Факторы врожденного иммунитета профессор Бажукова Т А зав

Факторы врожденного иммунитета профессор Бажукова Т. А. зав. каф. микробиологии, вирусологии и иммунологии

Врожденный иммунитет • Врожденный (видовой, генетический, конституциональный, естественный, неспецифический) иммунитет – это выработанная в процессе филогенеза, передающаяся по наследству, присущая всем особям данного вида устойчивость к инфекционным агентам (или антигенам).

Факторы врожденного иммунитета 1. Покровный эпителий кожи и слизистых оболочек, обладающий колонизационной резистентностью. 2. Барьер лимфатических узлов 3. Кровь 4. Внутренние органы

Факторы врожденного иммунитета • Барьерфиксирующая функция кожи и слизистых (нормальная микрофлора, лизоцим, колонизационная резистентность) • Гуморальные факторы защиты: система комплемента, растворимые рецепторы к поверхностным структурам микроорганизмов (pattern-структуры), антимикробные пептиды, интерфероны • Клеточные факторы защиты (нейтрофилы, макрофаги, дендритные клетки, эозинофилы, базофилы, естественные киллеры-NК)

Барьеры кожи и слизистых • • • Кожа. Кератиноциты рогового слоя – это погибшие клетки, устойчивые к агрессивным химическим соединениям. На их поверхности отсутствуют рецепторы для адгезивных молекул микроорганизмов (исключение S. aureus, Pr. acnae, I. pestis) Продукты потовых и сальных желез: молочная кислота, ферменты, жирные кислоты, антибактериальные пептиды. Клетки Лангерганса и клетки Гринстейна (отростчатые эпидермоциты). Имеют миелоидное происхождение и относятся к дендритным клеткам. По функции эти клетки являются оппозитными. Клетки Лангерганса – АПК (индуцируют иммунный ответ). Клетки Гринстейна продуцируют цитокины, подавляющие иммунные реакции в коже. Резидентная микрофлора кожи

Барьеры кожи и слизистых Слизистые • М-клетки – система облегченного транспорта Аг к ИКК, транслокация бактерий и вирусов через эпителиальный барьер. • Ассоциация эпителиоцитов с лимфоидной тканью (слизистая респираторного тракта, ЖКТ и мочеполовой системы). • Резидентная микрофлора – колонизационная резистентность.

Колонизационная резистентность покровного эпителия • Нормальная микрофлора • Муцин – экранирует сайты адгезии и делает недоступными для бактерий. • Фагоцитирующие клетки и продукты их дегрануляции – продукты лизосом (лизоцим, пероксидаза, лактоферрин, дефензины, токсичные метаболиты кислорода, азота) • Химические и механические факторы – секреты слизистых. • Целенаправленные движения – перистальтика кишечника, реснички мерцательного эпителия. • Секреторные Ig. A

Гуморальные факторы 1. Система комплемента 2. Растворимые рецепторы для патогенов 3. Антимикробные пептиды 4. Семейство интерферонов

Система комплемента • Система комплемента многокомпонентная полиферментная самосорбирующаяся система сывороточных белков, которые в норме находятся в неактивном состоянии. • Комплемент является компонентом многих иммунологических реакций, направленных на освобождение организма от микробов и других чужеродных клеток и антигенов.

Система комплемента • Входят 20 белков, 9 компонентов: • C 1 -C 1 q, C 1 r, C 1 s; • C 2; • C 3 -C 3 a, C 3 b; • C 4; • C 5 – C 5 a, C 5 b; • C 6; C 7; • C 8; C 9 • Ключевым событием является его активация.

Пути активации системы комплемента 1. Классический – активатор комплекс Аг+Ат 2. Лектиновый – маннан связывающий протеин (лектин) 3. Альтернативный – активатор ЛПС и пептидогликан клеточной стенки ГОБ, вирусы связываются с белками B, D – протеины, Р – пропердин. Активация косплемента протекает в присутствии ионов Са и Mg.

Комплемент

• С 1 состоит из трёх молекул: С 1 q, С 1 r и С 1 s. С 1 q представляет собой структуру, содержащую 6 идентичных глобулярных головок и длинный коллагеновый хвост. • Хвост взаимодействуете двумя другими компонентами С 1: С 1 r и С 1 s обладающими протеазной активностью.

Классический путь активации комплемента • После присоединения АТ класса Ig. M или некоторых изотипов Ig. G к поверхности бактериальной клетки у молекулы АТ образуется участок, способный взаимодействовать с С 1 -компонентом комплемента. • Образуется комплекс С 1 q - С 1 r 2 С 1 s 2. Каждая головка С 1 q взаимодействует с одним участком Fc- фрагмента Ig. При соприкосновении двух и более головок с Ig происходит активация протеазы С 1 r.

