ВРОЖДЕННЫЙ ИММУНИТЕТ План лекции: Классификация факторов врожденного

ВРОЖДЕННЫЙ ИММУНИТЕТ

План лекции: Классификация факторов врожденного иммунитета; Внешние барьеры; Внутренние барьеры; Клеточные факторы; Гуморальные факторы

n n Эволюционно иммунная система предназначена для санации (очистки) организма от инфекций и удаления чужеродных агентов. Общую систему иммунитета можно разделить на две большие подсистемы – врожденный и приобретенный иммунитет. Врожденный иммунитет — наследственно закрепленная система защиты многоклеточных организмов от любых патогенных и непатогенных микроорганизмов, а также эндогенных продуктов тканевой деструкции. Как самая ранняя форма иммунной защиты организма, врожденный иммунитет сформировался на начальных этапах эволюции многоклеточных организмов.

Молекулы – мишени иммунитета Образы патогенности Стрессорные молекулы Антигены

Образы n патогенности Образы патогенности или патогенассоциированные молекулярные паттерны (Pathogen-associated molecular patterns) – РАМР – группы молекул, как правило, отсутствующие в организме-хозяине, но характерные для патогенов (вирусов, бактерий, грибов, простейших, паразитов). При этом PAMP однозначно связаны с патогенностью и поэтому могут рассматриваться как знаки опасности, наиболее универсальный сигнал о проникновении в организм не просто чужеродного, но биологически агрессивного агента. Рецепторы для PAMP ( паттернраспознающие рецепторы -PRR) позволяют распознавать все возможные типы патогенов и представлены у всех многоклеточных, включая не только животных, но и растения. Узнавание PAMP — основа распознавания во врожденном иммунитете; в определенной степени PAMP способны узнавать и клетки адаптивного иммунитета.

Классификация паттернраспознающих рецепторов

Антигены n n Антигены — высокомолекулярные соединения, способные специфически стимулировать иммунокомпетентные лимфоидные клетки и обеспечивать тем самым развитие иммунного ответа. Распознавание антигенов происходит индивидуально (а не по группам, как в случае PAMP). Антигены распознаются антигенспецифическими рецепторами, представленными на клетках одного типа — лимфоцитах. Распознавание антигенов — позднее эволюционное приобретение, связанное с возникновением адаптивного иммунитета.

Стрессорные молекулы n Стрессорные молекулы — собственные молекулы организма, экспрессируемые на мембране при клеточном стрессе и сигнализирующие преимущественно об опасности эндогенного происхождения. Они распознаются рецепторами некоторых разновидностей лимфоцитов (например, естественными киллерами). По своей активности эти молекулы и их рецепторы занимают промежуточное положение между врожденным и адаптивным иммунитетом. n Родственную группу молекул образуют образы опасности (danger-associated molecular patterns) - DAMP — эндогенные молекулы, сигнализирующие о любом повреждающем воздействии (температурном, лучевом, инфекционном и т. д. ); эти процессы не полностью контролируются иммунной системой.

Характеристика врожденного и приобретенного (адаптивно иммунитета

Механизмы защиты внутренней среды человеческого организма, реализуемые в ней самой естественный иммунитет приобретенный иммунитет

n Главную роль в противоинфекционной защите играет не иммунитет, а разнообразные механизмы механического удаления микроорганизмов (клиренса) n В органах дыхания – это продукция сурфактанта и мокроты, перемещение слизи за счет движений ресничек цилиарного эпителия, кашля и чихания. n В кишечнике – это перистальтика и выработка соков и слизей (понос при инфекции и т. п. ) n На коже это постоянное слущивание и обновление эпителия, чесание n Система иммунитета включается тогда, когда механизмы клиренса не справляются.

Барьерные функции кожи

ВОСПАЛЕНИЕ 1. Воспаление – это каскад реакций, возникающих как первый (неспецифический) этап защиты организма. 2. Сводится к выходу клеток иммунной системы из кровяного русла и миграции их в очаг проникновения инфекта. 3. Развитие различных деструктивных эффектов, в результате чего чужеродные клетки погибают. 4. Основные механизмы подавления инфекта в очаге воспаления: фагоцитоз (внутриклеточный киллинг), внеклеточный цитолиз (киллинг), неспецифический контактный киллинг, гуморальные реакции. 5. Воспалительная реакция служит естественным механизмом включения реакций специфического иммунитета. 6. Воспаление характеризуется быстротой развития и низкой специфичность происходящих событий.

