Фагоцитоз и эмиграция лейкоцитов – клеточная часть воспаления и один из самых частых вопросов на зачете по патофизиологии. Спрашивают обычно две цепочки: как лейкоцит выходит из сосуда и какие стадии фагоцитоза он проходит, когда добрался до микроорганизма. Трудность в том, что цепочки учат как два отдельных списка, а молекулы вообще вне списков.
Запомнить проще, если идти за одной клеткой: нейтрофил замедляется у стенки венулы, выходит в ткань, находит цель по химическому следу, поглощает ее и убивает. В таком порядке тема разобрана ниже, и так же она подана в нашей методичке по воспалению.
Выход лейкоцитов из сосуда: краевое стояние, роллинг, адгезия, трансмиграция#
Эмиграция лейкоцитов – активный выход лейкоцитов из просвета сосуда через его стенку в очаг воспаления.
Эмиграция лейкоцитов в очаг воспаления идет в основном через стенку посткапиллярных венул. Кровоток здесь самый медленный, стенка тонкая, а эндотелий под действием медиаторов быстро выставляет на поверхность молекулы адгезии.
Краевое стояние
Когда артериальная гиперемия сменяется венозной, кровоток замедляется. Лейкоциты выходят из осевого потока в пристеночный слой плазмы и выстраиваются вдоль эндотелия – это краевое стояние. Причин две: само замедление тока крови и агрегация эритроцитов, которые занимают центр сосуда и оттесняют лейкоциты к стенке.
Качение
Лейкоцит касается эндотелия и катится по нему. Притормаживают его селектины – белки, которые связывают углеводные лиганды на соседней клетке. Связи слабые, быстро возникают и быстро рвутся, поэтому клетка не останавливается, а перекатывается.
Адгезия
Чтобы остановиться, лейкоциту нужны интегрины. В покое они «сложены» и связываются слабо. Катящуюся клетку активируют хемокины Хемокины – небольшие цитокины, которые вызывают направленное движение лейкоцитов. Пример – интерлейкин-8, закрепленные на поверхности эндотелия, и интегрины переходят в состояние высокого сродства. Теперь они прочно связываются с молекулами на эндотелии, число которых увеличивают ИЛ-1 и ФНО-α. Лейкоцит останавливается и распластывается на стенке.
Трансмиграция
Лейкоцит выпускает псевдоподию в щель между эндотелиальными клетками и протискивается сквозь нее. Базальную мембрану он преодолевает с помощью протеаз – коллагеназы и эластазы. Трансмиграция – активный процесс, при котором клетка движется сама и тратит на это энергию.
Закон эмиграции лейкоцитов Мечникова
Разные лейкоциты выходят в очаг не одновременно. По закону Мечникова при остром воспалении первыми появляются нейтрофилы, затем моноциты, последними – лимфоциты. Нейтрофилов в крови больше всего, и они быстрее отвечают на хемоаттрактанты, но в ткани живут 1-2 дня. Моноциты приходят позже и превращаются в долгоживущие макрофаги.
Клиническая значимостьДефицит адгезии лейкоцитовРазвернутьСвернуть
Если «липучки» не работают, лейкоцит не может выйти из сосуда. При дефиците адгезии лейкоцитов I типа (LAD-1) клетки катятся по эндотелию, но не останавливаются. При LAD-2 нарушен роллинг.
Клинически это выглядит так: в крови высокий нейтрофильный лейкоцитоз, а в очаге инфекции нейтрофилов нет. Отсюда рецидивирующие бактериальные инфекции без образования гноя и плохое заживление ран.
Хемотаксис#
Выйдя из сосуда, лейкоцит должен найти цель. Хемотаксис – направленное движение клетки по градиенту концентрации химических веществ, хемоаттрактантов: от места, где их мало, туда, где их много. Источник хемоаттрактантов – микроорганизмы, поврежденные клетки и уже пришедшие лейкоциты.
