Гуморальные факторы естественного иммунитета

К гуморальным факторам иммунной системы относятся находящиеся во внеклеточных жидких средах организма (плазма крови, лимфа, межклеточная жидкость) вещества, способствующие обезвреживанию чужеродных тел, а также влияющие на активность иммунных реакций.

К древнейшим химическим участникам неспецифических реакций относятся опсонины. Эти вещества после оседания на поверхности подлежащих уничтожению частиц, активируют фагоциты, повреждают мембраны бактерий и делают их менее устойчивыми к разрушению.

Благодаря опсонизации обезвреживаются даже те клетки, которые в отсутствии опсонинов не фагоцитируются.

Важнейшим гуморальным фактором первой линии защиты организма высокоразвитого животного от биологической агрессии является система комплемента. У позвоночных животных она представлена несколькими десятками сложных глобулинов (преимущественно синтезируются печенью и макрофагами), в плазме крови, в других внеклеточных жидких средах организма и на поверхности некоторых клеток.

Активация системы комплемента происходит на поверхности чужеродной или подлежащей разрушению собственной клетки и сопровождается лавинообразным расщеплением ранее не обладающих ферментативными свойствами белков на субъединицы. На каждом этапе этого процесса появляются ферменты, действующие на очередной компонент системы. Образующиеся в конечном итоге вещества способны выполнять свои функции самостоятельно (повреждают клеточные мембраны, повышают активность фагоцитов, стимулируют развитие воспаления и выход зрелых нейтрофилов из красного костного мозга, а также способствуют хемотаксису лейкоцитов к месту развития воспаления.), но наиболее эффективны при взаимодействии с другими участниками иммунных реакций.

Несмотря на одинаковые заключительные эффекты, существуют три разных пути активации системы комплемента (классический, лектиновый и альтернативный). Каждый из них имеет собственный механизм запуска (рис. 1), а завершается образованием конвертаз, которые, в свою очередь, вызывают развитие общего путии, в конечном итоге, формируют мембраноатакующий комплекс.

Рис. 1. Схема путей активации системы комплемента.

П р и м е ч а н и е: рядом со скобками выделены постоянно присутствующие в жидких средах организма компоненты комплемента, а в скобках указаны те их субъединицы, которые образуются на данном этапе и запускают следующие реакции.

Исходные белки системы комплемента обозначаются прописной латинской буквой (например, С и B), а каждый компонент «С» и арабской цифрой. Входящие в состав этих макромолекул субъединицы дополнительно обозначаются строчными буквами (например, С1q).

Классический путьактивируется при взаимодействием С1 и комплекса патогена с несколькими молекулами IgG или одним IgМ. Образующийся при этом С1q активирует C1r и C1s, которые расщепляют C4 и C2 на компоненты, необходимые для образования комплекса C4b2a (C3-конвертаза классического пути). Этот фермент, уже в общем пути, расщепляет C3 с образованием C3b, который затем активирует остальные компоненты комплемента.

В сыворотке животных содержится маннансвязывающий (маннозосвязывающий) лектин. По своей структуре он сходен с C1q и активирует лектиновый путьсистемы комплемента при взаимодействии с остатками маннозы в полисахаридах на поверхности бактерий. Это приводит к образованию конвертазы классического пути.

Альтернативный путь активации комплемента наиболее важен при защите организма от грамотрицательных бактерий. Находящиеся на их поверхности липополисахариды вызывают расщепление С3 на субъединицы, а затем связываются с С3b. Образующийся при этом комплекс взаимодействует с фактором В и расщепляется (под влиянием фактора D) на Bb и Ва. Затем, на бактериальной клетке формируется С3bBb (C3-конвертаза альтернативного пути). Этот комплекс стабилизируется пропердином (фактором Р), а в отсутствие последнего быстро разрушается.

Альтернативный путь является самым мощным гуморальным механизмом защиты у низкоорганизованных многоклеточных животных, а у позвоночных эту функцию с бόльшей эффективностью выполняет классический путь.

Однако, альтернативный и лектиновый пути участвуют в нейтрализации патогена сразу после его попадания в организм позвоночных животных, а классический - лишь после накопления антител. Следовательно, альтернативный и лектиновый пути активации системы комплемента являются гуморальными механизмами быстрой неспецифической защиты, а классический путь развивается медленнее и относится к гуморальным механизмам специфической защиты.

Кроме того, активация классического и лектинового путей предотвращает осаждение иммунных комплексов на собственных нормальных клетках, а альтернативного - способствует их растворению и удалению иммунокомпетентными клетками. Так система комплемента предотвращает повреждение иммунными комплексами собственных здоровых тканей.