Классический путь активации комплемента • C 1 r расщепляет С 4 компонент на С 4 а и С 4 b. • С 4 b ковалентно прикрепляется к поверхности микроорганизма.

Классический путь активации комплемента • C 1 s расщепляет С 2 на С 2 а и С 2 b. • С 2 b прочно прикрепляется к поверхности бактерии, образуя комплекс с С 4 b.

Классический путь активации комплемента • Комплекс С 2 b-С 4 b является активной СЗконвертазой, центральной фигурой классического, лектинового и альтернативного пути активации комплемента. • Протеазной активностью обладает в основном С 2 b. • С 3 -конвертаза расщепляет С 3 -компонент на СЗа и СЗb.

Классический путь активации комплемента • C 3 a остаётся во внеклеточной среде и является мощным хемоаттрактантом и медиатором воспаления (также как С 2 а и С 4 а). • C 3 b прочно присоединяется к поверхности клетки и инициирует соединение с мембраной клетки терминальных компонентов комплемента - С 5 и, С 6, С 7, С 8, С 9. • Образуется литический комплекс, который вызывает формирование пор в мембране клетки и её лизис.

Классический путь активации комплемента

Каскад, генерируемый С 5 конвертазой • • • а. При присоединении СЗb к С 3 конвертазе (С 2 b-С 4 b в классическом пути или СЗb-Вb в альтернативном пути) происходит образование С 5 - конвертазы, прочно прикреплённой к поверхности бактериальной клетки. б. С 5 -компонент расщепляется сериновой протеазой С 2 b в классическом или Вb в альтернативном пути, являющимися компонентами С 5 конвертазы. в. Продуктом расщепления С 5 являются два пептида: С 5 а и С 5 b. Первый поступает во внеклеточную среду и является хемоаттрактантом и медиатором воспаления. С 5 b может находиться во внеклеточной среде или прикрепляться к поверхности клетки и инициировать присоединение литического комплекса.

Образование литического мембраноатакующего комплекса • а. С 5 b-пептид инициирует образование литического комплекса. • б. С 5 b связывает С 6 и С 7. Происходит образование С 5 b-С 6 -С 7 комплекса и внедрение его в липидный слой клеточной стенки. • в. Молекула С 8 состоит из двух протеинов: С 8β и С 8α-γ. С 8β глубоко внедряется в липидный слой. • г. С 8α-γ индуцирует полимеризацию С 9, образуя при этом канал диаметром 100 А, что позволяет воде и солям свободно проходить через него. Нарушаются гомеостаз клетки и происходит её лизис.

Альтернативный путь активации а) С 3 -конвертаза – спонтанный гидролиз с образованием С 3(H 2 O)-формы. б) расщепление С 3 на С 3 а и С 3 b присоединяется к поверхности клетки хозяина или бактерии, реагирует с фактором В, который фактором D расщепляется на Ba и Bb. в) Bb связывается с С 3 b, образуя Bb-С 3 b- конвертазу. г) инактивация Bb-С 3 b-конвертазы (CR 1 и DAF-decay-accelerating factor, MCP-membrane cofactor of proteolysis). Из плазмы поступает вытесняющий фактор H. Эти структуры вытесняют из комплекса Bb. CR 1, MCP и H расщепляют С 3 b протеазой I на неактивный i. С 3 b. д) Комплекс Bb-С 3 b стабилизируется пропердином (фактор Р) и начинает работать как классическая конвертаза С 3 (С 4 b-C 2 b), производя большое количество пептидов С 3 b и С 2 а.

Активация комплемента

Комплемент

Регуляция процесса активации комплемента а) С 1 -ингибитор, связывается с С 1 s и СIr и вытесняет их из комплекса с С 1 q. ограничивает время расщепления С 4 и С 2 эстеразой С 1 s. б) С 3 и С 4 взаимодействуют с клетками хозяина и патогена. DAF, MCP, CR 1, C 4 bp (C 4 -binding protein) используются для инактивации С 4 b, находящегося на поверхности клетки. Фрагмент С 4 b расщепляется протеазой I на 2 пептида: С 4 d и С 4 с. В расщеплении компонента СЗb решающую роль играет сывороточный фактор Н. Он имеет повышенный аффинитет к терминальным сиаловым кислотам. После присоединения фактора Н СЗb расщепляется на пептиды i. СЗb и С 3 dg. в) Инициатором образования литического комплекса является С 5 b. Формируется комплекс С 5 b-С 6 -С 7 -С 8. Присоединение С 9 вызывает образование каналов в мембране клетки. Этому взаимодействию мешает мембранный белок СD 59. Лизиса клетки не происходит.

