Факторы врожденного иммунитета

Факторы врожденного иммунитета обеспечивают первую линию защиты от антигенного вторжения. В осуществлении реакций врожденного иммунитета участвуют следующие факторы:

клетки пограничных тканей (кожа, слизистые оболочки респираторного, желудочно-кишечного и урогенитального трактов);

фагоцитоз, осуществляемый клетками моноцитарно-макрофагальной системы и гранулоцитами;

активность NK-клеток;

гуморальные факторы (система комплемента, лизоцим, маннозосвязывающий лектин, пропердин).

Факторы естественного иммунитета формируются в организме до внедрения чужеродных агентов и независимо от них. В условиях биологической агрессии происходят мобилизация и активация этих факторов в процессе развития воспалительной реакции. Источником активации служат сами патогены и поврежденные клетки организма. Условием развития местной защитной реакции является поступление в очаг поражения циркулирующих лейкоцитов. Это происходит благодаря повышению адгезивности клеток эндотелия мелких сосудов в очаге поражения, а также наличию хемотаксического сигнала, исходящего из этого очага. Активация лейкоцитов (нейтрофилов, моноцитов/макрофагов и т.д.) заключается в усилении метаболических процессов, что приводит к образованию бактерицидных субстанций (продуктов метаболизма кислорода и азота, ферментов). Уничтожение агрессивных агентов реализуется в форме внеклеточного, внутриклеточного и контактного цитолиза. Внеклеточный цитолиз осуществляется секретируемыми бактерицидными продуктами. Условием реализации внутриклеточного цитолиза, наиболее эффективного при защите от микроорганизмов, является фагоцитоз – поглощение и переваривание микроорганизмов лейкоцитами. Контактный цитолиз основан на индукции апоптоза клеток-мишеней в результате поступления внутрь клетки сигнальных молекул.

Фагоцитоз осуществляется нейтрофильными гранулоцитами и макрофагами (рис. 8).

макрофаг

Нейтрофилы рано мобилизуются при развитии воспаления (через минуты, часы), но обладают умеренной способностью к

Макрофаг

поглощению чужеродных частиц. Макрофаги мобилизуются позже (через часы, сутки), но обладают более значительным фагоцитарным потенциалом и разнообразным спектром иных эффекторных функций.

Основные этапыфаго-цитарной реакции сходны

Рис. 8. Фагоцитирование менингококков макрофагом в ликворе

для клеток обоих типов, однако имеются определенные различия в механизмах их реализации. Реакция фагоцитоза может быть разделена на ряд стадий – хемотаксис, прилипание к объекту, активация участка мембраны фагоцита, погружение частицы, формирование фагосомы, разрушение объекта, освобождение продуктов деградации (рис. 9).

 

Рис. 9. Схема реакции фагоцитоза

События, происходящие на разных стадиях фагоцитоза, отражены в табл. 1.

Таблица 1

Стадии фагоцитоза (по Ярилину А.А., 1999 )

Стадия	Событие	Факторы клетки-мишени и ее окружения	Факторы фагоцита
Хемотаксис	Сближение фагоцита и объекта	Хемотаксины: бактериальные, С3а, С5а, хемокины	Рецепторы хемотаксинов, цитоскелет, лейкотриены и др.
Прилипание	Установление контакта	Опсонины (антитела, компоненты комплемента, фибронектин), молекулы адгезии	Соответствующие рецепторы, интегрины
Активация мембраны	Подготовка к погружению	Липополисахариды, лиганды рецепторов фагоцита	Интегрины, рецепторы, липиды, Са2+, протеинкиназа С
Инициация фагоцитоза	Обволакивание объекта	Молекулы адгезии	Элементы цитоскелета, Са2+, интегрины
Формирование фагосомы	Замыкание мембраны и погружение объекта	-	Элементы цитоскелета
Формирование фаголизосомы	Слияние фагосом и лизосом	Блокирующие агенты (подавляют фагоцитоз)	Компоненты мембраны, цитоскелета
Киллинг и переваривание	Гибель объекта фагоцитоза, его переваривание	Компоненты клеточной стенки (предотвращают фагоцитоз)	Продукты кислородного и азотного метаболизма, галоидные производные, гидролазы
Выброс продуктов деградации	Выброс содержимого фаголизосомы из клетки	-	Цитоскелет, мембрана

 

Одной из важнейших функций макрофагов является продукция различных биологически активных веществ (табл. 2).

