Врожденный иммунитет

Клиническая иммунология и аллергология. Ляликов С.А. 2015

Врожденный иммунный ответ при инфекциях, вызываемых внеклеточными возбудителями

• Система комплемента. Паттернраспознающие рецепторы
• Цитокины врожденного иммунитета
• Развитие воспаления

Генерализованная активация механизмов врожденного иммунитета

• Синдром системного воспалительного ответа. Сепсис
• Септический (эндотоксический) шок
• Синдром ДВС. Полиорганная недостаточность

Роль врожденного иммунитета в защите от вирусной инфекции

• Минорные субпопуляции T- и В-лимфоцитов

Заключение

Дополнительная информация

Проникновение патогенов во внутреннюю среду организма приводит к активации следующего этапа иммунной защиты – врожденного иммунного ответа (innate immunity). Врожденный иммунитет обеспечивается рядом клеток и молекул иммунной системы.

Главными клетками врожденного иммунитета являются нейтрофилы, моноциты/макрофаги, базофилы/тучные клетки, естественные киллеры, эозинофилы. Минорные субпопуляции лимфоцитов (γ:δ T-клетки и В 1 -лимфоциты) в связи с их морфофункциональными особенностями также относят к клеткам врожденного иммунитета. Значимую роль на этом этапе защиты играет эндотелий, эпителий и бокаловидные клетки.

Гуморальными факторами врожденного иммунитета являются белки острой фазы воспаления (БОФ), белки системы комплемента, иммуноглобулины класса М и цитокины (прежде всего ИЛ-1β, ИЛ-6, ИЛ-8, ИЛ-12, фактор некроза опухолей-α (ФНО-α), интерфероны-α и -β (ИФ-α и ИФ-β)), а также продукты активированных тучных клеток, тромбоцитов и базофилов.

Механизмы, участвующие в реализации врожденного иммунного ответа на внеклеточные и внутриклеточные инфекционные агенты, принципиально различаются.

Врожденный иммунный ответ при инфекциях, вызываемых внеклеточными возбудителями

Бактерии проникают во внутреннюю среду организма через эпителиальный барьер или поврежденные кожные покровы. Локально в месте проникновения развиваются основные этапы врожденного иммунного ответа.

Установить местоположение, «увидеть» агрессоров (внеклеточные микроорганизмы), показать к ним путь фагоцитам и запустить воспалительный ответ – главные задачи системы комплемента (СК).

Цитокины врожденного иммунитета

В ответ на внедрение патогенных микроорганизмов активируются паттернраспознающие рецепторы, что приводит к стимуляции синтеза и секреции цитокинов. Выделяют четыре основных семейства цитокинов, которые секретируются активированными клетками в рамках врожденного иммунного ответа:

• семейство ИЛ-1 – включает 11 членов, важнейшие из них ИЛ-1α, ИЛ-1β и ИЛ-18;
• семейство гемопоэтинов – включает факторы роста и дифференцировки неиммунных клеток, такие как эритропоэтин и соматотропный гормон, а также цитокины, обладающие функцией колониестимулирующих факторов, в том числе ИЛ-6, который стимулирует продукцию моноцитов и гранулоцитов костным мозгом;
• семейство фактора некроза опухолей – включает более чем 17 цитокинов;
• интерфероны I типа – основные представители ИФ-α и ИФ-β.

ИЛ-1β и ФНО-α стимулируют секрецию ИЛ-6, а последний, напротив, подавляет образование ИЛ-1 и ФНО-α, поэтому относится к цитокинам, завершающим развитие воспалительной реакции.

Развитие воспаления

Главным результатом активации СК и фагоцитов в ответ на внедрение патогенов является развитие воспаления в месте проникновения инфекции. Можно выделить две важнейшие функции воспаления:

• обеспечение поступления из крови к месту инвазии молекул и клеток, необходимых для удаления проникших патогенов;
• локальную индукцию тромбообразования с целью предотвращения распространения инфекции.

Обеспечение поступления молекул и клеток из крови к месту инвазии патогенов.

Компоненты комплемента С3a, С4a и С5a, а также гистамин, выделяемый тучными клетками, расширяют артериолы, что вызывает больший приток крови к месту инфицирования – в результате появляется локальная гиперемия (rubor) и повышение температуры тканей в очаге (calor). ФНО-α вместе с С3a, С4a и С5a повышает проницаемость сосудов для жидкости, клеток и белков. В результате локальной вазодилатации и повышенной сосудистой проницаемости жидкость начинает выходить из артериол, расположенных в зоне бактериальной агрессии, – формируется локальный отек тканей (tumor). Ток жидкости из сосудистого русла затрудняет диффузию веществ из очага воспаления в просвет сосуда. Этот механизм имеет очень большое значение – создается так называемый водный барьер, который препятствует попаданию в кровь микроорганизмов и продуктов воспаления. Кроме того, жидкость, выходящая из сосудов, несет в себе БОФ, защищающие ткани от повреждающего действия нейтрофильных ферментов и радикалов, а также растворенные иммуноглобулины и растворимые компоненты СК – вещества, необходимые для борьбы с инфекцией. Вода расширяет межклеточное пространство, обеспечивая более высокую подвижность нейтрофилов и тем самым повышая их эффективность. В очаге инфекции нейтрофилы фагоцитируют микроорганизмы, погибают и высвобождают в окружающее пространство не только активные вещества и ферменты, но и растворимые антигены. Накопление жидкости в очаге стимулирует лимфатический дренаж, благодаря которому поставляемые нейтрофилами растворимые антигены попадают по лимфатическим протокам в региональные лимфатические узлы, что имеет большое значение для развития адаптивного иммунного ответа. Остальная жидкость вместе с продуктами воспаления выводится бокаловидными клетками наружу в виде слизи.

