Содержание

Лекция №3. Врожденный иммунитет. Клеточные факторы врожденного иммунитета




СЛАЙД 1


Лекция №3. Врожденный иммунитет. Клеточные факторы врожденного иммунитета


Содержание

1. Типы белых клеток крови. Миелоидные клетки (нейтрофилы, эозинофилы, тучные клетки, базофилы, моноциты, макрофаги, дендритные клетки)

2. Происхождение белых клеток крови

3. Длительность жизни белых клеток крови.

4. Нейтрофилы и макрофаги

5. Ретикулоэндотелиальная система.

Молекулы адгезии (селектины, интегрины)


Хемотаксические факторы (Хемокины)

8. Воспаление

9. Эффекты воспаления. Макрофаги и нейтрофилы при воспалении

10. Нейтрофилия. Защитные механизмы воспаления

11. Образование гноя.

12. Эозинофилы

13. Базофилы. Тучные клетки

14. Дендритные клетки

15. Естественные киллеры Т-лимфоциты. Взаимодействие естественных киллеров и дендритных клеток

Фагоцитоз. Механизмы и значение фагоцитоза

 

СЛАЙД 2


Типы белых клеток крови.

В норме в крови присутствуют шесть типов белых клеток крови:

Полиморфноядерные нейтрофилы,


Полиморфноядерные эозинофилы,


Полиморфноядерные базофилы,


Моноциты,


Лимфоциты


Плазматические клетки.

Кроме того, существует большое количество тромбоцитов, представляющих фрагменты клеток другого типа — мегакариоцитов, которые, подобно лейкоцитам, обнаруживают в костном мозге.

Первые три типа клеток имеют зернистость, поэтому их называют гранулоцитами или, согласно клинической терминологии, полиморфноядерными клетками из-за многочисленных ядер.

 

Гранулоциты и моноциты защищают организм от внедряющихся агентов, главным образом путем их поглощения, т.е. фагоцитоза. Лимфоциты и плазматические клетки функционируют в основном в связи с иммунной системой. Наконец, специфической функцией тромбоцитов является активация механизма свертывания крови.

Концентрации разных типов лейкоцитов в крови. Взрослый человек имеет около 7000 белых клеток крови на микролитр крови (сравните с 5 млн красных клеток крови). По отношению к общему количеству лейкоцитов нормальное процентное содержание разных их типов приблизительно следующее.



Количество тромбоцитов, которые являются лишь фрагментами клеток, в каждом микролитре крови в норме — около 300000.

СЛАЙД 3


СЛАЙД 4


Длительность жизни белых клеток крови. Нейтрофилы и макрофаги

Жизнь гранулоцитов после их выделения из костного мозга в норме продолжается 4-8 ч в циркулирующей крови и еще 4-5 сут в тканях, которые в них нуждаются. Во время тяжелой тканевой инфекции этот общий срок жизни часто укорачивается до нескольких часов, поскольку гранулоциты поступают еще быстрее в инфицированную область, выполняют свои функции и в процессе этого саморазрушаются.

Моноциты тоже имеют короткий транзитный период, находясь в крови 10-20 ч, затем выходят через мембраны капилляров в ткани. В тканях размер моноцитов значительно увеличивается, они становятся тканевыми макрофагами, и в такой форме могут жить месяцами до тех пор, пока не разрушатся во время выполнения фагоцитарной функции. Тканевые макрофаги составляют основу тканевой макрофагальной системы, которая обеспечивает постоянную защиту против инфекции, что подробно обсуждается далее.

Лимфоциты постоянно поступают в систему кровообращения вместе с дренажом лимфы из лимфатических узлов и другой лимфоидной ткани. Через несколько часов они выходят из крови в ткани путем диапедеза. Затем лимфоциты вновь входят в лимфу и опять возвращаются в кровь; так происходит постоянная циркуляция лимфоцитов в теле. Срок жизни лимфоцитов составляет недели или месяцы в зависимости от потребности организма в этих клетках.

Тромбоциты в крови заменяются примерно каждые 10 сут; другими словами, каждые сутки формируются примерно 30000 пластинок на каждый микролитр крови.

 

СЛАЙД 5

 

Нейтрофилы и макрофаги

Именно нейтрофилы и тканевые макрофаги в основном атакуют и разрушают внедрившиеся бактерии, вирусы и другие вредоносные агенты.

Нейтрофилы— зрелые клетки, способные атаковать и разрушать бактерии даже в циркулирующей крови. Наоборот, тканевые макрофаги начинают жизнь как моноциты крови и, пока они находятся в крови, являются незрелыми клетками с низкой способностью к борьбе с инфекционными агентами. Однако сразу после выхода в ткани моноциты начинают разбухать, иногда увеличиваясь в диаметре в 5 раз до размера, видимого невооруженным глазом — 60-80 мкм. Теперь эти клетки называют макрофагами, и они обладают очень высокой способностью бороться с внутритканевыми болезнетворными агентами.




Белые клетки крови выходят в тканевые пространства путем диапедеза. Нейтрофилы и моноциты могут протискиваться через поры кровеносных капилляров путем диапедеза. Это значит, что даже если пора гораздо меньше размера клетки, небольшая часть клетки вдвигается в нее и моментально сжимается до размера поры.

Белые клетки крови продвигаются через тканевые пространства амебоидными движениями. И нейтрофилы, и макрофаги могут двигаться через ткани амебоидными движениями. Некоторые клетки двигаются со скоростью, достигающей 40 мкм/мин, т.е. каждую минуту перемещаются на расстояние, равное их собственной длине.

Белые клетки крови притягиваются к области воспаления путем хемотаксиса. Многие химические вещества в тканях заставляют нейтрофилы и макрофаги двигаться по направлению к источнику химического агента. Этот феномен, показанный на рисунке, известен как хемотаксис. При воспалении ткани формируется, по крайней мере, дюжина разных продуктов, способных вызывать хемотаксис по направлению к воспаленной области. К таким веществам относят: (1) некоторые из бактериальных или вирусных токсинов; (2) продукты дегенерации самих воспаленных тканей; (3) некоторые продукты реакции системы комплемента, активируемой в воспаленных тканях; (4) некоторые продукты взаимодействия, возникающие при свертывании плазмы в воспаленной области, и другие вещества.

Хемотаксис зависит от градиента концентрации хемотаксического вещества. Самая высокая концентрация — около источника, который управляет однонаправленным движением белых клеток крови. Хемотаксис эффективен на расстоянии до 100 мкм от воспаленной ткани. Следовательно, поскольку практически нет тканевой области, расположенной на расстоянии больше 50 мкм от капилляра, хемотаксический сигнал может легко перемещать массы лейкоцитов из капилляров в воспаленную область.

 

 

СЛАЙД 7


СЛАЙД 8


Воспаление

При повреждении ткани независимо от его причины (бактерии, травма, химические агенты, тепло или любое другое явление) выделяется множество веществ, вызывающих существенные вторичные изменения в окружающих неповрежденных тканях. Весь комплекс этих тканевых изменений называют воспалением.

Воспаление характеризуется:

(1) расширением местных кровеносных сосудов с последующим избыточным местным кровотоком;

(2) увеличением проницаемости капилляров, что способствует утечке большого количества жидкости в интерстициальное пространство;

(3) часто — свертыванием жидкости в интерстициальном пространстве в связи с избытком фибриногена и других белков, вытекающих из капилляров;

(4) миграцией большого числа гранулоцитов и моноцитов в ткани;

(5) отеком тканевых клеток.

К тканевым продуктам, вызывающим эти реакции, относятся гистамин, брадикинин, серотонин, простагландины, несколько разных продуктов реакции системы комплемента, продукты реакции свертывающей системы крови и множество веществ, называемых лимфокинами, которые выделяются активированными Т-клетками (частью иммунной системы). Некоторые из этих веществ мощно активируют макрофагальную систему, и в течение нескольких часов макрофаги начинают уничтожать поврежденные ткани. Но иногда макрофаги повреждают еще живые тканевые клетки.

 

СЛАЙД 9


СЛАЙД 10


СЛАЙД 11


Образование гноя.

Когда нейтрофилы и макрофаги поглощают большое количество бактерий и некротической ткани, практически все нейтрофилы и многие (но не большинство) макрофаги погибают.

Через несколько дней в воспаленной ткани часто формируется полость, содержащая различные части некротизированной ткани, погибшие нейтрофилы и макрофаги, а также тканевую жидкость. Эту смесь обычно называют гноем.

После прекращения инфекционного процесса мертвые клетки и некротическая ткань в гное постепенно, в течение нескольких дней растворяются, а конечные продукты в итоге всасываются в окружающие ткани и лимфу до тех пор, пока большинство признаков повреждения ткани не исчезнут.

 

СЛАЙД 11


Эозинофилы

В норме эозинофилы составляют около 2% всех лейкоцитов крови. Эозинофилы — слабые фагоциты и способны к хемотаксису, но в отличие от нейтрофилов значение эозинофилов в защите против обычных типов инфицирования сомнительно.

Однако у людей с паразитарными инфекциями часто образуется большое число эозинофилов, которые мигрируют в ткани, пораженные паразитами. Хотя большинство паразитов слишком велики, чтобы их могли поглотить эозинофилы или любые другие клетки-фагоциты, эозинофилы способны прикрепляться к паразитам с помощью специфических поверхностных молекул и выделять вещества, губительные для многих из них. Например, одной из наиболее распространенных паразитарных инфекций является шистосомоз, которым страдает треть населения в некоторых развивающихся странах. Паразит, вызывающий эту инфекцию, может проникать в любую часть тела.

Эозинофилы прикрепляются к незрелым формам паразитов и уничтожают многих из них несколькими способами: (1) выделением гидролитических ферментов из гранул, представляющих собой модифицированные лизосомы; (2) выделением высокореактивных форм кислорода, особенно губительных для паразитов; (3) выделением из гранул полипептида, убивающего личинки, который называют главным основным белком.

В некоторых районах мира эозинофилию вызывает другое паразитарное заболевание — трихинеллез. Оно возникает в результате проникновения в мышцы тела паразита трихинеллы (Trichinella, или «свиной червь») после того, как человек съедает плохо проваренную свинину.

Эозинофилы обычно собираются также в тканях, где осуществляются аллергические реакции, например в перибронхиальных тканях легких у людей с астмой и в коже после аллергических кожных реакций. Частично это связано с фактом участия в аллергических реакциях многих тучных клеток и базофилов, которые мы обсудим в следующем разделе. Тучные клетки и базофилы выделяют эозинофилъный хемотаксический фактора заставляющий эозинофилы мигрировать по направлению к ткани, воспаленной в связи с аллергической реакцией.

Полагают, что эозинофилы нейтрализуют некоторые из вызывающих воспаление веществ, выделяемых тучными клетками и базофилами и, вероятно, фагоцитируют и разрушают комплексы аллерген-антитело, предупреждая чрезмерное распространение местного воспалительного процесса.

 

СЛАЙД 12


Базофилы. Тучные клетки

Базофилы циркулирующей крови похожи на большие тканевые тучные клетки, локализованные непосредственно снаружи капилляров. И тучные клетки, и базофилы высвобождают в кровь гепарин — вещество, способное предупреждать свертывание крови.

Эти клетки выделяют также гистамин и небольшое количество брадикинина и серотонина. В воспаленных тканях именно тучные клетки в основном высвобождают эти вещества.

Тучные клетки и базофилы играют чрезвычайно важную роль в некоторых типах аллергических реакций, поскольку вызывающий эти реакции особый тип антител — иммуноглобулин Е (IgE) — имеет специфическую способность прикрепляться к тучным клеткам и базофилам. Когда впоследствии специфический антиген реагирует со специфическим IgE антителом, возникающее в результате прикрепление антигена к антителу заставляет тучную клетку или базофил разрываться и выделять очень большие количества гистамина, брадикинина, серотонина, гепарина, медленно действующей анафилактической субстанции и ряда лизосомальных ферментов.

Они вызывают локальные сосудистые и тканевые реакции, лежащие в основе большинства аллергических реакций.

 

СЛАЙД 13

Молекулы адгезии (селектины, интегрины)

Молекулам адгезии принадлежит основополагающая роль в формировании многоклеточного организма, поскольку они служат главными факторами контакта между клетками, а также участвуют в их перемещении.

Молекулы адгезии формируют несколько достаточно консервативных семейств. У млекопитающих известно 4 группы молекул адгезии — селектины, интегрины, молекулы суперсемейства иммуноглобулинов (IgSF) и кадхерины.

Для осуществления миграции и взаимодействия миелоидных клеток важны представители трех первых групп.

Селектины— тканевые лектины, обладающие сродством к концевым остаткам маннозы и фрукозы. Известно три варианта селектинов: P (от Platelet — тромбоцитарный), E (от Endothelial — эндотелиальный) и L (от Lymphocyte — лимфоцитарный).

Селектины — трансмембранные белки.

Р-селектин участвует в активации тромбоцитов и ранних этапах

Е-селектин — основной селектин клеток эндотелия сосудов.

Под влиянием активирующих воздействий (особенно провоспалительных цитокинов) Е-селектин экспрессируется на поверхности клеток и играет ведущую роль на ранних этапах эмигра- ции лейкоцитов из сосудистого русла.

В отличие от двух вышеназванных, L-селектин присутствует не на эндотелиальных клетках, а на лейкоцитах. Он спонтанно экспрессируется на поверхности нейтрофилов, моноцитов и лимфоцитов и обеспечивает осуществление начального этапа миграции этих клеток — этапа перекатывания.

Интегрины — наиболее важные и полифункциональные молекулы адге- зии.

Интегрины соединяют внутреннюю и внешнюю среду клетки, проводя сигналы как изнутри клетки наружу, так и наоборот — из внеклеточной среды внутрь клетки. Внутриклеточная часть интегринов связана с компонентами цитоскелета, что определяет многие функции этих молекул

Интегрины — трансмембранные гетеродимеры. Полипептидные цепи интегринов (α и β) соединены нековалентно. К настоящему времени известно 24 варианта интегринов, представляющих собой комбинации из 18 вариантов α- и 8 вариантов β-цепей.

Наибольший интерес для иммунологии представляют интег- рины семейств β1 и β2, присутствующие на поверхности иммуноцитов. Интегрины задействованы в различных реакциях, связанных с участием этих клеток в иммунных процессах: эмиграции лейкоцитов из кровотока и поступлении их в очаг воспаления, взаимодействии с клетками-мишенями, формировании иммунного синапса и т.д. β1-Интегрины (молекулы группы VLA) взаимодействуют с компонен- тами межклеточного матрикса (фибронектином, ламинином, коллагеном, фибриногеном) и мембранным рецептором VCAM-1 (СD106). Наиболее важную роль в физиологии нейтрофилов играет интегрин VLA-5, для моноцитов/макрофагов и лимфоцитов наиболее важен интегрин VLA-4, отсутствующий на нейтрофилах. β2-Интегрины (иногда называемые LeuCAM) представлены на поверхности лейкоцитов. Основной интегрин лимфоцитов LFA-1, присутствующий на всех разновидностях этих клеток, представлен и на поверхности моноцитов и макрофагов. Интегрин Мас-1 наиболее характерен для макрофагов (что отражено в его названии), но его выявляют и на других миелоидных и NK-клетках, а также перитонеальных В-лимфоцитах. Третий интегрин этой группы — p150/р95 — маркер дендритных клеток, но также представлен на других клетках миелоидного ряда.