Таблица 2

Секреторная активность макрофагов (по Ярилину А.А., 1999)

Группа факторов	Факторы	Условия секреции	Функциональная значимость
Компоненты комплемента	С1-9, С3а, С3b, Bb, пропердин, факторы В, D, I, H	Спонтанно, усиленно при активации	Эффекторные реакции иммунитета, бактериолиз, цитолиз
Факторы свертывания крови	Факторы V, VII, IХ, Х, протромбиназа	То же	Свертывание крови и смежные процессы
Белки матрикса, интегрины	Фибронектин, тромбоспондин, протеогликаны: гепарин- и хондро-итинсульфаты	То же	Формирование меж-клеточного матрикса, межклеточные контакты
Транспортные белки, ингибиторы	Трансферрин, α2-макроглобулин, авидин, транскобаламин II, ингибиторы протеаз	Спонтанно и при активации	Регуляция транспорта и метаболизма белков, развитие воспаления
Метаболиты арахидоновой кислоты	Простагландин Е2, лейкотриены В и С, тромбоксан А2, 5-НЕТЕ, 15-НЕТЕ	То же	Регуляция воспаления, иммунного ответа и других процессов, ауторегуляция
Продукты «кислородного взрыва»	О2ˉ, Н2О2, ОН и др.	При активации	Бактерицидное, туморицидное, цитотоксическое действие
Ферменты, их ингибиторы	Нейтральные протеиназы, кислые гидролазы, лизоцим	При активации, лизоцим – спонтанно	Бактерицидное, туморицидное действие, разрушение тканевого детрита
Цитокины	ИЛ-1, ФНОα, ИЛ-6, ИЛ-8, ИФН-α и β, ГМ-, Г- и М-КСФ, ТФРβ, эритропоэтин и др.	При активации	Обеспечение воспа-лительной и иммунной реакций, пролиферации, гемопоэза, межсистемных коммуникаций, авторегуляция, туморицидность
Гормоны, регуляторные пептиды	СТГ, АКТГ, β-эндорфины, бомбезин	В основном при активации	Регуляция активации и функционирования клеток, развития воспаления

Примечание. ИЛ – интерлейкин, ИФН – интерферон, ФНО – фактор некроза опухоли, ТФР – трансформирующий фактор роста, КСФ – колониестимулирующий фактор: Г – гранулоцитарный, М – макрофагальный, ГМ – гранулоцитарно-макрофагальный.

Активность NK-клеток представляет собой компонент первой линии защиты, в то же время имеющий некоторые черты, свойственные адаптивному иммунитету. С одной стороны, для реализации активности NK-клеток не требуется их предварительного контакта с индуцирующим агентом и реализации иммунного ответа. С другой – NK-клетки являются лимфоцитами (большими гранулярными лимфоцитами или малыми лимфоцитами), пусть и лишенными антигенраспознающих рецепторов, им свойственны некоторые примитивные распознающие функции и ряд особенностей, сближающих их скорее с         Т-лимфоцитами, чем с фагоцитирующими клетками.

Дифференциация NK осуществляется из общего лимфоидного предшественника. NK имеют с Т-лимфоцитами общий поверхностный маркер – CD2 и общий «ростовой» фактор – ИЛ-2. Для NK присущи те же функции, которые выполняют                Т-лимфоциты, но в отличие от них NK-клетки убивают клетки-мишени быстро (1–2 ч), используя упрощенный механизм без распознавания индивидуальных антигенов и подготовки в виде иммунного ответа. NK, в отличие от Т- и В-клеток, не рециркулируют между лимфой и кровью, находятся лишь в кровяном русле, а также в таких органах, как печень, слизистые оболочки (рис. 10).

