Лиганды рецепторов эффекторов врожденного иммунитета. Пептидогликан, липопептиды

Обновлено: 25.04.2024

Несмотря на широкий спектр терапевтических и хирургических методов лечения, используемых в офтальмологии, их эффективность остается низкой при неадекватно протекающих острых воспалительных инфекциях глаза с выраженным аллергическим компонентом, таких как кератиты, конъюнктивиты; а также воспалительных процессах с аутоиммунным компонентом — рецидивирующие увеиты, кератиты, атипичный оптический неврит при сифилисе, коллагенозах. В патогенезе этих заболеваний играет роль иммунная реактивность организма, которая включает звенья врожденного и приобретенного (адаптивного) иммунитета.

Врожденная иммунная система образует первую линию защиты на пути патогенных агентов, проникающих в организм человека. Врождённый иммунитет реализуется через клеточные и гуморальные факторы. Факторы врожденного иммунного ответа предсуществуют или индуцируются быстро (минуты, часы) после инфекции. Компоненты врожденного иммунного ответа не изменяются в процессе жизни организма, контролируются генами зародышевой линии и передаются по наследству. К факторам неспецифической иммунной защиты относятся гуморальные (интерфероны, интерлейкины, хемокины, система комплемента, естественные антитела IgM и IgG) и клеточные факторы (толл-рецепторы, рецепторы цитокинов, естественные киллеры — NK-клетки, моноциты и макрофаги, дендритные клетки) [3].
Для выявления патогенной инвазии врожденная иммунная система высших позвоночных животных использует два способа — распознавание чужеродных для организма молекулярных структур инфекционного происхождения — патоген-ассоциированные молекулярные паттерны (ПАМП), это компоненты клеточной стенки бактерий и грибов (ЛПС-липополисахариды, липопептиды, липопротеины, пептидогликан, β-глюкагон), либо микробные нуклеиновые кислоты или белки (флагеллин, профилин); второй способ — распознавание эндогенных факторов, возникающих в ответ на инфекцию (распознавание «измененного своего»). К эндогенным активаторам врожденного иммунитета относят белки теплового шока и мочевую кислоту, а также продукты некроза и апоптоза [12]. В 1994 г. П. Матцингер была выдвинута «теория опасности» и появился термин «дистресс-ассоциированные молекулярные паттерны» (ДАМП) — эндогенные молекулы, которые при инфекции или ином клеточном дистрессе (например, нарушение ионного баланса клетки, некротическая гибель собственных клеток) либо синтезируются вновь, либо появляются в необычных формах. В распознавании ПАМП и ДАМП участвуют паттерн-распознающие рецепторы (ПРР), в частности толл-рецепторы, которые распознают разнообразные классы микроорганизмов и обеспечивают индивидуализированную реакцию врожденной иммунной системы на разные типы инфекций. Рецепторы врожденной иммунной системы по сравнению с приобретенной более консервативны, не подвергаются соматической перестройке, их разнообразие ограничено и является результатом филогенеза, они с меньшей аффинностью (специфичностью) взаимодействуют с ПАМП и ДАМП. Однако ответ врожденной иммунной системы развивается быстрее и может приводить к быстрой элиминации патогенов без участия приобретенного иммунитета. Кроме того, ПРР реализуют свое влияние на приобретенный иммунитет с помощью дендритных клеток, основной функцией которых является индукция и регуляция Т-клеточного ответа.
Реализация специфичности врожденной иммунной системы ложится, в большей степени, на семейство эволюционно консервативных рецепторов, известных как Toll-подобные рецепторы (TLR), которые играют решающую роль в ранней защите организма от патогенов. TLR являются сигнальными патоген-распознающими рецепторами и рассматриваются исследователями как ключевые рецепторы врожденного иммунитета [15]. TLR участвуют в распознавании микробных компонентов и инициируют активацию внутриклеточных сигнальных путей, в результате чего происходит экспрессия генов цитокинов (ФНОα, ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-12, ИФНα/β и других), костимуляторных молекул и некоторых других генов.
Общим свойством всех толл-рецепторов является их способность взаимодействовать со структурами бактерий, грибов, вирусов и проведение в ядро активационного сигнала, ведущего к повышению защитных неспецифических механизмов организма, в частности воспалительной реакции, что ведет в конечном итоге к гибели и элиминации патогена. Толл-рецепторы экспрессированы в иммуннокомпетентных тканях (миндалины, лимфоузлы, селезенка, тимус) и в покровных тканях (кожа, бронхо-легочный, гастроинтестинальный и урогенитальный эпителий, эпителий роговицы и конъюнктивы). На клеточном уровне толл-рецепторы широко экспрессированы на структурных клетках (эпителиальные, фибробласты, эндотелиальные) и на иммунных клетках — моноцитах, макрофагах, нейтрофилах, антигенпрезентующих дендритных клетках (ДК), естественных киллерах (NK-гранулярные лимфоциты периферической крови и лимфоидных органов) и в меньшей степени на эозинофилах, лимфоцитах [16, 17]. Между толл-рецепторами и системой интерферонов имеется взаимосвязь — пять типов TLR1, 5, 6, 9, 16 участвуют в индукции биосинтеза трёх основных классов интерферонов [7].
Tолл-рецепторы — семейство молекул, состоящее из 10 трансмембранных одноцепочечных белков-рецепторов со сходным строением и молекулярной массой 90-115 кДа. [4]. Они имеют внеклеточную, трансмембранную и внутриклеточную части. Внеклеточная часть TLR, богатая лейцином (LRR — leucin-rich repeat domain), связывается с лигандами (компонентами клетки) микроорганизмов. Внутриклеточная часть TLR (TIR-Toll interleukin-1 receptor), гомологичная внутриклеточному домену интерлейкин-1, отвечает за взаимодействие с адаптерными молекулами внутриклеточных сигнальных путей, что приводит к индукции синтеза провоспалительных генов и экспрессии интерферонов 1 типа, а также апоптоза. Передачу сигналов внутри клетки, несущей TLR, представляют как последовательную активацию цитоплазматических адапторных молекул (MyD88 и др.), киназ (МАРК) и ядерного фактора транскрипции (NF-kB) [1, 6]. Аббревиатура MyD88 используется для обозначения миелоидного дифференцированного фактора 88. Этот фактор до последнего времени рассматривался как универсальная адапторная молекула. Недавно были описаны еще три вида адаптерных молекул — MAL/TIRAP, TICAM-1 (TRIF) и TICAM (TRAM) (рис.).
Проведение активационного сигнала, индуцированного толл-рецепторами, происходит с участием нескольких вспомогательных молекул — CD11/CD18, CD14, MD2 [4]. Трансмембранный участок TLR обеспечивает внутриклеточную сортировку молекул TLR — в эндоплазматический ретикулум — TLR7, 8, 9 и на поверхность клетки — 2, 4, 6, 5, 10 [5].
Неконтролируемая активация ПРР, в том числе толл-рецепторов, потенциально опасна для организма, поскольку может вести к гиперэргическому воспалению. Чувствительность ПРР должна поддерживаться на таком уровне, который обеспечивал бы достаточно надежное распознавание микробов, но, по возможности, минимизировал повреждение тканей. Поэтому негативная регуляция паттерн-распознающих рецепторов может, с одной стороны, ингибировать функцию ПРР и препятствовать адекватной реакции врожденной иммунной системы, а с другой стороны, играть заметную роль в лечении патологий, обусловленных гиперактивацией этих рецепторов.
Изучение TLR выявило связь между врожденным и приобретенным иммунитетом. Взаимосвязь врожденного и приобретенного иммунитета осуществляется посредством дендритных клеток (ДК), специализированных фагоцитов, сконцентрированных в селезенке, лимфоузлах и коже. ДК, являясь антиген-презентующими клетками, ответственны за стимуляцию иммуннокомпетентных клеток. Они экспрессируют высокий уровень ко-стимуляторных молекул, необходимых для активации Т-лимфоцитов, что является началом специфического иммунитета.

