Клетки иммунной системы. Разновидности клеток иммунной системы.

Какие клетки и вещества являются компонентами иммунной системы и какие функции они выполняют.

Клетки иммунной системы. Разновидности клеток иммунной системы.

Основными клетками иммунной системы являются лейкоциты, среди них – макрофаги, нейтрофилы и лимфоциты. Растворимые вещества – это молекулы, содержащиеся не в клетках, а в жидкости, например, в плазме крови.

К ним относятся антитела, белки комплемента и цитокины. Некоторые растворимые вещества действуют как посредники, привлекая и активируя другие клетки.

Молекулы главного комплекса гистосовместимости позволяют отличить «свое» от «чужого».

Макрофаги

Макрофаги – это находящиеся в тканях большие лейкоциты, которые захватывают антигены. Антигенами называют вещества, способные стимулировать иммунный ответ. Ими могут быть бактерии, вирусы, белки, углеводы, злокачественные клетки и токсичные вещества.

В цитоплазме макрофагов есть гранулы, окруженные мембраной. Они содержат множество различных ферментов, которые позволяют макрофагам убивать поглощенные ими микроорганизмы и в дальнейшем разрушать их.

Макрофагов нет в крови, но они занимают «стратегические позиции» в местах, где органы соприкасаются с кровью или внешним миром. Например, макрофагов больше всего в участках легких, непосредственно контактирующих с воздухом, и там, где клетки печени соприкасаются с кровеносными сосудами. Клетки крови, похожие на макрофагов, называются моноцитами.

Нейтрофилы

Нейтрофилы – это большие лейкоциты, которые, подобно макрофагам, захватывают микроорганизмы или другие антигены. Нейтрофилы имеют гранулы, содержащие ферменты для разрушения поглощенных антигенов. В отличие от макрофагов, нейтрофилы циркулируют в крови. Чтобы выйти из нее и проникнуть в ткани, нейтрофилы нуждаются в специфическом стимуле.

Макрофаги и нейтрофилы обычно работают вместе: макрофаги начинают иммунный ответ и посылают сигналы, мобилизующие нейтрофилы, которые должны помочь им в борьбе с инфекцией. Привлеченные нейтрофилы вместе с макрофагами разрушают чужеродные агенты, переваривая их. Накопление нейтрофилов и разрушение микроорганизмов ведет к образованию гноя.

Лимфоциты

Лимфоциты – главные клетки иммунной системы – относительно невелики по сравнению с макрофагами и нейтрофилами. В отличие от нейтрофилов, которые живут не дольше 7-10 дней, лимфоциты могут жить несколько лет или даже десятилетий. Лимфоциты разделяют на три основные группы:

• B-лимфоциты образуются из стволовых клеток в костном мозге и превращаются в клетки, вырабатывающие антитела, которые называются плазматическими.

• T-лимфоциты образуются из стволовых клеток, которые мигрировали из костного мозга в вилочковую железу (тимус). Здесь они делятся и созревают. В тимусе T-лимфоциты учатся отличать «свое» от «чужого».

Зрелые T-лимфоциты покидают тимус и поступают в лимфатическую систему, где они выполняют контролирующую функцию.

• Естественные киллеры немного превышают по размеру T- и B-лимфоциты. Они названы так потому, что уничтожают некоторые микроорганизмы и злокачественные клетки.

Слово «естественный» в их названии указывает на то, что они изначально готовы уничтожать чужеродные клетки, а не нуждаются в обучении, как B- и T-лимфоциты.

Естественные киллеры вырабатывают цитокины – вещества-посредники, регулирующие некоторые функции Т-лимфоцитов, В-лимфоцитов и макрофагов.

Антитела

После контакта с антигеном B-лимфоциты превращаются в клетки, синтезирующие антитела. Антитела – это особые белки, взаимодействующие с антигеном. Каждое антитело имеет специфическую часть, которая связывается с соответствующим антигеном, и часть, строение которой характерно для большой группы антител – иммуноглобулинов.

Выделяют пять классов иммуноглобулинов:

• IgM – антитела, которые первыми производятся в ответ на воздействие антигена. Например, когда ребенок получает первую прививку от столбняка, через 10-14 дней у него образуются антитела класса IgM. Таких антител много в крови, и в норме они не встречаются в органах и тканях. • IgG – самый многочисленный класс антител.

Они производятся в ответ на повторное воздействие антигена. Например, после получения второй прививки от столбняка у ребенка в течение 5-7 дней вырабатываются антитела IgG. Этот вторичный ответ антител развивается быстрее и активнее, чем первичный ответ. IgG присутствуют и в крови, и в тканях.

Это единственные антитела, которые могут переходить через плаценту от матери к плоду и защищают младенца, пока его иммунная система не начнет вырабатывать собственные антитела. • IgA – антитела, которые играют важную роль в защите организма от вторжения микроорганизмов через слизистые оболочки.

IgA имеется в крови и в различных секретах желудочно-кишечного тракта, носа, глаз, легких, а также в грудном молоке. • IgE – антитела, которые вызывают немедленные аллергические реакции. В этом отношении они единственные из антител, которые, по-видимому, приносят больше вреда, чем пользы.

Однако IgE очень важны в борьбе против паразитарных заболеваний, например, онхоцеркоза и шистосомоза, которые распространены в развивающихся странах.

• IgD – антитела, присутствующие в очень небольшом количестве в циркулирующей крови. Их функция до конца не понятна.

Клетки иммунной системы. Разновидности клеток иммунной системы.

Система комплемента

Система комплемента включает более 18 белков. Они действуют по принципу каскада: один белок активирует следующий. Система комплемента может быть «запущена» двумя путями.

Один путь называется альтернативным (активация происходит микробными агентами или антигенами), а другой – классическим (активация происходит иммунными комплексами – специфическими антителами, связанными с антигеном).

Система комплемента призвана разрушать чужеродные вещества самостоятельно или объединяясь с другими компонентами иммунной системы.

Цитокины

Цитокины – это молекулы-посредники, обеспечивающие успешное функционирование иммунной системы. Они вырабатываются ее клетками в ответ на стимуляцию антигеном. Цитокины усиливают одни реакции иммунной системы и уменьшают другие. В настоящее время описано много цитокинов, и их список продолжает расти.

