Эффекторные клетки врожденного иммунитета
Екатерина Умнякова
Друзья, продолжаем делиться с вами материалами лектора «Зануды», научного сотрудника и аспиранта Института экспериментальной медицины Екатерины Умняковой. В своём блоге Екатерина рассказывает об иммунитете. Сегодня — об основных типах клеток врождённого иммунитета, их отличительных чертах и функциях.
Мы уже успели обсудить то, что и у врождённого, и у приобретённого иммунитета есть собственные клетки и молекулы. Именно им принадлежит функция поддержания постоянства состава внутренней среды. Иначе говоря, при вторжении патогена — «чужого» или при появлении изменённого «своего» — запускаются механизмы ликвидации угрозы со стороны этих явлений.
Клетки иммунитета образуются в наших иммунных органах. Эти клетки помимо того, что могут контактировать с источником заболевания или инфекции (инфицирующим агентом) и непосредственно уничтожать угрозу, выделяют молекулы иммунитета, которые также осуществляют защитные функции. Но о них чуть позже.
Поговорим о клетках врожденного иммунитета. Эти клетки являются различными видами белых кровяных телец — лейкоцитов — и образуются в красном костном мозге. Соответственно, их предшественник — стволовая клетка крови.
Клеточное звено врождённого иммунитета включает следующие типы клеток:
- нейтрофилы (50—70% от общего числа лейкоцитов);
- большие гранулярные лимфоциты — натуральные киллеры (20—35%);
- моноциты/макрофаги (3—7%);
- эозинофилы (1—3%);
- базофилы (0—1%).
Клетки одного и того же типа имеют одинаковый набор рецепторов, которые распознают патогены. Эти рецепторы закодированы в нашей ДНК, неизменны в течение жизни.
Они распознают болезнетворные организмы по структурам жизненно важных для микробов молекул, которые не могут быть изменены в результате одной мутации (т. е. по каким-то весьма консервативным и определённым паттернам). Затем клетки врождённого иммунитета запускают механизмы уничтожения угрозы со стороны патогенов, а также одновременно активируют приобретённый иммунный ответ. Сначала в течение нескольких дней запускаются механизмы врождённого иммунитета, а после уже начинает работать приобретённый иммунитет.
Наиболее многочисленными и важными клетками являются нейтрофилы и макрофаги. Эти способные к фагоцитозу клетки (др. греч. φαγεῖν «пожирать» + κύτος «клетка», т. е. клетки, «поедающие» и «переваривающие» твёрдые частицы) используют одни и те же механизмы уничтожения чужого. Ниже представлены видеофрагмент, на которомхможно увидеть процесс захвата бактерий фагоцитами.
Нейтрофилы живут около суток, активируются при остром воспалении и уничтожают только бактерии с использованием активных форм кислорода, а также с помощью антимикробных белков и пептидов, которые содержатся в гранулах. Эти клетки широко представлены в циркуляции. Более того, они очень мобильны и, как правило, первыми реагируют на вторжение патогена. На рисунке ниже представлены отличительные черты этих клеток.
В отличие от нейтрофилов, макрофаги живут недели, действуют при хроническом воспалении. Они способны атаковать многие микроорганизмы, не только бактерии. Более того, макрофаги способны «показывать» клеткам приобретённого иммунитета участки молекул патогена (презентируют антиген). Эти клетки выделяют множество сигнальных молекул для клеток приобрётенного иммунитета, то есть они являются важнейшими регуляторами как врождённого, так и приобретённого иммунного ответа. Основные черты этих клеток — на рисунке ниже.
Мы рассмотрели два основных типа клеток, однако есть и другие клетки, участвующие в реакциях врождённого иммунитета: эозинофилы, базофилыи натуральные киллеры. Основной вклад этих клеток в том, что они борются с вторжением простейших паразитов и паразитических червей, мобилизуют другие иммунные клетки, а также предотвращают распространение в организме вирусов.
Таким образом, клетки врождённого иммунитета обеспечивают первую линию обороны иммунной системы, которая включает механизмы быстрой стереотипной защиты. Решительные действия со стороны клеток врождённого иммунитета предотвращают развитие инфекции в организме, однако у патогенов есть различные способы обойти этот иммунный ответ с помощью различных уловок. Но обо всем этом вы, дорогой читатель, узнаете позже.
Не болейте, укрепляйте свой врождённый и приобретённый иммунитет!
