снижению аппетита и изменению всего комплекса поведенческих реакций. Более тяжелые случаи характеризуются гипотонией, а также высокой температурой и могут прогрессировать до неконтролируемой системной воспалительной реакции с цитокиновым штормом, требующим реанимационных мероприятий

Цитокиновый шторм (гиперцитокинемия) — является реакцией врожденного иммунитета с неконтролируемым и чрезмерным синтезом провоспалительных цитокинов врожденного иммунитета, с дисбалансом цитокинов, регулирующих пролиферацию и дифференцировку клеток кроветворной системы. Агрессивный цитокиновый ответ может приводить к стойкой, тяжелой дисфункции и поражению органов и систем (полиорганная недостаточность) и неблагоприятному исходу, представляя большую проблему, нежели сама инфекция. Могут развиваться респираторные симптомы в виде кашля и тахипноэ, а в некоторых случаях могут прогрессировать до острого респираторного дистресс-синдрома, почечная недостаточность или признаки сердечной дисфункции, нейротоксичность. Поэтому важно, чтобы своевременно началась выработка противовоспалительных цитокинов (табл.18).

Противовоспалительные цитокины

Таблица 18
Таблица 18

Действие на систему свертывания крови направлено на усиление свертываемости, которое необходимо для остановки кровотечения и для прямого блокирования патогена. Система гемостаза – сложный комплекс механизмов, обеспечивающих жидкое состояние циркулирующей крови, ее свертывание в месте повреждения сосуда, формирование сгустка и его растворение. Она включает в себя свертывающую, противосвертывающую и фибринолитическую системы. Для формирования воспаления большое значение принадлежит так называемому сосудисто-тромбоцитарному (микроциркуляторному) гемостазу (рис. 21).

Рис. 21. Микроциркуляторный гемостаз.
Рис. 21. Микроциркуляторный гемостаз.

Сосудисто-тромбоцитарный гемостаз сводится к образованию тромбоцитарной пробки или тромбоцитарного тромба (белого тромба). Можно выделить 3 стадии его развития:

  • временный (первичный) спазм сосудов, обусловленный выбросом в кровь в ответ на болевое раздражение адреналина и норадреналина. В дальнейшем наступает вторичный спазм, обусловленной активацией тромбоцитов с выходом в кровь сосудосуживающих агентов — серотонина, тромбоксана А2 , адреналина и др.

2) образование тромбоцитарной пробки за счет адгезии (прикрепление к поврежденной поверхности) и агрегации (склеивание между собой) кровяных пластинок;

3) ретракция (сокращение и уплотнение) тромбоцитарной пробки.

Основными клетками сосудисто-тромбоцитарного гемостаза являются тромбоциты. Тромбоциты образуются в красном костном мозге из мегакариоцитов. Образование тромбоцитов регулируется тромбоцитопоэтинами. Тромбоцитопоэтины образуются в костном мозге, селезенке, печени. Активность тромбоцитопоэтинов регулируется интерлейкинами (ИЛ-6, ИЛ-11). Количество тромбоцитопоэтинов повышается при воспалении, необратимой агрегации тромбоцитов. Продолжительность жизни тромбоцитов от 5 до 11 дней. Разрушаются кровяные пластинки в клетках системы макрофагов.

Основная задача воспалительной реакции – уничтожение чужеродного вещества. Киллинг возбудителя осуществляется как клетками иммунной системы, так и гуморальными факторами. При этом клеточные и гуморальные факторы активно дополняют друг друга.

Среди циркулирующих протеинов крови важнейшим цитолитическим фактором является система белков комплемента. Большая часть компонентов комплемента синтезируется гепатоцитами и мононуклеарными фагоцитами и циркулируют в крови в неактивной форме. В условиях воспалительной реакции эти белки в самые ранние сроки попадают к месту проникновения возбудителя. Первый компонент этой системы (С3) распознает комплекс АГ-АТ. Также возможна активация комплемента по альтернативному и лектиновому пути в результате контакта с АГ на поверхности бактериальных клеток

Последовательная активация всех компонентов системы комплемента имеет ряд последствий.