Цитокины можно вводить в организм путем инъекций для лечения некоторых болезней. Так, альфаинтерферон эффективен в лечении ряда онкологических заболеваний, например, волосатоклеточного лейкоза. Другой цитокин, бетаинтерферон, помогает при рассеянном склерозе.

Третий цитокин, интерлейкин2, может быть полезен в лечении злокачественной меланомы и злокачественных опухолей почек, хотя он имеет побочные эффекты.

Еще один цитокин, колониестимулирующий фактор гранулоцитов, ускоряющий образование нейтрофилов, можно вводить пациентам со злокачественными опухолями, у которых в результате химиотерапии снизилось количество этих клеток.

Главный комплекс гистосовместимости

На поверхности всех клеток находятся молекулы, которые являются уникальными для данного человека. Они называются молекулами главного комплекса гистосовместимости. С их помощью организм способен отличать «свое» от «чужого». Иммунная система игнорирует клетки, имеющие идентичные молекулы главного комплекса гистосовместимости, а любую другую клетку атакует.

Молекулы главного комплекса гистосовместимости делят на два класса. Молекулы, относящиеся к классу I, присутствуют на поверхности всех клеток организма, кроме эритроцитов, а молекулы, относящиеся к классу II, – только на поверхности макрофагов и B-лимфоцитов, а также на Т-лимфоцитах, которые контактировали с антигеном. Для каждого человека набор этих молекул уникален.

Клетки иммунной системы учатся отличать «свое» от «чужого» в вилочковой железе (тимусе). При развитии иммунной системы у плода стволовые клетки мигрируют в тимус, делятся там и образуют T-лимфоциты.

В ходе своего созревания в тимусе те Т-лимфоциты, которые реагируют на молекулы главного комплекса гистосовместимости, разрушаются, а те, которые игнорируют их и учатся взаимодействовать с несущими их клетками, продолжают созревать и затем покидают тимус.

В результате зрелые T-лимфоциты не атакуют собственные клетки и органы и могут «сотрудничать» с другими клетками, когда необходимо защитить организм.

Защитные ресурсы организма

Клетки иммунной системы. Разновидности клеток иммунной системы.

Первой линией обороны против инфекционных агентов служат кожа и слизистые оболочки, которые препятствуют проникновению микробов в ткани и выделяют вещества, оказывающие бактерицидное действие.

Важным фактором является механическая защита. Так бактерии, попавшие на кожу, удаляются при слущивании эпидермиса (образование перхоти, шелушение при некоторых инфекционных заболеваниях).

Слизь, выделяемая стенками многих внутренних органов, действует как защитный барьер, препятствующий прикреплению бактерий к эпителиальным клеткам. Микробы и чужеродные частицы, захваченные слизью, удаляются механическим путем – за счет движения ресничек эпителия, с кашлем и чиханьем.

К другим механическим факторам, защищающим поверхности эпителия, можно отнести вымывающее действие слез, слюны и мочи.

Механическая защита дополняется секреторной (выделительной) деятельностью кожных желез: потовых и сальных. Молочная кислота пота и ненасыщенные жирные кислоты сальных желез обладают противомикробным действием. Во многих жидкостях, производимых организмом (секретах организма), также содержатся бактерицидные компоненты:

  • лизоцим в слезах, носовых выделениях и слюне,
  • кислота в желудочном соке,
  • продукты расщепления жирных кислот в тонкой кишке,
  • спермин и цинк в сперме,
  • лактопероксидаза в молоке.

Специфическую функцию защиты во внешних секретах организма выполняет секреторный иммуноглобулин А (IgA).

Он содержится в секретах и на слизистых оболочках слюнных желез, носа, рта, бронхов, влагалища, кишечника, мочеточников, мочевого пузыря.

Секреторный иммуноглобулин А блокирует накопление и размножение на слизистой оболочке бактерий путем блокады поверхностных антигенов бактерий, с помощью которых они прикрепляются к слизистой оболочки органов.

Барьерная защита – это своеобразный «скафандр», к сожалению, проницаемый для многих патогенных агентов.

Неспецифическая иммунная защита (защита на все возбудители)

Любой повреждающий агент-фактор, который по силе и длительности превосходит барьерные возможности ткани, вызывает ответную защитную реакцию организма – воспаление. Воспалительная реакция представлена единством трех явлений:

  • повреждение и распознавание возбудителей;
  • сосудистая реакция – нарушение микроциркуляции крови;
  • клеточная реакция – миграция клеток иммунной системы в очаг воспаления.

Основная задача воспалительной реакции – уничтожение возбудителя и/или освобождение от собственных  разрушенных клеток. 

Можно выделить два типа уничтожения возбудителей:

  • Внеклеточное разрушение возбудителя гуморальными факторами защиты (активными белками сыворотки крови).
  • Внутриклеточная нейтрализация (фагоцитоз) (поглощение инфицированных клеток нейтрофилами и макрофагами с дальнейшим ферментативным разрушением структуры).

Внутриклеточное уничтожение микробных клеток происходит в внутри фагоцитов. Процесс поглощения возбудителя с дальнейшим ферментативным разрушением его структуры называют фагоцитозом. Этот процесс осуществляют два вида фагоцитов: нейтрофилы и макрофаги.

Фагоцитоз является довольно надежным механизмом защиты организма от инфекционных агентов, но «включение» этой системы возможно только при условии сближения фагоцита и микроорганизма, сцепления микроорганизма с поверхностью фагоцита и активации мембраны фагоцита, которая приводит к поглощению микроорганизма.

Микробные клетки обычно погибают в фагоцитах в течение нескольких минут.

