СЛАЙД 1

1. Типы белых клеток крови. Миелоидные клетки

4. Нейтрофилы и макрофаги

8. Воспаление

9. Эффекты воспаления. Макрофаги и нейтрофилы при воспалении

10. Нейтрофилия. Защитные механизмы воспаления

11. Образование гноя.

12. Эозинофилы

13. Базофилы. Тучные клетки

14. Дендритные клетки

15. Естественные киллеры Т-лимфоциты. Взаимодействие естественных киллеров и дендритных клеток

Фагоцитоз. Механизмы и значение фагоцитоза

СЛАЙД 2

Типы белых клеток крови.

В норме в крови присутствуют шесть типов белых клеток крови:

Полиморфноядерные нейтрофилы,

Полиморфноядерные эозинофилы,

Полиморфноядерные базофилы,

Моноциты,

Лимфоциты

Плазматические клетки.

Кроме того, существует большое количество тромбоцитов , представляющих фрагменты клеток другого типа - мегакариоцитов, которые, подобно лейкоцитам, обнаруживают в костном мозге.

Первые три типа клеток имеют зернистость, поэтому их называют гранулоцитами или, согласно клинической терминологии, полиморфноядерными клетками из-за многочисленных ядер.

Гранулоциты и моноциты защищают организм от внедряющихся агентов, главным образом путем их поглощения, т.е. фагоцитоза. Лимфоциты и плазматические клетки функционируют в основном в связи с иммунной системой. Наконец, специфической функцией тромбоцитов является активация механизма свертывания крови.

Концентрации разных типов лейкоцитов в крови . Взрослый человек имеет около 7000 белых клеток крови на микролитр крови (сравните с 5 млн красных клеток крови). По отношению к общему количеству лейкоцитов нормальное процентное содержание разных их типов приблизительно следующее.

Количество тромбоцитов , которые являются лишь фрагментами клеток, в каждом микролитре крови в норме - около 300000.

СЛАЙД 3

СЛАЙД 4

Длительность жизни белых клеток крови. Нейтрофилы и макрофаги

Жизнь гранулоцитов после их выделения из костного мозга в норме продолжается 4-8 ч в циркулирующей крови и еще 4-5 сут в тканях, которые в них нуждаются. Во время тяжелой тканевой инфекции этот общий срок жизни часто укорачивается до нескольких часов, поскольку гранулоциты поступают еще быстрее в инфицированную область, выполняют свои функции и в процессе этого саморазрушаются.

Моноциты тоже имеют короткий транзитный период, находясь в крови 10-20 ч, затем выходят через мембраны капилляров в ткани. В тканях размер моноцитов значительно увеличивается, они становятся тканевыми макрофагами, и в такой форме могут жить месяцами до тех пор, пока не разрушатся во время выполнения фагоцитарной функции. Тканевые макрофаги составляют основу тканевой макрофагальной системы, которая обеспечивает постоянную защиту против инфекции, что подробно обсуждается далее.

Лимфоциты постоянно поступают в систему кровообращения вместе с дренажом лимфы из лимфатических узлов и другой лимфоидной ткани. Через несколько часов они выходят из крови в ткани путем диапедеза. Затем лимфоциты вновь входят в лимфу и опять возвращаются в кровь; так происходит постоянная циркуляция лимфоцитов в теле. Срок жизни лимфоцитов составляет недели или месяцы в зависимости от потребности организма в этих клетках.

Тромбоциты в крови заменяются примерно каждые 10 сут; другими словами, каждые сутки формируются примерно 30000 пластинок на каждый микролитр крови.

СЛАЙД 5

Нейтрофилы и макрофаги

Именно нейтрофилы и тканевые макрофаги в основном атакуют и разрушают внедрившиеся бактерии, вирусы и другие вредоносные агенты.

Нейтрофилы - зрелые клетки, способные атаковать и разрушать бактерии даже в циркулирующей крови. Наоборот, тканевые макрофаги начинают жизнь как моноциты крови и, пока они находятся в крови, являются незрелыми клетками с низкой способностью к борьбе с инфекционными агентами. Однако сразу после выхода в ткани моноциты начинают разбухать, иногда увеличиваясь в диаметре в 5 раз до размера, видимого невооруженным глазом - 60-80 мкм. Теперь эти клетки называют макрофагами, и они обладают очень высокой способностью бороться с внутритканевыми болезнетворными агентами.

Белые клетки крови выходят в тканевые пространства путем диапедеза. Нейтрофилы и моноциты могут протискиваться через поры кровеносных капилляров путем диапедеза. Это значит, что даже если пора гораздо меньше размера клетки, небольшая часть клетки вдвигается в нее и моментально сжимается до размера поры.

Белые клетки крови продвигаются через тканевые пространства амебоидными движениями. И нейтрофилы, и макрофаги могут двигаться через ткани амебоидными движениями. Некоторые клетки двигаются со скоростью, достигающей 40 мкм/мин, т.е. каждую минуту перемещаются на расстояние, равное их собственной длине.

Белые клетки крови притягиваются к области воспаления путем хемотаксиса. Многие химические вещества в тканях заставляют нейтрофилы и макрофаги двигаться по направлению к источнику химического агента. Этот феномен, показанный на рисунке, известен как хемотаксис. При воспалении ткани формируется, по крайней мере, дюжина разных продуктов, способных вызывать хемотаксис по направлению к воспаленной области. К таким веществам относят: (1) некоторые из бактериальных или вирусных токсинов; (2) продукты дегенерации самих воспаленных тканей; (3) некоторые продукты реакции системы комплемента, активируемой в воспаленных тканях; (4) некоторые продукты взаимодействия, возникающие при свертывании плазмы в воспаленной области, и другие вещества.

Хемотаксис зависит от градиента концентрации хемотаксического вещества. Самая высокая концентрация - около источника, который управляет однонаправленным движением белых клеток крови. Хемотаксис эффективен на расстоянии до 100 мкм от воспаленной ткани. Следовательно, поскольку практически нет тканевой области, расположенной на расстоянии больше 50 мкм от капилляра, хемотаксический сигнал может легко перемещать массы лейкоцитов из капилляров в воспаленную область.

