8.2.3. Разрушение чужеродных клеток с помощью гуморальных механизмов

Система комплемента и ее активация. Комплементом называют сложный комплекс белков и гликопротеинов (около 20), которые так же как и белки, участвующие в процессах свертывания крови, фибринолиза и образования кининов, формируют каскадные системы эффективной защиты организма от чужеродных клеток. Для этой системы характерен быстрый, многократно усиленный ответ на первичный антигенный сигнал за счет каскадного процесса. При этом продукт одной реакции служит катализатором последующей. Первые данные о существовании системы комплемента были получены в конце XIX в. при изучении механизмов защиты организма от проникающих в него бактерий и уничтожения чужеродных клеток, введенных в кровь. Эти исследования показали, что на проникновение микроорганизмов и чужеродных клеток организм отвечает образованием антител, способных агглютинировать эти клетки, не вызывая при этом их гибели. Добавление к этой смеси свежей сыворотки вызывало гибель (цитолиз) объектов иммунизации. Сделанное наблюдение послужило толчком для интенсивных исследований, направленных на выяснение механизмов лизиса чужеродных клеток.

Ряд компонентов системы комплемента обозначают символом "С" и цифрой, которая соответствует хронологии их открытия. В наибольшей концентрации в сыворотке крови человека присутствует компонент СЗ (1,2 мг/мл). Существует два пути активации комплемента: без участия антител - альтернативный и с участием антител - классический.

Альтернативный путь активации комплемента. Первый путь активации комплемента, вызываемый чужеродными клетками, с  филогенетической точки зрения является более древним. Основные этапы его представлены на рис. 8.7. Ключевую роль в активации     

Рис. 8.7

Альтернативный путь активации комплемента, вызываемый микроорганизмами, и его регуляция факторами I и Н

Рис. 8.8 Образование мембраноатакующего комплекса при активации комплемента по альтернативному пути с участием компонентов С5Б-С9

комплемента таким способом играет СЗ, который, представляет собой гликопротеин, состоящий из двух полипептидных цепей. При нормальных условиях внутренняя тиоэфирная связь в СЗ медленно активируется в результате взаимодействия с водой и следовыми количествами протеолитических ферментов плазмы крови, приводя к образованию СЗb и СЗа (фрагменты СЗ). В присутствии ионов Mg2+ СЗb может образовывать комплекс с другим компонентом системы комплемента фактором В; затем последний фактор расщепляется одним из ферментов плазмы крови - фактором D. Образовавшийся комплекс СЗbВb (линия над обозначением указывает на наличие ферментативной активности, при расщеплении компонентов системы комплемента большему фрагменту присваивается символ "a", а меньшему - символ "а") представляет собой СЗ-конвертазу - фермент, расщепляющий СЗ на СЗa и СЗb.

Некоторые микроорганизмы могут активировать СЗbВb-конвертазу с образованием большого количества продуктов расщепления СЗ путем связывания фермента на углеводных участках своей поверхностной мембраны и защиты ее тем самым от действия фактора Н. Затем другой белок пропердин взаимодействует с конвертазой, повышая стабильность ее связывания. Как только СЗ расщепляется с помощью конвертазы, его внутренняя тиоэфирная связь активируется, и реакционноспособное производное СЗb ковалентно связывается с. мембраной микроорганизма. Один активный центр СЗbВb позволяет связаться с микроорганизмом большому количеству молекул СЗb. Существует и механизм, сдерживающий этот процесс в нормальных условиях: в присутствии факторов I и Н СЗb превращается в СЗbi, последний под влиянием протеолитических ферментов расщепляется до конечных неактивных пептидов СЗс и C3d.

Следующий активируемый компонент - С5, взаимодействуя с мембраносвязанным СЗb, становится субстратом для СЗbВb и расщепляется с образованием короткого пептида С5а, причем фрагмент С5b остается фиксированным на мембране. Затем С5b последовательно присоединяет С6, С7 и С8 с образованием комплекса, способствующего ориентации на мембране молекул последнего компонента С9. Это приводит к развертыванию молекул С9, проникновению их внутрь билипидного слоя (рис. 8.8) и полимеризации в кольцеобразный "мембраноатакующий комплекс" (МАК). Вклинившийся в мембрану комплекс С5b-С7 позволяет С8 войти в непосредственный контакт с мембраной, вызвать дезорганизацию ее регулярных структур и, наконец, привести к образованию

Рис. 8.9 Функционально-активные комплексы, образующиеся на поверхности чужеродной клетки при активации комплемента по классическому пути

I, II, III - центры связывания.

