Значение апоптоза в физиологических и патологических процессах

Апоптоз играет важную роль в развитии млекопитающих и в различных патологических процессах. Функционирование bcl-2 требуется для поддержания жизнеспособности лимфоцитов, меланоцитов, эпителия кишечника и клеток почек во время развития эмбриона. bcl-x необходим для ингибирования смерти клеток в эмбриогенезе, особенно в нервной системе. Baxнеобходим для апоптоза тимоцитов и поддержания жизнеспособности сперматозоидов во время их развития. р53 является геном супрессии опухолей, поэтому в эмбриогенезе особой роли не играет, но обязательно необходим для супрессии опухолевого роста. Мыши, у которых отсутствовали оба р53 гена, проявляли чрезвычайно высокую склонность к развитию злокачественных опухолей в результате полного или частичного нарушения апоптоза предопухолевых клеток. Усиленный синтез белка, кодируемого bcl-2 геном, приводит к подавлению апоптоза и, соответственно, развитию опухолей; данный феномен обнаружен в клетках В-клеточной фолликулярной лимфомы.

Тема 10. ПРОТИВОМИКРОБНЫЕ И ПРОТИВОПАРАЗИТАРНЫЕ ИММУННЫЕ МЕХАНИЗМЫ

Иммунитет к вирусам

Все вирусы являются облигатными внутриклеточ­ными патогенами. Защита организма от вирус­ных инфекций направлена в первую очередь на замедление репликации вируса, а затем на устра­нение инфекции.

Ответом на вирусы может быть

-выработка интерфе­рона,

-антительный ответ

-и клеточно-опосредованный иммунитет.

Важным начальным механиз­мом зашиты является выработка интерферонов различных типов, таких как

-IFNα — лейкоцита­ми,

-IFNβ — фибробластами

-и IFNβ — Т- и NK-клетками.

Интерфероны являются противовирус­ными белками или гликопротеинами, вырабаты­ваемыми многими типами клеток организма мле­копитающих в ответ на вирусную инфекцию (или другие индукторы, такие как двухцепочечная РНК).

Интерфероны выступают в качестве ран­него защитного механизма.

Вырабатываемые ин­фицированными клетками IFNα и IFNβ переме­щаются к соседним клеткам и активируют гены, которые препятствуют репликации вируса.

Эти ин­терфероны также стимулируют продукцию моле­кул МНС I класса и протеозомных белков, кото­рые увеличивают способность инфицированных вирусами клеток презентировать пептиды виру­сов Т-клеткам.

ПРОТЕАСО́МА (от англ. protease — протеиназа и лат. soma — тело) — очень крупная мультисубъединичная протеаза, присутствующая в клетках эукариот, архей и некоторых бактерий.

В эукариотических клетках протеасомы содержатся и в ядре, и в цитоплазме.

Основная функция протеасомы — протеолитическая деградация ненужных и повреждённых белков до коротких пептидов (4—25 аминокислотных остатков), которые затем могут быть расщеплены до отдельных аминокислот.

Более того, IFNα и IFNβ активи­руют NK-клетки, которые распознают и убивают инфицированные вирусом клетки организма, уменьшая таким образом продукцию вирусов.

Натуральные киллеры характеризуются спо­собностью убивать определенные клетки опухо­лей in vitro без предварительной сенсибилизации и обеспечивают раннюю защиту клеток от виру­сов.

Позднее в процессе инфекции, когда стано­вятся доступными антитела к вирусным анти­генам, NK-клетки могут устранять клетки орга­низма, инфицированные вирусами, посредством антителозависимой клеточно-опосредованной цитотоксичности(АЗКЦ).

Они также продуциру­ют IFNγ — сильный активатор макрофагов, ко­торый помогает примировать иммунную систе­му к выработке адаптивных иммунных ответов.

Белки системы комплемента повреждают обо­лочку некоторых вирусов, обеспечивая опреде­ленную степень защиты при ряде вирусных ин­фекций.

Гуморальный ответ приводит к выработке антител к вирусным белкам.

Некоторые антитела могут предотвращать проникновение вирусов в другие клетки.

Такие антитела называют нейтрализующими.

Из них наи­более активным изотипом противовирусных ан­тител является IgG.

Опсонизация представляет собой конвергенцию гуморального и клеточного механизмов иммунитета.