СЛАЙД 7

СЛАЙД 8

Воспаление

При повреждении ткани независимо от его причины (бактерии, травма, химические агенты, тепло или любое другое явление) выделяется множество веществ, вызывающих существенные вторичные изменения в окружающих неповрежденных тканях. Весь комплекс этих тканевых изменений называют воспалением.

Воспаление характеризуется:

(1) расширением местных кровеносных сосудов с последующим избыточным местным кровотоком;

(2) увеличением проницаемости капилляров, что способствует утечке большого количества жидкости в интерстициальное пространство;

(3) часто - свертыванием жидкости в интерстициальном пространстве в связи с избытком фибриногена и других белков, вытекающих из капилляров;

(4) миграцией большого числа гранулоцитов и моноцитов в ткани;

(5) отеком тканевых клеток.

К тканевым продуктам , вызывающим эти реакции, относятся гистамин, брадикинин, серотонин, простагландины, несколько разных продуктов реакции системы комплемента, продукты реакции свертывающей системы крови и множество веществ, называемых лимфокинами, которые выделяются активированными Т-клетками (частью иммунной системы). Некоторые из этих веществ мощно активируют макрофагальную систему, и в течение нескольких часов макрофаги начинают уничтожать поврежденные ткани. Но иногда макрофаги повреждают еще живые тканевые клетки.

СЛАЙД 9

СЛАЙД 10

СЛАЙД 11

Образование гноя.

Когда нейтрофилы и макрофаги поглощают большое количество бактерий и некротической ткани, практически все нейтрофилы и многие (но не большинство) макрофаги погибают.

Через несколько дней в воспаленной ткани часто формируется полость, содержащая различные части некротизированной ткани, погибшие нейтрофилы и макрофаги, а также тканевую жидкость. Эту смесь обычно называют гноем.

После прекращения инфекционного процесса мертвые клетки и некротическая ткань в гное постепенно, в течение нескольких дней растворяются, а конечные продукты в итоге всасываются в окружающие ткани и лимфу до тех пор, пока большинство признаков повреждения ткани не исчезнут.

СЛАЙД 11

Эозинофилы

В норме эозинофилы составляют около 2% всех лейкоцитов крови. Эозинофилы - слабые фагоциты и способны к хемотаксису, но в отличие от нейтрофилов значение эозинофилов в защите против обычных типов инфицирования сомнительно.

Эозинофилы обычно собираются также в тканях, где осуществляются аллергические реакции, например в перибронхиальных тканях легких у людей с астмой и в коже после аллергических кожных реакций. Частично это связано с фактом участия в аллергических реакциях многих тучных клеток и базофилов, которые мы обсудим в следующем разделе. Тучные клетки и базофилы выделяют эозинофилъный хемотаксический фактора заставляющий эозинофилы мигрировать по направлению к ткани, воспаленной в связи с аллергической реакцией.

Полагают, что эозинофилы нейтрализуют некоторые из вызывающих воспаление веществ, выделяемых тучными клетками и базофилами и, вероятно, фагоцитируют и разрушают комплексы аллерген-антитело, предупреждая чрезмерное распространение местного воспалительного процесса.

СЛАЙД 12

Базофилы. Тучные клетки

Базофилы циркулирующей крови похожи на большие тканевые тучные клетки, локализованные непосредственно снаружи капилляров. И тучные клетки, и базофилы высвобождают в кровь гепарин - вещество, способное предупреждать свертывание крови.

Эти клетки выделяют также гистамин и небольшое количество брадикинина и серотонина. В воспаленных тканях именно тучные клетки в основном высвобождают эти вещества.

Тучные клетки и базофилы играют чрезвычайно важную роль в некоторых типах аллергических реакций, поскольку вызывающий эти реакции особый тип антител - иммуноглобулин Е (IgE) - имеет специфическую способность прикрепляться к тучным клеткам и базофилам. Когда впоследствии специфический антиген реагирует со специфическим IgE антителом, возникающее в результате прикрепление антигена к антителу заставляет тучную клетку или базофил разрываться и выделять очень большие количества гистамина, брадикинина, серотонина, гепарина, медленно действующей анафилактической субстанции и ряда лизосомальных ферментов.

Они вызывают локальные сосудистые и тканевые реакции, лежащие в основе большинства аллергических реакций.

СЛАЙД 13

Молекулы адгезии (селектины, интегрины)

Молекулам адгезии принадлежит основополагающая роль в формировании многоклеточного организма, поскольку они служат главными факторами контакта между клетками, а также участвуют в их перемещении.

Молекулы адгезии формируют несколько достаточно консервативных семейств. У млекопитающих известно 4 группы молекул адгезии - селектины, интегрины, молекулы суперсемейства иммуноглобулинов (IgSF) и кадхерины.

Для осуществления миграции и взаимодействия миелоидных клеток важны представители трех первых групп.

Селектины - тканевые лектины, обладающие сродством к концевым остаткам маннозы и фрукозы. Известно три варианта селектинов: P (от Platelet - тромбоцитарный), E (от Endothelial - эндотелиальный) и L (от Lymphocyte - лимфоцитарный).

Селектины - трансмембранные белки.

Р-селектин участвует в активации тромбоцитов и ранних этапах

Е-селектин - основной селектин клеток эндотелия сосудов.

Под влиянием активирующих воздействий (особенно провоспалительных цитокинов) Е-селектин экспрессируется на поверхности клеток и играет ведущую роль на ранних этапах эмигра- ции лейкоцитов из сосудистого русла.

В отличие от двух вышеназванных, L-селектин присутствует не на эндотелиальных клетках, а на лейкоцитах. Он спонтанно экспрессируется на поверхности нейтрофилов, моноцитов и лимфоцитов и обеспечивает осуществление начального этапа миграции этих клеток - этапа перекатывания.

Интегрины - наиболее важные и полифункциональные молекулы адге- зии.