Клинические признаки воспаления Покраснение Отек Болезненность Гипертермия

Этапы воспаления Сосудистая реакция Миграция лейкоцитов в очаг воспаления Нейтрализация и элиминация возбудителя Включение механизмов адаптивного иммунитета Завершение или хронизация воспалительного процесса.

СОСУДИСТАЯ РЕАКЦИЯ При проникновении патогена в ответ на воспалительные стимулы (антигены и токсины бактерий, субстрат разрушенных тканей и т. д. ) близлежащие клетки лейкоцитов, эпителия, эндотелия сосудов и других образований секретируют целый спектр сосудорасширяющих медиаторов – вазодилататоров (гистамин, брадикинин, простагландин Е 2, простациклин и др. ). Гистамин, брадикинин и некоторые другие медиаторы не только вызывают расширение сосудов и усиление их кровенаполнения, но изменяют и состояние клеток эндотелия. Клетки эндотелия становятся высокими и кубовидными, промежутки между ними увеличиваются, в результате развивается «протекание сосудов» . «Протекающие сосуды» - это небольшие посткапиллярные венулы. Сосудистая реакция обеспечивает проникновение в межклеточное пространство очага воспаления активных белков плазмы (антител, компонентов комплемента, белков острой фазы и др. )

Роль лихорадки в неспецифической резистентности МИКРОБ Экзогенные пирогены ЭНДОТОКСИН БЕЛКОВЫЕ ТОКСИНЫ ПЕПТИДОГЛИКАН ДР. КОМПОНЕНТЫ МИКРООРГАНИЗМОВ Вызывают повышение температуры

ПРОДУКЦИЯ ФАГОЦИТАМИ ЭНДОГЕННОГО ПИРОГЕНА (ИЛ-1) ЦНС ГИПОТАЛАМУС ЛИХОРАДКА АКТИВАЦИЯ ФАГОЦИТОЗА ПРОДУКЦИЯ КЛЕТКАМИ ПЕЧЕНИ CRP АКТИВАЦИЯ КОМПЛЕМЕНТА ЗАЩИТА ОТ МИКРОБА АКТИВАЦИЯ ЛИМФОЦИТОВ СТИМУЛЯЦИЯ ИММУННОГО ОТВЕТА

МИГРАЦИЯ КЛЕТОК В ОЧАГ ВОСПАЛЕНИЯ Качение Адгезия лейкоцитов на эндотелии Трансэндотелиальная миграция Хемотаксис – направленная миграция в очаг воспаления

ФАЗЫ АДГЕЗИИ ЛЕЙКОЦИТОВ Первая фаза - движение лейкоцитов в очаге воспаления замедляется, отмечается их «качение» , что связано с взаимодействием молекул адгезии (селектинов, углеводных лигандов и др. ) Вторая фаза – активация, при которой лейкоциты подвергаются действию цитокинов, хемокинов и других агентов. Третья фаза – прикрепление, которая характеризуется полной остановкой движения, прикреплением к клеткам эндотелия и подготовкой к проникновению в межэндотелиальное пространство, этот эффект возникает благодаря взаимодействию многочисленных молекул адгезии

ТРАНСЭНДОТЕЛИАЛЬНАЯ МИГРАЦИЯ Этот этап характеризуется проникновением лейкоцитов через стенку сосуда и выходом во внесосудистое пространство. В процессе проникновения у лейкоцитов экспрессируется новый набор адгезинов, позволяющий им взаимодействовать с клетками базальной мембраны сосудов, которую они расплавляют, секретируя коллагеназу и другие ферменты.

ХЕМОТАКСИС После выхода из кровеносного русла, лейкоциты освобождаются от ненужных рецепторов, а на их поверхности появляются новые рецепторы для хемотоксических факторов. Направленность движения лейкоцитов определяется возрастанием концентрации различных хемотаксических веществ. Основные группы хемоаттрактантов: а) продукты жизнедеятельности микроорганизмов; б) цитокины, вырабатываемые в очаге воспаления (ИЛ-1, С-реактивный белок (СРБ), гистамин, лейкотриен В 4); в) компоненты комплемента (С 3 а, С 5 а); г) поврежденные и денатурированные белки; д) тромбин, фибрин и др.

НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ И ЭЛИМИНАЦИЯ ВОЗБУДИТЕЛЯ Внеклеточный цитолиз (внеклеточный киллинг). Фагоцитоз (внутриклеточный киллинг). Контактный киллинг. Нейтрализация и опсонизация возбудителя гуморальными факторами неспецифической защиты.

ВНЕКЛЕТОЧНЫЙ ЦИТОЛИЗ (КИЛЛИНГ)–это процесс убийства клетки-мишени под действием токсических факторов, секретируемых во внеклеточную среду клеткой-киллером Механизмы внеклеточного цитолиза Продукты респираторного взрыва Продукты, высвобождаемые из гранул лейкоцитов Выделение окиси азота

Респираторный взрыв n n Респираторный взрыв – это каскад реакций, в результате которых образуются активные формы кислорода (супероксидный анион, гидроксильные радикалы, перекись водорода). Эти продукты воздействуют на биологический субстрат микроорганизмов, вызывая его окисление и гибель.

Продукция оксида азота n n В результате каскада реакций в макрофагах, нейтрофилах и некоторых других клетках происходят реакции метаболизма аргинина. В итоге образуется оксид азота (NO), обладающий очень сильным бактерицидным эффектом. Сильные бактерицидные свойства проявляет продукт взаимодействия оксида азота с супероксидным радикалом — пероксинитрит (OONOЇ), окисляющий сульфгидрильные группы белковых и небелковых молекул, нарушая при этом их функции. В процессе превращения оксида азота происходит образование анионов и радикалов нитрита

Экзоцитоз (дегрануляция) Под экзоцитозом понимают процесс высвобождения содержимого гранул клеток во внеклеточное пространство. Этот процесс реализуется клеткой после получения активирующего сигнала (через рецепторы) и протекает очень быстро, в течение нескольких часов. Функции дегрануляции присущи нейтрофилам, эозинофилам, базофилам, макрофагам, моноцитам. На сегодняшний день известно более 60 активных белков и ферментов (миелопероксидаза, катионные белки, катепсин, лизоцим, лактоферрин и др. ).

Фагоцитоз (внутриклеточный киллинг) Под фагоцитозом понимают процесс поглощения объекта клеткой фагоцита с дальнейшим ферментативным разрушением его структуры. Фагоцитоз в отдельных своих проявлениях напоминает некоторые механизмы внеклеточного цитолиза (здесь также огромную роль играют продукты респираторного взрыва, метаболиты окиси азота и содержимое гранул). Отличие от внеклеточного киллинга – процессы происходят внутри клетки, в замкнутом пространстве фагосомы, куда объект попадает в результате его захвата псевдоподиями фагоцита. «Профессиональными фагоцитами» являются нейтрофилы, макрофаги, моноциты.

Этапы фагоцитоза Адгезия (или прилипание к объекту). Формирование фагоцитарной чаши (или погружение). Слияние фагосом с лизосомами (или образование фаголизосом). Гидролиз (переработка) фагоцитированного материала. Удаление остатков.

Характеристика стадий фагоцитоза

Стадии фагоцитоза

Фагоцитоз бактерий макрофагом

Фагоцит удлиняет полужидкое образование (так называемая ложноножка) в направлении бактерий

Адгезия или прилипание к объекту Под адгезией понимают способность фагоцитов прикрепляться к объектам фагоцитоза, к субстрату или к поверхности других клеток. Различают несколько групп рецепторов: а) рецепторы к компонентам комплемента (С 3 в, С 4 в, С 5 в); б) рецепторы к Fc-области иммуноглобулинов; в) маннозосвязывающий белок и селектины

Формирование фагоцитарной чаши Вслед за активацией рецепторов, через которые опосредована адгезия, включается каскад реакций, выражающихся во взаимопереходах геля в золь и наоборот. Вначале в месте контакта фагоцита с мишенью возникает участок плотного геля, который по мере нарастания концентрации ионов кальция и под влиянием гельзолина разрушается и переходит в более жидкий золь. Это и обуславливает эффект «проваливания» объекта внутрь фагоцита. Дальнейшая активация близлежащих рецепторов приводит к образованию псевдоподий (своеобразных выпячиваний). При более глубоком погружении объекта псевдоподии смыкаются, он оказывается внутри фагоцита. Участок мембраны фагоцита, принимавший участие в этом процессе формирует мембрану фагосомы.

