Иммунная система
Иммунная система
Естественные барьеры организма
Организм человека обладает многоуровневой системой защиты от проникновения патогенных микроорганизмов. Первым рубежом защиты выступают анатомические и физиологические барьеры. Возбудители инфекций могут проникать через кожные покровы, желудочно-кишечный тракт, дыхательные и мочевыводящие пути. Кожа обеспечивает надежную механическую защиту, препятствуя инвазии бактерий при отсутствии повреждений, таких как раны или укусы насекомых. Слизистые оболочки дыхательных путей вырабатывают специальный секрет, который задерживает основную массу вдыхаемых микроорганизмов. Благодаря биению ресничек мерцательного эпителия слизь продвигается по направлению к ротовой полости, после чего проглатывается. В желудке микроорганизмы подвергаются воздействию соляной кислоты; большинство из них погибает, особенно при употреблении твердой пищи, которая задерживается в желудочной среде для переваривания. Изменения кислотности желудочного сока, как в сторону понижения, так и повышения, негативно сказываются на барьерной функции. Мочевыводящие пути защищены благодаря достаточной кислотности мочи и ее регулярному оттоку, препятствующему размножению патогенов; задержка мочи или ее ощелачивание способствуют развитию инфекций. Во влагалище защитную функцию выполняет молочная кислота, создающая слабокислую среду, губительную для возбудителей заболеваний.
Клеточные элементы врожденной иммунной системы
Врожденная иммунная система функционирует с момента рождения и начинает действовать, если патогенам удается преодолеть первичные барьеры. Ключевую роль в ней играют клетки, способные к фагоцитозу: макрофаги, моноциты и гранулоциты. Процесс фагоцитоза заключается в обволакивании и поглощении микроорганизма с последующим его помещением в фаголизосому, где происходит разрушение под действием ферментов. Нейтрофильные гранулоциты выделяют лизоцим, кислые фосфатазы, кислые протеазы и коллагеназы. Кроме того, за счет экспрессии НАДФН-зависимой оксидазы они генерируют активные формы кислорода, оказывающие выраженное токсическое действие на бактериальные мембраны. Скопление погибших нейтрофилов, разрушенных тканей и уничтоженных патогенов образует гной. Эозинофильные гранулоциты высвобождают катионный белок из внутриклеточных гранул, а также эозинофильный белок, специфически воздействующий на паразитов, включая гельминтов, и синтезируют лейкотриены. Базофильные гранулоциты выделяют гистамин и серотонин, вызывающие расширение кровеносных сосудов и способствующие миграции воспалительных клеток в очаг инфекции. Дендритные клетки, образующиеся из миелоидных и лимфоидных предшественников, захватывают чужеродные белки путем фагоцитоза и перемещаются в ближайшие лимфатические узлы для презентации антигенов и формирования специфического иммунного ответа.
Рецепторные системы и молекулярное распознавание
Распознавание чужеродных агентов клетками врожденного иммунитета осуществляется с помощью специализированных рецепторных систем, среди которых важнейшее значение имеют толл-подобные рецепторы. Поверхность многих бактерий содержит специфические молекулы, такие как липополисахариды. Данные молекулы связываются со специализированными рецепторами на поверхности макрофагов и моноцитов, что в свою очередь активирует толл-подобные рецепторы и приводит к экспрессии воспалительных белков и цитокинов. Пептидогликаны бактериальной стенки связываются с другими типами рецепторов этого семейства. Различные варианты рецепторов способны реагировать на бактериальные липопротеины, флагеллин или бактериальную ДНК. Дефекты в функционировании данных рецепторных систем могут приводить к снижению устойчивости организма к определенным инфекциям.
Цитокины и медиаторы воспаления
Цитокины представляют собой сигнальные молекулы, выделяемые клетками иммунной системы и регулирующие процессы воспаления. Система интерферонов включает различные типы белков. Интерферон гамма секретируется специфическими иммунными клетками, тогда как интерфероны альфа и бета могут вырабатываться практически любыми клетками организма, включая гепатоциты. Синтез интерферонов индуцируется присутствием вирусной РНК. Выделяемые инфицированной клеткой интерфероны связываются с рецепторами окружающих клеток, подавляя синтез белков и препятствуя репликации вируса. Интерфероны также стимулируют экспрессию молекул главного комплекса гистосовместимости, способствуя распознаванию инфицированных клеток. Классические медиаторы воспаления, такие как гистамин, простагландины и лейкотриены, увеличивают проницаемость сосудистого эндотелия. Гистамин и специфические лейкотриены обеспечивают хемотаксис, привлекая иммунные клетки к очагу воспаления. Важнейшим фактором является интерлейкин, который выделяется мононуклеарными фагоцитами, вызывает повышение температуры тела и повышает экспрессию белков адгезии на клетках эндотелия. Фактор некроза опухоли стимулирует макрофаги, усиливает пролиферацию лимфоцитов, синергирует с интерлейкинами и участвует в борьбе с бактериальными инфекциями.
