Особенности метаболизма фагоцитирующих клеток

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лейкоциты - белые кровяные клетки; неоднородная группа различных по внешнему виду и функциям клеток крови человека или животных, выделенная по признакам наличия ядра и отсутствия самостоятельной окраски.

Главная сфера действия лейкоцитов - защита. Они играют главную роль в специфической и неспецифической защите организма от внешних и внутренних патогенных агентов, а также в реализации типичных патологических процессов.

Все виды лейкоцитов способны к активному движению и могут переходить через стенку капилляров и проникать в межклеточное пространство, где они поглощают и переваривают чужеродные частицы. Этот процесс называется фагоцитоз, а клетки, его осуществляющие, - фагоциты.

Фагоцитоз - процесс, при котором клетки (простейшие, либо специально предназначенные для этого клетки крови и тканей организма - фагоциты) захватывают и переваривают твёрдые частицы.

Фагоцитоз, наряду с пиноцитозом, является одним из видов эндоцитоза. У некоторых клеток он используется для получения полезных веществ, и для одноклеточных организмов гомологичен питанию. У многоклеточных животных этот процесс взял на себя функцию удаления отходов и патогенов.

Этапы фагоцитоза

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, то есть 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 неясны; вероятно, происходит активное перемещение лизосом к фагосомам.

7. Киллинг и расщепление. Велика роль клеточной стенки перевариваемой клетки. Основные вещества, участвующие в бактериолизе: пероксид 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 pH.

8. Выброс продуктов деградации.

Фагоцитоз может быть:

· завершённым (киллинг и переваривание прошло успешно);

· незавершённым (для ряда патогенов фагоцитоз является необходимой ступенью их жизненного цикла, например, у микобактерий и гонококков).

ОСОБЕННОСТИ МЕТАБОЛИЗМА ФАГОЦИТИРУЮЩИХ КЛЕТОК

• Фагоцитоз обеспечивает защиту организма от бактерий. Моноциты и нейтрофилы мигрируют из кровяного русла к очагу воспаления и эндоцитозом захватывают бактерии, образуя фагосому.

• 1. Фагоцитоз требует увеличения потребления кислорода, который является главным источником O2-, H2O2, OH' в фагоцитирующих клетках (рис. 14.3). Этот процесс, продолжающийся 30-40 минут, сопровождается резким повышением поглощения кислорода и поэтому называется респираторным взрывом.

• 2. В макрофагах бактерицидное действие оказывает оксид азота NO, источником которого является реакция превращения аргинина в NO и цитруллин под действием NO-синтазы. Супероксид анион образует с оксидом азота соединения, обладающие сильными бактерицидными свойствами:

• NO + О2-> ONOO- > ОН* + NO2.

Пероксинитрит ONOO-, оксид азота, диоксид азота, гидроксил радикал вызывают окислительное повреждение белков, нуклеиновых кислот и липидов бактериальных клеток

Образование активных форм кислорода в процессе респираторного взрыва активированными макрофагами, нейтрофилами и эозинофилами..

ОСНОВНЫЕ БИОХИМИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ГЕМОСТАЗА

• Прекращение кровотечения после травмы кровеносных сосудов, раство рение сгустков крови - тромбов - и сохранение крови в жидком состоянии обеспечивает гемостаз. Этот процесс включает четыре этапа:

• рефлекторное сокращение поврежденного сосуда в первые секунды после травмы;

• образование в течение 3-5 минут тромбоцитарной пробки (белого тромба в результате взаимодействия поврежденного эндотелия с тромбоцитами;

• формирование в продолжение 10-30 мин фибринового (красного" тромба: растворимый белок плазмы крови фибриноген под действием фермента тромбина превращается в нерастворимый фибрин, который откладывается между тромбоцитами белого тромба;

* фибринолиз - растворение тромба под действием протеолитических ферментов, адсорбированных на фибриновом сгустке. На этом этапе просвет кровеносного сосуда освобождается от отложений фибрина и предотвращается закупорка сосуда фибриновым тромбом.

