I. Иммунитет у беспозвоночных

Эволюция иммунной системы

 

Изучение разнообразных видов позвоночных позволяет составить представление об эволюционном развитии иммунной системы вплоть до формирования ее сложноорганизованных механизмов у млекопитающих. Однако филогенез системы приобретенного иммунитета позвоночных, особенно его молекулярных основ, остается неясным, несмотря на многочисленные исследования иммунитета у беспозвоночных. В то же время изучение беспозвоночных проливает свет на происхождение врожденного иммунитета, полностью сформированного уже у позвоночных. Поскольку беспозвоночные чрезвычайно многочисленны и разнообразны – одиночные и колониальные формы, полостные и бесполостные, обладающие и не обладающие кровеносной системой, (всего более 95% всех видов животных на Земле) – среди них можно найти много удобных объектов для экспериментальных исследований.

Упрощенно представлено эволюционное древо царства животных с разделением от вторичнополостных на две основные ветви, принципиально различающиеся стадиями эмбриогенеза. Одна ветвь, ведущая к первичноротым – моллюскам, кольчатым червям и членистоногим, – дивергировала на этом раннем этапе эволюции от пути, ведущего к появлению вторичноротых – иглокожих, оболочников и позвоночных. Исследования в области иммунитета у беспозвоночных проводятся в основном на членистоногих и моллюсках, в связи с тем, что многие из них являются переносчиками возбудителей болезней или вредителями сельскохозяйственных культур. Поэтому филогенетически более близкие к позвоночным таксоны привлекают гораздо меньше внимания. Кроме того, поскольку все предки позвоночных – вымершие виды, выводы о происхождении иммунитета у позвоночных, сделанные на основании изучения беспозвоночных, могут быть лишь гипотетическими, основанными на предположении о близком родстве некоторых современных животных с предковыми позвоночными.

 

I. Иммунитет у беспозвоночных

 

ü Классификация клеток крови у беспозвоночных

 

У большинства беспозвоночных имеются белые кровяные клетки, но красные клетки, как правило, отсутствуют. Лейкоциты могут либо быть зафиксированными, либо свободно мигрировать по кровеносным сосудам, либо заселять заполненные жидкостью полости тела, называемые целомом или гемоцеломом. Первые клетки крови образовались, вероятно, из свободноживущих предковых клеток, сходных с простейшими. У примитивных многоклеточных, например, у губок, кишечнополостных и плоских червей, блуждающие фагоцитарные амебоциты не только выполняют функцию защиты, но и участвуют в процессах питания и экскреции.

На уровне вторичнополостных, тела которых крупнее и более сложно устроены, возникла необходимость в циркуляторной системе для переноса питательных веществ и отходов внутри организма. Амебоподобные клетки, больше не нужные для собирания пищи, вероятно, мигрировали из соединительной ткани в эту циркуляторную систему. Здесь из них образовалось множество типов клеток, часть которых приобрела специфическую роль в иммунореактивности.

Из-за огромного разнообразия беспозвоночных их свободные лейкоциты невозможно классифицировать, в отличие от лейкоцитов у позвоночных, только по окрашиваемости и морфологии.

Однако по функциональным критериям удается выделить пять основных групп таких клеток:

 

Клетки-предшественники, которые наряду с имеющейся в том или ином количестве гемопоэтической тканью могут выполнять роль стволовых клеток. По строению они напоминают лимфоциты позвоночных, но данных о действительной гомологии очень мало.

Фагоцитарные клетки, вероятно, представляют собой единственный тип клеток, присутствующий у всех представителей царства животных. Они соответствуют гранулоцитам или макрофагам млекопитающих, но несут иные поверхностные маркеры.

Гемостатические клетки принимают участие в коагуляции и заживлении ран и важны как эффекторные для распознавания «не-своего».

Питающие клетки присутствуют лишь у некоторых видов.

Пигментные клетки имеются у многих видов, но только у некоторых они содержат дыхательный пигмент, напоминая тем самым эритроциты позвоночных.

 

Беспозвоночные лишены лимфоцитов и антител, но тем не менее обладают эффективными механизмами защиты.

Иммунные системы беспозвоночных, очевидно, не включают в качестве компонентов ни иммуноглобулинов, ни взаимодействующих субпопуляций лимфоцитов, ни лимфоидных органов. Тем не менее, само существование огромного числа и разнообразия беспозвоночных свидетельствует о наличии у них эффективных систем защиты собственного организма.