- Экзогенные хемоаттрактанты – продукты бактерий
- Эндогенные хемоаттрактанты – компонент комплемента C5a, лейкотриен B4, интерлейкин-8, фактор активации тромбоцитов
Механизм один для всех. Хемоаттрактант связывается с рецептором на мембране лейкоцита, в клетке растет концентрация кальция и перестраивается цитоскелет. На стороне, где сигнал сильнее, полимеризуется актин и выдвигается псевдоподия. Задний край подтягивается за счет миозина. Клетка ползет, все время сверяя концентрацию на переднем и заднем полюсе.
Чем ближе к очагу, тем выше концентрация хемоаттрактантов. В высокой концентрации те же вещества не только ведут лейкоцит, но и активируют его: усиливают дегрануляцию и подготавливают респираторный взрыв. Сами вещества и их источники разобраны в статье про медиаторы воспаления.
Методичка по воспалению449 ₽Смотреть →
Стадии фагоцитоза#
Классически выделяют четыре стадии фагоцитоза.
- Приближение – хемотаксис фагоцита к объекту
- Прилипание – распознавание объекта и прикрепление к нему
- Поглощение – погружение объекта в клетку, образование фагосомы
- Переваривание – уничтожение и расщепление объекта в фаголизосоме
Первая стадия описана в предыдущем разделе. Остальные три – ниже.
Прилипание
Фагоцит должен отличить «чужое» от «своего». Для этого у него два набора рецепторов
- Рецепторы к структурам микроорганизма – узнают PAMP PAMP – патоген-ассоциированные молекулярные паттерны: структуры, общие для больших групп микробов и отсутствующие у человека, например липополисахариднапрямую
- Рецепторы к опсонинам – Fc-рецепторы к IgG и рецепторы к C3b. Узнают микроорганизм, уже помеченный опсонинами
Опсонины – молекулы, которые покрывают объект и делают его «заметным» для фагоцита. Главные из них – IgG и фрагмент комплемента C3b. Опсонизация многократно ускоряет фагоцитоз, а бактерии с капсулой без нее почти не поглощаются.
Поглощение
Связывание рецепторов запускает перестройку актина. Псевдоподии охватывают объект и смыкаются над ним, как застежка-молния: мембрана продвигается, пока ее рецепторы один за другим находят опсонины на поверхности частицы. Объект оказывается внутри клетки в мембранном пузырьке – фагосоме. Затем с фагосомой сливаются лизосомы и гранулы, и образуется фаголизосома.
Поглощение требует энергии. Нейтрофил получает ее в основном за счет гликолиза, поэтому продолжает работать и в гипоксии очага воспаления.
Переваривание
Объект нужно сначала убить, а потом расщепить. Механизмы уничтожения делят на две группы.
- Кислородзависимые – активные формы кислорода и азота (супероксид-анион, пероксид водорода, гипохлорит, оксид азота)
- Кислороднезависимые – содержимое гранул и лизосом (лизоцим, лактоферрин, дефенсины, катионные белки, протеазы, кислая среда фаголизосомы)
Кислородзависимый механизм запускает кислородный взрыв – резкий рост потребления кислорода фагоцитом. Кислород при этом идет не на получение энергии, а на синтез активных форм.
Работает цепочка из трех ферментов. НАДФН-оксидаза образует супероксид, супероксиддисмутаза превращает его в пероксид водорода, а миелопероксидаза нейтрофила делает из пероксида и ионов хлора гипохлорит – главный бактерицидный продукт нейтрофила.
Первая и последняя реакции цепочки: перенос электронов с НАДФН на кислород и образование гипохлорита. O₂•⁻ – супероксид-анион-радикал, H₂O₂ – пероксид водорода, HOCl – хлорноватистая кислота (гипохлорит).
После гибели микроба кислые гидролазы лизосом расщепляют его до мелких фрагментов. Остатки выводятся из клетки, а макрофаг часть фрагментов представляет лимфоцитам как антиген.
Завершенный и незавершенный фагоцитоз#
Фагоцитоз называют завершенным, если поглощенный объект убит и расщеплен. При незавершенном фагоцитозе микроорганизм поглощен, но остается живым внутри фагоцита, а иногда и размножается в нем. Клетка из защитника превращается в убежище: внутри нее возбудитель недоступен для антител и комплемента и вместе с ней разносится по организму.
