Глава 1. Компоненты иммунной системы

Иммунная система – функционально взаимосвязанный комплекс органов, тканей, клеток, специфических белков и регуляторных компонентов, способная распознавать различные структуры как чужеродные для себя, так и измененные свои с дальнейшей их нейтрализацией и уничтожением c формированием невосприимчивости организма при их повторной встрече. Помимо этого, иммунная система контролирует пролиферацию клеток, процессы регенерации, осуществляет элиминацию и детоксикацию опасных для организма и разрушенных макро- и микромолекул и обеспечивает взаимодействие с нормальной микрофлорой.

Компоненты системы иммунитета входят во все ткани организма, поэтому, с одной стороны изменения в системе иммунитета будут сказываться на функционировании одного или нескольких органов, а с другой – та или иная патология органов и систем будет влиять и на иммунитет. Вот почему иммунная система практически при любой патологии – неотъемлемый участник патологических процессов (рис. 1).

Рис. 1. Иммунная система человека.
Рис. 1. Иммунная система человека.

С функциональной точки зрения можно выделить три уровня защиты: барьерный или мукозальный, врожденный или неспецифический, адаптивный (приобретенный) или специфический иммунитет. Помимо этого, большое значение в защитных функциях принадлежит нормальной микрофлоре человека (рис. 2).

Рис. 2. Функциональная организация иммунной системы человека
Рис. 2. Функциональная организация иммунной системы человека

Клетки иммунной системы являются ее основной функциональной единицей и включают в себя различные популяции (табл. 1) различного происхождения (рис. 3).

Клетки иммунной системы

Таблица 1
Таблица 1

Клетки иммунной системы вырабатывают большое количество биологически активных молекул, которые выполняют эффекторные и регуляторные функции (табл. 2). Все эти вещества играющие важную роль в процессе распознавания и элиминации из организма человека чужеродных веществ, тесно взаимосвязаны между собой и в то же время могут функционировать автономно. Поэтому они оказывают на организм очень разностороннее и, порой, неоднозначное действие.

Рис. 3. Схема происхождения клеток иммунной системы.
Рис. 3. Схема происхождения клеток иммунной системы.

Молекулы иммунной системы

Таблица 2
Таблица 2

Основными эффекторными продуктами адаптивного иммунитета являются иммуноглобулины (антитела). Это белки, продуцируемые плазматическими клетками (конечный этап дифференцировки В-лимфоцитов), относящиеся к γ-глобулиновой фракции белков крови (рис. 4).

Рис. 4. Иммуноглобулины человека.
Рис. 4. Иммуноглобулины человека.

Гуморальная регуляция межклеточных взаимодействий в иммунной системе осуществляется цитокинами (более 200). Они представляют собой белковые или полипептидные продукты в основном клеток иммунной системы и других клеток (эндотелиальные и эпителиальные клетки, адипоциты, миоциты, фибробласты и пр.). С их помощью их осуществляется межклеточная коммуникация: регулируется функция клеток, пролиферация и дифференцировка, хемотаксис, активация специфических мембранных рецепторов, секреция других цитокинов и иммуноглобулинов. Традиционно цитокины подразделяют на несколько групп: интерфероны, интерлейкины, семейство фактора некроза опухолей, хемокины, ростовые и факторы дифференцировки (табл. 3).

Цитокины и их биологическое действие

Таблица 3
Таблица 3

Клетки и молекулы, участвующие в формировании иммунного ответа, наиболее эффективно действуют в составе специальных тканей и органов, объединенных в лимфоидную систему. Эта система представляет собой совокупность органов и рассеянных в организме других структурных лимфоидных образований, которые имеют между собой слабые анатомические связи, но объединены в единую систему кровеносными и лимфатическими сосудами и функционируют согласованно за счет иммунной регуляции (рис. 1).

Выделяют первичные (центральные) и вторичные (периферические) лимфоидные органы. Отдельной структурой является мукозо-ассоциированная лимфоидная ткань.