Экспрессия толл-рецепторов тканями глазного яблока
Иммунногистохимические исследования показали, что TLR1, 2, 3, 4, 5 распределяются по всему эпителию конъюнктивы, лимба и роговицы [10, 19]. TLR5 интенсивнее флюоресцируют в поверхностных слоях эпителия лимба по сравнению с базальными. В конъюнктивальном эпителии TLR1 и 5 интенсивнее прокрашивают базальные слои. TLR2, 3, 5 также наблюдали в стромальных фибробластах конъюнктивы, лимба и роговицы. Здоровый конъюнктивальный эпителий, являясь первой линией защиты, экспрессирует высокие уровни TLR9 и средние значения TLR2 и TLR4 [16]. Jing Li с соавт. в своих иммунногистохимических исследованиях выявили слабую флюоресценцию на TLR9 конъюнктивы, лимба и роговицы в норме [10]. Эти уровни экспрессии изменяются у пациентов с весенним кератоконъюнктивитом, аллергическим конъюнктивитом у детей, при которых активируется выработка цитокинов и медиаторов воспаления, происходит инфильтрация тучными клетками, эозинофилами, лимфоцитами конъюнктивального эпителия и стромы. Длительное наблюдение за течением весеннего конъюнктивита выявило достоверное повышение уровня экспрессии TLR4, снижение TLR9 и незначительное снижение уровня экспрессии TLR2 по сравнению со здоровой конъюнктивой. Авторами установлено, что при весеннем конъюнктивите экспрессия в строму TLR4, главным образом, происходит из фибробластов, инфильтрированных эозинофилами и тучными клетками [16].
Отмеченное снижение уровня экспрессии TLR9 при весеннем конъюнктивите по сравнению со здоровой тканью на молекулярном уровне было подтверждено исчезновением специфического прокрашивания эпителия конъюнктивы на TLR9 в биоптатах [16]. Однако до сих пор имеется большой пробел в понимании механизмов, лежащих в основе снижения экспрессии TLR9 в эпителии конъюнктивы при весеннем конъюнктивите.
Роговичный и конъюнктивальный эпителий являются барьером, защищающим глаз от патогенных агентов. Роговица человека экспрессирует различные виды толл-рецепторов — TLR3, TLR4, TLR5 [10]. Исследования на крысах показали, что при кератитах эпителиальные клетки экспрессируют высокие уровни TLR4, TLR2,TLR9 [16].
В некоторых исследованиях показано, что при простом вирусе герпеса типа 1 экспрессируются в эпителий роговицы TLR7 [13]. Роговичный эпителий обладает уникальной способностью модулировать функциональную активность экспрессированных TLR2, 4 и, следовательно, контролировать нежелательное воспаление. Фактически интактный роговичный эпителий не экспрессирует TLR2, 4 на клеточную поверхность и не связывается с лигандами микроорганизмов (TLR-немые формы) [10, 11, 16]. Интересен факт, что роговичный эпителий не реагирует на сапрофитную флору и редко вовлекается в воспалительный процесс при бактериальном конъюнктивите.
При патологических состояниях роговичный эпителий экспрессирует TLR4, которые взаимодействуют с TLR4-агонистами (липополисахаридами бактерий) и стимулируют выработку провоспалительных цито- и хемокинов [16, 18]. TLR-агонисты могут приводить к развитию кератита в результате специфической нейтрофильной реакции и разбалансированного местного воспаления. Язва роговицы, вызванная бактериальной инфекцией, приводящая в большинстве случаев к зрительным расстройствам, является следствием деструкции коллагеновых волокон роговицы под действием коллагенолитических ферментов. Инфильтрирующие язву лейкоциты (макрофаги и нейтрофилы) способствуют разрушению коллагена при взаимодействии с актированными кератоцитами. В недавних исследованиях показана роль фибробластов роговицы, активированных липополисахаридными комплексами бактерий путём экспрессии комплекса TLR4/CD14/MD-2 (так называемые активированные кератоциты) в развитии язвы роговицы. Активированные кератоциты активно продуцируют хемокины, интерлейкин-8, моноцитарный хемоаттрактивный белок 1 и молекулы межклеточной адгезии 1. Такие исследования показывают, что распознавание кератоцитами липолисахаридных комплексов бактерий и их последующая активация ведут к формированию язвы роговицы. Таким образом, активация роговичных TLR4 может иметь благоприятный и неблагоприятный эффекты, зависящие от силы, длительности воздействия патогена и эффективности его удаления [10, 16].
Однако вопрос по поводу механизма экспрессии TLR2 и 4 в эпителий роговицы при взаимодействии с липопротеидным комплексом бактерий остается спорным [10].
В популяции антиген-презентирующих клеток хориоидеи, цилиарного тела, радужки и склеры человека выявлены высокие уровни экспрессии TLR4, которые связаны с липополисахаридным рецепторным комплексом бактерий [11, 16]. В сосудистой оболочке человека в норме комплекс TLR4/CD14/MD-2 антигенпрезентирующих клеток относительно богато представлен в корне радужной оболочки и строме цилиарного тела, тогда как в хориоидеи и строме радужки обнаруживается редко [11]. Комплекс TLR4/CD14/MD-2 в увеальной ткани локализуется периваскулярно или субэпителиально. В противоположность другим тканям, например коже, в сосудистой оболочке этот комплекс не экспрессируется в эпителии и сосудистом эндотелии увеального тракта глаза [11]. Такая локализация толл-рецепторов в увеальной ткани является наиболее оптимальной для связывания с липополисахаридным комплексом грамнегативных бактерий гематоофтальмическим или интракоокулярным барьерами [11]. Локализация липополисахаридного рецепторного комплекса внутри сосудистой оболочки предполагает ответную реакцию только при проникновении микроорганизмов через гематоофтальмический и гистогематический барьеры. В норме комплекс TLR4/CD14/MD-2 не определяется на глазной поверхности, что можно объяснить иммунологически-привилегированным статусом глаза, в особенности роговицы.
Ретинальный пигментный эпителий экспрессирует высокие уровни TLR2, 3, 4, костимуляторные молекулы, а также TLR1, 7, 9, 10 [16]. Ретинальный пигментный эпителий принимает активное участие в иммунных реакциях сетчатки, являясь источником хемо-, цитокинов и ростовых факторов, которые противодействуют патологическим агентам (например, цитомегаловирус, коронаровирус, токсоплазма гондии). Исследования показали, что выработка TLR2, 3, 4 клетками ретинального пигментного эпителия повышается под действием агонистов — TLR3 и интерферона (IFN)-γ (молекул, взаимодействующих с паттернраспознающими рецепторами). В частности, агонисты TLR3 стимулируют выработку IFN-γ (активного ингибитора вирусной инфекции), IL-6, IL-8, моноцитарного хемоаттрактивного протеина 1 и молекул межклеточной адгезии [16].
Изучение структуры, сигнальных путей, экспрессии и распределения толл-рецепторов направлены не только на понимание молекулярных и иммунологических основ инфекционных и аутоиммунных процессов, но и разработку альтернативных терапевтических методов, модулирующих аллергические и иммунные реакции при этих процессах [2, 14].
Для создания быстрой и неспецифической защиты против патогенов возможно использование набора бактериальных антигенов, несущих панель патоген-ассоциированных молекулярных структур, которые являются лигандами для достаточно хорошо охарактеризованных девяти Toll-подобных рецепторов: TLR1 — TLR9. Весьма вероятно, что такая комбинация антигенов будет создавать быструю защиту не только против бактерий, но и против вирусов, поскольку некоторые бактериальные лиганды (ЛПС, CpG-мотив бактериальной ДНК) распознаются TLR2, TLR4 и TLR9, которые взаимодействуют с гликопротеинами вирусных оболочек и CpG-молекулами [2, 14].
Ряд авторов опубликовал результаты экспериментов, в которых исследовали резистентность к патогенам после введения синтетических лиганд для конкретных TLR [8]. В обобщенном виде эти результаты представлены в табл.

