Иммунитет к простейшим организмам
Как устроен иммунитет: Объясняем по пунктам
Наш организм непрерывно меняется, но при этом очень «любит» постоянство и может нормально работать только при определенных параметрах своей внутренней среды. Например, нормальная температура тела колеблется между 36 и 37 градусами по Цельсию. Вспомните последнюю простуду и то, как плохо вы себя чувствовали, стоило температуре подняться всего на полградуса. Такая же ситуация и с другими показателями: артериальным давлением, рН крови, уровнем кислорода и глюкозы в крови и другими. Постоянство значений этих параметров называется гомеостазом, а поддержкой его стабильного уровня занимаются практически все органы и системы организма: сердце и сосуды поддерживают постоянное артериальное давление, легкие — уровень кислорода в крови, печень — уровень глюкозы и так далее.
Иммунная же система отвечает за генетический гомеостаз. Она помогает поддерживать постоянство генетического состава организма. То есть ее задача — уничтожать не только все чужеродные организмы и продукты их жизнедеятельности, проникающие извне (бактерии, вирусы, грибки, токсины и прочее), но также и клетки собственного организма, если «что-то пошло не так» и, например, они превратились в злокачественную опухоль, то есть стали генетически чужеродными.
Как клетки иммунной системы уничтожают «врагов»?
Чтобы разобраться с этим, сначала нужно понять, как иммунная система устроена и какие бывают виды иммунитета.
Иммунитет бывает врожденным (он же неспецифический) и приобретенным (он же адаптивный, или специфический). Врожденный иммунитет одинаков у всех людей и идентичным образом реагирует на любых «врагов». Реакция начинается немедленно после проникновения микроба в организм и не формирует иммунологическую память. То есть, если такой же микроб проникнет в организм снова, система неспецифического иммунитета его «не узнает» и будет реагировать «как обычно». Неспецифический иммунитет очень важен — он первым сигнализирует об опасности и немедленно начинает давать отпор проникшим микробам.
Однако эти реакции не могут защитить организм от серьезных инфекций, поэтому после неспецифического иммунитета в дело вступает приобретенный иммунитет. Здесь уже реакция организма индивидуальна для каждого «врага», поэтому «арсенал» специфического иммунитета у разных людей различается и зависит от того, с какими инфекциями человек сталкивался в жизни и какие прививки делал.
Специфическому иммунитету нужно время, чтобы изучить проникшую в организм инфекцию, поэтому реакции при первом контакте с инфекцией развиваются медленнее, зато работают гораздо эффективнее. Но самое главное, что, один раз уничтожив микроба, иммунная система «запоминает» его и в следующий раз при столкновении с таким же реагирует гораздо быстрее, часто уничтожая его еще до появления первых симптомов заболевания. Именно так работают прививки: когда в организм вводят ослабленных или убитых микробов, которые уже не могут вызвать заболевание, у иммунной системы есть время изучить их и запомнить, сформировать иммунологическую память. Поэтому, когда человек после вакцинации сталкивается с реальной инфекцией, иммунная система уже полностью готова дать отпор, и заболевание не начинается вообще или протекает гораздо легче.
Кто отвечает за работу различных видов иммунитета?
- Костный мозг. Это центральный орган иммуногенеза. В костном мозге образуются все клетки, участвующие в иммунных реакциях.
- Тимус (вилочковая железа). В тимусе происходит дозревание некоторых иммунных клеток (Т-лимфоцитов) после того, как они образовались в костном мозге.
- Селезенка. В селезенке также дозревают иммунные клетки (B-лимфоциты), кроме того, в ней активно происходит процесс фагоцитоза — когда специальные клетки иммунной системы ловят и переваривают проникших в организм микробов, фрагменты собственных погибших клеток и так далее.
- Лимфатические узлы. По своему строению они напоминают губку, через которую постоянно фильтруется лимфа. В порах этой губки есть очень много иммунных клеток, которые также ловят и переваривают микробов, проникших в организм. Кроме того, в лимфатических узлах находятся клетки памяти — это специальные клетки иммунной системы, которые хранят информацию о микробах, уже проникавших в организм ранее.