Соединившись посред­ством своего Fab-фрагмента с вирусным антиге­ном на поверхности инфицированной клетки, IgG соединяется также с Fc-рецепторами клеток не­которых популяций, таких как NK-клетки, мак­рофаги и ПМЯ клетки(полиморфно ядерные).

Эти клетки могут фагоци­тировать и/или повреждать инфицированную ви­русом клетку (АЗКЦ).

Антитела к белкам вируса могут предотвращать инфекцию, вмешиваясь в процесс прикрепления вируса к клетке организма.

Выработка секретор­ного IgA может защитить организм, предотвра­щая инфицирование эпителиальных клеток сли­зистых поверхностей.

Антитела также могут вме­шиваться в развитие вирусной инфекции путем агглютинации вирусных частиц, а также активи­руя комплемент на поверхности вирусов и спо­собствуя фагоцитозу вирусных частиц макрофа­гами.

Ответ со стороны антител призван ограни­чить распространение вирусов и способствовать разрушению инфицированных клеток организма посредством АЗКЦ.

Таким образом, эффективный ответ со стороны антител на вирусы включает выработку антител, которые:

• нейтрализуют (или препятствуют проявлению) способность к инфицированию вирусом чув­ствительных клеток организма;

• фиксируют комплемент и способствуют по­вреждению комплементом вирионов;

• ингибируют ферменты вируса;

• способствуют опсонизации вирусных частиц;

• способствуют АЗКЦ клеток, инфицированных вирусами.

Инфицирование эпителия респи­раторного тракта вирусом гриппа ведет к его раз­множению в эпителиальных клетках и распрост­ранению на прилежащие клетки эпителия.

Соот­ветствующий и достаточный иммунный ответ бу­дет включать действие антител на поверхности эпителия.

Это действие может осуществляться посредством секреции в данном месте IgA или экстравазации IgG или IgM.

Однако некоторые вирусные заболевания, такие как корь и полио­миелит, начинаются с инфицирования эпителия слизистых оболочек (респираторного или кишеч­ного тракта соответственно), но основные пато­генетические эффекты проявляются после гема­тогенного распространения и достижения других тканей-мишеней.

Антитела, находящееся на по­верхности эпителия, могут защищать от вируса, но то же самое могут сделать и антитела, цирку­лирующие в крови.

Однако как только вирус прикрепляется к клет­ке, он обычно не может быть вытеснен антите­лом.

Таким образом, эффективный ответ со сто­роны антител обычно бывает недостаточным для устранения вирусной инфекции, особенно когда вирус расположен внутри клеток организма.

Для устранения развившейся вирусной инфекции обычно требуется эффективный клеточно-опосредованный ответ специфическими CD4⁺- и CD8⁺-Т-клетками.

CD4⁺-Т-клетки вырабаты­вают важные цитокины, стимулирующие воспа­лительные реакции в местах вирусной инфекции и активирующие функцию макрофагов.

Цитотоксические CD8⁺-Т-клетки (цитотоксические Т-лимфоциты — ЦТЛ) являются основными эффекторными клетками в противовирусных реакциях. CD8⁺-T-клетки могут распознавать ви­русные антигены в составе молекул МНС I клас­са и убивать клетки организма, содержащие ви­русы.

Поскольку молекулы МНС I класса экспрессируются большинством типов клеток организ­ма, CD8⁺-Т-клетки могут распознавать многие типы инфицированных клеток.

Однако при некоторых инфекци­ях, вызванных нецитопатическими вирусами, та­кими как вирус гепатита В, CD8⁺-Т-клетки могут вызывать повреждение ткани.

Нецитопатические Вирусы - вирусы с низкой репликативной активностью и наличием мутаций в вирусном геноме, приводящие к нарушению синтеза вирусных антигенов и к подавлению их экспрессии.

Поэтому хрониче­ская инфекция, вызванная вирусом гепатита В, может привести к развитию хронического воспа­ления и повреждению клеток печени, что вызы­вает фиброз и прогрессирующую недостаточность органа.

Иммунитет к бактериям

Защита организма от бактериальных патогенов достигается посредством различных механизмов, включающих как гуморальный, так и клеточный иммунитет.