Образование фаголизосомы, переработка фагоцитированного материала, его удаление Процесс образования фаголизосомы состоит в слиянии лизосом (гранул, содержащих набор ферментов) с фагосомой, в сочетании с продуктами респираторного взрыва и NO-синтеза, внутри фагосомы развиваются сильные бактерицидные эффекты, приводящие к окончательной гибели микробов и дальнейшему разрушению их структуры. В процессах разрушения фагоцитированного материала последовательно принимают участие многочисленные протеазы, липазы, фосфатазы, нуклеазы и другие ферменты. Продукты разрушения объектов фагоцитоза удаляются из фагоцита путем повторного слияния мембраны фаголизосомы с поверхностной мембраной фагоцита и выбрасывания остатков расщепленного материала во внеклеточную среду.

Выделение репеллентов, подавляющих хемотаксис Расщепление мембраны фагосомы и выход в цитоплазму фагоцита Синтез капсул Пути ухода патогенов от фагоцитоза Наличие оболочки, высокоустойчивой к повреждению Выделение каталазы, расщепляющую перекись водорода Ингибирование слияния фагосомы с лизосомами

ОЦЕНКА ФАГОЦИТОЗА n 1. 2. 3. Оценка активности фагоцитоза ФЧ – фагоцитарное число (фагоцитарная активность) – это % профагоцитировавших клеток на 100 нейтрофилов ФИ – фагоцитарный индекс – это среднее число бактерий в одном фагоците Опсоно-фагоцитарный индекс – это соотношение фагоцитарного индекса иммунной сыворотки к фагоцитарному индексу нормальной сыворотки

ОЦЕНКА ФАГОЦИТОЗА n 1. 2. Оценка завершенности фагоцитоза Подращивание бактериально-лейкоцитарной смеси НСТ-тест (наличие активных форм кислорода) – взвесь нейтрофилов смешивают с нитросиним тетразолием и подсчитывают затем, после кратковременной инкубации, нейтрофилы с синими гранулами – доля нейтрофилов с синими гранулами служит показателем завершенности фагоцитоза

Включение механизмов адаптивного иммунитета Воспалительная реакция является фактором, включающим реакции специфического иммунитета. Основные события разворачиваются в лимфатических узлах и селезенке, куда антиген доставляется макрофагами или другими антигенпредставляющими клетками. Огромную роль в запуске реакций специфического иммунитета играют воспалительные цитокины (ИЛ-1, ИЛ-6, ФНО, ИФН и др. )

Неспецифический контактный киллинг Неспецифическим контактным киллингом называют процесс убийства клетки-мишени путем ее прямого контакта с клеткойкиллером, в результате внутрь клетки-мишени передается токсический материал, вызывающий ее гибель (перфорины и гранзимы) Осуществляется натуральными киллерами (НК).

Завершение или хронизация воспалительного процесса Острый воспалительный процесс может благополучно завершиться, если индуктор воспаления полностью уничтожен (в этом случае в очаге начинают преобладать цитокины, которые ингибируют миграцию новых клеток и препятствуют распространению воспаления). Если организм не способен ликвидировать индуктора, то развивается хронизация воспалительного процесса, в очаге почти отсутствуют нейтрофилы, но много макрофагов и лимфоцитов. В условиях постоянного антигенного раздражения происходит дифференциация макрофагов в эпителиоидные клетки, которые секретируют большое количество ФНО-α, иногда они сливаются, образуя гигантские клетки. Хронизация воспаления часто завершается образованием гранулем.

Гистологическая картина гранулем Саркоидоз Туберкулез

Управление процессом воспаления Подавление воспалительной реакции можно осуществить при помощи кортикостероидных препаратов (гидрокортизон) и нестероидных препаратов (ацетилсалициловой кислоты, ибупрофена, парацетамола, диклофенака, индометацина, пироксикама и др. ) Стимуляцию воспалительного процесса можно провести при помощи вакцин, неспецифических иммуностимуляторов, воспалительных цитокинов (ИЛ-1, ИНФ, ФНО).

