2020-07-12
457
КАК РАБОТАЕТ ВРОЖДЁННАЯ ИММУННАЯ СИСТЕМА [24]?
Микроорганизмы и токсины, успешно преодолевшие физические защитные барьеры организма, сталкиваются с противодействием врождённой иммунной системы. Врождённый иммунный ответ, как правило, запускается после распознавания патогенов рецепторами опознавания патогенов, узнающими молекулы, имеющиеся у большинства представителей больших групп патогенов (как липополисахарид у грамотрицательных бактерий). Врождённый иммунный ответ также запускается при распознавании рецепторами сигналов, исходящих от повреждённых клеток организма или клеток, находящихся в состоянии стресса. Врождённая иммунная система неспецифична и обеспечивает ответ на широкий спектр патогенов независимо от их специфических свойств. Врождённый иммунитет не обеспечивает долговременную защиту от патогена, тем не менее, эта форма иммунитета доминирует у большинства организмов.
Клетки врождённой иммунной системы распознают молекулы и молекулярные комплексы, продуцируемые микробными клетками, с помощью рецепторов опознавания паттернов (англ. pattern recognition receptors, PRPs). PRPs экспрессируются преимущественно клетками врождённого иммунитета, в частности, дендритными клетками, макрофагами, нейтрофилами, а также эпителиальными клетками. PRPs распознают молекулярные паттерны двух классов: молекулярные паттерны, ассоциированные с патогенами (PAMPs) и молекулярные паттерны, ассоциированные с повреждениями (DAMPs). PAMPs узнают клетки патогенов, а DAMPs узнают клетки самого организма, подвергшиеся стрессу или повреждениям.
«Принцип распознавания паттернов PAMP в иммунной системе на примере липополисахарида», из статьи «Иммунная система» русскоязычной Википедии.
Распознавание внеклеточных или заключённых в эндосомы PAMPs осуществляют трансмембранные белки, известные как Toll-подобные рецепторы (англ. Toll-like receptors, TLRs). TLRs запускают синтез и секрецию цитокинов, которые активируют защитные программы врождённого или адаптивного иммунитета. У человека описано 10 функциональных TLR.
Клетки врождённой иммунной системы имеют рецепторы, которые распознают опасные молекулярные паттерны, свидетельствующие об инфекции или повреждении клетки, в цитозоле.
Важнейшую роль в функционировании врождённого иммунитета играют лейкоциты. Среди лейкоцитов врождённого иммунитета выделяют фагоциты (макрофаги, нейтрофилы, дендритные клетки), тучные клетки, базофилы, эозинофилы и натуральные киллеры. Эти клетки распознают клетки патогенов и убивают их. Клетки врождённого иммунитета играют важную роль в развитии лимфоидных органов и активации адаптивного иммунитета.
Многие клетки врождённого иммунитета обладают способностью к фагоцитозу, то есть поглощению, патогенных агентов. Фагоциты «патрулируют» организм в поисках патогенных клеток или же направленно мигрируют к очагу инфекции по направлению, указываемому градиентом концентрации цитокинов. Крупнейшие группы фагоцитов – нейтрофилы и макрофаги.
В ходе острой фазы воспаления нейтрофилы мигрируют к очагу воспаления посредством хемотаксиса и, как правило, первыми из иммунных клеток прибывают в очаг инфекции. Макрофаги, в отличие от нейтрофилов, находятся в тканях и не циркулируют по кровеносным сосудам. Макрофаги секретируют разнообразные вещества, такие как ферменты, белки системы комплемента и цитокины, поглощают остатки погибших клеток организма, а также выступают в роли антигенпрезентирующих клеток, активирующих адаптивный иммунный ответ.
В тканях, контактирующих с внешней средой, находятся фагоциты, относящиеся к числу дендритных клеток. Дендритные клетки обнаруживаются в коже, эпителии ноздрей, лёгких, желудка и кишечника. Своё название дендритные клетки получили из-за характерных отростков, напоминающих дендриты нейронов, однако никакого отношения к нервной системе они не имеют. Дендритные клетки служат связующим звеном между тканями тела и иммунной системы благодаря способности к презентации антигенов T-лимфоцитам (T-клеткам).
Лейкоциты, в цитоплазме которых содержатся гранулы, получили общее название гранулоциты. К гранулоцитам относятся нейтрофилы, базофилы и эозинофилы. В соединительных тканях и слизистых оболочках находятся тучные клетки, содержащие гранулы в цитоплазме и регулирующие воспалительный ответ. Тучные клетки играют важную роль в развитии аллергических реакций и анафилаксии. Эозинофилы и базофилы секретируют вещества, направленные на борьбу с многоклеточными паразитами, а также задействованы в аллергических реакциях.
Воспаление является одной из первых реакций иммунной системы на развивающуюся инфекцию. К числу симптомов воспаления относят покраснение, отёк, повышение температуры и болезненность воспалённого участка, которые обусловлены повышенным кровотоком в очаге воспаления. Повреждённые и инфицированные клетки выделяют эйкозаноиды и цитокины, которые привлекают к очагу воспаления иммунные клетки. Одна из групп эйкозаиноидов, простагландины, вызывают лихорадку и связанное с воспалением расширение кровеносных сосудов, а представители другой группы эйкозаиноидов, лейкотриены, привлекают в очаг воспаления некоторые лейкоциты.