Таким образом, органы иммунной системы обеспечивают образование, созревание и место для жизни иммунных клеток. В нашем организме есть много их видов, вот основные из них.
- Т-лимфоциты. Названы так, потому что после образования в костном мозге дозревают в вилочковой железе — тимусе. Разные подвиды Т-лимфоцитов отвечают за разные функции. Например, Т-киллеры могут убивать зараженные вирусами клетки, чтобы остановить развитие инфекции, Т-хелперы помогают иммунной системе распознавать конкретные виды микробов, а Т-супрессоры регулируют силу и продолжительность иммунной реакции.
- B-лимфоциты. Название их происходит от Bursa fabricii (сумка Фабрициуса) — особого органа у птиц, в котором впервые обнаружили эти клетки. В-лимфоциты умеют синтезировать антитела (иммуноглобулины). Это специальные белки, которые «прилипают» к микробам и вызывают их гибель. Также антитела могут нейтрализовывать некоторые токсины.
- Натуральные киллеры. Эти клетки находят и убивают раковые клетки и клетки, пораженные вирусами.
- Нейтрофилы и макрофаги умеют ловить и переваривать микробов — осуществлять фагоцитоз. Кроме того, макрофаги выполняют важнейшую роль в процессе презентации антигена, когда макрофаг знакомит другие клетки иммунной системы с кусочками переваренного микроба, что позволяет организму лучше бороться с инфекцией.
- Эозинофилы защищают наш организм от паразитов — обеспечивают антигельминтный иммунитет.
- Базофилы — выполняют главным образом сигнальную функцию, выделяя большое количество сигнальных веществ (цитокинов) и привлекая этим другие иммунные клетки в очаг воспаления.
Как клетки иммунной системы отличают «своих» от «чужих» и понимают, с кем нужно бороться?
В этом им помогает главный комплекс гистосовместимости первого типа (MHC-I). Это группа белков, которая располагается на поверхности каждой клетки нашего организма и уникальна для каждого человека. Это своего рода «паспорт» клетки, который позволяет иммунной системе понимать, что перед ней «свои». Если с клеткой организма происходит что-то нехорошее, например, она поражается вирусом или перерождается в опухолевую клетку, то конфигурация MHC-I меняется или же он исчезает вовсе. Натуральные киллеры и Т-киллеры умеют распознавать MHC-I рецептор, и как только они находят клетку с измененным или отсутствующим MHC-I, они ее убивают. Так работает клеточный иммунитет.
Но у нас есть еще один вид иммунитета — гуморальный. Основными защитниками в этом случае являются антитела — специальные белки, синтезируемые B-лимфоцитами, которые связываются с чужеродными объектами (антигенами), будь то бактерия, вирусная частица или токсин, и нейтрализуют их. Для каждого вида антигена наш организм умеет синтезировать специальные, подходящие именно для этого антигена антитела. Молекулу каждого антитела, также их называют иммуноглобулинами, можно условно разделить на две части: Fc-участок, который одинаков у всех иммуноглобулинов, и Fab-участок, который уникален для каждого вида антител. Именно с помощью Fab-участка антитело «прилипает» к антигену, поэтому строение этого участка молекулы зависит от строения антигена.
Как наша иммунная система понимает устройство антигена и подбирает подходящее для него антитело?
Рассмотрим этот процесс на примере развития бактериальной инфекции. Например, вы поцарапали палец. При повреждении кожи в рану чаще всего попадают бактерии. При повреждении любой ткани организма сразу же запускается воспалительная реакция. Поврежденные клетки выделяют большое количество разных веществ — цитокинов, к которым очень чувствительны нейтрофилы и макрофаги. Реагируя на цитокины, они проникают через стенки капилляров, «приплывают» к месту повреждения и начинают поглощать и переваривать попавших в рану бактерий — так запускается неспецифический иммунитет, но до синтеза антител дело пока еще не дошло.
Расправляясь с бактериями, макрофаги выводят на свою поверхность разные их кусочки, чтобы познакомить Т-хелперов и B-лимфоцитов со строением этих бактерий. Этот процесс называется презентацией антигена. Т-хелпер и B-лимфоцит изучают кусочки переваренной бактерии и подбирают соответствующую структуру антитела так, чтобы потом оно хорошо «прилипало» к таким же бактериям. Так запускается специфический гуморальный иммунитет. Это довольно длительный процесс, поэтому при первом контакте с инфекцией организму может понадобиться до двух недель, чтобы подобрать структуру и начать синтезировать нужные антитела.
После этого успешно справившийся с задачей B-лимфоцит превращается в плазматическую клетку и начинает в большом количестве синтезировать антитела. Они поступают в кровь, разносятся по всему организму и связываются со всеми проникшими бактериями, вызывая их гибель. Кроме того, бактерии с прилипшими антителами гораздо быстрее поглощаются макрофагами, что также способствует уничтожению инфекции.
Есть ли еще какие-то механизмы?
Специфический иммунитет не был бы столь эффективен, если бы каждый раз при встрече с инфекцией организм в течение двух недель синтезировал необходимое антитело. Но здесь нас выручает другой механизм: часть активированных Т-хелпером В-лимфоцитов превращается в так называемые клетки памяти. Эти клетки не синтезируют антитела, но несут в себе информацию о структуре проникшей в организм бактерии. Клетки памяти мигрируют в лимфатические узлы и могут сохраняться там десятилетиями. При повторной встрече с этим же видом бактерий благодаря клеткам памяти организм намного быстрее начинает синтезировать нужные антитела и иммунный ответ запускается раньше.
Таким образом, наша иммунная система имеет целый арсенал различных клеток, органов и механизмов, чтобы отличать клетки собственного организма от генетически чужеродных объектов, уничтожая последние и выполняя свою главную функцию — поддержание генетического гомеостаза.
К возбудителей протозойных заболеваний человека и животных относятся мельчайшие живые существа царства эукариот, которые значительно различаются между собой по размерам, антигенной структуре, способами проникновения в макроорганизм, местами и формами паразитирования.
Простейшие гораздо сложнее бактерий по своему строению (большинство имеет плотную эластичную мембрану — петикулы, а иногда и минеральный скелет) и антигенным составом. Значительная часть простейших в организме проходит несколько стадий развития, которые отличаются своей антигенной строением, могут развиваться в организме в разных местах — на слизистых оболочках и коже (амебы, балантидии, лямблии, трихомонады, лейшмании), внутриклеточно (лейшмании, трипаносомы, плазмодии, токсоплазмы , Кокциды), в межклеточном пространстве (балантидии, токсоплазмы, амебы), в крови (плазмодии, трипаносомы, амебы) и в кишечнике, желчном пузыре, печени, спинном и головном мозге, мышцах, миокарде. Для некоторых возбудителей характерна постоянная изменчивость поверхностных антигенов. Кроме того, продукты жизнедеятельности простейших имеют иммуносупрессивные свойства. При некоторых инфекциях в организме появляется большое количество новых антигенов простых и измененных структур собственных клеток вследствие агрессии возбудителей. Так, при малярии в организме появляется более тысячи различных новых антигенов. Все это обусловливает формирование малоэффективной иммунного ответа.
Простейшие проникают в организм чаще всего через укусы насекомых, клопов и алиментарным путем. Для внутриклеточного проникновения они используют различные рецепторы. Так, лейшмании проникают в макрофаги с помощью рецептора к dq-компонента комплемента, а также с помощью манозно-фукозного рецептора, возбудитель малярии проникает в эритроциты благодаря специальной органеллы — ронтрии и из-за специфического на эритроцитах рецептор — антиген Дафи. Чувствительность отдельных особей к протозойных заболеваний контролируется определенными генами иммунного ответа.