У человека к первичным лимфоидным органам относят тимус (вилочковая железа) и красный костный мозг. В этих органах происходит дифференцировка лимфоцитов, закладываются основные рецепторы, определяющие распознавание всего разнообразия антигенных структур организма. Иммунологические процессы осуществляются в основном в лимфоидной ткани вторичных лимфоидных органов – в лимфоузлах, селезенке, миндалинах, скоплениях лимфоидной ткани под слизистой оболочкой кишечника, гортани, бронхов, мочеполовых органов, а также в почках и коже. Структурированная лимфоидная ткань представлена в виде миндалин, аппендикса, групповых лимфатических фолликул (Пейеровы бляшки), а также организована в виде некапсулированных фолликулов. В этой лимфоидной ткани осуществляются реакции врожденного и адаптивного иммунитета. В Пейеровых бляшках (аналог сумки Фабрициуса птиц), дифференцируются Т- и В-лимфоциты.

В каждой клетке протекают сотни химических реакций, совокупность которых представляет обмен веществ (метаболизм). Однако в организме обмен веществ протекает не хаотично; он интегрирован и тонко настроен

Основные метаболические пути являются общими для большинства клеток и организмов и включают в себя три взаимосвязанных между собой процесса (рис. 5):

– распад органических веществ (углеводы, жиры, белки) с аккумуляцией энергии – энергетическое звено;

– синтез мономеров и макромолекул (с затратой энергии), в том числе гормонов, ферментов, кофакторов и пр. – пластическое звено;

– процесс обезвреживания и выведения токсичных продуктов полученных в результате обмена веществ (продуктов метаболизма), в том числе свободных радикалов – звено утилизации.

Рис. 5. Основные метаболические пути клеток иммунной системы
Рис. 5. Основные метаболические пути клеток иммунной системы

Из многочисленных метаболитов наиболее важны пируват и ацетил-КоА. Эти соединения служат связующими элементами между метаболизмом белков, углеводов и липидов. К метаболическому пулу принадлежат также промежуточные метаболиты лимонной цикла. Этот циклический путь (цикл трикарбоновых кислот, цикл Кребса) играет как катаболическую, так и анаболическую роль, т.е. является амфиболическим. К конечным продуктам разрушения органических веществ у животных относятся диоксид углерода (CO2), вода (H2O) и аммиак (NH3). Аммиак превращается в мочевину и в такой форме выводится из организма.

Энергетическое звено метаболизма. Полученные из питательных веществ (белки, углеводы, нуклеиновые кислоты и липиды) на I этапе катаболизируются до простых метаболитов: глюкозы, отдельных аминокислот, глицерина, жирных кислот, которые получаются в пищеварительном тракте. Высвобождение энергии осуществляется в результате окислительно-восстановительного распада. В дальнейшем, полисахариды расщепляются до моносахаридов (обычно гексоз). Жиры распадаются на глицерин и высшие жирные кислоты, а белки – на составляющие их свободные аминокислоты. Эти процессы в основном являются гидролитическими, и, освобождающаяся в небольшом количестве, энергия используется в качестве тепла.

На II этапе мономерные молекулы (гексозы, глицерин, жирные кислоты и аминокислоты) подвергаются дальнейшему распаду, в процессе которого образуются богатые энергией фосфатные соединения и ацетил-КоА.

Этот процесс сопровождается образованием ограниченного числа богатых энергией фосфатных связей путем субстратного фосфорилирования. Высшие жирные кислоты на этом этапе распадаются до ацетил-КоА, в то время как глицерин окисляется по гликолитическому пути до пировиноградной кислоты и далее до ацетил-КоА. Использования аминокислот, как источника энергии (при дефиците углеводов), осуществляется по-разному. Одни аминокислоты непосредственно превращаются в метаболиты цикла Кребса (глутамат), другие – опосредованно через глутамат (пролин, гистидин, аргинин), третьи – в пируват и далее в ацетил-КоА (аланин, серин, глицин, цистеин). Ряд аминокислот, в частности лейцин, изолейцин, расщепляется до ацетил-КоА, а из фенилаланина и тирозина, помимо ацетил-КоА, образуется оксалоацетат через фумаровую кислоту. Таким образом, II этап – это этап образования ацетил-КоА, являющегося в клетках по существу единым (общим) промежуточным продуктом катаболизма основных пищевых веществ. На III этапе ацетил-КоА подвергаются окислению («сгоранию») в цикле трикарбоновых кислот. Окисление сопровождается образованием восстановленных форм НАДН и ФАДН2. По существу, первые три этапа можно определить, как процесс катаболического превращения крупных молекул.

