Врожденный иммунитет компоненты врожденного иммунитета
Врожденный иммунитет — иммунитет, с факторами защиты которого человек рождается. Действует против любого чужого тотчас, не запоминает патогена.
Для тех, кто преподаёт иммунологию
immunoanimations — immunbiology интерактивная
https://www.blink.biz/immunoanimations
- Восприимчивость = отсутствие сопротивления
- Резистентность = способность человека противостоять болезни
1. Неспецифическая резистентность / врожденный иммунитет — защита от любых патогенов, немедленная, без памяти
2. Специфическая резистентность / адаптивный иммунитет — защиты от конкретного патогена, требует времени для формирования, предполагает специализированные клетки, имеет память
В таблице 1 отражены компоненты неспецифической и специфической резистентности
Таблица 1 — Факторы, определяющие врожденный и адаптивный иммунитет | ||
Неспецифическая резистентность | Специфическая резистентность | |
Врожденный иммунитет | Адаптивный иммунитет | |
Первая линия защиты | Вторая линия защиты | Третья линия защиты |
|
| Специализированные лимфоциты:
|
Первая линия защиты:
не допустить вторжения патогенов (бактерии, вирусы, грибы, паразиты)
1). Кожа и слизистые оболочки
A. Физические факторы: барьеры или удаление
1. Кожа
(кожная мембрана = дерма + эпидермис)
Эпидермис:
— верхний слой — это мертвые клетки, заполненные кератином, клетки плотно связаны друг с другом
— сухой, неблагоприятный, постоянно слущиваемый
— непроницаемый, если только не поврежден или не влажный
2. Слизистые оболочки
— мягкий, влажный эпителий
— менее защитный, чем кератинизированный
— имеет бокаловидные клетки для продуцирования слизи
3. Цилиарный эскалатор
— реснитчатый эпителий дыхательных путей
— волновое движение ресничек: удаление микробов со слизью из дыхательных путей
4. Слезоточивый аппарат (слезные железы и слезные каналы)
— постоянные слезы на глазах вымывают микробы
5. Слюнные железы — омывание зубов и рта для уменьшения колонизации патогенами
6. Рвота и диарея
— быстрое сокращение желудочно-кишечного тракта для того,чтобы быстро удалить микробы и токсины
B. Химические факторы
1. Слизь
— гликопротеины + вода
— густая, препятствует колонизации
2. Кожное сало
— жиры из сальных желез
— жирные кислоты и молочная кислота определяют кислый pH (рН 3-5) кожи, который ингибирует рост микробов
3. Пот — вода + соли
— вода смывает микробы с кожи
— соли ингибируют рост микробов
4. Лизоцим
— фермент в большинстве секретов организма
— разрушает пептидогликаны клеточных стенок бактерий
5. Желудочный сок
— Соляная кислота + ферменты + слизь
— рН 1-3 уничтожает большинство бактерий и токсинов
2). Нормальная микробиота
- микробный антагонизм:
- конкуренция за питательные веществ или окружающую среду (pH, кислород)
- выделение токсинов (например, бактериоцины — белки, продуцируемые бактериями одного штамма, и активные против белков тесно связанного штамма)
Вторая линия обороны: если микробы преодолевают первый барьер, то система атакует и уничтожает их
3). Лейкоциты
Лейкоциты — это белые клетки крови. Обычно их содержание в циркуляции низкое, во время заражения стремительно повышается (лейкоцитоз) или снижается (лейкопения при действии некоторых патогенов). При активации большинство лейкоцитов продуцирует цитокины: межклеточные сигнальные молекулы / гормоны, которые функционируют как триггеры усиления и координации различных защитных механизмов. Типы лейкоцитов:
A. Гранулоциты ( в цитоплазме видимые гранулы)
1. Нейтрофилы или ПЯЛ (полиморфноядерные лейкоциты)
— 3 – 5 сегментов в ядре
— подвижные, первыми прибывают к месту травмы или инфекции
— преобладают на начальных этапах инфекции или травмы
— часто преобладают при бактериальных инфекционных заболеваниях
2. Базофилы (кровь) = тучные клетки ( в тканях)
— не фагоцитируют
— освобождают гистамин