Как и у позвоночных, первой линией обороны у них служат эффективные физико-химические барьеры. Слизь, покрывающая тело у многих кишечнополостных, кольчатых червей, моллюсков и некоторых оболочников, задерживает и уничтожает потенциальна патогенные микроорганизмы. Твердый наружный скелет, такой как панцирь или скорлупа, у некоторых кишечнополостных и моллюсков, иглокожих и насекомых также препятствует инвазии в организм чужеродного материала.

При нарушении целостности этих барьеров против проникшего в организм чужеродного тела, действует целый ряд взаимосвязанных клеточных и гуморальных защитных механизмов, к которым относятся следующие:

• Свертывание/коагуляция крови и заживление ран.

• Фагоцитоз.

• Инкапсулирование.

• Действие врожденных и индуцибельных антимикробных факторов.

 

Эти механизмы предполагают распознавание, «не-своего» и присутствие рецепторных молекул в крови и на поверхности клеток крови.

Раны быстро закрываются благодаря коагуляции жидкостей организма, вызываемой гемостатическими клетками и компонентами плазмы. Раны, образующиеся у беспозвоночных при травме или инвазии паразитов, быстро заживают, что предотвращает смертельную потерю жидкостей организма. Раны закрываются вследствие выпячивания жирового тела или кишки, сокращения мышц, коагуляции плазмы, миграции клеток крови к месту поражения и их агрегации с образованием тромба и/или за счет отложения меланина. Миграцию лейкоцитов к ране стимулируют, вероятно, цитокин-подобные факторы.

Тромбирование раны с коагуляцией плазмы наблюдается главным образом у членистоногих, хотя получены данные об аналогичном процессе у кольчатых червей и иглокожих. В коагуляции участвуют гемостатические клетки, которые агрегируют в месте повреждения и выделяют свое содержимое, вызывающее свертывание плазмы и образование прочной гемоцитарной «пробки». У многих видов в этом процессе участвуют и компоненты плазмы. Как и у млекопитающих, сама поврежденная ткань, микробные компоненты, а также изменения концентрации Са2+ или рН индуцируют сложный каскад ферментативных реакций в месте повреждения. Это напоминает альтернативный путь активации комплемента. Система настолько чувствительна, что у мечехвостов, например, она активируется эндотоксином Escherichia coli в дозе всего 4 нг/мл. Процесс коагуляции чрезвычайно важен, поскольку обеспечивает высокочувствительное распознавание «чужого» благодаря дегрануляции гемостатических клеток. В коагуляции может принимать участие фермент профенолоксидаза: превращаясь под действием каскада сериновых протеаз в фенолоксидазу, она способствует образованию медиаторов более поздних стадий иммунного ответа. Недавно установлено, что каскад ПФО существует и у других беспозвоночных, таких как круглые черви и оболочники.

Внедрившихся микробов поглощают фагоцитарные клетки, более крупные агенты окружаются многоклеточными капсулами. Фагоцитарные клетки присутствуют у всех беспозвоночных и вместе с врожденными гуморальными факторами образуют первую линию защиты от микроорганизмов. Как и у позвоночных, здесь наблюдаются все фазы их действия: хемотаксис, прикрепление, поглощение и уничтожение. Однако распознавание мишени опосредуют не Fc-рецепторы. Фагоцитоз, как и у позвоночных, может происходить без участия опсонизирующих факторов. Однако у моллюсков, членистоногих и оболочников в присутствии лектинов плазмы и компонентов профеноло-ксидазного каскада он усиливается.

Если внедрившиеся патогенные микробы слишком крупны или многочисленны, вокруг них образуются многоклеточные агрегаты, называемые узелками или капсулами и напоминающие гранулемы у млекопитающих. Секвестрированные таким образом микроорганизмы предположительно погибают под действием лизосомных ферментов и лизоцима, содержащихся в лейкоцитах, а также под действием пероксидазы и активных форм кислорода.

И фагоцитоз, и инкапсулирование зависят от кооперации гемостатических и фагоцитарных клеток. Жидкости организма содержат у беспозвоночных ряд врожденных и индуцибельных гуморальных защитных факторов

 

ü Врожденные защитные факторы

У беспозвоночных не обнаружено иммуноглобулинов, но жидкости организма содержат ряд защитных гуморальных факторов – агглютинины, лизоцим и другие лизины, иные антимикробные соединения, лизосомные ферменты и обездвиживающие факторы.