Антибактериальная защита включа­ет лизис бактерий посредством антител и комп­лемента, опсонизацию и фагоцитоз с последующим удалением фагоцитированных бактерий печенью, селезенкой и другими компонентами ретикуло-эндотелиальной системы.

Бактерии и их продук­ты эндоцитируются АПК, такими как макрофа­ги и дендритные клетки, и процессируются.

Пеп­тиды, получающиеся в результате такого процессирования, презентируются T-клетками в моле­кулах МНС II класса.

Этот процесс усиливает ответ организма, поскольку Т-клетки вырабатывают цитокины, активирующие макро­фаги и привлекающие дополнительные воспали­тельные клетки.

Бактериальные патогены в зависи­мости от состава их клеточных стенок и мембран можно условно разделить на четыре класса:

-громположительные,

-грамотрицательные,

-микобактерии

-и спирохеты.

Некоторые грамположительные и грамотрицательные бактерии создают полисахаридные капсулы.

Другой важной характеристи­кой бактериальных патогенов является их при­надлежность к внутриклеточнымили внеклеточ­нымпатогенам.

Грамположительные бактерии

Грамположительные бактерии имеют плотную клеточную стен­ку, состоящую из сложного перекрестно соеди­ненного пептидогликана, позволяющего бактери­ям окрашиваться кристаллическим фиолетовым (отсюда название «грамположительные»).

Кроме толстого слоя пептидогликана клеточная стенка грамположительных бактерий содержит тейхоивые кислоты, углеводороды и белки.

Тейхоевые кислотыиммуногенны и составляют основные анти­генные детерминанты грамположительных бакте­рий.

ТЕЙХОЕВЫЕ КИСЛОТЫ (от греч. τειχος, «стена») — линейные углеводные фосфатсодержащие гетерополимеры.

Этот тип клеточной стенки обеспечивает их толстым защитным слоем, который делает бакте­рии резистентными к лизису системой компле­мента.

В защите против грамположительных бак­терий участвуют специфические антитела,ответ­ственные за обеспечение опсонинами и фагоци­тирующими клетками, такими как нейтрофилы и макрофаги.

Они захватывают и разрушают бакте­рии.

Опсонизацияи фагоцитозсвязаны с действием IgG и IgM, как самостоятельным, так и совмест­ным с СЗb.

Альтернативный путь активации ком­племента может запускаться непосредственно бак­териальной стенкой грамположительного возбу­дителя и приводить к депонированию опсонинов комплемента на поверхности клетки, а также вы­работке медиаторов воспалительной реакции.

Хотя система комплемента и непосредственно не уча­ствует в лизисе грамположительных бактерий, она обеспечивает появление опсонинов и медиаторов воспаления, которые играют основную роль в за­щите организма.

Грамотрицательные бактерии

Грамотрицательные бактерии не окрашиваются кристаллическим фиолетовым.

Слоистая структура их клеточной стенки состоит из наружной и внут­ренней мембран, разделенных тонким слоем пеп­тидогликана в периплазматическом пространстве.

Таким образом, грамположительные и грамотри­цательные бактерии сильно отличаются по струк­туре клеточной стенки.

Наружная мембрана грамотрицательной бактерии содержит липополисоха-рид(ЛПС), известный так же как эндотоксин.

Полисахаридная часть ЛПС обладает антигенны­ми детерминантами, которые обусловливают ан­тигенную специфичность.

Многие штаммы грамотрицательных бактерий содержат варианты с раз­личными структурами ЛПС, которые серологи­чески могут быть определены как серотипы.

Для человека ЛПС является сильным токсином и мо­жет вызвать

-сердечно-сосудистый коллапс,

-гипотензию и шок в период инфекции, вызванной грамотрицательными бактериями.

Альтернатив­ный путь комплемента может быть активирован непосредственно ЛПС, находящимся на стенке грамотрицательной бактерии или на ее полисахаридной капсуле, действующей на СЗ.

Актива­ция альтернативного пути ведет к выработке хемотаксических молекул СЗа и С5а, а также опсонина СЗb, что может привести к бактериологи­ческому действию со стороны мембраноатакующего комплекса С5 — С9. Способ­ность системы комплемента лизировать некото­рые грамотрицательные бактерии напрямую яв­ляется важным отличием от грамположительных бактерий, которые невосприимчивы к опосредо­ванному комплементом лизису благодаря толсто­му слою пептидогликана.