— триггеры воспаления и аллергии
3. Эозинофилы
— подвижные
— слабые фагоциты
— продуцируют токсины для борьбы с многоклеточными паразитарными инфекциями
B. Агранулоциты (гранулы не видны)
1. Моноциты (кровь) = Макрофаги (активированные в тканях)
— высокая фагоцитарная способность
А. Оседлые макрофаги / гистиоциты
Присутствуют в определенных тканях / органах для улавливания патогенов и удаления поврежденных клеток (например, клетки Купфера (печень), микроглии (ЦНС), подоциты (почки), альвеолярные макрофаги (легкие)
В. Блуждающие / Свободные макрофаги
— перемещаются из крови в местам повреждения или инфекции
— приходят после нейтрофилов
— фагоцитируют остатки мертвых клеток
— доминируют на более поздних стадиях инфекции или травмы
— преобладают при грибковых или вирусных инфекционных заболеваниях
С. Дендритные клетки
— расположены в эпидермисе, слизистой мембране и лимфоидных тканях
— инициаторы адаптивного иммунного ответа
2.Лимфоциты = T, B и NK клетки (агранулоциты)
- Т-клетки: клеточный иммунитет
- В-клетки: опосредованный антителами иммунитет
- NK-клетки: неспецифические, их мишени инфицированные или раковые клетки
— освобождают перфорин и гранзимы
-специализированные клетки
— не фагоцитируют
— локализованы в лимфоидных тканях и крови
— B и T-клетки участвуют в специфической защите
— B и T-клетки реагируют на специфические антигены
Фагоциты
Фагоциты = лейкоциты, специализированные к эндоцитозу микробов и клеточного мусора: нейтрофилы, макрофаги, эозинофилы.
Фагоциты мигрируют в место инфицирования и могут уничтожать бактерии. Фазами фагоцитоза являются хемотаксис, прилипание, поглощение и переваривание.
Фагоцитоз см. статью
1. Ингибирование прилипания или поглощения
- M. protien: Streptococcus pyogenes
- Капсулы: Streptococcus pneumoniae
- Биопленки: предотвращение отрыва отдельных микробов
2. Выживающий фагоцитоз
- Лейкоцидины: Staphylococcus aureus (золотистый стафилококк) лизирует фагоцит перед слиянием фагосомы с лизосомами
- Мембранно атакующие комплексы: Listeria (листерия) лизирует фагосомы и освобождается в цитоплазму для внутриклеточного роста
- Предотвращение слияния с лизосомами и рост в фагосоме: Plasmodium (плазмодиум, малярия)
- Инактивация пищеварительных ферментов в лизосоме ВИЧ
- Устойчивость к перивариванию: Mycobacterium (палочки туберкулеза)
4) Воспаление
Воспаление — это процесс, вызванный повреждением организма. Проявления: покраснение (эритема), боль, тепло, отек (отеки), а иногда и потеря функции
Цель:
1. Уничтожить вредный агент и удалить побочные продукты травмы
2. Ограничить распространение травмы
3. Восстановить или заменить поврежденную ткань
- повреждение и / или инфекция вызывает синтез и освобождение сигнальных молекул, которые координируют необходимые для воспаления реакции:
- гистамин: из тучных клеток, вызывает расширение сосудов и их повышенную проницаемость сосудов
- TNFa: цитокин из макрофагов, усиливает реакцию
- простагландины: из поврежденных клеток, усиливают действие гистамина и привлекает фагоциты
- — лейкотриены: из тучных клеток, повышает проницаемость сосудов и способствует фагоцитозу
5). Лихорадка
Лихорадка = повышенная температура тела, активируемая микробным веществом (например, LPS) или цитокинами из активированных фагоцитов, которые включают термостат в гипоталамусе
- ускоряет механизмы защиты и восстанавления
- увеличивает активность противовирусных и антибактериальных ферментов
6) Антимикробные системы
А. Система комплемента
B. Система интерферонов
Интерфероны — специфические цитокины: белки противовирусной сигнализации, используются клетками для инициирования противовирусной защиты
1. IFNβ:
- синтезируется зараженными вирусом клетками, индуцирует в соседних неинфицированных клетках синтез противовирусных белков (ПВБ)
- ПВБ блокируют репликацию вирусов в клетке