Во-первых, происходит каскадное усиление реакции, образуется большое количество продуктов реакции, которые обладают, в частности, хемотаксической активностью.

Во-вторых, на поверхности бактерии фиксируются компоненты (С9) комплемента, резко усиливающие фагоцитоз этих клеток.

В-третьих, при ферментативном расщеплении белков системы комплемента образуются фрагменты, обладающие мощной воспалительной активностью. При включении в комплекс АГ-АТ последнего компонента комплемента этот комплекс приобретает способность формировать пору в клеточной мембране и, тем самым, вызывать гибель чужеродных клеток (рис. 22).

Рис. 22. Система белков комплемента
Рис. 22. Система белков комплемента

Комплемент активируется любым комплексом АГ-АТ, недостаточность в системе комплемента может приводить к развитию патологических процессов.

Помимо комплемента и цитокинов к гуморальным факторам врожденного иммунитета относятся и другие белки, и пептиды, относящиеся к системе врожденного иммунитета. Это прежде всего белки острой фазы, концентрация которых в плазме увеличивается или снижается в ответ на воспаление. Их синтез усиливается под влиянием провоспалительных цитокинов наряду с реакцией острой фазы воспаления, сопровождающейся лихорадкой, увеличением числа периферических лейкоцитов за счет циркулирующих нейтрофилов и их предшественников. Действие их многообразно: некоторые действуют, чтобы разрушить или подавить рост микробов, другие влияют на коагуляцию ограничивая инфекцию и улавливая патогены в сгустках крови, так же продукты системы свертывания крови могут вносить вклад в систему врожденного иммунитета благодаря своей способности увеличивать проницаемость сосудов и действовать как хемотаксические агенты для фагоцитарных клеток (табл. 19)

Белки острой фазы

Таблица 19.
Таблица 19.

Важнейшую роль в работе врождённого иммунитета играет система мононуклеарных фагоцитов (моноциты, макрофаги и дендритные клетки), гранулоциты (нейтрофилы, эозинофилы, базофилы, тучные клетки) и врождённые лимфоидные клетки.

Мононуклеарные фагоциты по их онтогенезу, расположению, функциям и фенотипу можно разделить на 3 группы: моноциты, макрофаги и дендритные клетки. Помимо фагоцитоза, описанного выше, они выполняют множество других функций во время иммунных ответов.

Макрофаги присутствуют во всех органах и тканях, и описаны нами выше (см.стр.32).

Моноциты самые крупные из лейкоцитов клетки с крупным бобовидным ядром и большим количеством цитоплазмы, в которой находится большое количество лизосом. Число в крови 80−600 клеток в 1 мм³ (2-10% всех лейкоцитов). Помимо фагоцитоза в нормальных условиях пополняют пул резидентных макрофагов, в ответ на сигналы воспаления миграция в ткани с последующей дифференцировкой в макрофаги или дендритные клетки для осуществления иммунного ответа и/или поддерживая общего количества. В стабильном состоянии выполнять фагоцитоз. Фагоцитоз, антигенпрезентация и секреция цитокинов обеспечивает одну из ключевых ролей моноцитов в иммунном ответе, особенно при бактериальной инфекции. Благодаря секреции факторов роста хемокинов и ИЛ-10 (основной противовоспалительный цитокин) моноциты активно участвуют в репаративных процессах, кроветворении, гемостазе и фибринолизе. Выделяют как минимум 3 типа моноцитов (табл.20)

Моноциты

Таблица 20
Таблица 20

Дендритные клетки — это крупные круглые или овальные клетки с эксцентрически расположенным ядром и многочисленными разветвлёнными отростками. Являются посредниками между врожденным и адаптивным иммунитетом, т.к. представляют Т- и В-лимфоцитам обработанный антигенный материал. Группа достаточно гетерогенная, до сих пор неясно сколько существует подтипов дендритных клеток, как они связаны друг с другом и чем они отличаются от других мононуклеарных фагоцитов, тем не менее выделяют нескольких подтипов с уникальными функциями (рис. 23).