 

СЛАЙД 14

Хемотаксические факторы (Хемокины)

Важнейшее условие участия миелоидных клеток в реакциях врожденного иммунитета — хемотаксис — направленное движение клеток, определяемое градиентом химических факторов (хемоаттрактантов).

Хемотаксис следует отличать от хемокинеза — ненаправленного усиления подвижности клеток под влиянием химических агентов. При реализации врожденного имму- нитета в виде воспалительной реакции хемотаксис определяет миграцию лейкоцитов из кровяного русла в очаг воспаления.

При воспалении и реакциях врожденного иммунитета в качестве хемо- аттрактантов выступают разные вещества, образующиеся в очаге воспале- ния. Прежде всего это продукты, выделяемые самими микроорганизмами. Наиболее известен пептид N-формил-метионил-лейцил-фенилаланил (fMLP) и его аналоги, обладающие очень сильным хемотаксическим действием. Этот пептид участвует в инициации синтеза белка у бактерий. Он отсутствует в эукариотических клетках и его появление служит сигналом бактериальной инфекции, фактически выступая в качестве PAMP. Миелоидные клетки (нейтрофилы, моноциты, макрофаги) имеют мембранные рецепторы для этого пептида — FPR (Formyl-peptide receptor) и FPLR (Formyl peptide-like receptor). Синтетический пептид fMLP широко применяют для моделирования хемотаксиса, обусловленного бактериальными продуктами. FPR и FPLR относят к семейству родопсиноподобных рецепторов, 7 раз пронизывающих мембрану .

Хемотаксическим действием обладают многие другие молекулы, образую- щиеся в очаге воспаления, а также продукты расщепления факторов сверты- вания крови и фибринолиза ( тромбин, фибрин), нейропептиды, фрагменты иммуноглобулинов, пентраксины (С-реативный белок , сывороточный ами- лоид), фактор агрегации тромбоцитов — PAF (Platelet aggregation factor) и т.д. Ряд цитокинов (особенно провоспалительных) также оказывает на лейкоци- ты хемотаксическое действие.

Хемокины (от Chemotactic cytokines) были открыты в конце 80-х годов про- шлого столетия. Они составляют обширную группу цитокинов, объединен- ную сходным строением и способностью распознавать родопсиноподобные рецепторы.

Хемокины — полипептиды. Помимо сек- ретируемых, выделяют мембранные формы молекул хемокинов (например, фракталкин), выступающие также в роли молекул адгезии. Обычно хемо- кины присутствуют в биологических жидкостях в форме димеров, реже — тетрамеров. Четвертичная структура димеров существенно различается для хемокинов двух основных групп.

Хемокины способны формировать не только CC:хемокин CCL2 (MCP:1) CXC:хемокин СXCL8 (IL:8). Функционально важное свойство хемокинов — их способность взаимодействовать с глюкозаминогликанами ( гепарин, хондро- итинсульфат и др.) на поверхности клеток или в межклеточном матриксе. Иммобилизация хемокинов в тканях важна для создания их градиента, необ- ходимого для направленного движения клеток.

По функциональной роли выделяют: гомеостатические хемокины; провоспалительные хемокины. Гомеостатические хемокины отвечают за распределение клеток (прежде всего лимфоцитов) по лимфоидным органам. Остальные хемокины (подавляющее большинство) относят к группе провоспалительных, поскольку они отве- чают за активацию клеток и привлечение их в очаг воспаления. Хемокины этих групп различаются условиями синтеза и секреции: гомеостатические цитокины секретируются постоянно, обычно стромальными и эндотелиальными.

 

СЛАЙД 15


Дендритные клетки

Впервые дендритные клетки были описаны Лангергансом в 1868 г., в связи с чем впоследствии они стали известны как клетки Лангерганса. Однако сам автор считал их чувствительными нейронами. Фундамент современных представлений о ДК, как клетках иммунной системы, заложили американские ученые Штайман и Кон, и коллеги в 1970-е гг., открывшие и охарактеризовавшие ДК в лимфоидных органах мышей.

В 1985 г. показана принадлежность клеток Лангерганса к ДК. 1990-е гг. характеризуются определением характеристики различных линий ДК и путей их дифференцировки, установлением роли ДК в регуляции клеточного, гуморального адаптивного ответа, началом изучения роли ДК в патогенезе инфекционных и онкологических заболеваний человека.

Подобно другим клеткам иммунной системы, предшественниками ДК являются гематопоэтические стволовые клетки костного мозга. FLT-3 лиганд и GM-CSF являются ключевыми ростовыми и дифференциро-вочными факторами in vivo.

В процессе гематопоэза стволовые клетки, несущие молекулы CD34′, дают начало двум типам прекурсорных ДК (пpe-DCs) — моноцитов (пре-DC1) и плазмацитоидных клеток (пpe-DC2), из которых формируются зрелые ДК. Данные предшественники составляют около 1% всех мононуклеарных клеток периферической и пуповинной крови, а также лимфоидных органов.

Лимфоидные дендритные клетки присутствуют в крови, лимфатических узлах, селезенке и тимусе. Судьба лимфоидных ДК, поступающих в Т-клеточные области лимфоузлов из крови, неизвестна. В тимусе лимфоидные ДК принимают участие в процессе отрицательной селекции, то есть отвечают за элиминацию Т-клеток, реагирующих на собственные антигены.

Незрелые дендритные клетки и их предшественники избирательно реагируют на патогены. В отличие от миелоидных пре-ДК плазмацитоидные пре-ДК заселяют преимущественно Т-клеточные зоны вторичных лимфоидных органов, а в нелимфоидных практически отсутствуют Незрелые ДК и их предшественники (пpe-DCs) вовлекаются во врожденное распознавание микробов, в то время как пре-DCsl (предшественники миелоидных ДК) фагоцитируют и вызывают киллинг различных бактерий и грибков. Пpe-DCs2 (предшественники лимфоидных ДК) играют главную роль в раннем антивирусном иммунном ответе, продуцируя IFN-a и В. Эти клетки были названы натуральными интерферонпродуцирую-щими клетками (NIPCs).

Плазмацитоидные дендритные клетки участвуют в В-клеточном ответе на вирусы: после их элиминации из культур МЛПК уровень продукции антител резко падает. За счет секреции интерферонов I типа лимфоидные ДК стимулируют пролиферацию плазмобластов, а проведение сигналов с TLRs ДК способствует выработке ими IL-6 и индукции синтеза специфических антител В-клетками.

При аллергических реакциях и некоторых видах хронического воспаления пpe-DCs привлекаются как в пораженные нелимфоидные ткани, так и в реактивно измененные регионарные лимфатические узлы; они инфильтрируют также опухолевую ткань при некоторых злокачественных новообразованиях.

 

СЛАЙД 16


СЛАЙД 17


СЛАЙД 18

Фагоцитоз, осуществляемый нейтрофилами. Нейтрофилы, входящие в ткани, являются уже зрелыми клетками, способными к немедленному фагоцитозу. При встрече с частицей, которая должна быть фагоцитирована, нейтрофил сначала прикрепляется к ней, а затем выпускает псевдоподии во всех направлениях вокруг частицы. На противоположной стороне частицы псевдоподии встречаются и сливаются друг с другом. При этом образуется замкнутая камера, содержащая фагоцитируемую частицу. Затем камера погружается в цитоплазматическую полость и отрывается от наружной стороны клеточной мембраны, формируя свободно плавающий фагоцитарный пузырек (также называемый фагосомои) внутри цитоплазмы. Один нейтрофил обычно может фагоцитировать от 3 до 20 бактерий, прежде чем он сам инактивируется или погибает.

Фагоцитоз, осуществляемый макрофагами. Макрофаги представляют собой конечную стадию развития моноцитов, входящих в ткани из крови. При активации иммунной системой они становятся гораздо более мощными фагоцитами, чем нейтрофилы, и часто могут фагоцитировать до 100 бактерий. Макрофаги также способны поглощать гораздо более крупные частицы, даже целые эритроциты и иногда малярийных паразитов, тогда как нейтрофилы не могут фагоцитировать частички, размер которых значительно превышает размер бактерии. Кроме того, макрофаги могут выталкивать конечные продукты и часто живут и функционируют в течение многих месяцев.

Сразу после фагоцитирования большинство частиц перевариваются внутриклеточными ферментами. После фагоцитирования инородной частицы лизосомы и другие цитоплазматические гранулы нейтрофила или макрофага немедленно вступают в контакт с фагоцитарным пузырьком, их мембраны сливаются, в результате в пузырек вбрасываются многие переваривающие ферменты и бактерицидные вещества. Таким образом, фагоцитарный пузырек теперь становится переваривающим пузырьком, и сразу начинается расщепление фагоцитированной частицы.

И нейтрофилы, и макрофаги содержат громадное количество лизосом, наполненных протеолитическими ферментами, особенно приспособленными для переваривания бактерий и других чужеродных белковых веществ. Лизосомы макрофагов (но не нейтрофилов) содержат также большое количество липаз, которые разрушают толстые липидные мембраны, покрывающие некоторые бактерии, например туберкулезную палочку.

И нейтрофилы, и макрофаги могут уничтожать бактерии. Кроме переваривания поглощенных бактерий в фагосомах нейтрофилы и макрофаги содержат бактерицидные агенты, уничтожающие большинство бактерий, даже если лизосомальные ферменты не могут их переварить. Это особенно важно, поскольку некоторые бактерии имеют защитные оболочки или другие факторы, предупреждающие их разрушение пищеварительными ферментами. Основная часть «убивающего» эффекта связана с действием некоторых мощных окислителей, образуемых в больших количествах ферментами мембраны фагосомы, или специфической органеллой, называемой пероксисомой. К этим окислителям относятся супероксид (О2), пероксид водорода (Н2О2) и гидроксилъные ионы (-ОН), каждый из них даже в небольших количествах смертелен для большинства бактерий. Кроме того, один из лизосомальных ферментов — миелопероксидаза — катализирует реакцию между Н2О2 и ионами Сl с образованием гипохлорита — мощного бактерицидного агента.

Однако некоторые бактерии, особенно туберкулезная палочка, имеют оболочки, устойчивые к лизосомальному перевариванию, и к тому же секретируют вещества, отчасти препятствующие «убивающим» эффектам нейтрофилов и макрофагов. Такие бактерии ответственны за многие хронические болезни, например туберкулез.

 

СЛАЙД 1


Лекция №3. Врожденный иммунитет. Клеточные факторы врожденного иммунитета


Содержание

1. Типы белых клеток крови. Миелоидные клетки (нейтрофилы, эозинофилы, тучные клетки, базофилы, моноциты, макрофаги, дендритные клетки)

2. Происхождение белых клеток крови

3. Длительность жизни белых клеток крови.

4. Нейтрофилы и макрофаги

5. Ретикулоэндотелиальная система.










14. Клеточные факторы врожденного иммунитета (макрофаги, нейтрофилы, естесственные киллеры, дендритные клетки, тучные клетки, базофилы, nk и др.).

Нейтрофилы
и макрофаги. 

Способностью
к эндоцитозу (поглощению частиц с
образованием внутриклеточной вакуоли)
обладают все эукариотические клетки.
Именно таким образом внутрь клеток
проникают многие патогенные микроорганизмы.
Однако в большинстве инфицированных
клеток отсутствуют механизмы (либо они
слабы), обеспечивающие деструкцию
патогена.

Нейтрофилы
и мононуклеарные фагоциты имеют общее
миелоидное происхождение из стволовой
кроветворной клетки. Однако эти клетки
различаются рядом свойств.

Нейтрофилы
— наиболее многочисленная и подвижная
популяция фагоцитов, созревание которых
начинается и заканчивается в костном
мозгу. Около 70% всех нейтрофилов
сохраняется в виде резерва в костно-мозговых
депо, откуда они под влиянием соответствующих
стимулов (провоспалительных цитокинов,
продуктов микробного происхождения,
С5а-компонента комплемента,
колониестимулирующих факторов,
кортикостероидов, катехоламинов) могут
экстренно перемещаться через кровь в
очаг тканевой деструкции и участвовать
в развитии острого воспалительного
ответа. Нейтрофилы — это «отряд быстрого
реагирования» в системе антимикробной
защиты.

Нейтрофилы
— короткоживущие клетки, продолжительность
их жизни около 15 сут. Из костного мозга
они выходят в кровоток уже зрелыми
клетками, утратившими способность к
дифференцированию и пролиферации. Из
крови нейтрофилы перемещаются в ткани,
в которых они либо гибнут, либо выходят
на поверхность слизистых оболочек, где
и заканчивают свой жизненный цикл.

Моноциты,
в отличие от нейтрофилов, — незрелые
клетки, которые, попадая в кровяное
русло и далее в ткани, созревают в
тканевые макрофаги (плевральные и
перитонеальные, купферовские клетки
печени, альвеолярные, интердигитальные
клетки лимфатических узлов, костного
мозга, остеокласты, микроглиоциты,
мезангиальные клетки почек, сертолиевы
клетки яичек, клетки Лангерганса и
Гринстейна кожи). Продолжительность
жизни мононуклеарных фагоцитов от 40 до
60 сут.

Макрофаги
— не очень быстрые клетки, но они рассеяны
во всех тканях, и, в отличие от нейтрофилов,
им нет необходимости в столь срочной
мобилизации. Если продолжить аналогию
с нейтрофилами, то макрофаги в системе
врожденного иммунитета — это «войска
специального назначения».

Важной
особенностью нейтрофилов и макрофагов
является наличие в их цитоплазме большого
количества лизосом.
Нейтрофилы
и макрофаги чутко реагируют на любые
изменения гомеостаза. Для этой цели они
оснащены богатым арсеналом рецепторов,
располагающихся на их цитоплазматической
мембране.

Основной
функцией нейтрофилов и макрофагов
является фагоцитоз.

Не
все микроорганизмы чувствительны к
бактерицидным системам фагоцитов.
Гонококки, стрептококки, микобактерии
и другие выживают после контакта с
фагоцитами, такой фагоцитоз называется
незавершенным.

Фагоциты,
помимо фагоцитоза (эндоцитоза), могут
осуществлять свои цитотоксические
реакции путем экзоцитоза — выделения
своих гранул наружу (дегрануляция) —
таким образом фагоциты осуществляют
внеклеточный киллинг. Нейтрофилы, в
отличие от макрофагов, способны
образовывать внеклеточные бактерицидные
ловушки — в процессе активации клетка
выбрасывает наружу нити ДНК, в которых
располагаются гранулы с бактерицидными
ферментами. Благодаря липкости ДНК
бактерии приклеиваются к ловушкам и
под действием фермента погибают.

Нейтрофилы
эффективны при инфекциях, вызванных
внеклеточными патогенами (гноеродные
кокки, энтеробактерии и др.), индуцирующими
развитие острого воспалительного
ответа. При таких инфекциях эффективна
кооперация нейтрофил-комплемент-антитело.
Макрофаги защищают от внутриклеточных
патогенов (микобактерии, риккетсии,
хламидии и др.), вызывающих развитие
хронического гранулематозного воспаления,
где главную роль играет кооперация
макрофаг-Т- лимфоцит.