Биологическая активность С’

Биологические эффекты активации комплемента • Образование мембрано-атакующего комплекса (С 5, 6, 7, 8, 9) и лизис клеток. • С 3 а-, С 4 а-и С 5 а – компоненты являются анафилотоксинами, индуцируют дегрануляцию тучных клеток и базофилов (медиторы воспаления). • С 5 а- хемоаттрактант для фагоцитов. • С 3 в- и С 4 в – опсонины, повышают адгезию иммунных комплексов с мембранами макрофагов, нейтрофилов и эритроцитов, усиливают фагоцитоз.

• Комплемент • • Активация комплемента приводит к появлению С 3 - конвертазы, которая превращает С 3 в СЗb, и эта конверсия — центральное событие всего каскада. В свою очередь, СЗb активирует цепочку концевых компонентов комплемента (С 5—С 9), образующих литический комплекс. При активации по классическому пути сначала антиген связывается со специфическими антителами и только затем происходит фиксация СЗ. В альтернативной активации антитела не участвуют. Она начинается ковалентным связыванием СЗb с гидроксильными группами на цитоплазматической мембране микробной клетки. Активация по альтернативному пути служит механизмом неспецифического врожденного иммунитета, тогда как классический путь представляет собой связующее звено между врожденным и приобретенным иммунитетом.

Комплемент • Анафилатоксин С 5 а вызывает • 1) активацию нейтрофилов, • 2) повышенную экспрессию ими молекул межклеточной адгезии, • 3) эмиграцию нейтрофилов и хемотаксис, • 4) активацию моноцитов и • 5) дегрануляцию тучных клеток, в результате которой происходит сокращение гладкой мускулатуры и повышение проницаемости сосудов.

Комплемент • Компонент С 3, связанный с бактериальной клеткой в виде СЗb или i. СЗb, • 1) взаимодействует с СR 1 эритроцитов, на которых бактерии транспортируются кровотоком, • 2) служит причалом для лизирующего мембрану комплекса на поверхности бактериальных клеток, • 3) сшивает рецепторы комплемента на фагоцитах, • 4) активирует фагоциты, стимулируя фагоцитоз, вспышку клеточного дыхания и бактерицидную активность.

Иммунологическое действие

Комплемент • Активация комплемента может вызвать патологические реакции в результате • 1) системного образования анафилатоксинов (при септицемии, вызванной грамотрицательными бактериями), • 2) внедрения лизирующего комплекса в мембраны собственных клеток организма (при этом происходит активация клеток и высвобождение метаболитов арахидоновой кислоты, входящей в состав мембран) и • З) фиксации СЗ (привлекающего и активирующего тканевые и циркулирующие лейкоциты) на иммунных комплексах, локализованных в тканях.

Система комплемента

Растворимые рецепторы для патогенов • Белки крови связывающиеся с различными липидными и углеводными структурами микробной клетки (рattern-структурами). Обладают свойствами опсонинов и активируют комплемент. Белки острой фазы: • Пентраксины – высококонсервативные белки с пентамерной структурой: С-реактивный белок (CRB), сывороточный амилоид Р (SAP), пентраксин 3 (PTX 3). • Коллектины и фиколины- Коллектины - олигомерные белки, состоящие из углевод распознающего домена (CRD- лектиновый домен С-типа) и коллагеновой области (маннозосвязывающий лектин (MBL), сурфактантные белки (Sp-A, Sp-D). Фиколины – L, M, H. Углевод распознающий фибриногеноподобный домен. • Белки острой фазы, связывающие железо – трансферрин, гаптоглобин, гемопексин. Препятствуют размножению бактерий, нуждающихся в этих элементах.

Пентраксины

С-реактивный белок • СРБ- связывается с Сполисахаридом бактерий и усиливает фагоцитоз и активацию С 1 g фракции комплемента (классический путь). Синтез в печени и нарастает в ответ на ИЛ-6.

Коллектины и фиколины • Коллектины и фиколины присутствуют во всех биологических жидкостях человека. Осуществляют • опсонизацию бактерий, • активацию комплемента и • играют роль в защите организма от инфекций.