Имеются также данные, указывающие на присутствие компонентов комплемент-подобной системы. Например, у морских ежей на фагоцитах могут присутствовать Fc-подобные рецепторы и обнаружена гуморальная литическая система, сходная с системой комплемента. Кроме того, установлено, что кровь гусениц реагирует с одним из факторов яда кобры и при этом появляется Fc-конвертазная активность. Обладающий ею фермент расщепляет молекулы Fc быка с образованием молекул, подобных Fc.

Профенолоксидазный каскад у членистоногих сравним с альтернативным путем активации системы комплемента, поскольку оба они стимулируются непосредственно компонентами микробных клеток и включают ряд последовательно активируемых протеаз. Для того чтобы подтвердить наличие у беспозвоночных альтернативных путей активации комплемента, необходимы детальные исследования на молекулярном уровне.

 

ü Индуцибельные гуморальные защитные факторы

Известно, что у беспозвоночных содержание агглютининов и гемолизинов иногда возрастает, однако подробно индуцибельные антимикробные факторы исследованы только у насекомых.

Предполагается присутствие этих факторов и у некоторых других беспозвоночных, но для выявления их у большего числа организмов и для описания свойств необходимо подбирать подходящие иммуногены и/или проводить эксперименты по иммунизации. У таких насекомых, как мухи, бабочки и пчелы, через несколько часов после введения антигена может появляться до 15 антибактериальных белков. Многие из этих пептидов очищены и секвенированы; они обладают активностью широкого спектра, но сохраняют ее лишь в течение нескольких суток, чем резко отличаются от иммуноглобулинов позвоночных. Недавно аналогичные антибактериальные белки были обнаружены и у некоторых позвоночных. По-видимому, они представляют собой древние, но все еще важные факторы иммунитета. Один из таких факторов, цекропин, называемый также Р4 или гемолином, гомологичен некоторым доменам иммуноглобулинов. Возможно, гемолин – это примитивная форма иммуноглобулина, но не исключено и его независимое развитие у беспозвоночных. У таракана американского обнаружен другой вид индуцибельного белка, гораздо более сходный с иммуноглобулинами позвоночных. Он обладает молекулярной массой 700 кДа, высокоспецифичен и сохраняет активность в течение недель, а не суток. Для сопоставления его с иммуноглобулинами позвоночных требуются исследования на молекулярном уровне.

В распознавании «не-своего» и в межклеточной кооперации участвуют разнообразные факторы.

Беспозвоночные обладают способностью распознавания, часто с весьма высокой специфичностью, разнообразного чужеродного материала. Это распознавание осуществляют присутствующие в жидких средах организма молекулы, к которым относятся агглютинины, компоненты профенолоксидазного каскада, а также цекропин насекомых.

Агглютинины. Эти белки, выделенные из гемолимфы моллюсков и насекомых и из крови оболочников, усиливают распознавание тест-частиц in vitro и их выведение из циркуляции in vivo. Агглютинины присутствуют также на поверхности клеток крови и служат молекулами-мостиками, соединяющими лейкоциты с чужеродными частицами, как и в иммунной системе млекопитающих.

Система профенолоксидазы. У членистоногих и эта система служит, вероятно, источником распознающих факторов. При превращении ПФО в фенолоксидазу из гемостатических клеток высвобождаются факторы распознавания, которые усиливают фагоцитоз и инкапсулирование чужеродных агентов. Недавно было установлено, что очищенный агглютинин из крови таракана, обозначенный BDL1, активирует каскад ПФО; этот факт позволяет объединить представления о функции двух систем распознавания.

Белок BDL1 обладает также высоким структурным и функциональным сходством с маннозосвязывающими лектинами позвоночных. Подобно МСЛ, белок BDL1 активирует комплемент и содержит коллаген- и углевод-распознающие домены.

Гемолин. Кроме агглютининов и ПФО, в гемолимфе насекомых присутствует и иммунный белок, называемый гемолином. В нем различают четыре иммуноглобулин-подобных домена, которые связываются с поверхностью бактерий и могут участвовать в распознавании чужеродных молекул.