Интегрины соединяют внутреннюю и внешнюю среду клетки, проводя сигналы как изнутри клетки наружу, так и наоборот - из внеклеточной среды внутрь клетки. Внутриклеточная часть интегринов связана с компонентами цитоскелета, что определяет многие функции этих молекул

Интегрины - трансмембранные гетеродимеры. Полипептидные цепи интегринов (α и β) соединены нековалентно. К настоящему времени известно 24 варианта интегринов, представляющих собой комбинации из 18 вариантов α- и 8 вариантов β-цепей.

Наибольший интерес для иммунологии представляют интег- рины семейств β1 и β2, присутствующие на поверхности иммуноцитов. Интегрины задействованы в различных реакциях, связанных с участием этих клеток в иммунных процессах: эмиграции лейкоцитов из кровотока и поступлении их в очаг воспаления, взаимодействии с клетками-мишенями, формировании иммунного синапса и т.д. β1-Интегрины (молекулы группы VLA) взаимодействуют с компонен- тами межклеточного матрикса (фибронектином, ламинином, коллагеном, фибриногеном) и мембранным рецептором VCAM-1 (СD106). Наиболее важную роль в физиологии нейтрофилов играет интегрин VLA-5, для моноцитов/макрофагов и лимфоцитов наиболее важен интегрин VLA-4, отсутствующий на нейтрофилах. β2-Интегрины (иногда называемые LeuCAM) представлены на поверхности лейкоцитов. Основной интегрин лимфоцитов LFA-1, присутствующий на всех разновидностях этих клеток, представлен и на поверхности моноцитов и макрофагов. Интегрин Мас-1 наиболее характерен для макрофагов (что отражено в его названии), но его выявляют и на других миелоидных и NK-клетках, а также перитонеальных В-лимфоцитах. Третий интегрин этой группы - p150/р95 - маркер дендритных клеток, но также представлен на других клетках миелоидного ряда.

СЛАЙД 14

Хемотаксические факторы (Хемокины)

Важнейшее условие участия миелоидных клеток в реакциях врожденного иммунитета - хемотаксис - направленное движение клеток, определяемое градиентом химических факторов (хемоаттрактантов).

Хемотаксис следует отличать от хемокинеза - ненаправленного усиления подвижности клеток под влиянием химических агентов. При реализации врожденного имму- нитета в виде воспалительной реакции хемотаксис определяет миграцию лейкоцитов из кровяного русла в очаг воспаления.

При воспалении и реакциях врожденного иммунитета в качестве хемо- аттрактантов выступают разные вещества, образующиеся в очаге воспале- ния. Прежде всего это продукты, выделяемые самими микроорганизмами. Наиболее известен пептид N-формил-метионил-лейцил-фенилаланил (fMLP) и его аналоги, обладающие очень сильным хемотаксическим действием. Этот пептид участвует в инициации синтеза белка у бактерий. Он отсутствует в эукариотических клетках и его появление служит сигналом бактериальной инфекции, фактически выступая в качестве PAMP. Миелоидные клетки (нейтрофилы, моноциты, макрофаги) имеют мембранные рецепторы для этого пептида - FPR (Formyl-peptide receptor) и FPLR (Formyl peptide-like receptor). Синтетический пептид fMLP широко применяют для моделирования хемотаксиса, обусловленного бактериальными продуктами. FPR и FPLR относят к семейству родопсиноподобных рецепторов, 7 раз пронизывающих мембрану.

Хемотаксическим действием обладают многие другие молекулы, образую- щиеся в очаге воспаления, а также продукты расщепления факторов сверты- вания крови и фибринолиза (тромбин, фибрин), нейропептиды, фрагменты иммуноглобулинов, пентраксины (С-реативный белок, сывороточный ами- лоид), фактор агрегации тромбоцитов - PAF (Platelet aggregation factor) и т.д. Ряд цитокинов (особенно провоспалительных) также оказывает на лейкоци- ты хемотаксическое действие.

Хемокины (от Chemotactic cytokines) были открыты в конце 80-х годов про- шлого столетия. Они составляют обширную группу цитокинов, объединен- ную сходным строением и способностью распознавать родопсиноподобные рецепторы.

Хемокины - полипептиды. Помимо сек- ретируемых, выделяют мембранные формы молекул хемокинов (например, фракталкин), выступающие также в роли молекул адгезии. Обычно хемо- кины присутствуют в биологических жидкостях в форме димеров, реже - тетрамеров. Четвертичная структура димеров существенно различается для хемокинов двух основных групп.

Хемокины способны формировать не только CC:хемокин CCL2 (MCP:1) CXC:хемокин СXCL8 (IL:8). Функционально важное свойство хемокинов - их способность взаимодействовать с глюкозаминогликанами (гепарин, хондро- итинсульфат и др.) на поверхности клеток или в межклеточном матриксе. Иммобилизация хемокинов в тканях важна для создания их градиента, необ- ходимого для направленного движения клеток.

По функциональной роли выделяют: гомеостатические хемокины; провоспалительные хемокины. Гомеостатические хемокины отвечают за распределение клеток (прежде всего лимфоцитов) по лимфоидным органам. Остальные хемокины (подавляющее большинство) относят к группе провоспалительных, поскольку они отве- чают за активацию клеток и привлечение их в очаг воспаления. Хемокины этих групп различаются условиями синтеза и секреции: гомеостатические цитокины секретируются постоянно, обычно стромальными и эндотелиальными.

СЛАЙД 15

Дендритные клетки

Впервые дендритные клетки были описаны Лангергансом в 1868 г., в связи с чем впоследствии они стали известны как клетки Лангерганса. Однако сам автор считал их чувствительными нейронами. Фундамент современных представлений о ДК, как клетках иммунной системы, заложили американские ученые Штайман и Кон, и коллеги в 1970-е гг., открывшие и охарактеризовавшие ДК в лимфоидных органах мышей.

В 1985 г. показана принадлежность клеток Лангерганса к ДК. 1990-е гг. характеризуются определением характеристики различных линий ДК и путей их дифференцировки, установлением роли ДК в регуляции клеточного, гуморального адаптивного ответа, началом изучения роли ДК в патогенезе инфекционных и онкологических заболеваний человека.