спиралевидных трансмембранных каналов. Формирующийся трансмембранный канал полностью проницаем для электролитов и воды. За счет высокого коллоидно-осмотического давления внутри клетки в нее поступают ионы Na+ и воды, что и приводит к лизису чужеродной клетки или микроорганизма.

Помимо способности лизировать клетки с чужеродной информацией комплемент обладает также другими важными функциями: а) за счет присутствия на поверхности фагоцитирующих клеток рецепторов к СЗb и СЗbi облегчается адгезия микроорганизмов; б) образующиеся в процессе активации комплемента небольшие пептиды СЗа и С5а ("анафилатоксины") стимулируют хемотаксис нейтрофилов к месту скопления объектов фагоцитоза, активируют кислородзависимые механизмы фагоцитоза и цитотоксичности, вызывают выброс медиаторов воспаления из тучных клеток и базофилов, расширение кровеносных капилляров и повышение их проницаемости; в) протеиназы, появляющиеся при активации комплемента, несмотря на их субстратную специфичность, способны активировать другие ферментные системы крови: систему свертывания и систему кинино-образования; г) компоненты комплемента, взаимодействуя с нерастворимыми комплексами антиген-антитело, уменьшают степень их агрегации.

Классический путь активации комплемента. Инициация классического пути происходит в тот момент, когда антитело, соединенное с микробом или другой клеткой, несущей чужеродную информацию, связывает и активирует первый компонент каскада Clq (рис. 8.9). Эта молекула поливалентна в отношении связывания антител. Она состоит из центрального коллагеноподобного стержня, разветвляющегося на шесть пептидных цепочек, каждая из которых оканчивается связывающей антитело субъединицей. По данным электронной микроскопии вся молекула напоминает тюльпан (рис. 8.10). Его шесть лепестков образованы С-концевыми глобулярными участками полипептидных цепей, коллагеноподобные участки скручены в каждой субъединице в трехспиральную структуру. Все вместе они образуют структуру, подобную стеблю, за счет объединения в районе N-концевого участка дисульфидными связями. Глобулярные участки отвечают за взаимодействие с антителами, а коллагеноподобный участок - за связывание с двумя другими субъединицами С1. Для объединения трех субъединиц в единый комплекс необходимы ионы Са2+. Комплекс активируется, приобретает протеолитические свойства и участвует в формировании центров связывания других компонентов каскада. Завершается процесс образованием

Рис. 8.10 Структура Clq фрагмента компонента С1 системы комплемента

МАК. Специфические к антигену антитела могут дополнять и усиливать способность механизмов естественного иммунитета инициировать острые воспалительные реакции. Меньшая часть комплемента в организме активируется по альтернативному пути, который может осуществляться в отсутствие антител. Этот неспецифический путь активации комплемента важен при уничтожении фагоцитами стареющих или поврежденных клеток организма, когда атака начинается с неспецифической сорбции иммуноглобулинов и комплемента на поврежденной клеточной мембране. Тем не менее, классический путь активации комплемента в организме человека и других млекопитающих является превалирующим.

Белки острой фазы. Концентрация некоторых белков плазмы крови, имеющих общее название "белки острой фазы" резко увеличивается в ответ на инфекцию или повреждение тканей. К этим белкам относятся С-реактивный белок (СРБ), сывороточный амилоидный А-белок, (?1-антитрипсин, ?2-макроглобулин, фибриноген, церулоплазмин, компонент комплемента С9 и фактор В.

В процессе инфекции продукты жизнедеятельности микробов (например, эндотоксины) стимулируют выработку интерлейкина-1 (ИЛ-1), который представляет собой эндогенный пироген. ИЛ-1 не только повышает температуру тела, но и, воздействуя на печень, резко усиливает продукцию гепатоцитами СРБ. Концентрация последнего в плазме крови может увеличиваться в 1000 раз.