Защиту от грамотрицательных бактерий обеспечивают

-система ком­племента,

-специфические антитела

-и фагоцити­рующие клетки.

Микобактерии

Стенки микобактерии отличаются от стенок грамположительных и грамотрицательных бактерий.

Они характеризуются высоким содержанием липида, который затрудняет окрашивание бактерий.

Другим свойством стенки микобактерии является кислотоустойчивость, которая позволяет им удер­живать краситель после обработки кислотой.

Ра­стут микобактерии медленно.

Они обладают гид­рофобными поверхностями, что обусловливает их скопление в группы.

Компоненты микобактериальных стенок в период инфекции вызывают силь­ные иммунные ответы, такие как реакции гипер­чувствительности замедленного типа(ГЗТ), ко­торые и дают основание для проведения тубер­кулинового теста.

Реакции гиперчувствительно­сти на белки микобактерии могут быть вовлече­ны в патогенез микобактериальных инфекций.

Микобактерии вызывают сильный антительный ответ, хотя роль гуморального иммунитета в за­щите от микобактерии не определена.

Основны­ми механизмами зашиты от микобактерии явля­ются макрофагии клеточно-опосредованный им­мунитет.

Спирохеты

Спирохеты являются спиралевидными микроор­ганизмами.

К их числу принадлежат возбудители сифилиса (Treponema pallidum) и болезни Лайма (Borrelia burgdorferi).

Спирохеты не обладают та­кими стенками, как грамположительные, грамот-рицательные бактерии и микобактерии.

Вместо этого у них есть тонкая наружная мембрана, со­держащая небольшое число белков.

В защите организма от спирохет важную роль играют

-ком­племент,

-специфические антитела

-и клеточно-опосредованный иммунитет.

Иммунитет к паразитам

К паразитам относится разнородная группа па­тогенов, таких как одноклеточные простейшиеи гельминты.

Многие паразиты характеризуются разнообразием тканевых стадий, которые могут различаться по клеточному расположению и ан­тигенному составу, создавая, таким образом, серь­езную проблему для иммунной системы.

Разно­образие паразитов таково, что обобщения отно­сительно эффективных механизмов зашиты от них организма сделать трудно.

Однако ясно, что врожденныеи адаптивные механизмы чрезвычай-

но важны для защиты от паразитарных инфек­ций.

Некоторые паразиты являются простейши­ми одноклеточными эукариотами, которые мо­гут существовать как в метаболически активной форме, называемой трофозоитом, так и в неак­тивной тканевой форме, известной как циста. Среди заболеваний, вызванных простейшими, можно назвать

-амебиаз,

-малярию,

-лейшманиоз.

-трипаносомоз

-и токсоплазмоз.

Защита от про­стейших осуществляется такими механизмами, как врожденный и адаптивный гуморальный и клеточный иммунитет, однако их относительная важность может изменяться в зависимости от конкретного патогена.

Некоторые паразиты из простейших, например трипаносомы, способны активировать систему комплемента по альтерна­тивному пути.

Активация комплементавместе с фагоцито­зом, осуществляемым нейтрофилами и макрофа­гами (компонентами врожденной иммунной си­стемы), обеспечивает существенную степень за­шиты от многих паразитарных патогенов.

Для многих протозойных(т.е простейшими) инфек­ций, таких как амебиаз, малярия и трипаносо­моз, гуморальный иммунитет в форме антител опосредует защиту от инфекции.

Однако для ос­тальных протозойных инфекций, таких как лейш­маниоз и токсоплазмоз, более важен клеточный иммунитет.

Другими паразитами являются многоклеточные черви, называемые гельминтами.

В отличие от дру­гих патогенных микроорганизмов гельминты яв­ляются крупными макроскопическими организ­мами величиной от 1 см до 10 м.

Это является особой проблемой для защитных сил организма.

Для борьбы с гельминтозами необходимо слож­ное взаимодействие между тканевыми и иммун­ными реакциями.

Суще­ствует общее мнение, что такие компоненты врож­денной иммунной системы, как эозинофилыи тучные клетки,являются важными эффекторными клетками для борьбы с гельминтами, но мно­гие аспекты реакции организма на червей оста­ются тайной.

Считается, что IgE, специфичный к антигенам гельминта, играет важную роль в за­щите организма, примируя эозинофилы к АЗКЦ.