Поскольку макрофаги – фиксированные или малоподвижные клетки, то основную работу по удалению внеклеточных микроорганизмов выполняют нейтрофилы, но при проникновении большого количества инфекционных агентов включается макрофагальный фагоцитоз. Благодаря наличию G-протеинсвязанных рецепторов, а также рецепторов к опсонинам макрофаг приближается к бактерии и приклеивается к ней. Стадии фаго64 цитоза у макрофага такие же, как у нейтрофила. Главным отличием является то, что макрофаг – многоразовый фагоцит. В этих клетках активность кислородного взрыва более низкая, поэтому после окончания фагоцитоза макрофаг не погибает, а может генерировать новые лизосомы и продолжать выполнять свои функции.

Активированные в результате связывания патогенов с PPRs макрофаги начинают продуцировать провоспалительные цитокины и хемокины, которые индуцируют и поддерживают воспаление, – ФНО-α, ИЛ-1β, ИЛ-6, ИЛ-8 (CXCL8). Выделенные цитокины привлекают из кровяного русла в очаг воспаления новые лейкоциты, в первую очередь нейтрофилы, – нарастает клеточная инфильтрация тканей.

В норме эндотелий мелких сосудов, проходящих в невоспаленной ткани, представлен плоскими клетками с небольшим количеством молекул адгезии на их поверхности. Появление в среде воспалительных медиаторов и цитокинов значительно стимулирует экспрессию селектинов на эндотелии. Этот процесс называется активацией эндотелия. Экспрессия P-селектина значительно увеличивается уже через несколько минут, а Е-селектина – через несколько часов после воздействия на эндотелий лейкотриена В 4 , компонента СК С5а, а также гистамина. ФНО-α и бактериальные липополисахариды (ЛПС) являются дополнительными стимулами, индуцирующими экспрессию селектинов эндотелием. Под микроскопом активированный эндотелий с высокой плотностью на нем молекул адгезии выглядит утолщенным или высоким. Селектины инициируют первый этап экстравазации – качение, взаимодействуя с молекулами SialylLewis x на поверхности нейтрофилов и моноцитов. Активированный эндотелий экспрессирует также молекулы ICAM-1 и ICAM-2, необходимые для второго этапа (плотная адгезия) выхода клеток из сосуда. Этот процесс значительно стимулируют ФНО-α и ИЛ-1. Молекулы ICAM-1 и ICAM-2 являются лигандами для экспрессируемых фагоцитами интегринов CR3 и LFA-1.

Хемокин CXCL8 (прежнее название ИЛ-8), выделяемый клетками в очаге воспаления, связывается со своим рецептором CXCL8R на пристеночно-катящихся лейкоцитах. В результате потенцируются адгезивные свойства интегринов, этап качения лейкоцитов вдоль сосудистого эндотелия прекращается – клетки выходят из сосуда в межклеточное пространство. Далее CXCL8 ведет нейтрофилы непосредственно в очаг воспаления.

Этот хемокин связывается с коллагеном, в результате образуется своего рода дорожка из этих молекул. По ней нейтрофил с помощью имеющихся на его поверхности рецепторов CXCL8R движется в направлении источника, секретирующего CXCL8, а значит в направлении места инфицирования. Хемокин CCL2 привлекает в очаг воспаления из системного кровотока моноциты, которые после выхода из сосуда превращаются в макрофаги. Также направляют движение фагоцитов после выхода из сосудов хемоаттрактанты С3а и С5а. ИЛ-1, ФНО-α и ИЛ-6 являются мощными стимуляторами фагоцитоза и киллинга и способствуют активному включению вновь вышедших из сосудов клеток в противоинфекционный ответ, а в результате – повышению в очаге воспаления концентрации ферментов и свободных радикалов, освобождающихся после гибели фагоцитировавших нейтрофилов. Чем больше инфекционных агентов проникло в слизистую, тем активнее макрофаги синтезируют провоспалительные цитокины, тем больше выходит из сосудов и разрушается нейтрофилов, тем выше риск повреждения собственных тканей ферментами и активными радикалами. Препятствует этому ИЛ-6, стимулирующий выработку БОФ макрофагами, фибробластами, эпителием. БОФ предохраняют собственные ткани от повреждения нейтрофильными ферментами и радикалами. Отек, продукты и медиаторы воспаления, накапливающиеся в очаге, могут вызывать боль (dolor) из-за раздражения нервных окончаний.

Локальная индукция тромбообразования. Под действием ФНО-α повышается адгезивность сосудистого эндотелия для тромбоцитов, активируется свертывание крови, в результате мелкие сосуды в области места воспаления тромбируются. Макрофаги и нейтрофилы также секретируют факторы, активирующие свертывание крови (лейкотриены, простагландины, PAF). В результате локальная окклюзия сосудов кровяными сгустками вместе с водным барьером препятствует попаданию микроорганизмов в системный кровоток и их распространению.