ФАГОЦИТЫ Нейтрофилы Моноциты Макрофаги

Характеристика нейтрофилов Самая многочисленная популяция, составляет 40 – 60 % от всех лейкоцитов. Происходят из стволовых клеток, проходят стадии миелобласта, промиелоцита, палочкоядерного (юного) нейтрофила и становятся зрелыми на стадии сегментоядерного нейтрофила. Развитие их контролируется главным цитокином – G-CSF (вспомогательные - GM-CSF, ИЛ-3, ИЛ-6). На стадии палочкоядерного нейтрофила поступают в кровеносное русло (циркулируют 7 -10 часов), а потом оседают в периферических органах и тканях, общая продолжительность их жизни -3 -5 суток.

Морфология нейтрофилов Морфологически это небольшие клетки с многодольчатым сегментированным ядром, в цитоплазме много гранул.

Свойства гранул нейтрофилов

Микрофотография нейтрофила, фагоцитирующего Bacillus anthracis (оранжевая).

Микропрепарат гноя. Видны бактерии Neisseria gonorrhoea, окрашенные по Граму, внутри фагоцитов

Функции нейтрофилов Фагоцитоз (внутриклеточный киллинг) Внеклеточный цитолиз (внеклеточный киллинг). Секреторно-регуляторная функция (образование продуктов респираторного взрыва, компонентов комплемента, ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-8, ФНО, простагландинов, лейкотриенов, тромбоксанов, интерферонов и др. ). Инициация воспалительных реакций. Участие в процессах свертывания.

Характеристика моноцитов/макрофагов Моноциты (макрофаги) составляют 4— 11% от общего числа лейкоцитов крови. Происходят из стволовых клеток, на стадии моноцита поступают в кровь, где циркулируют 1 -2 суток, после чего мигрируют в ткани и органы и превращаются в макрофаги. Продолжительность их жизни колеблется от 20 суток до месяцев/лет. Выстилают и контролируют те места, которые наиболее вероятны для проникновения инфекта в организм.

Морфология моноцитов/макрофагов Моноциты крупные клетки, округлой формы, с подковообразным ядром, тканевые макрофаги крупнее моноцитов и имеют распластанную форму, их мембрана имеет выраженную складчатость. В цитоплазме большое количество гранул.

Макрофаг

Функции макрофагов/моноцитов Внеклеточный и внутриклеточный цитолиз. Антигенпредставляющая функция. Секреторно-регуляторная функция (синтез компонентов комплемента, пропердина, продуков окислительного взрыва, NO, ИЛ 1, ИЛ-6, ИЛ-8, ИЛ-12, продуктов метаболизма арахидоновой кислоты, лизоцима и др. ) Участие в репаративных процессах

Содержимое гранул моноцитов/макрофагов

Макрофаги при фагоцитозе бактерий кишечной палочки

Роль макрофагов в формировании естественной резистентности

NK-клетки (натуральные, естественные киллеры) n n n n Естественные киллеры — довольно крупные (10– 12 мкм в диаметре) лимфоциты с азурофильной зернистостью в цитоплазме. Характеризуются как большие гранулярные лимфоциты. Главное отличие NK-клеток от других популяций лимфоцитов — отсутствие на естественных киллерах антигенспецифических рецепторов. Основные маркеры NK-клеток у человека — комбинация молекул CD 56 и CD 16. Характерная особенность естественных киллеров - наличие цитоплазматических азурофильных гранул, они представляют разновидность лизосом. Перфорин, гранзимы — основные компоненты гранул NKклеток, связанные с их цитолитической функцией. Наиболее важные функции NK-клеток — цитотоксическая активность в отношении измененных (опухолевых, инфицированных вирусами, подвергшихся действию стресса) клеток организма и секреция цитокинов (в первую очередь IFNγ), что играет важную роль в регуляции иммунных процессов.

ЕК-клетки и клеточная цитотоксичность

Гуморальные факторы врожденного иммунитета

К гуморальным факторам неспецифической защиты относят: n n n n систему комплемента; лизоцим; пропердин; интерфероны; лактоферрин; белки острой фазы; катионные белки; нормальные антитела и др.