На IV этапе осуществляется перенос электронов от восстановленных нуклеотидов на кислород (через дыхательную цепь). Он сопровождается образованием конечного продукта – молекулы воды. Этот транспорт электронов сопряжен с синтезом АТФ в процессе окислительного фосфорилирования.

Окислительное фосфорилирование самый эффективный способ синтеза АТФ, в результате которого компоненты дыхательной цепи катализируют перенос электронов от НАДН (или восстановленного убихинона) на молекулярный кислород. При этом образуется энергия для синтеза АТФ. Это постоянно действующий и наиболее эффективный путь энергообразования в клетках всех типов, так как в нем наряду с глюкозой, могут быть использованы не только жирные кислоты, но и кетоновые тела.

При снижении парциального давления кислорода до 90 мм.рт.ст. скорость аэробного гликолиза и окислительного фосфорилирования существенно снижаются. Клиническим эквивалентом этого снижения являются слабость, разбитость, плохое самочувствие в целом.

Помимо основного источника энергии, описанного выше, существуют альтернативные источники получения энергии:

  • Анаэробный гликолиз – при отсутствии или недостатке в клетке кислорода пировиноградная кислота подвергается восстановлению до молочной кислоты. Под действием лактатдегидрогеназы молочная кислота окисляется снова в пируват. Кроме того, током крови молочная кислота переносится в печень, где превращается в глюкозу, которая через кровь разносится по всему организму (цикл Кори). Анаэробный гликолиз может покрывать кратковременные энергетические нагрузки, даже субмаксимальные. Однако при заболеваниях анаэробный гликолиз не обеспечивает в полной мере потребности клеток в энергии, при этом накапливается молочная кислота, и в результате этого возникает недостаточность функциональных систем, в том числе, не связанных напрямую с пораженной системой или органом.
  • Субстратное фосфорилирование – образование АТФ в ходе метаболического цикла (переход сукцинат-КоА в сукцинат в цикле Кребса и образование пирувата при гликолизе). Эти реакции способны на некоторое время поддержать жизнедеятельность организма в отсутствии окислительного фосфорилирования.
  • Пентозофосфатный путь окисления глюкозы (или «пентозный шунт») – необходим для ресинтеза жирных кислот и предшественников нуклеотидов. При этом образуется НАДФН и продукты способные включаться в гликолиз и далее в цикл трикарбоновых кислот.
  • Гидролиз креатинфосфата – быстрый и кратковременный путь получения энергии за счет гидролиза креатинфосфата.
  • Образование инозинмонофосфата в результате конверсии АДФ в АТФ и АМФ.
  • β-Окисление жирных кислот, которое происходит в митохондриях, при низкой концентрации пирувата и высоком содержание НАД+.

Таким образом, основным источником энергии является цикл Кребса сопряженный с окислительным фосфорилированием. Главным и быстро мобилизуемым исходным субстратом служит глюкоза. Ее метаболизм покрывает основной обмен и обеспечивает жизнедеятельность организма. Главным регуляторным механизмом цикла трикарбоновых кислот и окислительного фосфорилирования является кругооборот окислительно-восстановительных эквивалентов, которые определяются отношением НАДН/НАД+.

Пластическое звено метаболизма. Синтез мономеров и макромолекул, в том числе гормонов, ферментов, кофакторов является основным фактором жизнедеятельности клетки, без которого невозможно представить нормальную жизнедеятельность организма.

Наиболее сложным и важным является процесс синтеза белка. От этого зависит приспособление к физиологическим потребностям при изменении внутренних и внешних условий. То есть синтез белка регулируется внешними и внутренними факторами и условиями, которые диктуют клетке, какой набор белка и его количество необходимо синтезировать для выполнения физиологических функций, которое реализуется за счет простых химических реакций — метилирование ДНК и деацетилирование гистонов. Эти механизмы служат для подавления экспрессии генов.

Биосинтез белка – сложнейший многостадийный процесс создания полипептидной цепи в клетках живых организмов. Упрощенно биосинтез белка можно разделить на стадии транскрипции и трансляции.