Общий путь активации комплементаначинается с расщепления С3 конвертазами любого из путей. Образующийся при этом С3b является мощнейшим опсонином и облегчает фагоцитоз чужеродных частиц. Кроме этого, связывание С3b с С4b2a приводит к образованию С4b2a3b (C5-конвертаза классического пути), с фактором B - C3bBb (C3-конвертаза альтернативного пути), с C3bBb - C3bBb3b (C5-конвертаза альтернативного пути). Перечисленные конвертазы и С8 вызывают медленное разрушение мембраны клетки-мишени, а после присоединения к ним С5b, С6, С7 и С9 образуется мембраноатакующий комплекс. Он формирует в клеточной мембране канал, который резко увеличивает ее проницаемость. Подвергшаяся такому воздействию клетка набухает, ее мембрана разрывается, а содержимое цитоплазмы выходит в окружающую среду. Описанные механизмы лежат в основе некроза и развития воспаления. Этому способствуют образующиеся в ходе реакций общего пути системы комплемента активаторы воспаления, фагоцитоза и аллергических реакций. Например, С3а, С4а и С5а вызывают хемотаксис нейтрофилов, способствуют образованию в фагоцитах метаболитов кислорода, а также индуцируют выделение тучными клетками и базофилами содержимого гранул.

В дополнение к этому, компоненты С3 регулируют регенерацию долгоживущих B-клеток, продукцию антител к тимусзависимым антигенам, а также взаимодействие лимфоцитов друг с другом и с макрофагами.

Таким образом, активация системы комплемента вызывает лизис чужеродных клеток, усиление фагоцитоза, развитие воспаления, а также регулирует активность лимфоцитов.

Полный набор компонентов комплемента в организме животного наблюдается не всегда. Например, у собак и кошек нет С2 компонента, а у британских спаниелей это часто дополняется низким уровнем С3. Поэтому данная порода собак наиболее чувствительна к инфекциям.

Наряду с системой комплемента, в жидких средах высокоорганизованного организма имеются и другие антибактериальные вещества.

Лизоцим(мурамидаза) - муколитический фермент, секретируемый в основном макрофагами, а также выделяющийся при разрушении гранулоцитов (до их разрушения лизоцим оказывает внутриклеточное действие на фагоцитированные структуры) и тромбоцитов.

Лизоцим разрушает погибшие собственные клетки и даже живые, но преимущественно грамположительные, бактерии. Он гидролизует муреин, являющийся важным компонентом всех бактериальных стенок. Однако на грамотрицательные бактерии лизоцим действует только после активации системы комплемента в присутствии антител. Дело в том, что у этих патогенов муреин закрыт дополнительной оболочкой. На ней, в местах связывания антител, комплемент образует отверстия, через которые лизоцим проникает к муреину и разрушает его.

Наряду с плазмой и межклеточными жидкостями, лизоцим присутствует во внешних секретах (например, в пищеварительных соках, слезной жидкости, сперме, моче, молозиве и молоке). Благодаря этому, он повышает бактерицидность покровов тела, а также облегчает удаление с них патогенных факторов и собственных погибших клеток.

Лактоферрин - белок (синтезируется гранулоцитами), конкурирующий с бактериями за необходимое для их размножения железо и усиливающий эффекты антител. Его бактериостатическое роль особенно важна в период получения новорожденным с молоком высоких концентраций IgA.

Лактопероксидаза - фермент, который в комплексе с тиоционатом и перекисью водорода проявляет бактерицидное действие. Он обнаружен в слюне животных уже в первые месяцы жизни, активен при рН от 3,0 до 7,0 и устойчив к действию пищеварительных ферментов.

Сиалиннейтрализует преимущественно кислые продукты жизнедеятельности микрофлоры в полостях (например, в ротовой полости препятствуют образованию зубных бляшек и благодаря этому обладает сильным противокариозным действием).

В крови животных присутствуют также естественные или природные антитела. Они, как правило, являются низкоаффинными и полиспецифичными иммуноглобулинами, способными связывать наиболее часто встречающиеся антигены (например, полисахариды бактериальных оболочек) и вызывать при этом выработку высокоспецифичных антител.

Примером взаимодействия клеточных и гуморальных механизмов неспецифической защиты является воспаление. Это нормальная, универсальная, преимущественно неспецифическая, генетически предопределенная защитная реакция, ограничивающая развитие повреждения, а также способствующая восстановлению или рубцеванию повреждённой ткани. Воспаление протекает преимущественно в месте повреждения. Однако продукты повреждения и другие участники воспалительной реакции могут накапливаться в крови и вызывать системный воспалительный ответ, который уже не защищает организм (что характерно для местного процесса), а усугубляет течение заболевания.

У позвоночных животных воспаление развивается сразу после тканевой альтерации (повреждения), вызывающей реакцию стромальных клеток, эндотелия микрососудов (особенно венул), мигрирующих в очаг воспаления лейкоцитов, а также белковых систем плазмы крови. Всё это приводит к скоплению в месте повреждения клеток и веществ, очищающих очаг воспаления от последствий повреждения тканей и обеспечивающих восстановительные процессы.

Клеточные и гуморальные факторы неспецифической защиты всегда участвуют в реакциях воспаления, а антитела и лимфоциты - лишь при наличии в очаге повреждения чужеродных антигенов.

