Стадии фагоцитоза, их механизмы и расстройства

Процесс фагоцитоза подразделяется на 4 стадии:

1. Приближение к объекту фагоцитоза.

2. Прилипание фагоцита к поверхности объекта.

3. Погружение объекта в цитоплазму фагоцита.

4. Переваривание (Киллинг-эффект, деградация объекта).

Главным механизмом приближением служит хемотаксис. Хемотаксис – направленное движение живых клеток по градиенту концентрации какого-либо распознаваемого ими вещества. Вещества, привлекающие клетки, называются хемоаттрактантами. Они являются в то же время опсонинами, облегчая прилипание (опсонизацию). Наряду с хемотаксисом различают хемокинез – направленное увеличение локомоторной активности клеток под влиянием медиаторов воспаления.

Основные группы хемоаттрактантов:

1. Микроорганизмы и их продукты, в частности пептиды, содержащие N-формил-метионин, - аминокислоту, индуцирующую синтез любого из прокариотических белков. У лейкоцитов имеются рецепторы к трипептиду с этой аминокислотой, а эти трипептиды имеются у широкого круга бактерий.

2. Компоненты системы комплемента распознаются лейкоцитарными рецепторами и оказывают хемоаттрактивный и опсонизирующий эффект. На лейкоцитах имеется несколько типов комплемент-чувствительных рецепторов: CR₁, CR₂, CR₃, CR₄ и CR_5а. Рецепторы 1-4 типа распознают фрагменты С_3b, iС_3b и С_3dg. Рецепторы CR₁-типа служат для фагоцитоза иммунных комплексов. CR₂ является воротами для проникновения в лимфоциты вируса Эпштейна-Барр.

3. Продукты повреждения и метаболизма клеток являются хемоаттрактантами для лейкоцитов. Пуриновые рецепторы на поверхности фагоцитов позволяют им двигаться в сторону нарастания концентрации пуринов – продуктов распада ДНК и АТФ в центре альтерации. Данный эффект известен под названием некротаксиса. Хемоаттрактантами для макрофагов и фибробластов являются продукты деградации внеклеточных белков: фибрина (фибрин-пептид В), коллагена, а также фибронектин и тромбин. Лейкотриен В₄ и тромбоксан А₂ служат хемоаттрактантами для нейтрофилов, макрофагов и эозинофилов.

4. Некоторые другие медиаторы воспаления могут быть хемоаттрактантами: пептиды, привлекающие моноциты; нейтрофильные катионные белки, С-реактивный белок, цитокины ИЛ-1 и ФНО, тромбоцитарный фактор роста. Мастоциты выделяют хемотаксические факторы для эозинофилов (содержит лейкотриен В₄), нейтрофилов и лимфоцитов. Макрофаги выделяют ИЛ-8 – хемоаттрактант для нейтрофилов и базофилов. Фактор активации тромбоцитов (ацетилглицериновый эфир фосфохолина), выделяемый макрофагами, гранулоцитами и эндотелием, оказывает мощное хемоаттрактивное действие на все лейкоциты.

5. Иммунные комплексы и иммуноглобулины, особенно классов М и G, распознаются Fc-рецепторами лейкоцитов и оказывают хемоаттрактивный и опсонический эффект, как через факторы комплемента, так и непосредственно.

Способ направленного перемещения лейкоцитов по градиенту хемоаттрактантов раскрыт. Происходит «кэппинг» или перемещение большинства рецепторов на тот полюс, где существенная их часть (более 20%) занята хемоаттрактантами Концентрация рецепторов в виде кластера на одном из полюсов клетки, обращенном в сторону нарастания градиента, делает этот полюс ведущим.

Перемещение лейкоцита обеспечивается структурами цитоскелета: микрофиламентами и микротрубочками. Сопряжение функций цитоскелета и рецепции хемоаттрактанта достигается с участием ионов кальция. Локомоция осуществляется при участии системы Са-чувствительных и сократительными белков: актина, миозина, филамина, профилина, гельзолина и кальмодулина. Чем выше концентрация Са в том или ином участке эктоплазмы фагоцита, тем активнее гельзолин ассоциирует с актином и филамином, способствуя образованию ими гелеподобной структуры. Актин переходит из мономерной в фибриллярную форму. В то же время, Са-связывающий белок кальмодулин способствует сборке миозиновых молекул, что дает возможность миозину в комплексе с актином осуществлять сокращение.

Неодинаковое количество различных хемоаттактивных рецепторов на нейтрофилах и макрофагах частично определяет стадийность эмиграции лейкоцитов и состав экссудатов.

Для борьбы с фагоцитозом ряд микроорганизмов выделяет репелленты, вызывающие отрицательный хемотаксис фагоцитов и токсины, блокирующие локомоцию при хемотаксисе.

Прилипание лейкоцитов к объектам фагоцитоза связано с распознаванием поверхностных детерминант мишеней рецепторами фагоцитов. Некоторые объекты (многие бактерии и грибки-сахаромицеты) распознаются рецепторами хемоаттрактантов напрямую. Однако большинство объектов фагоцитоза нуждается в опсонизации, т.е. распознается только после прикрепления сывороточных факторов, к которым рецепторы фагоцитов обладают значительным аффинитетом. Эти сывороточные факторы получили название опсонинов.

Наиболее активны как опсонины иммуноглобулины (G₁ и G₃, в меньшей степени М и Е). Они распознаются Fcγ- или иными Fc-рецепторами. Фактор комплемента C_3b и его нестабильная форма iC_3b также оказывают опсониновый эффект через рецепторы CR₁- CR₃. Опсонизация в несколько раз увеличивает активность прилипания.

Прилипание фагоцитов к объектам фагоцитоза вызывает комплекс метаболических изменений, которые известны как «активация фагоцитов». Активация может быть достигнута и без фагоцитоза – компонентами микробных клеток (гликопептиды, липополисахариды и т.д.). Глюкокортикоиды блокируют активацию фагоцитов. Активацию фагоцитов подавляют некоторые продукты бактерий – «агрессины».

При активации в фагоците происходит метаболический взрыв. При этом клетка увеличивается, в ней резко усиливается интенсивность реакций пентозного пути и гликолиза, распадается гликоген. Происходит накопление НАДФН и ГТФ, которые затем будут обеспечивать энергетический синтез активных кислородных радикалов и работу элементов цитоскелета. Удельная теплопродукция лейкоцитов возрастает в 4-5 раз, увеличивается общее потребление кислорода фагоцитом.

При активации на поверхности фагоцита появляются дополнительные молекулы адгезии и белки 1 и 2 класса HLA. Происходит экзоцитоз, в ходе которого гранулоциты подвергаются дегрануляции и освобождают медиаторы воспаления, кумулированные в гранулах. Макрофаги выделяют ИЛ-1, ИЛ-6 и ФНО и активаторы фибринолиза. Активированные фагоциты увеличивают свою цитотоксическую, фагоцитарную и бактерицидную активность. В них начинается выработка активных кислородных радикалов.

В ходе активации фагоцитов их лейкопептидаза действует на иммуноглобулиновые опсонины и высвобождает из них пептиды – лейкокинины, в частности тафтсин (тетрапептид), который как и другие лейкокинины стимулируют активацию фагоцитов и тромбоцитов и усиливают фагоцитоз, способствуют пролиферации и функциям Т-лимфоцитов.

Погружение внешне выглядит как охват объекта фагоцитоза псевдоподиями или накат фагоцита на объект. Иногда механизм погружения уподобляют застегиванию молнии. В результате погружения объект оказывается в цитоплазме фагоцита, полностью окруженный фагосомой, созданной путем инвагинации и замыкания участка клеточной мембраны. При участии микрофиламентов цитоскелета и особых белков-фъзогенов, фагосома сливается с лизосомами и специфическими гранулами фагоцита, формируя фаголизосому, где и происходит завершающая стадия фагоцитоза.

Ингибируя с помощью антилектинов слияние фагосомы с лизосомой, некоторые микроорганизмы (возбудители коклюша, микобактерии, трипаносомы) мешают завершенному фагоцитозу и персистируют внутри макрофагов. При незавершенном фагоцитозе воспаление характеризуется затяжным течением и рецидивами. Макрофаги с персистирующими микробами могут быть простым резервуаром инфекции.

Иммуноглобулиновая опсонизация и действие цитокинов способствуют завершению фагоцитоза.

При прилипании и погружении происходит явление, образно названное «отрыжкой при питании» Суть – фагоцит освобождает часть содержимого гранул с медиаторами воспаления наружу. «Отрыжку при питании» рассматривают как разновидность экзоцитоза.

Если фагоцит прикрепляется к фиксированному в тканях материалу (иммунным комплексам на поверхности базальных мембран) или к непосильному по своим размерам для механизмов погружения макропаразиту (гельминты и их личинки), то наступает фрустированный фагоцитоз, сводящийся к орошению объекта и окружающих тканей цитотоксическим коктейлем фагоцита.

Деградация объекта фагоцитоза (переваривание) служит заключительной стадией фагоцитоза. Главную роль здесь играют кислородзависимые механизмы фагоцитов: галогенизация и перекисное окисление компонентов захваченных объектов с участием гипохлорита, перекиси водорода, синглетного кислорода, гидроксильных радикалов, супероксидного аниона, оксийодидов и оксида азота.

Вспомогательную роль выполняют бескислородные механизмы: катионные антибиотические белки, лактоферрин, лизоцим и, возможно, мочевина (бактерицидность последней используется стоматологами, доставляющими карбамид в зубную пасту).

После глубокого повреждения всеми этими агентами поверхностных структур захваченного фагоцитом объекта, последний становится добычей лизосомальных гидролаз, завершающих разрушение мишени. Из-за стадийного действия этих агентов рН в фаголизосоме изменяется поэтапно. Вначале реакция близка к нейтральной. Освобождение супероксид-аниона вызывает ощелачивание содержимого фаголизосомы, что способствует действию катионных белков, лактоферрина и дефензинов. Накачивание Н⁺ в фаголизосому меняет ее рН на кислый. При этом активируются кислые гидролазы, а лактоферрин продолжает действовать.