Автор: Екатерина Умнякова |
29 сентября 2016, 13:15
Рассмотрим основные типы клеток врожденного иммунитета: их отличительные черты и функции.
Ранее мы уже успели обсудить то, что и у врожденного, и у приобретенного иммунитета есть собственные клетки и молекулы. Именно им принадлежит функция поддержания постоянства состава внутренней среды, иначе говоря, при вторжении патогена – «чужого» или при появлении измененного «своего» запускаются механизмы ликвидации угрозы со стороны этих явлений.
Клетки иммунитета образуются в наших иммунных органах. Эти клетки помимо того, что могут контактировать с источником заболевания или инфекции (инфицирующим агентом) и непосредственно уничтожать угрозу, выделяют молекулы иммунитета, которые также осуществляют защитные функции. Но о них позднее.
Поговорим о клетках врожденного иммунитета. Эти клетки являются различными видами белых кровяных телец – лейкоцитов – и образуются в красном костном мозге, соответственно их предшественником является стволовая клетка крови.
Клеточное звено врожденного иммунитета включает следующие типы клеток: нейтрофилы ( 50-70% от общего числа лейкоцитов), большие гранулярные лимфоциты – натуральные киллеры (20-35%), моноциты/макрофаги (3-7%), эозинофилы (1-3%) и базофилы (0-1%). Клетки одного и того же типа имеют одинаковый набор рецепторов, которые распознают патогены. Эти рецепторы закодированы в нашей ДНК, они неизменны в течение жизни. Они распознают болезнетворные организмы по структурам жизненно важных для микробов молекул, которые не могут быть изменены в результате одной мутации (т.е. по каким-то весьма консервативным и определенным паттернам). Затем клетки врожденного иммунитета запускают механизмы уничтожения угрозы со стороны патогенов, а также одновременно активируют приобретенный иммунный ответ. Сначала в течение нескольких дней запускаются механизмы врожденного иммунитета, а после уже начинает работать приобретенный иммунитет.
Наиболее многочисленными и важными клетками являются нейтрофилы и макрофаги. Эти способные к фагоцитозу клетки (др.-греч. φαγεῖν «пожирать» + κύτος «клетка», т.е. клетки, «поедающие» и «переваривающие» твердые частицы) используют одни и те же механизмы уничтожения чужого. Ниже представлены видеофрагменты, на которых можно увидеть процесс захвата бактерий фагоцитами.
Нейтрофилы живут около суток, активируются при остром воспалении, и уничтожают только бактерии с использованием активных форм кислорода, а также с помощью антимикробных белков и пептидов, которые содержатся в гранулах. Эти клетки широко представлены в циркуляции, более того, они очень мобильны и как правило первыми реагируют на вторжение патогена. На рисунке ниже представлены отличительные черты этих клеток.
В отличае от нейтрофилов макрофаги живут недели, действуют при хроническом воспалении. Они способны атаковать многие микроорганизмы, не только бактерии. Более того макрофаги способны «показывать» клеткам приобретенного иммунитета участки молекул патогена ( презентируют антиген). Эти клетки выделяют множество сигнальных молекул для клеток приобретенного иммунитета. То есть они являются важнейшими регуляторами как врожденного, так и приобретенного иммунного ответа.
Основные черты этих клеток представлены на рисунке ниже.
Мы рассмотрели два основных типа клеток, однако есть и другие клетки, участвующие в реакциях врожденного иммунитета: эозинофилы, базофилы и натуральные киллеры. Основной вклад этих клеток заключается в том, что они борятся с вторжением простейших паразитов и паразитических червей, мобилизуют другие иммунные клетки, а также предотвращают распространение в организме вирусов соответственно.
Таким образом, клетки врожденного иммунитета обеспечивают первую линию обороны иммунной системы, включающую механизмы быстрой стереотипной защиты. Решительные действия со стороны клеток врожденного иммунитета предотвращают развитие инфекции в организме, однако у патогенов есть различные способы обойти этот иммунный ответ с помощью различных уловок. Но обо всем этом Вы, дорогой читатель, узнаете позже.
Не болейте, укрепляйте свой врожденный и приобретенный иммунитет =)
Естественные
киллеры,
моноциты
и макрофаги,
гранулоциты,
тромбоциты,
дендритные
клетки в
большинстве случаев являются первыми,
которые связывают антигены.