Активная миграция нейтрофилов в очаг воспаления может привести к быстрой эрадикации инфекционных агентов и завершению местного иммунного процесса. Диаметр артериол быстро восстановится, жидкость перестанет выходить из сосудов, отек уйдет, и локальные проявления воспалительной реакции исчезнут.

Таким образом, развитие локального воспаления является защитной реакцией, препятствующей распространению инфекции. При этом если водный барьер и тромбоз мелких сосудов в очаге эффективно препятствует всасыванию в кровь продуктов воспалительного процесса, то никаких клинических проявлений не будет. Вероятно, в большинстве случаев микробной инвазии иммунный ответ развивается именно по такому сценарию.

Несостоятельность водного барьера или недостаточная окклюзия тромбами местных сосудов, недостаточное количество нейтрофилов относительно числа бактерий, активный макрофагальный фагоцитоз и очень высокая концентрация цитокинов в очаге воспаления могут привести к тому, что цитокины поступят в кровяное русло. В результате этого процесса кроме локальных признаков воспаления появятся общие клинические симптомы, такие как повышение температуры тела, сосудистые реакции, нарушение самочувствия, снижение аппетита, изменения в анализах крови (лейкоцитоз, повышение СОЭ и БОФ).

Эти клинические проявления практически не зависят от этиологии инфекционного процесса и обусловлены действием провоспалительных цитокинов, в первую очередь ИЛ-1β, ФНО-α и ИЛ-6, попавших в системный кровоток.

Лихорадка. Одним из важных защитных механизмов является повышение температуры тела. ИЛ-1β, ФНО-α и ИЛ-6 (эндогенные пирогены) индуцируют ее посредством стимуляции синтеза простагландина E2 (PgE2) ферментом циклооксигеназой-2 (ЦОГ-2).

Простагландин E2 действует на гипоталамус, в результате повышается продукция тепла жировыми клетками и мышцами (сократительный термогенез), а также уменьшаются потери тепла через кожу в результате вазоконстрикции, обусловленной действием этих же цитокинов. Экзогенные пирогены (например, ЛПС) индуцируют лихорадку главным образом посредством стимуляции синтеза эндогенных пирогенов (ИЛ-1β, ФНО-α и ИЛ-6), в меньшей степени напрямую через TLR-4 активируют ЦОГ-2 и синтез ею PgE2. Лихорадка является защитной реакцией организма против патогенов, большинство из которых лучше размножаются при низких температурах. Кроме того, при повышении температуры тела усиливается процессинг антигенов и интенсивность адаптивного ответа. Лихорадка индуцирует синтез белков теплового шока во всех клетках нашего организма. Таким образом активируется один из наиболее древних механизмов защиты, который начал использоваться еще прокариотами и доказал свою значимость, устояв под давлением естественного отбора в процессе эволюции и сохранившись у человека.

Сосудистые реакции. ИЛ-1β, воздействуя на гипоталамус, вызывает повышенный выброс кортикотропинрилизинг гормона (КРГ), который индуцирует секрецию адренокортикотропного гормона (АКТГ) в передней доле гипофиза. АКТГ в свою очередь стимулирует выработку глюкокортикостероидов и катехоламинов, а также экспрессию рецепторов этих гормонов в периферических тканях. В результате уже в начале инфекционного заболевания могут появиться симптомы, обусловленные спазмом периферических сосудов: головная боль, зябкость, а также тахикардия и тахипноэ.

Нарушение аппетита и самочувствия. Первоначально ФНО-α назывался кахексином. Это название цитокин получил за свойство подавлять аппетит и снижать всасывание в кишечнике. ИЛ-1β стимулирует выработку КРГ, который является нейропептидом, принимающим участие в регуляции ряда психических функций. В целом действие КРГ на ЦНС сводится к усилению реакций активации, возникновению тревоги, страха, беспокойства, напряжения, ухудшению аппетита и сна.

Индукция острофазового ответа. ИЛ-6, в меньшей степени ИЛ-1β и ФНО-α, воздействуя на макрофаги, фибробласты, эпителиальные клетки в очаге воспаления, а затем и на гепатоциты печени изменяют профиль синтезируемых ими белков – индуцируют ответ острой фазы воспаления. По определению к белкам острой фазы относят белки, концентрация которых во время воспаления увеличивается или уменьшается на 20% и более. Белки, концентрация которых увеличивается, называются положительными БОФ, концентрация которых уменьшается, например альбумин, – отрицательными БОФ. В настоящее время к БОФ относят около 30 белков, выполняющих самые разнообразные функции.

Так, например, С-реактивный белок, концентрация которого при инфекционных процессах может увеличиваться в сотни раз, связываясь с фосфохолиновыми фрагментами или липополисахаридами клеточных стенок, опсонизирует бактерии и тем самым активирует фагоцитоз. Кроме того, СРБ может фиксировать C1q-компонент комплемента и инициировать активацию СК по классическому пути. Важной функцией СРБ является его способность связывать ДНК, которая в большом количестве высвобождается из гибнущих нейтрофилов. Связывая ДНК, С-реактивный белок препятствует ее презентации, снижая риск развития аутоиммунных процессов против собственных нуклеопротеидов.

