Гуморальные факторы естественной резистентности

ФИЗИОЛОГИЯ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ

Оглавление

Введение

Глава 1.

Физиологические защитные системы организма и их значение в иммунитете

Гуморальные факторы естественной резистентности

Клеточные факторы естественной резистентности

Глава 2.

Структура и функции иммунной системы

Строение иммунной системы, разновидности лимфоцитов и молекулярные основы распознавания Аг

Иммунная система при ответе на Аг. Молекулярные основы иммунного реагирования

Изменения в структуре иммунной системы при иммунном ответе и после его завершения

Глава 3.

Миграция стволовых клеток, T– и B–лимфоцитов

Стволовые клетки и закономерности их рециркуляции

Контроль рециркуляции стволовых клеток

Лимфоцитарный контроль стволовых клеток

Динамическая структура периферического отдела иммунной системы

Механизмы рециркуляции лимфоцитов

Глава 4.

B–супрессорные лимфоциты

B–клеточная супрессия in vivo 96

B–клеточная супрессия in vitro

Генетический контроль, природа и механизмы B–клеточной супрессии

B–супрессоры при ответе на антигенную стимуляцию

Глава 5.

Главный комплекс гистосовместимости: гены иммунного ответа

Строение главного комплекса гистосовместимости

Гены HLA и их продукты

Основные физиологические функции главного комплекса гистосовместимости

Глава 6.

Иммунные подсистемы кожи, слизистых оболочек, мозга и других тканей

Иммунная система кожи

Иммунная система дыхательных путей

Иммунная система ЖКТ

Иммунная система моче-половых путей

Иммунная система мозга

Глава 7.

Возбуждение и торможение иммунной системы

Молекулярные механизмы проведения сигналов внутрь клетки

Формирование сигнальных путей, активирующих функции клеток

Формирование сигнальных путей, подавляющих функциональную активность клеток

Апоптоз и его место в развитии и функционировании иммунной системы

Глава 8.

Иммунная система и стресс

Действие гормонов стресса (кортизона и АКТГ) на устойчивость к инфекциям

Стресс и устойчивость к инфекциям

Иммунитет, стресс и атеросклероз

Изменения в иммунной системе в процессе стресc–реакции

Механизмы подавления активности иммунокомпетентных клеток при интенсивной стресc–реакции

Элементы биологической целесообразности стресc–реакции

Список литературы

Введение

Основой иммунной системы является лимфоидная ткань, главные клеточные популяции которой — фагоцитирующие, АПК и иммунокомпетентные лимфоциты — участвуют в поддержании генетического постоянства внутренней среды организма.

Иммунная защита, осуществляемая клетками системы иммунитета, включает два взаимосвязанных компонента. Более древний из них связан с воспалительной реакцией и реализуется на базе функционирования сенсорных и рецепторных структур, эволюционно отселекционированных для того чтобы отличить вообще «чужое», в виде высоко консервативных молекул различных патогенов, отсутствующих у млекопитающих, от «своего» [297]. Эти реакции выполняются преимущественно макрофагами и дендритными клетками, осуществляющими главным образом антигенпредставляющие функции, и служат фундаментом, на котором развертываются более тонкие Аг–специфические процессы, осуществляемые лимфоидными клетками, способными обнаружить малейшие отличия в молекулярном строении различных антигенных структур, включая патогенные, от «своего». В соответствии с развивающимися процессами и функциями, выполняемыми этими защитными компонентами, первый из них обозначают как врождённый или естественный иммунитет (Innate immunity), в целом носящий неспецифический характер, второй — как адаптивный иммунитет (Adaptive immunity) или как иммунный ответ (Immune response), характеризующийся высокой специфичностью по отношению к чужеродным для организма антигенным субстанциям. В отличие от факторов врождённого иммунитета (их называют факторами естественной резистентности), включение которых в процесс защиты требует непродолжительного периода времени, факторы адаптивного иммунитета проявляют свою активность после длительного и сложного процесса, связанного с размножением лимфоцитов и их дифференцировкой в эффекторные (исполнительные) клетки. Хотя оба компонента иммунной защиты образуют единое целое, часто с понятием «иммунитет» отождествляют формирование иммунного ответа, а лимфоцит рассматривают как центральную клетку иммунной системы. Основные функции иммунной системы в норме и патологии представлены в работе [40].