Лиганды рецепторов эффекторов врожденного иммунитета. Пептидогликан, липопептиды

Выявлено, что PAMPs оказывают множественные эффекты на сигналы, генерируемые клетками врожденной иммунной системы, и тем самым, могут быть использованы как природные, естественные адъюванты, активирующие адаптивный иммунный ответ.

К некоторым очищенным рекомбинантным антигенам иммунная система часто проявляет толерантность, поскольку эти антигены обеднены PAMPs, необходимыми для активации врожденного иммунитета, по этой причине субъединичные вакцины являются менее эффективными в индукции протективного адаптивного иммунного ответа.

Пептидогликан — является компонентом стенок всех бактериальных клеток. Цепочки пептидогликана состоят из альтернативных B-MurNAc(1=>4) GlcNAc дисахаридных единиц, связанных через B-(1=>4) гликозиловые соединения. Пептидные цепи, связанные с карбоксильной группой мурамиловой кислоты, первоначально состоят из пяти аминокислот (L-Ala-D-Glu-X-D-Ala-D-Ala). Определенные вариации в пептидных и гликановых структурах зависят от типа микроорганизмов. Пептидогликан стимулирует макрофаги и ДК через TLR2. Стержневая составляющая часть пептидогликана, мурамилдипептид (MurNAc-L-Ala-D-isoGIn), однако, не распознается TLR2, но активирует клетки через внутриклеточный сенсорный протеин NOD2.