Транскрипция – процесс считывания генетического кода с молекулы ДНК. Трансляция заключается в синтезе полипептидной цепи в соответствии с информацией, закодированной в мРНК. В дальнейшем при помощи вспомогательных белков шаперонов складывается биологически активная конформация пептидной цепи (свертывание). При посттрансляционном созревании у многих белков удаляются части пептидной цепи или присоединяются дополнительные группы, например олигосахариды или липиды. Затем готовая белковая молекула транспортируется в нужное место клетки.

Значительно проще синтезируются углеводы и липиды. Это не что иное, как цикл простых биохимических реакций, катализируемых ферментами. Исходными субстратами служат вещества, поступившие в клетку или полученные при метаболизме.

В условиях дефицита углеводов необходимая концентрация глюкозы в крови может поддерживаться за счет ее синтеза (глюконеогенез). Синтез глюкозы протекает, как и при гликолизе, но в обратном направлении. Исходными соединениями для глюконеогенеза являются некоторые аминокислоты, лактат, а также глицерин, то есть те вещества, которые способны превратиться в пируват или любой другой метаболит глюконеогенеза (аспартат в оксалоацетат, глицерин в триозофосфат и т.д.). При различных физиологических состояниях для глюконеогенеза используются различные первичные вещества. В условиях голодания используется тканевой белок, который распадается до аминокислот. При интенсивной физической работе используется лактат, образующийся в эритроцитах и мышечной ткани при недостатке кислорода. При распаде жиров образуется глицерин.

Синтез высших жирных кислот может протекать в клетках различных органов и тканей, однако основная масса соединений этого класса синтезируется в печени и в жировой ткани, а важнейшим субстратом, продукты метаболизма которого используются для синтеза липидов, является глюкоза.

Биосинтез липидов основан на синтезе жирных кислот из ацетил-КоА с дальнейшим превращением их в жиры, воск, фосфолипиды и некоторые другие более специализированные биологически активные вещества.

Необходимо отметить, что ряд полиненасыщенных жирных кислот не синтезируется в организме, хотя они необходимы для нормального функционирования. Поэтому линолевая и линоленовая кислоты являются незаменимыми (эссенциальными) и должны поступать в достаточном количестве с пищей.

Арахидоновая кислота может синтезироваться в клетках животных из линоленовых кислот, однако в условиях недостаточного поступления линоленовой кислоты с пищей арахидоновая кислота также становится незаменимой жирной кислотой. Эндогенный синтез других липидов осуществляется в цитозоле клетки. Все необходимые организму глицерофосфолипиды могут синтезироваться в его клетках, причем в клетках могут функционировать несколько альтернативных метаболических путей биосинтеза глицерофосфолипидов.

Все эти реакции требуют энергетических затрат. Энергия для синтеза доставляется реакцией расщепления АТФ. Поэтому каждое звено биосинтеза всегда сопряжено с распадом АТФ.

Утилизация продуктов метаболизма. В процессе жизнедеятельности человека, как описано выше, ежедневно разрушается и образуется большое количество органических веществ, прежде всего белков. Это постоянное разрушение и синтез позволяют клеткам быстро приводить в соответствие метаболические потребности с внешними воздействиями. Внутриклеточное разрушение белков происходит частично в лизосомах, частично в протеасомах (в них разрушаются неправильно свернутые или денатурированные белки).

При нарушении процессов деградации накапливаются лизосомы с разрушаемыми негидролизовавшимися фрагментами органелл и макромолекул (остаточные тела), что может привести к необратимому повреждению клеток и как результат – к нарушению функций соответствующих органов.

Другая, хорошо регулируемая система деградации белков, локализована в цитоплазме. Она состоит из больших белковых комплексов, протеасом в виде бочковидной структуры. Белки, которым предстоит разрушение в протеасоме (например, содержащие ошибки транскрипции или состарившиеся молекулы), метятся путем ковалентного связывания с небольшим белком убиквитином. Меченые убиквитином (убиквитинированные) молекулы попадают в протеосомы, где происходит их деградация, при этом убиквитин не разрушается и после активации используется вновь.