2. IFNα:
- синтезирууется лейкоцитами
- индукция синтеза ПВБ в клетках организма
- активирует NK-клетки при киллинге инфицированных вирусом клеток
3. IFNγ:
- продуцируется лимфоцитами
- активирует фагоциты — макрофаги и нейтрофилы
C. Белки, связывающие железо
1. Трансферрин: кровь, лимфа, интерстициальная жидкость
2. Лактоферрин: слизь, слюна, молоко
3. Ферритин: печень, селезенка, красный костный мозг
D. Противомикробные пептиды (ПМП)
Пептиды из 12-50 аминокислот, продуцируются фагоцитами в ответ на сигнал обнаружения поверхностных молекул патогенов. Обеспечивают широкий спектр противомикробных эффектов:
- ингибируют синтез бактериями стенки
- создают поры в мембране
- разрушают ДНК или РНК
- привлекают дендритные клетки (представление антигена)
- мобилизуют тучные клетки (воспаление)
Английское слово «иммунитет», которым определяют все механизмы, используемые организмом для защиты от чужеродных агентов из окружающей среды, происходит от латинского термина «immunis», означающего «освобожденный». Эти агенты могут представлять собой микроорганизмы или их продукты, пищевые продукты, химические вещества, лекарства, пыльцу или чешуйки и шерсть животных. Иммунитет может быть врожденным или приобретенным.
Врожденный иммунитет
Врожденный иммунитет поддерживается всеми элементами, с которыми рождается человек и которые всегда присутствуют и по первому требованию доступны для защиты организма от чужеродных агрессоров. В табл. 1.1 суммируются и сравниваются некоторые свойства врожденной и адаптивной иммунных систем. Элементами врожденной системы являются оболочки тела и его внутренние компоненты, такие как кожа и слизистые оболочки, кашлевый рефлекс, которые представляют эффективный барьер для чужеродных агентов.
Эффективными химическими барьерами против проникновения многих микроорганизмов являются кислотность (рН) и выделяемые жирные кислоты. Другим неклеточным элементом врожденной иммунной системы является система комплемента.
Таблица 1.1. Основные свойства врожденной и адаптивной иммунных систем
| Свойство | Врожденная система | Адаптивная система |
| Характеристики | Антигеннеспецифическая Быстрый ответ (минуты) Нет памяти | Антигенспецифическая Медленный ответ (дни) Память |
| Иммунные компоненты | Естественные барьеры (например, кожа) Фагоциты Растворимые медиаторы (например, комплемент) Молекулы, распознающие структуры, характерные для патогенов | Лимфоциты Антигенраспознающие молекулы (рецепторы В- и Т-клеток) Секретируемые молекулы (например, антитела) — |
Существуют и другие многочисленные компоненты врожденного иммунитета: лихорадка, интерфероны, другие вещества, высвобождаемые лейкоцитами, и молекулы, распознающие структуры патогенов, которые могут связываться с разными микроорганизмами (Тоll-подобные рецепторы или TLR), а также белки сыворотки, например В-лизин, фермент лизоцим, полиамины и кинины.
Все перечисленные элементы либо непосредственно действуют на патогенный объект, либо усиливают реакцию организма на него. К другим компонентам врожденного иммунитета относятся фагоцитирующие клетки, такие как гранулоциты, макрофаги и микроглиальные клетки центральной нервной системы (ЦНС), которые участвуют в разрушении и удалении чужеродного материала, проникающего сквозь физические и химические барьеры.
Приобретенный иммунитет
Приобретенный иммунитет более специализирован, чем врожденный, и поддерживает защиту, создаваемую врожденным иммунитетом. С точки зрения эволюции приобретенный иммунитет появляется относительно поздно и имеется только у позвоночных.
Хотя индивидуум уже рождается со способностью запускать иммунный ответ на чужеродное вторжение, приобретается иммунитет только при контакте с вторгшимся объектом и специфичен именно к нему; отсюда и его название — приобретенный иммунитет.