· Глава 1
Физиологические защитные системы организма и их значение в иммунитете

В физиологических реакциях организма, направленных на поддержание генетического постоянства внутренней среды организма, важнейшую роль играют факторы естественной резистентности, действие которых направлено на защиту организма от вне– и внутриклеточных микроорганизмов и продуктов повреждения собственных клеток (рис. 1). Эти факторы включаются в защиту мгновенно после преодоления возбудителем кожных или слизистых оболочек и внедрения его во внутреннюю среду организма. Их влияние продолжается в течение всего периода борьбы организма с инфекцией, но наиболее эффективно действие таких факторов развивается в течение первых 4-х часов после внедрения микроба, когда они являются практически единственными защитниками организма.

Рис. 1. Функции иммунной системы.

На пути проникшего в организм микроба стоят две мощные преграды: клеточные (тканевые макрофаги, нейтрофилы, естественные киллерные клетки — NK) и гуморальные (IgG–АТ, комплемент) факторы естественной резистентности. К факторам естественной резистентности относят также микробицидные экзосекреты (бактерицидные компоненты слюны, соляная кислота желудка, литические пищеварительные ферменты кишечника и др.), белки острой фазы, и другие структуры и субстанции организма.

Гуморальные факторы естественной резистентности

В противомикробной защите, как и в реализации отдельных эффекторных механизмов позднего иммунного ответа, важная роль принадлежит системе комплемента. Эта система включает около 30 взаимодействующих белков плазмы крови и Рц клеточной поверхности. В таблице 1 показаны основные компоненты системы комплемента, в таблице 2 — клеточные Рц для этих компонентов.

Функции системы комплемента многообразны. Ряд компонентов системы комплемента характеризуется ферментативными функциями (протеазы), другие выполняют иные функции — связываются с микробами и клеточными мембранами, с комплексами Аг–АТ, активируют тучные клетки, обеспечивают развитие сосудистых реакций воспаления, перфорацию мембран бактериальных клеток, опсонизируя микробы (связывание компонента системы с микробом и Рц для компонента на клетке) активируют функции фагоцитов. В норме, при отсутствии распада собственных тканей и микробного заражения, система комплемента находится в покоящемся состоянии. Однако при воздействии определённых раздражителей система комплемента активируется по одному из трёх возможных путей — классическому, альтернативному или лектиновому, — образуя первую линию активной защиты против инфекции.

Таблица 1. Основные компоненты системы комплемента

Условные обозначения: C1inh (от C1–inhibitor) — ингибитор компонента C1; MCP (от Membrane cofactor proteolysis) — мембранный кофактор протеолиза, белок, связывающий компонент C3b, что обеспечивает доступность компонента C3b для деградации протеазой — фактором I; DAF (от Decay accelerating factor) — фактор усиливающий расщепление, белок мембраны клеток млекопитающих, ускоряющий деградацию (инактивацию) компонента C2b; Н — фактор??? сывороточная протеаза, деградирующая компонент C3b; фактор I — протеаза, деградирующая компоненты C3b и C4b; фактор?? (пропердин) — стабилизатор активного комплекса C3b/Bb; CD59 — белок мембраны клеток млекопитающих, препятствующий лизису собственных клеток, вызванному комплементом.

Таблица 2. Клеточные рецепторы для компонентов системы комплемента

Условные обозначения: CR — Рц компонентов комплемента 1, 2 и т.д.; EBV — вирус Эпштейна–Барр

Рис. 2. Активация белков системы комплемента по классическому, альтернативному и лектиновому путям. C1-C9 — компоненты системы комплемента; В — сывороточный фактор В; D — факторD системы комплемента; Ρ — сывороточный фактор Ρ (пропердин); Μ В — медиатор воспаления (анафилатоксин); Оп — опсонин; Μ К — мембраноатакующий комплекс; СМЛ — связывающий маннозу лектин; MASP–1, –2, –3 — ассоциированная с СМЛ сериновая протеаза –1, –2, –3 (от — СМЛ–associated serine protease –1, –2, –3). Пояснения в тексте.

Альтернативный путь активации системы комплемента (рис. 2) инициируется спонтанным расщеплением компонента C3 или в результате его взаимодействия со специфическими сахарами на поверхности патогена. Этот способ самоактивации молекулы C3 образно называют «заведенным мотором». Расщепление C3 сопровождается образованием компонентов C3a и C3b. Молекула C3b выполняет функции опсонина и, будучи ковалентно связанной с микробом, нековалентно связывает сывороточный фактор В, который становится субстратом для сериновой протеазы — белка Dсистемы комплемента. Фактор D расщепляет фактор В на фрагменты Ва и Вb. Фактор Bb остаётся связанным с компонентом C3b на поверхности микроба и образует активный комплекс C3bВb, в котором фрагмент Bb является активной протеазой, а сам комплекс C3bВb — C3–конвертазой альтернативного пути, гомологичную C3–конвертазе (C4b2a) классического пути активации системы комплемента. Комплекс C3bВb стабилизируется на мембране сывороточным белком P(пропердин). Это приводит к массивной наработке компонента C3b, связывающегося с микробом и вновь воспроизводящего указанный путь активации системы. Более того, комплекс C3bВb, присоединяя молекулу C3b (формируется комплекс C3bВb3b), является активной C5–конвертазой, обеспечивающей расщепление компонента C5 до фрагментов C5a и C5b. Следует отметить, что фрагмент C5a, как и фрагмент C3a, является анафилатоксином — активирует тучные клетки (секрецию содержимого гранул) и гладкие мышцы (сокращение). Кроме того, фрагмент C5a активирует моноциты и нейтрофилы, а также экспрессию на фагоцитах Рц для компонентов комплемента — CR1 и CR3. Под влиянием фрагмента C5b в реакцию вступают компоненты комплемента C6, C7, C8 и C9. Реакция завершается образованием мембраноатакующего комплекса C5b, C6, C7, C8, C9, перфорирующего мембрану микроба и вызывающего его лизис. Заключительные этапы активации системы протекают следующим образом — молекула C5b связывает компонент C6, комплекс С5b6 присоединяет компонент C7. Через гидрофобный домен компонента C7 комплекс С5b67 встраивается в фосфолипидный бислой микроба. К комплексу С5b67 гидрофобными доменами пристраиваются компоненты C8 и C9. Фрагмент C8b компонента C8 присоединяется к молекуле C5b, а фрагмент C8ag встраивается в фосфолипидный бислой клетки–мишени. При этом фрагмент C8ag катализирует 10–16 молекул C9, в результате чего образующийся полимер формирует неспадающиеся поры в микробной мембране.

Классический путь активации системы комплемента (рис. 2) инициируется комплексом Аг–АТ (IgM, IgG), который связывает фрагмент C1q компонента C1 на поверхности микроба, но не в растворе. Компонент C1 состоит из 8 фрагментов — C1r, C1s и 6 молекул C1q, процесс активации индуцируется присоединением не менее двух молекул C1q к Fc–фрагментам иммуноглобулина комплекса Аг–АТ и активацией протеазы C1r, отщепляющей от компонента C1 сериновую протеазу C1s. Эти ранние этапы активации системы комплемента сопровождаются образованием активного комплекса Аг–АТ–С1qr₂s₂, сериновая протеаза которого расщепляет компонент системы комплемента C4 до фрагментов C4a и C4b, а C2 расщепляется до фрагментов C2a и C2b. Фрагмент C4a функционирует как слабый анафилатоксин, а фрагмент C4b — как слабый опсонин. Следует отметить, что белок системы комплемента C2 гомологичен белку В, а C4 — гомологичен белку C3. Результатом расщепления компонентов C4 и C2 и активации их фрагментов является образование комплекса C4b2a, являющегося активной C3–конвертазой классического пути (расщепляет C3 на C3a и C3b), а затем и комплекса С4b2а3b в качестве C5–конвертазы классического пути активации белков системы комплемента. С образованием C3- и C5–конвертаз дальнейший каскад реакций становится подобным тому, который регистрируется при альтернативном пути активации системы комплемента. Следует отметить, что активация белков системы комплемента по альтернативному и классическому пути происходит параллельно, усиливая друг друга.