Процесс распознавания «не-своего» с последующим фагоцитозом предполагает кооперацию между гемостатическими и фагоцитарными клетками. Таким образом, хотя беспозвоночные лишены взаимодействующих субпопуляций антигенпрезентирующих клеток и лимфоцитов, клеточный иммунитет и у них осуществляется путем кооперации разнообразных иммуноцитов.

У видов-переносчиков возбудителей болезней клеточные и гуморальные защитные механизмы определяют устойчивость к паразитарным инвазиям.

Все больше данных указывает на то, что способность некоторых беспозвоночных передавать болезни существенно зависит от их иммунореактивности. Так, установлено, что иммунный ответ в форме инкапсулирования у москитов и легочной улитки обусловливает эффективную изоляцию и, возможно, гибель инкапсулированных паразитов. Кроме того, в недавно проведенных исследованиях у москитов, мух цеце, мошек и клещей обнаружены кишечные агглютинины – возможно, главные факторы, влияющие на размножение и выживание в этих насекомых простейших-паразитов, поглощаемых с кровью. У некоторых мух цеце, в частности, ингибирование агглютинина средней кишки D-глюкозамином значительно ускоряет их инфицирование Trypanosoma brucei и T. rhodesiense. Важную роль может играть и профенолоксидаза; в слюнных железах самок мухи цеце Glossina morsitans morsitans, уровень ПФО у которых гораздо выше, чем у самцов, присутствует намного меньше зрелых форм Т. rhodesiense.

Установлено также, что индуцибельные антибактериальные пептиды, присутствующие в крови мошек Simulium, убивают личинок паразитических нематод. Многое еще предстоит изучить в этой новой и увлекательной области исследований, в том числе способы преодоления паразитами защитных иммунных реакций в организме переносчиков.

Защитные реакции у беспозвоночных регулирует набор цитокинов, частью сходных с интерлейкинами позвоночных. Обнаруженные у беспозвоночных цитокин-подобные молекулы, возможно, взаимосвязанно регулируют защитные реакции, подобно тому как это происходит у позвоночных. Присутствие родственных цитокинам молекул уже у простейших указывает на то, что они имеются у всех представителей животного царства. Например, феромон простейших, Ег-1, структурно и функционально сходен с интерлейкином 2. Кроме того, у кольчатых червей, иглокожих и оболочников недавно были выделены соединения, обладающие ИЛ- и ФНО-подобной активностью. Активности определяли с помощью тест-системы для позвоночных, причем эти активности ингибировала поликлональная антисыворотка к ИЛ-1 позвоночных. Цитокин ИЛ-1 беспозвоночных стимулирует агрегацию, фагоцитарную активность и пролиферацию клеток «крови» этих животных. ФНО-подобную активность у беспозвоночных выявляли по цитотоксическому действию на линию клеток L929; этот метод также обычно используется для определения ФНО позвоночных.

У беспозвоночных найдены и другие соединения, обладающие цитокин-подобной активностью. Это, например, фактор, снижающий число плазмоцитов, активатор лейкоцитов и различные стимуляторы инкапсулирования и фагоцитоза у насекомых. Фактор, продуцируемый лейкоцитами иглокожих, оказывает митогенное действие на лимфоциты млекопитающих и индуцирует скопление белых кровяных клеток у морских звезд. Кроме того, у оболочников обнаружен провоспалительный цитокин, влияющий на продукцию антител, фагоцитоз и клеточно-опосредованную цитотоксичность у позвоночных, а также на фагоцитарную активность лейкоцитов у креветок. Предстоит дальнейшее изучение этих молекул. Наконец, следует упомянуть и о том, что в иммунореактивности клеток крови беспозвоночных, как установлено, участвуют эйкозаноиды и опиатные пептиды.

 

Многие беспозвоночные обладают способностью к отторжению алло- и ксеногенных трансплантатов.