Пропердин n n Белок, открыт в 1954 Пиллемером Принимает участие в разрушении микробных клеток, особенно Гр-, нейтрализует вирусы Активен только при взаимодействии с комплементом и ионами Mg Синтезируется моноцитами/макрофагами

Система комплемента n n Включает 9 основных компонентов (С 1, С 2, С 3, С 4…………С 9) Компоненты комплемента синтезируются гепатоцитами и моноцитами/макрофагами Представляет собой систему действующих пептид-гидролаз Конечным этапом активации комплемента является МАК (мембрано-атакующий комплекс)

Функции комплемента n n n Опсонизация (связывание компонентов комплемента с микробными клетками или иммунными комплексами с целью усиления фагоцитоза) Лизис микробных клеток Лизис иммунных комплексов Активация воспаления (привлечение в очаг воспаления нейтрофилов, моноцитов/макрофагов) Усиление процессинга антигенпредставляющими клетками

Пути активации системы комплемента Классический Альтернативный Лектиновый

Система комплемента

Структура С 1

Активация системы комплемента

Классический путь активации комплемента

Сборка мембраноатакующего комплекса

Поверхность кишечной палочки, поврежденной МАК

Лизоцим Протеолитический фермент Открыт А. Флемингом в 1922 г. Разрушает клеточную стенку бактерий, действуя на пептидогликан Активирует фагоцитоз Активирует антителообразование Синтезируется фагоцитами (моноцитами, макрофагами, нейтрофилами) Содержится во всех жидкостях организма, кроме спинномозговой жидкости и передней камеры глаза Является показателем резистентности организма

Открыл лизоцим А. Флеминг

ИНТЕРФЕРОНЫ α-интерферон (лейкоцитарный) β-интерферон (фибробластный) Противовирусное действие γ-интерферон (синтезируется сенсибилизированными Т-лимфоцитами) Иммуномодулирующее и противоопухолевое действие

Приобретение клетками устойчивости после действия ИФН

Механизм действия интерферона. 1 - интерферон; 2 – клеточный рецептор.

Функционирование системы ИФН складывается из строго следующих друг за другом этапов, представляющих своеобразную цепную реакцию организма в ответ на внедрение чужеродной информации.

Характеристика лактоферрина n n По химической природе - гликопротеид Синтезируется гранулоцитами и гроздевидными клетками железистого эпителия Способен связывать 2 атома Fe 3+ , конкурируя в этом с микроорганизмами Является компонентом секретов желудочнокишечного, дыхательного, мочеполового трактов, слюнных, слезных, молочных желез, сыворотки крови

-ЛИЗИНЫ Белки сыворотки крови n Синтезируются тромбоцитами n Повреждают ЦПМ бактерий (преимущественно грамположительных, спорообразующих ) n

Белки острой фазы 1. Содержатся в сыворотке крови ( в норме – мало, увеличиваются при тяжелых системных воспалительных процессах, синтезируются в печени под влиянием цитокинов). Наиболее важные из них: С-реактивный белок; маннансвязывающий лектин. 2. С-реактивный белок (СРБ) - наиболее важный из белков острой фазы, связывается с КС ряда бактерий одноклеточных грибов, опсонизирует, активирует комплемент по классическому пути, его количество может увеличиваться в 10 -100 и даже в 1000 раз Появляется уже через несколько часов после инфицирования или травмы. По уровню СРБ можно судить об эффективности проводимого лечения. 3. Маннозосвязывающий лектин (лектинами называют белки, способные с высокой прочностью связывать углеводы) опсонизирует микробную клетку для фагоцитоза моноцитами, а также вызывает активацию комплемента по лектиновому пути.

Эндогенные пептиды-антибиотики: 1) состоят из 13 – 18 аминокислот; 2) убивают бактерии; 3) у эукариотических многоклеточных организмов их около 400; 4) наиболее изучены - дефензины млекопитающих (альфа-дефензины содержатся в гранулы нейтрофилов, бета-дефензины – вырабатывают клетки эпителия дыхательных путей и ЖКТ)

Фибронектин Белок плазмы крови и тканевой жидкости Синтезируется макрофагами Связывается с поверхностью бактерий (неспецифическое выведение из организма) Взаимодействует с рецепторами адгезии (блокирует адгезию бактерий)

Только при правильном отношении к иммунитету организм может противостоять любым негативным факторам и болезням.

Спасибо за внимание!