Причины делятся на две группы: либо микроорганизм умеет защищаться, либо неполноценен сам фагоцит.
| Группа причин | Механизм | Пример |
|---|---|---|
| Свойства микроорганизма | Блокада слияния фагосомы с лизосомой | Mycobacterium tuberculosis, токсоплазмы |
| Выход из фагосомы в цитоплазму | Листерии, шигеллы | |
| Устойчивость к бактерицидным факторам фагоцита | Гонококки, лейшмании | |
| Дефекты фагоцита | Нет кислородного взрыва (дефект НАДФН-оксидазы) | Хроническая гранулематозная болезнь |
| Не образуется гипохлорит | Дефицит миелопероксидазы | |
| Нарушено слияние гранул с фагосомой | Синдром Чедиака–Хигаси | |
| Приобретенное снижение активности фагоцитов | Сахарный диабет, лечение глюкокортикоидами, облучение, голодание |
Если возбудителя не удается уничтожить, воспаление становится хроническим. Макрофаги скапливаются вокруг него, превращаются в эпителиоидные и гигантские многоядерные клетки и образуют гранулему. Так организм отгораживает то, что не может переварить.
Нейтрофильные внеклеточные ловушки#
Некоторые объекты слишком велики, чтобы их проглотить, например, гифы грибов. На этот случай у нейтрофила есть еще один способ защиты. Нейтрофильные внеклеточные ловушки – сети из нитей ДНК с гистонами, на которых закреплены белки гранул (эластаза, миелопероксидаза, катепсин G, лактоферрин). Сеть удерживает микроорганизмы на месте и создает вокруг них высокую концентрацию бактерицидных белков.
У ловушек есть обратная сторона. Гистоны и протеазы сети повреждают собственный эндотелий, нити ДНК служат каркасом для тромба, а компоненты ловушек могут становиться аутоантигенами – с этим связывают системную красную волчанку и некоторые васкулиты. Поэтому ловушки должны вовремя убираться. Их расщепляет ДНКаза плазмы и поглощают макрофаги.
Макрофаги и эффероцитоз#
Нейтрофилы приходят первыми и быстро погибают. Позже в очаге начинают преобладать моноциты, которые в ткани превращаются в макрофаги – долгоживущие фагоциты с более широким набором задач:
- Фагоцитоз – поглощают микробы, обломки клеток, фибрин и погибшие нейтрофилы
- Секреция медиаторов – выделяют ИЛ-1, ФНО-α, ИЛ-6, хемокины, а на поздних этапах – факторы роста
- Представление антигена – показывают фрагменты микроба T-лимфоцитам и связывают врожденный иммунитет с приобретенным
- Образование оксида азота – дополнительный бактерицидный механизм, работает за счет индуцибельной NO-синтазы
Отработавший нейтрофил уходит в апоптоз. На наружной стороне его мембраны появляется фосфатидилсерин – фосфолипид, который у живой клетки находится только на внутренней стороне. Это сигнал «съешь меня»: макрофаг узнает его и поглощает клетку целиком, пока ее мембрана цела.
Смысл эффероцитоза двойной. Во-первых, протеазы и активные формы кислорода нейтрофила не попадают в ткань. Во-вторых, макрофаг после поглощения апоптотической клетки меняет программу. Вместо провоспалительных цитокинов выделяет ИЛ-10, трансформирующий фактор роста β и липидные медиаторы разрешения – липоксины и резолвины. Так фагоцитоз не только устраняет причину воспаления, но и выключает его.
Если эффероцитоз не справляется, нейтрофилы погибают некрозом, их ферменты расплавляют ткань и образуется гной. Как воспаление завершается, описано в разделе «Пролиферация и разрешение воспаления» обзорной статьи.
Методичка по гистологии кровиНейтрофилы, моноциты, макрофаги – как выглядят и что умеют399 ₽Фагоцитоз – клеточная часть воспаления, и понятна она только вместе с сосудистой и молекулярной. Все семь глав темы – от пусковых механизмов до хронического воспаления – собраны в методичке «Воспаление».