Липопептиды и липопротеины являются компонентами клеточных стенок как грамположительных, так и грамотрицательных бактерий и могут рассматриваться как функциональные субъединицы пептидогликана. Выявлено, что А 19-кДа липопротеин, полученный от М. tuberculosis активирует Т-клетки через TLR2. Микоплазменный макрофаг-активирующий липопептид-2 (MALP-2) требует кооперации TLR2 и TLR6 для инициации провоспалительного ответа, в то время как определенные бактериальные липопептиды требуют димеризации TLR2 с TLR1. Диацилированные MALP-2 и триацилированные бактериальные липопептиды распознаются рецепторами врожденного иммунитета только после димеризации TLR6.

Липотейхоевые кислоты являются негативно заряженными гликолипидами, обнаруженными у большинства грамположительных бактерий. Соответствующая очистка липотейхоевых кислот Staphylococcus aureus или химический синтез липотейхоевых кислот выявил, что они обладают мощной способностью стимулировать экспрессию TLR2.

Флагеллин является белковой субъединицей жкутиковых бактерий. Он распознается TLR5, возможно с помощью высоко консервативных N- и С-терминальных концов, формирующих его гидрофобные стержни. Одним из свойств флагеллинов, внедряющихся патогенов, но не коменсальных бактерий, является способность индуцировать воспалительный ответ эпителиальными клетками кишечника.

Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.

Immunology / Gankovskaia_L._Основы общен иммунологии

не подвергаются негативной и позитивтак называемых секретируемых рецепторов.

Рецепторы-мусорщики участвуют в по-

участвуют в реакциях фагоцитоза, цитоглощении апоптировавших клеток, бактелиза, в том числе бактериолиза, нейтрариальных лигандов (ЛПС, липотейхоевые

лизации, выработки цитокинов и др. Механизмы врожденного иммунитета

развиваются очень быстро, в течение нескольких минут и часов после проникновения патогенов.

Активация врожденного иммунитета не формирует продолжительной иммунной памяти, но служит обязательным условием развития адаптивного иммунного ответа. Факторы врожденного иммунитета кодируются генами зародышевой линии и не меняются в течение жизни.

кислоты) и т.д. Неэффективное удаление апоптировавших клеток из организма может способствовать развитию аутоиммунного заболевания, например, системной красной волчанки.

Среди лектиновых рецепторов наиболее изучен маннозный. Бактерии, которые экспрессируют структуры, богатые маннозой, распознаются с помощью этого рецептора. Эндогенные лиганды маннозного рецептора — миелопероксидаза, лизосомальные гидролазы и др.

Таблица 4.1. Распознавание в системе врожденного иммунитета

Рецепторы и опсонизирующие белки

Мембранные (передают сигнал внутрь клетки)

Компоненты системы комплемента

ГЛАВА 4. ВРОЖДЕННЫЙ ИММУНИТЕТ

Особую группу рецепторов врожденного иммунитета составляют так называемые паттерн-распознающие рецепторы (англ. pattern-recognition receptor , PRR).

PRR распознают консервативные, общие для многих типов микроорганизмов структуры, например ЛПС, пептидогликаны, флагеллин и т.д. В настоящее время интенсивно изучают структуру и функции рецепторов врожденного иммунитета, таких как Toll-подобные рецепторы (TLR), NOD-1, NОD-2, RIG и др. Рецепторы врожденной иммунной системы эволюционно законсервированы.

Таким образом, врожденную систему рассматривают как первую линию защиты против патогенных микроорганизмов. Одна из целей врожденного иммунитета сводится к раннему установлению различий между патогенами и непатогенами, что особенно важно в пограничных тканях (слизистые оболочки пищеварительного тракта, дыхательные пути, кожа и т.д.).

С эволюционной точки зрения Toll-по- добные (TLR) и NOD-подобные рецепторы — одниизнаиболеедревнихсемейств,играющих центральную роль в инициации врожденной иммунной защиты против патогенов.

TLR были впервые выявлены у дрозофил в 1966 г. Toll-рецепторы млекопитающих имеют сходную с ними структуру и функции (рис. 4.1). Рецепторы этого семейства широко представлены на различных клетках иммунной системы (табл. 4.2) — моноцитах, макрофагах, нейтрофилах, ДК, лимфоцитах и др., а также на многих клетках организма — фибробластах, эндотелии, эпителии и др.

TLR — трансмембранные гликопротеины, состоящие из двух доменов. Внешний домен содержит большое количество лейцина и обеспечивает прямое

Рис. 4.1. Строение Toll-подобного рецептора.

Таблица 4.2. Toll-подобные рецепторы человека и их лиганды

Грамотрицательные бактерии, микобактерии

Пептидогликан, липотейхоевые кислоты, зимозан

Грамположительные бактерии, грибы

Диациллипопептиды, липотейхоевые кислоты,

Микробактерии, грамположительные бактерии,

ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ИММУНОЛОГИИ

Таблица 4.3. Toll-подобные рецепторы, экспрессируемые иммунными клетками

Клетки иммунной системы

TLR 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10

TLR 1, 2, 4, 5, 6, 7, 8

Миелоидные дендритные клетки

TLR 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10

Плазмацитоидные дендритные клетки

TLR 1, 3, 6, 7, 9, 10

взаимодействие рецептора с компонентами микроорганизмов, внутренний домен (TIRдомен) осуществляет трансдукцию сигнала внутрь клетки. В настоящее время у человека идентифицировано 10 Toll-подобных рецепторов.

В табл. 4.3 представлена экспрессия TLR клетками иммунной системы.

Экспрессия большинства TLR повышается при действии провоспалительных цитокинов. TLR обеспечивают важную связь между врожденным и адаптивным иммунитетом, поскольку их активация приводит к экспрессии костимулирующих молекул на фагоцитах, и они превращаются в эффективные антигенпрезентирующие клетки.