Помимо
участия в антимикробной защите, фагоциты
участвуют в удалении из организма
отмирающих, старых клеток и продуктов
их распада, неорганических частиц
(уголь, минеральная пыль и др.). Фагоциты
(особенно макрофаги) являются
антигенпредставляющими, они обладают
секреторной функцией, синтезируют и
выделяют наружу широкий спектр
биологически активных соединений:
цитокины (интерлейкины-1, 6, 8, 12, фактор
некроза опухоли), простагландины,
лейкотриены, интерфероны α и γ. Благодаря
этим медиаторам фагоциты активно
участвуют в поддержании гомеостаза, в
процессах воспаления, в адаптивном
иммунном ответе, регенерации.

Эозинофилы относятся
к полиморфно-ядерным лейкоцитам. Они
отличаются от нейтрофилов тем, что
обладают слабой фагоцитарной активностью.
Эозинофилы поглощают некоторые бактерии,
но внутриклеточный киллинг у них менее
эффективен, чем у нейтрофилов.

Основная
функция эозинофилов заключается в
защите от крупных паразитов. После
активации эти клетки выделяют токсичные
продукты своих гранул, оказывающих
губительное действие на гельмины. К
таким продуктам относят: катионный
белок — РНКазу, пероксидазу эозинофилов;
главный основной белок эозинофилов —
основной компонент гранул, который
способен полимеризоваться в оболочке
паразита с образованием трансмембранных
пор, через которые внутрь мишени проникают
другие медиаторы.

Естественные
киллеры. Естественные
киллеры — большие лимфоцитоподобные
клетки, которые происходят из лимфоидных
предшественников. Они содержатся в
крови, тканях, особенно их много в печени,
слизистой оболочке репродуктивной
системы женщин, селезенке. Естественные
киллеры, как и фагоциты, содержат
лизосомы, но фагоцитарной активностью
не обладают.

Нейтрофилы (нейтрофильные лейкоциты): развитие, хемотаксис, нейтрофильное воспаление

Нейтрофилы — это относительно небольшие клетки крови диаметром 9-12 мкм. Несмотря на малые размеры, они являются профессиональными охотниками за микробами и первой линией защиты организма.

Нейтрофилы бедны митохондриями. Это свидетельствует о том, что окислительное фосфорилирование не является основным источником получаемой клеткой энергии. Вместе с тем в цитоплазме зрелых интактных нейтрофилов присутствуют запасы гликогена, которые позволяют клетке совершать достаточно большой объем работы за счет анаэробного гликолиза. Потребляемый кислород используется преимущественно при реализации бактерицидных эффектов.

Для сравнения: моноцит получает не менее половины своей энергии путем окислительного фосфорилирования.

 

Развитие нейтрофилов

Процесс дифференцировки нейтрофилов в костном мозге
Формирование нейтрофилов проходит в две фазы: митотическую и постмитотическую.
В делящихся клетках образуются азурофильные и специфические гранулы, содержащие биологически активные субстанции. Конденсация хроматина необратимо лишает нейтрофил способности к дальнейшей пролиферации. Ядро клетки подвергается сегментации

Жизненный цикл нейтрофила составляет приблизительно две недели. Причем, почти все это время он проводит в костном мозге. В его развитии выделяют две фазы:

  1. митотическую,
  2. постмитотическую.

 

Митотическая фаза

В митотическую фазу (ее продолжительность примерно 7,5 дня) клетка проходит несколько циклов деления. Сначала образуется миелобласт посредством дифференцировки стволовой клетки. Уже на следующей стадии (промиелоцит) формируются азурофильные гранулы, содержащие ферменты (миелопероксидазу, дефензины, эластазу). Эти гранулы еще называются «первичными», так как они образуются первыми. Позднее, на стадии миелоцита, появляются специфические гранулы, несущие лактоферрин и лизоцим. Они получили название вторичных. Разделение гранул на первичные и вторичные пришло из гистологии и с функциональных позиций довольно условно.

 

Постмитотическая фаза

В постмитотическую фазу (ее продолжительность около 6,5 дня) нейтрофил прекращает делиться.

 

Движение нейтрофила

Последовательные этапы проникновения нейтрофила за пределы сосудистого русла
Нейтрофил, катящийся по эндотелиальной выстилке сосуда (роллинг), прекращает свое движение и прилипает к клеткам эндотелия (адгезия). Затем он образует псевдоподию, которой расслаивает межклеточные контакты соседствующих эндотелиоцитов и, продолжая двигаться в тканевое пространство, «продавливает» ядро и цитоплазму в образовавшееся отверстие (диапедез)

Основная функция нейтрофила — защита организма от локальных бактериальных инфекций. Для ее реализации ему необходимо проникнуть из кровяного русла в ткань. Процесс тканевой мобилизации является комплексным, в нем участвуют как лейкоциты крови, так и клетки сосудистого эндотелия. Он включает несколько последовательных этапов:

  • роллинг,
  • адгезию,
  • диапедез.

Важно подчеркнуть, что контакт между нейтрофилами пристеночного пула и эндотелиоцитами осуществляется постоянно (в том числе и при отсутствии инфекционного процесса).

 

Роллинг

Маргинально расположенные нейтрофилы в норме находятся в состоянии качения — роллинга — в направлении движения крови. Образно говоря, они катятся, «как мячи по тротуарной плитке». Физиологический роллинг обусловлен присутствием на нейтрофилах маргинального пула лектиновых (способных связываться с углеводными структурами) адгезивных молекул, относящихся к группе селектинов. Это одноцепочечные трансмембранные протеины, имеющие в своем составе ряд внешних доменов и один внутренний (цитоплазматический) домен.

Схема строения селектина и β2-интегрина.
Селектины представлены одной полипептидной цепью, имеющей 1 пектиновый домен (взаимодействует с углеводами), 1 домен, подобный эпидермальному фактору роста (EGF), и комплементрегулирующие последовательности. β2-интегрины состоят из двух цепей: общей β2-цепи (CD18) и индивидуальной α-цепи; α-цепь содержит 1 домен, способный связываться с iCЗb-фрагментом комплемента

Селектины лейкоцитов называют L-селектинами. Они взаимодействуют с сиаломуцином (CD34), расположенным на поверхности эндотелиальных клеток. Возникающие контакты не только поддерживают роллинг, но и являются достаточными для противодействия движению крови (скорость кровотока выше линейной скорости катящегося нейтрофила).

 

Адгезия и диапедез

При развитии местной воспалительной реакции под влиянием локально образующихся провоспалительных агентов (TNF-α, IL-β, С5а-компонента комплемента, бактериального липополисахарида (LPS)) в прилегающих к очагу сосудах происходит активация эндотелиоцитов и нейтрофилов. Эндотелиальные клетки начинают экспрессировать на своих мембранах сначала Р-селектин, а затем Е-селектин и секретировать хемокин IL-8. В свою очередь IL-8, воздействуя на нейтрофилы маргинального пула, вызывает исчезновение с их поверхности L-селектина и индуцирует появление на мембранах лейкоцитов β2-интегрины — адгезивные молекулы. В отличие от селектинов, они представлены двумя полипептидными цепями:

  1. общей для семейства β2-цепью,
  2. индивидуальной α-цепью.

К настоящему времени известно 4 представителя β2-интегринов. Это:

  • LFA-1 (leukocyte function-associated molecule — молекула, ассоциированная с функцией лейкоцитов (CD11a/CD18),
  • клеточные рецепторы к iC3b-фрагменту комплемента:
    • CR3 (CD11b/CD18),
    • CR4 (CD11c/CD18),
  • лейкоинтегрин aDβ2 (CD11d/CD18)).

События, приводящие к вызванной воспалением мобилизации нейтрофилов, обычно разделяют на две фазы:

  1. селектинзависимую,
  2. интегринзависимую.

Первая селектинзависимая фаза (или фаза усиления роллинга) обусловлена экспрессией на эндотелиоцитах P- и E-селектинов. P-селектин имеет на поверхности нейтрофила свой лиганд — PSGL-1 (P-selectin glycoprotein specific ligand — специфический гликопротеиновый лиганд для P-селектина (CD162)). Кроме того, и P-селектин, и E-селектин активно взаимодействуют с мембранными углеводами нейтрофила, содержащими Lewis a и Lewis b. P-селектин связывается преимущественно с gp150-Lewis X (CD15), а E-селектин — с sialo-Lewis X.

Рецепторные взаимодействия, реализуемые при физиологическом роллинге и в селектинзависимую фазу воспалительной мобилизации нейтрофилов
Физиологический роллинг обусловлен взаимодействием между экспрессированными на мембране нейтрофила молекулами L-селехтина и сиаломуцином (CD34), присутствующим на поверхности эндотелиальных клеток.
Развитие воспалительной реакции сопровождается экспрессией Р- и Е-селектинов на мембранах эндотелиоцитов. которые посредством контакта с соответствующими поверхностными лигандами нейтрофилов вызывают усиление роллинга.

Известно, что в приведенных выше рецепторных взаимодействиях важную роль играет не только лектиновый домен селектинов, но и их EGF-подобный домен.

Следует отметить, что усиление роллинга проявляется не повышением скорости движения нейтрофила (она, наоборот, замедляется), а увеличением численности полиморфноядерных лейкоцитов пристеночного пула. Принципиально важным является то, что в реализации первой фазы воспалительной мобилизации нейтрофилов основная роль принадлежит эндотелиальным клеткам.

Секреция эндотелиоцитами IL-8 вызывает развитие следующей интегринзависимой фазы воспалительной мобилизации нейтрофилов. Как уже отмечалось, этот хемокин не только приводит к исчезновению L-селектина с поверхности потенциальных фагоцитов, но и стимулирует экспрессию на их мембране b2-интегринов (готовые молекулы LFA-1 и CR3 присутствуют в специфических гранулах). Аналогичными эффектами в отношении нейтрофилов обладает фактор активации тромбоцитов (PAF — platelet activating factor), продуцируемый эндотелиоцитами и тучными клетками в очаге нейтрофильного воспаления.

Появление лейкоинтегринов сопровождается значительным усилением адгезивных контактов между нейтрофилами и эндотелиальными клетками. Так, LFA-1 обладает высоким сродством к молекулам межклеточной адгезии ICAM (intercellular adhesion molecules), относящимся к суперсемейству иммуноглобулинов. ICAM-2 (CD102) постоянно присутствует на поверхности эндотелиоцитов. Развитие нейтрофильного воспаления индуцирует экспрессию на мембране эндотелиальной клетки еще одной молекулы адгезии — ICAM-1 (CD54), которая способна взаимодействовать как с LFA-1, так и с CR3.

Хронология экспрессии эндотелиальных адгезинов на фоне нейтрофильного воспаления
Первым появляется Р-селектин, запасы которого присутствуют в клетке. Далее последовательно запускается синтез Е-селектина. ІСАМ-1 и VCAM-1. Образование и экспрессия на мембране ІСАМ-2 происходит постоянно и не зависит от развития воспалительной реакции

Таким образом, во вторую интегринзависимую фазу воспалительной мобилизации нейтрофилов происходит прекращение процесса роллинга (отсутствие L-селектина). Лейкоциты останавливаются и при посредстве β2-интегринов прилипают к активированным провоспалительными медиаторами эндотелиальным клеткам. Процесс адгезии является обратимым. Он связан с активностью внутриклеточных киназ, контролирующих степень фосфорилирования цитоплазматических доменов β2-интегринов. И хотя это явление затрагивает обе цепи интегриновой молекулы, стабильность адгезии в основном зависит от уровня фосфорилирования β-цепи.

Для проникновения сквозь сосудистую стенку лейкоцит использует соприкасающиеся между собой поверхности эндотелиоцитов. После вступления нейтрофила в плотный контакт с сосудистым эндотелием он с помощью LFA-1 распознает присутствующие на границе соседствующих эндотелиоцитов структуры JAM-1 (junction adhesion molecule — адгезивная молекула межклеточных соединений) и формирует в этом месте псевдоподию. Прилипание эндотелиальных клеток друг к другу обусловлено присутствием на их боковых поверхностях адгезивных молекул CD31. Эти молекулы, находясь на противоположных клеточных поверхностях, способны взаимодействовать между собой, образуя соединение по типу «замка-молнии». Внедрение лейкоцитарной псевдоподии между эндотелиоцитами также происходит после экспрессии на ее конце CD31-структур. Нейтрофил вскрывает эндотелиальную «застежку», используя те же самые молекулы CD31.

Механизм проникновения нейтрофила между эндотелиоцитами
Соединения между эндотелиальными клетками формируются на основе CD31-CD31-контактов. На конце лейкоцитарной псевдоподии активированного нейтрофила экспрессируются молекулы CD31. при помощи которых происходит сначала разъединение контактов между эндотелиоцитами, а затем образуются новые, нейтрофильно-эндотелиальные соединения

При своем продвижении он формирует новые (лейкоцитарно-эндотелиальные) CD31-CD31-соединения. Достигнув базальной мембраны, нейтрофил секретирует протеазы (эластазу, коллагеназу), расщепляя волокна соединительной ткани и расчищая себе путь для дальнейшего продвижения. Продавливание ядра и цитоплазмы в образовавшуюся щель завершает процесс диапедеза.

 

Хемотаксис нейтрофилов

Последующая миграция лейкоцита основана на хемотаксисе — направленном движении по градиенту концентрации веществ (хемоаттрактантов), к которым он имеет клеточные рецепторы.

Медиаторы, влияющие на миграционную активность нейтрофилов

Для инициации хемотаксиса необходимы два условия: содержание хемоаттрактанта в окружающей среде не менее 10 М и перепад его концентрации вдоль тела клетки не менее 1%. Зрелые нейтрофилы способны двигаться со скоростью 1000 мкм/ч, скорость незрелых — в несколько раз меньше. Поэтому сосудистая система является важнейшим транспортным средством доставки лейкоцитов к очагу воспаления. Нейтрофил за пределами кровяного русла выглядит совершенно иначе, чем в кровотоке (не «катящийся шар», а распластанная клетка). Его движения связаны с полимеризацией прилегающего к внутренней стороне мембраны актина. Рецепторы к хемоаттрактанту (хемотаксину) смещаются на задний (относительно направления миграции) полюс клетки, поглощаются внутрь и затем вновь реэкспрессируются на ее передней поверхности.

В очаге воспаления нейтрофил находится в окружении многих хемотаксинов. В качестве важнейших из них следует выделить N-формил-метионил-пептиды и С5а. N-формил-метионин является облигатным продуктом синтеза бактериальных белков. С него часто инициируется трансляция протеинов у прокариотов. Производные этого продукта (например, N-формил-метионил-лейцил-фенилаланин) не только стимулируют хемотаксис нейтрофилов, но и вызывают секрецию содержимого специфических гранул и усиление мембранной экспрессии CR3 и цитохрома b. С5а является анафилотоксином, возникающим при расщеплении комплемента (эндогенный продукт) и в этом плане не имеет специфики, связанной с инфицирующим агентом. Обладая мощным хемотаксическим потенциалом в отношении нейтрофилов, С5а (как и его инактивированная форма C5adesArg) мобилизует их в воспалительный очаг независимо от присутствия или отсутствия в нем бактерий.

Еще один эндогенный хемоаттрактант — IL-8. Он относится к группе a-хемокинов (содержит Cys-X-Cys-мотив). IL-8 может оказывать влияние как на полиморфноядерные клетки, так и на T-лимфоциты, что определяется его концентрацией. При высоком содержании хемокин вызывает направленную миграцию нейтрофилов, при низком — Т-лимфоцитов. Способностью продуцировать IL-8 обладают многие клетки:

  • эндотелиоциты,
  • нейтрофилы,
  • моноциты/макрофаги,
  • лимфоциты,
  • эозинофилы,
  • фибробласты,
  • гепатоциты,
  • хондроциты,
  • кератиноциты.