Подобно другим клеткам иммунной системы , предшественниками ДК являются гематопоэтические стволовые клетки костного мозга. FLT-3 лиганд и GM-CSF являются ключевыми ростовыми и дифференциро-вочными факторами in vivo.

В процессе гематопоэза стволовые клетки, несущие молекулы CD34", дают начало двум типам прекурсорных ДК (пpe-DCs) - моноцитов (пре-DC1) и плазмацитоидных клеток (пpe-DC2), из которых формируются зрелые ДК. Данные предшественники составляют около 1% всех мононуклеарных клеток периферической и пуповинной крови, а также лимфоидных органов.

Лимфоидные дендритные клетки присутствуют в крови, лимфатических узлах, селезенке и тимусе. Судьба лимфоидных ДК, поступающих в Т-клеточные области лимфоузлов из крови, неизвестна. В тимусе лимфоидные ДК принимают участие в процессе отрицательной селекции, то есть отвечают за элиминацию Т-клеток, реагирующих на собственные антигены.

Незрелые дендритные клетки и их предшественники избирательно реагируют на патогены. В отличие от миелоидных пре-ДК плазмацитоидные пре-ДК заселяют преимущественно Т-клеточные зоны вторичных лимфоидных органов, а в нелимфоидных практически отсутствуют Незрелые ДК и их предшественники (пpe-DCs) вовлекаются во врожденное распознавание микробов, в то время как пре-DCsl (предшественники миелоидных ДК) фагоцитируют и вызывают киллинг различных бактерий и грибков. Пpe-DCs2 (предшественники лимфоидных ДК) играют главную роль в раннем антивирусном иммунном ответе, продуцируя IFN-a и В. Эти клетки были названы натуральными интерферонпродуцирую-щими клетками (NIPCs).

Плазмацитоидные дендритные клетки участвуют в В-клеточном ответе на вирусы: после их элиминации из культур МЛПК уровень продукции антител резко падает. За счет секреции интерферонов I типа лимфоидные ДК стимулируют пролиферацию плазмобластов, а проведение сигналов с TLRs ДК способствует выработке ими IL-6 и индукции синтеза специфических антител В-клетками.

При аллергических реакциях и некоторых видах хронического воспаления пpe-DCs привлекаются как в пораженные нелимфоидные ткани, так и в реактивно измененные регионарные лимфатические узлы; они инфильтрируют также опухолевую ткань при некоторых злокачественных новообразованиях.

СЛАЙД 16

СЛАЙД 17

СЛАЙД 18

Фагоцитоз, осуществляемый нейтрофилами . Нейтрофилы, входящие в ткани, являются уже зрелыми клетками, способными к немедленному фагоцитозу. При встрече с частицей, которая должна быть фагоцитирована, нейтрофил сначала прикрепляется к ней, а затем выпускает псевдоподии во всех направлениях вокруг частицы. На противоположной стороне частицы псевдоподии встречаются и сливаются друг с другом. При этом образуется замкнутая камера, содержащая фагоцитируемую частицу. Затем камера погружается в цитоплазматическую полость и отрывается от наружной стороны клеточной мембраны, формируя свободно плавающий фагоцитарный пузырек (также называемый фагосомои) внутри цитоплазмы. Один нейтрофил обычно может фагоцитировать от 3 до 20 бактерий, прежде чем он сам инактивируется или погибает.

Сразу после фагоцитирования большинство частиц перевариваются внутриклеточными ферментами. После фагоцитирования инородной частицы лизосомы и другие цитоплазматические гранулы нейтрофила или макрофага немедленно вступают в контакт с фагоцитарным пузырьком, их мембраны сливаются, в результате в пузырек вбрасываются многие переваривающие ферменты и бактерицидные вещества. Таким образом, фагоцитарный пузырек теперь становится переваривающим пузырьком, и сразу начинается расщепление фагоцитированной частицы.

И нейтрофилы , и макрофаги содержат громадное количество лизосом, наполненных протеолитическими ферментами, особенно приспособленными для переваривания бактерий и других чужеродных белковых веществ. Лизосомы макрофагов (но не нейтрофилов) содержат также большое количество липаз, которые разрушают толстые липидные мембраны, покрывающие некоторые бактерии, например туберкулезную палочку.

И нейтрофилы, и макрофаги могут уничтожать бактерии. Кроме переваривания поглощенных бактерий в фагосомах нейтрофилы и макрофаги содержат бактерицидные агенты, уничтожающие большинство бактерий, даже если лизосомальные ферменты не могут их переварить. Это особенно важно, поскольку некоторые бактерии имеют защитные оболочки или другие факторы, предупреждающие их разрушение пищеварительными ферментами. Основная часть «убивающего» эффекта связана с действием некоторых мощных окислителей, образуемых в больших количествах ферментами мембраны фагосомы, или специфической органеллой, называемой пероксисомой. К этим окислителям относятся супероксид (О2), пероксид водорода (Н2О2) и гидроксилъные ионы (-ОН), каждый из них даже в небольших количествах смертелен для большинства бактерий. Кроме того, один из лизосомальных ферментов - миелопероксидаза - катализирует реакцию между Н2О2 и ионами Сl с образованием гипохлорита - мощного бактерицидного агента.

Однако некоторые бактерии , особенно туберкулезная палочка, имеют оболочки, устойчивые к лизосомальному перевариванию, и к тому же секретируют вещества, отчасти препятствующие «убивающим» эффектам нейтрофилов и макрофагов. Такие бактерии ответственны за многие хронические болезни, например туберкулез.

СЛАЙД 1

Лекция №3. Врожденный иммунитет. Клеточные факторы врожденного иммунитета

1. Типы белых клеток крови. Миелоидные клетки (нейтрофилы, эозинофилы, тучные клетки, базофилы, моноциты, макрофаги, дендритные клетки)

2. Происхождение белых клеток крови

3. Длительность жизни белых клеток крови.

4. Нейтрофилы и макрофаги

5. Ретикулоэндотелиальная система.