Первоначальный контакт с чужеродным агентом (иммунизация) запускает цепь событий, которые ведут к активации лимфоцитов и других клеток, а также к синтезу белков, некоторые из которых обладают специфической реактивностью против чужеродного агента. В этом процессе индивидуум приобретает иммунитет, который позволяет противостоять последующей атаке или защищает при повторной встрече с этим же агентом.
Открытие приобретенного иммунитета определило появление многих концепций современной медицины. В течение столетий признавалось, ч го люди, которые не умирали от таких смертельно опасных заболеваний, как бубонная чума и оспа, были в последующем более устойчивы к заболеванию, чем люди, которые не встречались с ними ранее.
Окончательное открытие приобретенного иммунитета приписывают английскому врачу Э.Дженнеру (E.Jenner), который в конце XVIII в. экспериментально вызвал иммунитет к оспе. Если бы Э.Дженнер проводил свой эксперимент сегодня, его медицинская лицензия была бы аннулирована, а он сам стал бы подсудимым на сенсационном судебном процессе: он ввел маленькому мальчику гной из очага поражения у молочницы, которая болела коровьей оспой — относительно доброкачественным заболеванием, родственным оспе.
Затем он намеренно заразил мальчика оспой. Но контакт с возбудителем не вызвал заболевания! В связи с защитным эффектом введения возбудителя коровьей оспы (vaccinia от латинского слова «vacca», означающего «корова») процесс получения приобретенного иммунитетa был назван вакцинацией.
Теорию вакцинации или иммунизации развили Л. Пастер и П. Эрлих почти 100 лет спустя после эксперимента Э.Дженнера. К 1900 г. стало ясно, что иммунитет может быть вызван не только к микроорганизмам, но и к их продуктам. Сейчас мы знаем, что он может развиться против бесчисленного количества естественных и синтетических веществ, включая металлы, химические вещества с относительно низкой молекулярной массой, углеводы, белки и нуклеотиды.
Вещество, к которому возникает иммунная реакция, называется антигеном. Этот термин был создан для демонстрации способности вещества генерировать продукцию антител. Конечно, в настоящее время известно, что антигены могут генерировать реакции, опосредованные и антителами, и Т-клетками.
Активная, пассивная и адоптивная иммунизация
Приобретенный иммунитет индуцируется путем иммунизации, которая может достигаться несколькими путями.
- Активная иммунизация — иммунизация индивидуума путем введения антигена.
- Пассивная иммунизация — иммунизация посредством переноса специфических антител от иммунизированного к неиммунизированному индивидууму.
- Адоптивная иммунизация — перенос иммунитета путем переноса иммунных клеток
Характеристики приобретенного иммунного ответа
Приобретенный иммунный ответ имеет несколько общих черт, характеризующих его и отличающих от других физиологических систем, таких как циркуляторная, респираторная и репродуктивная. Это следующие черты:
- специфичность — это способность распознавать определенные молекулы среди многих других и реагировать только на них, избегая таким образом случайного недифференцированного ответа;
- адаптивность — способность реагировать на ранее не встречавшиеся молекулы, которые в действительности могли бы и не существовать на Земле в естественной среде;
- распознавание между «своим» и «чужим» — главное свойство специфичности иммунного ответа; способность узнавать и реагировать на чужеродные («чужие») молекулы и избегать реакции на собственные. Это распознавание и узнавание антигенов передается специализированными клетками (лимфоцитами), которые несут на своей поверхности антигенспецифические рецепторы;
- память — способность (как и у нервной системы) вспоминать предыдущий контакт с чужеродной молекулой и реагировать на нее уже известным образом, однако с большими силой и скоростью. Для описания иммунологической памяти используют термин «анамнестический ответ».
Клетки, участвующие в приобретенном иммунном ответе
В течение многих лет иммунология оставалась эмпирической наукой, в которой эффекты введения различных веществ в живые организмы исследовались главным образом с точки зрения получаемых продуктов. Основной прогресс был достигнут с появлением количественных методов выявления этих продуктов иммунного ответа. В 1950-х гг. после открытия того, что лимфоциты являются клетками, играющими основную роль в иммунном ответе, акценты в иммунологии резко сместились и в ней выделилась новая область — клеточная иммунология.