Система NK-клеток ответственна за противоопухолевую и противовирусную резистентность. Активность NK-клеток усиливается в 20-100 раз под влиянием ИФН-α и -β, а также ИЛ-12, продуцируемого макрофагами в ранний период развития инфекции. ИЛ-12 совместно с другим цитокином, также синтезируемым макрофагами – ФНОα, обеспечивает активную продукцию ИФН-γ NK-клетками. Существенную перестройку свойств и функций NK-клеток вызывают продукты воспалительных Т-хел-перов (Tх1), в частности ИЛ-2. В результате существенно повышается цитолитический потенциал NK-клеток, и они превращаются в лимфокинактивированные (ЛАК) клетки. Рецептор NK-клеток, предназначенный для распознавания клеток-мишеней, представляет собой С-лектин (белок, распознающий углеводные остатки при участии Са²⁺). Он распознает свободные углеводные остатки (гликоконъюгат со свободными остатками маннозы) на клетках-мишенях. Гранулы цитоплазмы  NK содержат в своем составе перфорин – белок, с молекулярной массой 66 000- 70 000, образующий поры диаметром 10–20 нм в мембране клеток-мишеней, и гранзимы – ферменты (сериновые протеиназы / эстеразы трипсин / хемотрипсинового типа). При проникновении в клетку гранзимы активируют другие сериновые протеиназы – каспазы. Каспазы,       в свою очередь, включают процессы, которые завершаются ак

Рис. 10. Функции NK-клеток

ти-вацией эндонук-леазы и деградацией ДНК вследствие разрыва нитей ДНК между нуклеосомами, т.е. реализацией апоптоза клеток-мишеней. После индукции апоптоза в клетке-мишени NK-клетка отделяется от последней, при этом сохраняется возможность повторного участия в цитолизе NK. В случае присутствия на поверхности клетки-мишени продуктов МНС класса I реакция цитолиза блокируется (мера против повреждения собственных клеток организма).

Система комплемента состоит из ряда термолабильных белков, отмечаемых как компоненты комплемента (C1q, C1r, C1s, C2, C3, C3b, C4, C5, C6, C7, C8, C9, фактор В, фактор D, пропердин), относящихся главным образом к фракции β-глобу-линов. В норме компоненты комплемента неактивны. Система комплемента в зависимости от продуктов, формирующихся при иммунном ответе или содержащихся в микроорганизмах, активируется по классическому пути и альтернативному (рис. 11). События, разворачивающиеся после инициации процесса, можно разбить на два этапа: ранний и поздний. На раннем этапе классический и альтернативный пути активации комплемента отличаются не только инициаторами процесса, но и белковыми компонентами, включающимися в реакцию. На поздних этапах молекулярные механизмы и конечное эффекторное действие общие для двух способов активации системы. Основной биологический эффект активированного каскада компонентов комплемента – повреждение мембраны бактерий или их опсонизация. Основное функциональное отличие альтернативного пути от классического развития реакции состоит в быстроте ответа на патоген. Если классическому пути активации комплемента требуется время для накопления специфических антител, то альтернативный путь развивается сразу после проникновения патогена. Первым компонентом классического пути является С1, который построен из трех белков: С1q, C1r, C1s. С1q состоит из шести идентичных субъединиц, конформационно напоминающих булаву с коллагеноподобной рукоятью. Он находится в прямом контакте с двумя другими белками – C1r и C1s. Головная часть С1q образует связь с Fc-фрагментом IgM. Она возникает только на клеточной поверхности после того, как произошло взаимодействие IgM с эпитопом патогена (или иного корпускулярного антигена). При взаимодействии С1q с IgG данный компонент комплемента должен провзаимодействовать с несколькими иммуноглобулиновыми молекулами (рис. 12). Контакт лишь с одной молекулой IgG не обеспечивает активации С1. В результате взаимодействия иммуноглобулинов с С1q активируется ферментативная активность данного компонента комплемента, который модифицирует C1s, придавая ему свойства сериновой протеазы.