14. Клеточные факторы врожденного иммунитета (макрофаги, нейтрофилы, естесственные киллеры, дендритные клетки, тучные клетки, базофилы, nk и др.).

Нейтрофилы и макрофаги.

Способностью к эндоцитозу (поглощению частиц с образованием внутриклеточной вакуоли) обладают все эукариотические клетки. Именно таким образом внутрь клеток проникают многие патогенные микроорганизмы. Однако в большинстве инфицированных клеток отсутствуют механизмы (либо они слабы), обеспечивающие деструкцию патогена.

Нейтрофилы и мононуклеарные фагоциты имеют общее миелоидное происхождение из стволовой кроветворной клетки. Однако эти клетки различаются рядом свойств.

Нейтрофилы - наиболее многочисленная и подвижная популяция фагоцитов, созревание которых начинается и заканчивается в костном мозгу. Около 70% всех нейтрофилов сохраняется в виде резерва в костно-мозговых депо, откуда они под влиянием соответствующих стимулов (провоспалительных цитокинов, продуктов микробного происхождения, С5а-компонента комплемента, колониестимулирующих факторов, кортикостероидов, катехоламинов) могут экстренно перемещаться через кровь в очаг тканевой деструкции и участвовать в развитии острого воспалительного ответа. Нейтрофилы - это «отряд быстрого реагирования» в системе антимикробной защиты.

Нейтрофилы - короткоживущие клетки, продолжительность их жизни около 15 сут. Из костного мозга они выходят в кровоток уже зрелыми клетками, утратившими способность к дифференцированию и пролиферации. Из крови нейтрофилы перемещаются в ткани, в которых они либо гибнут, либо выходят на поверхность слизистых оболочек, где и заканчивают свой жизненный цикл.

Моноциты, в отличие от нейтрофилов, - незрелые клетки, которые, попадая в кровяное русло и далее в ткани, созревают в тканевые макрофаги (плевральные и перитонеальные, купферовские клетки печени, альвеолярные, интердигитальные клетки лимфатических узлов, костного мозга, остеокласты, микроглиоциты, мезангиальные клетки почек, сертолиевы клетки яичек, клетки Лангерганса и Гринстейна кожи). Продолжительность жизни мононуклеарных фагоцитов от 40 до 60 сут.

Макрофаги - не очень быстрые клетки, но они рассеяны во всех тканях, и, в отличие от нейтрофилов, им нет необходимости в столь срочной мобилизации. Если продолжить аналогию с нейтрофилами, то макрофаги в системе врожденного иммунитета - это «войска специального назначения».

Важной особенностью нейтрофилов и макрофагов является наличие в их цитоплазме большого количества лизосом. Нейтрофилы и макрофаги чутко реагируют на любые изменения гомеостаза. Для этой цели они оснащены богатым арсеналом рецепторов, располагающихся на их цитоплазматической мембране.

Основной функцией нейтрофилов и макрофагов является фагоцитоз.

Не все микроорганизмы чувствительны к бактерицидным системам фагоцитов. Гонококки, стрептококки, микобактерии и другие выживают после контакта с фагоцитами, такой фагоцитоз называется незавершенным.

Фагоциты, помимо фагоцитоза (эндоцитоза), могут осуществлять свои цитотоксические реакции путем экзоцитоза - выделения своих гранул наружу (дегрануляция) - таким образом фагоциты осуществляют внеклеточный киллинг. Нейтрофилы, в отличие от макрофагов, способны образовывать внеклеточные бактерицидные ловушки - в процессе активации клетка выбрасывает наружу нити ДНК, в которых располагаются гранулы с бактерицидными ферментами. Благодаря липкости ДНК бактерии приклеиваются к ловушкам и под действием фермента погибают.

Нейтрофилы эффективны при инфекциях, вызванных внеклеточными патогенами (гноеродные кокки, энтеробактерии и др.), индуцирующими развитие острого воспалительного ответа. При таких инфекциях эффективна кооперация нейтрофил-комплемент-антитело. Макрофаги защищают от внутриклеточных патогенов (микобактерии, риккетсии, хламидии и др.), вызывающих развитие хронического гранулематозного воспаления, где главную роль играет кооперация макрофаг-Т- лимфоцит.

Помимо участия в антимикробной защите, фагоциты участвуют в удалении из организма отмирающих, старых клеток и продуктов их распада, неорганических частиц (уголь, минеральная пыль и др.). Фагоциты (особенно макрофаги) являются антигенпредставляющими, они обладают секреторной функцией, синтезируют и выделяют наружу широкий спектр биологически активных соединений: цитокины (интерлейкины-1, 6, 8, 12, фактор некроза опухоли), простагландины, лейкотриены, интерфероны α и γ. Благодаря этим медиаторам фагоциты активно участвуют в поддержании гомеостаза, в процессах воспаления, в адаптивном иммунном ответе, регенерации.

Эозинофилы относятся к полиморфно-ядерным лейкоцитам. Они отличаются от нейтрофилов тем, что обладают слабой фагоцитарной активностью. Эозинофилы поглощают некоторые бактерии, но внутриклеточный киллинг у них менее эффективен, чем у нейтрофилов.

Естественные киллеры. Естественные киллеры - большие лимфоцитоподобные клетки, которые происходят из лимфоидных предшественников. Они содержатся в крови, тканях, особенно их много в печени, слизистой оболочке репродуктивной системы женщин, селезенке. Естественные киллеры, как и фагоциты, содержат лизосомы, но фагоцитарной активностью не обладают.