Провоспалительные цитокины, как правило, вызывают активацию нейтрофила и снижают порог его чувствительности к хемоаттрактантам. Действие LPS, наоборот, парализующее. Он может снижать хемотаксис, обусловленный IL-8, но, в то же время, не влияет на миграцию нейтрофилов, вызванную N-формил-метионил-пептидами.

Мембранные рецепторы к хемоаттрактантам представляют собой родственные структуры, относящиеся к родопсиновому суперсемейству. В него также входят светочувствительные рецепторы сетчатки глаза, рецепторы к нейропептидам, катехоламиновые и серотониновые рецепторы. Хемотаксиновый рецептор имеет семь трансмембранных доменов, три наружных и три цитоплазматических петли.

Структура хемотаксинового рецептора
Полипептидная цепь рецептора семикратно пронизывает клеточную мембрану, образуя три экстрацеллюлярных и три цитоплазматических петли. Наружные петли служат для связывания с хемоаттрактантом. G-протеин, регулирующий аффинность рецептора, взаимодействует с третьей (ближайшей к С-концу молекулы) цитоплазматической петлей. Внутриклеточный сигнал с рецептора передается после фосфорилирования его цитоплазматического «хвоста»

Его способность взаимодействовать с хемоаттрактантом регулируется цитозольным ГТФ/ГДФ-связывающим G-протеином. G-протеин чувствителен к действию холерного и коклюшного токсинов, что объясняет феномен подавления хемотаксиса этими субстанциями.

 

Распознавание чужеродных объектов

Попав в зону воспаления, нейтрофил оказывается в непосредственной близости от микроорганизмов, индуцировавших его мобилизацию. Однако для эффективной борьбы с инфектом ему необходимо распознать и поглотить чужеродный объект. Процесс распознавания основан на рецепторном взаимодействии фагоцита и бактериальной клетки. В то же время совершенно очевидно, что нейтрофил не может иметь в своем арсенале специфические рецепторы для огромного множества болезнетворных микроорганизмов. С этой целью используются универсальные гуморальные субстанции, называемые опсонинами.

 

Опсонины

Опсонины — собственные продукты макроорганизма, выступающие в роли посредников между рецепторами на поверхности мембран фагоцитирующих клеток и структурами бактерий, располагаемыми на поверхности. Фагоцитами они распознаются только после их адсорбции на микробной клетке.

Другими словами: нейтрофил распознает объект как чужеродный после того, как на нем произойдет связывание опсонина.

Наиболее важными опсонинами являются инактивированный компонент комплемента іСЗb и антитела класса G. Притом на начальной стадии инфекционного процесса, когда уровень антимикробных антител довольно низкий, главную роль в опсонизации играет iСЗb. Нейтрофил имеет три типа рецепторов к комплементу:

  1. CR1,
  2. CR3,
  3. CR4.

CR3 и CR4 (β2-интегрины) обладают способностью связывать фиксированный на бактериальной клетке iСЗb. CR1 — вспомогательный рецептор, необходимый в ситуациях, когда СЗb на микробной мембране не инактивирован. Взаимодействие CR1-СЗb приводит к инактивации СЗb под действием фактора I комплемента. В реализации процесса поглощения для нейтрофилов наиболее важен CR3; у моноцитов и макрофагов приоритетное значение имеет CR4.

Распознавание нейтрофилом объекта при посредничестве антител класса G происходит за счет Fcγ-рецептора (FcγR). Fcγ-рецептор связывается с Fc-фрагментом антитела, вступившего во взаимодействие с антигеном (но не свободной молекулой).

Известно три разновидности Fcγ-рецепторов:

  1. FcγRI (CD64),
  2. FcγRII (CD32),
  3. FcγRIII (CD16).

FcγRI — высокоаффинный рецептор, присутствующий на макрофагах. Связывающая активность FcγRII и FcγRIII существенно ниже. Они обнаружены на нейтрофилах и макрофагах. Рецепторы для антител класса M на фагоцитах отсутствуют, однако имеются рецепторы для иммуноглобулинов класса А.

В роли опсонинов могут выступать и другие белки, например, LPS-связывающий протеин и септин. Оба они способны непосредственно взаимодействовать с наружной мембраной грамотрицательных бактерий, оба затем связываются с CD14 на поверхности фагоцита. Плотность CD14 высока на макрофагах; нейтрофилы начинают экспрессировать этот рецептор после активации такими медиаторами. как TNF-α, колониестимулирующие факторы и N-формил-метионил пептиды.

Еще один опсонин — С-реактивный белок (СРБ). Его концентрация в крови в период воспаления может увеличиваться в сотни и тысячи раз. Этот белок имеет сайты связывания для C-полисахарида пневмококка, фосфолипидов мембран, ДНК. Рецептор для СРБ на нейтрофилах отсутствует. Опсонизация происходит опосредованно — через активацию системы комплемента по классическому пути. Значение СРБ велико при воспалительных процессах неинфекционной этиологии. Будучи способным связываться с эндогенными структурами (поврежденными мембранами, ДНК, фибрином), он выступает в качестве основного опсонина стерильных очагов тканевой деструкции (инфаркт миокарда, закрытые травмы).

 

Нейтрофильное воспаление: поглощение и уничтожение микробов

Этапы поглощения нейтрофилом микробной клетки

а) рецепторный контакт с опсонизированной бациллой;
b) включение метаболического сигнала на полимеризацию актина и формирования псевдоподий;
с) охватывание псевдоподиями микробной клетки по всей ее поверхности на основе опсонин-рецепторного взаимодействия и смыкание псевдоподий:
d) образование фагосомы и смещение ее вглубь клетки

Взаимодействие нейтрофила с опсонизированной частицей инициирует процесс ее поглощения внутрь клетки. Цепь событии можно разделить на несколько стадий:

  1. рецепторный контакт с объектом поглощения,
  2. формирование псевдоподии,
  3. охватывание объекта по всей поверхности и смыкание псевдоподий,
  4. образование фагосомы и смещение ее вглубь клетки.

Экспрессия опсониновых рецепторов на мембране нейтрофила усиливается во время хемотаксиса. Их связывание при контакте с объектом ведет к активации целого спектра мембраноассоциированных и цитоплазматических киназ и фосфолипаз, следствием чего является полимеризация актина, которая лежит в основе формирования псевдоподий. Весь процесс поглощения захватывает примерно две минуты. Образовавшаяся фагосома представляет собой опсонизированную бактерию или частицу, покрытую со всех сторон клеточной мембраной, которая продолжает нести на себе большую часть рецепторов и ферментов, но их ориентация при этом сменяется с наружной на внутреннюю и наоборот.

Важнейшей функцией нейтрофилов является уничтожение микробных клеток. Само по себе поглощение бактерий еще недостаточно для их ликвидации. Клетка, захватившая живой чужеродный объект, должна обладать достаточным литическим потенциалом чтобы самой не стать жертвой столкновения. В этом плане нейтрофил обладает самым мощным среди всех клеток организма разрушительным арсеналом. Для примера, его можно сравнить с «вооружением» макрофага.

Некоторые продукты человеческих нейтрофилов и макрофагов, определяющие их внутриклеточный бактерицидный потенциал

Клеточные бактерицидные факторы обычно разделяют на кислородзависимые и кислороднезависимые. Последние представлены главным образом природными белковыми антибиотиками. Среди них известны α- и β-дефензины, кателицидины, серпроцидины (семейство нейтральных сериновых протеаз), профенины, протегрины и др. Природные микробицидные белки выявлены у животных, насекомых и растений. Обнаружены они и у людей.

 

Исход нейтрофильного воспаления

Процесс разрушения бактериальных агентов обычно завершается апоптозом нейтрофила. Индукторами апоптоза могут служить метаболиты кислорода, а также нейтральные сериновые протеазы. На мембранах апоптотирующих нейтрофилов появляются молекулы тромбоспондина и фосфатидилсерина — маркеры для распознавания и последующего поглощения макрофагами. Врожденный дефицит НАДФ-Н оксидазы (в отличие от дефицита миелопероксидазы) сопровождается снижением активности апоптотических процессов и нарушением экспрессии фосфатидилсерина на поверхности отмирающих нейтрофилов. Это препятствует их удалению макрофагами и ведет к развитию тяжелого заболевания — хронической гранулематозной болезни. Наличие в окружении нейтрофила провоспалительных цитокинов (TNF-α, IFN-γ, IL-1) и колониестимулирующих факторов (G-CSF, GM-CSF) также тормозит развитие программной гибели клетки.

Длительное присутствие провоспалительных цитокинов в очаге инфекционного воспаления, как правило, свидетельствует о недостаточной эффективности защитных реакций нейтрофилов. Причины этого могут быть различными: высокий уровень патогенности и большое количество инвазирующих микроорганизмов, обширная зона тканевой деструкции, недостаточный уровень опсонинов. Затяжной характер процесса при стерильном воспалении обычно связан с пролонгированным действием этиологического фактора, который может быть экзогенным (по природе — химическим или физическим) и эндогенным (отложение солей, присутствие аутоантител или иммунных комплексов).

Развитие бактериального гнойного процесса обычно является показателем дефицита опсонинов. При этом большое количество гноя отражает высокий мобилизационный резерв нейтрофилов. Однако их бактерицидная функция (важнейшим проявлением которой является внутриклеточное уничтожение микробов) оказывается недостаточной. Ярким примером развития такой ситуации является фурункулез. Введение больному антистафилококковых антител или проведение курса иммунизации стафилококковым анатоксином, как правило, дает позитивный результат. Назначение антибиотиков обычно также направлено на повышение бактерицидного потенциала организма. Необходимо подчеркнуть, что vivo антибактериальное действие фармацевтических препаратов является лишь дополнением к мощному защитному арсеналу организма и является малоэффективным при его разрушении (первичные иммунодефициты, острая лучевая болезнь, СПИД и тд.).

Затяжной характер нейтрофильного воспаления может поддерживаться самими нейтрофилами через продукцию PAF, IL-8, LTB4. Из них наиболее эффективен для притока нейтрофилов LTB4. Этот метаболит 5-липоксигеназного пути превращения арахидоновой кислоты (арахидоновая кислота высвобождается под действием фосфолипазы А2 из фосфолипидов мембраны) не только вызывает увеличение проницаемости сосудов, но и усиливает экспрессию молекул адгезии на эндотелиальных клетках, стимулирует хемотаксис и дегрануляцию нейтрофилов. Затухание воспалительной реакции обычно сопровождается подавлением продукции LTB4.

Данные, полученные Чарльзом Сераном, свидетельствуют о возможности прямого участия нейтрофилов в торможении воспалительного процесса. Известно, что нейтрофилы способны секретировать в окружающую среду лейкотриен A4 (LTA4 — метаболический предшественник LTB4), который поглощается адгезированными тромбоцитами и превращается ими в липоксины.

Образование липоксинов в зоне нейтрофильного воспаления на основе клеточной кооперации
Арахидоновая кислота под действием фосфолипазы А2 высвобождается из фосфолипидов клеточных мембран. Образованный из нее в нейтрофилах лейкотриен А4 секретируется наружу. Тромбоциты захватывают его и конвертируют в липоксины. Нейтрофилы также могут поглощать отсутствующие у них метаболиты арахидоновой кислоты, секретированные другими клетками, и превращать их в липоксины

Последние представляют собой мощные противовоспалительные факторы. Образование липоксинов может также протекать в самих нейтрофилах при участии 5-липоксигеназы — ключевого фермента синтеза лейкотриенов. В этой ситуации нейтрофилы захватывают 15S-гидроксиэйкозатриеновую кислоту (15S-HETE), образуемую близлежащими эпителиальными клетками и моноцитами под влиянием цитокинов IL-4 и IL-13. Важной особенностью этого пути образования липоксинов является параллельное угнетение продукции лейкотриенов, в том числе и LTB4. Таким образом, нейтрофилы способны не только индуцировать развитие острого воспаления, но и активно участвовать в его подавлении.

Шмагель К.В.

 

Похожие медицинские статьи

8. Нейтрофилы. Базофилы. Эозинофилы. Макрофаги. Общая и клиническая иммунология

8. Нейтрофилы. Базофилы. Эозинофилы. Макрофаги

Нейтрофилы, базофилы и эозинофилы – это разновидности лейкоцитов. Названия свои они получили за способность по-разному воспринимать красящие вещества. Эозинофилы реагируют в основном на кислые красители (конго красный, эозин) и в мазках крови имеют розово-оранжевый цвет; базофилы – щелочные (гематоксилин, метиловый синий), поэтому в мазках выглядят сине-фиолетовыми; нейтрофилы воспринимают и те, и другие, поэтому окрашиваются серо-фиолетовым цветом. Ядра зрелых нейтрофилов сегментированы, т. е. имеют перетяжки (поэтому их называют сегментоядерными), ядра незрелых клеток называют палочкоядерными. Одно из названий нейтрофилов (микрофагоциты) указывает на их возможность фагоцитировать микроорганизмы, но в меньших количествах, чем это делают макрофаги. Нейтрофилы защищают от проникновения в организм бактерий, грибов и простейших. Эти клетки ликвидируют погибшие клетки тканей, удаляют старые эритроциты и очищают раневую поверхность. При оценке развернутого анализа крови признаком воспалительного процесса является сдвиг лейкоцитарной формулы влево с увеличением числа нейтрофилов. Эозинофилы принимают участие в уничтожении паразитов (выделяют специальные ферменты, которые оказывают на них повреждающее действие), в аллергических реакциях.

Макрофаги (они же фагоциты) – «пожиратели» инородных тел и самые древние клетки иммунной системы. Макрофаги происходят из моноцитов (разновидности лейкоцитов). Первые стадии развития они проходят в костном мозге, а затем покидают его в виде моноцитов (округлых клеток) и определенное время циркулируют в крови. Из кровяного русла они попадают во все ткани и органы, где изменяют свою округлую форму на другую, с отростками. Именно в таком виде они приобретают подвижность и способны прилипать к любым потенциально чужеродным телам. Они распознают некоторые чужеродные вещества и сигнализируют о них Т-лимфоцитам, а те в свою очередь – В-лим-фоцитам. Затем В-лимфоциты начинают продуцировать антитела – иммуноглобулины против того агента, о котором «сообщили» клетка-фагоцит и Т-лимфоцит. Оседлые макрофаги можно найти практически во всех тканях и органах человека, что обеспечивает равносильный ответ иммунной системы на любой антиген, попавший в организм в любом месте. Макрофаги ликвидируют не только микроорганизмы и чужеродные химические яды, которые попадают в организм извне, но и умершие клетки или токсины, произведенные собственным организмом (эндотоксины). Миллионы макрофагов окружают их, впитывают и растворяют, чтобы вывести из организма. Снижение фагоцитарной активности клеток крови способствует развитию хронического воспалительного процесса и возникновению агрессии против собственных тканей организма (появлению аутоиммунных процессов). При угнетении фагоцитоза также наблюдается дисфункция разрушения и выведения из организма иммунных комплексов.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Читать книгу целиком

Поделитесь на страничке

Гуморальные факторы видового иммунитета. Компоненты системы комплемента, страница 2

IL-3                                           M-CSF

монобласт  ®  промоноцит  ®  моноцит  ®  макрофаг

IL-3  GM-CSFIL-3

Стволовая кроветворная клетка  (СКК) ® … ® гранулоцит-макрофагальный
предшественник

(precursor, CFU,или КОЕ-колониеобразующая единица)

GM-CSF ¯IL-3            

миелобласт  ®  промиелоцит   ®  миелоцит  ®  нейтрофил

                                                                                                 
GM-CSF,               GM-CSF         
GM-CSF,

IL-3                                            
G-CSF

Высокая концентрация GMCSF контролирует онтогенез макрофагов, низкая — нейтрофилов

Основные отличия фагоцитов — макрофагов и нейтрофилов

Признак

Нейтрофилы

Моноциты/макрофаги

Время жизни

часы

в крови — несколько суток, в тканях — длительное
время

Способность к делению

отсутствует

тканевые макрофаги способны к делению

Синтетические способности

зрелые нейтрофилы не способны к синтезу

высокая биосинтетическая активность

Способности к репарации мембраны и др. клеточных
структур

отсутствует

высокая

Наличие антиоксидантных систем

+

Спектр выполняемых функций

узкий, фактически только фагоцитоз

широкий, участвуют как в реакциях неспецифического
иммунитета, активируют и регулируют иммунный ответ

Характеристика фагоцитарного процесса, осуществляемого
макрофагами и нейтрофилами

Признак

Нейтрофилы

Моноциты/макрофаги

Объекты фагоцитоза

Компоненты собственных разрушенных клеток и тканей,
включая апоптические тела, внеклеточно размножающиеся бактерии и грибы,
относящиеся к условно патогенным микроорганизмам

Те же, что и для нейтрофилов.