Внеклеточные механизмы защиты реализуются несколькими путями:

  • Система белков комплемента является важнейшим фактором защиты среди циркулирующих белков крови. Этот комплекс в процессе ряда каскадных реакций приобретает способность «продырявливать» клеточную мембрану бактерий и тем самым убивать чужеродные клетки.
  • Другие белки сыворотки крови – лизины, убивающие в основном гаммаположительные бактерии, также относятся к гуморальным факторам защиты. Однако активны лизины только в присутствии достаточного количества ионов кальция.
  • Естественные антитела всегда имеются в сыворотке крови независимо от проникновения в организм чужеродных микробов. Эти антитела, реагируя с различными микроорганизмами, вызывают нейтрализацию их токсинов.
  • Интерфероны производятся лейкоцитами и макрофагами в ответ на воздействие вирусов (а также некоторых простейших, бактерий и риккетсий). Интерфероны – антивирусные агенты широкого спектра действия. Синтезируемый интерферон выделяется в межклеточное пространство, где связывается с рецепторами соседних клеток. Это стимулирует синтез белков, которые блокируют размножение вирусов.
  • Внеклеточное разрушение возбудителя может происходить под действием более 60 активных белков, входящих в гранулы лейкоцитов. Активные белки в процессе дегрануляции высвобождаются во внешние ткани из гранул лейкоцитов. Эффект дегрануляции наиболее интенсивно развивается при реакции на крупные чужеродные объекты (гельминты, простейшие), когда фагоцит не способен поглотить этот объект.
Читайте также:  Плавикс - инструкция по применению, отзывы, аналоги и формы выпуска (таблетки 75 мг и 300 мг) лекарства для лечения и профилактики тромбоза и тромбоэмболий у взрослых, детей и при беременности

Клеточные и гуморальные факторы активно дополняют друг друга.

Специфическая иммунная защита (иммунный ответ на конкретный возбудитель)

За реакциями воспаления, если они не смогли нейтрализовать возбудителей, развивается более специализированная линия обороны – иммунный ответ, который последовательно запускает многоуровневую иммунную реакцию на возбудителя. Развитие специфических иммунных реакций требует взаимодействия практически всех видов клеток иммунной системы.

На первом этапе иммунного ответа захваченный в процессе фагоцитоза возбудитель перерабатывается макрофагом и в иммуногенной форме выводится его антиген на поверхность (презентация антигена).

Особая роль в дальнейшем принадлежит активации Т-хелперов, которая происходит при распознавании Т-хелпером соответствующего антигенного комплекса на поверхности макрофага (антигенпрезентирующей клетки). В результате данного контакта Т-хелперы начинают делиться и после нескольких делений разделяются на две популяции.

Одна активизирует развитие гуморального иммунного ответа (выработку иммуноглобулинов и антител), а другая популяция является необходимым компонентом в активации клеточного иммунитета (цитотоксические Т-лимфоциты).

В дальнейшем цитотоксические Т-лимфоциты постоянно циркулируют по всему организму, чему способствует срок их жизни (месяцы и годы). Благодаря постоянной циркуляции лимфоциты удивительно быстро появляются в «горячих точках», осуществляя разрушение клеток, инфицированных вирусами.

Гуморальный иммунный ответ обеспечивается иммуноглобулинами или антителами, производимыми В-лимфоцитами. Продвигаясь по кровяному или лимфатическому руслу, антитела поражают чужеродные вещества на любой дистанции от лимфоцита.

За счет гуморального иммунного ответа происходит уничтожение самих возбудителей и нейтрализация их токсинов, находящихся в межклеточном пространстве и на слизистых.

Специфическая нейтрализация осуществляется за счет присоединения антител к антигенам с образованием растворимых и нерастворимых циркулирующих комплексов (ЦИК), которые активируют защитную систему белков комплемента, повышают фагоцитарную активность макрофагов и нейтрофилов, усиливают специфическое цитотоксическое действие Т-лимфоцитов (то есть повышается активность естественных киллеров).

Установлен ряд закономерностей динамики накопления антител после первого и повторного внедрения антигена.

Первый пик концентрации антител появляется через несколько дней (скрытый период иммунного ответа) и обусловлен усиленным синтезом главным образом иммуноглобулина М (IgM).

После второго внедрения того же антигена амплитуда ответа больше, он продолжается дольше и обусловлен возрастанием преимущественно синтеза иммуноглобулина G (IgG). Формирование стойкого иммунитета к возбудителям связано с образованием антител иммуноглобулина класса G.

Записывайтесь на консультацию иммунолога по тел: +7(495)150-60-01

Услуги и цены

Консультация врача-аллерголога-иммунолога, к.м.н., по вопросам коррекции иммунодефицитных состояний, первичная

3 000 руб.

Консультация врача-аллерголога-иммунолога, к.м.н., по вопросам коррекции иммунодефицитных состояний, повторная

2 500 руб.

Иммунная система Часть 3 Иммунные клетки

Иммунная система состоит из клеточных и молекулярных компонентов. Роль особых молекул рассмотрим в следующем материале, потихоньку вводя их названия и связанные с ними иммунные клетки.

В костном мозге основные иммунные клетки рождаются из кроветворной стволовой клетки.

Процесс называется гемопоэз – рождение клеток крови. Часть иммунных клеток известна всем как белые клетки крови – лейкоциты. Это большая группа клеток, разделяющаяся во время гемопоэза.

Иммунные клетки врожденного иммунитета образовываются непосредственно в тканях и в костном мозге как из стволовых клеток, так и из клеток крови, других клеток кожи и слизистых оболочек.

Гранулоциты

Имеют такое название, поскольку содержат гранулы. Процесс выхода содержимого гранул называется дегрануляция. Вещества гранул обладают токсическим действием, являются регуляторами острого воспаления, приводя к развитию клинических симптомов (отек, зуд, спазм сосудов и т.п.). Составляют основу лейкоцитарной формулы крови.

Лейкоцитарная формула (циркуляция в крови) 40-70% до 5% до 2%
Функция Во время острого воспалительного процесса нейтрофилы выходят в ткани. Их цель – фагоцитировать и разрушать антигены. Атакуют крупные микроорганизмы, которые не могут быть поглощены. Источник регуляторов острого воспаления Работают как тучные клетки тканей, обуславливая аллергическую воспалительную реакцию. Источник регуляторов острого воспаления
Повышаются в крови При острых бактериальных и грибковых инфекциях; при системных воспалительных заболеваниях; при онкологии костного мозга При аллергических заболеваниях; при паразитарных заболеваниях; при системных воспалительных заболеваниях. При аллергических заболеваниях; при онкологических заболеваниях костного мозга
Снижаются в крови При тяжелой инфекции с развитием сепсиса; при многих вирусных инфекциях; при иммунодефиците и повреждении костного мозга. При острых бактериальных инфекциях; при болезнях надпочечников. При острых бактериальных инфекциях.

Тучные клетки

Ранее предполагалось, что образуются из базофилов крови, но выявлены их различия. Тучные клетки постоянно живут в тканях, как и базофилы играют ведущую роль в остром аллергическом воспалении.

Естественные клетки-киллеры

Моноциты крови как часть лейкоцитарной формулы (до 8%) коротко циркулируют в крови и в основном преобразуются в тканевые макрофаги (фагоцитирующие клетки), но от 5 до 15% моноцитов лейкоцитарной формулы на самом деле – естественные клетки-киллеры (ЕК-клетки).

Они созревают в костном мозге и имеют колоссальное значение в уничтожении зараженных, отработанных и опухолевых клеток, умея распознавать их и участвуя в процессе апоптоза. Это важный компонент безопасной гибели клеток, ограничивающий выход ее содержимого.

Также они являются источником некоторых молекулярных компонентов (ИФН-гамма, ИЛ-1, ФНО-альфа).

Антиген-презентирующие клетки

Не являются какой-то одной группой клеток. Скорее это способность многих клеток, обладающих фагоцитозом – процессом поглощения и переваривания антигенов.

К ним относят тканевые макрофаги (образующиеся из моноцитов крови), клетки Лангерганса в коже, дендритные клетки, интердигитальные клетки, являющиеся клетками врожденного иммунитета.

Для реализации приобретенного иммунитета требуется специальная обработка антигенов и представление их на поверхности клетки в связке с особыми рецепторами – презентация антигена

Клетки, способные это делать, называют антиген-презентирующие. После поглощения антигена они устремляются в лимфатические узлы для встречи с Т-лимфоцитами.

Именно для них нужна презентация антигена, чтобы информацию о нем передать В-лимфоцитам для синтеза антител.

Кроме того, антиген-презентирующие клетки выделяют особые молекулы, необходимые для формирования популяций Т-лимфоцитов, определяющих направление иммунного ответа – клеточный или гуморальный.

>

Какие разновидности иммунных клеток существуют?

Надежная защита организма от микробов и злокачественных процессов немыслима без иммунокомпетентных клеток. Это многочисленная группа специализированных клеток, каждой из которых отведена своя роль.

Антиген-презентирующие клетки 

Антигены — специфические белковые молекулы чужеродных организмов. Они распознаются и репрезентируются иммунной системе с помощью специальных антиген-презентируюущих клеток. К таким клеткам относятся: 

Это клетки, которые захватывают антигены и доставляют их в лимфатические узлы, где активируют Т-лимфоциты [1].

Это клетки, которые при переходе из кровеносного русла в ткани превращаются в макрофаги. Последние способны поглощать и переваривать чужеродные микроорганизмы. Еще одна разновидность моноцитов — группа клеток, способных презентировать антигены поглощенных микробов. 

Лимфоциты 

Это важнейшие клетки иммунной системы, обеспечивающих организму как гуморальный (выработка антител), так и клеточный иммунитет (взаимодействие клетки с микробом). Двумя важнейшими классами лимфоцитов являются В- и Т-клетки. 

В-клетки составляют до 15% от всех лимфоцитов крови. Основная их задача — выработка антител. Кроме того, В-клетки также могут быть антиген-презентирующими и вырабатывать цитокины. Это сигнальные белковые молекулы, которые стимулируют иммунный ответ [2]. 

Т-клетки играют важную роль в приобретенном иммунитете. Они отвечают за распознавание и уничтожение чужеродных антигенов. Различают следующие виды Т-клеток: 

  • Т-хелперы — усиливают адаптивный иммунитет ответ путем активации других Т-клеток, В-клеток и моноцитов. 
  • Т-киллеры (цитотоксические Т-лимфоциты) — уничтожают поврежденные или аномальные клетки собственного организма (например, опухолевые). Т-киллеры также уничтожают клетки, инфицированные вирусом и другими внутриклеточными паразитами. 
  • Т-супрессоры (или регуляторные Т-клетки) — обеспечивают регуляцию иммунного ответа, часто путем сдерживания иммунной реакции. 

Среди лимфоцитов также выделяют и обособленную группу — натуральных киллеров (NK-клетки). Их функции схожи с функциями цитотоксических Т-лимфоцитов. Натуральные киллеры играют важную роль в иммунологическом надзоре за опухолевыми процессами, а также секретируют цитокины, обеспечивая тем самым активацию других звеньев иммунитета. 

Полиморфноядерные лейкоциты 

Такие клетки имеют сегментированные ядра. А еще в их цитоплазме содержатся гранулы, поэтому их еще называют гранулоцитами. Среди полиморфноядерных лейкоцитов выделяют 3 основных вида клеток: 

составляют до 70% от общего числа циркулирующих лейкоцитов. Нейтрофилы — это первая линия защиты от инфекционных агентов. Эти клетки способны мигрировать из кровяного русла в те ткани, где есть инфекция.

В составе нейтрофилов большое количество противомикробных веществ. При необходимости нейтрофил может взрываться, разбрасывая на окружающие микроорганизмы свою ДНК и антибактериальные белки.

Такой процесс называется нетозом [3].

составляют до 5% от всех гранулоцитов. Основная задача эозинофилов — устранение паразитов. Осуществляется это путем продукции перфоринов — веществ, способных повреждать клетки паразитов, что приводит к гибели последних. 

принимают участие в аллергических реакциях, составляют до 1% от всех гранулоцитов.  

Помимо отдельно циркулирующих клеток иммунитет также состоит из лимфоидных тканей, органов и молекулярных комплексов, что обеспечивает организму полноценную защиту.

[1]Banchereau J, Steinman RM. Dendritic cells and the control of immunity. Nature. 1998 Mar 19;392(6673):245-52. doi: 10.1038/32588. PMID: 9521319.

[2]Chokkalingam V, Tel J, Wimmers F, Liu X, Semenov S, Thiele J, Figdor CG, Huck WT. Probing cellular heterogeneity in cytokine-secreting immune cells using droplet-based microfluidics. Lab Chip. 2013 Dec 21;13(24):4740-4. doi: 10.1039/c3lc50945a. PMID: 24185478.

Новые тайны древнего иммунитета • Библиотека

Нобелевскую премию по медицине 2011 года разделили на две половины.

Одну получили Брюс Бютлер, профессор генетики и иммунологии Исследовательского института Скриппса (Ла-Хойя, США), и Жюль Хоффман, бывший руководитель лаборатории в Страсбургском университете, директор Института молекулярной биологии клетки, президент Французской академии наук в 2007–2008 годах (ныне в отставке), — за исследование механизмов активации врожденного иммунитета. Вторую половину присудили Ральфу Стайнману, выходцу из Канады, занимавшему пост профессора иммунологии в Рокфеллеровском университете (Нью-Йорк), — за открытие роли дендритных клеток в адаптивном иммунитете.