Естественные
киллеры (ЕК,
NK-клетки)
ЕК
– это клетки естественного врожденного
иммунитета, самостоятельная популяция
лимфоцитов. Возникают из костно-мозговых
предшественников под влиянием ГМ-КСФ
и ИЛ-2. Представляют собой крупные
гранулярные лимфоциты (5-15% среди
лимфоцитов в крови, много в печени и
селезенке), имеющие почковидное ядро и
азурофильные гранулы в цитоплазме.
Эти
клетки не имеют специфического рецептора
к антигену. Однако они разрушают
клетки-мишени особенно инфицированные
вирусом или опухолевые (неиммунный
цитолиз).
Выделяют цитотоксический белок перфорин
(сходен с МАК комплемента), ФНОb,
ферменты гранзимы.
Естественные киллеры вызывают апоптоз
посредством взаимодействия рецептора
апоптоза CD95
с Fas-лигандом
этих клеток.
В
процессе цитолиза различают 3 основных
стадии: распознавание,
выделение
цитотоксинов
(«летальный
удар«) и
лизис
клетки-мишени. ЕК участвуют в разрушении
опухолевых клеток, могут лизировать и
некоторые виды бактерий. Основные
маркеры ЕК – CD16 и CD56.
В
норме на ЕК-клетках находятся как
киллинг-ингибирующие,
так и киллинг-активирующие
рецепторы. В отсутствие патологии
ингибиторные рецепторы реагируют с
HLA I класса собственных клеток и
тем самым подавляют активацию ЕК. К
лизису естественными киллерами становятся
чувствительными клетки, утратившие или
изменившие антигены HLA I класса,
например в результате инфицирования
вирусом.
В
то время, как Т-киллеры распознают
чужеродные антигены, связанные HLA
молекулами I класса (измененное «свое»),
а Т-хелперы – пептиды в комплексе с НLA
II класса гистосовместимости, ЕК лизируют
клетки, не имеющие таких молекул –
маркеров «своего».
Дефициты
функций ЕК служат причиной вирусных,
особенно герпетических инфекций и,
возможно, развития опухолей.
Система
мононуклеарных фагоцитов
Эта
система объединяет моноциты
крови и
различные макрофаги
(купферовские
клетки печени
– звездчатые эндотелиоциты, альвеолярные
макрофаги,
мезангиальные
макрофаги,
макрофаги
соединительной ткани,
астроциты
глии,
остеокласты).
Созревают под влиянием
гранулоцитарно-макрофагальных
колониестимулирующих факторов (ГМ-КСФ),
выделяемых Т-лимфоцитами, фибробластами
и макрофагами.
Функции
макрофагов
фагоцитоз;
распознавание,
переработка (процессинг)
и представление (презентация)
антигенов;секреция
медиаторов системы иммунитета
(монокинов).
Молекулярные
маркеры моноцитов и макрофагов.
Моноциты/макрофаги
экспрессируют рецепторы для углеводных
компонентов бактерий, в том числе –
молекулы из семейства TLR
(см. выше). С ними связан CD14-рецептор для
липополисахаридсвязывающего белка,
который взаимодействует с ЛПС
грамотрицательных бактерий. Также
имеются рецепторы для Fc-фрагмента IgG –
CD16, CD32 и CD64 и рецепторы к компонентам
комплемента (например, к С3b),
главная функция которых – опсонизация.
Помимо всех упомянутых выше молекулярных
маркеров, моноциты и макрофаги имеют
рецепторы к цитокинам, а также интегрины.
Фагоцитоз.
Процесс фагоцитоза
происходит в несколько стадий.
Стадия
хемотаксиса
представляет собой целенаправленное
движение макрофагов к объекту фагоцитоза
(например, микробная клетка), который
выделяет хемотаксические факторы
(бактериальные компоненты, анафилатоксины,
лимфокины и т.д.). Компоненты бактериальных
клеток, продукты активации комплемента,
например С5а, и локально выделяемые
цитокины и хемокины привлекают
фагоцитарные клетки в очаг инфекции и
воспаления.
Стадия
адгезии
реализуется 2 механизмами: иммунным
и неиммунным.