Миелоидные дендритные клетки 1 типа (cDC1) обладают высокой способностью презентовать антигены через MHC класса I, активировать Th1 и CD8+ Т-клеток за счет секреции ИЛ-12, активировать NK-клетки, продуцировать интерфероны III типа, обеспечивая противовирусную активность.

Миелоидные дендритные клетки 2 типа (cDC2) — основная популяция миелоидных дендритных клеток крови, тканях и лимфоидных органах человека. По экспрессии различных рецепторов выделяют две подгруппы cDC2: «DC-подобную» и «моноцитоподобную». Оснащены широким спектром лектинов, TLR, NOD- и RIG-I-подобных рецепторов, хорошо распознают и презентуют липополисахариды, флагеллин, гликолипидные антигены микобактерий и других патогенов. Секретируют ИЛ-23, ИЛ-1, ФНО- альфа, ИЛ-8 и ИЛ-10, но слабо синтезируют интерфероны III типа. Мощные активаторы Th1, Th2, Th17 и CTL.

Плазмацитоидные дендритные клетки (pDC) в отличии от cDC, роль которых связана с презентацией антигена, обычно реагируют на вирусную РНК и ДНК посредством продукции высоких уровней интерферонов I и III типа, воспалительными цитокинами (ИЛ-6 и TNFα). Однако pDC могут экспрессировать MHCII и костимулирующие молекулы и поэтому могут действовать как антиген-презентующие клетки.

Рис. 23. Подтипы дендритных клеток и их отличительные поверхностные рецепторы
Рис. 23. Подтипы дендритных клеток и их отличительные поверхностные рецепторы

Клетки Лангерганса (LC) – это специализированные DC, которые населяют базальный эпидермис и другой многослойный плоский эпителий. В отличии от макрофагов, к которым традиционно их причисляют после захвата антигена, они мигрируют в лимфатические узлы. В отличии от других дендритных клеток LC способны к локальному самообновлению, независимо от костного мозга, хотя LC слизистой оболочки больше зависят от предшественников костного мозга.

Воспалительные ДК, происходящие из моноцитов, доминируют по составу клеток при перитоните, воспалительных заболеваниях кишечника, синовитах, экземе, псориазе, аллергических реакциях хотя нет полной ясности о грани между моноцитами, макрофагами и DC при описания воспалительных клеток, происходящих из моноцитов. Неклассические моноциты так же рассматриваются как предшественники cDC2.

Рис. 24. Гранулоциты
Рис. 24. Гранулоциты

 

Гранулоциты — клетки, осуществляющие защитные функции в основном за счет фагоцитоза (нейтрофильные гранулоциты) и/или выполняющие внеклеточный цитолиз мишеней за счет секреции токсических субстанций, содержащихся в их гранулах (эозинофилы, базофилы, тучные клетки). Зрелые нейтрофилы характеризуются сегментированными ядрами и цитозольными гранулами. Все формы гранулоцитов происходят из общей полипотентной СК в костном мозге (рис.24).

Нейтрофилы полиморфно-ядерные лейкоциты с сегментированным ядром и цитозольными гранулами. Классически считаются клетками, определяющими первую линию защиты врожденного иммунитета. Они быстро мигрируют в больших количествах к участкам воспаления, уничтожая патогены в первые дни заражения. Основной состав гноя. Уничтожения патогенов нейтрофилами происходит с помощью:

  • фагоцитоза, способны поглощать микроорганизмы или частицы (описан выше);
  • дегрануляции, высвобождение набора белков из гранул (табл.21) которые обладают антимикробными свойствами;
  • NETоза, запрограммированная гибель нейтрофилов c высвобождением внеклеточных ловушек нейтрофилов (NET).