Система комплемента
Система комплемента представляет собой каскад ферментативных реакций, направленных на разрушение клеточной мембраны возбудителя. Классический путь активации начинается с образования комплекса между антигеном и антителом, который активирует первичный фактор системы комплемента, обладающий протеазной активностью. Этот фактор расщепляет последующие белки каскада, формируя активные комплексы. В результате серии ограниченных протеолизов происходит сборка мембраноатакующего комплекса, который пробивает мембрану бактерии, вызывая ее гибель. Существует также альтернативный путь активации, при котором поверхностные полисахариды бактерий напрямую запускают ферментативный каскад с участием белков плазмы крови, что также завершается формированием мембраноатакующего комплекса. Побочные продукты активации комплемента обладают свойствами хемотаксиса, повышают проницаемость сосудов и обеспечивают иммунную адгезию, облегчая фагоцитоз.
Приобретенный иммунитет и Т-лимфоциты
Приобретенный иммунитет характеризуется высокой специфичностью и способностью распознавать конкретные антигены. Центральную роль в нем играют Т-лимфоциты, развивающиеся в тимусе. На своей поверхности они имеют специфические рецепторы, состоящие из альфа- и бета-цепей, формирующих вариабельную область для связывания антигена, а также инвариабельные цепи для передачи сигнала внутрь клетки. Т-лимфоциты подразделяются на хелперы и киллеры в зависимости от экспрессии определенных поверхностных маркеров. Т-хелперы распознают антигены в комплексе с молекулами главного комплекса гистосовместимости второго класса, которые экспрессируются только иммунокомпетентными клетками, такими как макрофаги и дендритные клетки. Т-киллеры распознают антигены совместно с молекулами первого класса. Созревание Т-лимфоцитов в тимусе сопровождается процессом селекции: клетки, неспособные распознавать чужеродные антигены или реагирующие на собственные антигены организма, подвергаются апоптозу. Активированные Т-хелперы выделяют цитокины, стимулирующие пролиферацию других иммунных клеток путем клональной экспансии. Цитотоксические Т-лимфоциты разрушают инфицированные клетки-мишени с помощью специализированных белков, пробивающих мембрану, а также индуцируют апоптоз.
Гуморальный иммунитет и выработка антител
Гуморальное звено приобретенного иммунитета представлено В-лимфоцитами, созревающими в костном мозге. В-лимфоциты вырабатывают антитела, или иммуноглобулины, которые делятся на несколько классов. Молекула антитела состоит из тяжелых и легких белковых цепей, соединенных дисульфидными мостиками. Вариабельные участки цепей обеспечивают специфическое связывание с антигеном, а постоянные участки определяют свойства класса антител. Некоторые иммуноглобулины образуют крупные комплексы, обеспечивая первичный иммунный ответ. Другие классы преобладают при вторичном ответе, а также защищают слизистые оболочки или участвуют в аллергических реакциях. Разнообразие антител достигается за счет соматической рекомбинации небольшого числа генов в процессе развития В-клеток. При встрече с антигеном В-лимфоцит поглощает его, расщепляет на пептидные фрагменты и презентирует на своей поверхности для распознавания Т-хелперами. После активации происходит процесс соматической гипермутации, в ходе которого отбираются клоны В-клеток, вырабатывающие антитела с наибольшим сродством к антигену. Часть В-лимфоцитов дифференцируется в плазматические клетки, мигрирующие в костный мозг и секретирующие антитела в системный кровоток. Антитела нейтрализуют токсины и вирусы, а также метят бактериальные клетки, облегчая их захват фагоцитами за счет связывания постоянной части антитела с рецепторами на поверхности фагоцитирующих клеток.
Естественные киллеры и иммунологическая память
Естественные киллеры представляют собой популяцию лимфоцитов, функционирующих с момента рождения и специализирующихся на уничтожении клеток, инфицированных вирусами. Некоторые вирусы способны подавлять экспрессию молекул главного комплекса гистосовместимости на поверхности зараженной клетки, чтобы избежать атаки цитотоксических Т-лимфоцитов. Естественные киллеры распознают такие клетки и индуцируют в них апоптоз, предотвращая дальнейшее размножение патогена. Важнейшим свойством приобретенной иммунной системы является формирование иммунологической памяти. После элиминации чужеродного агента основная масса активированных лимфоцитов погибает, однако сохраняется популяция клеток памяти. При повторном контакте с тем же возбудителем клетки памяти обеспечивают немедленный и высокоэффективный иммунный ответ, поскольку они уже прошли процессы соматической гипермутации и смены классов иммуноглобулинов. Этот механизм лежит в основе активной иммунизации посредством вакцинации, направленной на искусственное создание пула специфических клеток памяти и нейтрализующих антител без развития полноценного инфекционного заболевания.