Следующий этап связан с активностью белка C1s, который расщепляет сывороточный белок С4 на два фрагмента – больший, C4b, и меньший, С4а. C4b ковалентно связывается с поверхностью патогена и затем взаимодействует с С2, делая его чувствительным к сериновой протеазе C1s. В результате С2 расщепляется на C2b и С2а. C2b также обладает активностью сериновой протеазы. Комплекс C4b с активной сериновой протеазой C2b является ферментом С3/С5-конвертазой, прикрепленной к поверхности патогена.

 

Классический путь

Альтернативный путь

׀                                         ׀

Комплекс антиген/антитело

Инициаторы

Поверхности патогенов

׀                        ׀

С1, С4, С2

Ранние компоненты системы комплемента

С3, В, D

׀׀

С3/С5 конвертаза Заключительные компоненты комплемента

׀

С4а, С3а, С5а			С3b		C5b, C6, C7, C8, C9

׀          ׀                    ׀

Пептидные медиаторы воспаления

Взаимодействие с рецепторами на фагоцитах. Опсонизация патогенов. Удаление иммунных комплексов

Формирование комплекса, атакующего мембраны. Лизис клеток

 

Рис. 11. Активация комплемента (по Галактионову В.Г., 2004)

 

С3/С5-конвертаза способствует расщеплению большого числа С3 молекул на C3b, остающиеся прикрепленными к поверхности патогена, и свободные С3а, играющие значительную роль в инициации локальной воспалительной реакции благодаря выраженной хемотаксической активности. Кроме того, С3а обладают слабой анафилактогенной активностью, действуют на лимфоциты, нейтрофилы, тучные и эндотелиальные клетки. Присутствие C3b на мембране обусловливает опсонизацию клеток (фагоциты имеют рецепторы для C3b), повышает их адгезивность.

Ig

При альтернативном пути активации системы комплемента инициатором процесса является ковалентно связанный с поверхностью патогена C3b,

Ig

который образовался в результате классического пути активации. Компонент C3b взаимодействует на поверхности с фактором В (сывороточным зимогеном, по структуре сходным с компо

Рис. 12. Иммуноглобулин распознает антиген на поверхности стенки бактерии и присоединяет С1 компонент комплемента

нентом классического пути – С2).

Последний после фиксации на мембране подвергается расщепляющему воздействию фактора D – сывороточной трипсино-подобной сериновой протеиназы. В результате образуется крупный фрагмент Bb, связанный с С3b, и свободный мелкий фрагмент Ва. Фиксированный на мембране патогенакомплекс С3b/Bb выполняет функцию С3/С5-конвертазы и подобно комплексу C4b/2b классического пути активации обеспечивает накопление на поверхности патогена  большого количества молекул С3b.

Атака клеточной мембраны

Результаты действия обеих С3/С5-конвертаз идентичны по расщеплению фактора С5 на более крупный (С5b) и мелкий (С5а) фрагменты, из которых первый связывается с комплексом компонентов комплемента на клеточной мембране, а второй – в жидкой фазе, реализуя свою хемотаксическую активность, сходную с активностью С3а. С5а обладает высокой анафилактогенной активностью. С5b в составе мембранного комплекса быстро инактивируется. Активация С5 «открывает» терминальный этап активации комплемента – формирование литического комплекса. С5b обладает способностью связывать компонент С6 с образованием комплекса С5b6, в свою очередь быстро связывающего С7, а затем – С8. Комплекс С5b678 насквозь прошивает мембрану (рис. 13). Завершающий этап формирования литического комплекса состоит в присоединении 12–20 молекул С9, который в

¯H2O

1000 раз превышает литическую активность комплекса. С9 – белок, гомологичный перфорину. Он способен полимеризоваться с фосфолипидами мембран. В результате формируется цилиндрический комплекс (высота цилиндра – 15нм). Ци

Рис. 13. Мембраноатакующий комплекс комплемента образует пору в клеточной мембране

линдры образуют поры, которые нарушают целостность мембраны и создают возможность для поступления в клетку ионов Н⁺ и воды, что приводит к разрыву мембраны и гибели клетки.