Неиммунный фагоцитоз осуществляется
за счет адсорбции антигена на поверхности
макрофага при помощи различных молекул
(например, лектинов). В иммунном фагоцитозе
участвуют Fc-рецепторы макрофагов к
иммуноглобулинам и C3b-компоненту
комплемента. В одних случаях макрофаг
несет на своей поверхности антитела,
за счет которых прикрепляется к
клетке-мишени. В других – с помощью
Fс-рецептора он сорбирует уже образовавшийся
иммунный комплекс. Антитела и факторы
комплемента, усиливающие фагоцитоз,
называют
опсонинами.
Стадия
эндоцитоза
(поглощения).
При
этом происходит инвагинация мембраны
фагоцита и обволакивание объекта
фагоцитоза псевдоподиями с образованием
фагосомы.
В дальнейшем фагосома сливается с
лизосомами и образуется фаголизосома.
Стадия
переваривания.
В
эту стадию происходит активация
многочисленных ферментов, разрушающих
объект фагоцитоза.
Фагоцитарные
клетки обладают разнообразными
механизмами уничтожения микробов.
Главный
из них – продукция активных
форм кислорода
(АФК) через активацию гексозомонофосфатного
шунта.
При
этом восстанавливается молекулярный
кислород с образованием супероксидного
анион-радикала (‘O2), из которого образуются
потенциально токсичные гидроксильные
радикалы (-ОН), синглетный молекулярный
кислород и H2O2.
В нейтрофилах под действием миелопероксидазы
(и каталазы, содержащейся в пероксисомах,
из перекисей в присутствии галоидов
образуются дополнительные токсичные
оксиданты, например гипоиодит и гипохлорит
(производные НOI и HClO).
Дополнительный
бактерицидный механизм основан на
образовании токсичного для бактерий и
опухолевых клеток оксида азота NO.
Кроме
того, в фагоцитах имеются катионные
белки,
обладающие антимикробным действием.
Важную роль играют дефензины
– богатые остатками цистеина и аргинина
катионные пептиды. Они вызывают
образование ионных каналов в мембране
микробной клетки.
Другие
антимикробные механизмы:
после слияния лизосом содержимое
фаголизосомы временно подщелачивается,
после чего рН ее содержимого падает, т.
е. происходит подкисление, необходимое
для действия лизосомных ферментов.
Hекоторые грамположительные бактерии
чувствительны к действию фермента
лизоцима.
Различаютзавершенный
и незавершенный
фагоцитоз. При завершенном фагоцитозе
происходит полное переваривание и
бактериальная клетка погибает. При
незавершенном фагоцитозе микробные
клетки остаются жизнеспособными. Это
обеспечивается различными механизмами.
Так, микобактерии туберкулеза и
токсоплазмы препятствуют слиянию
фагосом с лизосомами; гонококки,
стафилококки и стрептококки могут быть
устойчивыми к действию лизосомальных
ферментов, риккетсии и хламидии могут
долго персистировать в цитоплазме вне
фаголизосомы.
Последняя
стадия фагоцитоза – удаление
непереваренных фрагментов бактерий
и других объектов фагоцитоза.
Распознавание,
процессинг и презентация антигенов.
Если
перевариванию подвергался вирусный
или аутобелок организма, то его пептид
длиной 8-11 аминокислотных остатков
связывается с молекулами HLA I класса
(HLA-A, HLA-B, HLA-C). Экзоантигены-пептиды длиной
12-25 аминокислот связываются с молекулами
II
класса (HLA-DR), которые имеются на
активированных макрофагах. Только после
этого они взаимодействуют с Т-хелперами.
Таким образом, макрофаги представляют
переработанный антиген Т-хелперам в
комплексе со своими HLA антигенами (1-й
сигнал).
Секреция
цитокинов.
Макрофаги
образуют значительное количество
провоспалительных
цитокинов.
Среди них – ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-12, ИЛ-18, ФНО,
различные хемокины. Они выделяются
после взаимодействия фагоцита с
бактериальными клетками и стимулируют
переход Тх0 в Тх1, стимулируя клеточное
воспаление.
Гранулоциты
Нейтрофильные,
базофильные и эозинофильные гранулоциты
происходят из гемопоэтической стволовой
клетки (ГСК) в костном мозгу через ряд
предшественников: миелобласт –
промиелоцит – миелоцит – юный –
палочкоядерный – зрелый под влиянием
ГМ-КСФ.
Нейтрофилы.
Их
увеличение в крови – нейтрофилез
– наблюдается при воспалении и инфекциях.
