Миграция клеток в очаг воспаления
Фагоцитоз – это способность определенных клеток (фагоцитов) удерживать и переваривать плотные частицы. Это явление было открыто И. Мечниковым.
Фагоцитоз осуществляется микрофагами (нейтрофилами) и системой мононуклеарных макрофагов.
Мононуклеарные макрофаги
Система (MMS) включает следующие элементы:
- промоноциты (костный мозг);
- моноциты (кровь);
- тканевые макрофаги;
- гистиоциты соединительной ткани;
- печеночные клетки Куппера;
- легочные альвеолярные макрофаги;
- свободные и фиксированные макрофаги лимфатической ткани;
- плевру и перитонеальные макрофаги.
Клетки мононуклеарной системы объединяет общее происхождение гемопоэтических клеток и саморегуляция.
Моноцитопоэз
Моноцитопоэз – это стимулирующий фактор колонии фибробластов и фактор роста макрофагов, но он же подавляет (отрицательная саморегуляция) интерферон фибробластов и лейкоцитов и т. д.
Процесс фагоцитоза делится на четыре стадии:
- Приближение.
- Адгезия.
- Оседание;
- Стадия пищеварения.
Фаза приближения
Фагоцит приближается к объекту – бактериям, мервому клеточному элементу, инородному объекту. При движении под действием хемотаксиса цитоплазма фагоцита образует удлинения (псевдоподии).
Адгезия
Способствует образованию аминополисахаридов на поверхности фагоцитов и перекрытию фагоцитарного объекта белками сыворотки, особенно иммуноглобулинами. Последний механизм по сути является опсонизацией – бактерии и поврежденные клетки перекрываются с IgM, IgG и компонентами комплемента (C3, C5 и др.), что облегчает адгезию к фагоциту.
Адгезия
Поверхность фагоцита заряжена отрицательно, поэтому адгезия лучше, если объект, подлежащий фагоцитозу, заряжен положительно. Менее фагоцитарны отрицательно заряженные объекты, такие как опухолевые клетки.
Оседание
Этап фагоцитации объекта – путь инвагинации. Сначала фагоцит образует углубление, а затем фагосому – вакуоль, содержащую объект, подлежащий фагоцитозу. НАДН-зависимая оксидаза в мембране фагоцитов активируется до образования фагосом; в результате O2 превращается в O 2 ~ (супероксид-анион) и образуется H 2 O 2.
Эти продукты обладают бактерицидным действием, а также вызывают образование свободных радикалов. Под действием пероксидаз и каталаз H 2 O 2 расщепляется и высвобождается молекулярный O 2. Свободные радикалы и активный молекулярный O 2 действуют на мембрану фагоцита и объект, подлежащий фагоцитозу, активируя перекисное окисление липидов.
Липопероксиды и свободные радикалы неустойчивы к лизосомным мембранам и способствуют высвобождению лизосомальных ферментов.
Стадия пищеварения
Лизосомы присоединяются к фагосоме, содержащей фагоцитарный объект. Эти органеллы содержат все ферменты, необходимые для расщепления углеводов, белков, жиров и нуклеиновых кислот. В еще неактивной форме они попадают в вакуоль фагоцитов.
Пищеварительная вакуоль образуется при pH около 5,0, близком к оптимальному для лизосомальных ферментов. Активируются лизосомальные ферменты, и фагоцитарный объект постепенно переваривается. Во время стадии пищеварения проницаемость мембраны фагосомы увеличивается, содержимое фагосомы ускользает в цитоплазму, и микрофаг умирает (этому процессу способствует ацидоз). В этом случае фагоцитарный микроорганизм также может сохранять жизнеспособность.
Роль макрофагов в воспалительном процессе
Макрофаги начинают участвовать в фагоцитозе позже микрофагов. Макрофаги также более устойчивы к гипоксии и ацидозу, например, моноциты жизнеспособны даже при pH 5,5.
В очаге воспаления макрофаги выполняют несколько функций:
- Фагоцитируют бактериальные остатки, оставшиеся после эвакуации гноя и продуктов распада тканей – очищающая функция;
- Высвобождают лизосомальные ферменты – гиалуронидазу, аминопептидазу и др;
- Синтезируют компоненты системы комплемента и простагландины.
Взаимодействие макрофагов и лимфоцитов при хроническом воспалении
В то же время воспаленная тканевая среда также стимулирует образование фибробластов и фиброцитов. Постепенно появляется новая, богатая сосудами грануляционная ткань.