Функциональная активность MBL • Углеводраспознающий домен (CRD) MBL распознаёт поверхностные структуры, содержащие D-маннозу, L-фукозу, Nацетилглюкозамин на поверхности грамположительных, грамотрицательных бактерий, грибов, вирусов. Помимо бактерий, белки MBL, Sр-А и Sр-D распознают апоптотические клетки, ишемические ткани, трансформированные клетки, ДНК и др. • По своей структуре MBL похож на C 1 q-компонент комплемента. Находясь в димерной форме, MBL взаимодействует с двумя сериновыми протеазами МАSР- 1 и МАSP-2 (MBL-associated serine protease). Эти протеазы имеют сходство с C 1 r и С 1 q компонентами комплемента.

Функциональная активность MBL • Когда MBL присоединяется к поверхности бактериальной клетки, происходит активация ферментов МАSP которые могут стимулировать лектиновый и альтернативный пути активации комплемента. Лектиновый напоминает классический путь активации. При этом МАSP-2 расщепляет С 2 и С 4 на С 2 b и С 4 b, с образованием С 3 -конвертазы, а последняя — С 3 на СЗа и СЗb, прочно присоединяясь к клеточной стенке бактерии, может инициировать CD 11 b/СD 18 -опосредованный фагоцитоз или образование С 5 -С 9 -литического комплекса, что ведёт к элиминации возбудителя из организма.

Защитная функция MBL • MBL играет важную роль в противовирусной защите. • Этот белок, в частности, опсонизирует ВИЧ, эффективно связываясь с gр120, и предотвращает его взаимодействие с Т-клетками. • Важный защитный путь комплементзависимый лизис вирусинфицированных клеток.

Роль маннаносвязывающего белка в патологии Норма- MBL-0, 1 -50 мг/мл

Роль сурфактантов в защите легких от патогенов и аллергенов а. Эффективное усиление фагоцитоза происходит, если сурфактантом вначале обработать МФ или НФ, а затем добавить микроорганизмы. Это показано на модели взаимодействия М. pneumoniae с МФ и Е. coli с НФ. Такая ситуация соответствует естественному ходу развития инфекции, так как в норме сурфактанты находятся в тесном контакте с клетками дыхательных путей. б. Сурфактанты играют важную роль в предотвращении взаимодействия аллергенов с ТК и базофилами дыхательных путей. Связываясь с углеводными детерминантами аллергена, Sр-А препятствует его взаимодействию с Ig. E-рецепторами. Не происходит дегрануляции ТК или базофилов и выброса гистамина и других биологически активных веществ.

Пропердин • Пропердин – гамма-глобулин нормальной сыворотки. • Активация комплемента по альтернативному пути

Белки сыворотки крови • Бета- лизины – белки сыворотки крови, синтезируются тромбоцитами. Повреждение ЦПМ бактериальной клетки

Фибронектин

Фибронектин • Фибронектин – белок плазмы и тканевых жидкостей, • синтезируется макрофагами. • Обеспечивает опсонизацию, экранирует дефекты эндотелия, • препятствует тромбообразованию.

Антимикробные пептиды 1. Лизоцим – фермент муромидаза вызывает гидролиз муреина (пептидокликана) клеточной стенки бактерий и их лизис. 2. Дефензины и кателицидины – пептиды, обладающие антимикробной активностью. Образуются эукариотическими клетками, содержат 13 -18 аминокислот. Известно около 500 разновидностей. Синтезируются макрофагами и нейтрофилами (αдефензины), а также эпителиальными клетками кишечника, легких, мочевого пузыря.

Антимикробные пептиды • Лизоцим – протеолитический фермент мурамидаза, синтезируется макрофагами и нейтрофилами • Механизм действия: разрушение гликопротеидов клеточной стенки бактерии • Лизис бактерий • Активация фагоцитоза

Семейство интерферонов • Интерферон –открыт в 1957 г Айзексом и Линдеманом при изучении интерференции вирусов (лат. inter-между, ferens-несущий). Интерференция – явление когда ткань инфицированная одним вирусом становится устойчивой к заражению другим вирусом, вызывается белком продуцируемым этими клетками. • Интерферон –гликопротеид. Выделяют интерфероны I и II типов.

Интерферон • α –интерферон лейкоциты • β - интерферон фибробласты • γ - интерферон – Тлимфоциты, макрофаги, ЕК. • Механизм действия: связывается с рецепторами клетки и блокирует синтез белка в клетке (препятствует размножению вирусов)

Интерфероны • • • I тип включает ИНФ α и β. α–интерферон - лейкоциты β- интерферон - фибробласты ζέ – интерферон – трофобласты λ-интерферон, κ-интерферон. Механизм действия ИНФ α и β: активация в клетке генов, блокирующих репродукцию вирусов (индукция синтеза протеинкиназы R, нарушение трансляции м. РНК и запуск апоптоза зараженной клетки через Bcl-2 и каспазазависимые реакции. Другой механизм – активация латентной РНКэндонуклеазы, вызывающей деструкцию вирусной НК.