Состав гранул нейтрофилов

Таблица 21
Таблица 21

Нейтрофилы активно секретируют цитокины ИЛ-1β, ФНОα, ИЛ-6, ИЛ-12, ИЛ-17А, Г-КСФ и хотя отдельно по количеству генерируемых цитокинов нейтрофилы в десятки раз уступают другим лейкоцитам, но большое количество их в очаге воспаления приводит к тому, что цитокины нейтрофильного происхождения достигают значительных величин.

Морфологическая характеристика нейтрофилов определяется степенью зрелости клеток: юные, палочкоядерные и сегментоядерные нейтрофилы. Эти популяции можно дополнительно идентифицировать с помощью набора клеточных маркеров (незрелые нейтрофилы экспрессируют CD15 и CD11b, при достижения полной зрелости — CD16 и CD10. Сегментоядерные нейтрофилы — терминально дифференцированные клетки, которые во время воспаления могут мигрировать в ткани и выполнять свои эффекторные функции (например, фагоцитоз, производство реактивных форм кислорода (ROS) и уничтожение бактерий). Важно отметить, что нейтрофилы, могут быстро менять свои характеристики и поведение по мере того, как они активируются, стареют или входят в новую среду при остром или хроническом воспалении (реализуют совершенно разные эффекторные механизмы). При изучении множества параметров нейтрофилов (функции, маркеры клеточной поверхности, плавучесть, зрелость, локализация) были установлены некоторые фенотипы нейтрофилов (табл. 22).

Нейтрофильные гранулоциты обладают рядом свойств обусловливающих их участие в патогенезе острого воспаления это: богатый набор цитотоксических факторов; высокая чувствительность к всевозможным локальным изменениям гомеостаза; способность накапливаться в очагах поражения и инициировать цепную реакцию с выделением цитотоксических веществ и созданием локального перевеса в балансе эффектор-ингибитор; секреция биологически активных веществ, активирующих предшественников медиаторов воспаления.

Нейтрофилы принимают участие в реализации иммунокомплексного повреждения тканей и в антителозависимых цитотоксических реакциях.

Основные популяции нейтрофилов

Таблица 22
Таблица 22

Эозинофилы, базофилы, тучные клетки еще одна группа гранулоцитов, описанная выше. В отличии от нейтрофилов их защитная функция осуществляется не фагоцитозом, а мощной цитотоксической реакцией за счет дегрануляции.

Учитывая их полиморфизм, с клинической точки зрения следует различать клетки относимые к мукозальному иммунитету, которые заложены со времени эмбриогенеза (резидентные эозинофилы, тучные клетки) и традиционные эозинофилы и базофилы (продукты СККМ).

Врожденные лимфоидные клетки (ILC) система клеток врожденного иммунитета (отсутствует антиген-специфические рецепторы), которые происходят от общего лимфоидного предшественника (CLP) и принадлежат к лимфоидной линии. На основании путей развития, фенотипа и продуцируемых сигнальных молекулах, ILC разделены на 5 групп: NK-клетки, ILC1, ILC2, ILC3 и LTi (рис.25).

Рис. 25. Развитие врожденных лимфоидных клеток
Рис. 25. Развитие врожденных лимфоидных клеток

Помимо эффекторной функции ILC участвуют во многих других физиологических функциях, включая гомеостаз ткани, морфогенез, метаболизм, репарацию и регенерацию. Многие из их функций аналогичны Т-клеткам, поэтому предполагается, что они являются врожденными аналогами Т-клеток. Нарушение регуляции ILC может привести к иммунной патологии (аллергии, аутоиммунные заболевания).