Внутриклеточные паразиты. Облигатно патогенные
микроорганизмы. В последних случаях преобладает не протективная роль
фагоцитоза, а промикробная — фагоцитоз способствует диссеминации микробов по
организму

Биологическая цель фагоцитоза

Только киллинг (или разрушение крупных структур для
подготовки к элиминации из организма)

Киллинг и распознавание чужеродности для подготовки
и активации иммунного ответа

Жизнеспособность клетки после осуществления
фагоцитоза

Гибель

Сохраняется

CD —
cluster of differentiation

CAM — cell adhesion molecule

Механизмы адгезии

Адгезия
—  явление комплексное, в нем одновременно или последовательно принимают
участие разные молекулы адгезии («адгезивный каскад»). Фазы адгезии: касание,
роллинг, прикрепление (активация и усиление адгезии).

За
адгезивные свойства фагоцитов ответственны селектины и интегрины.
С  помощью селектинов осуществляется роллинг клетки по поверхности эндотелия, с
помощью интегринов — твердое прикрепление к поверхности эндотелия.

Селектины (CD62): L- присутствуют на лейкоцитах (кроме активированных
Т-клеток памяти),

P -на тромбоцитах,

E — на эндотелиальных клетках

Индукторы
селектинов: 1) неспецифические — изменение рН, температруры, микроповреждения
клеток, замедление скорости кровотока;               2) специфические —
медиаторы и цитокины воспаления (gIFN, TNF, IL-1), митогены, нейропептиды.

Интегрины: CD18, CD11a, CD11b, CD11c

Регуляторы
интегринов: 1) неспецифические — изменение рН, температруры, микроповреждения
клеток, замедление скорости кровотока;     2) специфические — протеинкиназа С,
аутоактивация (взаимодействие единичных сигнальных молекул той же
специфичности), взаимодействие с другими адгезивными молекулами.

В
целом все адгезивные молекулы объединены в 5 семейств: суперсемейство
иммуноглобулинов, интегрины, селектины, кадхерины, протеогликаны и
неклассифицированные представители.

Некоторые адгезивные молекулы: номенклатура,
экспрессирующие клетки и функции

Главными фагоцитирующими клетками организма являются макрофаги и нейтрофилы. В чем отличие процессов фагоцитоза, осуществляемых макрофагами и нейтрофилами.





⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 7Следующая ⇒

A. Макрофаги способны к многократному фагоцитозы, а нейтрофилы – к однократному.

B. Макрофаги способны фагоцитировать целые клетки, а нейтрофилы нет

C. В макрофагах, в отличие от нейтрофилов, фагоцитоз является АТФ-независимым.

D. В макрофагах перемещение фагосом осуществляется за счет микротрубочек, а в нейтрофилах – за счет промежуточных филаментов.

 

Одним из важнейших параметров гемодинамики является объемная скорость кровотока (V). ОСК – это количество жидкости (крови), которое протекает через поперечное сечение сосуда за единицу времени. Предположим, что у нас есть разветвляющийся сосуд, в котором кровь течет слева направо (показано стрелкой). Какие соотношения будут справедливы?

 

A. V1 = V2; V3 = V4

B. V1 = V3 + V4; V3 = V4

C. V1 = V3 + V4; V1 = V2

D. V2 = V3 + V4; V3 < V4

 

Зоологи помещают хордовых и иглокожих на одной большой ветви филогенетического древа животных, а моллюсков, кольчатых червей и членистоногих на другой. Что лежит в основе такого разделения?

 

А. Наличие или отсутствие у животных скелета.

В. Тип симметрии тела.

С. Наличие или отсутствие полости тела.

D. Механизм формирования полости тела.

Е. Наличие или отсутствие сегментации.

 

Часть Б

Внимание! Ответы на вопросы Части Б вносите только в специальный лист для ответов (см. стр. 35).

Вопрос 1. (3,6 балла, по 0,3 за позицию). Взаимоотношения между представителями разных видов обозначают как межвидовые соотношения. Некоторые из этих взаимоотношений перечислены ниже.

1. Эпифитные растения брамелии (A), растущие на стволах и ветках деревьев (B).

2. Женская особь бабочки (A), являющаяся единственным опылителем, садится на цветок Jucca (B) с комком пыльцы Jucca. Она размещает эту пыльцу на рыльце пестика и затем начинает откладывать яйца в отдельные семяпочки. Личинка бабочки, убивает развивающееся семя.

3. Wolbachia, риккетсия-подобная бактерия (A), заражает некоторых насекомых (B). Инфицированные самцы или погибают или развиваются как самки, вызывая нарушение численного соотношения полов в популяции (преобладающая численность женских особей).



4. Некоторые растения (A) привлекают муравьев (B) находящимися вне цветка нектарниками для отпугивания травоядных животных.

 

Определите, какой из видов (А или В) получает преимущество (отметьте знаком «+»), ему наносится ущерб (отметьте знаком «–»), или вид не подвергаются никакому воздействию (отметьте знаком «0»).

Определите также тип взаимодействия, выбрав из предоставленных ниже вариантов I — VII.

 

Варианты:

I. аменсализм. IV. мутуализм.
II.комменсализм. V. паразитизм.
III. соревнование. VI. хищничество.

Результат внесите в таблицу (таблицы в тексте заданий даны для образца).

Номер A B Тип взаимодействия
     
     
     
     

Вопрос 2. (2 балла). Белоголовая воробьиная овсянка, проживающая в климатических условиях умеренных областей, имеет сложный годовой цикл поведения.

Сопоставьте варианты физиологических изменений (от I до V) этих птиц с соответствующими точками поведенческого цикла (от A до D). Соответствующие цифры внесите в таблицу ниже:

 

Варианты:

I. Линька

II. Регрессия половых желез (тканей)

III. Развитие половых желез (тканей)

IV. Накопление жира

V. Зимовка

 

Точки в поведенческом цикле Физиологические
изменения
A  
B  
C  
D  

 

 

Вопрос 3. (2 балла). Дыхательный объем – это объем воздуха, поступающего в легкие при каждом вдохе, который приблизительно равен объему, выдыхаемому из легких при последующем выдохе при нормальном спокойном дыхании. Обмен газов с кровью происходит в альвеолах легких. В проводящих дыхательных путях (например, трахеях), которые также содержат определенный объем воздуха, обмен не происходит. Объем внутри этих дыхательных путей называется мертвым анатомическим объемом. Таким образом, объем свежего воздуха, поступающего к альвеолам при каждом вздохе, равняется дыхательному объему за вычитанием объема воздуха в мертвом анатомическом пространстве. Общий объем свежего воздуха, поступающего к альвеолам в течение минуты, называется альвеолярной вентиляцией и выражается в мл/мин. Его величина изменяется в зависимости от частоты дыхания.




Рассмотрите гипотетический характер дыхания трех индивидуумов A, B и C:

Индивидуум Дыхательный объем (мл/вздох) Частота дыхания (вздохи/мин) Мертвое анатомическое пространство (мл/вздох)
A
B
C

 

Что из следующего поддерживает правильность утверждения об альвеолярной вентиляции у этих трех индивидуумов?

a. B обладает значительно большей альвеолярной вентиляцией, чем С.

b. A обладает значительно большей альвеолярной вентиляцией, чем С.

c. C обладает значительно большей альвеолярной вентиляцией, чем B.

d. A обладает значительно большей альвеолярной вентиляцией, чем B.

Отметьте галочкой (√) правильное/ые утверждение/я в соответствующей клетке таблицы.

 

 

 

Вопрос 4. (2 балла). Относительная скорость роста четырех органов человеческого тела показана на следующих графиках.

 

Выберите соответствующие графикам органы, внося знак (√) в соответствующую клетку таблицы.

 

  P Q R S
Печень        
Мозг        
Вилочковая железа        
Половые железы        

 

Вопрос 5. (2 балла). Ниже представлены несколько утверждений относительно процессы дыхания у позвоночных:

a. Земноводные используют отрицательное давление для нагнетания воздуха в легкие.

b. Пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие используют положительное давление для нагнетания воздуха в легкие.

c. Легкие земноводных и млекопитающих не полностью вентилируются во время каждого дыхательного цикла.

d. Легкие птиц полностью вентилируются во время каждого дыхательного цикла.

 

Отметьте, является ли каждое утверждение верным или неверным, внося галочку (√) в соответствующую клетку таблицы.

 

 

  Верно Неверно
a.    
b.    
c.    
d.    

 

 

Вопрос 6. (4 балла). Ниже представлены данные по частоте дыхания, пульса и температуры тела четырех различных животных A, B, C, и D.

Животные Частота дыхания
(вдох/мин)
Пульс
(удар/мин)
Температура тела (°C)
A 36,5
B 37,2
C 38,2
D 35,9

 

Рассмотрите эти данные и расположите этих животных в нисходящей последовательности в зависимости от площади поверхности на единицу объема и от общего объема крови внесением соответствующих букв (от A до D) в соответствующие клетки.

Площадь поверхности на единицу объема тела:

 

               
       

 

Общий объем крови в теле:

 

               
       

Вопрос 7. (4,2 балла, по 0,2 за позицию). Найдите среди перечисленных утверждений те, которые касаются капилляров, артерий и вен. Результаты внесите в таблицу, обозначив знаком «+» верные утверждения, знаком «–» – неверные.

1. Эти сосуды имеют хотя бы 1 мышечный слой.

2. Эти сосуды по направлению движения крови разветвляются на все более мелкие.

3. Эти сосуды несут кровь к сердцу.

4. В этих сосудах давление крови не пульсирующее понижающееся или низкое.

5. Эти сосуды имеют самый большой суммарный просвет.

6. В этих сосудах кровь может быть бедна кислородом.

7. У этих сосудов средний слой тонкий или вообще отсутствует.

8. Эти сосуды не содержат полулунных клапанов.

9. В этих сосудах движению крови способствует работа скелетной мускулатуры.

10. Эти сосуды только транспортируют кровь.

11. Эти сосуды несут в печень кровь, насыщенную кислородом.

12. В этих сосудах эластические волокна немногочисленны или вовсе отсутствуют.

13. В мембранах клеток этих сосудов в некоторых органах имеются мельчайшие отверстия или поры.

 

 
Капилляры                          
Артерии                          
Вены                          

 

Вопрос 8. (2,5 балла, по 0,5 за позицию). Структуры, указанные в колонке 2, развиваются из структур, указанных в колонке 1. Выберите для каждой структуры из колонки 1 соответствующую структуру из колонки 2 и внесите из в таблицу ответов под соответствующей цифрой.

 

Колонка 1 Колонка 2

A. Микроспора. 1. Пыльцевой мешок.

B. Микроспорофилл. 2. Первичные клетки зародышевого мешка

C. Мегаспора. 3. Плодолистик.

D. Мегаспорангий. 4. Нуцеллюс.

E. Мегаспорофилл. 5. Пыльцевое зерно.

 

Колонка 1 Колонка 2
A.
 
 
B.  
C.  
D.  
E.  

 

Лист ответов Части Б

Вопрос 1. (3,6 балла, по 0,3 за позицию).

Номер A B Тип взаимодействия
     
     
     
     

Вопрос 2. (2 балла).

Точки в поведенческом цикле Физиологические
изменения
A  
B  
C  
D  

Вопрос 3. (2 балла).

Вопрос 4. (2 балла).

  P Q R S
Печень        
Мозг        
Вилочковая железа        
Половые железы        

Вопрос 5. (2 балла).

  Верно Неверно
a.    
b.    
c.    
d.    

Вопрос 6. (4 балла).

Площадь поверхности на единицу объема тела:

               
       

 

Общий объем крови в теле:

               
       

 

 

Вопрос 7. (4,2 балла, по 0,2 за позицию).

 
Капилляры                          
Артерии                          
Вены                          

Вопрос 8. (2,5 балла, по 0,5 за позицию).

Колонка 1 Колонка 2
A.
 
 
B.  
C.  
D.  
E.  

 

Задания на определение правильности суждения.

Верное утверждение отметьте знаком «+», а ошибочное – знаком «-».

Номер Суждения Ответ
1. Шишка – это плод сосны.
 
 
2. У шиповника плод – ягода.
 
 
3. Из споры папоротника развивается спорофит.
 
 
4. У сосны яйцеклетки оплодотворяются спермиями.
 
 
5. Семена с эндоспермом имеются только у растений из класса однодольных.  
6. Ситовидные трубки, проводящие растворы органических веществ, образованы мертвыми клетками.  
7. У насекомых тело состоит из головы, груди и брюшка.
 
 
8. У всех летающих насекомых имеется две пары крыльев.
 
 
9. У человека стенки вен рук толще, чем стенки вен ног.
 
 
10. Первыми наземными растениями были риниофиты.
 
 
11. . У бактерий есть рибосомы.
 
 
12. Первыми среди членистоногих освоили удаленные от водоемов территории насекомые.  
13. В онтогенезе у многих видов земноводных имеется стадия свободноживущей личинки  
14. Постоянная температура тела у высших позвоночных поддерживается за счет высокого уровня метаболизма.  
15. Все папоротники – равноспоровые растения.  
16. Бактерии размножаются спорами.  
17. Гемоглобин – это белок, который приносит кислород ко всем органам и тканям, а гемоцианин – белок, который выводит из организма углекислый газ  
18. Нервная система позвоночных животных формируется из того же зародышевого листка, что и эпидермис  
19. Для всех представителей класса пресмыкающихся характерно трехкамерное сердце.  
20. У морских одноклеточных организмов выделительная вакуоль сокращается чаще, чем у их родственников, обитающих в пресной воде.
 
 
21. На поверхности эпителия всегда имеется слой ороговевших клеток.  
22. Чем меньше зверек, тем больше у него частота сокращений сердца.  
23. Косточка абрикоса – семя.
 