К БОФ также относят некоторые белки системы комплемента, прежде всего маннозосвязывающий лектин и С3-компонент комплемента. Концентрация МСЛ в острофазовом ответе увеличивается в десятки раз. Связывая остатки маннозы на поверхности бактерий, МСЛ действует как опсонин, а также активирует комплемент по лектиновому пути. Уровень С3-компонента ключевого белка СК в острую фазу может увеличиваться в несколько раз.

Важную роль в ответе острой фазы играют ферменты α 1 антитрипсин, α 1 -антихимотрипсин, церулоплазмин и α 1 -кислый гликопротеин. Нейтрофилы, мигрирующие в очаг воспаления, являются гораздо более активными фагоцитами, чем макрофаги. Один нейтрофил может фагоцитировать 10–20 бактерий, но последующий кислородный взрыв происходит в нем настолько интенсивно, что продукты взрыва сначала разрушают объект фагоцитоза, затем – фаголизосому, а далее – сам нейтрофил. В результате все содержимое нейтрофила, в том числе ферменты и активные радикалы, попадает во внеклеточное пространство и может действовать на окружающие нормальные клетки, вызывая их гибель (аутолиз). Провоспалительные цитокины стимулируют миграцию клеток в очаг инфицирования, активируют фагоцитоз, а следовательно, и выделение из нейтрофилов веществ, потенциально опасных для собственных тканей. С другой стороны эти же цитокины стимулируют синтез α 1 -антитрипсина, α 1 -антихимотрипсина, которые инактивируют ферменты, вышедшие из нейтрофильных лизосом; α 1 -кислый гликопротеин, церулоплазмин действуют как антиоксиданты, нейтрализуя свободные радикалы.

Сурфактантные белки SP-A и SP-D (от англ. Surfactant Proteins – белки сурфактанта) так же, как и СРБ и МСЛ, являются опсонинами и относятся к БОФ. SP-A и SP-D секретируются в альвеолярную жидкость пневмоцитами и способствуют фагоцитозу оппортунистических респираторных патогенов, прежде всего Pneumocystis jirovecii (пневмоцистная пневмония – частая причина смерти пациентов, страдающих СПИДом).

Повышение СОЭ. Связано с изменениями в белковом составе крови: с увеличением концентрации таких БОФ, как СРБ и фибриноген, повышением содержания глобулинов (α 1 -, α 2 — и β-фракций), в состав которых входят БОФ, а также со снижением содержания альбумина. В состав α 1 -глобулинов входят такие БОФ, как α 1 -антитрипсин, α 1 -кислый гликопротеин, в состав α 2 -глобулинов – α 2 -макроглобулин, гаптоглобин, церулоплазмин, β-глобулинов – трансферрин, гемопексин, компоненты комплемента, β-липопротеиды, часть иммуноглобулинов, а γ-глобулинов – IgG, IgA, IgM, IgE.

Не все белки вносят одинаковый вклад в величину СОЭ, поскольку их концентрации при воспалении увеличиваются в разной степени. Наиболее значимо (в сотни раз) при воспалении увеличивается концентрация СРБ. Однако следует заметить, что повышение концентрации СРБ опережает нарастание

СОЭ и возвращается к норме быстрее, чем СОЭ. Большой вклад в увеличение СОЭ вносит фибриноген. Его концентрация увеличивается в 2–5 раз и напрямую коррелирует с величиной СОЭ. Фибриноген необходим для процесса тромбообразования. Тромбоз мелких сосудов в очаге воспаления препятствует попаданию микроорганизмов в системный кровоток и распространению инфекции. Среди глобулинов наибольшее значение в повышении СОЭ имеют концентрации таких БОФ, как α 1 -кислый гликопротеин и α 1 -антитрипсин (α 1 -глобулины) и гаптоглобин (α 2 -глобулин), которые увеличиваются, как и фибриноген, в 2–5 раз. Увеличение концентрации других БОФ не оказывает существенного влияния на СОЭ. Вклад γ-глобулинов в величину СОЭ начинает ощущаться в случае, когда их процент при нормальном общем количестве белка крови составляет 23–25% и более.

Лейкоцитоз. Увеличение количества циркулирующих нейтрофилов в крови происходит в результате выхода их из костномозгового депо под влиянием цитокинов (прежде всего ИЛ-1), продуцируемых макрофагами и дендритными клетками в очаге воспаления. Благодаря этому еще большее количество нейтрофилов, необходимое для борьбы с инфекцией, сможет попасть к месту микробной инвазии.

Локальные проявления воспаления. Кроме общих существуют еще локальные проявления воспаления, связанные с его локализацией. Если процесс локализован в дыхательных путях, то отек слизистой бронхов вызовет сужение дыхательных путей, что будет сопровождаться появлением свистящих хрипов и жесткого дыхания, повышенная экссудация приведет к появлению влажных хрипов. Описанным изменениям в бронхах также будет сопутствовать кашель. Массивный выброс гистамина тучными клетками может вызвать сокращение гладкой мускулатуры бронхов, что совместно с повышенной экссудацией и отеком проявится бронхообструктивным синдромом. На рентгенограмме в определенной стадии воспаления можно увидеть очаги за70 темнения, обусловленные локальным отеком ткани. Изменения на рентгенограмме будут сохраняться до элиминации инфекционного агента из очага воспаления. Если процесс локализуется в кишечнике, то появятся такие симптомы, как диарея со слизью и боли в животе, обусловленные спазмом гладкой мускулатуры кишечника вследствие действия гистамина на гладкую мускулатуру органа. При локализации воспаления в почках может быть боль в поясничной области за счет отека и растяжения капсулы органа. Вследствие сдавления воспалительным отеком собирательных трубочек может развиться олигурия вплоть до анурии. Белок в моче появляется в результате воспалительной экссудации, лейкоцитурия – по причине активной миграции лейкоцитов в тубулоинтерстициальную ткань.