ILC1 и NK-клетки имеют много общих маркеров и функций, однако основная отличительная черта то, что в ткани LC1 это нецитотоксические или слабоцитотоксические клетки реагирующие инфекций, вызываемых вирусами и некоторыми бактериями. Однако основными клетками этой группы лимфоцитов являются NК-клекти

Естественные или натуральные киллеры (NK). Большие гранулярные лимфоциты («нулевые клетки», «не Т-, не В-клетки»). Число NK в крови — 5-15%; в лимфоузлах и селезенке 2,5-5% (от всех мононуклеаров). Срок жизни – 7-10 суток (IL-15). Т- клеточный рецептор отсутствует. В тимусе не «обучаются», созревают в лимфотических узлах. Популяция не клонируется.

Мишени – вирус-трансформированные и опухолевые клетки. Распознают «чужое» по отсутствию «своего» – ключевая роль принадлежит активирующим и ингибирующим сигналам:

— считается, что основными лигандами активирующих рецепторов являются молекулы, которые появляются на поверхности собственных клеток организма при различных «стрессовых» ситуациях и инфицировании различными патогенами;

— ингибиторные рецепторы – KIRs (иммуноглобулиновое суперсемейство) и гетеродимер NKG2A (лектиновый рецептор) — CD94. Их лигандами являются молекулы МНС I класса: KIRs связываются с HLA-A, -B или -C, тогда как лигандом NKG2/CD94 является HLA-Е. В норме, эти молекулы представлены постоянно на поверхности нормальных, неизмененных клеток. Распознавание происходит следующим образом:

— Активирующие рецепторы, связываясь с собственными лигандами на поверхности клетки, формируют активирующий сигнал.

— Ингибиторные рецепторы, связываясь с молекулами MHC I, плотность экспрессии которых на собственных «неизмененных» клетках организма всегда высока, индуцируют ингибиторный сигнал, подавляя активацию NK. В случае снижения уровня экспрессии молекул МНС I класса на клетках-мишенях, NК-клетки на получают достаточно эффективного ингибирующего сигнала, что приводит в активации NК-клетки.

— Fс-рецепторы (CD16) представлены на поверхности NК-клеток. Они способны распознавать молекулы антител, связавшиеся со своими лигандами на поверхности клеток. Fс-рецепторы обладают ITAM-последовательностью и способны активировать NК-клетки после связывания с молекулами антител.

— Эффекторные функции NK-клеток регулируются комплексом сигналов, полученных как от стимулирующих, так и от ингибирующих рецепторов.

В настоящее время описано три способа индукции апоптоза цитотоксическими клетками в клетках-мишенях:

— во-первых, это цитолиз, осуществляемый за счет высвобождения перфорина, способного к полимеризации в плоскости мембраны клетки-мишени. Данный процесс приводит к образованию каналов для проникновения к клетку гранзимов и гранулизинов, запускающих апоптоз по каспаза-зависимому и/или каспаза-независимому пути;

— во-вторых, это запуск апоптоза в клетке-мишени за счет активации на ее поверхности рецепторов, принадлежащих к семейству TNF-подобных белков;

— в-третьих, индукция апоптоза в клетках-мишенях при помощи растворимых молекул семейства TNF, которые способны вызывать кластеризацию рецепторов и активацию каскада каспаз внутри клеток-мишеней.

Контактный цитолиз происходит в четыре этапа:

Первый этап представляет собой распознавание клеток-мишеней эффекторной клеткой. В случае позвоночных животных ключевую роль в процессах распознавания клеток-мишеней играют молекулы главного комплекса гистосовместимости I класса (MHC).

Второй этап контактного цитолиза, сопровождается формированием контакта (или иммунологического синапса) между клеткой-эффектором и клеткой-мишенью, что приводит к поляризации киллерной клетки. Ключевую роль в этих процессах играют интегриновые рецепторы. При этом движение гранул, содержащих перфорин и гранзимы, в зону контакта направляют микротрубочки, ориентированные в сторону клетки-мишени. Сокращение актиновых волокон приводит к выбросу гранул в зону контакта.