 
24. В клетках всех животных и растений вблизи ядра находится органоид, называемый клеточным центром  
25. В клетках прокариот генетический материал представлен, как правило, в виде кольцевой хромосомы.  
26. Хромопласты не могут превращаться в хлоропласты.  
27. Эволюция всегда приводит к усложнению организации живых существ.  
28. Родиной лошадиных являются открытые пространства Евразии.  
29. Скорость бега животных возрастает с уменьшением площади опоры и, соответственно, с уменьшением числа пальцев на ногах.  
30. Печеночные мхи – не являются растениями.  

 

 











фагоцитоз. Отличия фагоцитоза, осуществляемого нейтрофилами и макрофагами. Этапы фагоцитоза. Исходы фагоцитоза. — КиберПедия

Над клеточными мех-мами подразумевают спос-ть уничтож.чужерод агентов, а такжесобственных или трансформированных стареющих клеток с пом-ю клеток-эффекторов видового им-та. Это клетки лейкоцитарного ряда. Это сегментоядерные нейтрофилы, эозиноф, базоф, тучные клетки, макрофаги,лимфоциты, NK

Сущ-ет три основных мех-ма клет.р-ций видового им-та:фагоцитоз, дистантный киллинг,контактный киллинг. ГЕтерогенность клеток видового иммунитета важна, т.к.обеспечивает распространение видового им-та на агенты различной биологической организации.

Фагоцитоз предполагает внутриклеточное уничтожение агента и его деструкцию, поэтому осущ-е фагоцитоза возможно только тогда, когда размеры фагоцитир-го объекта меньше размеров клетки фагоцита.

Киллинговые реакции напротив означают возможность деструкции чужеродного агента в том случае, когда объект нах-ся рядом с клеткой эффектором. Деструкция осуществляется внеклеточно.В случае дистантного киллинга клеточ.эффектор и мишень не находится в прямом контакте. В случае контактного киллинга этот контакт необходим и не осущ-ся взаимодействие особых рецепторов клетки эффектора и клетки-мишени. Нужно учитывать, что достаточно часто киллинг и фагоцитоз могут взаимодополнять друг друга.

Фагоцитоз-это процесс поглощ-я чужерод объекта, его уничтожения и внутриклеточ-го переваривания.

2 типа фагоцитов: нейтрофилы и макрофаги.Они относятся к професс-м фагоцитам и это их главная ф-ция.

Нейтрофилы и макрофаги различ-ся по многим параметрам: 1. Основ-е место пребывания нейтроф.-кровенос русло, в капилляр.сети они получ-ют возм-ть выхода в ткань при необх-ти. Макрофаги обр-ся из моноцитов, кот циркулир по кровенос руслу из ККМ. Для фагоцитоза моноциты не развиты, но выходя в ткань моноциты превращ-ся в тканевые макрофаги.Ткан.макрофаги разных тканей обр-ют особую стационар.популяцию макрофагов,кот.имеют свое название: макрофаги печени-клетуи Пуффера, нерв.ткани-микроглия,кост.ткани-остеокласты,легких-альвеоляр.макрофаги.

2.нейтроф и макроф могут фагоцитир-ть разные объекты. Нейторф.непатогенных и условно патоген-х, а макрофаги еще и облигатно патогенных.

3.нейтроф.выполн-ют ф-цию фагоцитоза 1 раз в жизни и в рез-те происх-т не только деструкция но и гибель фагоцита. Макрофаги способны к многократ. повтор.фагоцитоза. Считается, что про-ть жизни тк.макроф.не исчисляется месяцами и даже годами. У этих клеток мощная антиоксидантная система(глютатион, вит.Е)


4.У нейтроф.отсут-ет способ-ть восст-ть ЦПМ.

5.Различия в прод-ти фагоцитоза. У макро фок 2 часов, у нейтроф.до часа.

Фагоцитоз нейтроф.заканчив-ся деструкцией объекта, а макрофаги инициируют дальнейшее развитие АГ-специфич.им.ответа. МАкроф.обладают выр-ной биосинтетич.и синтетич.актив-ю. Они способны продуцир-ть компоненты системы комплем.,цитокины,медиаторы воспаления.

ЭТАПЫ ФАГОЦИТОЗА:1.направленное движение фагоцита к чужеродному для ткани объекту (факторы:изменение рН, изменение рО в среде, появление опред-хметаболитов в среде,ряд мол-л орг-ма).После улавлив сигнала фагоцит мигрир.к объекту.

2.Распознавание чужерод агента фагоцитом по принципу рецептор-го взаимод-я. На мембр.фагоцитов есть рецепторык лектинам,бактер-ным гликолипидам и др.при устан-ии рецетор-го взаимод.происх след.стадия.

3.адгезия объектов фагоцитоза к ЦПМ

4.Образование фагосомы (по-разному у макроф.и нейтроф.) У нейтроф формир-ся инвагин-ся и постепенно углубл-ся и обр-ет своеобраз.пузырек,уже погруж-й в цитоплазму.У макроф.обр-ся своеобраз псевдоподии,замыкая его в фагосому,она погруж-ся вглубь цитоплазмы и развив-ся

5.Обр-е фаголизосомы. Фагосома сливается с лизосомой, благодаря чему лизосомальные ферм-ты возд-ют на объект фагоцитоза. Он подверг-ся поврежд-ям и постепен-й деструкции.(лизис)

6.Зкзоцитоз

Процессы деструкции внутри фагоцита обознач-ся как внутриклеточ. переваривания:кислороднезавиимые(пероксидазы) и кислородзависи-мые (лизоцим, катионные белки)

Но в некоторых случаях фагоцит не может умертвить определенные виды микроорганизмов, которые даже способны размножаться в нем. Именно поэтому фагоцитоз не всегда может обеспечить защиту организма от повреждения.

 

9. Система комплемента.сКомплемент — ферментная система, кот.состоит из 20 компонентов, циркулир. в периф.крови.и способ-х перфорировать ЦПМ.Белк. сист.комплем.на 90% от всего сост.продуцир-ся гепатоцитами, а 10%-макрофагамив тканях,где треб-ся присут-е комплемента. Белки комплем.диф-ся на 2 группы: 1.эффекторные,кот.непоср.участвуют в активации,повреждая поверх-е структуры объекта. 2. Регуляторные— контроль чрезмер.активации комплементов. Обознач.комплемента: С+ цифровой индекс от 1до 10(хар-ся временем открытия)Особняком стоят факторы B и D и пропердин(Р). Эффекторные ком. С1-С9 и фактор В продуцир—ся в неакт.состоянии.В активном сост.они приобретают ферм.акт-ть. Конеч эффект комп.комплемента проявляется в рез-те каскадной активации всех комп-в.Этот тип активации означает,что активир-й фактор способствует активации начального компонента к след.компоненту, придавая ему свойства фермента и так далее.


Активация проходит по 3 путям: 1.классический(после развития гумор.им.ответа нужны АТ).Это комплекс АГ-АТ. Ат должны принадл.классам Н или G, при этом обр-ся структура, способная связывать субъединицы С1 комп комплемента.Могут образ-ть комплекс в структуре АГ-АТ.Тогда соединяясь в единое целое они становятся с 1 компонентом.2.альтернативный(развив.на самых ранних этапах внедрения чужерод.орг-ма)Активатор: липополисахариды.К этим вещ-вам обладает сродством С3в. С3в присоед-сь к ЛПС изменяет свою конформацию. В этой мол-ле стан-ся доступна связь, к которой возможно прикрепление мол-лы факотра В. Он тоже меняет конформацию.В этой мол-ле обнаж-ся одна из связей, кот.разрушает фактор Д.,отщепляя фрагмент с молек. массой Ва, а Вв остается на этом комплексе.Комп.с3вВв неустойчив.Для стабилизации в среде должны быть иона магния, но этот комплекс явл-ся эстеразой, кот назыв-ся С3-конвертазой.она разделяет комплекс на С3в и Ва.Далее к комплексу прикрепл.пропердин и получается с5-конвертаза 3.лективный путь— разруш-е опухольтрансформир-клеток.Активаторы: лектины-маннозосвяз-щий белок Аг. В норме в клетке он зактрыт сиаловыми кислотами. На мембр.молодых клеток, опухольтрансформир-х, вируспораж-ных,стареющих, белок оказ-ся снаружи. Он облад-ет спос-ю связ-ть С1,С4, С2 комп комплем-та, запуская каскад активаций. Ф-ции с1,с 3в и других заключ-ся в расщеп-и субкомпон-товкомпл.для ограничения их биологич.активности.Система комплемента способ-ет стимуляции фагоцитоза, хемотаксиса (привлеч-я или отталк-я клеток), выделению фармакологич-ки актив-х вещ-в (анафилотоксина, гистамина и др.), усиливает бактерицид-е св-ва сыворотки крови, активирует цитолиз (распад клеток) и совместно с фагоцитами принимает участие в уничтож-и микроорг-ов и антигенов. Кажд.из компонен-тов комплем-та играет свою роль в им.ответе. Так, недостаточность комплемента С1 вызывает сниж-е бактерицид-ти плазмы крови и способ-ет частому развитию инфекц-х заб-ний верхних дых-ных путей, хронич-го гломерулонефрита, артрита, отита и др.Еще фун-ции: растворение им.комплем-ов, осущ-е взаимосвязи с др. гомеостатич.системами и т.д.

Реакция макрофагов и нейтрофилов на гипоксию в контексте рака и других воспалительных заболеваний

Недостаток кислорода (гипоксия) является признаком множества острых и хронических заболеваний и может быть как положительным, так и вредным для восстановления и восстановления органов. В контексте воспаления особенно важна гипоксия, которая может существенно повлиять на течение воспалительных заболеваний. Макрофаги и нейтрофилы, главные клеточные компоненты врожденного иммунитета, проявляют особые свойства в условиях гипоксии.Практически на все аспекты функции макрофагов и нейтрофилов влияет гипоксия, в том числе морфология, миграция, хемотаксис, адгезия к эндотелиальным клеткам, уничтожение бактерий, дифференцировка / поляризация и протуморигенная активность. Выдающиеся области функции макрофагов и нейтрофилов, например острое / хроническое воспаление и микросреда солидных опухолей, характеризуются низким уровнем кислорода, что свидетельствует о первостепенной важности гипоксического ответа для правильного функционирования этих клеток.Члены семейства факторов транскрипции, индуцируемых гипоксией (HIF), возникли в качестве основных молекулярных регуляторов макрофагов и нейтрофилов. В этом обзоре мы суммируем молекулярные ответы макрофагов и нейтрофилов на гипоксию в контексте рака и других хронических воспалительных заболеваний и обсудим потенциальные возможности терапевтического вмешательства, вытекающие из этих знаний.

1. Введение

Кислород имеет центральное значение для жизни, и доступность кислорода влияет на различные физиологические и патофизиологические процессы у широкого круга видов.Чтобы гарантировать достаточное снабжение клеток и тканей O 2 , сложные системы доставки кислорода возникли в ходе эволюции биологической сложности [1]. Поскольку большинство органов и функциональных тканей имеют многоклеточные структуры, локальная концентрация кислорода заметно отличается уже в здоровом состоянии. Действительно, локальные различия в концентрации O 2 имеют центральное значение для эмбрионального развития и нормальной функции органов, например, в хрящах, печени и почках [2, 3].Недостаток кислорода (гипоксия) является признаком множества острых и хронических заболеваний и, в зависимости от степени и продолжительности, может быть либо полезным, либо пагубным для восстановления органов и их восстановления [4]. Физиологические различия в локальной концентрации кислорода и динамический характер кислорода в клетках и тканях приводят к широкому диапазону парциального давления кислорода в организмах млекопитающих: значения от 150 (верхушки легких), 100 (альвеолы ​​и артериальная кровь) до <20 мм рт. (костный мозг) [5].В контексте воспаления особенно важны кислородный обмен и, в конечном итоге, гипоксия, которые существенно влияют на течение воспалительных заболеваний. В этом обзоре мы кратко рассмотрим, как два выдающихся представителя миелоидных клеток, макрофаги и нейтрофилы, реагируют на гипоксию в контексте воспаления. Мы сосредоточимся на раке и некоторых хронических воспалительных заболеваниях. Интригующая важность гипоксии / HIF для функции миелоидных клеток при инфекционных заболеваниях уже освещалась в превосходных обзорах [6, 7] и не будет здесь подробно обсуждаться.

2. Воспаление и гипоксия

Термин «воспаление» относится к сложной и упорядоченной последовательности событий, посредством которых организм реагирует на потенциально опасные ситуации с целью защиты и восстановления целостности тканей. Воспалительные реакции могут быть вызваны микроорганизмами, химическими веществами, радиацией и механической силой, и это лишь некоторые из них. Как главные эффекторы врожденной иммунной системы, макрофаги и нейтрофилы имеют первостепенное значение в воспалительном процессе и могут быть обнаружены в большом количестве и в сильно активированном состоянии в воспаленных тканях.Чтобы полностью понять ключевую роль макрофагов и нейтрофилов, важно отметить, что они не только поглощают и убивают микроорганизмы, но также управляют активацией других типов клеток, важных для восстановления тканей / органов, например лимфоцитов, фибробластов и эндотелиальных клеток. [8, 9]. Воспаление неразрывно связано с метаболизмом кислорода [10]. Калорийность (тепло), опухоль (опухоль) и рубор (покраснение), три из четырех классических признаков воспаления, основаны на усилении кровотока и проницаемости сосудов и, следовательно, напрямую связаны с изменением распределения кислорода в воспаленных областях.Важно отметить, что, хотя усиление кровотока предполагает повышенную доставку кислорода, воспаленные участки обычно сильно гипоксичны, особенно в острой стадии [11–13]. Традиционно это объясняется уменьшением диффузии кислорода из-за более высокого межклеточного давления (набухания) и повышенного потребления кислорода клетками в их борьбе за выживание в суровых условиях воспаленных участков. Интригующие результаты Кэмпбелла и его коллег существенно расширили наше представление о механизмах и функциональном значении гипоксии во время воспаления в последние годы [14].Ранее предполагалось, что респираторный взрыв нейтрофилов способствует гипоксии, связанной с воспалением, Campbell et al. представили убедительные экспериментальные доказательства функциональной роли активированных нейтрофилов в (а) кислородном истощении во время колита и (б) в индукции транскрипционного гипоксического ответа в эпителиальных клетках кишечника [14]. Кроме того, мыши с дефектным респираторным взрывом (мыши Nox2 — / -, модельная система хронической гранулематозной болезни) продемонстрировали серьезное нарушение воспалительного процесса в кишечнике, что подтверждает идею о том, что гипоксия и индуцированные гипоксией транскрипционные ответы функционально значимы для различных аспектов. патогенеза воспаления [14].Сложная связь между гипоксией и воспалением, кроме того, демонстрируется наблюдением, что гипоксические условия per se способны вызывать воспалительные реакции [10]. Воздействие на мышей 5% O 2 в течение 60 минут привело к значительному усилению экспрессии белков IL-6, TNF-, α и IL-1 как в сыворотке, так и в изолированных макрофагах [15]. Подобные наблюдения были сделаны на людях, поскольку здоровые добровольцы показали повышенный уровень провоспалительных факторов в сыворотке крови после трех ночей на большой высоте [16].Реакция in vitro макрофагов на гипоксию сложна и во многом определяется фенотипом и источником макрофагов, а также условиями культивирования. В целом, гипоксия оказывает глубокое влияние на различные важные аспекты биологии макрофагов, например, экспрессию маркеров клеточной поверхности, жизнеспособность, фагоцитоз, метаболическую активность и высвобождение цитокинов (подробно рассмотрено в [17]). Представление о том, что воспалительная реакция трансплантатов легких и почек, связанная с ишемией, увеличивает риск отказа трансплантата и отторжения трансплантата, демонстрирует клиническую значимость воспаления, вызванного гипоксией [18, 19].Все вышесказанное ведет к возможности возникновения порочного круга, в котором гипоксия и воспаление взаимодействуют и взаимно усиливают друг друга [20]. Разумно предположить, что молекулярные механизмы, которые настраивают круг гипоксия-воспаление, представляют собой привлекательные мишени для лечения хронического, неразрешимого воспаления. Последнее мнение дополнительно подтверждается облегчением экспериментального колита за счет доставки кислорода [21, 22].