Сразу вслед за именами лауреатов 3 октября 2011 года в новостных лентах появились сообщения о смерти Ральфа Стайнмана. Он скончался 30 сентября, а Нобелевский комитет не получил этой информации вовремя.

Согласно уставу, самая престижная научная премия не может быть присуждена человеку, которого нет в живых, однако Нобелевский комитет объявил, что Стайнман остается лауреатом: на момент принятия решения не было известно о его кончине, таким образом, сделанный выбор соответствует духу премии, если не букве. И в конце концов, альтернативное решение общественность едва ли приняла бы с симпатией.

Читайте также:  Микоплазменная пневмония. Возбудитель респираторного микоплазмоза. Агент Итона. Эпидемиология микоплазменной пневмонии.

Наши внутренние войска

Нас ежеминутно атакуют орды захватчиков. Вирусы, бактерии, паразиты, клетки микроскопических грибков и патогенных простейших — мы для них, как выражался Клоп-Говорун в «Сказке о Тройке», «бурдюки с питательной смесью». И как в подобных условиях многоклеточные организмы сумели чего-то достичь на Земле?

Благодарить за это нужно иммунную систему. Эволюция на всякое действие находит противодействие, и мы не беззащитны перед врагами.

Плотные кожные покровы сами по себе дают неплохую механическую защиту: если руки не поранены, мы можем безнаказанно копаться в грязи, а царапинка сразу воспалится. В слюне и слезах содержится лизоцим — фермент, разрушающий стенки бактерий.

Как ни щиплет в глазу, когда в него попадает грязь или мошка, можно утешиться мыслью, что нахальным вторженцам еще хуже.

Небольшая воспаленная царапина, скорее всего, поболит и пройдет без всякого йода (не будем рассматривать страшные случаи вроде столбняка или вируса гепатита В).

Амбициозные планы микробов по захвату огромного запаса влаги, белков, жиров и углеводов окончатся крахом, потому что воспаление — это тоже защитная реакция, один из механизмов врожденного, или неспецифического, иммунитета, который в той или иной форме имеется у всех многоклеточных организмов.

Болезненность, покраснение, жар и отек — все это признаки военных действий. Высокая температура, как правило, для захватчиков некомфортна, а кроме того, отек и расширение сосудов предоставляют клеткам-фагоцитам, поедающим чужеродные вещества, более свободный доступ к «добыче».

К механизмам неспецифического иммунитета относится и цитотоксическое действие системы комплемента — биохимическое приспособление для пробивания мембран вражеских клеток.

Более совершенное оборонительное оружие — специфический, или адаптивный, иммунитет — имеется только у высших организмов, начиная с челюстноротых рыб.

Именно тут в игру вступают антитела, или иммуноглобулины, — похожие на букву Y белковые молекулы, вырабатываемые лимфоцитами. Верхние «палочки» Y взаимодействуют с чужеродным веществом (антигеном), связывая его или помечая для уничтожения.

Молекулы антител находятся и в мембране лимфоцитов, где они играют роль рецепторов, распознающих антигены.

Здесь перед учеными встала биоинформатическая проблема. Антитело состоит из четырех белковых цепей, которые, согласно Центральной Догме (ДНК-РНК-белок), должны кодироваться некими генами. Но чужеродных веществ, проникающих в организм, может быть бесконечно много — такое количество генов иммуноглобулиновых цепей не уместится ни в одном геноме!

Противоречие разрешила клонально-селекционная теория (ее предложил австралиец Макфарлейн Бернет, получивший совместно с Питером Медаваром Нобелевскую премию 1960 года за открытие искусственной иммунной толерантности). Гены иммуноглобулинов в геномах неспециализированных клеток содержатся в виде «заготовок».

При созревании В-лимфоцитов эти гены претерпевают перестройки — в строго определенных участках, но с элементом случайности, так что каждая В-клетка в итоге синтезирует свое неповторимое антитело, чьи вариабельные участки идеально подходят к еще неведомому антигену.

Встреча с этим антигеном (его узнают рецепторы В-лимфоцита, аналогичные его антителам), а также сигналы от других клеток иммунной системы побуждают В-лимфоцит к бурному размножению и синтезу антител.

В процессе созревания В-лимфоциты проходят строгий отбор — те, которые случайно «нацелились» на собственные молекулы организма, должны быть уничтожены.

Т-лимфоциты называются так потому, что проходят последние этапы развития в тимусе (а В-лимфоциты — потому, что были впервые обнаружены у птиц в так называемой фабрициевой сумке — bursa fabricii).

В их мембране тоже есть рецепторы для антигенов, не совсем такие, как антитела, но также принадлежащие к семейству иммуноглобулинов. Т-хелперы («помощники») активируют В-лимфоциты, Т-киллеры убивают собственные клетки организма, зараженные или измененные.

То же делают и лимфоциты другой группы, «естественные киллеры» (NK-клетки, от natural killer), но их действие менее специфично.

Адаптивным (приобретенным) этот иммунитет называется потому, что иммунная система обладает памятью. В организме сохраняются клоны В- и Т-лимфоцитов, специфичных к определенному антигену, и при повторной встрече с тем же возбудителем именно они начинают стремительно размножаться.

Вот почему вторичный иммунный ответ развивается быстрее и большинство людей болеет краснухой или ветрянкой лишь раз в жизни: при повторной инфекции наша внутренняя армия выметает захватчика поганой метлой до проявлений болезни.

Вирусы простуды или гриппа умеют уходить от удара за счет быстрой изменчивости, поэтому нельзя получить иммунитет против них раз и навсегда.

Но младенцы переносят их тяжелее, чем школьники и взрослые, у которых от прошлых эпидемий сохранились лимфоциты памяти с антителами, подходящими хотя бы к некоторым участкам новых вирусных белков.

На этом свойстве иммунной системы основан принцип вакцинации. Черная оспа, полиомиелит, коклюш — инфекции, первое знакомство с которыми может обойтись слишком дорого, поэтому лучше обучить «армию» заранее, предъявив ей ослабленную культуру возбудителя или отдельные характерные для него молекулы.

Понятно, как важен для нас иммунитет и как опасно его ослабление с возрастом или при заболевании.

С другой стороны, армия, даже расквартированная на собственной территории, — небольшая радость для мирных жителей, если воины забудут о дисциплине.

Когда иммунная система начинает реагировать на «свои» молекулы и клетки, возникают аутоиммунные болезни. С некорректным срабатыванием защиты связаны и аллергические заболевания.

Иммунологические открытия не раз награждались Нобелевскими премиями: их получили И. И. Мечников и Пауль Эрлих, создатели клеточной и гуморальной теорий иммунитета (1908), Родни Портер с Джеральдом Эдельманом, установившие структуру антител (1972).

Польза этих исследований для человечества бесспорна, и, кроме того, это действительно высокая наука.

За «покраснением и жжением» стоит столько разнообразных событий на клеточном и молекулярном уровне, что реконструкция Бородинской битвы кажется детской игрой.

Экспресс-анализ на бактерию

Врожденный иммунитет, эволюционно более древний, в чем-то и более загадочен. Например, почему воспалительная реакция запускается так стремительно? Быстрота как будто бы говорит о ее неспецифичности: на сложные процессы вроде выработки антител не хватило бы времени. Но как тогда организм узнает, что враг на пороге, и как понимает, что это именно враг, а не безвредная микрочастица?

Начнем с самого начала: с эмбрионального развития дрозофилы. Кристиана Нюссляйн-Фольхард (Нобелевская премия 1995 года), увидев необыкновенно уродливых личинок плодовой мушки, воскликнула: «Das war ja toll!» (по-немецки toll — поразительно, безумно). Так и назвали мутантный ген.

А потом один из лауреатов этого года, Жюль Хоффман с коллегами, выяснил, что Toll отвечает не только за эмбриональное развитие мушки, но и за иммунитет у взрослых дрозофил к грибковым инфекциям. (Здесь и далее ссылки на научные работы см. в конце статьи.) Мутантные дрозофилы умирали от грибковой инфекции, не слишком опасной для нормальных особей.

При этом бактериальным инфекциям они противостояли успешно.

А потом оказалось, что подобные гены есть не только у дрозофилы. Группа ученых под руководством Брюса Бютлера обнаружила такой ген у мыши. Они же показали, что продукт мышиного Toll-подобного гена — рецептор липополисахарида, вещества из клеточной стенки грамотрицательных бактерий.

(Грамотрицательными называются бактерии, чьи клетки остаются бесцветными при окраске по Граму — анилиновыми красителями с фиксацией йодом и промыванием спиртом — из-за особого строения клеточной стенки. К ним относятся, например, кишечная палочка, сальмонелла, легионелла, хеликобактер.

) Кроме того, исследователи продемонстрировали прямую связь между этим геном и иммунитетом мыши.

Итак, еще один рецептор в мембране клеток иммунной системы — их там столько, что устанешь запоминать, и каждый для чего-то нужен.

В чем важность именно этого открытия? Во-первых, подтвердилась эволюционная древность врожденного иммунитета — о ней говорит общность молекулярных механизмов у насекомых и млекопитающих. Во-вторых, найдена «кнопка включения» врожденного иммунитета.

Теперь мы знаем, что на этом этапе распознается не уникальный участок антигена, а вещество, типичное для обширной группы болезнетворных бактерий. Отсюда быстрота и неспецифичность, скажем, воспалительной реакции.

Если использовать наши человеческие понятия — иммунная система проводит экспресс-анализ на присутствие маркера, общего для многих опасных бактерий. Сигнал от бактериального липополисахарида, принятый TLR, запускает каскад биохимических событий, который и приводит к реакции воспаления (а при опасном избытке липополисахарида — к септическому шоку).

Иммунитет и гистосовместимость

Автор статьи Зыбина А.М.

Благодаря наличию иммунной системы организм защищен от большинства болезнетворных организмов (вирусов, бактерий, грибков, простейших, гельминтов и т. д.) и токсических продуктов их жизнедеятельности. Таким образом, иммунитет направлен на защиту организма, поддержание его целостности и индивидуальности.

Иммунитет можно разделить на клеточный и гуморальный. Клеточный иммунитет обеспечивается лейкоцитами при прямом их контакте с патогеном (фагоцитоз, повреждение патогена и т. д.). Гуморальный иммунитет обеспечивают белковые факторы, вырабатываемые клетками. К ним относят антитела и систему комплемента.

Рис. 1. Виды иммунитета.

По функциям иммунитет делят на врожденный и приобретенный. Врожденный иммунитет включает особенности индивидуума или вида, которые обеспечивают защиту от патогенов.

Для проникновения вирусов и бактерий в организм и в клетки, необходимо наличие специальных белков на мембране. Такие белки чаще всего видоспецифичны, поэтому большинство болезней, от которых страдают животные, человеку не страшны.

Даже внутри одного вида, существуют индивидуальные отличия белков, которые могут сделать часть популяции невосприимчивой к заболеванию.

Приобретенный активный иммунитет возникает при контакте с патогеном и последующей выработке антител. Он может произойти естественным путем (болезнь) искусственным (вакцина).

В любом случае остаются клетки памяти и повторный контакт с патогеном уже не будет вызывать болезнь. Также антитела можно получить пассивно: с молоком матери или в виде сыворотки. Они защищают организм до тех пор, пока циркулируют в крови.

Клетки памяти при этом не сохраняются и при повторном контакте с патогеном возможно заражение.

Иммунитет обеспечивают белые кровяные тельца – лейкоциты. Все они образуются в красном костном мозге. Лейкоциты принято делить на гранулоциты и агранулоциты.

К гранулоцитам относят нейтрофилы, базофилы и эозинофилы. Все они содержат большое количество гранул в цитоплазме, в которых запасены вещества, необходимые для борьбы с патогенами. Название гранулоцитов связано с красителями, которыми окрашиваются гранулы (гематоксилин – основный, эозин — кислый). Кроме того, они способны к фагоцитозу небольших частиц.

Нейтрофилы (рис. 2 а, г) составляют 93-96% всех лейкоцитов крови. Они имеют сегментированное (3-5 сегмента) ядро и окрашиваются и гематоксилином, и эозином.