Согласованное вовлечение в развитие воспаления множества клеток, веществ, органов и тканей обеспечивается сложными механизмами регуляции. Центральное место среди них занимают гуморальные факторы естественного иммунитета, которые часто называют медиаторами воспаления.Ониобразуются в результате активации различных систем крови и тканей, а затем накапливаются в месте повреждения. Это сопровождается реакцией сосудов (расширением капилляров и венул, а также увеличением их проницаемости для других биологически активных веществ и клеток, что способствуют формированию отека), миграцией лейкоцитов, активацией системы комплемента и синтезом эйкозаноидов, а также расщеплением фибрина (это необходимо для успешного заживления ран).

Медиаторы воспаления делятся на первичные и вторичные.

Первичные медиаторы (гистамин, цитокины и др.) выделяются макрофагами в месте повреждения сразу после действия патогенов. Гистамин расширяет капилляры и повышает их проницаемость, вызывает формирование отека в коже и слизистых оболочках, стимулирует хемотаксис и может привести к спазму бронхов. Гепарин, освобождающийся из тучных клеток, наряду с антисвертывающим действием, усиливает и фагоцитарную реакцию. Эйкозаноиды - это биологически активные производные полиненасыщенных жирных кислот (основную долю эйкозаноидов составляют производные арахидоновой кислоты). К ним относятся: простагландины (синтезируются практически во всех клетках позвоночных животных), тромбоксаны (преимущественно образуются в тромбоцитах), и лейкотриены (вырабатываются тучными клетками, базофилами, нейтрофилами, лимфоцитами и моноцитами). Они образуются из мембранных фосфолипидов при стимуляции клеток, участвующих в развитии воспаления и преимущественно местно регулируют развитие воспаления. Например, простагландины усиливают отек (за счет вазодилятации и повышения сосудистой проницаемости), потенцируют боль и являются пирогенами, а тромбоксаны сужают сосуды, вызывают агрегацию тромбоцитов с освобождением ферментов и других факторов. Лейкотриены наряду с повышением проницаемости стенок сосудов стимулируют хемотаксис лейкоцитов.

Вышеперечисленные медиаторы важны на первых этапах воспаления. В дальнейшем основными его регуляторами становятся цитокины, а непептидные медиаторы лишь дополняют их эффекты. Цитокины секретируются эндотелиоцитами посткапиллярных венул и стромальными клетками, а только затем мигрирующими в очаг воспаления лейкоцитами.

Большинство цитокинов участвует в межклеточной передаче сигналов при специфической иммунной защите. Поэтому, в данном разделе рассматриваются наиболее важные для развития воспаления цитокины, а основная информация об этой группе биологически активных веществ представлена в разделе «молекулярные основы специфической защиты».

Рост уровня в крови цитокинов первой волны развития воспаления (к ним относятся факторы некроза опухоли и ИЛ-1) начинается через 3-6 часов после повреждения тканей или поступления в кровь эндотоксинов, а через 8-15 часов их биосинтез становится максимальным и сохраняется на достигнутом уровне до нескольких суток. Это, как правило, сопровождается такими системными реакциями как гипертермия, а также увеличением содержания в крови лейкоцитов и белков острой фазы (синтезируются гепатоцитами).

При длительных воспалительных процессах в костный мозг мигрируют Т-хелперы и там, секретируя ИЛ-1 и факторы некроза опухоли, стимулируют пролиферацию стволовой кроветворной клетки, но тормозят созревание эритроцитов. Благодаря этому возрастает продукция лейкоцитов необходимых для очистки зон повреждения и их регенерации.

Совместное действие факторов некроза опухоли и ИЛ-1потенцирует секрецию ИЛ-6, который снижает выработку ИЛ-1 и факторов некроза опухоли (это уменьшает концентрации в очаге воспаления продуктов «кислородного взрыва», лизосомальных протеиназ и продуктов повреждения тканей, что способствует восстановлению тканей), а также является основным стимулятором продукции вторичных медиаторов воспаления.

Вторичные медиаторы воспаления преимущественно синтезируются гепатоцитами после действия на них первичных медиаторов. К данной группе биологически активных веществ относятся белки острой фазы (С-реактивный белок, сывороточный амилоидный протеин, антитрипсин, макроглобулин, фибриноген, церулоплазмин, С9 и В компоненты системы комплемента). Эти вещества задолго до развития специфических иммунных реакций (уже через 5-6 часов после повреждения) способствуют укреплению барьерных свойств очага воспаления, предотвращают нежелательные эффекты биологически агрессивных факторов (бактериальных эндотоксинов, активных форм кислорода, протеиназ и др.), способствуют восстановлению тканей, регулируют клеточный и гуморальный механизмы иммунитета.

Основным белком острой фазы воспаления является С-реактивный белок, а сывороточный амилоидный протеин близок с ним по структуре и действию. Белки острой фазы нейтрализуют эндотоксины за счет связывания их липопротеинами очень низкой плотности и хиломикронами. Эти комплексы затем обезвреживаются в печени, а мономеры эндотоксина, доставляются белками острой фазы к фагоцитам. Кроме того, при взаимодействии с поверхностями бактерий и грибов, белки острой фазы активируют систему комплемента и опсонизируют чужеродные клетки, являются хемоаттрактантами для нейтрофилов и активирует фагоциты.