3. Гипоксия и клетки врожденной иммунной системы

История исследований метаболизма иммунных клеток напоминает историю исследований метаболизма рака, поскольку обе темы были тщательно изучены в начале 20-го века, за которыми последовали десятилетия исчезновения интерес и всплеск интересных и инновационных результатов за последние 15 лет (отчасти объясняется беспрецедентными техническими улучшениями и широкой доступностью методов омики).Немногим более века назад Levene и Meyer впервые сообщили о высокой гликолитической активности лейкоцитов [23, 24]. Это наблюдение было подтверждено независимыми исследователями в последующих исследованиях [25, 26] и привело в 1938 году к выводу, что в лейкоцитах «ферментативный метаболизм был высок по сравнению с окислительным метаболизмом и что расщепление сахара на молочную кислоту происходило в аэробных условиях». [27]. Поскольку гликолиз представляет собой основное средство для выработки энергии при недостатке кислорода, эти данные свидетельствуют о явной зависимости лейкоцитов от молекулярных механизмов, лежащих в основе реакции на гипоксию.В то время как различные факторы транскрипции индуцируются при истощении запасов кислорода [28], индуцируемые гипоксией факторы 1 и 2 (HIF-1, HIF-2, вместе называемые HIF) представляют собой основные молекулярные медиаторы гипоксического ответа [29, 30]. Генетическая инактивация HIF-1 α в миелоидных клетках (через лизоцим M-Cre [31]) привела к мнению, что HIF-1 α действительно важен для воспаления в различных модельных системах острых и хронических мышей [32]. Подобный генетический подход показал, что HIF-2 α в макрофагах является фундаментальным для экспрессии провоспалительных цитокинов при лечении LPS, а также для ответа in vivo на кожные и перитонеальные раздражители [33].Эти два фундаментальных исследования установили функциональную важность HIF для функции миелоидных клеток и положили начало огромному количеству последующих исследований, которые значительно расширили наше понимание взаимодействия между гипоксией и воспалением. В следующих главах сделана попытка обобщить части этой работы с особым акцентом на реакции нейтрофилов и макрофагов на гипоксию в контексте рака и других воспалительных заболеваний.

4. Нейтрофилы

Нейтрофильные гранулоциты, или сокращенно нейтрофилы, являются частью врожденной иммунной системы млекопитающих и задействованы в ранах и инфекциях на ранней стадии заболевания.На 50–70% они составляют самую многочисленную популяцию циркулирующих белых кровяных телец. Химические сигналы, такие как хемокин IL-8, фактор комплемента C5a, N-формилированные пептиды, фактор активации тромбоцитов и лейкотриен B4, привлекают нейтрофилы к участкам воспаления [34]. После обнаружения бактерий или медиаторов воспаления нейтрофилы фагоцитируют микробы с последующей сборкой цепи переноса электронов (НАДФН-оксидаза), которая перемещает электроны через мембрану к молекулярному кислороду для образования хлорноватистой кислоты (HClO) и активных форм кислорода, что приводит к лизису микробы [35].Этот процесс получил название «респираторный взрыв» и требует значительно повышенного потребления молекулярного кислорода [36]. Респираторный взрыв представляет собой важный антимикробный путь нейтрофилов. Кроме того, нейтрофилы могут убивать вторгшиеся патогены посредством высвобождения содержимого гранул, активации цитокинов, таких как TNF-, α , IL-1, интерфероны, дефенсины или активные формы азота, а в некоторых случаях они создают внеклеточные ловушки [34]. Как подробно описано выше, присутствие активированных нейтрофилов в очагах воспаления приводит к кислородному истощению, феномену, который удачно называют «воспалительной гипоксией», подчеркивая тесную связь между воспалением и гипоксией [37].

5. Нейтрофилы, гипоксия и воспаление

Воспаленные поражения часто становятся сильно гипоксическими из-за повышенной потребности клеток в кислороде и снижения доступности кислорода, вызванного травмой, сдавлением или тромбозом [10–13]. Гипоксия и HIF, в свою очередь, влияют на различные аспекты биологии нейтрофилов. Довольно короткоживущие наивные клетки активируются и обладают увеличенным временем выживания в воспалительной среде [34]. Было продемонстрировано, что связанное с гипоксией ингибирование апоптоза нейтрофилов зависит от NF- κ B, что указывает на то, что NF- κ B является регулятором гипоксического ответа нейтрофилов [38].Кроме того, было показано, что фактор активации и выживания нейтрофилов MIP-1 β (воспалительный белок макрофагов-1 β ) индуцируется в условиях гипоксии, действуя как альтернативный медиатор выживания нейтрофилов [38]. Связывание нейтрофилов с эпителием облегчается экспрессией интегрина β 2 , стимулированной HIF-1 [39]. Более того, нейтрофилы в основном зависят от высоких скоростей гликолиза для генерации АТФ, в котором HIF-1 α критически участвует, регулируя экспрессию ключевых гликолитических ферментов [32].Отсутствие HIF-1 вызывает истощение внутриклеточных пулов АТФ, что приводит к значительному нарушению воспалительной реакции из-за снижения агрегации нейтрофилов, их подвижности, уничтожения бактерий и инвазии, что еще раз указывает на то, что HIF-1 α имеет решающее значение для функциональности нейтрофилов [ 32, 40]. Кроме того, HIF-1 увеличивает экспрессию нейтрофилов антимикробных молекул, что, например, предполагают эксперименты, показывающие, что миелоид-специфический дефицит HIF-1 α увеличивает восприимчивость как к местным, так и к системным бактериальным инфекциям [32, 40].Интересно, что ни на развитие, ни на дифференцировку нейтрофилов не влияет специфическая делеция HIF-1 α в линии миелоидных предшественников [32].

Гораздо меньше известно о роли HIF-2 α во время нейтрофильного воспаления, хотя при выделении от пациентов было показано, что они экспрессируют повышенное количество HIF-2 α [41]. Томпсон и др. сообщили, что воспалительные нейтрофилы мышей с дефицитом HIF-2 α не проявляли нарушения хемотаксиса, фагоцитоза или респираторного взрыва, но повышали чувствительность к апоптозу, что приводило к уменьшению нейтрофильного воспаления [41].В соответствии с этим представлением, нейтрофилы, несущие мутации увеличения функции HIF-2 α , имели более низкую скорость апоптоза. Это исследование предполагает преобладающую роль HIF-2 α в разрешении воспаления. Конечно, необходимы дальнейшие исследования функций HIF-2, чтобы расширить наши представления о его влиянии на характеристики нейтрофилов во время воспаления.

Гипоксия влияет не только на активность нейтрофилов; но нейтрофилы также формируют тканевое микроокружение за счет истощения локального молекулярного кислорода.По мере того как они мигрируют через эпителий, они изменяют профиль экспрессии мРНК эпителиальных клеток, что, следовательно, стабилизирует HIF и активирует гены, отвечающие на гипоксию [14]. Проникающие нейтрофилы дополнительно модулируют реакцию хозяина на воспаление, что приводит к эффективному разрешению воспаления и защите тканей, для которых кислородное истощение оказалось критическим [14]. В совокупности терапевтическое нацеливание нейтрофилов на участки воспаления должно быть тщательно выполнено и точно рассчитано по времени, чтобы предотвратить неразрешимое воспаление или другие потенциально опасные последствия.

6. Гипоксия и опухолевые нейтрофилы (TAN)

Нейтрофилы составляют значительную часть воспалительного инфильтрата при раковых поражениях, и высокие уровни нейтрофилов в крови наблюдались у пациентов, страдающих опухолями на поздних стадиях [42]. При многих типах рака, таких как бронхоальвеолярная карцинома [43], метастатическая меланома [42] и карцинома почек [44], накопление нейтрофилов было связано с плохим прогнозом, связанным с повышенной агрессивностью [45] или, как в глиомах человека, с опухолью. оценка [46].Напротив, высокое количество нейтрофилов в опухолях желудка коррелирует с благоприятным прогнозом [47].

Сильное влияние TAN на развитие, прогрессирование и исход рака становится все более и более оцененным [48–50]. Принимая во внимание очевидные доказательства того, что гипоксия влияет на поведение и активность нейтрофилов в опухолях, удивительно, что до сих пор лишь небольшое количество исследований было посвящено этой теме. Прикрепление нейтрофилов к эндотелию, их активация и повышенная экстравазация сосудов, приводящая к инфильтрации опухоли, были приписаны индуцированной гипоксией передаче сигналов в эндотелиальных клетках [51].Кроме того, в отчете Atai et al. предполагает, что HIF-1-зависимая индукция остеопонтина имеет решающее значение для рекрутирования нейтрофилов в неопластические поражения [52]. ИЛ-8, основной хемокин, привлекающий нейтрофилы, также индуцируется в ходе гипоксического ответа [53, 54]. Анализ HIF-1-регулируемых, связанных с гипоксией генов выявил повышенную экспрессию генов в TAN по сравнению с селезеночными миелоидными супрессорными клетками (MDSC) для iNOS, IL-10 и IL-6 [55]. Эластаза сериновой протеазы, специфичная для нейтрофилов, поддерживает пролиферацию раковых клеток [56], а ее высвобождение запускается при гипоксии [57].Интересно, что в гипоксическом микроокружении опухолей предполагается, что TAN влияют на классическую (M1) поляризацию макрофагов по сравнению с альтернативной (M2) поляризацией [58, 59].

По аналогии с классификацией макрофагов, ассоциированные с опухолью нейтрофилы подразделяются на два различных поляризационных состояния: N1 и N2 [60]. Было показано, что образование протуморигенного N2 TAN с помощью TGF- β , который является другой мишенью HIF-1 и считается главным медиатором этого процесса, индуцируется при гипоксии [60].В свою очередь, TAN приобретают провоспалительный и противоопухолевый фенотип N1 в условиях блокады TGF- β и, секретируя реактивные формы кислорода, проявляют потенциал для индукции лизиса опухолевых клеток и остановки роста.

7. Нейтрофилы в других воспалительных заболеваниях

Долгое время считалось, что макрофаги являются центральными действующими лицами во время воспалительного заболевания, такого как ревматоидный артрит (РА), тогда как влияние нейтрофилов в этом контексте было в значительной степени неуловимым.Однако по сравнению с макрофагами нейтрофилы часто обнаруживаются в гораздо большем количестве в очагах воспаления, и они аналогичным образом способны представлять антигены и активировать Т-клетки [61]. Нейтрофилы представляют собой наиболее распространенный тип иммунных клеток в синовиальной жидкости суставов пациентов с ревматоидным артритом и обнаруживаются в активных участках разрушения костей и хрящей в этом случае [62, 63]. Было высказано предположение, что повышенная секреция АФК нейтрофилами является частью процессов, управляющих заболеванием во время прогрессирования РА [64].

В ходе воспалительного заболевания печени нейтрофилы непосредственно участвовали в гибели клеток печени, опосредованной респираторным взрывом. Было показано, что они набираются через TNF- α и

.

Фагоцитов — TeachMePhysiology

Фагоциты — это тип лейкоцитов, которые используют фагоцитоз для поглощения бактерий, инородных частиц и умирающих клеток для защиты организма. Они связываются с патогенами и усваивают их в фагосоме, которая подкисляется и сливается с лизосомами, разрушая их содержимое.

Они являются ключевым компонентом врожденной иммунной системы. Есть три основных группы фагоцитов: моноциты и макрофаги, гранулоциты и дендритные клетки, каждая из которых выполняет несколько разные функции в организме.

В этой статье должны быть рассмотрены различные фагоцитарные клетки, присутствующие в организме, их структура , , где они находятся , и клинические состояния , которые могут быть результатом их дефицита.

Моноциты

Моноциты — это тип фагоцитов, обнаруженных в кровотоке. Они циркулируют по телу, и когда ткань инфицирована или воспалена, они могут покинуть кровоток и попасть в ткань.

В ткани они дифференцируются на макрофагов , которые образуют основную резидентную популяцию фагоцитов в нормальных тканях.Моноциты фагоцитируют, но, поскольку большинство инфекций происходит в тканях, способность моноцитов дифференцироваться является особенно важной. При наличии определенного набора сигналов моноциты также могут дифференцироваться в дендритные клетки в тканях.

Моноциты — это наибольших фагоцитов типа , с фасолью , имеющей форму ядра , если смотреть под микроскопом.

Рис. 1. Электронная микрофотография, показывающая моноцит, окруженный эритроцитами.[/ caption]

Макрофаги

Макрофаги происходят из моноцитов и обнаруживаются в тканях. Они играют важную роль в качестве первого механизма защиты при фагоцитозе клеточного мусора, микробов и любых других чужеродных веществ.

Они также помогают инициировать адаптивный иммунный ответ, представляя антигены Т-клеткам и секретирующие факторы, чтобы вызвать воспаление и привлечь другие клетки.

Макрофаги могут называться по-разному в зависимости от их местоположения: микроглия присутствует в ЦНС, а клеток Купфера находятся в печени.

Рис. 2. Диаграмма, показывающая расположение клеток Купфера в печени. [/ caption]

Дендритные клетки

Основная функция дендритных клеток — связующее звено между врожденной и адаптивной иммунными системами. Будучи незрелыми дендритными клетками, они перемещаются в кровотоке и мигрируют через ткани, постоянно отбирая образцы патогенов, которые они находят через макропиноцитоз .

После фагоцитоза клетка становится зрелой и мигрирует в периферический лимфоидный орган, такой как лимфатический узел, селезенка или ассоциированную с кишечником лимфоидную ткань, чтобы представить антиген Т-клетке.Затем это активирует Т-лимфоциты, чтобы инициировать адаптивный иммунный ответ.

Дендритные клетки можно распознать по присутствию множественных цитоплазматических выступов на их поверхности, что придает им большое отношение площади поверхности к объему, что способствует тесному контакту с множеством клеток. Эти процессы похожи на дендриты нейронов, давшие название дендритным клеткам.

Рис. 3. Дендритные клетки (окрашены зеленым), расположенные в эпителии роговицы.[/ caption]

Гранулоциты

Гранулоциты — это группа клеток с плотными гранулами в цитоплазме, включающая нейтрофилы, эозинофилы и базофилы.

Нейтрофилы являются наиболее фагоцитарными из этих клеток: они являются наиболее многочисленными лейкоцитами и могут быть идентифицированы по их гранулярной цитоплазме и дольчатым ядрам (обычно 2-5 долек). Они образуются из миелоидных стволовых клеток, обнаруженных в костном мозге.