СРБ состоит из пяти идентичных нековалентно связанных полипептидных цепей, образующих замкнутый пентамер. Важное свойство этого белка - способность связываться в присутствии ионов Са2+ с некоторыми микроорганизмами, в состав мембран которых входит фосфорилхолин. Образовавшийся комплекс активирует систему комплемента по классическому пути. Это приводит к связыванию СЗb с поверхностью микроба, в результате последний опсонизируется и подготавливается к фагоцитозу. Кроме того, СРБ усиливает подвижность лейкоцитов, повышает функциональную активность лимфоцитов и облегчает взаимодействия антител с антигенами.

Интерфероны. У млекопитающих, так же как у других позвоночных животных, обнаружен ряд антивирусных агентов широкого спектра действия _ интерфероны (ИФН). ИФН по своей химической природе являются белками и гликопротеинами.

Закономерности продукции и действия ИФН складываются из четко следующих друг за другом этапов и представляют собой своеобразную цепную реакцию в ответ на сигнал тревоги, будь то вирусные инфекции или стрессы. Открыты основные компоненты системы ИФН: удалось определить локализацию генов, ответственных за его образование, а также выделить мРНК, несущие программу синтеза ИФН. ИФН оказался в числе первых клеточных белков, синтезированных вне организма с помощью генной инженерии. Идентифицированы различные типы ИФН; гены каждого из них клонированы.

Существует более 20 ИФН-?, которые продуцируются преимущественно макрофагами и В-лимфоцитами. Продуцентами ИФН-? являются фибробласты и некоторые другие клетки соединительной ткани. ИФН-? несколько короче, чем другие ИФН. ИФН-? продуцируется Т-лимфоцитами в ответ на митогенную стимуляцию. Процесс этот двухфазный и зависит от участия вспомогательных клеток, в основном моноцитов и макрофагов.

При вирусной инфекции клетки синтезируют ИФН и освобождают его в межклеточное пространство, где он связывается со специфическими рецепторами соседних незараженных клеток. Полагают, что в клетке, подвергшейся воздействию ИФН, дерепрессируются по меньшей мере два гена и начинается синтез двух ферментов. Первый - протеинкиназа А - фосфорилирует рибосомальный белок и фактор инициации, необходимый для синтеза белка, тем самым снижая трансляцию мРНК. Второй фермент катализирует образование короткого полимера адениловой кислоты, активирующего латентную эндонуклеазу, что приводит к деградации иРНК вируса и хозяина. Конечный результат действия ИФН состоит в образовании барьера из неинфицированных клеток вокруг очага вирусной инфекции, чтобы ограничить ее распространение. Полагают, что ИФН играют важную роль именно в борьбе с вирусами, а не в предотвращении вирусных инфекций.

В крови здорового человека содержится примерно 4 МЕ/мл ИФН, наиболее низкие уровни этих биологически активных веществ наблюдаются у детей до 3-х лет и у лиц старше 60 лет. Уровень ИФН может влиять и на начальные этапы эмбрионального развития - период имплантации (предотвращает имплантацию оплодотворенной яйцеклетки и начало ее дробления). Низкий уровень синтеза и освобождения ИФН связывают с особенностями сыворотки крови новорожденных - сниженной антиокислительной активностью и преобладанием факторов, повышающих выход катепсина D из лизосом. При внесении в систему клеток новорожденных ингибитора протеаз или препаратов с антиоксидантным действием продукция ИФН возрастает.

Лейкоциты доноров с I (0), III (В) и IV (АВ) группами крови, как правило, хорошо продуцируют ИФН. У доноров с группой крови II (А) почти в 40% случаев выявлена дефектность системы ИФН, выражающаяся в резко сниженной способности продуцировать этот белок в ответ на вирусную инфекцию. Возможно, именно с этим связано то, что лица с группой крови II (А) более предрасположены к острым респираторным инфекциям и среди них чаще встречаются больные с различными онкологическими заболеваниями.

Изучение влияния стресса на животных выявило прямую корреляцию между изменением антивирусной активности крови и способностью лимфоцитов синтезировать ИФН с интенсивностью стрессорных воздействий. Показано, что в течение первых суток после стресса резко снижается способность спленоцитов (моноцит, образующийся в ретикулярной ткани селезенки) синтезировать ИФН-? и ИФН-? с параллельным падением уровня ИФН в крови и снижением активности НК. Лишь на 8-й день после стресса отмечается нормализация продукции ИФН. У спортсменов при предельных тренировочных нагрузках, имеющих характер стрессорных воздействий, происходит выраженное угнетение системы ИФН. Вскоре после этого количество циркулирующего ИФН достоверно повышается при одновременном снижении в 5-10 раз синтеза ИФН. При последующем отдыхе выявлена тенденция к нормализации уровня ИФН.