Нейтрофильные сегментоядерные лейкоциты (нейтрофильные грануло- циты, или нейтрофилы) - преобладающая популяция белых клеток крови. Развитие нейтрофилов контролируется цитокинами, из которых главную роль играет G-CSF, а вспомогательную - GM-CSF, IL-3 и IL-6. Повышение содержания нейтрофилов в условиях воспаления регулируется цитокинами IL-17 и IL-23. IL-23 индуцирует образование IL-17, а он стимулирует выработку G-CSF.
В крови человека содержится 2,0-7,5х109/л нейтрофилов, что составляет 50-70% от общего числа лейкоцитов крови; также в крови присутствует некоторое количество (0,04-0,3х109/л, т.е. 1-6%) палочкоядерных форм нейтрофилов, не завершивших созревание. Ядро таких клеток не сегментировано, хотя и имеет уплотненную структуру хроматина. В кровотоке присутствует только 1-2% общего числа зрелых нейтрофилов в организме (остальные представлены в тканях, преимущественно в костном мозгу). Срок их пребывания в циркуляции составляет 7-10 ч.
После кратковременной циркуляции нейтрофилы покидают кровоток и мигрируют в ткани. Примерно 30% нейтрофилов, выходящих из кровотока, мигрируют в печень и костный мозг; около 20% - в легкие (точнее в их микроциркуляторное русло); около 15% - в селезенку. Основными хемо- таксическими факторами для нейтрофилов служат лейкотриен В4 и IL-8, в небольших количествах вырабатываемые в тканях. Миграция происходит с участием молекул адгезии (Р2-интегрины, Р- и Е-селектины), а также фермента эластазы, секретируемого самими нейтрофилами. Через 3-5 сут пребывания в тканях нейтрофилы подвергаются спонтанному апоптозу, т.е. запрограммированной гибели (см. раздел 3.4.1.5), и их фагоцитируют резидентные макрофаги, что предотвращает нанесение ущерба окружающим клеткам. В настоящее время допускается возможность превращения небольшой фракции тканевых нейтрофилов в долгоживущую форму и даже их дифференцировки в макрофаги. В целом функция тканевых нейтрофилов остается невыясненной.
Диаметр нейтрофилов составляет 9-12 мкм. Им свойственна уникальная морфология: ядро сегментированное (обычно состоит из 3 сегментов) с плотно упакованным хроматином (гетерохроматином); цитоплазма содержит нейтральные (по данным окрашивания) гранулы, что и определяет название этих клеток. Особенности хроматиновой структуры ядра (недоступность промоторных участков для дифференцировочных факторов) значительно ограничивает экспрессию генов и синтез макромолекул нейтрофилами de novo. Тем не менее, вопреки ранее существовавшим представлениям, нейтрофилы сохраняют способность к биосинтезу, хотя и в ограниченном масштабе.
Поскольку нейтрофилы имеют характерную морфологию, потребность в определении их мембранного фенотипа возникает только при специальном цитометрическом анализе (табл. 2.1). Для нейтрофилов характерна экспрессия на поверхности клетки ряда молекул: CD13 (аминопептидаза N, рецептор для ряда вирусов), CD14 - рецептора для липополисахарида (ЛПС) (представлен в меньших количествах, чем на моноцитах), в2-интегринов (LFA-1, Mac-1 и p155/95); Fc-рецепторов , рецепторов для компонентов комплемента (CR1, CR3 и CR4), рецепторов для хемотаксических факторов (C3aR, С5аR, рецептор для лейкотриена B4). Под влиянием ряда цитокинов (прежде всего GM-CSF) нейтрофилы экспрессируют молекулы MHC класса II (MHC-II); молекулы МНС-I экспрессируются на них конститутивно. Наиболее важные молекулы, определяющие развитие, миграцию и активацию нейтрофилов, - рецепторы для G-CSF (основного фактора, регулирующего их развитие), а также для IL-17 и IL-23, основного хемотаксического фактора - IL-8 (CXCR1, CXCR2) и хемокина, определяющего связь нейтрофилов с тканями - SDF-1 (CXCR4).
Таблица 2.1. Мембранные молекулы нейтрофилов, эозинофилов и моноцитов

Окончание табл. 2.1

Фагоцитоз представляет собой филогенетически наиболее древнюю иммунную реакцию и является первой реакцией иммунной системы на внедрение чужеродных антигенов, которые могут поступать в организм в составе бактериальных клеток или вирусных частиц, а также в виде высокомолекулярного белка или полисахарида. Макрофаги и моноциты - древние клетки иммунной системы. Последние являются циркулирующими в периферической крови предшественниками макрофагов, функции которых разнообразны и не исчерпываются потребностями иммунной защиты организма.

Впервые на защитную функцию макрофагов указал И. И. Мечников, открывший явление фагоцитоза и получивший за это Нобелевскую премию 1908 г. В настоящее время известна другая фундаментальная роль макрофагов - представление этими клетками антигенов лимфоцитам. Без этой функции макрофагов невозможно специфическое распознавание чужеродного антигена. Кроме того, макрофаги являются продуцентами многочисленных медиаторов иммунных реакций (интерлейкины, простагландины), а также белков системы комплемента.

Основой эволюционного становления фагоцитоза как иммунологического феномена явилась пищеварительная функция. Предковые одноклеточные организмы поглощали и переваривали чужеродные вещества внешней среды с целью питания. Такой тип питания сохранился у современных протозоа, губок и кишечнополостных. Источником питания, возможно, служили не только неструктурированные вещества, но и прокариоты, среди которых встречается много патогенных микроорганизмов. Несмотря на совершенствование в филогенезе механизмов специфической иммунной защиты, фагоцитарная функция амебоцитов-макрофагов сохранилась в эволюции от одноклеточных до высших многоклеточных, включая млекопитающих.

Моноциты. Основой всей моноцитарно-фагоцитарной системы (МФС) является популяция иммунокомпетентных клеток - моноциты. В периферической крови человека в нормальных условиях содержится обычно 0,2-0,8 10 9 этих клеток в 1 л. После недолгого пребывания в крови моноциты мигрируют в ткани, где формируют МФС. Моноциты присутствуют повсюду - в соединительной ткани, вокруг базальных мембран мелких кровеносных сосудов, высокое содержание их обнаруживается в легких (альвеолярные макрофаги) и печени (клетки Купфера). Макрофаги выстилают синусоиды селезенки и медуллярные

синусы лимфатических узлов. Моноцитарное происхождение имеют мезангиальные клетки почечных клубочков, микроглиальные клетки мозга и остеокласты костной ткани. Моноциты, как правило, мигрируют в ткани диффузно, хаотично. В случае появления клеток, несущих чужеродную информацию, возникает хемотаксический сигнал, направляющий и ускоряющий движение моноцитов из кровотока и окружающих тканей. Макрофаги и некоторые другие клетки МФС живут около 2 месяцев, а некоторые субпопуляции - многие годы. Полагают, что именно этими долгоживущими клетками определяется пожизненная фиксация татуировки и «черное легкое» курильщиков. Внесосудистый пул клеток МФС превышает пул моноцитов циркулирующих в крови, примерно в 25 раз. Наиболее богаты ими печень, легкие, селезенка. Во многих тканях (например, в мышечных) плотность расположения макрофагов исключительно низка.