Для иммунитета позвоночных характерна усиленная и высокоспецифическая реакция на повторное воздействие антигена. Ее осуществление зависит от лимфоцитов и главного комплекса гистосовместимости. Степень специфичности и запоминание антигена у беспозвоночных были изучены в опытах по трансплантации и имплантации с определением цитотоксичности. Из-за жесткости наружного скелета или мягкости наружных покровов беспозвоночным трудно производить пересадку тканей. Нелегко и решить, произошло ли отторжение. Несмотря на эти трудности, удалось установить, что у большинства беспозвоночных происходит разрушение ксенотрансплантатов, а губки, кишечнополостные, аннелиды, насекомые, иглокожие и оболочники обладают и способностью распознавания аллогенного материала. Кажущееся отсутствие отторжения аллогенной ткани у моллюсков связано, вероятно, с техническими трудностями пересадки. Однако не у всех групп беспозвоночных, способных отторгать аллотрансплантаты, эти реакции характеризуются специфичностью и памятью; обычно специфичность их крайне невысока, а память недолговременна. Значительные расхождения результатов трансплантации могут быть связаны с тем. что некоторые исследователи не учитывали зависимость процесса отторжения от температуры.

Наличие аллогенного распознавания у колониальных беспозвоночных, таких как губки, кишечнополостные и оболочники, неудивительно, так как целостности колоний постоянно угрожает разрастание соседних колоний. Эксперименты с личинками колониальных оболочников показали, что аллогенное распознавание и оплодотворение контролирует один генный локус с множественными аллелями. Таким образом, имеется определенное сходство между системой, существующей у оболочников, и генами гистосовместимости у млекопитающих.

Следует еще раз подчеркнуть, что, несмотря на лишь ограниченные специфичность и память, характерные для распознавания алло- и ксеногенных трансплантатов у беспозвоночных, их иммунная система функционирует эффективно и успешно. Так или иначе, внедрение патогенных микроорганизмов и паразитов вызывает у беспозвоночных быстрый иммунный ответ, что и обеспечивает громадное разнообразие и изобилие этих животных.

У беспозвоночных имеются молекулы-предшественники МНС и молекулы с иммуноглобулин-подобными доменами. Аллогенное распознавание, обнаруженное у многих беспозвоночных, указывает на возможное присутствие у них молекул-предшественников главного комплекса гистосовместимости. Поскольку иммуноглобулинами эти животные не обладают, можно предполагать, что система МНС сформировалась раньше и независимо от системы иммуноглобулинов у позвоночных.

Иными словами, у примитивных позвоночных при сохранении системы МНС отдельно и независимо развивалась система иммуноглобулинов, обеспечивающая более тонкое распознавание посредством циркулирующих антител и специфичных рецепторов клеточной поверхности. В ходе дальнейшей эволюции позвоночных происходила, по-видимому, возрастающая интеграция МНС и системы иммуноглобулинов, что обеспечило высокий уровень регуляции, необходимый для взаимодействия антигенпрезентирующих клеток и лимфоцитов. Это представление, однако, остается гипотетическим; нет ни структурных, ни функциональных доказательств экспрессии клетками беспозвоночных гликопротеинов МНС или димерных рецепторов для алло- и антигенов. Кроме того, у беспозвоночных может, отсутствовать реакция смешанной культуры лейкоцитов, которая у позвоночных служит функциональным маркером МНС. Поэтому возникло другое предположение: некоторые исследователи считают, что молекулы МНС позвоночных произошли от белков теплового шока.

В то же время обнаружены Р2-микроглобулин-подобные молекулы у земляных червей, ракообразных и насекомых, что подтверждает возможность существования антигенов-предшественников МНС у беспозвоночных. Р2-микроглобулин позвоночных кодируется геном, не сцепленным с МНС, но ассоциирован с молекулами МНС класса I и принадлежит к суперсемейству иммуноглобулинов. Таким образом, молекулы МНС могут быть потомками одной и той же, содержащей один домен и сходной с Р2-микроглобулином молекулы, многочисленные разновидности-производные которой возникли в результате перестроек и дупликаций генов и давления отбора.

Наконец, существует целая группа обнаруженных у беспозвоночных молекул, таких как Thy-1, амальгам, фасциклин II, нейроглиан и гемолин, также принадлежащих к суперсемейству иммуноглобулинов; предполагается, что эти молекулы появились в процессе эволюции для опосредования межклеточных взаимодействий и потенциально могут обеспечивать распознавание иммунной системой «не-своего». Этот уровень эволюции, по-видимому, достигнут у насекомых, обладающих гемолином.









Дата добавления: 2015-12-26; просмотров: 3918; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию, введите в поисковое поле ключевые слова и изучайте нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам понравился данный ресурс вы можете рассказать о нем друзьям. Сделать это можно через соц. кнопки выше.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2021 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.011 сек.