При изучении факторов, обусловливающих понижение общей резистентности организма (охлаждение, голодание, ионизирующие излучения, действие иммунодепрессантов, стероидных гормонов и др.), было установлено, что все они заметно угнетают выработку ИФН.

Секреция ИФН из клеток-продуцентов находится под контролем некоторых пептидных гормонов, глюкокортикоидов и простагландинов. Сам ИФН способен и прямо имитировать эндокринные эффекты подавляющего большинства гормонов. Так, ИФН индуцирует, подобно АКТГ, синтез стероидных гормонов в культуре клеток коры надпочечников, а подобно меланотропину, стимулирует синтез меланина в культуре клеток меланомы. Гормоноподобное действие ИФН на клетки-мишени выражается в активации их специфических функций, выполнение которых предопределено характером тканевой дифференцировки. Такое действие, возможно, обусловливает антипролиферативный эффект ИФН, поскольку дифференцировка клеток обычно сопровождается снижением их способности делиться.

Учитывая филогенетическую древность системы ИФН, предполагают, что эволюция ИФН и некоторых пептидных гормонов шла из единого предшественника, и ИФН является своего рода протогормоном, т. е. несет в себе функции, развившиеся впоследствии в эндокринные. Следовательно, систему ИФН можно представить в роли филогенетического предшественника ряда гормонов, из которых каждый развивался по мере усложнения межтканевых взаимоотношений в направлении реализации конкретной эндокринной функции. Вместе с тем эти гормоны сохранили ряд свойств, характерных для ИФН - его противовирусное действие.

Известно, что ИФН могут оказывать влияние на такие функции ЦНС, как опиоидная рецепция, сон и др. Введение рекомбинантного человеческого ИФН-аз алкоголизированным крысам нормализует рецепцию опиоидов у животных. Введение этого же препарата кроликам усиливает медленную фазу сна, повышает температуру мозга, изменяет характер энцефалограммы. Механизмы взаимодействия системы ИФН и нейроэндокринной системы имеют комплексный и неоднозначный характер. Таким образом, ИФН, являясь модуляторами иммунных реакций, выполняют важные регуляторные функции в общем комплексе контрольно-регуляторного механизма, направленного на поддержание гомеостаза организма.                 

Лизоцим. Лизоцим (мурамилпептидаза) представляет собой термостабильный фермент с молекулярной массой 14,6 кДа. Он содержится в слезах, слизи носа, слюне, желудочном и кишечном соках, а также сыворотке крови. Продуцируется макрофагами и клетками эпителия различных слизистых оболочек (клетками Панета - энтероцитами с ацидофильными гранулами). Лизоцим обладает прямой бактерицидной активностью в отношении грамположительных (окрашенных по методу Грама) бактерий (стафилококков, стрептококков) и в меньшей степени в отношении грамотрицательных бактерий. Будучи способным разрывать гликозидные связи между N-ацетилглюкозамином и N-ацетилмурамовой кислотой, лизоцим разрушает клеточную стенку бактерий, что приводит к лизису микроорганизмов. В случае инфекции грамотрицательными микроорганизмами лизоцим действует совместно с системой комплемента.

Фибронектин. Фибронектин - белок (молекулярная масса около 550 кДа), который содержится в плазме крови и тканевых жидкостях. Он является важным компонентом системы неспецифической защиты организма. Этот белок продуцируется макрофагами, тучными клетками и фибробластами. Обнаружены пять различных функциональных доменов, которые в одной или более комбинациях связываются с коллагеном, фибрином, Clq и некоторыми микроорганизмами (стафилококки, стрептококки). Эти домены существуют как глобулярные области, отделенные короткими сегментами полипептидной цепи, и обеспечивают различные биологические свойства фибронектина.

Рецепторы к фибронектину имеются практически на всех клетках человека. Связывание лигандов с "плавающим" носителем рецепторов приводит к конформационным изменениям белка, который подвергается быстрому действию протеазы.

Фибронектин участвует в клеточной адгезии, распластывании и движении клеток, а также влияет на различные типы фагоцитарных реакций. Фибронектин обладает хемотаксической активностью для фибробластов, что может иметь важное значение в процессе восстановления поврежденных тканей.