<<
>>

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 фагосома- ми при фагоцитозе или дегрануляции, являющейся разновидностью секреторного процесса. Специфические гранулы быстрее сливаются с фагосо- мами 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 Са 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., 2011; 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 b558 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.

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 непрочный 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.. Иммунометаболические нарушения при распространенном гнойном перитоните / А.А. Савченко, Д.Э. Здзитовецкий, А.Г. Борисов.- Новосибирск: Наука2013. 2013

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

  1. Метаболизм в лимфоцитах в процессе их функционирования в норме и при патологии
  2. ЛЕЧЕБНЫЙ РЕЖИМ ПРИ БОЛЯХ В ЖЕЛУДКЕ, ПРИ СЛАБОСТИ ЖЕЛУДКА И ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СОСТОЯНИЯХ АППЕТИТА
  3. Механизм схваток при положении крестца ребёнка относительно таза матери вправо-вперёд
  4. ЛИХОРАДОЧНЫЕ СОСТОЯНИЯ. ЛИХОРАДОЧНЫЕ СОСТОЯНИЯ ПРИ ИНФЕКЦИОННЫХ БОЛЕЗНЯХ
  5. ФАГОЦИТОЗ
  6. Гипергликемия при критических состояниях
  7. Неотложные состояния при артериальной гипертензии
  8. Глава 55 Неотложные состояния при инфекционных заболеваниях
  9. ЛИХОРАДОЧНЫЕ СОСТОЯНИЯ ПРИ НЕИНФЕКЦИОННЫХ ЗАБОЛЕВАНИЯХ
  10. ЛИХОРАДОЧНЫЕ СОСТОЯНИЯ ПРИ ЭНДОКРИННЫХ БОЛЕЗНЯХ
  11. Особенности лечения ВЧГ при некоторых состояниях
  12. Лабораторная работа 3-3 Определение фагоцитарной активности нейтрофилов и макрофагов
  13. макрофаги
  14. РЕАНИМАЦИЯ ПРИ ТЕРМИНАЛЬНЫХ СОСТОЯНИЯХ, ОБУСЛОВЛЕННЫХ НЕКОТОРЫМИ ЭКЗОГЕННЫМИ ИНТОКСИКАЦИЯМИ
  15. Особенности хемилюминесцентной и энзиматической активности нейтрофильных гранулоцитов у больных с распространенным гнойным перитонитом в зависимости от исхода заболевания