В настоящее время установлено, что существуют три основных типа клеток, вовлеченных в приобретенный иммунный ответ, и для индукции полноценного иммунного ответа необходимо сложное взаимодействие между ними. Из них клетки двух типов имеют общую лимфоидную клетку-предшественник, но в дальнейшем их дифференцировка идет по разным направлениям. Одна линия клеток созревает в тимусе, и их относят к Т-клеткам.
Другие созревают в костном мозге и относятся к В-клеткам. Клетки В- и Т-лимфоцитарных линий различаются по многим функциональным признакам, но имеют в иммунном ответе одну важную способность, а именно: обладают специфичностью относительно антигена. Таким образом, в иммунном ответе основные функции — распознавание и реагирование — выполняют лимфоциты.
Антигенпрезентирующие клетки (АПК), такие как макрофаги и дендритные клетки, относятся к третьему типу клеток, участвующих в приобретенном иммунном ответе. Хотя на этих клетках нет антигенспецифических рецепторов, как у лимфоцитов, они выполняют важную функцию — процессируют (перерабатывают) и презентируют антиген специфическим рецепторам (Т-клеточным рецепторам) на Т-лимфоцитах. Антигенпрезентирующие клетки имеют на своей поверхности два типа специальных молекул, участвующих в презентации антигена.
Эти молекулы, называемые молекулами главного комплекса гистосовместимости (major histocompatibility complex — МНС) I и II классов, кодируются набором генов, которые отвечают также за отторжение или приживление трансплантированной ткани. Процессированный антиген нековалентно связывается с молекулами МНС I или II класса (или обеими). Антиген, представляемый на молекулах МНС 1 класса, презентируется и участвует в активации одной из субпопуляций Т-клеток (цитотоксических Т-клеток), в то время как антиген, процессируемый и экспрессируемый на АПК в комплексе с молекулами МНС II класса, приводит к активации другой субпопуляции (Т-клетки-хелперы).
Кроме того, в иммунных ответах участвуют и клетки других типов, такие как нейтрофилы и тучные клетки. В действительности, они принимают участие как в реакциях врожденного, так и приобретенного иммунитета. В основном они вовлечены в эффекторную фазу реакции. Эти клетки не способны специфически распознавать антиген Они активируются различными субстанциями, называемыми цитокинами, которые высвобождаются другими клетками, в том числе активированными антигенспенифическими лимфоцитами.
Клонально-селекционная теория
Поворотным пунктом в иммунологии стало распространение в 1950-е гг. дарвиновской теории на клеточную основу специфичности при иммунном ответе. Это была повсеместно принятая в настоящее время клонально-селекционная теория, предложенная и развитая Ерне (Jerne) и Бернетом (Burnet) (оба лауреаты Нобелевской премии), а также Толмеджем (Talmage). Основные постулаты этой теории суммируются далее.
Специфичность иммунного ответа основывается на способности его компонентов (а именно антигенспецифичных Т- и В-лимфоцитов) распознавать определенные чужеродные молекулы (антигены) и реагировать на них, чтобы устранить. Неотъемлемой частью этой теории является необходимость клональной делеции (выбраковки, удаления) лимфоцитов, способных быть аутореактивными. При отсутствии такого механизма постоянно возникали бы аутоиммунные реакции. К счастью, лимфоциты с рецепторами, связывающимися с собственными антигенами, устраняются на ранних стадиях развития, повышая таким образом толерантность к структурам собственного организма (рис. 1.1).
Поскольку, как указано ранее, иммунная система способна распознавать огромное множество чужеродных антигенов, остается выяснить, как осуществляется реакция на какой-либо один антиген. В дополнение к уже доказанному постулату, что аутореактивные клоны лимфоцитов инактивируются, клонально-селекционная теория предполагает:
- что Т- и В-лимфоциты, отличающиеся огромным разнообразием специфичностей, существуют еще до того, как произошел какой-либо контакт с инородным антигеном;
- лимфоциты, участвующие в иммунном ответе, имеют антигенспецифичные рецепторы на своих поверхностных мембранах. В результате связывания антигена с лимфоцитом клетка активируется и высвобождает различные вещества. В случае В-лимфоцитов рецепторами являются молекулы (антитела), обладающие той же специфичностью, что и антитела, которые клетка в дальнейшем будет производить и секретировать. Т-клетки обладают рецепторами, называемыми Т-клеточными рецепторами (Т cell receptors — TCR). В отличие от В-клеток Т-лимфоциты продуцируют вещества, отличающиеся от их поверхностных рецепторов и являющиеся другими белковыми молекулами, называемыми цитокинами. Они участвуют в устранении антигена путем регуляции других клеток, необходимых для организации эффективной иммунной реакции;
- каждый лимфоцит несет на своей поверхности рецепторные молекулы только одной специфичности, как показано на рис. 1.1 для В-клеток, что также справедливо для Т-клеток.
Указывается на существование широкого спектра возможных различий по специфичности, формируемых в процессе размножения и дифференцировки до того, как происходит какой-либо контакт с чужеродной субстанцией, на которую должна быть реакция.
В ответ на ведение чужеродного антигена из всех имеющихся разновидностей (специфичностей) отбираются те, которые специфичны для антигена и делают возможным его связывание (см. рис. 1.1). Схема, показанная на рис. 1.1 для В-клеток, также подходит для Т-клеток, однако Т-клетки имеют рецепторы, не являющиеся антителами, и секретируют молекулы, не являющиеся антителами.
Рис. 1.1. Теория клональной селекции В-клеток, вырабатывающих антитела
Оставшиеся постулаты клонально-селекционной теории объясняют процесс селекции антигеном клеток из всего репертуара доступных клеток.
- Иммунокомпетентные лимфоциты соединяются с чужеродным антигеном или его частью, называемой эпитопом, посредством своих поверхностных рецепторов. В соответствующих условиях идет стимуляция их пролиферации и дифференцировки в клоны клеток с соответствующими идентичными рецепторами к определенной части антигена, называемой антигенной детерминантой или эпитопом. У В-клеточных клонов это приводит к синтезу антител, имеющих совершенно одинаковую специфичность Комплекс антител, секретируемых разными клонами, составляет поликлональную антисыворотку, способную взаимодействовать с множеством эпитопов, представленных на антигене. Т-клетки будут таким же образом отбираться соответствующими антигенами или их участками. Каждая селектированная Т-клетка будет активироваться, чтобы делиться и образовать клоны той же самой специфичности. Таким образом, в клональном ответе на антиген количество реагирующих клеток будет умножено, а образовавшиеся клетки будут высвобождать различные цитокины. Последующий контакт с тем же антигеном приведет к активации многих клеток или клонов той же специфичности. Вместо синтеза и высвобождения антител, как у В-клеток, Т-клетки синтезируют и высвобождают цитокины. Эти цитокины, являющиеся растворимыми медиаторами, осуществляют свое воздействие на другие клетки, заставляя их расти или активироваться для дальнейшего устранения антигена. Распознаваться могут несколько отделенных друг от друга участков антигена (эпитопов), соответственно для создания антител к ним будут стимулироваться несколько различных клонов В-клеток, которые в свою очередь все вместе будут создавать антигенспецифическую антисыворотку, объединяющую антитела различной специфичности (см. рис. 1.1). Все клоны Т-клеток, распознающие различные эпитопы на том же антигене, будут активироваться для выполнения своей функции.
- Последний постулат был добавлен для объяснения способности к распознаванию собственных антигенов без возникновения реакции.
- Циркулирующие аутоантигены, попадающие в места развития незрелых лимфоцитов до того, как начнется определенный этап их созревания, обеспечивают «выключение» тех клеток, которые будут специфически распознавать эти аутоантигены и, таким образом, предотвратят начало последующего иммунного ответа.
Сформулированная таким образом клонально-селекционная теория оказала поистине революционное воздействие на иммунологию и изменила подход к ее изучению.
Р.Койко, Д.Саншайн, Э.Бенджамини
Опубликовал Константин Моканов