Сущность фагоцитоза можно описать буквально в нескольких словах. При этом процессе особые клетки-фагоциты «вычисляют», пожирают и переваривают вредные частицы, попавшие в организм, главным образом инфекции. Цель явления состоит в том, чтобы защитить нас от потенциальных патогенов, токсинов и так далее. А как именно осуществляется механизм фагоцитоза? Он проходит в несколько этапов, о которых будет подробнее рассказано ниже.

Этапы фагоцитоза:

Хемотаксис

Вредоносный объект проникает в организм, и он недолго остается там незамеченным. Этот объект, будь то бактерия, инородное тело или что-то еще, выделяет особые вещества (хемоаттрактанты) и прямо контактирует с кровью или тканями. Все это ставит организм в известность о присутствии внутри него агрессора.

Возникает каскад биохимических реакций. На первой стадии фагоцитоза тучные клетки выбрасывают в кровь специальные соединения, вызывающие реакцию воспаления. Начало воспалительного процесса «пробуждает» от состояния покоя макрофаги и другие клетки-фагоциты. Нейтрофилы, уловив присутствие хемоаттрактантов, быстро выходят из крови в ткани и спешат мигрировать к воспалительному очагу.

Сложно это описать, а еще сложнее себе это представить, но проникновение патогена в организм ведет к запуску настоящего эффекта домино, включающего сотни (!) различных физиологических явлений, проходящих на клеточном и субклеточном уровнях. Состояние иммунной системы на этом этапе фагоцитоза можно сравнить с состоянием потревоженного пчелиного улья, когда его многочисленные обитатели готовятся атаковать обидчика.

Нейтрофил - мигрирующий фагоцит

Последовательность фагоцитоза продолжается второй стадией - реакцией адгезии. Подошедшие к нужному месту фагоциты протягивают к патогену свои отростки, вступают с ним в контакт и распознают его. Они не спешат сразу нападать и вначале предпочитают убедиться, не ошибаются ли они на счет «чужака». Распознание вредоносного агента происходит при помощи особых рецепторов на поверхности мембран фагоцитов.

Активация мембраны

На третьей стадии фагоцитоза в клетках-защитниках происходят невидимые реакции, которые подготавливают их к захвату и уничтожению патогена.

Погружение

Мембрана фагоцита - это текучая, пластичная субстанция, которая может менять форму. Что она и делает, когда клетка сталкивается с вредоносным объектом. На фото видно, что фагоцит протягивает к чужеродной частице свои «щупальца». Потом он постепенно растекается вокруг нее, наползает на нее и полностью ее захватывает.

Фагоцит протягивает отростки к патогену

Образование фагосомы

Когда фагоцит охватывает частицу со всех сторон, его мембрана замыкается снаружи, а внутри клетки остается закрытый пузырек с атакованным объектом внутри. Таким образом, клетка как будто проглатывает частицу. Этот пузырек носит название фагосомы.

Формирование фаголизосомы (слияние)

Пока проходили другие этапы фагоцитоза, внутри фагоцита готовилось к использованию его оружие - органеллы-лизосомы, содержащие «пищеварительные» ферменты клетки. Как только бактерия или другой вредный объект оказался пленен клеткой-защитником, к ней приближаются лизосомы. Их мембраны сливаются с оболочкой, обволакивающей частицу, и их содержимое изливается внутрь этого «мешка».

Это самый драматичный момент во всем механизме фагоцитоза. Захваченный объект переваривается и расщепляется фагоцитом.

Удаление продуктов расщепления

Все, что осталось от убитой бактерии или другой переваренной частицы, удаляется из клетки. Бывшая фаголизосома, представляющая собой мешочек с продуктами деградации, подходит к наружной мембране фагоцита и сливается с ней. Так из клетки удаляются остатки поглощенного объекта. Последовательность фагоцитоза завершает

Фагоцитоз (от греч. phago – пожираю и cytos – клетка) представляет собой процесс поглощения и переваривания антигенных веществ, в том числе микроорганизмов, клетками мезодермального происхождения, названными фагоцитами . И. И. Мечников разделил фагоциты на макрофаги и микрофаги . В настоящее время макро- и микрофаги объединены в единую систему макрофагов (СМФ) . К этой системе относят:

• тканевые макрофаги – эпителиоидные клетки,
• звездчатые ретикулоэндотелиоциты (клетки Купфера),
• альвеолярные и перитонеальные макрофаги, находящиеся в альвеолах и полости брюшины,
• белые отросчатые эпидермоциты кожи (клетки Лангерганса) и др.

К микрофагам относятся:

• нейтрофилы,
• эозинофилы,
• базофилы.

Функции макрофагов чрезвычайно разнообразны. Они первые реагируют на чужеродное вещество, являясь специализированными клетками, поглощающими и уничтожающими в организме чужеродные субстанции (отмирающие клетки, раковые клетки, бактерии, вирусы и другие микроорганизмы, антигены, неметаболизируемые неорганические вещества). Кроме того, макрофаги вырабатывают многие биологически активные вещества – ферменты (в том числе лизоцим, пероксидазу, эстеразу), белки комплемента, иммуномодуляторы типа интерлейкинов. Наличие на поверхности макрофагов рецепторов к иммуноглобулинам (Am) и комплементу, а также система медиаторов обеспечивает их взаимодействие с Т- и В- лимфоцитами. При этом макрофаги активируют защитные функции Т-лимфоцитов. Благодаря наличию рецепторов к комплементу и Am, а также Аг системы гистосовместимости (HLA) макрофаги принимают участие в связывании и распознавании антигенов. Таким образом, фагоцитам присущи три функции:

• защитная, связанная с очисткой организма от инфекционных агентов, продуктов распада тканей и т. д.;
• представляющая, заключающаяся в презентации лимфоцитам антигенных эпитолов на мембране фагоцита;
• секреторная, связанная с секрецией лизосомных ферментов и других биологически активных веществ – цитокинов, играющих важную роль в иммуногенезе.

Различают следующие последовательно протекающие стадии фагоцитоза .

• Хемотаксис – целенаправленное передвижение фагоцитов в направлении химического градиента хемоаттрактантов в окружающей среде. Способность к хемотаксису связана с наличием на мембране специфических рецепторов для хемоаттрактантов (объектов фагоцитоза), в качестве которых могут выступать бактерии, продукты деградации тканей организма и др.
• Адгезия (прикрепление) также опосредована соответствующими рецепторами, но может протекать в соответствии с законами неспецифического физико-химического взаимодействия. Происходит адсорбция частиц на поверхности макрофага.
• Эндоцитоз (захват) – происходит инвагинация клеточной мембраны, захват чужеродной частицы и погружение ее в протоплазму. В результате эндоцитоза образуется фагоцитарная вакуоль – фагосома (т. е. пузырек в протоплазме вокруг поглощенной частицы).
• Внутриклеточное переваривание – начинается по мере поглощения фагоцитируемых объектов. Происходит слияние фагосомы с лизосомой фагоцита, содержащей десятки ферментов, и образование фаголизосомы (деструкция) захваченной частицы ферментами. При поглощении частицы, принадлежащей самому организму (например, погибшая клетка или ее части, собственные белки), происходит расщепление ее ферментами фаголизосомы до неантигенных веществ (аминокислоты, жирные кислоты, нуклеотиды, моносахара). Если поглощается чужеродная частица, то ферменты фаголизосомы не в состоянии расщепить вещество до неантигенных компонентов. В таких случаях фаголизосома с оставшейся и сохранившей чужеродность частью антигена передается макрофагом Т- и В-лимфоцитам, т. е. включается специфическое звено иммунитета.

Секреторная функция заключается в секреции фагоцитами биологически активных веществ – цитокинов – это интерлейкин-1 и интерлейкин-2, которые являются клеточными медиаторами, оказывающими регулирующее действие на пролиферацию, дифференциацию и функции фагоцитов, лимфоцитов, лимфобластов и других клеток. Макрофаги продуцируют и секретируют такие важные регуляторные факторы, как простагландины, лейкотриены, циклические нуклеотиды с широким спектром биологической активности. Кроме того, макрофаги синтезируют и секретируют ряд продуктов, обладающих антибактериальной, антивирусной и цитотоксической активностью (кислородные радикалы О2- Н2О2, лизоцим, интерферон и др.).

Фагоцитоз усиливается антителами-опсонинами, так как связанный или антиген легче адсорбируется на поверхности фагоцита, вследствие наличия у последнего рецепторов к этим антителам. Такое усиление фагоцитоза антителами названо опсонизацией , т.е. подготовкой микроорганизмов к захвату фагоцитами. Фагоцитоз опсонизированых антигенов называют иммунным .

Для характеристики активности фагоцитоза введен фагоцитарный показатель. Для определения его подсчитывают под микроскопом число бактерий, поглощенных одним фагоцитом. Пользуются также опсонофагоцитарным индексом , представляющим отношение фагоцитарных показателей, полученных с иммунной и не иммунной сывороткой. Фагоцитарный показатель и опсонофагоцитарный индекс используют в клинической иммунологии для оценки состояния иммунитета и иммунного статуса.

Фагоцитоз играет большую роль в противобактериальной, противогрибковой и противовирусной защите, поддержании резистентности организма к чужеродным веществам. Фагоциты также оказывают активирующее и супрессивное действие на лимфоциты, принимают участие в реанимации иммунологической толерантности, антиинфекционного, трансплантационного и противоопухолевого иммунитета, некоторых форм аллергии (ГЗТ).

Процесс фагоцитоза (поглощения твердофазного объекта) состоит из пяти стадий.

• 1. Активация (усиление энергетического метаболизма). Факторами активации и хемотаксиса являются бактериальные продукды (ЛПС, пептиды), компоненты комплемента (С3 и С5), цитокины и антитела.
• 2. Хемотаксис.
• 3. Адгезия.
• 4. Поглощение.
• 5. Исход фагоцитоза.

Адгезия связана с наличием ряда рецепторов на поверхности фагоцитов (к Fc- фрагментам антител, компонентам комплемента, фибронектину), обеспечивающих прочность рецептор- опосредованных взаимодействий опсонинов, обволакивающих микроорганизмы и ограничивающих их подвижность (антитела, С3в, фибронектин).

Фагоциты обладают амебоподобными псевдоподиями. При поглощении образуется фагосома с поглощенным объектом (бактерией), к ней присоединяется и сливается содержащая литические ферменты лизосома, образуется фаголизосома.

Возможно три исхода фагоцитоза:

• - завершенный фагоцитоз;
• - незавершенный фагоцитоз;
• - процессинг антигенов.

Завершенный фагоцитоз- полное переваривание микроорганизмов в клетке- фагоците.

В процессе фагоцитоза происходит “окислительный взрыв” с образованием активных форм кислорода, что обеспечивает бактерицидный эффект.

К одной из важнейших функций макрофагов (наряду с хемотаксисом, фагоцитозом, секрецией биологически активных веществ) является переработка (процессинг) антигена и представление его иммунокомпетентным клеткам с участием белков главной системы гистосовместимости (МНС) класса 2.

Фагоцитоз - не только уничтожение чужеродного, но и представление антигена для запуска иммунных реакций и секреции медиаторов иммунных и воспалительных реакций. Система макрофагов- центральное звено не только естественной резистентности (видового иммунитета), но и играет важную роль в приобретенном иммунитете, кооперации клеток в иммунном ответе.

Воспаление как защитная реакция организма на различные повреждения тканей возникло на более высокой ступени эволюции, чем фагоцитоз и характерно для высокоорганизованных организмов, обладающих кровеносной и нервной системами.

Инфекционное воспаление сопровождается различными сосудистыми и клеточными (включая фагоцитоз) реакциями, а также запуском целого ряда медиаторов воспалительных реакций (гистамина, серотонина, кининов, белков острой фазы воспаления, лейкотриенов и простагландинов, цитокинов, системы комплемента).

Многие бактериальные продукты активируют клетки макрофагально - моноцитарной системы и лимфоциты, отвечающие на них выделением биологически активных продуктов- цитокинов, в частности интерлейкинов. Их можно характеризовать как медиаторы клеточных иммунных реакций. В воспалительных реакциях основную роль имеет интерлейкин-1 (ИЛ-1), стимулирующий лихорадку, повышающий проницаемость сосудов и адгезивные свойства эндотелия, активирующий фагоциты.

Лихорадка. Повышение температуры тела - защитная реакция организма, ухудшающая условия для размножения многих микроорганизмов, активирует макрофаги, ускоряет кровоток и усиливает обменные процессы в организме.

Барьерные функции лимфоузлов. По выражению П.Ф.Здродовского (1969) лимфоузлы- своеобразный биологический фильтр для возбудителей, переносимых с лимфой. Здесь проникшие через кожу или слизистые и занесенные током лимфы микроорганизмы задерживаются и подвергаются действию макрофагов и активированных лимфоцитов.

Система комплемента- комплекс белков и гликопротеидов сыворотки крови человека и позвоночных животных (их более 20). Отдельные компоненты опосредуют процессы воспаления, опсонизацию чужеродных фрагментов для последующего фагоцитоза, участвуют наряду с макрофагами в непосредственном уничтожении микроорганизмов и других чужеродных клеток (лизис бактерий и вирусов). В условиях физиологической нормы компоненты системы комплемента находятся в неактивной форме. Известны три пути активации системы комплемента- классический, альтернативный и с использованием С1- шунта.

Классический путь- каскад протеазных реакций с компонента С1q до С9, реализуется при наличии антител к соответствующему антигену. С комплексом “антиген- антитела” взаимодействует компонент С1q, затем С4, следом- С2. Образуется комплекс “антиген- антитела-С1С4С2”, с ним соединяется С3 (центральный компонент системы) и запускается цепь активации с эффекторными функциями (опсонизация и лизис бактерий, активация системы макрофагов, воспаление).

Альтернативный путь реализуется при первичном контакте с возбудителем (когда еще нет антител). Он индуцируется ЛПС и другими микробными антигенами. С1, С4, С2 не участвуют, альтернативный и классический пути смыкаются на уровне С3.

Система интерферонов.

Интерфероны- синтезируемые различными клетками организма гликопротеиды широкого спектра биологической активности (прежде всего антивирусной), быстрый ответ организма на получение клетками неспецифического сигнала чужеродности. Существует целая система интерферонов, которые разделены на альфа, бета и гамма подтипы с выраженной гетерогенностью свойств. Противовирусное действие проявляется в способности подавлять внутриклеточное размножение ДНК- и РНК- вирусов (прежде всего в результате блокировки синтеза вирусных макромолекул). Индукцию синтеза интерферонов вызывают вирусы, бактерии, риккетсии, простейшие, синтетические соединения.

Киллерные клетки.

В обеспечении видового иммунитета существенную роль принадлежит Т- цитотоксическим лимфоцитам (Т- киллерам), а также главной системе гистосовместимости (подробнее- в следующих лекциях).

Т- киллеры по представлению антигенов главной системы гистосовместимости класса 1 распознают любые чужеродные антигены (включая мутантные, например- раковые клетки), атакуют и уничтожают их.

Клетки NK (natural killer- натуральные киллеры) имеют важное значение в поддержании генетического гомеостаза и противоопухолевой защите, их функции распознавания не зависят от представления антигенов МНС (major histocompatibility complex) класса 1.

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.

Иммунная система.

Иммунная система- совокупность органов, тканей и клеток, обеспечивающих клеточно-генетическое постоянство организма. Принципы антигенной (генетической) чистоты основываются на распознавании “своего чужого” и в значительной степени обусловлены системой генов и гликопротеидов (продуктов их экспрессии)- главным комплексом гистосовместимости (MHC), у человека часто называемой системой HLA (human leucocyte antigens). На лейкоцитах человека четко экспрессированы белки МНС, с помощью исследования лейкоцитов типируют антигены МНС.

Органы иммунной системы.

Выделяют центральные (костный мозг- кроветворный орган, вилочковая железа или тимус, лимфоидная ткань кишечника) и периферические (селезенка, лимфатические узлы, скопления лимфоидной ткани в собственном слое слизистых оболочек кишечного типа) органы иммунитета.

Клетки- предшественники иммунокомпетентных клеток продуцируются костным мозгом. Некоторые потомки стволовых клеток становятся лимфоцитами. Лимфоциты подразделяют на два класса- Т и В. Предшественники Т- лимфоцитов мигрируют в тимус, где созревают в клетки, способные участвовать в иммунном ответе. У человека В- лимфоциты созревают в костном мозге. У птиц незрелые В- клетки мигрируют в сумку (бурсу) Фабрициуса, где достигают зрелости. Зрелые В- и Т- лимфоциты заселяют периферические лимфоузлы. Таким образом, центральные органы иммунной системы осуществляют образование и созревание иммунокомпетентных клеток, периферические органы обеспечивают адекватный иммунный ответ на антигенную стимуляцию- “обработку” антигена, его распознавание и клональную пролиферацию лимфоцитов - антигензависимую дифференцировку.

Иммунитет: механизмы развертывания

Клетки и молекулы действуют слаженно, поддерживая друг друга на разных этапах развития иммунного ответа.

Неспецифические механизмы

На первом этапе столкновения с чужеродным антигеном запускается неспецифический патологический защитный процесс - воспаление, сопровождающийся фагоцитозом, выделением медиаторов воспаления - гистамина, серотонина, цитокинов и т. п. Фагоциты (макрофаги) поглощают антигены и контактируют с лимфоцитами Т-хелперами, представляя им на поверхности антигенные детерминанты. Т-хелперы запускают размножение (выделяя специфические белковые вещества - интерлейкины) специфических для данного антигена клонов Т-киллеров и В-лимфоцитов из предсуществующих стволовых клеток, которые прошли проверку на толерантность в эмбриональном периоде (клонально-селекционная теория Бернета).

Воспаление (лат. inflammatio) - это комплексный, местный и общий патологический процесс, возникающий в ответ на повреждение (alteratio) или действие патогенного раздражителя и проявляющийся в реакциях (exudatio и др.), направленных на устранение продуктов повреждения, а если возможно, то и агентов (раздражителей), а также приводящий к максимальному для данных условий восстановлению (proliferatio и др.) в зоне повреждения.

Схема развития воспаления. Под действием повреждающего фактора происходит выделение макрофагом провоспалительных цитокинов, которые привлекают в очаг воспаления другие клетки, в результате агрегации которых или выделения ими активных веществ происходит нарушение целостности ткани.

Фагоцитоз (Фаго - пожирать и цитос - клетка) - процесс, при котором специальные клетки крови и тканей организма (фагоциты) захватывают и переваривают возбудителей инфекционных заболеваний и отмершие клетки. Осуществляется двумя разновидностями клеток: циркулирующими в крови зернистыми лейкоцитами (гранулоцитами) и тканевыми макрофагами. Открытие фагоцитоза принадлежит И. И. Мечникову, который выявил этот процесс, проделывая опыты с морскими звёздами и дафниями, вводя в их организмы инородные тела. Например, когда Мечников поместил в тело дафнии спору грибка, то он заметил, что на нее нападают особые подвижные клетки. Когда же он ввел слишком много спор, клетки не успели их все переварить, и животное погибло. Клетки, защищающие организм от бактерий, вирусов, спор грибов и пр. Мечников назвал фагоцитами.

У человека различают два типа профессиональных фагоцитов: нейтрофилы и моноциты (в ткани - макрофаги)

Основные этапы фагоцитарной реакции сходны для клеток обоих типов. Реакция фагоцитоза может быть подразделена на несколько этапов:

1. Хемотаксис. В реакции фагоцитоза более важная роль принадлежит положительному хемотаксису. В качестве хемоаттрактантов выступают продукты выделяемые микроорганизмами и активированными клетками в очаге воспаления (цитокины, лейкотриен В4, гистамин), а также продукты расщепления компонентов комплемента (С3а, С5а), протеолитические фрагменты факторов свертывания крови и фибринолиза (тромбин, фибрин), нейропептиды, фрагменты иммуноглобулинов и др. Однако, "профессиональными" хемотаксинами служат цитокины группы хемокинов.

Ранее других клеток в очаг воспаления мигрируют нейтрофилы, существенно позже поступают макрофаги. Скорость хемотаксического перемещения для нейтрофилов и макрофагов сопоставима, различия во времени поступления вероятно связаны с разной скоростью их активации.

2. Адгезия фагоцитов к объекту. Обусловлена наличием на поверхности фагоцитов рецепторов для молекул, представленных на поверхности объекта (собственных или связавшихся с ним). При фагоцитозе бактерий или старых клеток организма хозяина происходит распознавание концевых сахаридных групп - глюкозы, галактозы, фукозы, маннозы и др., которые представлены на поверхности фагоцитируемых клеток. Распознавание осуществляется лектиноподобными рецепторами соответствующей специфичности, в первую очередь маннозосвязывающим белком и селектинами, присутствующими на поверхности фагоцитов.

В тех случаях когда объектами фагоцитоза являются не живые клетки, а кусочки угля, асбеста, стекла, металла и др, фагоциты предварительно делают объект поглощения приемлемым для осуществления реакции, окутывая его собственными продуктами, в том числе компонентами межклеточного матрикса, который они продуцируют.

Хотя фагоциты способны поглощать и разного рода "неподготовленные" объекты, наибольшей интенсивности фагоцитарный процесс достигает при опсонизации т.е. фиксации на поверхности объектов опсонинов к которым у фагоцитов есть специфические рецепторы - к Fc-фрагменту антител, компонентам системы комплемента, фибронектину и т.д.

3. Активация мембраны. На этой стадии осуществляется подготовка объекта к погружению. Происходит активация протеинкиназы С, выход ионов кальция из внутриклеточных депо. Большое значение играют переходы золь-гель в системе клеточных коллоидов и актино-миозиновые перестройки.

4. Погружение. Происходит обволакивание объекта

5. Образование фагосомы. Замыкание мембраны, погружение объекта с частью мембраны фагоцита внутрь клетки.

6. Образование фаголизосомы. Слияние фагосомы с лизосомами, в результате чего образуются оптимальные условия для бактериолиза и расщепления убитой клетки. Механизмы сближения фагосомы и лизосом не ясны, вероятно имеется активное перемещение лизосом к фагосомам.

7. Киллинг и расщепление. Велика роль клеточной стенки перевариваемой клетки. Основные вещества участвующие в бактериолизе: перекись водорода, продукты азотного метаболизма, лизоцим и др. Процесс разрушения бактериальных клеток завершается благодаря активности протеаз, нуклеаз, липаз и других ферментов, активность которых оптимальна при низких значениях рН.

8. Выброс продуктов деградации.

Фагоцитоз может быть: завершенным (киллинг и переваривание прошло успешно), незавершенным (для ряда патогенов фагоцитоз является необходимой ступенью их жизненного цикла, например у микобактерий и гонококков).

Активация комплемента.

Система комплемента работает как биохимический каскад реакций. Комплемент активируется тремя биохимическими путями: классическим, альтернативным и лектиновым путем. Все три пути активации производят разные варианты C3-конвертазы (белка, расщепляющего С3). Классический путь (он был открыт первым, но эволюционно является новым) требует антител для активации (специфический иммунный ответ, приобретённый иммунитет), в то время как альтернативный и лектиновый пути могут быть активизированы антигенами без присутствия антител (неспецифический иммунный ответ, врождённый иммунитет). Итог активации комплемента во всех трёх случаях одинаков: C3-конвертаза гидролизует СЗ, создавая C3a и C3b и вызывая каскад дальнейшего гидролиза элементов системы комплемента и событий активации. В классическом пути для активации С3-конвертазы необходимо образование комплекса С4b2a. Этот комплекс образуется при расщеплении С2 и С4 С1-комплексом. С1-комплекс, в свою очередь, для активации должен связаться с иммуноглобулинами класса М или G. C3b связывается с поверхностью болезнетворных микроорганизмов, что приводит к большей «заинтересованности» фагоцитов к связанным с СЗb клеткам (опсонизация). C5a - важный хемоаттрактант, помогающий привлекать в район активации системы комплемента новые иммунные клетки. И C3a, и C5a имеют анафилотоксическую активность, непосредственно вызывая дегрануляцию тучных клеток (как следствие - выделение медиаторов воспаления). C5b начинает формирование мембраноатакующих комплексов (МАК), состоящим из C5b, C6, C7, C8 и полимерного C9. МАК - цитолитический конечный продукт активации системы комплемента. МАК формирует трансмембранный канал, вызывающий осмотический лизис клетки-мишени. Макрофаги поглощают помеченные системой комплемента болезнетворные микроорганизмы.

Классический путь

Классический путь запускается активацией комплекса С1 (он включает одну молекулу С1q и по две молекулы С1r и С1s). Комплекс С1 связывается с помощью С1q с иммуноглобулинами классов М и G, связанными с антигенами. Гексамерный C1q по форме напоминает букет нераскрытых тюльпанов, «бутоны» которого могут связываться с Fc участком антител. Для инициации этого пути достаточно единственной молекулы IgM, активация молекулами IgG менее эффективна и требует больше молекул IgG.

С1q связывается прямо с поверхностью патогена, это ведет к конформационным изменениям молекулы С1q, и вызывает активацию двух молекул сериновых протеаз С1r. Они расщепляют С1s (тоже сериновую протеазу). Потом комплекс С1 связывается с С4 и С2 и затем расщепляет их, образуя С2а и С4b. С4b и С2а связываются друг с другом на поверхности патогена, и образуют С3-конвертазу классического пути, С4b2а. Появление С3-конвертазы приводит к расщеплению С3 на С3а и С3b. С3b образует вместе с С2а и С4b С5-конвертазу классического пути.

Альтернативный путь

Альтернативный путь запускается гидролизом C3 прямо на поверхности патогена. В альтернативном пути участвуют факторы В и D. С их помощью происходит образование фермента СЗbВb. Стабилизирует его и обеспечивает его длительное функционирование белок P. Далее РС3bВb активирует С3, в результате образуется С5-конвертаза и запускается образование мембраноатакующего комплекса. Дальнейшая активация терминальных компонентов комплемента происходит так же, как и по классическому пути активации комплемента.

Альтернативный путь отличается от классического следующим: при активации системы комплемента не нужно образование иммунных комплексов, он происходит без участия первых компонентов комплемента - С1, С2, С4. Он также отличается тем, что срабатывает сразу же после появления антигенов - его активаторами могут быть бактериальные полисахариды и липополисахариды, вирусные частицы, опухолевые клетки.

Лектиновый (маннозный) путь активации системы комплемента

Маннан (маннан - полимер маннозы)-связанный лектиновый путь гомологичен классическому пути активации системы комплемента. Этот путь использует маннан-связывающий лектин (MBL)- белок, подобный C1q классического пути активации, который связывается с маннозными остатками и другими сахарами на мембране, что позволяет распознавать разнообразные болезнетворные микроорганизмы. MBL - белок, принадлежащий к коллектиновой группе белков, которая производится печенью и может активировать каскад комплемента, связываясь с поверхностью патогена. MBL - 2-6-вершинная молекула, которая формирует комплекс с MASP-I (Mannan-binding lectin Associated Serine Protease, MBL-связанная сериновая протеаза) и MASP-II. MASP-I и MASP-II весьма схожи с C1r и C1s классической пути активации и, возможно, имеют общего эволюционного предшественника. Когда определяющие углеводы вершины MBL связываются с определенным образом ориентированными маннозными остатками на фосфолипидном бислое болезнетворного микроорганизма, MASP-I и MASP-II активируются и расщепляют белок C4 на C4a и C4b, а белок С2 на C2a и C2b.Затем C4b и C2a объединяются на поверхности болезнетворного микроорганизма, формируя C3-конвертазу, а C4a и C2b действуют как хемоаттрактанты.

Клеточный иммунный ответ

Проникший в организм вирус эндоцитируется макрофагами и затем частично разрушается в эндоплазматическом ретикулуме (1). В результате образуются чужеродные фрагменты, которые экспонируются на клеточной поверхности макрофагов (2). Эти фрагменты «презентируются» специальной группой мембранных белков (белки ГКГС). Комплекс из вирусного фрагмента и белка главного комплекса гистосовместимости [ГКГС (МНС)] распознается и связывается Т-клетками с помощью специфических (Т-клеточных) рецепторов. Среди огромного числа Т-клеток только немногие обладают подходящим рецептором (3), Связывание приводит к активации этих Т-клеток и появлению их селективных копий (4, "клональная селекция"). В активации Т-клеток участвуют различные гормоноподобные Сигнальные белки, интерлейкины [ИЛ (IL), см. с. 378]. Эти белки секретируются теми клетками иммунной системы, которые активируются при связывании с Т-клетками. Так, активированные макрофаги с презентируемым вирусным фрагментом секретируют IL-1 (5), а Т-клетки продуцируют IL-2 (6), который стимулирует их собственное клональное копирование и репликацию Т-хелперных клеток.

Клонированные и активированные Т-клетки осуществляют различные функции в зависимости от их типа. Цитотоксические Т-клетки (на схеме зеленого цвета) способны узнавать и связывать те клетки организма, которые инфицированы вирусами и на своих рецепторах ГКГС несут фрагменты вируса (7). Цитотоксические Т-клетки секретируют перфорин - белок, который делает проницаемой мембрану связанной инфицированной клетки, что и приводит к ее лизису (8).

Т-Хелперы (на схеме голубого цвета), напротив, связываются с В-клетками, которые презентируют на своей поверхности фрагменты вируса, связанные с белком ГКГС (9). Это ведет к селективному клонированию индивидуальных В-клеток и их массированной пролиферации, Интерлейкин стимулирует (10) созревание В-клеток - превращение в плазматические клетки (11), способные синтезировать и секретировать антитела (12)

В литературе описано большое число методов количественной оценки фагоцитоза. Объем настоящей книги не позволяет подробно изложить все из них, поэтому мы ограничимся описанием лишь некоторых.

Материалы и оборудование

Для работы необходимо иметь:

Цитратдекстрозный антикоагулянт: 8 г лимонной кислоты,. 22 г трехзамещенного цитрата натрия (двухводного), 24,5 г глюкозы растворяют в 1 л воды;

Раствор декстрозодекстрана: 4,5 г NaCl, 25 г глюкозы, 30 г декстрана (отн. мол. масса 500 000) в 1 л;

Раствор хлористого аммония: 9 частей 0,83% хлористого аммония, 1 часть трис-НСl-буфера с рН 7,2 (20,6 г/л);

Смесь фиколл - визотраст: 9 г фиколла, 20 мл визотраста, 100 мл бидистиллированной Н 2 0, плотность 1,077;

Субстрат для β-глюкуронидазы: 31,5 мг паранитрофенил-β-глюкуронида и 100 мкм тритон X 100 растворяют в 100 мл 0,05 М натрий-ацетатного буфера с рН 5;

Реагенты для определения дефицита миелопероксидазы: фиксатор (10 мл 37% формальдегида с 90 мл абсолютного этанола), субстратный раствор (100 мл 30% ЭДТА, 0,3 г хлористого бензидина, 0,038 г ZnS0 4 x7H 2 0, 1 мл дистиллированной воды, 1,0 г CH 3 C00Nax3H 2 0, 0,7 мл 3% Н 2 0 2); подводят рН 1,0 М NaOH до 6,0.

Коммерческие реагенты:

ФСБ, раствор Хенкса и среда Игла-MEM (Гос. институт иммунных препаратов и питательных сред, Берлин-Вайсензее, ГДР);

Гепарин (5000 ЕД/мг) (Gedeon Richter, Венгрия);

Сыворотка эмбрионов коров (Flow Laboratories, США, можно другой фирмы);

Визотраст (VEB Fahlberg List, Magdeburg, ГДР);

Инфуколл (VEB Serumwerk Bernburg, ГДР);

Декстран, фиколл (Pharmacia, Швеция);

Коллоидный уголь Сl1/143a (Wagner, Pelikanwerke, ФРГ);

Диизодецилфталат, парадиоксан (Coleman, Matheson and Bell, США);

Тритон X 100 (Serva, ФРГ, можно другой фирмы);

Масляный красный О (Allied chemical corp., Morristown, NY, США);

Иаранитрофенил-β-глюкуронид (Sigma, США);

Сафранин О (Fischer Scientific Lab., Chicago, США);

Полистироловые бусы, трубочки (Nunc, Дания);

Сетка F 905 (VEB Orvo Wolfen, ГДР).

Получение фагоцитов

Необходимые сведения о выделении гранулоцитов человека можно получить в главе "Разделение клеток иммунной системы "; получение перитонеальных макрофагов см. в разделах "Культивирование макрофагов и моноцитов " и "Выделение макрофагов из суспензии сплеиоцитов ". Детально этот вопрос рассматривается в ряде работ.

Кроме того следует еще упомянуть о следующих методах:

8 мл крови смешивают с раствором декстранглюкозы. Затем добавляют 6% раствор декстрана 75 в 0,15 М NaCl (5 мл). Смесь оставляют на 45-50 мин при комнатной температуре для седиментации эритроцитов. Отсасывают плазму. Остаточные эритроциты лизируют добавлением 0,83% хлористого аммония (35 мл к 15 мл плазмы). Центрифугируют 10 минут при 80g, суспендируют осадок в охлажденном до 0°С 0,15 М NaCl. Объединяют несколько осадков и центрифугируют 10 минут при 800 g. Клетки лучше сохранять на льду в 0,15 М NaCl (эта среда больше подходит, чем забуференные среды с бивалентными катионами, которые вызывают слипание клеток);

Если объектом фагоцитоза являются дрожжи, можно опустить стадию обработки хлористым аммонием, так как эритроциты не мешают процессу. Мононуклеары можно получать следующим образом: гепаринизированную кровь смешивают с 1 / 3 объема среды Игла, содержащей 15% глюкозы, наслаивают на слой смеси фиколл - визотраст и центрифугируют 20 мин при 400 g. Фракцию мононуклеаров отсасывают пастеровской пипеткой, дважды отмывают ФСБ и готовят суспензию на среде Игла (1х10 7 клеток/мл).

Приготовление частиц для фагоцитоза

Чаще используют живые культуры Staphylococcus aureus (SG 511 или 502 A), Staphylococcus epididermidis SG 475, E. coli и другие энтеробактерии, листерии, коринебактерии, Candida albicans, Saccharomyces cerevisiae. Микроорганизмы выращивают 24 часа (при необходимости 48 ч) на твердых и жидких питательных средах. Собранную биомассу трижды отмывают 0,15М NaCl. Слишком густую взвесь измеряют при 640 нм, определяют концентрацию по калибровочной кривой.

Концентрацию микроорганизмов определяют также методами рассева на плотные питательные среды; в некоторых случаях подсчет микроорганизмов можно проводить в счетных камерах.

При работе с живыми бактериальными культурами следует обращать внимание на то, чтобы использовались всегда культуры на одной и той же стадии. Добавление 0,01%бычьий сывороточный альбуминспособствует выживаемости микроорганизмов. Изготовленная суспензия остается стабильной в течение 1-2 ч.

Убитые культуры микроорганизмов обычно получают нагреванием в течение 30 минут при 80 °С или обработкой текучим паром. Убитые микробы трижды отмывают 0,15 М NaCl, ресуспендируют и определяют концентрацию суспензии.

Приготовление пекарских дрожжей: 0,5 г пекарских дрожжей суспендируют в 0,15 М NaCl и помещают на 30 мин в кипящую водяную баню. Фильтруют через ватно-марлевый фильтр. При использовании живых дрожжей свежие клетки (4-5-дневная культура) трижды отмывают в среде Игла с добавлением 1,0% глюкозы. Обычно используют суспензию клеток 10 8 и 10 9 клеток/мл. Дрожжи используют в качестве тест-частиц при выявлении дефектов компонента С5.

Использование взвеси частиц полистирола: готовят 10% водную суспензию частиц полистирола диаметром 1,091 мкм. Разводят ее в соотношении 1 + 1 0,2% раствором БСА в 0,15 М NaCl, центрифугируют. При длине волны 253 нм суспензия полистирола 1 мкг/мл дает поглощение 1,17х10 -3 .

Применение суспензии липополисахарид - масляный красный О в минеральном масле: 2 г масляного красного растирают в 50 мл диизодецилфталата (или вазелиновое масло) в фарфоровой ступке. Центрифугируют 20 мин при 500 g. Добавляют 10 мкг надосадочной фракции к 10 мл диоксина, измеряют оптическую плотность на длине волны 525 им. Фактор пересчета равен 0,92. На втором этапе 40 мг липополисахарид (Е. coli 0,26 В6 и др.) растворяют в 3 мл 0,15 М NaCl. Затем добавляют к этой смеси 1 мл раствора масляного красного О в диизодецилсульфате, суспендируют смесь в течение 90 секунд. Суспензию используют немедленно, ее можно замораживать.

Для постановки реакции фагоцитоза в качестве тест-частиц можно использовать формалинизированные эритроциты.

Фагоцитоз бактерий, бактерицидность

Эксперимент с суспензией живых бактерий: обычно используют соотношение 3-10 микробов/фагоцит. В общем объеме 2 мл смешивают 1x10 6 фагацитов с 3х10 6 - 1х10 7 микробов. На практике к 1 мл суспензии фагоцитов, к которому было добавлено 8 ME гепарина, приливают 1 мл суспензии бактерий. Время взаимодействия составляет обычно 30 мин, в некоторых случаях оно больше. После инкубации отбирают 0,5 мл смеси, добавляют 1,5 мл 0,1% раствора желатина в растворе Хенкса, охлажденного до 0°С, и центрифугируют 3-4 мин при 300 g. Из осадка готовят мазки, которые окрашивают по Паппенгейму. Просматривают 200 клеток (по возможности трижды). Вычисляют процент фагоцитоза. По числу содержащихся в клетках бактерий рассчитывают индекс активности фагоцитоза: число фагоцитированных бактерий умножают на процент фагоцитирующих клеток; интенсивность фагоцитоза выражают числами от 1 до 4.

Степень 1: фагоцитировано I-4 бактерий
Степень 2: фагоцитировано 5-7 бактерий
Степень 3: фагоцитировано 8-10 бактерий
Степень 4: фагоцитировано более 10 бактерий на клетку

При определении уровня фагоцитоза живых микробов отдельно проверяют осадок клеток и надосадочную фракцию. Количество живых микробов определяют по рассеву на плотные питательные среды 0,1 мл исследуемых фракций. Инкубируют 24 (48) ч. При расчете бактерицидности исходят из того, что одна образовавшаяся колония соответствует одному живому микробу.

Для направленного изучения бактерицидности исследуют кровь пациентов и здоровых доноров с добавлением раствора антибиотиков (по 5000 ЕД пенициллина и стрептомицина/мл) и без него, а также проводят бактериальный контроль. Состав пробы: 0,3 мл раствора Хенкса+ 0,1 мл нормальной сыворотки, полученной из крови, взятой у 5 доноров, +0,5 мл суспензии лейкоцитов (10 7 клеток/мл) +0,1 мл суспензии микробов (10 6 микробов/мл). Раствор антибиотиков вносят по 0,02 мл в пробу. Инкубируют пробы при 37 °С и определяют число микробов через 20 минут, 1,5 часа и 3 часа. Для этого отбирают по 0,1 мл из каждой пробы, разводят отобранные аликвоты раствором Хенкса в 10, 100 и 1000 раз и наносят на подогретый агар. Иногда, особенно если были добавлены антибиотики, для точного подсчета микробов готовят промежуточные разведения (например, 0,2 мл пробы смешивают с 5 мл раствора Хенкса, центрифугируют 5 минут при 450 g, осадок растворяют в 1,9 мл ФСБ, наносят на агар). Если хотят сократить длительность бактериологического исследования, можно определять находящиеся внутри клетки микробы по флюоресценции при помощи окраски акридиновым желтым.

Фагоцитоз пекарских дрожжей: готовят суспензию 10 9 клеток/мл в 0,15 М NaCl. Смешивают 0,1 мл суспензии с 0,1 мл плазмы больного, инкубируют 30 мин при 37 °С, добавляют 0,2 мл (10 6) ПМЯЛ, инкубируют 30 мин. Отбирают аликвоты через интервалы от 5 до 30 мин. Просчитывают 100 ПМЯЛ и определяют число захваченных дрожжевых частиц на клетку. Известна следующая модификация: к 50 мкл сыворотки морской свинки добавляют 50 мкл исследуемой сыворотки (предварительно ее разводят в соотношении 1 + 1 средой Игла с глюкозой), добавляют 50-200 мкл суспензии лейкоцитов (10 7 клеток/мл) доводят объем до 450 мкл средой Игла с глюкозой и инкубируют 30 мин при 37 °С. Затем добавляют 50 мкл суспензии дрожжей (10 8 клеток/мл) перемешивают, инкубируют 40 минут при 37 °С. Вносят 50 мкл L- 75 Sе-метионина (общая активность 100 кБк) перемешивают и инкубируют 1 час при 37 °С. Осаждают клетки центрифугированием в течение 5 минут при 1000 g, отмывают их дважды ФСБ, измеряют радиоактивность на гамме-счетчике. Процент фагоцитированных дрожжей вычисляют по формуле:

Фагоцитоз с использованием раствора масляного красного в минеральном масле: 0,2 мл суспензии частиц смешивают с 0,8 мл клеточной суспензии, предварительно нагретой до 37°С. Через 5 минут инкубации добавляют 6 мл охлажденного до 0°С 0,15 М раствора NaCl, содержащего 126 мкг/кл N-этилмалеимида (для прекращения захвата частиц). Центрифугируют 10 минут при 250 g. Надосадочную фракцию отбрасывают, осадок ресуспендируют в растворе NaCl и N-этилмалеимида (см. выше), дважды отмывают клетки. Лизируют клетки ультразвуком, происходит высвобождение масляного красного. Добавляют 1 мл диоксана. Центрифугируют 15 минут при 500 g, измеряют оптическую плотность на волне 525 нм против чистого диоксана. Степень фагоцитоза (ИФ) определяют как количество минерального масла (мг), поглощаемого в минуту 10 7 клетками. Для подсчета можно использовать следующую формулу:

Исследование фагоцитоза в монослое макрофагов:

1. Фаза: в стерильные полистирольные пробирки вносят по 2 мл суспензии клеток (200 000 клеток/мл). Инокулируют 5 часов при 37°С, затем отмывают средой Игла. Вносят в пробирки 2 мл культуральной среды с 10% инактивированной (30 мин, 56 °С) сыворотки эмбрионов коров, инкубируют при 37 °С.

2. Фаза А: вносят суспензию микробов (3-10/макрофаг), инкубируют 30-60 мин при 37 °С, 6 раз ополаскивают пробирки порциями среды по 3 мл для удаления нефагоцитированных микробов. Немедленно фиксируют препарат смесью 1 части ледяной уксусной кислоты с 3 частями метанола. Окрашивают препарат по May - Griinwald, подсчитывают клетки.

Фаза Б: определение внутриклеточных живых бактерий. Последовательность операций та же, что и в фазе А до этапа фиксации. После отмывки тщательно удаляют все следы среды. Лизируют клетки, для чего вносят 2 мл 0,01% стерильного растворабычьий сывороточный альбумин(4°С), многократно встряхивают. Большая часть клеток лизируется через 20 минут. Высвободившиеся бактерии определяют путем рассева на плотные питательные среды.

Фагоцитоз эритроцитов: смешивают 4x10 7 фагоцитов с 5x10 7 тест-эритроцитов в 5 мл ФСБ. Переносят 2 мл смеси в охлажденный до 0°С 5 мМ фосфатный буфер и центрифугируют. Измеряют оптическую плотность надосадочной фракции при длине волны 420 нм. Степень фагоцитоза определяют по снижению содержания гемоглобина в бесклеточной фазе при помощи калибровочных кривых.

Упрощенный метод определения клиренса

Пример определения клиренса на крысах: животным вводят внутрибрюшиино по 5х10 7 микробов на 100 г веса (0,1мл/ /100 г). Оптимальная доза может колебаться от 10 6 до 10 8 на 100 г веса. С интервалом 1-2 часа из каждой группы экспериментальных животных забивают по 3 особи; общая продолжительность эксперимента 16 часив. Стерильно берут 0,5 мл крови из сердца, 1 мл перитонеальной жидкости, выделяют легкие, печень, селезенку и почки. Из ткани органов вырезают цилиндры пастеровской пипеткой. Определяют число микроорганизмов путем культивирования на жидких и твердых питательных средах.

Пример определения клиренса на мышах: используют коллоидный уголь или меченные 51 [Сг] эритроциты барана. Мышам (по меньшей мере 5 особей на опыт) внутривенно вводят по 0,01 мл суспензии угли из расчета 16 мг на 100 г веса. В течение 15 минут с интервалом в 2 минуты отбирают по 0,025 мл крови из ретроорбитального пространства. Отобранные 0,025 мл крови вносят в 2,0 мл 0,1% раствора Na 2 C0 3 . После гемолиза концентрацию угля определяют колориметрически на длине волны 675 нм при помощи калибровочных кривых.

t- время в минутах, С - концентрация углерода в пробе.

Корригированное значение фагоцитоза:

Функциональный скрининг фагоцитов

Определение дегрануляции (измерение активности (β-глюкуропидазы): 10 7 лейкоцитов суспендируют в 0,8 мл ФСБ в пластиковых пробирках, встряхивают 5 минут при 37 °С. Добавляют 0,2 мл сенсибилизированных ЛПС, флюорохромнрованных частиц (FC 80), охлаждают 30 мин на льду, центрифугируют 10 минут при 250 g. Проверяют активность фермента в надосадочной фракции. Инкубируют 0,9 мл субстратной смеси в течение 18 ч с 0,1 мл исследуемой фракции. Добавляют 2 мл 0,1М NaOH, измеряют оптическую плотность на волне 410 нм.

Расчет:

(ОП 410 х20)/(1,84х18) = число нмолей вещества, высвобождаемых за 1 час 10 7 лейкоцитами, т. е. степень дегрануляции выражают в наномолях паранитрофенил-β-глюкуронида.

Метод определения дефектов миелопероксидазы: наилучшие результаты дает биохимическое определение Н 2 0 2 , указывающее на изменения метаболизма в процессе фагоцитоза. Для практических целей весьма важно, что активация гексозо-монофосфатного шунта, восстановление тетразолиевого нитроеннего и связывание экзогенного йода с белками ПМЯЛ коррелируют с образованием Н 2 0 2 . Обычный мазок крови фиксируют 30 сек смесью алкоголь-формалин. Отмывают дистиллированной водой, и в течение 30 сек проводят окраску на пероксидазу. В содержащих пероксидазу клетках выявляются включения, окрашенные в темно-голубой цвет.

Проба на восстановление тетразолиевого нитросинего (ТНС). ТНС восстанавливается нормальными ПМЯЛ до формазана. Смешивают с 0,1 мл крови 0,1 мл 0,1% раствора ТНС в 0,15 М NaCl, инкубируют 20 минут при 37 °С, еще раз тщательно перемешивают. Включения формазана в клетки определяют микроскопией. Результат выражают в процентах формазан-позитивных клеток.

Несколько сложнее следующий метод: 1 каплю крови пациента наносят на покровное стекло. Инкубируют 20 минут при 37°С во влажной камере, затем осторожно отмывают стекло стерильным 0,15 М NaCl. Кладут покровное стекло на предметное, куда была нанесена 1 капля ТНС-среды (0,5 мл сыворотки + 0,3 мл стерильного 0,15 М NaCl + 0,6 мл ТНС, см. ранее). Инкубируют 30 минут во влажной камере при 37 °С, удаляют покровное стекло и высушивают на воздухе. В течение 60 секунд фиксируют абсолютным метанолом и отмывают дистиллированной водой. Окрашивают в течение 5 мин сафранином (1 г сафранина + 100 мл дистиллированной воды + 40 мл глицерина), отмывают. Формазан-позитивные клетки отличаются большими размерами, они напоминают бластные клетки и содержат голубые гранулы. Обычно в препарате определяется около 30% формазан-позитивных клеток.

Вышеприведенные методы оценки фагоцитоза представляют собой обобщение очень большого числа публикаций. Более детальную информацию по этим вопросам можно найти в соответствующих работах.