Обычно они обнаруживаются в кровотоке, но во время острой фазы инфекции они являются одними из первых воспалительных клеток, которые достигают места заражения.Они особенно специализируются на уничтожении внутриклеточных патогенов за счет цитоплазматических гранул токсичными веществами, такими как антимикробные пептиды, ферменты и активные формы кислорода.

Нейтрофилы являются короткоживущими клетками и обычно умирают после фагоцитоза и использования их гранул — умирающие или мертвые нейтрофилы составляют большую часть гноя, наблюдаемого при инфекции. Нейтрофилы также важны для индукции воспаления и рекрутирования воспалительных клеток за счет высвобождения цитокинов и других воспалительных факторов.

Рис. 4. Электронная микрофотография нейтрофилов на мазке крови. [/ caption]

[старт-клинический]

Клиническая значимость — нейтропения

Нейтропения — это низкое количество нейтрофилов, обычно определяемое как менее 1,5 x 10 9 / л . Нейтропения подвергает пациентов высокому риску инфекций, поскольку они являются ключевым компонентом врожденного иммунитета. Если пациенты страдают нейтропенией и нездоровы, им срочно требуются антибиотики широкого спектра действия из-за риска развития септического шока.

Причины нейтропении разнообразны:

  • Острая нейтропения (менее 2 недель) может быть результатом вирусной инфекции (ВИЧ, ЦМВ, ВЭБ, грипп)
  • Хроническая нейтропения может быть вызвана аутоиммунными заболеваниями (СКВ), дефицитом B12 / фолиевой кислоты, гематологическими нарушениями (лейкемия, лимфома, миелома), приемом лекарств или этнической принадлежностью (доброкачественной у некоторых людей афро-карибского или ближневосточного происхождения)

Если пациенты не плохо себя чувствуют и не имеют лихорадки, учитывайте этническую принадлежность и изучите историю приема лекарств.Запрос на мазок крови может выявить инфекцию, аутоиммунные состояния или лимфопролиферативные заболевания. Другие исследования, которые могут быть полезны, включают серологию вирусов и аутоантитела .

Если единственной аномалией является изолированная нейтропения, гематологическая злокачественная опухоль является относительно необычным объяснением. Пациентов следует направлять, если есть подозрение на серьезное заболевание, прогрессирование или развитие других аномалий клеток крови.

Рис. 5. Мазок крови пациента с нейтропенией показывает только один нейтрофил.[/ caption]

[окончание клинической]

.

Нейтрофил-гранулоцит

«Нейтрофил» перенаправляется сюда. Для организмов, которые растут в средах с нейтральным pH, см. Нейтрофилы.

Мазок крови, показывающий нейтрофильный гранулоцит; видно трехлопастное ядро. Эта фотография была окрашена MayGrunwald Giemsa и наблюдалась с объективом 100x в масляной иммерсии.

Нейтрофильные гранулоциты являются наиболее распространенным типом белых кровяных телец у млекопитающих и составляют важную часть врожденной иммунной системы. Обычно их называют нейтрофилами или полиморфноядерными нейтрофилами (или PMN ) и подразделяют на сегментированных нейтрофила (или сегментов ) и полосовых нейтрофилов (или ).Вместе с базофилами и эозинофилами они составляют часть семейства полиморфноядерных клеток (PMN). [1] [2] [3]

Название нейтрофил происходит от характеристик окрашивания гистологических или цитологических препаратов гематоксилином и эозином (H&E). В то время как базофильные лейкоциты окрашиваются в темно-синий цвет, а эозинофильные лейкоциты окрашиваются в ярко-красный цвет, нейтрофилы окрашиваются в нейтральный розовый цвет. Обычно нейтрофилы содержат ядро, разделенное на 2–5 долей.

Нейтрофилы обычно находятся в кровотоке. Во время начальной (острой) фазы воспаления, особенно в результате бактериальной инфекции, воздействия окружающей среды, [4] и некоторых видов рака, [5] [6] нейтрофилов являются одними из первых реагирующих на воспалительный процесс. клетки мигрируют к месту воспаления. Они мигрируют через кровеносные сосуды, а затем через интерстициальную ткань, следуя химическим сигналам, таким как интерлейкин-8 (IL-8), C5a и лейкотриен B4, в процессе, называемом хемотаксисом.Они являются преобладающими клетками гноя, из-за чего он имеет беловатый / желтоватый оттенок.

Нейтрофилы попадают в место повреждения в течение нескольких минут после травмы и являются признаком острого воспаления. [7]

Характеристики

Нейтрофильные гранулоциты мигрируют из кровеносного сосуда в матрикс, ощущая протеолитические ферменты, чтобы определить межклеточные связи (для улучшения их подвижности) и окружить бактерии посредством фагоцитоза.

Нейтрофильные гранулоциты в мазках периферической крови имеют средний диаметр 12–15 микрометров (мкм). При анализе суспензии чистых нейтрофилов на автоматическом счетчике клеток нейтрофилы имеют средний диаметр 8–9 мкм.

Вместе с эозинофилом и базофилом они образуют класс полиморфно-ядерных клеток , названный в честь многодольчатой ​​формы ядра (по сравнению с лимфоцитами и моноцитами, другими типами белых клеток). Ядро имеет характерный лопастной вид, отдельные доли соединены хроматином.Ядрышко исчезло в ядре зрелого нейтрофила, которое является одной из немногих ядерных клеток, где это происходит. [8] В цитоплазме аппарат Гольджи небольшой, митохондрии и рибосомы редки, а грубая эндоплазматическая сеть отсутствует. [9] Цитоплазма также содержит около 200 гранул, треть из которых азурофильные. [9]

Обнаружено незначительное различие между нейтрофилами мужчины и женщины.11 производятся ежедневно); они составляют примерно 70% всех лейкоцитов (лейкоцитов). Заявленный нормальный диапазон показателей крови человека варьируется в зависимости от лаборатории, но количество нейтрофилов 2,5–7,5 x 10 9 / л является стандартным нормальным диапазоном. У людей африканского и ближневосточного происхождения могут быть более низкие показатели, но это все еще нормально. Отчет может разделить нейтрофилы на сегментированные нейтрофилы и группы.

Нейтрофилы, циркулирующие в кровотоке и неактивированные, имеют сферическую форму.После активации они меняют форму и становятся более аморфными или амебоподобными и могут расширять псевдоножки, охотясь за антигенами. [11]

Срок службы

HSC = гемопоэтическая стволовая клетка, Progenitor = клетка-предшественник, L-blast = лимфобласт, лимфоцит, Mo-blast = монобласт, моноцит, миелобласт, Pro-M = промиелоцит, миелоцит, Meta-M = метамиелоцит, нейтрофил, базофил, эозинофил -E = Проэритробласт, Baso-E = Базофильный эритробласт, poly-e = Полихроматический эритробласт, Орто-E = ортохроматический эритробласт, Эритроцит, Промегакариоцит, мегакариоцит, Платетка

Средняя продолжительность жизни (неактивированных) нейтрофилов в кровотоке составляет около 5.4 дня. [12] После активации они граничат (располагаются рядом с эндотелием кровеносных сосудов) и в большинстве случаев подвергаются селектин-зависимому захвату, за которым следует интегрин-зависимая адгезия, после чего они мигрируют в ткани, где выживают в течение 1– 2 дня. [13]

Нейтрофилов намного больше, чем более долгоживущих фагоцитов моноцитов / макрофагов. Патоген (болезнетворный микроорганизм или вирус), скорее всего, впервые столкнется с нейтрофилом.Некоторые эксперты предполагают, что короткое время жизни нейтрофилов является эволюционной адаптацией. Короткое время жизни нейтрофилов сводит к минимуму распространение тех патогенов, которые паразитируют на фагоцитах, потому что чем больше времени такие паразиты проводят вне клетки-хозяина, тем больше вероятность, что они будут уничтожены каким-либо компонентом защиты организма. Кроме того, поскольку нейтрофильные противомикробные препараты могут также повреждать ткани хозяина, их короткая жизнь ограничивает повреждение хозяина во время воспаления. [13]

Нейтрофилы часто фагоцитируются макрофагами после переваривания патогенов.В этом процессе участвуют PECAM-1 и фосфатидилсерин на поверхности клетки.

Хемотаксис

Нейтрофилы подвергаются процессу, называемому хемотаксисом, который позволяет им мигрировать к участкам инфекции или воспаления. Рецепторы клеточной поверхности позволяют нейтрофилам обнаруживать химические градиенты молекул, таких как интерлейкин-8 (IL-8), интерферон гамма (IFN-гамма), C5a и лейкотриен B4, которые эти клетки используют для направления своей миграции.

Нейтрофилы имеют множество специфических рецепторов, включая рецепторы комплемента, рецепторы цитокинов для интерлейкинов и гамма-интерферона (IFN-гамма), рецепторы для хемокинов, рецепторы для обнаружения эндотелия и прикрепления к нему, рецепторы для лептинов и белков и рецепторы Fc для опсонина. [14]

Антимикробная функция

Нейтрофил

Обладая высокой подвижностью, нейтрофилы быстро собираются в очаге инфекции, привлекаемые цитокинами, экспрессируемыми активированным эндотелием, тучными клетками и макрофагами. Нейтрофилы экспрессируют [15] и выделяют цитокины, которые, в свою очередь, усиливают воспалительные реакции со стороны некоторых других типов клеток.

Помимо рекрутирования и активации других клеток иммунной системы, нейтрофилы играют ключевую роль в передовой защите от вторжения патогенов.У нейтрофилов есть три стратегии для прямой атаки на микроорганизмы: фагоцитоз (проглатывание), высвобождение растворимых антимикробных веществ (включая белки гранул) и создание внеклеточных ловушек нейтрофилов (NET). [16]

Фагоцитоз

Нейтрофилы — это фагоциты, способные поглощать микроорганизмы или частицы. Чтобы мишени были распознаны, они должны быть покрыты опсонинами — процесс, известный как опсонизация антител. [11] Они могут интернализовать и убивать множество микробов, каждое фагоцитарное событие приводит к образованию фагосомы, в которую секретируются активные формы кислорода и гидролитические ферменты.Потребление кислорода во время генерации активных форм кислорода было названо «респираторным взрывом», хотя и не связано с дыханием или производством энергии.

При респираторном взрыве активируется фермент НАДФН-оксидаза, который производит большие количества супероксида, реактивного вида кислорода. Супероксид дисмутируется спонтанно или посредством катализа с помощью ферментов, известных как супероксиддисмутазы (Cu / ZnSOD и MnSOD), в перекись водорода, которая затем превращается в хлорноватистую кислоту HClO ферментом зеленого гема миелопероксидазой.Считается, что бактерицидных свойств HClO достаточно, чтобы убить бактерии, фагоцитируемые нейтрофилом, но вместо этого это может быть этап, необходимый для активации протеаз. [17]

Дегрануляция

Нейтрофилы также высвобождают набор белков в трех типах гранул с помощью процесса, называемого дегрануляцией:

Бринкманн и его коллеги недавно описали новое поразительное наблюдение, что активация нейтрофилов вызывает высвобождение паутинообразных структур ДНК; это представляет собой третий механизм уничтожения бактерий. [18] Эти внеклеточные ловушки нейтрофилов (NET) содержат сеть волокон, состоящих из протеаз хроматина и серина, которые захватывают и убивают микробы внеклеточно. Предполагается, что NET обеспечивают высокую локальную концентрацию противомикробных компонентов и связывают, обезвреживают и убивают микробы независимо от поглощения фагоцитами. В дополнение к их возможным антимикробным свойствам NET могут служить физическим барьером, предотвращающим дальнейшее распространение патогенов. Улавливание бактерий может быть особенно важной ролью NET при сепсисе, когда NET образуются внутри кровеносных сосудов. [19] Недавно было показано, что NET играют роль в воспалительных заболеваниях, поскольку NET могут быть обнаружены при преэклампсии, воспалительном заболевании, связанном с беременностью, при котором, как известно, активируются нейтрофилы. [20]

Роль в заболевании

Низкое количество нейтрофилов называется нейтропенией . Это может быть врожденное (генетическое заболевание) или развиться позже, как в случае апластической анемии или некоторых видов лейкемии. Это также может быть побочным эффектом лекарств, в первую очередь химиотерапии.Нейтропения делает человека очень восприимчивым к инфекциям. Нейтропения может быть результатом колонизации внутриклеточными нейтрофильными паразитами.

При дефиците альфа-1-антитрипсина важный фермент нейтрофилов эластаза неадекватно ингибируется альфа-1-антитрипсином, что приводит к чрезмерному повреждению тканей в присутствии воспаления, в первую очередь эмфиземы легких.

При семейной средиземноморской лихорадке (FMF) мутация в гене пирина (или маренострина ), который экспрессируется в основном в нейтрофильных гранулоцитах, приводит к конститутивно активной острой фазе ответа и вызывает приступы лихорадки, артралгии, перитонита, и — в конечном итоге — амилоидоз. [21]

Медиа

  • Можно увидеть быстро движущийся нейтрофил, занимающий несколько конидий за время визуализации 2 часа с одним кадром каждые 30 с

[1] Нейтрофилы демонстрируют направленную амебоидную подвижность инфицированных подушечек стопы и фаланг. Прижизненную визуализацию проводили на подушечках лап мышей LysM-eGFP через 20 минут после инфицирования LM. [22]

Дополнительные изображения

Список литературы

  1. ^ Витко-Сарсат, В; Rieu P, Descamps-Latscha B, Lesavre P, Halbwachs-Mecarelli L (2000). a b Эдвардс, Стивен В. (1994). Биохимия и физиология нейтрофилов . Издательство Кембриджского университета. стр. 6. ISBN 0521416981. http://books.google.com.au/books?id=S7o3YYskc-oC&pg=PA6&dq=%22surface+receptors%22+neutrophil&hl=en&ei=0Bx1Tp7qBI-aiAeaiMDHDQ&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum= 2 & ved = 0CDUQ6AEwAQ # v = onepage & q =% 22surface% 20receptors% 22% 20neutrophil & f = false. Кларк, SR; Ma, AC; Tavener, SA; Макдональд, Б; Goodarzi, Z; Келли, ММ; Patel, KD; Chakrabarti, S et al .; Ma AC, Tavener AS, McDonald B, Goodarzi Z, Kelly MM, Patel KD, Chakrabarti S, McAvoy E, Sinclair GD, Keys EM, Allen-Vercoe E, DeVinney R, Doig CJ, Green FHY и Kubes P (апрель 2007 г.) . «Толл-подобный рецептор-4 тромбоцитов активирует внеклеточные ловушки нейтрофилов, чтобы уловить бактерии в эндотоксемической и септической крови». Nature Medicine (Nature Publishing Group) 13 ((4)): 463–9. Грэм Д. Б., Зинсельмейер Б. Х., Маскареньяс Ф., Дельгадо Р., Миллер М. Дж., Сват В. (2009). «Передача сигналов ITAM с помощью факторов обмена гуаниновых нуклеотидов семейства Vav регулирует скорость интерстициального транзита нейтрофилов in vivo». PLoS ONE 4 : e4652. DOI: 10.1371 / journal.pone.0004652. PMC 2645696. http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=2645696.

Цитированный текст

  • Цукер-Франклин, Дороти; Гривз, М.F .; Grossi, C.E .; Мармонт, А. (1988). «Нейтрофилы». Атлас клеток крови: функции и патология . 1 (2-е изд.). Филадельфия: Леа и Фербигер. ISBN 0-8121-1094-3.

.