Третий этап – это экзоцитоз или выброс гранул клеткой-эффектором. В состав гранул цитотоксических клеток входит несколько компонентов, ключевыми являются перфорин и гранзим В.

И, наконец, последним – четвертым этапом контактного цитолиза является индукция апоптоза клетки-мишени при помощи описанных ниже механизмов.

Основная характеристика ключевых молекул, принимающих участие в реакциях контактного цитолиз является перфорин, гранзимы и гранзулимы.

Перфорин относится к семейству белков MACPF (от англ. «membrane attack complex and perforin»), к которому также принадлежат белки мембран-атакующего комплекса – компоненты каскада комплемента С6, С7, С8 и С9. Функция — формирования пор в мембране клетки-мишени (процесс является Ca2+-зависимым).

Изменение конформационной структуры перфорина сопровождается появлением на его поверхности гидрофобного участка, обладающего сродством к фосфотидилхолину плазматической мембраны.

Перфорин встраивается в состав мембраны только в форме мономера, однако в окружении гидрофобных частей фосфолипидов он обретает способность к полимеризации. В состав такого комплекса может входить до 20 молекул перфорина, при этом диаметр сформированного канала может достигать 15-20 нм, что вполне достаточно для проникновения в клетку не только различных ионов и молекул воды, но и высокомолекулярных белковых молекул.

Гранзимы — семейство белков, являющихся сериновыми протеазами. В гранулах цитотоксических Т-лимфоцитов и NK-клеток это семейство представлено гранзимами А и В. Гранзимы В способны расщеплять белки, обогащенные остатками кислых аминокислот, в особенности, остатками аспарагиновой кислоты. Кроме того, данная группа белков запускает апоптоз по каспаза-зависимому пути, при этом используются два механизма активации каспаз.

Во-первых, одной из основных мишеней гранзимов В является каспаза-3, взаимодействие с которой сопровождается ее активацией и запуском апоптоза. Во-вторых, гранзимы В способны нарушать целостность наружной мембраны митохондрий и активировать белок Bid, входящий в состав семейства bcl-2. Все это приводит к запуску митохондриального механизма развития апоптоза в клетке-мишени. Активация Bid сопровождается выходом в цитоплазму цитохрома С и других проапоптогенных белков, отвечающих за запуск каскадов реакций, приводящих к гибели клетки-мишени.

Гранулизины относятся к семейству сапонин-подобных белков. Эти низко-молекулярные белки (около 9 кДа) способны проникать через поры, образованные перфорином, и взаимодействовать с липидами митохондрий, что приводит к нарушению целостности и высвобождению в цитоплазму проапоптотических факторов Кроме того, гранулизины способны напрямую активировать каспазу-3. Следует отметить, что все эффекты гранулизинов в настоящее время еще не изучены.

Запуск апоптоза в клетке-мишени осуществляется также за счет активации на ее поверхности рецепторов, принадлежащих к семейству TNF-подобных белков, пар молекул TRAIL — DR4, DR5, FASL – FAS и TNF – TNFRI. Эти рецепторы в цитоплазматической части содержат домен смерти DD (Death Domain), активация которого и запуск апоптотического сигнала происходят при тримеризации рецептора, вызываемой связыванием лигандов. Тримеризация рецепторов и их внутриклеточных DD придаёт последним способность образовывать «сигнальные комплексы», которые приобретают сродство к некоторым инициаторным прокаспазам, обычно прокаспазе 8, которая может активировать каспазу 3 и запустить апоптоз.

NК-клетки синтезируют такие цитокины как IFNγ, TNFα, GM-CSF, IL-10 или IL -13. IFNγ ингибирует пролиферацию опухолевых клеток in vitro и косвенно рост опухоли in vivo путем индукции антиангиогенных факторов; IFNγ усиливает цитотоксичность NK-клеток за счет избыточной экспрессии молекул адгезии и повышения чувствительности опухолевых клеток к цитотоксичности, обусловленной высвобождением гранул или TNF.

вверх

Заказать обратный звонок