В настоящее время доказано, что иммунный ответ на инфекционные агенты (бактерии, вирусы) целиком зависит от взаимодействия клеток иммунной системы с типовыми структурными компонентами (или образами) микроорганизмов.
По своему молекулярному строению эти компоненты являются сходными у больших групп как патогенных, так и непатогенных микробов. Они получили название “Молекулярные образы патогенов” (МОП, или англ. PAMP – pathogen-associated molecular patterns").
В свою очередь, система иммунитета распознает эти образы при помощи нескольких групп специализированных рецепторов. Данные рецепторы являются филогенетически древними, их структура является сходной у организмов различных видов, находящихся на разных этапах эволюционного развития.
Они получили общее название «образ-распознающих рецепторов – ОРР» (англ. – pattern-recognizing receptors, PRR).
Впервые подобные рецепторы были обнаружены при изучении развития организма мушки дрозофилы. Они были названы Toll-рецепторами. У дрозофилы Toll-рецепторы отвечают за дифференцировку тканей и органов. Кроме того, оказалось, что они принимают участие в защите от инфекций (например, грибковых).
Далее было показано, что сходные рецепторы имеются у высших организмов, в том числе у человека. По аналогии они получили название Toll-подобных рецепторов – Toll-like receptors, TLR. Сравнительно недавно были обнаружены и другие группы рецепторов, участвующие в распознавании образов патогенов
Группа Toll-like рецепторов (TLR).
У человека в настоящее время описано более различных 10 ТЛР. Они экспрессированы на многих клетках системы иммунитета. Наиболее важные функции они выполняют в системе антигенпредставляющих клеток (АПК) – дендритных клетках, макрофагах, клетках Лангерганса и т.д.
TLR-1 связывает липопептиды различных групп бактерий.
TLR-2 взаимодействует со многими структурными образами патогенных микробов – липотейхоевыми кислотами большинства грамположительных бактерий, липопротеинами боррелий и трепонем (включая возбудителя сифилиса), липопротеинами микобактерий туберкулеза, компонентами клеточных стенок нейссерий, листерий, грибов.
TLR-3 связывается с двухцепочечной РНК, что является важным для эффективного противовирусного иммунитета.
TLR-4 реагирует с ЛПС грамотрицательных бактерий (например, энтеробактериями), а также с белками теплового шока.
TLR-5 взаимодействует с бактериальным флагеллином (Н-антигеном бактерий).
TLR-9 связывается с бактериальными ДНК.
Другие группы образ-распознающих рецепторов.
К настоящему времени описаны новые типы рецепторов (NOD и RP), действующие аналогично рецепторам системы TLR.
Все Toll-like рецепторы играют важнейшую роль в естественном антимикробном иммунитете.
Основной функцией системы TLR является активация клеток иммунной системы после контакта с патогенным биологическим агентом. В частности, связывание структурных образов микробов Toll-подобными рецепторами на антигенпредставляющих дендритных клетках ведет к резкому усилению экспрессии костимуляторных молекул. Появление костимуляторных молекул обеспечивает активацию антигенспецифических Т лимфоцитов и их дальнейшую пролиферацию и дифференцировку. Без костимуляции Т клетки, наоборот, переходят в состояние неотвечаемости (анергии) к данному антигену.
Кроме того, взаимодействие образов патогенов с различными TLR ведет к перенаправлению иммунного ответа либо по клеточному, либо по гуморальному пути. Это связано с тем, что активация АПК через разные TLR ведет к продукции комплекса цитокинов, обладающих противоположным действием.
В свою очередь, разный цитокиновый профиль стимулирует превращение Тх0 либо в Тх1, либо в Тх2. Активация Тх1 приводит к развитию клеточного воспаления, Тх2 направляют иммунный ответ по гуморальному пути, обеспечивая синтез антител.
В частности, активация иммунного ответа через TLR-2 приводит к увеличению синтеза ИЛ-4 и ИЛ-10 с одновременным подавлением синтеза гамма-интерферона. Это обеспечивает активацию Тх2 и последующую продукцию антител с одновременным торможением клеточного воспаления.
Наоборот, активация посредством TLR-4 ведет к образованию Тх1 и продукции провоспалительных цитокинов (ИЛ-1, 2, 12, всех типов интерферонов, ФНО альфа).
Антигенпредставляющие клетки, их функции.
Антигенпредставляющие клетки (АПК) – это гетерогенная популяция лейкоцитов с весьма выраженной иммуностимулирующей активностью. Большая часть АПК обеспечивает активацию Т-хелперов, некоторые взаимодействуют с другими клетками иммунной системы.
Главную роль в системе АПК играют дендритные клетки (ДК). Они возникают из костно-мозговых миелоидных и моноцитарных предшественников под влиянием ГМ-КСФ, ФНОa, ИЛ-3.
АПК локализованы преимущественно в коже, лимфатических узлах, селезенке, эпителиальном и субэпителиальном слоях большинства слизистых оболочек и в тимусе. Относящиеся к ним клетки Лангерганса из кожи и других эпителиальных тканей мигрируют клеток по афферентным лимфатическим сосудам в паракортикальные области регионарных лимфоузлов. Там они взаимодействуют с Т-хелперами, представляя для них антиген (интердигитальные ДК). Такая миграция обеспечивает эффективный механизм доставки антигенов из кожи и слизистых оболочек к Тх-клеткам лимфоузлов.