NOD-подобные рецепторы впервые были выявлены у растений. Это семейство эндогенных рецепторов распознает вещества, которые образуются при повреждении клеток организма (АТФ, кристаллы мочевой кислоты и др.), и вызывает развитие воспалительного процесса в основном за счет образования ИЛ-1, ИЛ-18 и других провоспалительных цитокинов. NOD-подобные рецепторы экспрессируются в ДК, макрофагах, эпителиальных клетках слизистых оболочек и др.

Особую группу представляют рецепторы, повышающие эффективность фагоцитоза. К ним относятся рецепторы комплемента и Fс-рецепторы для иммуноглобулинов.

Различают четыре типа рецепторов комплемента (СR1, СR2, СR3, СR4), которые взаимодействуют с С3-компонентом и его фрагментами. СR1, СR3 и СR4 участвуют в активации фагоцитоза, что сопровождается выработкой провоспалительных цитокинов, усилением хемотаксиса и адгезивных свойств фагоцитов. Через С3аR может быть простимулирован выброс биологически активных медиаторов (гистамина и др.) базофилами и тучными клетками, что приводит к запуску аллергической реакции без участия IgЕ и аллергена.

F- . Антиген в комплексе с антителом захватываются клетками врожденного иммунитета через специализированные Fс-рецепторы (рис. 4.2), взаимодействующие с Fс-фраг- ментом антител. Этот процесс более эффективен, чем захват несвязанного антигена.

Идентифицированы Fс-рецепторы для Fсфрагмента IgG, IgA и IgE. Fс-рецептор состоит

Макрофаги

Макрофаги — центральные клетки системы мононуклеарных фагоцитов, совместно с тканевыми нейтрофилами первыми сталкиваются с антигеном в поврежденной им ткани. Активация этих клеток и продукция вследствие этого цитокинов является важным индуцирующим стимулом в вовлечении в формирование воспалительного очага большого количества нейтрофилов и других полиморфноядерных лейкоцитов, включая моноциты, образующие макрофагальные клетки новой волны. Формируемый каскадный процесс рекрутирования фагоцитов в воспалительный процесс не только обеспечивает поддержание спектра продуцируемых продуктов для привлечения в очаг повреждения все новых клеток, но и является основой создания количественной массы клеточных форм, необходимой для полной фрагментации антигена и завершения процесса воспаления.
Как уже отмечалось, макрофаги формируются из циркулирующих в крови моноцитов, которые, выселяясь в ткани, созревают в тканевые макрофаги и различно именуются в зависимости от локализации в ткани — соединительнотканные или гистиоциты; легочные — альвеолярные; фиксированные и свободные макрофаги костного мозга, селезенки, лимфатических узлов; серозных полостей — перитонеальные, плевральные и др., купферовские звездчатые клетки печени, синовиальные А-клетки, остеокласты костной ткани, клетки микроглии нервной системы. В нервной системе функции макрофагов выполняют также астроциты.
Макрофаги характеризуются как долгоживущие клетки, живут в тканях месяцы и годы, если они не мобилизуются в воспалительный очаг.
Направленная миграция макрофагов (хемотаксис) к антигену и в очаг формирующегося воспаления обеспечивается под влиянием хемотаксинов или хемоаттрактантов. Свойствами хемоаттрактантов обладают разные вещества — хемотаксические молекулы микробов (например, пептид fМLР — N-формил-метионил-лейцил-фенилаланин или его аналоги, отсутствующие у эукариот и сигнализирующие при его секреции о бактериальной инфекции); цитотаксины, продуцируемые фагоцитами и рядом других клеток под влиянием бактериальных эндотоксинов; продукты деструкции тканей; секреты активированных клеток в воспалительном очаге — интерлейкин-1β, β-хемокины, гистамин, лейкотриен В4 и др.; компоненты (С3а, С5а), образуемые при активации белков системы комплемента и др. Свойствами ограничивать хемотаксис обладает ряд бактериальных продуктов, некоторые гормоны, α2-макроглобулин и др. Эффективность действия хемоаттрактантов и ингибиторов хемотаксиса на макрофаги определяется наличием на их мембране соответствующих рецепторных структур, взаимодействие лигандов с которыми сопровождается формированием специфического сигнала. Прохождение сигнала по внутриклеточным сигнальным путям определяет то или иное функционирование фагоцита, в частности его направленное движение. Его основой является реакция белков цитоскелета, в частности актина, изменение формы клетки из округлой в обычно треугольную с образованием вытянутых псевдоподий. Последние содержат микрофиламенты (актин и ряд других белков), сокращение которых сопровождается движением фагоцитирующей клетки. Наряду с хемоаттрактантами, важную роль в процессах миграции фагоцитов играют белки межклеточной адгезии — селектины, интегрины, молекулы межклеточной адгезии из суперсемейства иммуноглобулинов. Взаимодействуя с соответствующими молекулярными структурами на других клетках, в т.ч. эндотелия, и с молекулами внеклеточного матрикса, белки межклеточной адгезии обеспечивают направленное движение фагоцитирующих клеток.
В отличие от хемотаксиса движение клеток в отсутствие градиента хемоаттрактантов именуют спонтанной миграцией фагоцитов, ненаправленное усиление подвижности клеток под влиянием химических веществ — хемокинезом.
Индуцированный хемоаттрактантами хемотаксис макрофагов сопровождается их взаимодействием с антигеном, его поглощением и фрагментацией. Этот процесс включает ряд этапов, опосредуется через взаимодействие соответствующих лигандов с двумя основными типами рецепторов фагоцитов, во множестве экспрессируемых на их поверхности.
Один из них — это рецепторы, обеспечивающие распознавание антигена как чужеродного агента на первичных стадиях формирования процесса до-иммунного воспаления. Эти рецепторы открыты в последние годы и были названы рецепторами PRR (Pattern Recognition Receptors), т.е. рецепторами, распознающими общий образ антигена или его недетализированный тип. Применительно к инфекционным агентам, распознаваемым рецепторами PRR, структура общего образа антигена была обозначена в качестве молекулярной мозаики патогена — PAMP (Pathogen-Associa ted Molecular Pattern). Доказано, что PRR-рецепторы отличают общую консервативную структуру патогена, как «чужую» для организма и отличающуюся от «своего», но не способны идентифицировать эпитопы антигена, т.е. тонкие различия в строении разных молекул антигенов, распознаваемые лимфоцитами в реакциях адаптивного иммунитета (рис. 6.3).