В ходе деградации белков, если полученные аминокислоты повторно не используются для биосинтеза, они расщепляются до конечного продукта – аммиака. Аммиак является конечным продуктом метаболизма белков, аминокислот и других азотистых соединений, то есть конечным продуктом распада белка. Он высокотоксичен для организма человека, являясь клеточным ядом. Инактивация аммиака осуществляется, прежде всего, за счет образования мочевины, которое происходит преимущественно в печени. Накапливающийся в тканях аммиак, соединяясь с глутаматом (в основном) и с аспарагиновой кислотой, образуют нетоксичные комплексы для транспортировки – глутамин и аланин.

В печени, за счет ферментов – трансаминаз, происходит высвобождение аммиака из глутамина и аланина. В дальнейшем аммиак синтезируется в нетоксичную мочевину. Мочевина образуется в результате циклической последовательности реакций с участием гидрокарбоната, N-ацетилглутамата, орнитина, аспартата и фумарата (орнитиновый цикл). Биосинтез мочевины требует больших затрат энергии. При необходимости небольшая молекула мочевины может проходить через мембраны. По этой причине, а также из-за ее хорошей растворимости в воде, мочевина легко переносится кровью и выводится с мочой.

Часть аммиака выводится непосредственно почками, где он высвобождается из глутамина за счет гидролиза амидной группы и диффундирует через клеточные мембраны в просвет канальца (в мочу).

Другими повреждающими факторами для клетки, которые возникают в процессе нормального обмена веществ, являются свободные радикалы. Свободные радикалы жизненно важные и необходимые для клетки соединения. Их образование осуществляется при участии определенных ферментных систем. Многие из них несут очень важные физиологические функции. Так, семихиноны, коэнзим Q и флавопротеины, используются в качестве окислительно-восстановительных систем, служащих посредниками в передаче электрона.

Гидроксидрадикал необходим для синтеза ряда биологических регуляторов (например, простагландинов). Радикалы оксида азота (NO) участвуют в регуляции сокращения стенок кровеносных сосудов, а пероксинитрит стимулирует запрограммированную клеточную гибель (апоптоз). Свободные радикалы участвуют в формировании клеточного иммунитета.

Однако при изменении условий функционирования дыхательной цепи, при воздействиях ионизирующего излучения, ультрафиолетового облучения, под воздействием попавших в организм посторонних соединений, ксенобиотиков, при взаимодействии кислорода с ионами металлов и т.д. в организме образуются весьма активные молекулярные соединения: перекись водорода, гипохлорит и гидроперекиси липидов. Они являются сильными окислителями способными модифицировать белки, нуклеиновые кислоты, индуцировать перекисное окисление липидов (ПОЛ) и в результате цепных реакций приводить к множественным нарушениям мембран и к гибели клеток. Именно эти процессы вызывают развитие патологических состояний, и лежат в основе канцерогенеза, атеросклероза, хронических воспалений и нервных дегенеративных болезней.

Все процессы в иммунной системе связаны с другими органами и системами организма человека. В основном это осуществляется за счет метаболизма клеток (рис. 6).

Рис. 6. Факторы, влияющие на иммунный ответ
Рис. 6. Факторы, влияющие на иммунный ответ

Отдельной структурой не относящиеся непосредственно к человеку, но тем не менее очень важной для нормальное функционирования организма в том числе его защиты является микробиота. Микробиота (нормальная микрофлора, нормофлора, комменсалы,  биотоп) сообщество более 1000 видов симбиотических и комменсальных бактерий, архей, простейших, грибов и вирусов населяющих организм человека в пределах тканей и жидкостей. Объем микробиоты оценивается в 1014 клеток, составляя до 1% массы человека (около 1 кг). По количеству клеток микробиота сопоставима с общим количество клеток человека, однако общий ее геном (микробиом) больше в 100 раз. Стоит обратить внимание, что при оценке микробиома в расчет не принимают вирусы и фаги, присутствующие в различных средах организма, которые по численности превосходят количество бактерий на порядок.

С клинической точки зрения необходимо выделить микроорганизмы постоянно живущие основные (резидентная микробиота – около 90%), постоянно живущие сопутствующие (факультативная микробиота – менее 9,5%) и случайно попавшие (транзиторная микробиота – до 0,5%). К транзиторной микробиоте относятся патогенные микроорганизмы.

Популяция микробов их количество и состав в различных тканях существенно отличаются (рис. 7). Если количество микробов увеличивается за пределы своих типичных диапазонов (чаще всего из-за нарушения функции иммунной системы) или микробы заселяют (например, из-за травмы), участки организма, где они обычно не присутствуют или стерильные зоны (кровь, брюшная полость и др.), возникают заболевания.

Рис. 7. Состав микробиоты человека.
Рис. 7. Состав микробиоты человека.

Состав микробиоты человека может меняться со временем. Чаще всего такое изменение связано с изменением диеты и общего состояния здоровья.

Наиболее исследованной и самой большой по объему является микробиота желудочно-кишечного тракта (более 75%). Она представлена в основном анаэробами (табл. 4). Состав кишечных бактерий каждого человека индивидуален и формируется в зависимости от возраста, местоположения, характера питания, образа жизни и состояния здоровья. На основе микробного состава по преобладанию тех или иных ключевых родов бактерий Bacteriodes, Prevotella и Ruminococcaceae выделяют три основных энтеротипа (как группа крови): При 1-м энтеротипе доминируют представители рода Bacteroides, при 2-м — Prevotella, при 3-м — Ruminococcus

Перспективным является разделять микроорганизмы, заселяющие кишечник, на гидрогенотрофы (способные метаболизировать, как источник энергии, молекулярный водород), ацетогенные бактерии (генерирует ацетат), сульфатредуцирующие бактерии (реализуют анаэробное дыхание с использованием сульфата).

Микробиота интестинального тракта

Таблица 4
Таблица 4

Основная масса микрофлоры (пристеночная микрофлора) фиксирована и тесно связана с энтерoцитами, образуя биопленку (микробно-тканевой комплекс, включающий в себя микроколонии бактерий и их метаболитов, секреты бокаловиднх клеток, клеток Панета, эндокриноцитов и клеток иммунной системы), незначительная часть находится в просвете кишки (просветная микрофлора).

Микробиота активно участвует в пищеварении расщепляя основные пищевые субстанции и синтезируя новые. Многие виды белков, жиров и углеводов, из рациона человека, могут быть расщеплены только определенными кишечными микроорганизмами (табл. 5).

Помимо этого, нормальная микрофлора участвует в синтезе короткоцепочечных жирных кислот (ацетат, бутират, пропионат и пр.), аминокислот (аргинин, глутамин), витаминов (К, В1, В2, В3, В5, В6, В12, С, Д, биотина, пантотеновой кислоты), гормонов. Она способствует всасыванию ионов железа, кальция, обеспечивая полностью питательными и энергетическими веществами эпителий кишечника, определяя его созревание и регенерацию. Также микробиота, участвуя в обмене солей желчных кислот и холестерина, обеспечивает гиполипидемический эффект.

Микробные метаболиты способствуют укреплению эпителиального барьера, например индол, за счет связывания белков цитоскелета формирует плотные контакты между эпителиоцитами.

Участие микробиоты в обмене веществ человека

Таблица 5
Таблица 5

Детоксикационная функция микробиоты осуществляется путем нейтрализации экзогенных и эндогенных токсических продуктов, в т.ч. канцерогенов (амины, тиолы, фенолы, ксенобиотики и др.), которые в дальнейшем утилизируются в реакциях метаболизма и/или выводятся из организма с кишечным содержимым.

Одной из основных функций нормальной микрофлоры является предотвращение развития патогенных макроорганизмов, в основе которого лежит принцип микробного антагонизма. Помимо этого, в качестве защиты бактерии микробиоты кишечника вырабатывают антимикробные пептиды и другие метаболиты с антимикробными свойствами, изменяют рН, а также физически противодействуют колонизации патогенами.

Считается, что у генетически восприимчивого хозяина дисбаланс во взаимодействии микробиоты и иммунитета в определенных условиях окружающей среды вносит вклад в патогенез множества иммуноопосредованных заболеваний.

Микробиота играет решающую роль в обучении и развитии основных компонентов врожденной и адаптивной иммунной системы хозяина, в то время как иммунная система регулирует поддержание ключевых характеристик симбиоза хозяина и микроба. Любой инфекционный процесс можно считать дисбиозом, т.к. когда начинает превалировать патогенный микроорганизм снижается количество и разнообразие числа других бактерий. Как защитную функцию можно рассматривать процессы взаимодействия иммунной системы и нормальной микробиоты с формированием толерантности микробиоты и организма человека.

Аналогичные функции выполняет нормальная микрофлора и на других участках. Кожа дыхательные пути, урогенитальный тракт и пр. имеют свой состав микрофлоры, который активно участвуют в формировании мукозального иммунитета.

В отличии от нормальной микробиоты организм человека постоянно соприкасается с микроорганизмами (рис. 8), способными вызывать заболевания при естественных для данного микроба условиях заражения (патогены, возбудители). Они имеют структуры, ферментативные системы и другие факторы способные преодолевать защитные факторы организма и прежде всего мукозальный иммунитет. Развитие заболевания, вызванное микроорганизмами, происходит за счет прямого воздействия на клетки организма человека, и/или производством эндотоксинов, которые повреждают клетки организма, и/или за счет сильной стимуляции иммунного ответа, приводящий к повреждению клеток и тканей организма человека.

Все патогенные микроорганизмы имеют молекулярные структуры, отсутствующие в организме человека. PAMP (Pathogen-associated molecular patterns (образы патогенности) чужеродные структуры патогенов). Это пептидогликаны, ЛПС (липополисахариды), липопротеины, липотейхоевая и тейхоевая кислоты, флагеллин, нуклеиновые кислоты вирусов и бактерий, вирусные белки и др. являющиеся составными частями микроорганизма.

Рис. 8. Патогены.
Рис. 8. Патогены.

Помимо патогенов иммунная система распознает и нейтрализует молекулярные структуры, связанные с повреждением собственных тканей — DAMP (danger-associated molecular patterns (образы опасности), эндогенные вещества клеток (белки теплового шока, белки S100, фибриллы амилоида-ß, дефенсины, кателицидины, галектины, аннексины, тимозины, цитокины (ИЛ-1α и ИЛ-33), хроматин-связанный белок HMGB1 , мочевая кислота и др.), образуемые при повреждении клеток и клеточном стрессе).

Помимо PAMP и DAMP, которые могут распознаваться разными рецепторами, иммунная система способна распознавать и индивидуально формировать рецепторы (иммуноглобулиновые и/или специальные Т-клеточные рецепторы совместно с молекулами MHC II-класса) к генетически чужеродным молекулярным структурам – антигенам (АГ). Это длительный сложный процесс, зависящий от многих факторов, но способный обеспечить распознавание молекулярной структуры любой природы. Принято выделять экзогенные и эндогенные АГ. Экзогенные АГ инфекционные и паразитарные молекулярные структуры вирусов, риккетсий, бактерий, грибов, одно- и многоклеточных паразитов и неинфекционные чужеродные белки; белоксодержащие соединения; антигены и гаптены в составе пыли, пищевых продуктов, пыльцы растений, ряда лекарственных средств перерабатываемые антигенпредставляющими клетками с презентацией АГ. Подобные реакции могут запускать и собственные структуры организма распознанные как чужеродные (повреждённые белки и содержащие белок собственные клетки, неклеточные структуры и жидкости организма, при конъюгации с ними гаптенов, в результате мутаций, приводящих к синтезу аномальных белков, при сбоях иммунной системы).

Процесс взаимодействия между патогенными молекулами и иммунной системой происходит по рецепторному типу. В качестве лиганда выступает АГ, который образует комплекс с клеточным рецептором, отвечающим за обнаружение такого лиганда. После чего в клетке происходят серия биохимических реакций, инициируемых стимулом (первый мессенджер), передаваемым внутрь клетки через вторичные мессенджеры, которые усиливают сигнал и направляют его эффекторным молекулам, заставляя клетку реагировать на первоначальный стимул в виде биохимических, физиологических или фармакологических эффектов (рис. 9).

Рис. 9. Передача сигнала
Рис. 9. Передача сигнала

Выделяют рецепторы врожденной иммунной системы (табл. 6) и рецепторы адаптивного иммунитета (табл. 7). Рецепторы врожденного иммунитета одинаковы у разных людей, ограничены по количеству и разнообразию, напротив рецепторы адаптивного иммунитета генерируемые при сборки имеют большого количество рецепторов используя случайные комбинации генов.

Рецепторы врожденной иммунной системы

Таблица 6
Таблица 6

Рецепторы врожденной иммунной системы

Таблица 7
Таблица 7
вверх

Заказать обратный звонок