Роль врожденного иммунитета в защите от вирусной инфекции

В развитии противовирусного врожденного иммунного ответа можно выделить две фазы. Первая фаза – это выработка интерферонов I класса (ИФ-α и ИФ-β) в ответ на активацию TLR-3, 7, 8 и 9, а также цитоплазматических рецепторов RIG-1 и MDA-5. Вторая фаза – активация натуральных (естественных) киллеров вследствие действия на них выделенных интерферонов (ИФ). Т-киллеры, клетки адаптивного иммунитета включаются в защиту позже, приблизительно на 3–4-е сутки от начала инфекции, но действуют гораздо более эффективно. Если врожденный иммунитет только сдерживает инфекцию, то реакции адаптивного иммунного ответа могут привести к полной ее элиминации.

В случае инфицирования клетки вирусом попавшие в цитоплазму нуклеиновые кислоты связываются специальными цитоплазматическими рецепторами – TLR-3, 7, 8 и 9, а также RIG-1 и MDA-5. Активация этих рецепторов приводит к передаче в ядро клетки сигнала, вызывающего экспрессию ряда генов, кодирующих цитокины, в том числе интерфероны I типа. Большинство клеток нашего организма в ответ на внедрение вирусов могут продуцировать α- и β-интерфероны. Однако некоторые клетки, в частности плазмоцитоидные дендритные клетки, при инфицировании вирусом синтезируют противовирусные интерфероны в 1000 раз большем количестве, чем все другие виды клеток.

Интерфероны I типа. Интерфероны играют важную роль в реализации неспецифической противовирусной защиты за счет следующих свойств:

• активируют макрофаги, дендритные клетки и естественные киллеры. Интерфероны α, β и некоторые цитокины (ИЛ-12), выделяемые макрофагами и дендритными клетками на ранних этапах встречи с инфекцией, усиливают киллерную активность NK в 25–100 раз;
• индуцируют продукцию хемокинов CXCL9, CXCL10, CXCL11, которые привлекают натуральные киллеры, макрофаги и Т-лимфоциты из кровяного русла к месту инфекции;
• ИФ-β, действуя на неинфицированные вирусами клетки, побуждает их синтезировать ИФ-α;
• увеличивают экспрессию молекул MHC I класса;
• активируют практически в любых клетках гены факторов противовирусной защиты. Среди этих факторов лучше всего изучены 2ʹ,5ʹ-олигоаденилатсинтетаза (ОАС), двухцепочная РНК-зависимая протеинкиназа (дцРНК-ПК) и белок Мх.

Олигоаденилатсинтетаза и дцРНК-ПК до момента инфицирования клетки вирусами находятся в неактивном состоянии и активируются только в присутствии вирусной РНК. В присутствии вирусных нуклеотидов ОАС катализирует образование аденинового тринуклеотида с особыми 2ʹ,5ʹ-фосфодиэфирными связями (нуклеотиды в нуклеиновых кислотах обычно связаны в 3ʹ,5ʹ-положении). Образовавшийся олигомер активирует эндорибонуклеазы, разрушающие вирусные РНК. Активная дцРНК-ПК подавляет функцию ядерного фактора NFκβ, eIF2, фактора активации транскрипции-3, в результате чего угнетается процесс транскрипции и тем самым нарушается репликация вируса. Кроме того, дцРНК-ПК усиливает высвобождение p53, который индуцирует апоптоз. Механизм противовирусной активности белков Мх1 и Мх2 пока недостаточно понятен.

Только известно, что мыши с дефектными генами Mx очень восприимчивы к вирусу гриппа. Таким образом, под действием ИФ-α неинфицированные соматические клетки приобретают средства защиты от вирусного инфицирования. В этих клетках активируются гены, продукты которых (ОАС, дцРНК-ПК и Мх) вызывают разрушение мРНК и подавляют трансляцию вирусных протеинов, тем самым защищая активированные интерфероном клетки от инфицирования. Именно этим обусловлено профилактическое применение интерферонов. Период полураспада защитных белков, синтезированных под действием ИФ, составляет 30–40 мин. Следовательно, после закапывания интерферона в нос противовирусная защита длится около 1,5–2 ч, что определяет кратность его применения.

Роль киллеров в противовирусной защите. Интерфероны увеличивают экспрессию молекул MHC I класса на всех типах клеток, что способствует презентации вирусных антигенов. Последние в составе молекул МНС I класса экспонируются на поверхности клетки, инфицированной вирусами. Т-киллеры распознают комплекс вирусный антиген–МНС I и уничтожают презентирующие его клетки.

Известно, что некоторые внутриклеточные патогены способны блокировать экспрессию молекул МНС I класса, что приводит к нарушению презентации вирусного антигена. Обнаружением таких клеток занимаются естественные киллеры. Усиление экспрессии МНС I защищает нормальные неинфицированные клетки от естественных киллеров: чем больше молекул МНС I, тем сильнее защита от естественных киллеров. Фибробласты и эпителиальные клетки в ответ на клеточный или метаболический стресс (при малигнизации или заражении вирусами и внутриклеточными бактериями) начинают синтезировать и экспрессировать на своей поверхности особые стрессассоциированные молекулы – MIC-A и MIC-B, являющиеся лигандами для активирующего киллинг-рецептора NKG2D. Рецептор NKG2D экспрессируют не только NK, но и γ:δ T-клетки, а также активированные CD8+Т-клетки. Активация NKG2D-рецепторов посредством молекул MIC-A и MIC-B играет большую роль в выявлении и уничтожении инфицированных клеток. Убитые киллерами, а также погибшие от повреждений, вызванных вирусами, клетки элиминируются макрофагами.

Минорные субпопуляции T- и В-лимфоцитов В организме человека имеются минорные субпопуляции T- и В-лимфоцитов (innate-like T-lymphocytes и B-lymphocytes), которые действуют как клетки врожденной иммунной системы.

γ:δ T-лимфоциты. Большинство Т-лимфоцитов представлено клетками адаптивного иммунного ответа, так называемыми α:β Т-лимфоцитами. γ:δ T-клетки являются минорной субпопуляцией Т-лимфоцитов и относятся к врожденной иммунной системе. У γ:δ T-лимфоцитов имеется ряд отличий от α:β Т-клеток. Так, Т-лимфоциты минорной субпопуляции, как правило, находятся в эпителии. Примерно на 20 обычных эпителиоцитов приходится одна

γ:δ T-клетка. Эти лимфоциты имеют очень ограниченный репертуар антигенспецифичных рецепторов и, как правило, распознают антиген непосредственно, а не в комплексе с молекулами MHC. Антигенами, активирующими γ:δ T-лимфоциты, являются молекулы, экспрессируемые клетками в ответ на стресс (белки теплового шока, молекулы MHC Ib класса, неортодоксальные нуклеотиды и фосфоли пиды). Основная задача γ:δ T-лимфоцитов – выявление в своем окружении и уничтожение инфицированных или поврежденных клеток, экспрессирующих стрессассоциированные молекулы.

В1-лимфоциты. К другой группе лимфоцитов, имеющих ограниченное количество антигенраспознающих рецепторов, относят В1-лимфоциты. Эти клетки составляют только около 5% всех В-клеток. В отличие от В2-клеток В1-лимфоциты имеют фенотип CD5+. Преобладающей популяцией В-клеток в организме являются В2-лимфоциты, которые связаны с адаптивным иммунитетом.

В1-лимфоциты образуются в костном мозге, но на ранних этапах постнатального периода мигрируют в серозные полости, где сохраняют способность к самостоятельному возобновлению популяции. Они не нуждаются в помощи T-хелперов и могут продуцировать антитела очень быстро, буквально через сутки после встречи с инфекцией. После связывания BCR с антигеном В1-лимфоциты активируются, превращаются в плазматические клетки и начинают синтезировать IgM (в слизистой кишечника – IgA). Если паратопы IgG очень точно совпадают по форме и пространственному расположению электрических зарядов с соответствующими эпитопами (трехмерными структурами молекул на поверхности антигенов) и тем самым обеспечивают высокую силу связывания, то антигенсвязывающая поверхность IgM относительно упрощена и благодаря этому может связывать различные более или менее подходящие по конфигурации эпитопы. Таким образом, у иммуноглобулинов класса М за счет более низкой афинности достигается более низкая специфичность, и тем самым расширяется спектр целевых антигенов. Это обеспечивает универсальность ответа. Кроме того, низкая афинность IgM за счет пентамерной структуры компенсируется высокой авидностью. IgM является самым сильным активатором комплемента по классическому пути среди всех иммуноглобулинов, что способствует быстрому развитию воспаления и существенно повышает эффективность фагоцитоза проникших микроорганизмов. Поскольку число В1-клеток ограничено, общее количество вновь синтезированного IgM невелико, однако локально в очаге воспаления уже в первые сутки после попадания бактерий в слизистую оболочку создается достаточно высокая его концентрация, необходимая для сдерживания инфекции в начале заболевания.

Заключение

Система врожденного иммунитета включает несколько различных компонентов. Среди гуморальных факторов этой системы особая роль отводится системе комплемента. Белки СК оповещают о вторжении в организм чужеродного, помогают фагоцитам обнаружить его и фагоцитировать. Кроме того, компоненты СК участвуют в запуске воспалительной реакции. Наиболее важными клетками врожденного иммунитета являются тканевые макрофаги, выполняющие двойную функцию. Во-первых, они обеспечивают защиту границ, уничтожая посредством фагоцитоза нарушившие ее микроорганизмы. Во-вторых, эти клетки имеют множество поверхностных и цитоплазматических датчиков (Toll-, NOD- и RIG-подобные рецепторы), распознающих патогены и их продукты, что приводит к активации сигнальных путей и синтезу провоспалительных и противовирусных цитокинов. Это, в свою очередь, стимулирует врожденные эффекторные механизмы, а также инициирует адаптивный иммунный ответ.