Лектиновый путь активации системы комплемента (рис. 2) инициируется связывающим маннозу лектином (СМЛ), связывающим углеводные структуры микробной поверхности. С маннозосвязывающим лектином ассоциированы три известные сериновые протеазы — MASP–1 (от MBL–Associated Serine Protease–1), MASP–2, MASP–3. Сериновые протеазы MASP–1 (гомологична компоненту C1r) и MASP–2 (гомологична компоненту С1s) способны эффективно расщеплять белки C2 и C4 [498], функции сериновой протеазы MASP–3 не известны. Считается, чтоMASP–2 в составе комплекса СМЛ–MASP–2 обеспечивает расщепление C4, тогда как комплекс СМЛ–MASP–1 способен непосредственно активировать белок C3 [244]. Дальнейшие пути активации системы комплемента по лектиновому пути те же, что и при активации по классическому пути.

Современные представления о каскадной активации белков системы комплемента указанными путями, так же как детальная характеристика этих белков подробно описаны в работах [83, 244].

В регуляции активации системы комплемента участвуют гуморальные и клеточные компоненты, объединенные в семейство RCA (от Regulators of Complement Activation). Компоненты этого семейства характеризуются короткими повторяющимися доменами SCR (Short consensus domain) и способностью связывать молекулы системы комплемента C3b и C4b, контролируются генетическим кластером, локализованным в хромосоме 1 в локусе q3.2. Гуморальные факторы семейства RCA включают компоненты C4bp (от C4 binding protein) и fH (от factor H). C4bp ускоряет распад C3–конвертазы классического пути активации комплемента, fH ускоряет распад C3–конвертазы альтернативного пути активации комплемента. Оба компонента действуют как кофакторы для фактора I, обеспечивающего деградацию компонентов комплемента C3b и C4b. Сходные функции проявляют интегральные мембранные белки семейства RCA, которые включают компоненты: CR1 (CD35), CR2 (CD21), MCP (от membrane cofactor protein; CD46) и DAF (от Decay accelerating factor; CD55). CR1 и DAF ускоряют распад C3–конвертазы классического и альтернативного путей активации комплемента; CR2 связывает компонент комплемента C3d, связанный с Аг; MCP, CR1 и CR2 действуют как кофакторы для фактора I, обеспечивающего деградацию компонентов комплемента C3b и C4b. С9bр (от C9 binding protein), известный как фактор подавления мембраноатакующего комплекса, также способен подавлять активацию комплемента, однако он не включен в семейство белков RCA [83, 323, 537].

Другое семейство гуморальных факторов физиологических защитных систем организма — белки острой фазы, также характеризуется многокомпонентностью. К ним относят C–реактивный белок (СРБ), маннозосвязывающий лектин, белки SP–A и SP–D сурфактанта, фибриноген и ряд других белков. Их синтез происходит преимущественно в печени, уровень белков острой фазы в крови нарастает более чем на 25% в ранние сроки защитной реакции, задолго до развития специфического иммунного ответа [56, 83]. Синтез белков острой фазы запускается под влиянием ИЛ–1 и ИЛ–6, действие других цитокинов, например, фактора некроза опухоли, носит опосредованный характер.

СРБ относится к семейству пентраксинов, пентамерная структура которых представлена пятью одинаковыми по структуре мономерами, соединёнными зависимой от Ca²⁺ нековалентной связью. СРБ имеет химическое сродство к фосфорилхолину, компоненту клеточных стенок ряда бактерий и одноклеточных грибов, но не клеток млекопитающих. В мембране последних фосфорилхолин находится в форме, недоступной для связывания СРБ. Результатом связывания СРБ с бактериями является активация компонента комплемента C1q, первого инициирующего компонента классического пути активации этой белковой системы, и опсонизация бактерий для фагоцитоза. Показано также связывание СРБ бактериальных порообразующих экзотоксинов — стрептолизина О и тетанолизина, в результате чего отменяется их цитотоксическое и гемолитическое действие [56].

Связывающий маннозу лектин СМЛ [83, 196] относят к семейству коллектинов, способных связывать углеводные структуры (остатки маннозы) на поверхности разных патогенных организмов — бактерий, дрожжей, вирусов, простейших, но не клеток млекопитающих. В последнем случае углеводные структуры экранированы и недоступны для их связывания CRD–доменом связывающего маннозу лектина. Характерным эффектом связывания СМЛ с микробом является опсонизация последнего для фагоцитоза моноцитами, которые, в отличие от более зрелых макрофагов, не экспрессируют Рц для маннозы. По вторичной структуре и функциям СМЛ подобен компоненту комплемента C1q. В результате связывания с микробом, СМЛ приобретает способность активировать протеазы, расщепляющие компоненты комплемента C4 и C2 и инициирующие активацию белков системы комплемента по лектиновому пути.

Белки SP–A (от Surfactant protein А) и SP–D (от Surfactant protein D) сурфактанта, являясь гуморальными факторами физиологических защитных систем организма, как и связывающий маннозу лектин, относятся к семейству коллектинов, в частности лёгочных коллектинов, синтезируемых и секретируемых в воздушное пространство и в воздухоносные пути лёгких альвеолярными клетками типа II и эпителиальными клетками бронхиол. У некоторых видов SP–A экспрессируется также в железах подслизистой трахеи, евстахиевой трубы и возможно в некоторых других тканях. SP–D, наоборот, широко экспрессируется во многих участках эпителия, включая верхние отделы дыхательных путей, ротоглотку и трахео-бронхиальные железы. Несмотря на то, что оба белка выявляются в лёгочных смывах, микроанатомические места их локализации по-видимому различны. Большая часть SP–A выделяется из лёгких в связи с сурфактантным липидом и является составной частью тубулярного миелина, тогда как SP–D выделяется в виде растворимого белка [318, 320, 378]. По структуре SP–A и SP–D подобны и включают по 4 домена — NН₂-терминальный перекрестносвязываемый домен, коллагеновый домен, шейка или связывающий домен и CRD–домен лектинов C–типа (от Carbohydrate Recognition Domain). Отличия заключаются в размерах коллагенового домена (он больше у SP–D) и в участках N–сцепленного гликозилирования. Кроме того, SP–A состоит из 18 пептидных цепей, объединённых в шесть гомо– и гетеротримерных субъединиц, тогда как SP–D — 12–цепочечная молекула, состоящая из четырёх гомотримерных субъединиц [196]. Мишенями для сурфактантных белков являются многие грамотрицательные и грамположительные бактерии, респираторные вирусы, грибы (A. fumigatus, P. carinii, С. albicans), микобактерии. Связывая патогенные субстанции, сурфактантные белки нейтрализуют ингалируемые микробы, влияют на их поглощение фагоцитами, детоксицируют и очищают организм от вредных микроорганизмов.

К категории гуморальных факторов доиммунной защиты относят также интерфероны типа I (a и b) продуцируемые лимфоидными дендритными клетками. Эти факторы, в дополнение к описанным выше, вносят существенный вклад в противовирусную защиту организма.

Таким образом, гуморальные факторы физиологических защитных систем организма проявляют бактерицидные и противовирусные свойства, опсонизируют микробы для более эффективного их поглощения фагоцитами, активируя клетки собственного организма, подготавливают основу для включения в процесс защиты фагоцитов и последующего развития специфического иммунного ответа. Для большей надежности этих функций, многие из них дублируются.