Большие зернистые (гранулярные) лимфоциты (БГЛ) – нормальные киллеры

Вирусы способны размножаться только в клетках инфицированного хозяина, используя для этого их репликативные механизмы. Очевидно, что в интересах хозяина уничтожить эти зараженные клетки до того, как вирус получит возможность размножаться. Исследования in vitro показали, что именно этим и занимаются нормальные киллеры (НК).

Макрофаги и БГЛ (NK) распознают и уничтожают также некоторые клетки-мишени (или патогенные микроорганизмы), если поверхность последних покрыта связавшимися с ней специфическими антителами. При соединении NK -клетки с Fc-фрагментом антител, прикрепленных к клеткам с чужеродными антигенами, развивается антителозависимая клеточная цитотоксичность и гибель клетки-мишени.

Специализированная популяция лейкоцитов, способных поражать крупные внеклеточные паразитические организмы, например шистосомы. Крупные паразиты типа гельминтов физически не могут быть фагоцитированы. Чтобы справиться с ними, на помощь приходят эозинофилы, осуществляющие внеклеточное уничтожение (цитотоксические клетки).

Эти полиморфноядерные «двоюродные братья» нейтрофилов, которые содержат, в отличие от последних, гранулы, интенсивно прокрашивающиеся кислыми красителями и имеющие характерный вид на электронных микрофотографиях.

В ядре гранул локализован главный осн о вный белок (МВР, от англ. major basic protein), в то время как катионный бело к и пероксидаза эозинофилов находятся в матриксе гранул. В гранулы также включены другие ферменты (гистаминаза, фосфолипаза В и др.). При активации эозинофилов в них происходит мощное усиление дыхания, сопровождающееся выработкой активных метаболитов кислорода. Вдобавок, недавно было показано, что один из белков, находящихся в гранулах, может «протыкать» мембрану клетки-мишени подобно С9 или перфорину NK.

Большинство гельминтов способны активировать комплемент по альтернативному пути, и хотя они устойчивы к действию С9, связывание ими СЗb позволяет эозинофилам присоединиться к их поверхности через СЗb. После активации эозинофилы начинают свою атаку, высвобождая главный осн о вный белок (МВР) и катионный белок, которые повреждают мембрану паразита.

Ряд других клеток иммунной системы участвует в воспалительной реакции, основная цель которой привлечение лейкоцитов и растворимых медиаторов иммунитета к очагу инфекции.

Базофильные сегментоядерные гранулоциты и тучные клетки

Эти клетки заполнены гранулами, в которых содержатся различные медиаторы, вызывающие при высвобождении воспаление в окружающей ткани. Выделение медиаторов происходит при активации базофилов и тучных клеток. Эти клетки могут также синтезировать и выделять ряд медиаторов, регулирующих иммунный ответ. Тучные клетки располагаются во всех тканях вблизи кровеносных сосудов и воздействуют посредством некоторых своих медиаторов на клетки сосудистой стенки. Базофилы сходны по функциям с тучными клетками, но в отличие от них циркулируют с кровью.

Кровяные пластинки (тромбоциты) Эти клетки, активированные в процессе свертывания крови или под действием комплексов антиген-антитело, также выделяют медиаторы воспаления.

ГУМОРАЛЬНЫЕ ФАКТОРЫ НЕСПЕЦИФИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ

Гуморальные механизмы обеспечивают вторую стратегию защиты. Распространение инфекции может быть ограничено различными гуморальными, т.е. растворимыми факторами неспецифической защиты. Это, в первую очередь, система комплемента, а также различные цитокины, опсонины и другие факторы.

Природа и характеристика комплемента. Комплемент является одним из важных факторов гуморального иммунитета, играющим роль в защите организма от антигенов. Он был открыт в 1899 г. французским иммунологом Ж. Борд е, назвавшим его «алексином». Современное название комплементу дал П. Эрлих.

Комплемент представляет собой сложный комплекс белков сыворотки крови, находящийся обычно в неактивном состоянии и активирующийся при соединении антигена с антителом или при агрегации антигена. В состав комплемента входят 20 взаимодействующих между собой белков, девять из которых являются основными компонентами комплемента; их обозначают цифрами: CI, С2, СЗ, С4... С9. Важную роль играют также факторы В, D и Р (пропердин). Белки комплемента относятся к глобулинам и отличаются между собой по ряду физико-химических свойств. Компоненты комплемента синтезируются в большом количестве (составляют 5–10 % от всех белков крови), часть из них образуют фагоциты.