Фолликулярные дендритные клетки (ФДК), презентирующие антигены В-клеткам, содержатся в первичных и вторичных фолликулах В-клеточных областей лимфоузлов, селезенки и лимфоидной ткани слизистых.
Свойства ДК:
– связывание, переработка и презентация белковых и липогликопротеиновых антигенов CD4 Тх, CD8 Т-клеткам (интердигитальные ДК) и В-лимфоцитам (фолликулярные ДК);
– секреция и выделение цитокинов, хемокинов, привлекающих и активирующих другие лейкоциты;
– индукция аутотолерантности Т-лимфоцитов в тимусе и периферических органах;
– участие в развитии аллергических и аутоаллергических (аутоиммунных) реакциях при патологической активации;
– участие в противоопухолевом иммунитете;
– удаление апоптозных клеток.
Система мононуклеарных фагоцитов, функции.
Эта система объединяет моноциты крови и различные макрофаги (купферовские клетки печени – звездчатые эндотелиоциты, альвеолярные макрофаги, мезангиальные макрофаги, макрофаги соединительной ткани, астроциты глии, остеокласты). Созревают под влиянием гранулоцитарно-макрофагальных колониестимулирующих факторов (ГМ-КСФ), выделяемых Т-лимфоцитами, фибробластами и макрофагами.
Функции макрофагов
· фагоцитоз;
· распознавание, переработка (процессинг) и представление (презентация) антигенов;
· секреция медиаторов системы иммунитета (монокинов).
Фагоцитоз: стадии, механизмы, виды.
Фагоцитоз.
Процесс фагоцитоза происходит в несколько стадий.
Стадия хемотаксиса представляет собой целенаправленное движение макрофагов к объекту фагоцитоза (например, микробная клетка), который выделяет хемотаксические факторы (бактериальные компоненты, анафилатоксины, лимфокины и т.д.). Компоненты бактериальных клеток, продукты активации комплемента, например С5а, и локально выделяемые цитокины и хемокины привлекают фагоцитарные клетки в очаг инфекции и воспаления.
Стадия адгезии реализуется 2 механизмами: иммунным и неиммунным. Неиммунный фагоцитоз осуществляется за счет адсорбции антигена на поверхности макрофага при помощи различных молекул (например, лектинов). В иммунном фагоцитозе участвуют Fc-рецепторы макрофагов к иммуноглобулинам и C3b-компоненту комплемента. В одних случаях макрофаг несет на своей поверхности антитела, за счет которых прикрепляется к клетке-мишени. В других – с помощью Fс-рецептора он сорбирует уже образовавшийся иммунный комплекс. Антитела и факторы комплемента, усиливающие фагоцитоз, называют опсонинами.
Стадия эндоцитоза (поглощения).
При этом происходит инвагинация мембраны фагоцита и обволакивание объекта фагоцитоза псевдоподиями с образованием фагосомы. В дальнейшем фагосома сливается с лизосомами и образуется фаголизосома.
Стадия переваривания.
В эту стадию происходит активация многочисленных ферментов, разрушающих объект фагоцитоза.
Фагоцитарные клетки обладают разнообразными механизмами уничтожения микробов.
Главный из них – продукция активных форм кислорода (АФК) через активацию гексозомонофосфатного шунта.
При этом восстанавливается молекулярный кислород с образованием супероксидного анион-радикала ('O2), из которого образуются потенциально токсичные гидроксильные радикалы (-ОН), синглетный молекулярный кислород и H2O2. В нейтрофилах под действием миелопероксидазы (и каталазы, содержащейся в пероксисомах, из перекисей в присутствии галоидов образуются дополнительные токсичные оксиданты, например гипоиодит и гипохлорит (производные НOI и HClO).
Дополнительный бактерицидный механизм основан на образовании токсичного для бактерий и опухолевых клеток оксида азота NO.
Кроме того, в фагоцитах имеются катионные белки, обладающие антимикробным действием. Важную роль играют дефензины – богатые остатками цистеина и аргинина катионные пептиды. Они вызывают образование ионных каналов в мембране микробной клетки.
Другие антимикробные механизмы: после слияния лизосом содержимое фаголизосомы временно подщелачивается, после чего рН ее содержимого падает, т. е. происходит подкисление, необходимое для действия лизосомных ферментов. Hекоторые грамположительные бактерии чувствительны к действию фермента лизоцима.
Различают завершенный и незавершенный фагоцитоз. При завершенном фагоцитозе происходит полное переваривание и бактериальная клетка погибает. При незавершенном фагоцитозе микробные клетки остаются жизнеспособными. Это обеспечивается различными механизмами. Так, микобактерии туберкулеза и токсоплазмы препятствуют слиянию фагосом с лизосомами; гонококки, стафилококки и стрептококки могут быть устойчивыми к действию лизосомальных ферментов, риккетсии и хламидии могут долго персистировать в цитоплазме вне фаголизосомы.
Последняя стадия фагоцитоза – удаление непереваренных фрагментовбактерий и других объектов фагоцитоза.