Механизм фагоцитоза однотипен и включает 8 последовательных фаз (рис. 8.6): 1) хемотаксис (направленное движение фагоцита к объекту), 2) адгезия (прикрепление к объекту), 3) активация мембраны (актин-миозиновой системы фагоцита), 4) начало собственно фагоцитоза, связанное с образованием вокруг поглощаемой частицы псевдоподий, 5) образование фагосомы (поглощаемая частица оказывается заключенной в вакуоль благодаря надвиганию на нее плазматической мембраны фагоцита подобно застежке-молнии, 6) слияние фагосомы с лизосомами, 7) уничтожение и переваривание, 8) выброс продуктов деградации из клетки.

Фагоцитозу часто предшествует процесс опсонизации (от греч. opsoniazo - снабжать пищей, питать) объекта (клетки, несущей чужеродную информацию). Инициатором этого процесса является образование на поверхности клетки комплекса антиген-антитело. Опсонизация обеспечивается присутствием небольшого количества в организме молекул антител («нормальные антитела»). Антитела, локализующиеся на поверхности чужеродной клетки, стимулируют активацию и присоединение к ним белков системы комплемента. Образовавшийся комплекс действует как активатор остальных стадий фагоцитоза, стимулирует прямо или через посредство других клеток образование веществ, усиливающих эффект опсонизации чужеродной клетки.

Хемотаксис. Чужеродные клетки (опсонизированные или неопсонизированные) посылают в окружающую среду хемотаксические сигналы, в направлении которых фагоцит начинает двигаться. В качестве хемотаксических факторов рассматривается целый ряд веществ, в том числе продукты метаболизма микроорганизмов. Считается, что на ранних этапах эволюции каждый из этих факторов действовал самостоятельно. У высших организмов, в том числе у человека, все они действуют в комплексе, последовательно включаясь и усиливая друг друга. Пусковым фактором является комплекс антиген-антитело, определяющий высокую специфичность суммарного хемотаксического сигнала. На этот сигнал приходят первые фагоцитирующие элементы, которые, активируя другие иммунокомпетентные клетки, стимулируют их к выработке медиаторов, усиливающих хемотаксис. Далее хемотаксический потенциал усиливается за счет новообразованных антител, усиления образования комплексов антиген-антитело, а также ряда факторов, образующихся при разрушении макрофагами сосудов и тканей в воспалительном очаге. Этот хемотаксический сигнал второго порядка (развитого очага воспаления) обеспечивает поддержание в нем активной работы за счет поступления новых порций иммунокомпетентных клеток. Достигнув очага воспаления, макрофаг останавливается под влиянием фактора торможения миграции лейкоцитов, вырабатываемого Т-лимфоцитами-хелперами. Исчезновение в очаге воспаления чужеродных антигенов, начало процессов регенерации ведет к резкому уменьшению хемотаксического стимула и появлению продуктов, представляющих собой отрицательный хемотаксический сигнал. В результате этого новые фагоциты перестают мигрировать в воспалительный очаг, а оставшиеся жизнеспособные рассеиваются по всей ткани.

Адгезия. Акт адгезии включает две фазы: распознавание чужеродного (специфический процесс) и прикрепление, или собственно адгезию (неспецифический процесс). Адгезия фагоцитирующей клетки к объекту фагоцитоза происходит крайне медленно в том случае, если отсутствует предварительное специфическое распознавание чужеродных клеток. У высших организмов адгезия практически всегда идет с включением специфического компонента. Для активации этого процесса необходимо небольшое количество иммуноглобулинов, которые постоянно присутствуют в организме как нормальные антитела.

Захват (собственно фагоцитоз). Важная роль в осуществлении этого этапа фагоцитоза принадлежит специфическим компонентам иммунной реакции. Известно, что захват неопсонизированных частиц идет медленно, причем часть из них вообще не фагоцитируется. Наиболее сильными опсонинами являются иммуноглобулины. Специфичность в осуществлении фагоцитоза появляется в ходе эволюции как надстройка, физиологически связанная с уже имеющейся иммунной системой. В процессе фагоцитоза плазматическая мембрана макрофага при помощи образованных ею выступающих складок захватывает объект фагоцитоза и обволакивает его. Образующаяся при этом небольшая вакуоль называется фагосомой. В дальнейшем фагосома отрывается от поверхности мембраны и перемещается в цитоплазму.

Киллинг (убийство). В фагосоме захваченная чужеродная клетка гибнет. Для осуществления киллинга макрофаг продуцирует и секретирует в фагосому реакционноспособные производные кислорода.

Переваривание. Последний этап фагоцитоза - переваривание захваченного и убитого материала. Для этого с фагосомой, содержащей объект фагоцитоза, объединяются лизосомы, которые содержат более 25 различных ферментов, в число которых входит большое количество гидролитических энзимов. В фагосоме происходит активация всех этих ферментов, так называемый метаболический взрыв, в результате которого фагоцитированный объект переваривается. Часть молекул антигена при этом разрушается не полностью, их антигенная активность может существенно возрастать. Далее фагосома с остаточным антигеном выбрасывается на поверхность клетки, высвобождая иммуногенный антиген, что имеет важное значение для индукции лимфоцитами специфического иммунного ответа.

Нейтрофилы. Главный барьер против микробных инфекций представляют нейтрофилы - популяция лейкоцитов, иначе называемая микрофагами, или микрофагоцитами. Они имеют много общего с другими форменными элементами крови гемопоэтического стволового предшественника. В крови человека нейтрофилы доминируют среди остальных лейкоцитов. Они представляют собой неделящиеся короткоживущие клетки с сегментированным (более зрелые сегментоядерные нейтрофилы) и несегментированным (менее зрелые палочкоядерные нейтрофилы) ядром и набором гранул, различающихся по морфологии, гистогенезу, биохимическому составу, плотности и скорости функциональной мобилизации. Примерно 70% нейтрофилов не циркулируют в крови, а прикреплены к эндотелию сосудов. Главный резервуар пристеночных нейтрофилов - микрососуды легких: число депонированных здесь клеток в несколько раз превосходит количество циркулирующих нейтрофилов.

Срок пребывания нейтрофилов в кровотоке составляет около 6,5 ч. Далее нейтрофилы, проникая через эндотелий сосудов, попадают в ткани, где и заканчивают свое существование в течение 3-5 сут, осуществляя свои эффекторные функции, очень похожие на те, которые присущи макрофагам. Значительная часть нейтрофилов приходит к эпителию слизистых оболочек и, проникая через него, заканчивает свой жизненный цикл в слизистом надэпителиальном слое (срок жизни таких нейтрофилов исчисляется часами).

У нейтрофилов известны три типа гранул: первичные азурофильные гранулы, содержащие миелопероксидазу, небольшое количество лизоцима и набор катионных белков; вторичные «специфические» гранулы, содержащие лактоферрин, лизоцим и белок, связывающий витамин B 12 ; третичные гранулы (мельчайшие гранулы, или С-частицы), содержащие кислые гидролазы, а также практически всю желатиназную активность нейтрофила. Дегрануляция нейтрофилов может быть истинной, когда гранулы целиком выталкиваются из клетки (экзоцитоз), но чаще из гранул выделяются только растворимые компоненты и имеет место вторичное запустевание гранул (так называемая секреторная дегрануляция). Обширные запасы гликогена, который может быть использован при гликолизе, позволяют нейтрофилам существовать в анаэробных условиях.

Основной функцией нейтрофилов является уничтожение чужеродных клеток или веществ биополимерной природы путем фагоцитоза. Эту функцию нейтрофилы осуществляют только после выхода их из сосудистого пула. Процесс фагоцитоза, осуществляемого нейтрофилами, состоит из тех же самых этапов, которые выше описаны для макрофагов. В отличие от макрофагов, нейтрофилы могут фагоцитировать чужеродную клетку или частицу только один раз, после чего они гибнут.

Хемотаксис нейтрофилов обусловлен в основном продуктами жизнедеятельности бактерий или денатурированными белками разрушенных клеток собственного организма, т. е. в определенной степени эта стадия фагоцитоза является специфичной. Суммарный хемотаксический эффект усиливается многочисленными факторами разнообразной природы, активирующимися в начале разрушения чужеродного. Сам нейтрофил, будучи активированным в начале фагоцитоза, также выделяет ряд хемотаксических факторов. Благодаря каскадному усилению хемотаксического сигнала к месту разрушения объекта фагоцитоза привлекается большое количество нейтрофилов.

Уничтожение чужеродных клеток фагоцитами (макрофагами и нейтрофилами). Антигенная стимуляция резко меняет метаболический профиль фагоцитирующих клеток. К наиболее выраженным сдвигам относится резкое увеличение потребления глюкозы в реакциях гексозомонофосфатного шунта (ГМФШ), генерирующего НАДФ Н для восстановления молекулярного кислорода на мембранах цитохрома b -245. Если в покоящемся нейтрофиле подобным образом утилизируются лишь 1-2% глюкозы, то стимулированный нейтрофил способен окислить до 30% глюкозы. Одновременно возрастает потребление кислорода и образование оксидантов с мощным энергетическим потенциалом. Этот процесс

называют респираторным взрывом.

В результате респираторного взрыва образуются мощные бактерицидные агенты: супероксидный анион (О 2 -), перекись водорода H 2 0 2), синглетный кислород (1 O 2), гидроксильные радикалы (ОН -). Сочетание перекиси водорода, миелопероксидазы и ионов галогенов создает мощную систему галогенирования, приводящую к появлению крайне агрессивных вторичных метаболитов: гипохлорной кислоты (НОСl), хлорамина, продуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ). Ключевым считается супероксидный анион, с которого берет начало каскад активных форм кислорода и сопряженных с ним феноменов. Избыток энергии реализуется путем выделения тепла, повышенной химической активностью (отсюда высокая биопидность), либо эмиссией квантов света (хемилюминесценция).

Кислороднезависимые механизмы. При дисмутации супероксидного аниона потребляются ионы водорода и слегка повышается рН, это создает оптимальные условия для функционирования семейства катионных белков. Эти белки, имеющие высокую изоэлектрическую точку, разрушают бактериальную стенку за счет протеиназного эффекта и за счет непосредственного присоединения к поверхности микроорганизма. Низкие значения рН, устанавливающиеся после слияния фагосомы с лизосомами, лизоцим и лактоферрин представляют собой Кислороднезависимые бактерицидные и бактериостатические факторы, которые могут действовать в анаэробных условиях. Убитые микроорганизмы расщепляются гидролитическими ферментами, и продукты деградации высвобождаются из фагоцитарной клетки.

Разные формы реактивности фагоцитов обеспечиваются и проявляются нередко независимо друг от друга. При хроническом грануломатозе макрофаги и нейтрофилы в связи с дефектом цитохромов b-245 не способны образовывать активные метаболиты кислорода. Это сопровождается тем, что бактерии фагоцитируются, но не уничтожаются в клетках. Кроме того, известно, что многие микроорганизмы содержат в большом количестве каталазу и могут легко инактивировать продуцируемую фагоцитами перекись водорода. Фагоциты, дефектные по глюкозо-6-фосфатдегидрогеназе, не способны продуцировать активные метаболиты кислорода и защищать организм от бактериальных инфекций. При синдроме «ленивых лейкоцитов» нарушена реакция нейтрофилов на хемотаксические сигналы.