ОСОБЕННОСТИ МЕТАБОЛИЗМА  ФАГОЦИТИРУЮЩИХ КЛЕТОК

Способность некоторых клеток крови к фагоцитозу - одна из защитных функций крови. В фагоцитозе участвуют 2 типа лейкоцитов - нейтрофилы и моноциты. Нейтрофилы содержат многодольчатое ядро, поэтому их ещё называют полиморфноядерными лейкоцитами (ПЯЛ). Они поступают в кровоток из костного мозга и имеют продолжительность жизни около 8 сут. Взаимодействие белков интегринов (см. раздел 15) с рецепторами эндотелиальных клеток капилляров приводит к адгезии нейтрофилов, которые далее мигрируют в ткань.

Моноциты также могут выходить из кровяного русла, и тогда их называют макрофагами. Оба типа фагоцитов захватывают и разрушают бактерии. Макрофаги, кроме того, утилизируют старые повреждённые клетки и клеточные оболочки, в частности они поглощают около 1011 эритроцитов в сутки. Фагоцитоз - особая форма эндоцитоза, при которой образуются большие эндоцитозные пузырьки, размеры которых определяются размерами поглощаемых частиц.

Образование фагосомы начинается с взаимодействия специфических рецепторов фагоцитов с бактерией или комплексом антиген - антитело. Рецепторы, расположенные в тех участках плазматической мембраны, где локализован особый белок клатрин (см. раздел 5), "узнают" компоненты комплемента, олигосахариды на поверхности микроорганизмов или Fc области комплекса антиген - антитело (см. раздел 1). Активация рецепторов, передающих сигнал в клетку с участием инозитолфосфатной системы, инициирует процессы, определяющие фагоцитарный ответ клетки. Он включает в себя формирование фагосомы, слияние её с лизосомой, образование фаголизосомы, активацию кисло-родзависимых бактерицидных механизмов уничтожения микробов и/или выработку клетками токсичного для микробов оксида азота, а также действие кислороднезависимых механизмов уничтожения микроорганизмов.

Формирование фагосомы. Взаимодействие микробной клетки с поверхностью фагоцита приводит к образованию на его мембране выростов - псевдоподий, окружающих микробную клетку. Фагосома, сформированная таким образом, вместе с захваченной бактерией погружается внутрь фагоцита.

Образование фаголизосомы. В цитозоле фагосомы сливаются с первичными лизосомами, образуя фаголизосомы. Первичные лизосомы, образованные аппаратом Гольджи, содержат ряд заключённых в гранулы гидролаз, способных разрушать органические молекулы в кислой среде фаголизосом: протеиназы, фосфатазы, эстеразы, ДНК-азы, РНК-азы. Низкое значение рН внутри фагосом оказывает бактерицидное действие и создаёт оптимальную среду для активации ли-зосомальных гидролаз. В результате действия этих ферментов разрушаются полимерные молекулы микроорганизмов и образуются аминокислоты, моносахариды, нуклеотиды, которые поступают в цитозоль и могут использоваться клеткой. Большая часть мембранных компонентов и непереваренные субстраты локализуются в остаточных тельцах, которые путём экзоцитоза возвращаются на поверхность плазматической мембраны фагоцитов, при этом значительная часть мембранных компонентов может утилизироваться и в самой мембране (рис. 14-6).

Активация кислородзависимых бактерицидных механизмов уничтожения микробов. Ферментный комплекс мембраны фагосом - NADPH-оксидаза восстанавливает О2, образуя супероксидный анион:

2 О2 + NADPH > 2 O2- + NADP+ + H+ 

Супероксидный анион спонтанно или при участии фермента супероксиддисмутазы превращается в пероксид водорода:

О2- + О2- + 2Н+ > Н2О2 + О2

Под действием миелопероксидазы, проникающей в фагосому при её слиянии с лизосомой, из пероксидов в присутствии галогенов (йоди-дов и хлоридов) образуются дополнительные токсичные окислители - гипойодид и гипохлорид.