Гельминтозы часто сопровожда­ются повышенным содержанием эозинофилов в крови и IgE в сыворотке крови.

ЗАЩИТНАЯ РОЛЬ IgE

Защитные эффекты аллергических реакций мож­но наблюдать в тех случаях, когда сенсибилизи­рующий антиген является производным много­численных червей-паразитов, таких как гельмин­ты.

Иммунный ответ на присутствие гельминтов способствует стимуляции IgE.

В результате пере­крестного связывания антигенов паразита IgE, фиксированным на поверхности тучных клеток (и эозинофилов), высвобождаются гистамин и дру­гие медиаторы, участвующие в анафилактической реакции.

В результате увеличения проницаемо­сти, вызванной высвобождением гистамина, к ме­сту заражения паразитами поступают компонен­ты сыворотки крови, содержащие в том числе ан­титела IgG.

Эти антитела прикрепляются к по­верхности гельминта.

Затем эозино­филы прикрепляются к гельминтам, покрытым IgG, посредством своих мембранных рецепторов к Fc-фрагментам и высвобождают содержимое своих гранул.

Как указывалось ранее, эозинофилы также экспрессируют низко­аффинные Fc-рецепторы к IgE, которые способ­ствуют связыванию этих клеток с гельминтами, покрытыми IgE.

Основной составляющей содер­жимого гранул, высвобождаемых эозинофилами, является ГОБ, который покрывает поверхность гельминта и приводит, пока еще неизвестно, ка­ким образом, к гибели паразита и его последующе­му выведению из организма.

ГОБ главный основной (щелочной) белок, т.е. катионный белок.

Повреждение гельминта эозинофилами, мигрировавшими в участок поражения и активированными после дегрануляции тучных клеток, опосредованной IgE и антигенами Р. Койко и др., ИММУНОЛОГИЯ, «АКАДЕМИЯ», 2008.

Иммунитет к грибам

Грибковые патогены являются эукариотами, ко­торые могут вызывать тяжелые инфекции в ос­новном у индивидуумов с нарушениями имму­нитета.

Грибы вызывают повреждение ткани, вы­рабатывая протеолитические ферменты и инициируя воспалительные реакции.

Наиболее рас­пространенным грибковым патогеном является Candida albicans.

Этот организм обычно является безвредным комменсалом(нахлебником), но может вызывать за­болевания, когда обычные механизмы защиты на­рушены, как, например, при нарушении целост­ности кожных покровов при хирургическом вме­шательстве или катетеризации.

В другую группу риска по развитию тяжелых заболеваний, вызван­ных С. albicans, входят лица с транзиторным ис­тощением нейтрофилов, вызванным проводимой химиотерапией.

Тот факт, что условием для раз­вития большинства тяжелых кандидозных инфек­ций является нарушение целостности кожных по­кровов или истощение нейтрофилов, указывает на основную роль врожденных механизмов защи­тыв предотвращении системных заболеваний.

В то же время у больных с далеко зашедшей ВИЧ-инфекцией наблюдается кандидоз слизистых обо­лочек, что указывает на важность клеточно-опо-средованного иммунитетадля зашиты от этого возбудителя.

Другие грибы, такие как Histoplasma capsulatumи Cryptococcus neoformans, в тех местах, где они обнаруживаются в почве, поступают в организм при вдыхании.

Изучение распространенности бес­симптомного носительства выявило высокий уро­вень инфицированности при очень низкой забо­леваемости, что подтверждалось реакциями со стороны антител и положительными кожными пробами.

Таким образом, похоже, что первона­чальное проникновение этих микробов в организм привело к появлению адаптивного иммунного ответа, защищающего от инфекции.

Некоторые грибы, такие как Histoplasma capsulatum, выживают внутри макрофагов и являются внутриклеточными пато­генами.

Один из грибковых патогенов Cryptococcus neoformans имеет полисахаридную капсулу, ответственную за вирулентность.

Грибы отличаются от бактерий другим типом клеточной стенки, которая состоит из перекрест­но связанных полисахаридов.

Клетки гриба обыч­но не подвержены лизису со стороны системы комплемента.

Реакция организма на грибковые инфекции включает как гуморальный, так и кле­точный ответы.

Общепризнанно, что основной формой защиты от патогенных грибов является клеточно-опосредованный иммунитет.