К PAMP относят разные структуры бактерий, вирусов, простейших, грибов, компоненты цитоскелета и др. молекулы, в норме отсутствующие в организме. Такими структурами являются уникальные нуклеиновые кислоты микробов, например двунитевал РНК вирусов, отдельные неметилированные нуклеотиды, липиды и углеводы, не синтезируемые клетками млекопитающих — ЛПС грамотрицательных бактерий, обогащенные маннозой олигосахариды, тейхоевые кислоты грамположительных бактерий, пептидогликаны, особые белки микробов, например N-формилметионин и др. В число PAMP входят также продукты стрессированных или поврежденных клеток собственного организма, которые в норме не выявляются — белки теплового шока, измененные мембранные фосфолипиды, отдельные молекулы, подобные антигенам МНС-1. При инфицировании клеток уровень экспрессии таких структур может возрастать. Следует подчеркнуть, что во многих случаях PAMP — это жизненно важные структуры микробов. Например, двунитевая РНК играет критическую роль в репликации вирусов, ЛПС и тейхоевые кислоты являются компонентами бактериальной стенки и т.д.
Как отмечалось выше, помимо макрофагов PRR-рецепторы экспрессируют моноциты, дендритные клетки и нейтрофилы, они обнаружены на тучных клетках, клетках эпителия, лимфоцитах и других клеточных элементах, PRR экспрессируются не только на клеточной поверхности, но также в цитоплазме клетки и в эндосомах. Связывание PRR с лигандами сопровождается конформационными изменениями рецептора и формированием внутриклеточного сигнального пути, активирующего рецепторнесущую клетку.
Считается, что PRR-рецепторы по функциональной активности можно разделить на два основных типа. Одни из них преимущественно обеспечивают развитие классических механизмов иммунного ответа — распознают молекулы PAMP на несущих их антигенах, способствуют эндоцитозу таких антигенов, их перевариванию и представлению комплекса молекул фрагментированного антигена с антигенами MHC Т-лимфоцитам. Такие PRR-рецепторы характеризуются как эндоцитозные, они преимущественно экспрессируются на антиген представляющих клетках. Примерами таких PRR-рецепторов являются «рецепторы для уборки мусора» и «маннозные рецепторы». Другой тип PRR-рецепторов — преимущественно сигнальный. Их примерами являются рецепторы TLR и NOD (см. ниже). Эти рецепторы способствуют формированию внутриклеточного сигнала, активирующего гены цитокинов, необходимых для формирования иммунного ответа — активации антигенпредставляющих клеток, усилению их поглощающей функции, стимуляции процесса развития воспаления, активации антигенраспознающих лимфоцитов через рецепторный аппарат, взаимодействующий с комплексом пептид-МНС.
Другой тип мембранных структур, отличающихся от PRR-рецепторов и значимых для проявления функциональной активности макрофагов, — это рецепторы для различных, преимущественно растворимых, молекул эндогенного происхождения (табл. 6.1). Эта группа включает рецепторы к иммуноглобулинам классов G (IgG) и E (IgE), к компонентам комплемента (C3b, iC3b, С5а), к ряду цитокинов (для ИНФγ, ФНО, ГМ-КСФ), белков адгезии и др.
Важную роль во взаимодействии макрофагов с другими организменными клетками играют экспрессируемые на мембране фагоцитов антигены гистосовместимости классов I и II. Наибольшую роль этот тип рецепторов играет на поздних стадиях этапа доиммунного воспаления. Так, например, микроорганизмы, опсонизированные фракциями комплемента или антителами класса IgG, связываются соответствующими рецепторами (CR1, CR3, CR4 и FcyR соответственно) фагоцитов и существенно активнее фагоцитируются по сравнению с неопсонизированными микроорганизмами. Фагоцитоз, опосредованный через рецепторы к молекулам сывороточного происхождения, опсонизирующим микробную клетку — С-реактивный белок, белки системы комплемента, пентраксины, фиколины, коллектины, антитела класса IgG и др. называют непрямым (рис. 6.4), в отличие от прямого фагоцитоза, опосредованного через молекулярные структуры PAMP. В значительной степени процесс непрямого фагоцитоза подобен иммунному фагоцитозу, ранее постулированному А.А. Тотолян и И.С. Фрейдлин.

Распознающие рецепторы врожденного иммунитета

Активация врожденного иммунитета начинается с распознавания антигенных структур с помощью многочисленных рецепторов.

Таблица Распознавание в системе врожденного иммунитета

Мембранные рецепторы (передают сигнал внутрь клетки)	Toll – подобные (TRL1-10) C -лектиновые Рецепторы-мусорщики (Skavender-рецепторы) Интегриновые
Внутриклеточные (цитозольные)	NOD RID DAI
Секретируемые	Пентаксины Коллектины Компоненты системы комплемента Фиколины

Особую группу рецепторов врожденного иммунитета составляют паттерн-распознающие рецепторы (patern recognition recepror – PRR). К ним относятся Toll , NOD , RID – рецепторы. Эти рецепторы распознают общие для многих типов микроорганизмов структуры – липополисахариды, пептидогликаны, флагеллин.