Интерфероны • II тип включает γ-интерферон – продуцируется Т-лимфоциты и ЕК после Аг стимуляции.

Интерферон

Клетки-продуценты IFNα/β • п. ДК-плазмоцитоподобные ДК синтезируют IFNα/β в 1000 раз больше (ss. РНК, неметилированные бактериальные и вирусные Cp. G-последовательности) • м. ДК – миелоидные ДК (ds. РНК)

Функции интерферона α/β

Влияние IFNα/β на ДК и В-лимфоциты • IFNα/β вызывают превращение незрелых ДК (1) в зрелые (2). Усиление ими синтеза цитокинов, хемокинов, экспрессии молекул МНС, особенно 1 класса, костимуляторных молекул, экспрессии и секреции главных факторов выживания и активапии В 2 -клеток. - ВIys (BAFF) и Аргil. Эти лиганды, взаимодействуя с рецепторами В-клеток BAFFR и ТАСI, при участии цитокинов IL-10, TGFβ и IL 15, синтезируемых активированными ДК, вызывают у наивных В-клеток (3) переключение иммуноглобулиновых генов Сμ-Сγ и Сμ-Сα и их созревание в Ig. G (4)- и Ig. A(5)-плазмабласты. Этот процесс может происходить независимо от взаимодействия СD 40 -СD 40 L и его избыточная активация является одной из причин развития аутоиммунных заболеваний. IFNα/β вызывают активацию МФ. IFNα/β являются необходимыми цитокинами для созревания и пролиферации В 1 - клеток.

Влияние IFNα/β на Т-клетки • IFNα/β: способствуют выживанию и пролиферации Т-СD 4+ и СD 8+ • усиливают цитотоксические свойства СD 8+ Т-клеток, МФ и NК. • обладают мощным антипролиферативным и проапоптозным эффектом, усиливая зкспрессию проапоптотических молекул. • Наличие одновременно пролиферативных и антипролиферативных свойств связано с включением на различных этапах инфекционного процесса или адаптивного иммунного ответа различных регуляторных механизмов, определяющих чувствительность клетки к действию IFNα/β.

IFNγ • IFNγ- гомодимер, состоящий из двух полипептидных цепей. • Продуцентами IFNγ могут быть различные типы клеток. Немедленный ответ на внедрение патогена дают NKТклетки, NK-клетки, а также плазмацитоидные ДК и МФ и редко НФ. • При развитии адаптивного иммунитета мощными продуцентами IFNγ являются СD 8+ цитотоксические лимфоциты и СD 4+ Тh 1 -клетки. • В-лимфоциты могут также синтезировать IFNγ. • IFNγ оказывает существенный эффект практически на все клетки иммунной системы.

Функции IFNγ

Фагоциты

Рецепторы макрофагов

Механизм эндоцитоза

Фагоцитоз

Механизмы действия фагоцитов

Этапы фагоцитоза 1. 2. 3. 4. 5. Активация и хемотаксис Адгезия (прикрепление) частиц к поверхности фагоцита Поглощение частиц, их погружение в цитоплазму и формирование фагосомы Образование фаголизосомы Внутриклеточный киллинг и переваривание – активация лизосомальных гранул (кислороднезависимая бактерицидность), усиление потребления кислорода и глюкозы – окислительный взрыв с образованием токсических метаболитов кислорода и азота (перекись водорода, супероксиданион кислорода, гипохлорная кислота, пироксинитрит) – кислородзависимая система бактерицидности.

Миграция фагоцитов

Фагосома

Незавершенный фагоцитоз

Эозинофилы • Слабая фагоцитарная активность • Защита от паразитов (гельминты и простейшие) – активация эозинофилов и выделение токсических продуктов из гранул (катионный белок; РНК-аза – образование мембранных каналов в оболочке паразита; пероксидаза – образование токсичных галидов; главный основной белок – полимеризуется в мембране паразита с образованием трансмембранных пор).

Действие NK-клеток на клетки – мишени CD 95 – маркер апоптоза клетки CD 16 – Fc. R, антителозависимая цитотоксичность CD 56 – активация цитотоксичности и продукции цитокинов CD 94 – ингибиция/ активация цитотоксичности