Необходи­мость в нормальной функции Т-клеток для защи­ты от грибов особенно наглядно демонстрируется склонностью больных СПИДом к развитию угро­жающих жизни инфекций, вызванных такими гри­бами, как Histoplasma capsulatum и Cryptococcus neoformans.

Истори­чески сложилось мнение, что иммунитет, опо­средованный антителами, не имеет существенно­го значения для борьбы с грибами.

Однако за по­следние годы были сообщения о нескольких за­щитных моноклональных антителах против Cryptococcus albi­cans и Cryptococcus neoformans.

Таким образом, похоже, что и клеточный, и гуморальный иммунные механиз­мы участвуют в защите от грибов.

• МЕХАНИЗМЫ, С ПОМОЩЬЮ КОТОРЫХ ПАТОГЕНЫ ИЗБЕГАЮТ ИММУННОГО ОТВЕТА

Инкапсулированные бактерии

Полисахаридные капсулыявляются важными фак­торами вирулентностидля ряда патогенов чело­века, таких как Streptococcus pneumoniae (пневмо­кокк), Haemophilus influenzae, Neisseria meningitides (менингококк) и Crypticoccus neoformans.

Эти ан­тифагоцитарные капсулызащищают патогены от захвата и киллинга фагоцитарными клетками орга­низма.

Поскольку бактерии устраняются РЭС в селезенке и печени, эти органы играют решающую роль в защите от инкапсулированных патогенов.

Индивидуумы с ослабленной функцией РЭС в результате заболевания (например, серповидно-клеточная анемия) или хирургического удаления селезенки особенно подвержены действию инкап­сулированных бактерий.

Механизм действия ан­тител против инкапсулированных патогенов вклю­чает фагоцитозс помощью опсонинови киллинг, осуществляемый нейтрофилами и макрофагами.

Антитела к капсулярным полисахаридам действуют путем стимуляции фагоцитоза непосредственно через Fc-рецепторы или не напрямую — актива­цией комплемента.

Токсины

Симптомы заболевания некоторых бактериальных инфекций вызываются факторами вирулентности,называемыми токсинами.

Бактериальные токси­ны являются белками.

Дифтерийный токсин может спо­собствовать бактериальной инфекции, повреждая слизистые оболочки.

Bacillus anthracis — патоген, вызывающий сибирскую язву, вырабатывает ток­сины, приводящие к апоптозу макрофагов.

Ос­новной механизм такого ускользания от иммуно­логического контроля включает действие так на­зываемого летального токсина.

Этот токсин по­давляет протеинкиназу макрофага, которая необ­ходима для транскрипции антиапоптозных генов вслед за активацией клетки.

ПРОТЕИНКИНА́ЗЫ — подкласс ферментов киназ (фосфотрансфераз). Протеинкиназы модифицируют другие белки путем фосфорилирования остатков аминокислот, имеющих гидроксильные группы

Большинство токсинов являются высокоиммуногенными и вызывают сильный гуморальный и клеточный иммунные ответы.

Специфические антитела могут прикрепляться к бактериальным токсинам и нейтрализовать их.

Защита от токси­нов преимущественно связана с IgG, хотя IgA может также играть важную роль в нейтрализа­ции определенных экзотоксинов (например, секретируемых токсинов), таких как холерный энтеротоксин.

Поскольку экзотоксины плотно связы­ваются со своими тканями-мишенями, они обыч­но не могут быть вытеснены при последующем назначении антитоксина.

Суперантигены

Взаимодействие определенных токсинов с иммун­ной системой может иметь серьезные иммуноло­гические последствия, если токсины способны связываться с Т-клеточными рецепторами боль­шого числа Т-клеток.

Эти токсины называют су­перантигенами.

Одним из них является стафило­кокковый токсин синдрома токсического шока.

Суперантигены стимулируют большое количество Т-клеток, которые пролиферируют, синтезируют цитокины, а затем погибают посред­ством апоптоза, что приводит к потере важных иммунных клеток.

Проявляется этот феномен

-гипотензией,

-гиповолемией

-и органной недостаточ­ностью,

которые могут привести к смерти.

Опи­саны также суперантигены для В-клеток, кото­рые, связываясь с клетками, нарушают экспрес­сию определенных семейств генов иммуногло­булинов.