Toll – рецепторы имеют на своей поверхности различные клетки иммунной системы – моноциты, макрофаги, дендритные клетки, нейтрофилы, лимфоциты, а также другие клетки организма – фибробласты, эпителиальные, эндотелиальные клетки. В настоящее время у человека идентифицировано 10 Toll – подобных рецепторов.

Таблица. Toll -подобные рецепторы (TLR) человека и их лиганды

TLR	Лиганды	Патогены
TLR1	Липопептиды	Грамотрицательные бакетрии, микобактерии
TLR2	Пептидогликан, липотейхоевые кислоты	Грамположительные бактерии, грибы
TLR3	Двухцепочные РНК	Вирусы
TLR4	Липополисахарид	Грамотрицательные бактерии
TLR5	Флагеллин	Бактерии
TLR6	Диациллипопептиды, липотейхоевые кислоты	Микобактерии, грамположительные бактерии, грибы
TLR7	Одноцепочечные РНК	Вирусы

Таблица. Toll -подобные рецепторы, расположенные на клетках иммунной системы

Клетки иммунной системы	Toll - рецепторы
Нейтрофилы	TLR1,2,4,5,6,7,8,9,10
Моноциты/макрофаги	TLR1,2,4,5,6,7,8
Дендритные клетки	TLR1,2,4,5,6,8,10
В-лимфоциты	TLR1,3,6,7,9,10
Т-лимфоциты (Th1/Th2)	TLR2,3,5,9
Т-лимфоциты (регуляторные)	TLR2,5,8

Экспрессия Toll – рецепторов обеспечивает важную связь между врожденным и адаптивным иммунитетом, поскольку их активация приводит к превращению фагоцитов в эффективные антигенпрезентирующие клетки. Экспрессия большинства Toll – рецепторов увеличивается при действии провоспалительных цитокинов.

NOD – рецепторы распознают вещества, которые образуются при повреждении клеток организма (АТФ, кристаллы мочевой кислоты) и вызывают развитие воспалительного процесса. NOD – рецепторы имеются на макрофагах, дендритных клетках, эпителии слизистых оболочек.

Особую группу представляют рецепторы, повышающие эффективность фагоцитоза. К ним относятся рецепторы к С3-компоненту комплемента и Fc -фрагменту иммуноглобулинов. Антиген в комплексе с антителом захватывается клетками врожденного иммунитета через Fc-рецепторы, которые взаимодействуют с Fc-фрагментом иммуноглобулинов. Фагоцитоз опсонизированного объекта (покрытого антителом) в сотни раз более эффективен, чем фагоцитоз свободного объекта.

Гуморальные факторы врожденного иммунитета

Гуморальные факторы врожденного иммунитета – это белки, присутствующие в сыворотке крови, секретах слизистых оболочек, которые синтезируются клетками иммунной системы и могут оказывать бактерицидное, опсонизирующее и т.д. действие на организмы.

Система комплемента

Комплемент – система сывороточных белов крови, каскадная активация которых приводит к лизису бактерий, собственных клеток, инфицированных внутриклеточными паразитами, разрушению иммунных комплексов.

Состоит более, чем из 20 инертных белков сыворотки, 9 из которых являются основными и обозначаются как С1, С2 и т.д. - С9. Формирование комплемента в единое целое или его активация происходит при внедрении в организм чужеродных антигенов.

Комплемент может активироваться двумя путями: классическим и альтернативным.

Противомикробные пептиды

Противомикробные пептиды – катионные белка, способные поражать вирусы, грибы, простейшие. Синтезируются нейтрофилами и эпителиальными клетками при взаимодействии их Toll – рецепторов с антигеном. Осуществляют мгновенный иммунитет. Часто их называют эндогенными антибиотиками. Различают 2 основных вида – дефенсины и кателицидины.

Механизм действия: противомикробные пептиды разрушают наружные мембраны микроорганизмов. Мембраны бактериальных клеток заряжены отрицательно, а пептиды положительно. Разность зарядов обеспечивает их взаимодействие. Катионные белки встраиваются в мембрану микробной клетки, образуя поры. Бактериальная клетка теряет ионы калия, аминокислоты. Внутрь клетки поступает вода, обеспечивая ее гибель.

Белки острой фазы продуцируются моноцитами, макрофагами, фибробластами. Синтез белков острой фазы существенно повышается в ответ на инфекцию.

С-реактивный белок ( CRB ) связывается с поверхностью бактерий, активирует систему комплемента. При бактериальной инфекции увеличивается в 100 раз.

Маннозосвязывающий лектин активирует систему комплемента по лектиновому пути.

Сывороточный амилоид А выступает в роли хемоаттрактанта.

Фибриноген выступает как опсонин

Лизоцим – фермент, содержащийся в отделяемом слизистых оболочек глаз, ротовой полости, носоглотки, грудном молоке. Вырабатывается моноцитами крови и тканевыми макрофагами. Разрушает пептидогликаны клеточных стенок бактерий.

Фагоцитоз

Фагоцитоз – это активное распознавание и поглощение микроорганизмов фагоцитирующими клетками с их последующей инактивацией и перевариванием. Фагоцитоз – самый древний вид защиты, унаследованный нами в ходе эволюции. Выраженной фагоцитарной активностью обладают нейтрофилы, моноциты и макрофаги.

Нейтрофилы происходят от стволовой клетки костного мозга. Это короткоживущие неделящиеся клетки с сегментированным ядром и набором гранул, содержащих большое количество бактерицидных веществ. Их время жизни составляет 2-3 суток. Нейтрофилы являются основными клетками, осуществляющими уничтожение внеклеточных микроорганизмов.

Макрофаги образуются из стволовой клетки красного костного мозга, на территории которого дифференцируются до стадии моноцита. Моноциты попадают в ток крови и расселяются по тканям, превращаясь в тканевые макрофаги, где функционируют в течение недель или месяцев. Для них характерно изобилие гранул, близких по составу к содержимому гранул нейтрофилов.

Их функциями является поглощение и уничтожение внедрившихся микроорганизмов (в основном внутриклеточных), а также поврежденных, дегенерированных, вирусинфицированных и опухолевых клеток и образующихся иммунных комплексов. Это клетки - «мусорщики».

Нейтрофилы осуществляют основную защиту от пиогенных (внеклеточных) бактерий, макрофаги – от внутриклеточных паразитов (вирусы, грибы, простейшие).

Нейтрофилы – это основные участники острого воспаления, макрофаги – хронического, они способны стимулировать образование гранулем.

Функции фагоцитов:

n Фагоцитарная – захват и внутриклеточное переваривание микроорганизмов.

n Антигенпрезентирующая – презентация антигена Т-лимфоцитам в комплексе с молекулами главного комплекса гистосовместимости (HLA). Этой функцией обладают антигенпрезентирующие макрофаги.

n Секреторно-регуляторная – синтез и секреция некоторых белков системы комплемента, отдельных цитокинов, лизоцима, белков системы свертывания крови.

n Цитотоксическое действие фагоцитов.

Связывание патогена с фагоцитом может быть прямым и опосредованным. Прямое распознавание происходит с участием Toll-рецепторов. При опосредованном распознается опсонизированный объект, покрытый антителами или C3b – компонентом комплемента.

Хемотаксис

Для того, чтобы процесс фагоцитоза произошел, необходимо сближение фагоцитирующих клеток с антигеном, который вызвал повреждение. Для этого нейтрофилы должны покинуть кровеносное русло, поскольку очаги внедрения антигена чаще имеют тканевую локализацию. Это возможно благодаря хемотаксису. Хемотаксис – движение фагоцитов по концентрационному градиенту химических веществ – хемоаттрактантов. В роли хемоаттрактантов для нейтрофилов выступают продукты жизнедеятельности бактерий, белки системы комплемента, цитокины и.т.д.

Основными хемоаттрактантами для макрофагов являются гамма-интерферон, хемотаксический макрофагальный фактор.

Адгезия – прилипание

Начинается с адгезии (прилипания) микробной частицы к поверхности фагоцита. Процесс поглощения идет эффективнее, если микробные клетки опсонизированы, то есть покрыты белками системы комплемента и специфическими антителами класса IgG. Особенно важно это для бактерий, имеющих капсулу (пневмококк, менингококк, кишечная палочка, гемофильная палочка и т.д.)

Эндоцитоз (поглощение)

Участок мембраны фагоцита в месте контакта с объектом уплотняется, вытягивается и надвигается на объект подобно механизму застежки «молния» до тех пор пока объект не будет полностью поглощен в фагосому.

Дегрануляция

Цитоплазматические гранулы фагоцитирующих клеток сливаются с фагосомой и образуется фаголизосома, в которой происходит киллинг и разрушение захваченной микробной частицы с помощью антимикробных факторов. Антимикробные системы делятся на те, которые требуют кислород – кислородзависимые и те, которые не требуют кислород – кислороднезависимые.

Кислородзависимые факторы (активные формы кислорода) образуются в ходе респираторного взрыва, представляющего собой каскад окислительных реакций.

n супероксидный анион (О₂ - )

n синглетный кислород (О₂)

n гидроксильный радикал (ОН˙)

n оксид азота (NO)

Активные формы кислорода являются очень мощными окислителями, вызывают повреждение липидов, белков, ДНК мироорганизмов, оказывают летальное действие на биологические системы.

К кислороднезависимой группе бактерицидных факторов относятся лизоцим, некоторые протеолитические ферменты, лактоферрин, катионные белки, дефенсины.

Лактоферрин – связывает железо, предотвращает рост и размножение бактерий.

Катионные белки – вызывают повреждение клеточных мембран, лизируют бактериальные клетки.

Дефенсины – встраиваются в липидный слой клеток, нарушают ее проницаемость, обладают летальным действием на широкий спектр бактерий, грибов, вирусов.

Экзоцитоз – удаление продуктов разрушения

Распознающие рецепторы врожденного иммунитета

Таблица Распознавание в системе врожденного иммунитета

Мембранные рецепторы (передают сигнал внутрь клетки)	Toll – подобные (TRL1-10) C -лектиновые Рецепторы-мусорщики (Skavender-рецепторы) Интегриновые
Внутриклеточные (цитозольные)	NOD RID DAI
Секретируемые	Пентаксины Коллектины Компоненты системы комплемента Фиколины

Таблица. Toll -подобные рецепторы (TLR) человека и их лиганды

TLR	Лиганды	Патогены
TLR1	Липопептиды	Грамотрицательные бакетрии, микобактерии
TLR2	Пептидогликан, липотейхоевые кислоты	Грамположительные бактерии, грибы
TLR3	Двухцепочные РНК	Вирусы
TLR4	Липополисахарид	Грамотрицательные бактерии
TLR5	Флагеллин	Бактерии
TLR6	Диациллипопептиды, липотейхоевые кислоты	Микобактерии, грамположительные бактерии, грибы
TLR7	Одноцепочечные РНК	Вирусы

Таблица. Toll -подобные рецепторы, расположенные на клетках иммунной системы

Клетки иммунной системы	Toll - рецепторы
Нейтрофилы	TLR1,2,4,5,6,7,8,9,10
Моноциты/макрофаги	TLR1,2,4,5,6,7,8
Дендритные клетки	TLR1,2,4,5,6,8,10
В-лимфоциты	TLR1,3,6,7,9,10
Т-лимфоциты (Th1/Th2)	TLR2,3,5,9
Т-лимфоциты (регуляторные)	TLR2,5,8

Читайте также: