<<
>>

Метаболизм гранулоцитов и макрофагов в состоянии относительного покоя и при фагоцитозе

Фагоцитарная система человека и животных представлена малоподвижными тканевыми мононуклеарными клетками (макрофаги) и циркулирующими нейтрофильными и мононуклеарными лейкоцитами (моноциты) [Козлов В.А. и др., 2009; Ярилин А.А., 2010; Черешнев В.А., Шмагель К.В., 2011]. Адекватное число нормально функционирующих фагоцитов - важнейшее условие для успешной защиты организма от инфекций. Фагоцитирующие лейкоциты образуются из полипотентных стволовых клеток в костном мозге. Лейкоциты и эритроциты вырабатываются приблизительно в равных количествах, однако из-за более короткой продолжительности жизни лейкоцитов (часы, а не месяцы) обычное соотношение эритроцитов к лейкоцитам в периферической крови составляет 200:1.

Нейтрофильные гранулоциты поступают в кровяное русло в виде высокодифференцированных зрелых фагоцитов, а моноциты - в виде незрелых клеток. Оба вида клеток циркулируют в крови в течение 4-10 ч, а затем мигрируют в ткани.

Мононуклеарные клетки превращаются в зрелые фагоциты (макрофаги) в тканях, причем их морфологические и метаболические характеристики зависят от того, в каких органах они задерживаются [Козлов В.А. и др., 2009; Ярилин А.А., 2010; Черешнев В.А., Шмагель К.В., 2011]. Макрофаги присутствуют в селезенке, печени, легких, лимфатических узлах, кишечнике и центральной нервной системе. Циркулирующие мононукле- арные фагоциты также мигрируют в очаги воспаления обычно после их инфильтрации нейтрофилами; мононуклеарные фагоциты играют важную роль в создании вала вокруг инфекционного очага и формировании гранулем. Макрофаги - это основные фагоцитирующие клетки грудного молока.

Обширные запасы зрелых нейтрофилов в норме определяются в костном мозге (костномозговой пул) и удерживаются в пристеночном положении в сосудах (маргинальный пул). При воспалительном процессе происходят мобилизация этих запасов, быстрое размножение клеток- предшественников и ускоренная их дифференцировка; во время острых инфекций нейтрофильные лейкоциты вырабатываются в огромных количествах [Ярилин А.А., 2010; El Kebir D., Filep J.G., 2010; Wright H.L. et al., 2010; Phillipson M., Kubes P., 2011]. Выработка фагоцитирующих клеток костным мозгом, по-видимому, регулируется циркулирующими факторами, высвобождающимися из лейкоцитов периферической крови.

Основные морфологические особенности нейтрофильных грануло- цитов, позволяющие при их идентификации обходиться без использования дополнительных маркеров, состоят в сегментированном ядре с плотной упаковкой хроматина и наличии в цитоплазме нейтральных (что определило название клеток) гранул, содержащих бактерицидные субстанции и ферменты [Черешнев В.А., Шмагель К.В., 2011; Miguel A. et al., 2007; Oakes P.W. et al., 2009]. Нейтрофилы отличаются высокой подвижностью и от- вечаемостью на хемотаксические и активационные факторы. Именно это обеспечило им роль наиболее мобильных клеток, ранее всего вовлекаемых в воспалительные и иммунные процессы и обусловливающих пусковые механизмы развития воспаления и ранние защитные реакции.

Существует два типа гранул нейтрофильных гранулоцитов - первичные (азурофильные) и вторичные (специфические). Первые содержат большой набор гидролаз и других ферментов: а-фукозидазу, 5'-

нуклеотидазу, Р-галактозидазу, арилсульфатазу, а-маннозидазу, N-аце- тилглюкозаминидазу, Р-глюкуронидазу, кислую Р-глицерофосфатазу, нейтральные протеиназы - катепсин G, эластазу, коллагеназу, катионные белки, миелопероксидазу, лизоцим (мурамилидаза), а также кислые глико- заминогликаны (мукополисахариды) [Ярилин А.А., 2010; Mariscalco M.M., 2011; Nordenfelt P., Tapper H., 2011; Uriarte S.M.

et al., 2011]. Во вторичных гранулах кислые гидролазы отсутствуют и содержатся ферменты, проявляющие активность при нейтральных и щелочных значениях рН: лакто- феррин, щелочная фосфатаза, лизоцим» а также белок, связывающий витамин В12. Содержимое гранул способно облегчить разрушение практически любых микробов. Это достигается в процессе слияния гранул с фаго- сомами при фагоцитозе или дегрануляции, являющейся разновидностью секреторного процесса. Специфические гранулы быстрее сливаются с фа- госомами и выбрасываются клеткой, чем азурофильные. После опорожнения гранул их восстановления не происходит.

Быстрота мобилизации нейтрофилов дополняется их способностью в течение секунд развивать метаболические процессы, приводящие к «кислородному взрыву», а также осуществлять выброс предсуществующих гранул, которые содержат бактерицидные субстанции (дегрануляция). В нейтрофилах обнаружены ферменты, причастные к бактериолизу и перевариванию микроорганизмов. Среди перечисленных выше ферментов этой способностью обладают кислые протеиназы, миелопероксидаза, лактофер- рин, лизоцим и щелочная фосфатаза [Куртасова Л.М. и др., 2009; Davison G., Diment B.C., 2010; Papayannopoulos V. et al., 2010; Francis N. et al., 2011; Kubota K. et al., 2012; Prokopowicz Z. et al., 2012].

В основе проявлений функциональной активности макрофагов и нейтрофилов лежит активация, которая индуцируется внешними стимулами (как правило, воздействием экзогенных молекул на мембранные рецепторы клеток) и реализуется с помощью цепи внутриклеточных сигналов, приводящих к изменению метаболических процессов и активности генов [Куртасова Л.М. и др., 2009; Плескова С.Н. и др., 2010; Chen G. et al., 2012; Mitchell M.J., King M.R., 2012; Panczyszyn A., Wieczorek M., 2012; Sugama K. et al., 2012]. Механизмы активации нейтрофилов и макрофагов в общих чертах сходны, хотя имеются и определенные различия.

Активирующими стимулами для фагоцитов служат факторы, взаимодействующие с рецепторными структурами клеток [Куртасова Л.М. и др., 2009; Ярилин А.А., 2010; Черешнев В.А., Шмагель К.В., 2011; Bonville

C. A. et al., 2009; Berry M.P. et al., 2010]:

- бактериальные продукты, в частности липополисахариды;

- цитокины, среди которых в качестве активатора наиболее эффективен интерферон-у (ИФН-у);

- активированные компоненты комплемента, их фрагменты;

- тканевые полисахариды, в частности содержащие концевую маннозу;

- прилипание к различным поверхностям, происходящее с участием адгезивных молекул поверхности макрофагов, а также процесс фагоцитоза;

- любые другие факторы, вызывающие активацию протеинкиназы С и повышение содержания Са2+ в клетке (в модельных опытах in vitro - сочетание форболмиристатацетата и ионофоров кальция).

Процесс активации в ряде случаев разделяется на два этапа: прайми- рование и запуск. Праймирующими агентами могут служить ИФН-у и гра- нулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор (ГМ-КСФ), которые облегчают проявление активации под действием пускового агента

- липополисахарида [Uriarte S.M. et al., 2011; Lu Y.Z. et al., 2012; Reino

D. C. et al., 2012]. На молекулярном уровне эффект праймирования тракту

ется как процесс, приводящий к активации протеинкиназы С (вследствие накопления 1,2-диацилглицерина) без мобилизации Са2+, т.е. как неполный сигнал. Последующее воздействие липополисахарида завершает формирование сигнала путем мобилизации Са2+ с участием 1,4,5-

инозитолтрифосфата - продукта расщепления фосфатидилинозитол-4,5- дифосфата.

Активация может осуществляться и одномоментно вследствие одновременного прохождения обоих внутриклеточных процессов.

Основные проявления активации макрофагов следующие [Галкин А.А., Демидова В.С., 2009; Ярилин А.А., 2010; Курилова Л.С. и др., 2012; Gaba A. et al., 2012; Wang C.L. et al., 2012]:

- «кислородный взрыв», накопление свободных радикалов;

- генерация окиси азота;

- изменение активности ряда ферментов, не связанных с кислородным и азотным метаболизмом;

- усиление синтеза ^-молекул (продуктов генов главного комплекса гистосовместимости (МНС) II класса) и их экспрессии;

- усиление синтеза и секреции цитокинов (интерлейкина-1 (ИЛ-1)), фактора некроза опухоли-а (ФНО-а) и т.д.) и других биологически активных молекул;

- повышение фагоцитарной активности и эффективности фагоцитоза;

- увеличение противоопухолевой активности;

- повышение способности обрабатывать антиген и представлять его Т- лимфоцитам;

- проявление регуляторной активности при иммунном ответе.

Основная часть перечисленных проявлений наблюдается и при активации нейтрофилов. Это относится, в частности, к кислородному взрыву, некоторым изменениям метаболизма и повышению фагоцитарной активности [Куртасова Л.М. и др., 2009; Филина Ю.В. и др., 2011; Dias I.H. et al., 2011; Uriarte S.M. et al., 20І1; Santa-Cedlia F.V. et al., 2012].

Кислородный, или дыхательный, взрыв - это процесс образования продуктов частичного восстановления кислорода, свободных радикалов, перекисей и других продуктов, обладающих высокой антимикробной активностью (рис. 2.1). Образование этих метаболитов в своей основе имеет усиление потребления глюкозы и ее расщепление с участием НАДФ+ по механизму гексозомонофосфатного шунта, что сопровождается накоплением НАДФН. Взаимодействие НАДФН с молекулой кислорода в клеточной мембране при участии НАДФН-оксидазы приводит к генерации супероксид-аниона (О2-) [Куртасова Л.М. и др., 2009; Singh A. et al.,2009; Mar- coux J. et al., 2010; Xiang M. et al., 2011].

НАДФН-зависимая оксидаза - это мультикомпонентная система, представляющая собой часть дыхательной цепи митохондрий и состоящая в исходном неактивном состоянии из флавопротеида и цитохрома b558. Компонентами НАДФН-оксидазы являются четыре белка, которые образуют фермент после того, как собираются вместе в клеточной мембране. Два из них - белки с молекулярными массами 91000 и 22000 - относятся к мембранным белкам и образуют гетеродимер цитохрома Ь558. Два других белка с молекулярными массами 47000 и 67000 являются цитоплазматическими. Они соединяются с цитохромом Ь558 после активации фагоцита. В результате возникает НАДФН-оксидаза, необходимая для образования перекиси водорода [Babior B.M. et al., 2002; Karlsson A., Dahlgren C., 2002; Sheppard F.R. et al., 2005; Hawkins P.T. et al., 2007; El-Benna J. et al., 2008; Arruda M.A., Barja-Fidalgo C., 2009]. Гены, мутации которых приводят к каждому из перечисленных дефектов, клонированы, их нуклеотидная последовательность расшифрована. В активации этой системы участвуют фосфолипазы и протеинкиназа С, активируемые теми же пусковыми агентами.

rowspan=3>
Г ексозомонофосфатный шунт

Глюкоза + НАДФ+---------- ► Пентозофосфат + НАДФН

ЦНТОХрОМ Ь’4^

НАДФН + О;------------------------- ► НАДФН + О;

Спонтанная

дпсмттацпя

20'' + 2Н
Н'О' + 'о,
НО + ОН' +1о
О' + Н'О'
Миелоперокспдаза

Н;0: + СГ ----------------------------- ► ОС Г + Н'О

-> *02 + СГ + н;о
ОСІ + НО
Каталаза

2Н'0' -------------------------- > 2Н'0 + О'

Рис. 2.1. Кислородзависимые процессы в фагоцитах, приводящие к образованию бактерицидных субстанций. а - основные стадии превращений продуктов кислородного взрыва; б - химические реакции, составляющие их основу.