лейкоцит фагоцитоз гемостаз

Н2О2 + Cl- + H+ > НОС1 + H2O

Все эти молекулы являются сильными окислителями и оказывают бактерицидное действие. Резкое увеличение потребления кислорода фагоцитирующей клеткой называется "респираторным взрывом" (рис. 14-7).

Активные формы кислорода инициируют свободнорадикальные реакции, разрушающие липиды клеточных мембран поглощённых фагоцитами бактерий.

Наследственная недостаточность NADP-оксидазы, обусловленная дефектом одного из генов этого ферментного комплекса, приводит к

Рис. 14-6. Фагоцитоз в нейтрофилах

хроническому гранулематозу. В результате дефекта фермента фагоциты больных не способны продуцировать супероксидный кислородный радикал и пероксид водорода и поэтому не могут быстро разрушать фагоцитированные клетки бактерий и грибов. Некоторые устойчивые микроорганизмы остаются жизнеспособными внутри фагоцитов, и их антигены вызывают в месте скопления фагоцитов клеточный иммунный ответ и формирование гранулём. Наиболее часто встречается сцепленная с Х-хромосомой форма этого заболевания, связанная с дефектом гена одной из полипептидных цепей комплекса, локализованного на коротком плече Х-хромосомы.

Образование реакционноспособных метаболитов азота. Бактерицидное действие в макрофагах оказывает и оксид азота (NO). Оксид азота в этих клетках образуется, так же как и в других, под действием фермента NO синтазы из аргинина (см. раздел 9). Активность NO синтазы в макрофагах заметно повышается при фагоцитозе в присутствии г-интерферона и фактора некроза опухолей. Супероксид-анион образует с NO соединения, обладающие большими бактерицидными свойствами, чем сам NO:

NO + О2- > ONOO- > ОН* + NO2 .

Пероксинитрил (ONOO-), оксид азота, диоксид азота, радикал гидроксила вызывают окислительное повреждение белков, нуклеиновых кислот и липидов бактериальных клеток. Оксид азота может непосредственно взаимодействовать с железосерными белками ЦПЭ, ингибируя дыхание и синтез АТФ в бактериях. При взаимодействии NO с О2 образуются нитриты, которые превращаются в нитраты, также обладающие токсическим действием (см. раздел 12).

Вспышка метаболической активности нейтрофила заканчивается его гибелью. Погибшие нейтрофилы, макрофаги, бактерии и тканевая жидкость входят в состав гноя.

Действие кислород независимых бактерицидных механизмов. Некоторые грамположительные бактерии погибают в фагосомах нейтрофилов под действием лизосомального фермента лизоцима, который гидролизует связи между содержащимися в клеточной стенке N-ацетилмурамовой кислотой и N-ацетил-D-глюкозамином и вызывает её разрушение.

В нейтрофилах человека обнаружены катионные пептиды - дефензины, содержащие около 30 аминокислотных остатков и богатые цис-теином и аргинином. Они составляют от 30 до 50% всех белков гранул. Дефензины вызывают образование ионных каналов в мембране микробной клетки сразу же после образования фаголизосомы,

и тем самым способствуют её уничтожению. Дефензины действуют и на обладающие оболочкой вирусы, например вирус простого герпеса.

Таким образом, огромное разнообразие микроорганизмов, атакующих клетки человека, определило многообразие бактерицидных механизмов, действующих как в аэробных, так и анаэробных условиях.

Рис. 14-7. Образование активных форм кислорода фагоцитирующими клетками при респираторном взрыве. Активация NADPH оксидазы, локализованной в мембране клетки, вызывает образование супероксидного аниона. В результате впячивания мембраны супероксид вместе с бактериальной клеткой оказываются в фагосоме. Супероксидный анион генерирует образование других токсичных молекул, включая Н2О2 и ОН*. Миелопероксидаза, содержащаяся в гранулах фагоцитирующих клеток, секретируется в фагосому, где образует HOCl.

Размещено на Allbest.ru