Существуют наблюдения о наличии в некоторых простейших врожденной устойчивости организма. Так, большинство взрослых людей устойчивы к балантидиозу. Выявлено индивидуальную непереносимость отдельных лиц патогенных амеб, которая в некоторых случаях вызывается строением и функционированием стенки кишок. Естественная резистентность местных жителей Африки к возбудителям малярии обусловлено двумя факторами — отсутствием в эритроцитах изоантигены Дафи или наличием серповидной формы эритроцитов.
Неспецифические факторы защиты первыми сталкиваются с простейшими и преимущественно обезвреживают патогены. Однако при наличии определенных недостатков системы защиты организма, значительной патогенности возбудителя или способности его обходить соответствующие звенья защитной системы простейшие способны закрепляться на слизистых оболочках или проникать во внутреннюю среду организма и колонизировать некоторые ткани, органы, клетки.
Характер и особенности индуцирования и формирования адаптивной иммунного ответа для большинства протозойных заболеваний еще мало изучены. Существует много наблюдений об отсутствии формирования адаптивной иммунного ответа или очень низкий ее уровень при некоторых протозойных заболеваниях (лямблиоз, амебиоз, трихомоноз), о чем свидетельствует частое возникновение повторных заболеваний. Известно, что некоторые простейшие обусловливают становление гуморального и клеточного иммунитета, но его роль в защитных реакциях организма неодинакова и обычно малоэффективна. Это вызывается рядом факторов — особенностью антигенного состава, физиологическими особенностями паразитов, стадиями развития и существования, местами паразитирования т.д.. Вид специфического иммунного ответа зависит от антигенной строения простого, стадий существования и местонахождения его. Гуморальная иммунный ответ формируется почти всех форм паразитирования протозойных возбудителей, но эффективно она оказывается в случае пребывания паразитов в крови (малярия, трипаносомоз), В межклеточном пространстве определенных тканей и органов (лейшманиоз). Внутриклеточная форма существования паразитов способствует формированию клеточного иммунного ответа (токсоплазмоз, лейшманиоз). При существовании на поверхности слизистых оболочек (лямблиоз, трихомоноз, амебиоз, балантидиоз) специфический иммунный ответ формируется очень слабо или совсем не обнаруживается.
Специфическая гуморальная иммунная ответ для каждого возбудителя формируется со своими особенностями в зависимости от антигенной строения возбудителя, формы существования на определенной стадии, способности к антигенной мимикрии т.д.. Так, при токсоплазмозе интенсивно вырабатываются антитела классов G и М, которые имеют определенные защитные функции. При лейшманиозе также продуцируются специфические IgM и IgG, но они не препятствуют размножению лейшманий и не влияют на развитие болезни. Это обусловлено преимущественно внутриклеточным (внутришньофагоцитарним и внутришньоендотелиальним) развитием лейшманий. Следует отметить, что лейшмании имеют общие антигены с микобактериями и трипаносомами, что затрудняет серологическое их дифференцировки. Важным является процесс формирования специфической устойчивости к плазмодиев. При малярии образуются специфические антитела, но в связи с изменением стадий развития паразита в каждом случае образованные ранее антитела к предыдущих стадий развития плазмодиев малоэффективны к следующим стадиям и только после образования антител ко всем стадиям развития плазмодиев формируется протективный защиту. Поэтому эффективный протективный иммунитет при малярии формируется только у людей, длительно проживающих в этой местности, после нескольких реинфекций. При малярии IgG лишают способности активных форм плазмодиев проникать в эритроциты и способствуют распознаванию и фагоцитоза спорозоитов, свободных мерозоитов инвазированных эритроцитов. Массовое разрушение эритроцитов и появление большого количества измененных собственных эритроцитарных антигенных структур при малярии способствует образованию большого количества аутоантител.
Для большинства протозойных заболеваний решающую роль в защитных реакциях организма играют клеточные факторы иммунного ответа. Специфический иммунный ответ при протозойных заболеваниях характеризуется сенсибилизацией организма, что приводит формирования аллергических реакций, и появлением активированных клеток иммунной системы, производством ними БАР с разной активностью. Основными эффекторными клетками иммунного ответа является цитотоксические Т-лимфоциты _ CD8 и CD4 — и клетки с АЗКЦ как результат специфического иммунного гуморального ответа. В осуществлении эффекторных реакций важную роль играют цитокины, выделяемые Т-хелперами, цитотоксическими Т-лимфоцитами, макрофагами и другими клетками при их активации и способны сами осуществлять киллерные эффекты (ФНО-а и Р) или активно участвовать в регуляции (ИФНы, интерлейкины 1, 2, 12, КСФ и др..).
О важной роли клеточного звена в защите против большинства протозойных заболеваний свидетельствуют данные о способности Т-клеток от иммунных животных защищать здоровые животные от возбудителей ряда протозойных заболеваний (трипаносомы, плазмодии), а также данные о неспособности мышей с дефектами Т-клеточного звена противостоять некоторым непатогенные видам трипаносом и плазмодиев, которые у нормальных мышей не вызывают инфекций с летальным исходом.
Роль отдельных субпопуляций Т-лимфоцитов в защитных реакциях различна и зависит от многих факторов — вида паразита, местонахождение, стадии его развития. Так, малярийный плазмодий паразитирует в эритроцитах и в клетках печени. Эритроциты и гепатоциты различаются по экспрессии антигенов МЧС — эритроциты экспрессируют антигены МНС класса II, а гепатоциты — класса I. В свою очередь, CD4 выполняется только антигены МНС класса II, а CD8 — класса I. Таким образом, при взаимодействии с инфицированными эритроцитами только CD4, а при взаимодействии с инфицированными гепатоцитами только CD8 будут активироваться и продуцировать ИФН-у. Последний ингибирует размножение паразитов и разрушает инфицированные гепатоцита
Хронические протозойные заболевания часто сопровождаются иммуносупрессией со значительным снижением выработки ИФН-у.
Участие в защитных реакциях Тх1 или Тх2 обусловлено антигенной структуре возбудителей и их местонахождению. Так, после поражения гепатоцитов плазмодиями активируется Тх1, вследствие чего уменьшается количество паразитов благодаря выделению ИФН-у. Введение антител к ИФН-у устойчивым против малярии мышам вызывает возникновение заболевания после их инфицирования плазмодиями. Вместе Тх2 индуцируют образование антител, активно участвуют в разрушении инфицированных плазмодиями эритроцитов в селезенке по механизму АЗКЦ.
Роль отдельных цитокинов в противопротозойное защите может быть положительной и отрицательной. Так, ИФН-у и ФНО-а активируют внутриклеточную микробоциднисть фагоцитов, поэтому происходит быстрое их уничтожения (лейшмании, трипаносомы, токсоплазмы, некоторые стадии плазмодиев). ИЛ-12 стимулирует пролиферацию Тх1 _ основного продуцента ИФН-у и, как следствие, патоген обезвреживается. ИФН-у и ИЛ-1, которые секретируются макрофагами, повышают устойчивость гепатоцитов к малярийного паразита. Следует отметить, что ИЛ-4, ИЛ-10, ТФР-Р тормозят активацию макрофагов, нейтрализуют активувальну действие ИФН-у, снижают пролиферацию Тх1, способствуют выживанию патогена и усложнению течения инфекционного процесса. После введения ИЛ-3 инфицированным лейшманиями мышам наблюдается обострение и расширение процесса.
У переболевших на некоторые протозойные заболевания (трипаносомоз, кокцидиоз) преимущественно формируется нестерильный малонапружений иммунитет. Стойкий иммунитет (в основном не стерильный) возникает только после лейшманиоза и малярии у местных жителей. При лейшманиозе протективный иммунитет обусловливается в основном клеточными факторами, поскольку введение специфических антител от инфицированных лейшманиями животным не защищает их, а перенос Т-лимфоцитов от иммунных животных, наоборот, их защищает. При малярии протективный иммунитет вызывается гуморальными и клеточными факторами и является строго типовидовим и штамоспецифичним.