Врожденная иммунная система быстро реагирует на любую агрессию, ее механизмы направлены на локализацию и уничтожение инфекции, если это не удается сделать быстро, то в очаг воспаления рекрутируются дендритные клетки, их активация приводит к запуску адаптивного иммунного ответа. Следует отметить, что, действуя локально, механизмы врожденного иммунитета достаточно эффективно противодействуют инвазии патогенов, но в случае выхода в системный кровоток больших количеств провоспалительных цитокинов может произойти генерализация врожденного иммунного ответа – развитие смертельно опасных осложнений, таких как синдром системного воспалительного ответа, септический шок, синдром диссеминированного внутрисосудистого свертывания.

Дополнительная информация

Значение паттернраспознающих рецепторов.

У морского ежа Strongylocentrotus purpuratus в геноме имеется 222 различных гена TLRs, 200 генов NLRs, больше 200 генов рецепторовмусорщиков, что позволяет ему распознавать очень широкий спектр патогенов. Вместе с тем морские ежи не способны синтезировать антитела и используют для защиты только механизмы врожденного иммунитета. С появлением в процессе эволюции антигенспецифичных рецепторов и развитием более совершенного адаптивного иммунного ответа потребность в таком количестве PRRs отпала, ненужные рецепторы со временем были утрачены, а остались только наиболее важные. Значение тех или иных рецепторов особенно хорошо иллюстрируют случаи, когда этот рецептор отсутствует или, наоборот, проявляет избыточную активность вследствие полиморфизма кодирующих его генов. Мутации в гене TLR-3, приводящие к потере функции рецептора, способствуют развитию герпетического энцефалита. Мутации, приводящие к утрате способности синтезировать TLR-4, не совместимы с жизнью. Однако экспериментально установлено, что мыши, лишенные TLR-4, устойчивы к липополисахаридиндуцированному септическому шоку, но очень чувствительны к ЛПС-содержащим грамотрицательным бактериям, например к Salmonella typhimurium.

Мутации, вызывающие нарушение функции NOD2, приводят к потере способности клеток иммунной системы реагировать на мурамилдипептидбактериальной клеточной стенки, что проявляется уменьшением продукции дефензинов и других антибактериальных пептидов, в результате ослабевает барьерная функция кишечного эпителия и развивается болезнь Крона.

Активирующие функцию NOD2 мутации ассоциированы с синдромом Blau, который характеризуется спонтанным воспалением суставов, глаз и кожи. В результате таких мутаций рецептор генерирует сигнальный каскад в отсутствие лиганда, приводя к воспалению в отсутствие патогенов. При подагре кристаллы уратов, депонированные в хрящевых тканях суставов, активируют рецепторы NALP3, которые в свою очередь индуцируют выброс провоспалительных цитокинов, обусловливающих клинические проявления этого заболевания. Синдром наследственной периодической болезни, клинически проявляющийся беспричинными повышениями температуры тела (семейный холодовой аутовоспалительный синдром, или «familial cold infl ammatory syndrome», и синдром MuckleWells), связан с активирующей мутацией в NALP3. Макрофаги пациентов с этими состояниями в результате конституционной активации NFκβ спонтанно продуцируют ИЛ-1β и ФНО-α.

Пресепсин. Определение молекул CD14 имеет важное значение в диагностике сепсиса. В настоящее время считается, что одним из наиболее точных маркеров сепсиса является пресепсин, который представляет собой не связанную с мембраной молекулу CD14, выделяемую в циркуляцию фагоцитами в процессе фагоцитоза. Когда макрофаг связывает бактериальный ЛПС, происходит активация TLR-4, связанная с ним молекула CD14 теряет свою трансмембранную часть, отсоединяется от клетки и становится свободной, растворимой. Однако в эксперименте было показано, что введение животным только свободного ЛПС не вызывает повышение пресепсина.

Оказалось, что пресепсин – это часть молекулы CD14. Небольшой фрагмент молекула CD14 утрачивает в результате действия особого фермента – катепсина, находящегося в фаголизосоме. Липополисахарид в отсутствие самой бактерии не вызывает активацию фагоцитоза. Следовательно, фаголизосома, содержащая катепсин, не формируется и пресепсин не образуется. В случае проникновения бактерий (в том числе грамположительных) образование пресепсина увеличивается в десятки и даже сотни раз, причем происходит это очень быстро, буквально в течение первых суток от начала заболевания и по крайней мере на неделю раньше, чем значимо повышается концентрация другого маркера септического процесса – прокальцитонина. Пресепсин может служить новым высокоспецифичным и высокочувствительным ранним маркером сепсиса, поскольку раньше и быстрее, чем другие известные маркеры, отражает его динамику.

Цитокины. Цитокины – разнообразные белки, участвующие в межклеточной передаче сигналов в ходе иммунного ответа. Можно выделить три относительно автономные группы клетокпродуцентов цитокинов: моноциты (макрофаги), синтезирующие цитокины, участвующие в реакциях врожденного иммунитета; лимфоциты, цитокины которых обеспечивают развитие антигенспецифической составляющей иммунного ответа (адаптивный иммунитет); стромальные соединительнотканые клетки, которые вырабатывают цитокины, влияющие преимущественно на клеточную пролиферацию (гранулоцитарный колониестимулирующий фактор – Г-КСФ, гранулоцитарно-моноцитарный колониестимулирующий фактор – Г-М-КСФ, моноцитарный колониестимулирующий фактор – М-КСФ; ИФ-β, трансформирующий фактор роста – ТФР-β, ИЛ-6, -7, -8, -11).

Синтез цитокинов стромальными клетками стимулируют бактериальные продукты, это может приводить к формированию экстрамедуллярных очагов кроветворения. ИЛ-1β – провоспалительный цитокин, стимулируя выработку циклооксигеназы-2, повышает образование простагландина PgE и вызывает повышение температуры. Стимулирует выработку катехоламинов и глюкокортикостероидов, что проявляется сосудистыми реакциями. Вызывает выброс клеток из костномозгового депо, стимулирует продукцию ИЛ-6. Локально активирует сосудистый эндотелий и лимфоциты, увеличивает доступ эффекторных клеток в место инфицирования, стимулирует апоптоз клеток, может вызвать деструкцию ткани.

ФНО-α – провоспалительный цитокин, стимулируя выработку циклооксигеназы-2, повышает образование простагландина PgE и вызывает повышение температуры. Подавляет аппетит, нарушает процессы всасывания в кишечнике, вызывает вазодилатацию. Активирует сосудистый эндотелий и увеличивает сосудистую проницаемость, что ведет к усилению поступления IgG, комплемента и клеток в ткани, увеличивает дренаж тканевой жидкости и лимфы в лимфатические узлы. Повышает свертываемость крови в сосудах в очаге воспаления, что препятствует распространению инфекции. Стимулирует пролиферацию фибробластов, т.е. способствует заживлению поврежденных тканей. Стимулирует миграцию дендритных клеток из периферических тканей в лимфатические узлы, где они созревают и превращаются из фагоцитирующих клеток в антигенпрезентирующие.

ИЛ-6 – провоспалительный цитокин, стимулируя выработку циклооксигеназы-2, повышает образование простагландина PgE и вызывает повышение температуры. Индуцирует продукцию БОФ печенью при попадании в системный кровоток. Мощный активатор лимфоцитов и стимулятор продукции антител. Индуцирует продукцию БОФ макрофагами, эпителием и фибробластами локально в месте инфекции.

ИЛ-8 (хемокин CXCL8) – хемоаттрактант, который стимулирует выход нейтрофилов, базофилов и T-клеток из сосудистого русла в очаг инфекции. Активирует нейтрофилы и вызывает их дегрануляцию. Стимулируя ангиогенез, играет роль в процессах репарации. ИЛ-12 в рамках врожденного иммунного ответа активирует NK, стимулируя выработку ими большого количества ИФ-γ. Индуцирует дифференциацию наивных CD4T-клеток в T-хелперы I типа. Большинство эффектов связано с адаптивным иммунитетом. Белки острой фазы воспаления подразделяются следующим образом.

А. Положительные БОФ:

• пентраксины: С-реактивный белок, сывороточный амилоид А, пентраксин-3;
• транспортные белки: маннозосвязывающий протеин, гаптоглобин, гемопексин, церулоплазмин, орозомукоид (α 1 -кислый гликопротеин), преальбумин, липокалины;
• протеазы: трипсиноген, эластаза, катепсины, гранзимы, металлопротеиназы, триптазы, химазы;
• ингибиторы протеаз: α 2 -макроглобулин, α 1 -антитрипсин, α 1 -антихимотрипсин;
• компоненты комплемента: C1-ингибитор, компоненты комплемента С2, С3, С4, фактор В, МСЛ;
• факторы свертывания крови: фибриноген, протромбин, фактор VIII, плазминоген;
• прочие белки: ангиотензиноген, фибронектин, ферритин, прокальцитонин, ЛПС-связывающий белок.

Б. Отрицательные БОФ:

• транспортные белки: трансферрин, ретинолсвязывающий
• белок;
• компоненты комплемента: пропердин;
• факторы свертывания крови: фактор ХII;
• прочие белки: альбумин, липопротеиды низкой и очень низкой плотности.

Строение клеточной стенки бактерий. По типу строения клеточной стенки бактерии делятся на 4 группы: грамположительные и грамотрицательные бактерии, микобактерии и спирохеты.

Микробы всех типов обладают цитоплазматической мембраной и пептидогликановой клеточной стенкой. Грамотрицательные бактерии имеют наружную мембрану, внешний слой которой содержит ЛПС. Некоторые бактерии несут на своей поверхности фимбрии или жгутики, многие покрыты защитной капсулой. Эти поверхностные структуры могут препятствовать фагоцитозу или действию комплемента, но они же являются мишенью для антител. Антитела к антигенам фимбрий, некоторым капсульным антигенам и липотейхоевым кислотам блокируют прикрепление бактерий к плазматической мембране клеток хозяина. Активированный антителами комплемент разрушает наружную мембрану грамотрицательных бактерий. Антитела непосредственно блокируют белки бактериальной поверхности, ответственные за поглощение питательных веществ из внешней среды.

Антитела к М-белкам и капсульным антигенам бактерий опсонизируют бактериальные клетки для фагоцитоза, осуществляемого при участии Fc- и С3-рецепторов фагоцитов.