Фагоцитоз стимулируется продуктами повреждения тканей – внутриклеточные белки, ферменты, полипептиды, аминокислоты, электролиты и т. д., биологически активными веществами, половыми гормонами, тироксином, адреналином, лихорадкой. Но подавляется недостатком стимулирующих факторов, глюкокортикоидов, гликолортикоидов, ацетилхолина, ацетилхолина.
Фагоцитоз
Считается, что клетки плаценты и злокачественные опухоли способны секретировать вещество, которое подавляет функцию макрофагов, иммунологические реакции лимфоцитов и эмиграцию лейкоцитов, что приводит к значительному ослаблению или даже прекращению воспаления.
Объекты, которые фагоциты не могут переваривать, остаются в этих клетках в течение длительного времени и покрываются тонкой пленкой аминополисахаридов. После гибели фагоцитов они повторно фагоцитируются или выводятся из организма. Процесс, при котором фагоцит после переваривания высвобождает часть продуктов своего фагоцитоза в окружающую среду, называется экструзией.
Фагоцитоз – не единственный в организме механизм борьбы с воспалением. Большинство микроорганизмов погибают в условиях ацидоза, а также от ферментов, высвобождаемых во время гибели клеток и функционирования иммунокомпетентной системы.
Нейтрофилы во внеклеточном пространстве секретируют катионные белки, которые могут убивать ферменты без ферментов и фагоцитоза. Таким образом, воспалительные очаги постепенно избавляются от микроорганизмов и мертвых клеток.
Асептическое и острое воспаление
Дальнейшее течение воспаления зависит от того, является ли воспаление асептическим или бактериальным.
В асептических воспалительных условиях, например, вокруг хирургического шва, инородного тела, стенка микрофагов (нейтрофилов) начинает формироваться в течение нескольких часов, достигая максимума в течение дня.
Позже появляется следующий вал макрофагов, который достигает максимума через 2-3 раза. в день. Эмигрировавшие лейкоциты постепенно становятся неподвижными, больше не могут делиться и погибают в течение 3-5 дней. 2-3. на 5 сутки начинает формироваться стенка фибробластов, а на 5 сутки – соединительнотканная капсула.
Таким образом, в случае острого воспаления патогенный агент в организме преобразует белки, которые участвуют в реакции антиген-антитело, медиаторы и модуляторы воспаления, систему фагоцитов и миграцию клеток. В результате заканчивается острое воспаление. Однако, если инфекционные агенты попадают в участок асептического воспаления, например, в результате травмы, это воспаление становится септическим (бактериальным) воспалением.
Бактериальные воспалительные состояния бактерий и токсинов, не вызывающие гиперемии, экссудации и эмиграции лейкоцитов. Между клетками воспаленных тканей и особенно вокруг кровеносных сосудов накапливается все больше и больше микрофагов. Лизосомы микрофагов содержат множество активных ферментов, и эти клетки также начинают процесс фагоцитоза. При пальпации воспаленная ткань в это время кажется плотной, поэтому это называется стадией воспалительной инфильтрации.
По мере прогрессирования воспаления лейкоциты и те тканевые клетки, которые претерпели необратимые изменения во время воспаления, погибают. В этих клетках высвобождаются лизосомальные ферменты, которые расщепляют тканевые белки, белковые и липидные комплексы и другие структуры. Это стадия гнойного размягчения воспаления.
Эти стадии наблюдаются, например, у пациентов с гнойным воспалением перикарда (фурункул), гнойным воспалением апокринных потовых желез (гидраденит) и гнойным воспалением соединительной ткани (флегмона). При вдыхании воспаленная ткань выглядит мягкой, с характерным раскачиванием – флюктуацией. Образуется замкнутое скопление гноя – абсцесс.
Гнойное воспаление перикарда
Гной разрывается в направлении наименьшего сопротивления (либо наружу, либо внутри тела). Если гной попадает в кровоток (пемия), в организме может развиться множество очагов гноя, но под действием микроорганизмов и токсических веществ – угрожающее общее заболевание (сепсис, септикопиемия). Поэтому важно диагностировать накопление гноя и обеспечить хирургический дренаж гноя наружу.
Продолжение статьи
- Часть 1. Этиология и патогенез воспаления. Классификация.
- Часть 2. Особенности обмена веществ при воспалении.
- Часть 3. Физико – химические изменения. Роль нервной и эндокринной систем в развитии воспаления.
- Часть 4. Изменения в периферическом кровообращении при воспалении.
- Часть 5. Экссудация. Экссудат и транссудат.
- Часть 6. Эмиграция лейкоцитов. Хемотаксис.