Компоненты НАДФН-зависимой оксидазы - флавопротеид и цитохром Ь558 в нейтрофилах образуют в плазматической мембране непроч-

ный комплекс, который солюбилизируется при действии детергентов [Karlsson A., Dahlgren C., 2002; Arruda M.A., Barja-Fidalgo C., 2009]. Однако после активации фагоцитов этот комплекс становится значительно более прочным. Причиной такой трансформации оксидазы при активации клеток является встраивание в ее состав двух цитозольных факторов, которые после их фосфорилирования диффундируют из цитозоля и адгезиру- ются на плазматической мембране в районе расположения b-субъединицы цитохрома b558. Механизм встраивания цитозольных компонентов в НАДФИ-оксидазу в плазматической мембране не известен. Однако можно сказать, что это происходит в процессе активации оксидазы. Встраивание цитозольных белков и активация НАДФИ-оксидазы зависели от концентрации стимулятора, времени стимуляции и температуры среды. Наблюдалась хорошая корреляция между уровнем образования активных форм кислорода (АФК) в процессе стимуляции клеток и скоростью транслокации цитозольных факторов на плазматическую мембрану гранулоцитов.

Важную роль в реализации функциональной активности фагоцитирующих клеток также играют и ферменты внутриклеточного метаболизма. В частности, обнаружено, что у больных рецидивирующей рожей в период разгара в нейтрофильных гранулоцитах крови выявляется высокая активность ЛДГ на фоне снижения миелопероксидазы и содержания катионных белков [Хмелевская В.И., Конопля А.И., 2003]. На стадии реконвалесцен- ции и в межрецидивном периоде на фоне общепринятой терапии в нейтрофилах крови наблюдалось постепенное повышение содержания катионных белков и активности миелопероксидазы. Динамика активности ЛДГ имела прямо противоположную направленность. Считается, что стабильно низкие показатели активности миелопероксидазы и содержания катионных белков в сочетании с высоким уровнем ЛДГ при выписке из стационара и в межрецидивном периоде свидетельствуют о функциональной несостоятельности нейтрофильных гранулоцитов и возможности прогнозирования осложнений и рецидивов рожи.

Таким образом, метаболизм фагоцитирующих клеток обеспечивает их функциональную реактивность и влияет на развитие и исход воспалительных процессов. Исследование метаболических механизмов реализации функциональной активности фагоцитов позволит охарактеризовать как физиологические механизмы жизнедеятельности клеток, так и патогенетические процессы воспалительных заболеваний.

<< | >>
Источник: Савченко А.А.. Основы клинической иммунометаболомики . Новосибирск: Наука 2012. 2012

Еще по теме Метаболизм гранулоцитов и макрофагов в состоянии относительного покоя и при фагоцитозе:

  1. Метаболизм гранулоцитов и макрофагов в состоянии относительного покоя и при фагоцитозе
  2. Макрофаги как вспомогательные клетки при индуцированной митогенамиили антигенами пролиферации лимфоцитов
  3. Гиперанпрогения — состояние, обусловленное изменением секреции и метаболизма мужских половых гормонов в женском организме (табл. 8.1).
  4. Метаболизм лимфоцитов при вирусных инфекциях
  5. Метаболизм лимфоцитов при аллергических заболеваниях
  6. Метаболизм лимфоцитов при аутоиммунных заболеваниях щитовидной железы
  7. Метаболизм в лимфоцитах в процессе их функционирования в норме и при патологии
  8. Острая почечная недостаточность при гемолитико-уремическом состоянии при иммунопатологических заболеваниях
  9. ЛИХОРАДОЧНЫЕ СОСТОЯНИЯ. ЛИХОРАДОЧНЫЕ СОСТОЯНИЯ ПРИ ИНФЕКЦИОННЫХ БОЛЕЗНЯХ
  10. Макрофаги
  11. Фаза покоя
  12. Фагоцитоз
  13. НОВОЕ СОСТОЯНИЕ Иное состояние - «божественное состояние», или «любовь», которая захватывает все пространство.
  14. Макрофаги
  15. Позы покоя
  16. Фагоцитоз
  17. ПРИОБРЕТЕННЫЕ НАРУШЕНИЯ ФАГОЦИТОЗА И ВОЗМОЖНЫЕ ПРИЧИНЫ ИХ РАЗВИТИЯ
  18. 20.4. Кислородное голодание при патологических состояниях