Функции комплемента многообразны: а) наряду с макрофагами участвует в лизисе микробных и других клеток (цитотоксическое действие); б) обладает хемотаксической активностью; в) принимает участие в анафилаксии; г) участвует в фагоцитозе; д) отдельные компоненты опосредуют процессы воспаления, опсонизацию чужеродных фрагментов для последующего фагоцитоза.

Следовательно, комплемент является компонентом многих иммунологических реакций, направленных на освобождение организма от микробов и других чужеродных клеток и антигенов (например, опухолевых клеток, трансплантата). В условиях физиологической нормы компоненты системы комплемента находятся в неактивной форме.

Механизм активации комплемента очень сложен и представляет собой каскад ферментативных протеолитических реакций, в результате которого образуется активный цитолитический комплекс, разрушающий стенку бактерии и других клеток. Известны три пути активации системы комплемента - классический, альтернативный и лектиновый.

Классический путь - каскад протеазных реакций с компонента Clq до С9, реализуется при наличии антител к соответствующему антигену. Когда система комплемента принимает участие в реакциях специфического приобретенного иммунитета, ее обычно активируют по классическому пути антитела, связавшиеся с поверхностью клеток микроорганизма. С комплексом «антиген-антитела» взаимодействует компонент Clq, затем С4, следом – С2. Образуется комплекс «антиген - антитела - С1С4С2», с ним соединяется СЗ (центральный компонент системы). «Ранний» компонент комплемента СЗ активирует компонент С5, который обладает свойством прикрепляться к мембране клетки (опсонизация). На компоненте С5 путем последовательного присоединения «поздних» компонентов С6, С7, С8, С9 образуется литический или мембраноатакующий комплекс (МАК) с эффекторными функциями (опсонизация и лизис бактерий, активация системы макрофагов, воспаление). МАК нарушает целостность мембраны (образует в ней отверстие), и клетка погибает в результате осмотического лизиса.

Т.о., активация комплемента заканчивается формированием мембраноатакующего комплекса (МАК), состоящего из С5-, С6-, С7-, С8-, С9-компонентов комплемента, которые внедряются в мембрану клетки и образуют канал диаметром 10 нм. В результате атаки многочисленных МАК-комплексов клетки разрушаются.

Альтернативный путь активации комплемента проходит без участия антител. Ряд микроорганизмов спонтанно активирует систему комплемента по так называемому альтернативному пути, представляющему собой механизм врожденного, неспецифического иммунитета. В результате с поверхностью микробов связываются компоненты комплемента, что приводит к поглощению этих возбудителей фагоцитами. Этот путь характерен для защиты от Гр– микробов. Каскадная цепная реакция при альтернативном пути начинается с взаимодействия антигена (например, полисахарида) с протеинами B, D и пропердином (Р) с последующей активацией компонента СЗ. Далее реакция идет так же, как и при классическом пути – образуется мембраноатакующий комплекс – МАК.

Лектиновый путь активации комплемента также происходит без участия антител. Он инициируется особым маннозосвязывающим белком сыворотки крови, который после взаимодействия с остатками маннозы на поверхности микробных клеток катализирует С4. Дальнейший каскад реакций сходен с классическим путем.

В процессе активации комплемента образуются продукты протеолиза его компонентов – субъединицы СЗа и СЗb, С5а и С5b и другие, которые обладают высокой биологической активностью. Например, СЗа и С5а принимают участие в анафилактических реакциях, являются хемоаттрактантами, СЗb – играет роль в опсонизации объектов фагоцитоза, и т. д. Сложная каскадная реакция комплемента происходит с участием ионов Са²⁺ и Mg²⁺.

В качестве опсонинов, т. е. опсонизирующих молекул, действуют главным образом антитела и компоненты комплемента. Белки системы комплемента служат медиаторами фагоцитоза, регулируют воспалительную реакцию и, взаимодействуя с антителами, участвуют в иммунной защите организма. В систему комплемента входят около двух десятков сывороточных белков, общая функция которых состоит в регуляции воспаления. Компоненты комплемента взаимодействуют между собой и с другими элементами иммунной системы.

опсонизация микроорганизмов с последующим поглощением и внутриклеточным разрушением их фагоцитами;

привлечение фагоцитов к месту воспаления (хемотаксис);

усиление тока крови в месте активации и повышение проницаемости капилляров для компонентов плазмы;

повреждение собственных клеток организмов, грамотрицательных бактерий и вирусов или других микробов, вызвавших активацию комплемента; лизис возбудителя вследствие такого повреждения обеспечивает прекращение инфекции;

дополнительное выделение медиаторов воспаления из тучных клеток.

Многие микроорганизмы активируют систему комплемента и чувствительны к литическому действию МАК.

Белки острой фазы. В развитии иммунного ответа участвует целый ряд молекул-посредников, в том числе выделяемые лимфоцитами антитела и цитокины, а также различные белки сыворотки, обычно содержащиеся в ней в низкой концентрации. Эти белки названы острофазными или белками острой фазы, так как их концентрация быстро нарастает при инфекционном процессе или повреждении тканей. Один из примеров – это С-реактивный белок (CRP), названный так за способность связываться с С-белком пневмококков. Благодаря такому связыванию фагоциты начинают более активно поглощать пневмококки – процесс, называемый опсонизацией. С-реактивный белок способствует опсонизации бактерий и является индикатором воспаления. Этот класс белков распространен в животном мире уже давно, поскольку гомологичный CRP белок-лимулин обнаружен в гемолимфе мечехвоста, филогенетически очень далеко отстоящего от Homo sapiens. Важное свойство CRP – способность связываться (при участии кальция) с некоторыми микроорганизмами, у которых в состав мембраны входит фосфорилхолин. Образовавшийся комплекс активирует систему комплемента (по классическому пути). Это приводит к связыванию СЗb с поверхностью микроба, и в результате микроб опсонизируется, т.е. подготавливается к фагоцитозу.

К белкам острой фазы также относятся: сывороточный амилоидный А-белок, α -антитрипсин, фибриноген, церулоплазмин, компонент комплемента С9 и фактор B, противовоспалительные и другие белки, которые вырабатываются в печени в ответ на повреждение тканей и клеток.

Нарушение синтеза лизоцима ведет к снижению резистентности организма, возникновению воспалительных и инфекционных заболеваний; в таких случаях используют для лечения препарат лизоцима, получаемый из яичного белка или путем биосинтеза, так как он продуцируется некоторыми бактериями (например, Bacillus subtilis), растениями семейства крестоцветных (редис, репа, хрен, капуста и т. д.). Химическая структура лизоцима известна, и он синтезирован химическим способом.

Цитокины – разнообразные белки, осуществляющие передачу сигналов между лимфоцитами, фагоцитами и другими клетками организма.

Цитокинами обобщенно называют большую группу соединений, участвующих в межклеточной передаче сигналов в ходе иммунного ответа. Все цитокины – это белки или пептиды; некоторые из них представляют собой гликопротеины. Цитокины подразделяют на несколько групп. Так, цитокины, выделяемые лимфоцитами, часто называют лимфокинами. Основные группы цитокинов приведены ниже.

Интерфероны (ИФН). У рыб, птиц, рептилий, так же как и у млекопитающих, обнаружен ряд антивирусных агентов широкого спектра действия – интерферонов, впервые выявленных при изучении вирусной интерференции, когда животное, зараженное одним вирусом, устойчиво к заражению другим неродственным вирусом. Идентифицированы различные типы интерферонов; гены каждого из них клонированы. Существуют по меньшей мере 14 α -интерферонов (α -ИФН), которые продуцируются лимфоцитами, тогда как фибробласты, а возможно, и другие клетки продуцируют β -ИФН. Пока мы не будем рассматривать γ -ИНФ, поскольку его образование не индуцируется вирусами.

Эти цитокины особенно важны в сдерживании некоторых вирусных инфекций. Интерфероны сообщают противовирусную устойчивость незараженным тканевым клеткам. Они образуются на ранней стадии инфекции и создают первую линию зашиты против большинства вирусов. Индукцию синтеза интерферонов вызывают вирусы, бактерии, риккетсии, простейшие, синтетические соединения.

При вирусной инфекции клетки синтезируют интерферон и секретируют его в межклеточное пространство, где он связывается со специфическими рецепторами соседних не зараженных клеток. Связанный интерферон оказывает противовирусное действие следующим образом. Полагают, что в клетке, подвергшейся воздействию интерферона, дерепрессируются, по меньшей мере, два гена и, соответственно, начинается синтез двух ферментов. Первый - протеинкиназа - фосфорилирует рибосомальный белок и фактор инициации, необходимый для синтеза белка, тем самым значительно снижая трансляцию мРНК. Второй фермент катализирует образование короткого полимера адениловой кислоты, активирующего латентную эндонуклеазу, что приводит к деградации мРНК как вируса, так и хозяина. Противовирусное действие связанного ИФН проявляется в способности подавлять внутриклеточное размножение ДНК- и РНК-геномных вирусов (прежде всего, в результате блокировки синтеза вирусных белков).

Каким бы ни был конкретный механизм действия интерферона, конечный результат состоит в образовании барьера из неинфицированных клеток вокруг очага вирусной инфекции, чтобы ограничить ее распространение. Об эффективности действия интерферона in vivo можно судить по результатам введения мышам антисыворотки к собственному интерферону. При этом летальная доза вируса оказывается в несколько сот раз меньше, чем в контроле. Однако следует подчеркнуть, что интерфероны играют большую роль именно в борьбе с вирусами, но не в предотвращении вирусных инфекций.

Может оказаться, что интерфероны как система в целом обладают более широким биологическим действием, чем ограничение вирусной инфекции. До сих пор не ясно, способны ли описанные выше ферменты, синтез которых индуцируется интерфероном, ингибировать деление клеток хозяина с той же эффективностью, что и репликацию вируса.

Интерфероны способны модулировать активность и других клеток, например нормальных киллеров (НК).

Интерлейкины (ИЛ) Это большая группа цитокинов (от ИЛ-1 до ИЛ-20), синтезируемых в основном Т-клетками, но в некоторых случаях также мононуклеарными фагоцитами или другими тканевыми клетками. Интерлейкины обладают разнообразными функциями, но большинство их стимулирует другие клетки для деления или дифференцировки. Каждый интерлейкин действует на отдельную, ограниченную группу клеток, экспрессирующих специфичные для данного ИЛ рецепторы.

В процессе инфекции продукты жизнедеятельности микробов, такие, как эндотоксины, стимулируют выработку интерлейкина-1 (ИЛ-1), который представляет собой эндогенный пироген (он увеличивает эффективность защитных механизмов, вызывая повышение температуры тела). Кроме того, ИЛ-1 действует и на печень, усиливая синтез и секрецию CRP до такой степени, что концентрация последнего в плазме крови может увеличиваться в 1000 раз.

Среди них значительную роль играют факторы некроза опухолей (ФНО) и трансформирующий фактор роста Р (ТФРР). Они выполняют разнообразные функции, но особенно важны как медиаторы воспаления и цитотоксических реакций.

Колониестимулирующие факторы (КСФ) Эти цитокины участвуют в регуляции деления и дифференцировки стволовых клеток костного мозга и клеток-предшественников лейкоцитов крови. Балансом различных КСФ в определенной мере обусловлено соотношение между различными типами образующихся в костном мозге лейкоцитов. Некоторые КСФ стимулируют дальнейшую дифференцировку клеток и вне костного мозга.

Маннозосвязывающий белок – нормальный протеин сыворотки крови. Способен прочно связываться с остатками маннозы, находящимися на поверхности микробных клеток, и опсонизировать их. Способствует фагоцитозу, активирует систему комплемента по лектиновому пути.

Пропердин – представляет собой гамма-глобулин нормальной сыворотки крови. Способствует активации комплемента по альтернативному пути и таким образом участвует во многих иммунологических реакциях.

Фибронектин – универсальный белок плазмы и тканевых жидкостей, синтезируемый макрофагами. Обеспечивает опсонизацию антигенов и связывание клеток с чужеродными веществами, например фагоцитов с антигенами и микробами, экранирует дефекты эндотелия сосудов, препятствуя тромбообразованию.

Бета-лизины – белки сыворотки крови, синтезируемые тромбоцитами. Оказывают повреждающее действие на ЦПМ бактерий.

Распространение инфекции может быть ограничено ферментами, высвобождающимися из поврежденных тканей и активирующими систему свертывания крови.

Воспаление – защитная функция организма, характеризующаяся освобождением из тканей лейкотоксина, лейкопенического фактора, гистамина, серотонина и других веществ, активирующих лейкоциты, скопление которых ограничивает очаг инфекции на месте входных ворот и препятствует распространению микробов в ткани, кровь и органы. Повышенная температура тела – лихорадка, ацидоз и гипоксия, обусловленные воспалением, оказывают губительное действие на микроорганизмы.

Системы неспецифической резистентности и видового иммунитета способствуют поддержанию структурной и функциональной целостности организма и являются основой для формирования приобретенного (специфического) иммунитета. Стыкуясь на этом, более высоком уровне, системы видового и приобретенного иммунитета образуют единую и наиболее эффективную систему самозащиты организма от всего чужеродного.

На ранних стадиях инфекции доминируют механизмы врожденного иммунитета, но позднее лимфоциты начинают осуществлять специфический ответ, свойственный приобретенному иммунитету. При этом они «запоминают» возбудителя и если впоследствии организм вновь подвергается заражению этим микробом, они «вспоминают» его и осуществляют более эффективный и быстрый иммунный ответ – это в следующих лекциях по иммунологии.

Факультатив – ИФН

Интерферон относится к важным защитным белкам иммунной системы. Открыт в 1957 г. А. Айзексом и Ж. Линдеманом при изучении интерференции вирусов (лат. inter – между и ferens – несущий), т. е. явления, когда животные или культуры клеток, инфицированные одним вирусом, становились нечувствительными к заражению другим вирусом. Оказалось, что интерференция обусловлена образующимся при этом белком, обладающим защитным противовирусным свойством. Этот белок назвали интерфероном. В настоящее время интерферон достаточно хорошо изучен, известны его структура и свойства, и он широко используется в медицине как лечебное и профилактическое средство.

Интерферон представляет собой семейство белков-гликопротеидов с молекулярной массой от 15 до 70 кДа, которые синтезируются клетками иммунной системы и соединительной ткани. В зависимости от того, какими клетками синтезируется интерферон, выделяют три типа: а, Р и у-интерфероны.

Альфа-интерферон вырабатывается лейкоцитами и он получил название лейкоцитарного; бета-интерферон называют фибробластным, поскольку он синтезируется фибробластами – клетками соединительной ткани, а гамма-интерферон – иммунным, так как он вырабатывается активированными Т-лимфоцитами, макрофагами, естественными киллерами, т. е. и ммунными клетками.

Интерферон синтезируется в организме постоянно, и его концентрация в крови держится на уровне примерно 2 МЕ/мл (1 международная единица – ME – это количество интерферона, защищающее культуру клеток от 1 ЦПД₅₀ вируса). Выработка интерферона резко возрастает при инфицировании вирусами, а также при воздействии индукторов интерферона, например РНК, ДНК, сложных полимеров. Такие индукторы интерферона получили название интерфероногенов.

Механизм действия интерферона сложен. Интерферон непосредственно на вирус вне клетки не действует, а связывается со специальными рецепторами клеток и оказывает влияние на процесс репродукции вируса внутри клетки на стадии синтеза белков.

Действие интерферона тем эффективнее, чем раньше он начинает синтезироваться или поступать в организм извне. Поэтому его используют с профилактической целью при многих вирусных инфекциях, например гриппе, а также с лечебной целью при хронических вирусных инфекциях, таких как парентеральные гепатиты (В, С, D), герпес, рассеянный склероз и др. Интерферон дает положительные результаты при лечении злокачественных опухолей и заболеваний, связанных с иммунодефицитами.

Интерфероны обладают видоспецифичностью, т. е. интерферон человека менее эффективен для животных и наоборот. Однако эта видоспецифичность относительна. Получают интерферон двумя способами: а) путем инфицирования лейкоцитов или лимфоцитов крови человека безопасным вирусом, в результате чего инфицированные клетки синтезируют интерферон, который затем выделяют и конструируют из него препараты интерферона; б) генно-инженерным способом – путем выращивания в производственных условиях рекомбинантных штаммов бактерий, способных продуцировать интерферон. Обычно используют рекомбинантные штаммы псевдомонад, кишечной палочки со встроенными в их ДНК генами интерферона. Интерферон, полученный генно-инженерным способом, носит название рекомбинантного. В нашей стране рекомбинантный интерферон получил официальное название «Реаферон». Производство этого препарата во многом эффективнее и дешевле, чем лейкоцитарного.

Рекомбинантный интерферон нашел широкое применение в медицине как профилактическое и лечебное средство при вирусных инфекциях, новообразованиях и при иммунодефицитах.