Азурофильные гранулы содержат
-глюкуронидазу,
катепсины, кислые гидролазы, кислые и
нейтральные протеазы, эластазу,
миелопероксидазу. В специфических
гранулах находятся коллагеназа, лизоцим,
белок, связывающий витамин B12.
Основной
функцией нейтрофилов является фагоцитоз
чужеродных объектов (бактерий, клеток),
после чего они превращаются в «гноеродные
тельца» – составную часть гноя. При
фагоцитозе происходит усиление
метаболизма по гексозомонофосфатному
пути с активацией клеточного
дыхания –
«респираторного
взрыва«
и из гранул высвобождаются ферменты.
Через
высокоаффинные Fc-рецепторы
и Fcε-рецепторы, появляющиеся после
активации, нейтрофилы связывают IgG
и IgE-антитела и за счет них могут специфично
взаимодействовать с антигенами и
аллергенами.
Базофилы(0,5-1% в крови)
участвуют в
аллергических реакциях. На поверхности
базофилов имеется от 6000 до 60000 высокоаффинных
Fc-рецепторов,
связывающих IgE. В гранулах базофилов
содержится большое количество медиаторов
аллергии.
Эозинофилы
играют большую роль в противопаразитарном
иммунитете и аллергии. В норме в крови
их 0,5-3%, созревают под действием ИЛ-5. При
аллергии и паразитарных инвазиях
количество их в крови увеличивается до
10-20% – эозинофилия.
Эндотелий
капиллярови
посткапиллярных венул играет значительную
роль в иммунитете.
Эти
клетки экспрессируют много молекул
адгезии после активации: селектины Р и
Е (распознают углеводы), интегриновые
рецепторы ICAM-1
и 3, рецепторы для хемокинов, для ИЛ-1, 3,
4, 6, ФНО-,
интерферона-,
для C1q-компонента комплемента. При
аутоиммунном ответе и воспалении
эндотелий выделяет ряд цитокинов –
ИЛ-1, 6, 7, ФНО-
и др.
Эпителий
кожи и слизистых оболочек
служит не только механическим защитным
барьером, но и активно участвует в
иммунных реакциях и воспалении. При
любом повреждении эпителия выделяются
хемокины (RANTES,
ИЛ-12, ИЛ-6, ИЛ-8, ФНО-α и др.), привлекающие
лейкоциты.
Система
антигенпредставляющих клеток (АПК).
Дендритные клетки
Антигенпредставляющие
клетки (АПК)
– это гетерогенная популяция лейкоцитов
с весьма выраженной иммуностимулирующей
активностью. Большая часть АПК обеспечивает
активацию Т-хелперов, некоторые
взаимодействуют с другими клетками
иммунной системы.
Главную
роль в системе АПК играют дендритные
клетки (ДК).
Они возникают из костно-мозговых
миелоидных и моноцитарных предшественников
под влиянием ГМ-КСФ, ФНО,
ИЛ-3.
АПК
локализованы преимущественно в коже,
лимфатических узлах, селезенке,
эпителиальном и субэпителиальном слоях
большинства слизистых оболочек и в
тимусе.
Относящиеся к ним клетки
Лангерганса
из кожи и других эпителиальных тканей
мигрируют клеток по афферентным
лимфатическим сосудам в паракортикальные
области регионарных лимфоузлов. Там
они взаимодействуют с Т-хелперами,
представляя для них антиген (интердигитальные
ДК). Такая миграция обеспечивает
эффективный механизм доставки антигенов
из кожи и слизистых оболочек к Тх-клеткам
лимфоузлов.
Фолликулярные
дендритные клетки
(ФДК), презентирующие антигены В-клеткам,
содержатся в первичных и вторичных
фолликулах В-клеточных областей
лимфоузлов, селезенки и лимфоидной
ткани слизистых.
Свойства
ДК:
– связывание,
переработка и презентация белковых и
липогликопротеиновых антигенов CD4
Тх, CD8
Т-клеткам (интердигитальные
ДК) и
В-лимфоцитам (фолликулярные ДК);
– секреция
и выделение цитокинов, хемокинов,
привлекающих и активирующих другие
лейкоциты;
– индукция
аутотолерантности Т-лимфоцитов в тимусе
и периферических органах;
– участие
в развитии аллергических и аутоаллергических
(аутоиммунных) реакциях при патологической
активации;
– участие
в противоопухолевом иммунитете;
– удаление
апоптозных клеток.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #