6 курс / Иммунология / Kazmirchuk_V_E_Kovalchuk_L_B_Maltsev_D_V_Klinicheskaya_immunologia

белки объединены в единую группу, исходя из практических соображений — поскольку их содержание при воспалении резко возрастает, они используются на практике как лабораторные маркеры воспалительного процесса.

Острофазовые белки отличаются по механизму действия. Так, церулоплазмин относится к так называемым "антинутриентам" — эффективно связывает медь, предотвращая поступление этого микроэлемента в микроорганизм, а, например, сывороточный белок амилоида А используется для быстрого механического заполнения дефектов, образованных вследствие некротических процессов при воспалении. Многие острофазовые белки являются ингибиторами протеаз (например, а,-антитрипсин, α,-антихимотрипсин и β2-мaκpoглoбyлин). Именно они инактивируют лизосомальные ферменты, высвобожденные из разрушенных клеток, нейтрализуют протеолитические энзимы, секретированные фагоцитами, а также обеспечивают корректную степень активации калликреин-кининовой системы и системы свёртывания крови. Гаптоглобин обеспечивает эвакуацию уцелевшего гемоглобина из очага воспаления, а фибриноген при экссудации в периваскулярное пространство образует фибриновые сгустки, составляющие преграду для быстрого распространения воспалительного процесса.

Таким образом, перечисленные острофазовые белки выполняют протективную роль, максимально ограничивая самоповреждение при воспалении, обуславливая наиболее прицельное, а значит, и экономное использование других факторов врождённой резистентности.

Вместе с тем, существуют белки острой фазы, задействованные в эффекторных механизмах врождённой резистентности. Из таких белков наиболее изученными являются С-реактивный протеин и маннозосвязывающий белок. Оба фактора синтезируются гепатоцитами и обладают, по крайней мере, двумя свойствами, которые определяют их противомикробную активность, — способностью к опсонизации и обеспечению активации комплемента.

Так, С-реактивный белок (рис. 3) является своеобразным прототипом антитела и имеет высокую тропность к фосфорилхолину, лецитину и подобным им молекулам, которые широко представлены среди поверхностных структур микроорганизмов. Такие же молекулы содержатся и на собственных клетках, однако они надёжно экранированы от распознавания. Связавшись с указанной молекулой, С-реактивный белок может выступать в роли опсонина, облегчая распознавание инфекционного агента фагоцитами, или активировать систему комплемента по классическому пути. Дело в том, что данный фактор способен связывать Clq компонент комплемента с поел едующим^во влечением всего каскада и формированием мембранатакующих комплексов.

Известно, что содержание СРВ резко возрастает при аутоиммунной патологии (в частности, при системных заболеваниях соединительной ткани). Бытует ошибочное мнение, что СРБ способствует аутоагрессии, хотя в действительности он призван ограничивать её. Установлено, что С-реактивный протеин совершает опсонизацию и обусловливает дальнейшее разрушение экстраклеточной ДНК и клеточного детрита, которые могут стать причиной аутоиммунной атаки ("scavenger function"). Кроме этого, СРБ осуществляет экранирование

наиболее распространенных аутоантигенных детерминант соединительной ткани (фибронектин, ламинин, поликатионные поверхности коллагена, липопротеины низкой и очень низкой плотности). Связываясь с этими лигандами, СРБ выполняет роль своеобразного "пластыря", прикрывающего аутоантигены от распознавания и презентации, или же обеспечивает их дальнейшее разрушение, что приводит к утрате антигенных свойств.

Маннозосвязывающий протеин (МСП)

является лектином и взаимодействует с остатками маннозы на поверхноси клеточных стенок бактерий, опсонизируя их для

Рис. 3. Структура С-реактивного фагоцитоза моноцитами (макрофаги как белка более зрелые клетки имеют мембранные маннозосвязывающие рецепторы). Данный протеин работает вместе с так называемыми лектин-ассоциированными

протеазами 1 и 2. Присоединение этого фактора к микробным лигандам активирует протеазы, которые расщепляют С2— и С4-компоненты комплемента. Продукты расщепления — фрагменты С2а и С4Ь — формируют СЗ-конвертазу, которая инициирует дальнейший молекулярный каскад комплемента. Таким образом, комплекс маннозосвязывающего протеина и его лектинассоциированных протеаз является аналогом С1-компонента комплемента. Но при этом активация комплемента происходит без участия иммунных комплексов, а, значит, начинается сразу же после поступления инфекционного агента

ворганизм.

Впоследнее время установлена важная роль МСП в аутоиммунных реакциях. Низкая экспрессия этого белка может рассматриваться как фактор риска СКВ, что связано с нарушением клиренса иммунных комплексов, которые образуются при любой инфекции. С другой стороны, МСП играет ведущую роль

ваутоагрессии при ревматоидном артрите (РА). Известно, что одной из причин иммунных расстройств при РА является синтез дефектного IgG, который не содержит остатка галактозы. Это приводит к оголению N-ацетилглюкозаминовых групп, которые распознаются МСП как чужеродные, что вызывает активацию комплемента и аутоповреждение.

Естественные антитела синтезируются постоянно, даже при отсутствии антигенной стимуляции, и принадлежат к первичному звену защиты от патогена. Считают, что синтез естественных антител осуществляют В,-лимфоциты. За счёт деятельности этих клеток образуется пул иммуноглобулинов, содержащий антитела практически к любому типичному антигену патогенных микроорганизмов ещё до момента антигенной стимуляции (априорно). Такие антитела принадлежат к классу IgM и являются полиреактивными. Исходя из указанных свойств, естественные антитела обладают достаточно низким сродством к

антигенам. Их функция состоит в немедленном связывании некоторого количества поступившего в организм антигена ещё до образования специфических антител. При этом естественные антитела выступают в роли опсонинов или активируют комплемент по классическому пути.

Интерфероны. Существует как миимум 14 вариантов интерферонов-α (продуктов лейкоцитов), несколько разновидностей интерферонов-β (продуктов фибробластов) и интерферон-γ (продукт Т-хелперов 1 типа и естественных киллеров).

Основное предназначение интерферонов α и β состоит в осуществлении защиты от вирусов. При вирусной инфекции поражённые клетки синтезируют эти интерфероны, которые поступают в межклеточное пространство и связываются с рецепторами соседних непоражённых вирусом клеток. После этого они влияют на гены, ответственные за синтез протеинкиназ, снижающих трансляцию мРНК и, соответственно, синтез белков капсида вируса. Также эти интерфероны инициируют синтез протеинов, угнетающих транскрипцию вирусных генов, и активируют латентную эндонуклеазу, приводящую к деградации РНК (как вируса, так и клетки-хозяина). Таким образом, интерфероны α и β действуют на всех трёх уровнях синтеза белка — на собственно вирусную РНК как источник генетической информации, на процессы транскрипции и трансляции. Результат действия таких интерферонов состоит в образовании вокруг очага поражения барьера из клеток, не способных обеспечить репродукцию вируса.

Интерферон-γ выполняет функции специализированного иммунорегуляторного цитокина и не имеет прямой противовирусной активности. Однако он способен активировать естественные киллеры и макрофаги, приимающие непосредственное участие в разрушении вирусинфицированных клеток.

Установлены противоопухолевый, а также антибактериальный эффекты интерферонов.

Эндогенные пептиды-антибиотики. В человеческом организме синтезируются полипептиды, обладающие свойствами антибиотиков. Наиболее изученными являются так называемые дефензины, разделяемые на две группы (а и β), а-дефензины содержатся в гранулах нейтрофилов, а β-дефензины синтезируются эпителиоцитами дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта. По химической природе дефензины разделяются на липофильные и гидрофильные. Принцип действия этих антимикробных полипептидов состоит во встраивании в клеточные мембраны бактерий или оболочки сложных вирусов, что приводит к нарушению целостности поверхностных структур атакованных патогенов.

Эйкозаноиды. В результате активации в мембрану тучной клетки (и многих других клеток) включается фермент фосфолипаза А^ которая изымает арахидоновую (эйкозотетраеновую) кислоту из фосфолипидного бислоя. В дальнейшем из этой полиненасыщенной жирной кислоты синтезируются так называемые эйкозаноиды — простагландины и лейкотриены, являющиеся медиаторами воспаления. В случае активации фермента циклооксигеназы (циклооксигеназный путь метаболизма) из арахидоновой кислоты синтезируются простагландины, а в случае активации липооксигеназы (липооксигеназный путь) — лейкотриены (схема 3).

механизм) или соседими макрофагами (паракринный механизм) угнетает активность этого фагоцита, а лейкотриен В4, продуцируемый по тем же принципам, стимулирует макрофаг. Кроме того, ПГЕ2 макрофагов способен угнетать зрелые Т-лимфоциты, что, вероятно, используется как отрицательная обратная связь во взаимодействиях между Т-лимфоцитами и макрофагами в реакциях цитотоксичности.

Сложность исследования биологических эффектов эйкозаноидов состоит в том, что их действие является непостоянным — они склонны к потенцированию эффектов тех медиаторов, высокая концентрация которых достигнута на момент выделения эйкозаноида. Так, простагландин Е2 обычно вызывает дилатацию бронхов, однако в случае высвобождения на фоне действия медленно реагирующей субстанции анафилаксии он существенно усиливает бронхоконстрикторный эффект последней.

К поздим метаболитам арахидоновой кислоты относятся простациклин (ПГ12) и тромбоксан Aj (ТрА2), являющиеся физиологическими регуляторами микроциркуляции. Простациклин синтезируется эндотелием, вызывает вазодилятацию и снижение агрегационных способностей тромбоцитов, т.е. улучшает реологические свойства крови. Тромбоксан А^ высвобождается активированными тромбоцитами, способствует усилению их агрегационных свойств и развитию вазоспазма. При воспалении, как правило, активируется синтез простациклина, поскольку многие БАВ вызывают вазодилатацию при посредничестве именно этого регулятора. Но в случае высокой концентрации тромбоцитактивирующего фактора (ТАФ; англ. Platelet activating factor, PAF), равновесие в системе ПГ12-ТрА2 может смещаться в сторону тромбоксана. ТАФ является ярко выраженным провоспалительным медиатором, синтезируемым активированными тучными клетками и гранулоцитами (нейтрофилами, эозинофилами

ибазофилами). Указанный фактор активирует нейтрофилы, расширяет сосуды

испазмирует мышцы бронхов, а также способствует высвобождению тромбо-

2.2. Клеточные факторы системы врождённого иммунитета

Система фагоцитов является основным эффекторным звеном механизмов врождённой резистентности. Она представлена двумя типами клеток: макрофагами (потомками моноцитов крови), и микрофагами (нейтрофилами).

Клетки моноцитарно-макрофагальной системы выполняют в организме двоякую функцию — приимают участие в запуске и регуляции механизмов иммунитета и обеспечивают непосредственную защиту от чужеродных веществ.

Макрофаги. Основным свойством макрофага (рис. 4) является способность к фагоцитозу — селективному эндоцитозу и дальнейшей деструкции объектов, содержащих патогенсвязанные молекулярные шаблоны или присоединённые опсонины (рис.5). Для выявления таких объектов макрофаги содержат на своей поверхности рецепторы шаблонного распознавания (в частности, маннозосвязывающий рецептор и рецептор к бактериальным липополисахаридам), а также рецепторы к опсонинам (например, к СЗЬ и Fc-фрагментам антител). Фагоцитированный объ-

ект расщепляется (претерпевает процессинг) за счёт факторов агрессии, накопленных в фаголизосоме. Так, тут содержится около 60 высокоактивных гидролитических ферментов, однако они не могут расщеплять целостные объекты, например бактериальную клетку, а способны работать лишь с их фрагментами.

Таким образом, для эффективного ферментативного расщепления патоген должен претерпеть предварительную деструкцию до относительно инертных фрагментов. Такая деструкция патогена достигается за счёт вовлечения мощных неферментативных факторов агрессии, к которым принадлежат активные метаболиты кислорода, образующиеся в результате так называемого "кислородного взрыва", а также галогенсодержащие батерицидные вещества, активные азотистые метаболиты и некоторые вспомогательные субстанции — лизоцим и лактоферрин. Как указывалось выше, лизоцим производит разрушение клеточных стенок грамположительных бактерий. Лактоферрин связывает железо, предотвращая его поступление в микроорганизм, а также способствует гидролитическим процессам.

Рис. 4. Макрофаг и его поверхностные молекулы

На рисунке показано, что макрофаг содержит достаточно богатый арсенал поверхностных структур. Одни из них способствуют более эффективному распознаванию объектов для фагоцитоза (рецепторы к Fc-фрагментам антител и СЗЬ-компоненту комплемента), другие необходимы для осуществления антигенной презентации (молекулы HLA II класса), а третьи обеспечивают адгезионные свойства клетки (CDllb и CDllc) и чувствительность к регуляторным влияниям (рецепторы к цитокинам).

Считают, что при фагоцитозе обьекта резко возрастает потребление макрофагом глюкозы — энергетического материала, необходимого для накопления достаточного количества фермента НАДФ-Н—оксидазы, с деятельностью которого и связано образование стартового активного метаболита кислорода — супероксиданиона (02~). Супероксиданион — это молекула кислорода, содержащая неспаренный электрон (и поэтому — отрицательный заряд) и свободную валентность, т.е. является свободным радикалом — чрезвычайно реакционно способным агентом. В дальнейшем спонтанно (или за счёт деятельности супе-

роксидцисмутазы) происходит так называемая дисмутация супероксиданиона с образованием перекиси водорода (Н202). При взаимодействии определённого количества молекул новообразованной перекиси водорода со свободными супероксидными анионами образуются ещё два метаболита — гидроксильный радикал (ОН") и синглетный кислород (О, или Ό2). Таким образом, основными активными метаболитами кислорода, накапливающимися в фаголизосоме макрофага, являются перекись водорода, гидроксильный радикал и синглетный кислород, а супероксидный анион выступает в роли стартового метаболита, инициирующего реакции свободнорадикального окисления.

202 + 2Н+ = Н2 02 + Ю2

о2 + н2о2 = НО + он- + Ό2

Приведённые реакции демонстрируют образование гидроксильного радикала, перекиси водорода и синглетного кислорода — основных неферментативных факторов агрессии фагоцитов.

Описанные реакции происходят по принципу цепных — образование определённого количества свободных радикалов сопровождается активным окислением любых химических связей (даже стабильных при обычных условиях) с формированием ещё большего количества свободных радикалов, которые моментально вовлекаются в биохимические реакции. При этом количество активных молекул кислорода увеличивается в геометрической прогрессии. Гипотетически, указанный процесс может длится до бесконечности, поэтому активация всего-навсего одного макрофага потенциально может привести не только к разрушению захваченного патогена, но и к гибели всего организма. В связи с этим макрофаг содержит так называемую антиоксидантную систему, обезвреживающую излишки свободных радикалов, превращая их в безопасные метаболиты. Так, супероксиддисмутаза способна превращать супероксиданион в молекулы воды и кислорода (при его взаимодействии с ионами водорода), а фермент каталаза расщепляет до воды и кислорода перекись водорода. Фермент глутатионредуктаза задействован в нейтрализации гидроксильных радикалов. За счёт указанных процессов в макрофагах поддерживается тонкий баланс между прооксидантными и антиоксидантными системами.

Галогенсодержащие бактерицидные метаболиты (в частности, ОСГ и 01") образуются за счёт деятельности миелопероксидазы, катализирующей взаимодействие галогенов с Н202. При помощи NO-синтетазы синтезируется оксид азота (N0) и свободный радикал NO". Активация ЫО-синтетазы макрофага происходит преимущественно под действием интерферона-γ, что обьясняет противобактериальную активность этого цитокина.

Вдальнейшем вовлекаются гидролитические ферменты — протеазы, липазы

иэнзимы, расщепляющие углеводы. В мембране фаголизосомы активно работают водородные помпы, которые переносят Н+ внутрь органеллы. Уменьшение рН резко снижает резистентность фагоцитированного микрорганизма, а также повышает активность гидролитических ферментов.

Рис. 5. Микрофотография макрофага, осуществляющего фагоцитоз патогенных бактерий (автор фото L. Nilsson)

На представленном снимке показан начальный этап фагоцитоза патогенных бактерий макрофагом, в основе которого лежит механизм специфического шаблонного распознавания чужеродных структур. В дальнейшем микроорганизмы будут поглощены клеткой и разрушены свободными радикалами и гидролитическими ферментами лизосомального аппарата.

Пока происходит разрушение захваченного объекта, на мембране макрофага существенно возрастает количество рецепторов шаблонного распознавания и рецепторов к опсонинам, что позволяет продолжать осуществление фагоцитоза, а также повышается экспрессия молекул главного комплекса гистосовместимости II класса, вовлекаемых в процессы презентации (рекомендации) антигена иммунокомпетентным клеткам. Параллельно макрофаг производит синтез доиммунных цитокинов (в первую очередь, ИЛ-Ιβ, ИЛ-6 и фактора некроза опухолей-α), привлекающих к работе другие фагоциты и активирующих иммунокомпетентные клетки, подготавливая их к предстоящему разпознаванию антигена. Остатки патогена удаляются из макрофага путём экзоцитоза, а иммуногенные пептиды в комплексе с HLA II поступают на поверхность клетки для активации Т-хелперов, т.е. поддержания иммунного ответа.

Кроме указанных молекул макрофаги на своей поверхности экспрессируют рецепторы, обеспечивающие процессы адгезии (например, CDIlc и CDllb), восприятие регуляторных влияний и участие в межклеточном взаимодействии. Так, есть рецепторы к различным цитокинам, гормонам, биологически активным веществам.

Хорошо известна важная роль макрофагов в так называемом асептическом воспалении, которое развивается в очагах неинфекционного некроза (в частности,

липиды из депо, что при длительном течении воспаления приводит к похуданию. За счёт синтеза доиммунных цитокинов макрофаги способны угнетать синтез целого ряда продуктов в печени (так, ФНО-α угнетает синтез гепатоцитами альбуминов) и повышать образование острофазовых белков (в первую очередь, за счёт ИЛ-6), относящихся преимущественно к глобулиновой фракции. Подобная перепрофилизация гепатоцитов наряду с увеличением синтеза антител (иммуноглобулинов) приводит к снижению альбумино-глобулинового коэффициента, что используется как лабораторный маркер воспалительного процесса.

Кроме классически активированных макрофагов, речь о которых шла выше, выделяют субпопуляцию так называемых альтернативно активированных макрофагов, которые обеспечивают процесс заживления ран и репарацию после воспалительной реакции. Эти клетки продуцируют большое количество ростовых факторов — тромбоцитарного, инсулинового фактров роста, трасформирующего фактора роста β и фактора роста эндотелия сосудов. Альтернативно активированные макрофаги формируются под действием цитокинов ИЛ-13 и ИЛ-4, т.е. в условиях реализации преимущественно гуморального иммунного ответа.

Таким образом, макрофаги выполняют следующие функции:

1.Осуществляют фагоцитоз.

2.Процессируют антиген, а затем рекомендуют (презентируют) его пептиды Т-хелперам, поддерживая осуществление иммунного ответа (рис. 6).

3.Выполняют секреторную функцию, состоящую в синтезе и выделении ферментов (кислые гидролазы и нейтральные протеиназы), компонентов комплемента, ингибиторов ферментов, компонетов межклеточного матрикса, биологически активных липидов (простагландинов и лейкотриенов), эндогенных пирогенов, цитокинов (ИЛ-Ιβ, ИЛ-6, ФНО-α и др.).

4.Оказйвают цитотоксическое влияние на клетки-мишени при условии фиксации на них антител и соответствующей стимуляции со стороны Т-лимфоцитов (так называемые реакции антителозависимой клеточно-опо- средованной цитотоксичности).

5.Изменяют метаболизм при воспалении.

6.Приимают участие в асептическом воспалении и разрушении инородных частиц.

7.Обеспечивают процесс заживления ран.

Нейтрофильным гранулоцитам присущи функции хемотаксиса, фагоцитоза и секреции. В отличие от других фагоцитов (макрофагов), нейтрофилы обычно не выполняют антигенпрезентирующей функции. В связи с этим они используются лишь в качестве клеток-эффекторов, что значительно упрощает их поведение. Следует отметить, что именно нейтрофилы первыми мигрируют в очаг воспаления, поскольку они наиболее чувствительны к хемоаттрактантам — веществам, привлекающим лейкоциты в зону воспаления. К хемоаттрактантам нейтрофилов относятся С5а, Ва, лейкотриены (особенно, лейкотриен В4), а также специализированные цитокины — так называемые хемокины (а и β). Также следует учитывать, что нейтрофилы постоянно пребывают в пристеночном слое плазмы, будучи в любой момент времени готовыми покинуть сосуд и отправиться в очаг воспаления для обезвреживания патогенов.

Нейтрофилы способны к фагоцитозу, однако выполняют его менее эффективно, нежели макрофаги. Поэтому эти клетки часто называют микрофагами. Более типичной реакцией нейтрофила на патоген является высвобождение содержимого цитоплазматических гранул во внеклеточную среду. Это явление называют дегрануляцией. Нейтрофилы содержат два типа гранул (первичные и вторичные), где сосредоточены основные факторы агрессии клетки. Так, в первичных гранулах находятся кислые гидролазы (фукозидаза, нуклеотидазы, галакгозидаза, маннозидаза и др.), нейтральные протеиназы (катепсин G, эластаза, коллагеназа), а также

катионные белки, миелопероксидаза, лизоцим и мукополисахариды. Во вторичных гранулах нет кислых гидролаз, тут содержатся только факторы агрессии, активные в нейтральной и щелочной среде, — щёлочная фосфатаза, лактоферрин, лизоцим и белок, связывающий витамин В12. Тактика нейтрофилов состоит в первоочередном высвобождении вторичных гранул, ферменты которых достаточно активны на ранних этапах воспаления, пока в очаге не развился ацидоз. Позже нейтрофил высвобождает первичные гранулы, кислые гидролазы которых активно функционируют при низком рН. Несмотря на такое обилие ферментов, самыми эффективными