Система комплемента представляет собой биохимический каскад, направленный на нарушение целостности чужеродных клеток. В состав системы комплемента входит более 20 белков, которые дополняют («комплементируют») действие антител по уничтожению патогенов. Система комплемента – важнейший гуморальный компонент врождённого иммунитета. Система комплемента есть не только у позвоночных, но и у беспозвоночных животных и даже растений.
«Схема каскада системы комплемента».
КАК РАБОТАЕТ АДАПТИВНАЯ ИММУННАЯ СИСТЕМА [25]?
В ходе эволюции адаптивная иммунная система появилась у челюстноротых животных. Адаптивный иммунитет обеспечивает сильный специфический ответ, а также формирование иммунологической памяти. Адаптивный иммунный ответ специфичен по отношению к определённому антигену, распознавание которого клетками адаптивного иммунитета происходит в ходе процесса презентации антигена. После уничтожения патогена сохраняются клетки адаптивного иммунитета, которые хранят сведения о его антигенах и обеспечивают иммунологическую память. Благодаря ей при вторичном проникновении патогена на него развивается быстрый специфический иммунный ответ.
Клетки адаптивного иммунитета представлены специфической группой лейкоцитов – лимфоцитами, которые подразделяют на T-лимфоциты (T-клетки) и B-лимфоциты (B-клетки). Лимфоциты образуются от гемоцитобластов в костном мозге, и далее T-клетки созревают в тимусе, а B-клетки созревают в костном мозге. T-клетки обеспечивают клеточный адаптивный иммунный ответ, а B-клетки – гуморальный адаптивный иммунный ответ. T- и B-клетки несут на своей поверхности рецепторы (T- и B-клеточные рецепторы соответственно), распознающие антигены.
Среди T-клеток выделяют три основные популяции: T-киллеры, T-хелперы и регуляторные T-клетки. T-киллеры уничтожают инфицированные и повреждённые клетки. Как в случае с B-клетками, T-клетки одной линии распознают один и тот же антиген. T-киллеры активируются, когда их T-клеточные рецепторы (англ. T cell receptors, TCRs) распознают фрагмент антигена в комплексе с MHC-I на поверхности антигенпрезентирующей клетки. Для распознавания такого комплекса T-киллерами, помимо TCRs, необходим корецептор CD8. После активации T-киллер мигрирует по кровотоку в поисках такого же антигена, как тот, который был её представлен. Когда T-киллер встречает клетку с нужным антигеном, он высвобождает белки с цитотоксическими свойствами, такие как перфорины, которые встраиваются в мембрану клетки-мишени с образованием пор и нарушают её целостность. Проникновение в клетку-мишень другого белка, протеазы гранулизина, запускает апоптоз клетки-мишени. T-киллеры играют особо важную роль в предотвращении репликации вирусов за счёт уничтожения инфицированных клеток. Активация T-киллеров жёстко регулируется и происходит только в случае почти идеального соответствия T-клеточного рецептора и антигена, кроме того, для активации T-киллеров необходимы дополнительные сигналы, которые посылаются T-клетками другого типа – T-хелперами.
T-хелперы регулируют адаптивный и приобретённый иммунные ответы. T-хелперы лишены цитотоксической активности, они не уничтожают ни клетки патогена, ни заражённые клетки. На поверхности T-хелперов имеются TCRs, которые распознают фрагменты антигенов в комплексе с MHC-II. Как и в случае T-киллеров, в дополнение к TCR для распознавания комплекса MHC: антиген T-хелперы используют корецептор, но не CD8, а CD4, который запускает сигнальные каскады, активирующие T-хелпер. Активированный T-хелпер высвобождает цитокины, воздействующие на клетки многих типов. Цитокиновые сигналы T-хелперов усиливают бактерицидные свойства макрофагов и активность T-киллеров.
Регуляторные T-клетки, ранее известные как супрессорные T-клетки, подавляют функционирование и пролиферацию эффекторных T-клеток, предотвращая развитие аутоиммунных заболеваний, и по происхождению родственны T-хелперам. Как и T-хелперы, регуляторные T-клетки экспрессируют корецептор CD4.
«Схема T-клеточного ответа».
B-клетки распознают антигены посредством B-клеточных рецепторов, которые представляют собой антитела, заякоренные на поверхности B-клеток. Когда B-клеточный рецептор связывается с антигеном, он интернализуется, и внутри B-клетки антиген расщепляется на пептиды посредством протеолиза. Полученные фрагменты антигенов B-клетка экспонирует на своей поверхности в комплексе с MHC-II. Комплекс антиген: MHC-II активирует T-хелпер, который выделяет лимфокины, активирующие B-клетку. Когда B-клеточный рецептор связывается с антигеном, он интернализуется, и внутри B-клетки антиген расщепляется на пептиды посредством протеолиза. Полученные фрагменты антигенов B-клетка экспонирует на своей поверхности в комплексе с MHC-II. Комплекс антиген: MHC-II активирует T-хелпер, который выделяет лимфокины, активирующие B-клетку.
«Схема взаимодействия антигена и антитела»
Иммунная система тесно взаимодействует с другими системами органов, в частности, эндокринной и нервной. Иммунная система также играет важную роль в восстановлении целостности тканей и регенерации [26]. (Википедия).
«Схема взаимодействия иммунной, нервной и эндокринной систем».
Иммунная система, в особенности её врождённая составляющая, играет важнейшую роль в восстановлении тканей после повреждения. Ключевыми игроками этого процесса являются макрофаги и нейтрофилы, однако важное значение имеют также γδ-T клетки, врождённые лимфоидные клетки и регуляторные T-клетки [27]. (Википедия).