- Часть 7. Фагоцитоз. Асептическое и острое воспаление.
- Часть 8. Распространение. Последствия. Принципы лечения воспаления.
Поделиться ссылкой:
Источник
Глава 5. Миграция клеток и воспаление
МЕХАНИЗМЫ КЛЕТОЧНОЙ МИГРАЦИИ
Выход лейкоцитов из сосудистого русла через эндотелий происходит в несколько этапов (первые три из них показаны на рис. 5.10).
Рис. 5.10. Три фазы адгезии лейкоцитов на примере нейтрофила (у лейкоцитов других типов и в иных ситуациях действу ют другие наборы молекул межклеточной адгезии). 1. Краевое стояние, связывание лейкоцитарного CD15 с Е-селектином приводит к замедлению и к постепенной остановке нейтрофила, когда он катится по эндотелию. 2. Активация, задержанный нейтрофил активируется, непосредственно взаимодействуя с компонентами поверхности клеток эндотелия или с хемокинами и другими хемотаксическими молекулами, присутствующими на эндотелии. 3. Прикрепление: активация мобилизует лейкоцитарные интегрины (CR3 и LFA-1) для связывания с ICAM-1, экспрессия которой на поверхности эндотелия индуцируется при активации.
• Краевое стояние: движение лейкоцитов по венуле замедляется и они катятся но эндотелию. Это обусловлено в основном взаимодействием селектинов с углеводными лигандами.
• Активация: остановленные лейкоциты подвергаются воздействию цитокинов, хемотаксических агентов, компонентов поверхности эндотелия и внеклеточною матрикса. Эти факторы способны активировать клетку и включить программу ее миграции.
• В результате прикрепления лейкоцитов и мобилизации интегринов повышается аффинность лейкоцитарных интегринов, которые взаимодействуют с эндотелиальными молекулами межклеточной адгезии и активируют клетку для миграции.
• Миграция: при участии нового набора молекул адгезии лейкоциты связываются с базальной мембраной эндотелия и проникают сквозь нее.
• Лизис: мигрирующие клетки выделяют ферменты, лизирующие коллаген и другие компоненты базальной мембраны эндотелия; это позволяет лейкоцитам проникнуть в ткань.
Молекулы межклеточной адгезии регулируют прилипание лейкоцитов и прохождение их через эндотелий
Для каждого типа перемещения клеток характерно участие специфического набора молекул адгезии и хемотаксических агентов.
Миграция лейкоцитов к очагу воспаления. Нейтрофилы появляются в очаге острого воспаления на его ранней стадии, и отчасти это обусловлено индукцией цитокинами экспрессии Е-селектина на поверхности эндотелия в этой области. Стимуляция клеток эндотелия in vitro такими цитокинами, как, например, фактор некроза опухолей а (ФНОα) или интерлейкин I (ИЛ-I) индуцирует депрессию Е-селектина спустя 4-12 ч. а через 24 ч она прекращается (рис. 5.11); аналогичным образом in vivo эта молекула межклеточной адгезии появляется на ранней стадии воспалительной реакции. Клетки, трансфицированные геном Е-селектина, экспрессируют его в значительном количестве, приобретая при этом выраженную способность связывать нейтрофилы. Все эти данные укалывают, что остановка нейтрофилов при участии Е-селектина – это первая необходимая стадия их миграции.
Рис. 5.11. Динамика экспрессии различных молекул межклеточной адгезии на клетках эндотелия пупочной вены человека после стимуляции ФНОα in vitro.
Важную роль в миграции нейтрофилов, лимфоцитов и моноцитов выполняют также экспрессируемые на лейкоцитах интегрины LFA-I и CR3, которые связываются с эндотелиальными молекулами межклеточной адгезии из суперсемейства иммуноглобулинов. Так, LFA-I связывается с ICAM-1 и ICAM-2 на эндотелии сосудов. В культуре клетки эндотелия конститутивно синтезируют ICAM-2; в связи с этим высказано предположение, что именно данный белок определяет фоновый уровень связывания лимфоцитов с эндотелием различных типов in vivo. Например, уровень экспрессии ICAM-2 на эндотелии мозговых сосудов в норме относительно низок и этому соответствует весьма незначительная трансэндотелиальная миграция лимфоцитов. Напротив, экспрессия ICAM-1, в норме низкая па поверхности эндотелия, может быть резко повышена цитокинами (ФНОα, ИЛ-I или ИФγ, в зависимости от вида животных). В условиях in vitroиндуцированная экспрессия IСАМ-1 наблюдается в период 8—96 ч после стимуляции (рис. 5.11), что соответствует более позднему прибытию в очаг воспаления in vivo лимфоцитов и моноцитов. Роль CR3 в привлечении фагоцитов показали опыты in vivo с использованием антител анти-СК3, которые, как было при этом установлено, подавляют миграцию данных клеток. У больных с дефицитом лейкоцитарной адгезии, подверженных в результате слабого накопления фагоцитов тяжелым инфекционным заболеваниям, отмечена недостаточность всех β2-интегринов (LFA-1, CR3, CR4). Следует отметить, что CR3 и LFA-1 связываются с разными участками ICAM-1.
Экспрессия VCAM-1, как и ICAM-I, индуцируется в области воспаления, причем in vitro индукция этих двух молекул происходит синхронно (рис. 5.11). (VCAM-1 связывается с интегрином α4β1, который экспрессируют лимфоциты некоторых субпопуляций, а также опосредует избирательную адгезию базофилов и эозинофилов, играя тем самым важную роль в аллергических реакциях.) Вместе с тем механизмы индукции Е-селектина. ICAM-1 и VCAM-1 у разных популяций лимфоцитов и клеток эндотелия на различных участках сосудистого русла тонко различаются. Это обеспечивает точную настройку миграции лейкоцитов сквозь эндотелий при воспалении и последовательное прибытие в очаг различных клеточных популяций. Прилипание лимфоцитов к эндотелию можно подавить антителами к молекулам межклеточной адгезии лимфоцитов или эндотелия либо растворимыми препаратами самих этих молекул. Именно на таком подходе основан новый способ лечения болезней иммунологического патогенеза.
Нормальная миграция лейкоцитов. Oписанные выше молекулы, регулирующие миграцию клеток в область воспаления, необходимо отличать от молекул, ответственных за нормальную миграцию лимфоцитов. Непримированные лимфоциты экспрессируют L-селектин, обеспечивающий связывание с углеводными лигандами на эндотелии ВЭВ (и принимающий участие в прилипании к эндотелию) в лимфоидных образованиях слизистых оболочек и в периферических лимфоузлах. Останавливаясь, например, в пейеровой бляшке, они могут связываться при участии интегрина α4β7 с МАdСАМ-1 на поверхности эндотелия. Поскольку интегрин α4β7 обеспечивает миграцию лимфоцитов в лимфоидную ткань слизистых оболочек, а интегрин α4β1 — связывание с VCAM-1 на активированном эндотелии или с фибронектином во внеклеточном матриксе, экспрессия той или другой из этих молекул означает различное направление миграции — непримированных лимфоцитов в нормальную лимфоидную ткань или активированных Т-клеток в очаг воспаления.
Взаимодействие лейкоцитов с внеклеточным матриксом. Пройдя сквозь эндотелий сосуда и проникнув в ткань, лейкоциты неминуемо должны взаимодействовать с белками внеклеточного матрикса (коллаген, ламинин, фибронектин и др.), а также с клетками ткани. Покинувшие кровеносный сосуд лимфоциты сразу теряют в результате энзиматического расщепления уже ненужный им L-селектин. Происходит смена функционального фенотипа: циркулировавшая клетка становится приспособленной к перемещению в тканях.
Многие из молекул лейкоцитарной поверхности, обеспечивающих взаимодействие с внеклеточным матриксом, входят в группу β1-интегринов; они названы «очень поздними антигенами» (verylate antigens, VLA), поскольку впервые были идентифицированы на поверхности Т-клеток в поздней стадии активации. Теперь все β1-интегрины называют VLA, хотя большинство их присутствует не только на лимфоцитах. Эта группа включает рецепторы для коллагена (VLA-2 и VLA-3), ламинина (VLA-3 и VLA-6) и фибронектина (VLA-3, VLA-4 и VLA-5). Сам факт появления некоторых из этих молекул, означающий отдаленный результат активации лимфоцитов, свидетельствует о выполнении клетками некой программы дифференцировки, в которой взаимодействие с внеклеточным матриксом — эго один из наиболее поздних этапов.
Хемотаксические молекулы стимулируют лейкоциты к миграции и определяют ее направление
Интегрины, с помощью которых лейкоциты проникают сквозь эндотелий, присутствуют на клеточной поверхности или, прежде чем попасть на нее, сохраняются во внутриклеточных гранулах; при этом большинство из них неактивно и для функционирования нуждается в исходящем от эндотелия сигнале активации. Сигнальные молекулы могут быть продуктами самого эндотелия или осевшими на нем пептидами, которые выделяет подлежащая ткань. Многие из сигнальных молекул обладают также хемотаксическими свойствами; в том числе это С5а, лейкотрнен-В4 и разнообразные низкомолекулярные цитокины, получившие общее название «хемокины» (рис. 5.12).
Рис. 5.12. Молекулы, вызывающие хемотаксис разных популяций лейкоцитов в зависимости от экспрессии на их поверхности специфических рецепторов. Некоторые из этих хемокинов оказывают на клетки хемотаксическое действие, другие – только активирующее.
Хемотаксическую активность клеток следует отличать от хемокинетической: хемотаксис – это направленная миграция клеток по градиенту концентрации хемотаксических молекул, а хемокинез — беспорядочное перемещение клеток. В основе направленной миграции лежит способность клетки отвечать на градиент концентрации хемотаксического медиатора при величине этого градиента между ее ведущим и концевым полюсами не менее 0,1%. Хемокинез связан с усилением общей подвижности клеток под действием того или иного медиатора, например гистамина.
Хемокины. Это группа хемотаксических гепарин-связывающих молекул, в которую входят не менее 25 низкомолекулярных цитокинов, в частности ИЛ-8 и RANTES1. Хемокины высвобождаются в очаге воспаления и могут связываться на поверхности эндотелия, взаимодействуя с сульфатными группами присутствующего на нем гепарина. Многие из этих цитокинов связывает также антиген DARC — групповой антиген крови системы Даффи, избирательно экспрессируемый на эндотелии венул. Связанные с поверхностью эндотелия хемокины могут вызывать повышение авидности интегринов на лейкоцитах в фазе «краевою стояния», остановленных при участии селектинов. Большинство хемокинов синтезируется лейкоцитами, однако ИЛ-8 и хемотаксический для макрофагов белок 1 (МСР-1. от англ. macrophage chemotactic protein-1) продуцирует, например, культура клеток эндотелия, причем активация этих клеток цитокинами, способствующими развитию воспаления, усиливает синтез. Хемокины и другие хемотаксические молекулы, рассматриваемые ниже, воздействуют на клетки посредством «змеевидных» рецепторов, обладающих семью трансмембранными сегментами. Различные змеевидные рецепторы (разной специфичности) избирательно распределены среди отдельных популяций лейкоцитов, чем отчасти можно объяснить избирательность действия различных хемокинов, например тот факт, что макрофагальный воспалительный белок Iβ (MIP- Iβ) стимулирует исключительно Т-клетки CD8+. Некоторые хемокины только активируют клетки, другие проявляют в первую очередь хемотаксические свойства, третьи сочетают обе функции. С чем связана необходимость!!таком разнообразии хемокинов, неясно, но можно предполагать, что за счет этого разнообразия возможна избирательная регуляция перемещения лейкоцитов как у поверхности эндотелия, так и в тканях.
Другие хемотаксические молекулы. Ряд белков вызывает хемотаксис нейтрофилов и макрофагов (рис. 5.12). Эти клетки имеют рецепторы для пептидов, блокированных на N-конце формилметионином, в частности рецептор, связывающий трипептид f.Met-Leu-Phe (f.MLP). Поскольку при трансляции всех белков у прокариот в отличие от эукариот инициаторной аминокислотой служит метионин, он и выполняет роль простого специфического сигнала присутствия бактерий, по направлению к которым должны устремиться фагоциты. Нейтрофилы и макрофаги имеют также рецепторы для С5а и лейкотриена В4. Оба эти хемоаттрактанта образуются в очаге воспаления: С5а — в результате активации комплемента, лейкотриен LTB4 — при активации разнообразных клеток, чаше всего макрофагов и тучных. Кроме того, хемотаксис фагоцитов вызывают молекулы, образуемые системой свертывания крови, прежде всего фибриновый пептид В и тромбин.
Клетки, прибывшие в очаг воспаления первыми, способны в результате активации вызвать следующую волну лейкоцитарной миграции. Так, активированные моноциты выделяют ИЛ-8, который может вызвать хемотаксис нейтрофилов и базофилов. Подобно этому, активация макрофагов приводит к метаболизированию арахндоновой кислоты с образованием и выделением лейкотриена В4.
_______________________
1RANTES – Regulated on Activation. Normal T-cell Expressed and Secreted – хемокин, выделяемый неиммунными Т-клетками при активации; мол. масса 7,8—8,7 кДа; хемоаттрактант для моноцитов и Т-клеток CD4+/CD45RO+. – Прим. перев.
Источник