Они способны как к фагоцитозу небольших частиц, так и к образованию активных форм кислорода. Нейтрофилы могут жить и бороться с патогенами даже в анаэробных условиях.

Они локализуются в крови и очагах воспаления, участвуют в образовании гноя. Эффективны против грибка, бактерий и протистов.

Читайте также:  Отводящий нерв (VI пара, 6 пара, шестая пара черепных нервов), n. abducens.

Эозинофилы (рис. 2 б, д) имеют сегментированное ядро (2 сегмента) и окрашиваются эозином. Они обеспечивают противогельминтный иммунитет (выделяют токсичные вещества и активные формы кислорода из гранул рядом с паразитом). Также они эффективно защищают организм от простейших. Способны к рециркуляции, то есть возвращению в кровь из тканей.

Рис. 2. Фотографии (а-в) и схематичное строение (г-е) нейтрофила (а, г), эозинофила (б, д) и базофила (в, е).

Базофилы (рис. 2 в, е) составляют 0,5-1% лейкоцитов крови. Они имеют S-образное ядро и их цитоплазма плотно набита гранулами, которые окрашиваются гематоксилином и содержат много гепарина и гистамина. Базофилы способны встраивать в мембрану IgE, благодаря этому специфически связываться и атаковать патоген.

Все эти признаки характерны и для тучных клеток, из-за чего ранее базофилы считались их предшественниками. Однако, в настоящее время установлено, что тучные клетки имеют иное происхождение. Базофилы участвуют в реализации противогельминтного ответа.

Они выделяют медиаторы воспаления и увеличивают проницаемость сосудов, что дополнительно привлекает другие иммунные клетки. Участвуют в аллергических реакциях немедленного типа.

Агранулоциты делятся на моноциты и лимфоциты.

Рис. 3. Фотография (а) и схематичное строение (б) моноцитов.

Моноциты (рис. 3) самые активные лейкоциты крови. Имеют клетку с крупным бобовидным ядром. Переходя в ткани, превращаются в макрофагов — профессиональных фагоцитов. Макрофаги способны поглощать даже очень крупные частицы.

Мембрана этих клеток содержит Toll-подобные рецепторы, позволяющие распознавать и уничтожать консервативные структуры мембраны и клеточной стенки микроорганизмов. Если же макрофаги не способны поглотить чужеродную частицу, они облепляют ее со всех сторон и сливаются, изолируя частицу от организма.

Макрофаги поглощают не только патогены, но и остатки мертвых клеток организма. Кроме того, они являются антиген-презентирующими клетками.

Лимфоциты имеют разнообразные функции. Выделяют T- и В-лимфоциты. Оба типа лимфоцитов образуются в красном костном мозге. Однако, их созревание проходит в разных местах: Т-лимфоцитов в тимусе, В-лимфоцитов – в красном костном мозге. Т-лимфоциты подразделяют на Т-киллеров, Т-хелперов.

Также к лимфоцитам относят натуральных (естественных) киллеров. Как и все иммунные клетки, они образуются в красном костном мозге, однако, место их созревания до сих пор находится под вопросом.

Созревание лимфоцитов проходит в детском возрасте, после чего все лимфоциты преимущественно локализуются в лимфатических узлах и в селезенке.

В-лимфоциты обеспечивают гуморальный приобретенный иммунитет и являются источником антител нашего организма. Антитела (иммуноглобулины, Ig) — белковые соединения плазмы крови (γ-глобулины), образующиеся в ответ на введение в организм человека бактерий, вирусов, белковых токсинов и других антигенов.

Связываясь активными участками (центрами) с бактериями или вирусами, антитела препятствуют их размножению или нейтрализуют выделяемые ими токсические вещества. Кроме того, антитела являются своеобразной «меткой» для иммунных клеток о том, что частицу, к которой они присоединились, необходимо поглотить.

При этом антитела распознают только чужеродные организму макромолекулы.

Антитела состоят из двух идентичных тяжёлых цепей (H-цепи) и из двух идентичных лёгких цепей (L-цепей) (рис. 4а). К тяжёлым цепям ковалентно присоединены олигосахариды. Каждая цепь имеет конститутивные (Fc) и вариабельные (Fab) фрагменты.

Конститутивный фрагмент консервативен и необходим для взаимодействия антитела с иммунными клетками. Базофилы и тучные клетки встраивают готовые антитела в мембрану и используют их как рецептор, что позволяет им быстро и бурно реагировать на патоген при его связывании мембранным антителом.

В-лимфоциты встраивают в собственную мембрану антитела, той специфичности, которую производят сами. При связывании патогена с мембранным иммуноглобулином, становится возможна активация В-лимфоцита.

При присоединении свободных (не встроенных в мембрану) антител к патогену, макрофаги и другие иммунные клетки могут провзаимодействовать с конститутивным фрагментом антитела. Это послужит сигналом к уничтожению помеченной молекулы или организма.

Вариабельный фрагмент антитела индивидуален для каждого В-лимфоцита. Именно этот участок (идиотоп) связывается с патогеном.

Причем антитела разных В-лимфоцитов могут присоединяться к различным участкам одного и того же патогена, антитела одного В-лимфоцита связывают всегда один участок (эпитоп) (рис. 4 б).

Благодаря вариабельности этих фрагментов, в организме одного человека может существовать до 108 вариантов антител.

Поскольку образование Fab фрагмента носит случайный характер у каждого В-лимфоцита, в период созревания в красном костном мозге они проходят селекцию. Как уже упоминалось ранее, эти клетки встраивают иммуноглобулины в мембрану и используют как рецептор.

B-клетки, иммуноглобулиновые рецепторы которых способны взаимодействовать с собственными антигенами, либо погибают в результате апоптоза, либо приходят в состояние ареактивности (анергии).

Таким образом, сохраняют активность только клетки, которые не реагируют на собственные антигены.

Рис. 4. Строение антитела (а) и его связывание с различными эпитопами антигена (б).

Тем не менее для активации зрелого В-лимфоцита одного контакта (связывание с рецептором) с патогеном недостаточно. Должна произойти презентация антигена.

Презентацию антигена осуществляют специальные антиген-презентирующие клетки (АПК), к которым относятся макрофаги и дендритные клетки (рис. 5), при этом В-лимфоцит должен получить сигнал к активации от Т-хелпера. Взаимодействие клеток происходит через ряд мембранных белков. Помимо иммуноглобулина, в нем участвуют главный комплекс гистосовместимости, Т-клеточный рецептор и ряд корецепторов.

Рис. 5. Взаимодействие между антиген-презентирующей (дендритной) клеткой и лимфоцитом.

Все клетки организма имеют на поверхности специальные гликопротеины – главный комплекс гистосовместимости (ГКГ, major histocompatibility complex, MHC, HLA). Этот гликопротеин существует в двух вариантах. ГКГ II имеют АПК и В-лимфоциты, ГКГ I – все остальные, в том числе и соматические, клетки. Этот комплекс индивидуален и насчитывает примерно 2000 аллельных генов.

Внутри каждой клетки происходит постоянное обновление белков и других полимеров. Старые молекулы разрушаются и их фрагменты «выкладываются» на поверхность ГКГ. Иммунные клетки в процессе созревания «учатся» распознавать свой ГКГ и белки, которые на нем находятся.

Таким образом, ГКГ являются «паспортом» клетки и показывают не только ее принадлежность данному организму, но и что происходит внутри клетки.

Т-лимфоциты обнаруживают патоген с помощью своих Т-клеточных рецепторов (ТКР, T-cell receptor, TCR).

Это мембранный белок, ответственный за распознавание процессированных антигенов, связанных с молекулами главного комплекса гистосовместимости (рис. 6). Этот рецептор, как и антитела, имеет конститутивный и вариабельный участки.

Конститутивным участком он связан с мембраной Т-лимфоцитов, вариабельный участок необходим для распознания ГКГ, антигена, и он индивидуален для каждого Т-лимфоцита.

Рис. 6. Взаимодействие Т-клеточного рецептора и главного комплекса гистосовместимости.

Для нормальной работы Т-лимфоцитов, при созревании в тимусе они проходят сложный двухэтапный отбор. На первом этапе выживают только те Т-лимфоциты, которые остаются способны связываться с ГКГ вариабельным участком ТКР (положительный отбор).

На втором – уничтожаются Т-лимфоциты, которые активируются в ответ на собственные антигены, «выложенные» на ГКГ. Параллельно с этим, идет дифференцировка на Т-киллеры и Т-хелперы. Т-киллеры должны взаимодействовать с ГКГ I, в качестве корецептора такого взаимодействия выступает мембранный белок CD4, он и является маркером Т-киллеров.

Т-хелперы должны связываться с ГКГ II, в качестве корецептора и маркера выступает белок CD8.

Если отбор Т- и В-лимфоцитов прошел недостаточно строго, и остались клетки, реагирующие на собственные антигены организма, то иммунитет может начать атаковать собственные клетки, что приведет к возникновению аутоиммунных заболеваний.

Презентация антигена В-лимфоцитам – это сложный процесс, в котором принимают участие Т-хелперы и АПК. В-лимфоцит, не взаимодействовавший со своим антигеном называется наивным.

Если антиген взаимодействует с мембранным антителом В-лимфоцита, то происходит интернализация антитела с антигеном, антиген разрушается на фрагменты, и они выкладываются на ГКГ II. В это время, макрофаг или дендритная клетка также должны захватить антиген. Они его переваривают и выкладывают на ГКГ II.

Т-хелпер должен провзаимодействовать с ГКГ II на поверхности АПК, после чего происходит его активация. Только после этого, Т-лимфоцит может провзаимодействовать с ГКГ II на поверхности В-лимфоцита, который активируется и превращается в плазматическую клетку.

Плазматическая клетка пролиферирует и создает клонов, которые синтезируют антитела той же специфичности, что и исходный лимфоцит. Таким образом, происходит усиление иммунного ответа.

Стоит отметить, что один патоген имеет много эпитопов, вследствие чего активируется множество В-лимфоцитов с различной специфичностью. Часть В-лимфоцитов, после контакта с патогеном, превращается в клетки памяти, которые сохраняются после болезни, и их активация происходит гораздо быстрее при повторном контакте с антигеном.

Рис. 7. Презентация антигена. Сверху: чужеродный антиген (1) захватывает и поглощает антиген-презентирующая клетка (2), которая его расщепляет и частично экспонирует на своей поверхности в комплексе с молекулами ГКГ II (3).

Внизу весь чужеродный антиген связывается поверхностными антителами (5) В-лимфоцита (6), также поглощается и процессируется им (7), после чего часть чужеродной молекулы презентируются в комплексе с молекулами ГКГ II (8).

После контакта (10) с Т-лимфоцитом (хелпером, 4), уже активированным антиген-презентирующей клеткой (2), В-лимфоцит начинает секретировать антитела в кровь (9).

Т-киллеры отвечают за клеточный иммунитет. Они играют важную роль в защите организма против вирусов и опухолей. Т-киллеры взаимодействуют с ГКГ I всех клеток и уничтожают клетку в случаях обнаружения чужого ГКГ или фрагмента чужого антигена на ГКГ.

Таким образом, они уничтожают раковые клетки и внутриклеточных паразитов. Т-киллеры играют важную роль при трансплантации органов, ведь именно эти клетки атакуют чужеродные ткани пересаженного органа.

Поэтому при трансплантации стараются подобрать донора органов, клетки которых имеют максимально похожий ГКГ на ГКГ пациента.

Т-киллеры взаимодействуют с клеткой через ГКГ, и, если он отсутствует, то клетка остается невидимой для этой системы. Поэтому, клетки без ГКГ уничтожаются натуральными киллерами. Таким образом, они обеспечивают противоопухолевую защиту.

Помимо лимфоцитов, в плазме крови присутствуют белки, способные распознавать клеточную стенку бактерий и самособираться в пору, вследствие чего нарушается ионный баланс клетки, и она погибает. Такие белки относятся к системе комплемента. Они синтезируются печенью и относятся к группе глобулинов.

Наличие на поверхности антигена антител или белков системы комплемента является сигналом для макрофагов к фагоцитозу чужеродной частицы.

Проявления иммунитета разнообразны и включает множество клеток и белков. Она обеспечивает эффективную защиту организма от различного рода заражений.

Однако, приобретенный иммунитет – это эволюционно новая система, которая присутствует только у позвоночных.

Именно поэтому нередки случаи некорректной работы иммунитета, что может привести к различным патологиям, например, аллергиям, опухолям и аутоиммунным заболеваниям.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector