3. Фагоцитоз

Собственно процесс фагоцитоза может различаться в некоторых деталях у различных групп фагоцитов, но общая схема его осуществле­ния является следующей.

Условно весь процесс принято делить на несколько этапов. Первым из них считается хемотаксическое перемещение фагоцитирующей клетки к объекту фагоцитирования. Аттрактантами для фагоцитов могут являться как вещества, выделяемые проникшим во внутреннюю среду чужеродным агентом, так и вещества, появившиеся в тканевой жидкости в результате воздействия чужеродного агента на клетки организма. В ча­стности, при разрушении клеток бактерий в тканевой жидкости появля­ется состоящий из формил-метионина, лейцина и фенилаланина (сокра­щенно fMLP) короткий пептид, являющийся у прокариот инициатором синтеза белка и абсолютно несвойственный эукариотическим клеткам. Среди наиболее типичных хемоаттрактантов собственного происхожде­ния можно назвать медиаторы воспаления (лейкотриен В4, гистамин и др.), продукты активации системы комплемента (С3а и С5а), образую­щиеся при запуске системы свертывания крови вещества (тромбин, фиб­рин), выделяемые различными клетками крови цитокины (ИЛ-1Р, ИЛ-2 и др.). Для этих веществ на поверхности фагоцитирующих клеток имеются специфические рецепторы, присоединение к которым действующего агента вызывает изменение связанного с рецепторами белка G, что и приводит к запуску целого ряда процессов. В частности, повышается восприимчивость клеток к различного рода активирующим факторам, повышается секреторная активность фагоцитов, но главным примени­тельно к хемотаксису является перестройка цитоскелета и, как следствие этого, поляризация клетки. Клетка из округлой становится треугольной, в обращенной в сторону движения части цитоплазмы уменьшается коли­чество органелл и появляется сеть состоящих из F-актина микрофила- ментов, сокращение которых и определяет движение всей клетки в нуж­ном направлении. На мембране в этой части клетки появляются в боль­шем количестве интегрины - специфические молекулы для усиления ад­гезии движущейся клетки на стенках капилляров кровеносной системы, а также усиливается продукция фагоцитом катепсинов, коллагеназы и эла- стазы, способствующих проникновению через подстилающие эпителий базальные мембраны. Именно благодаря таким изменениям фагоцити­рующие клетки и могут достаточно быстро перемещаться из крови к месту повреждения тканей, т. е. потенциального проникновения чуже­родных агентов.

Сам же чужеродный агент в это время, как правило, опсонизируется, т. е. к его поверхности прикрепляются молекулы С3Ь из системы комплемента и (если таковые имеются в организме) иммуноглобулины класса G, комплементарные антигенным детерминантам чужеродного агента. От того, насколько эффективно произойдет опсонизация, зависит следующий этап фагоцитоза - связывание фагоцита и чужеродного объекта.

Подобного рода связывание (часто называемое адсорбцией или ад­гезией) может происходить тремя способами. В том случае, когда чуже­родный агент еще не успел опсонизироваться, его прикрепление к мем­бране фагоцита происходит в результате неспецифических взаимодей­ствий. В частности, это может быть прилипание либо за счет лектинопо- добной активности поверхностных молекул наружной мембраны грамот- рицательных бактерий, либо за счет имеющихся на поверхности фагоци­та интегринов. Как уже упоминалось ранее, интегрины способствуют взаимодействию клеток организма между собой и это обусловлено их сродством к определенным углеводным компонентам клеточных по­верхностей. В ряде случаев имеет место частичное совпадение углевод­ных фрагментов у поверхностных молекул некоторых грамотрицатель- ных бактерий и клеток млекопитающих, что и способствует адсорбции таких бактерий на поверхности фагоцита. Однако во всех этих случаях прикрепление оказывается непрочным, и последующее поглощение и уничтожение прикрепленной частицы оказывается наименее эффектив­ным.

Два других способа связывания обеспечиваются специфическими взаимодействиями и реализуются в тех случаях, когда чужеродная части­ца опсонизирована. Связано это с наличием на поверхности фагоцитирующей клетки специализированных рецепторов для молекулы С3Ь (CD35, CD21, CD11b/CD18 и CD11c/CD18), а также рецепторов FcyII и FcyIII (CD32 и CD 16 соответственно), обладающих высоким сродством к определенным участкам Fc-частей иммуноглобулинов класса G. Прикрепление за счет этих рецепторов, во-первых, оказывается в несколько раз прочнее описанного чуть ранее неспецифического, а во- вторых, и это наиболее существенно, благодаря опсонизации любые частицы, несмотря на различия в их поверхностях, могут одинаково эффективно прикрепляться и, следовательно, уничтожаться фагоцитирующими клетками.

Следующим этапом фагоцитоза является формирование фагосомы. Следует отметить, что взаимодействие специфических поверхностных структур фагоцита со специфическим для них субстратом служит одним из сигналов для его активации. Активация начинается с диссоциации связанного с рецепторами внутриклеточного белка G, который в диссо­циированном состоянии активирует фосфолипазу С, катализирующую распад фосфоинозитидов до диацилглицерина и инозитол-3-фосфата. Под влиянием последнего начинается мобилизация из внутриклеточных депо ионов Ca²⁺, а диацилглицерин в присутствии ионов кальция активи­рует протеинкиназу С. Под воздействием последней происходит пере­мещение белков цитоскелета к рецепторам, связанным с адгезированной частицей, и в данном месте клетки возникают псевдоподии, охватываю­щие частицу. Внутри псевдоподии низкомолекулярный G-актин полиме- ризуется в нитевидный F-актин, из которого формируются цитофиламен- ты псевдоподии. Вследствие сокращения этих филаментов и изменения вязкости цитоплазмы за счет сшивания актиновых филаментов специ­альным белком актиногелином (этот белок перекрестно связывает нити F-актина и переводит тем самым цитоплазму в данном участке в состоя­ние геля) возникает зона повышенной жесткости цитоплазмы, что обес­печивает ее локальное вдавливание в области контакта с фагоцитируе­мой частицей. При этом частица полностью охватывается мембраной фа­гоцита и происходит замыкание ее по принципу застежки «молния».

Далее происходит превращение фагосомы в фаголизосому благода­ря объединению с ней имеющихся в цитоплазме фагоцитирующей клетки лизосом.

Следует отметить, что начавшаяся при адгезивном контакте чужеродной частицы и фагоцита активация выражается не только в уже описанных процессах поглощения частицы, но и в подготовке к развитию так называемого кислородного (или дыхательного) взрыва. Под этим понимают происходящее с обязательным участием молекулярного кислорода и развивающееся в течение нескольких секунд после поглощения частицы образование химических продуктов, обладающих сильно выраженным окислительным действием. Высокая реакционная способность таких продуктов делает их сильнейшими бактерицидными веществами, и именно их действие определяет так называемую кислородзависимую инактивацию фагоцитированных микроорганизмов (ил.3).

В основе кислородного взрыва лежит ряд последовательно происходящих реакций, начинающийся с накопления значительных количеств восстановленного НАДФ в процессах превращения глюкозы, описанных как гексозомонофосфатный шунт. Присутствующий в мембране образовавшейся фагосомы фермент НАДФН-оксидаза активируется уже упоминавшейся выше протеинкиназой С и катализирует превращение молекулярного кислорода в супероксид- анион, при участии которого образуются еще несколько обладающих бактерицидной активностью агентов: перекись водорода, синглетный кислород и гидроксил-радикал. Считается, что после слияния фагосомы с лизосомами в сформировавшейся фаголизосоме появляются миелопероксидаза, супероксиддисмутаза и каталаза. Под влиянием первой образуются дополнительные бактерицидные радикалы гипохлорит-анион и гипоиодит-анион, а каталаза и супероксиддисмутаза обеспечивают удаление избыточных количеств перекиси и супероксид- аниона, поскольку они опасны и для самой фагоцитирующей клетки.

Подобного рода кислородзависимый механизм инактивации харак­терен как для нейтрофилов, так и для макрофагов, но в характере его развития и протекания имеются еще не совсем идентифицированные различия. В частности, генерация кислородного взрыва у макрофагов нуждается, как установлено в экспериментах с применением ингибитора синтеза белка циклогексимида, в синтезе дополнительных белков. Кроме того, для макрофагов мышей описан еще один инактивирующий мико- бактерии цикл реакций с участием кислорода - образование оксида азо­та и его производных, формирующихся в результате взаимодействия NO с активными производными О₂. Этот механизм инициируется при воздействии на фагоцитирующую клетку цитокинов - интерферона у и фактора некроза опухолей а, под влиянием которых активируется инду-

цибельная форма синтетазы оксида азота. Этот фермент в присутствии

4. 2+

ионов Са , лейкотриена В4 и НАДФ катализирует присоединение ки­слорода к атомам азота в гуанидиновой группе в составе L-аргинина, что приводит при обязательном участии тетрагидробиоптерина к обра­зованию NO и цитруллина. Образовавашийся оксид азота токсичен для некоторых видов болезнетворных бактерий, а также описано его губи­тельное действие на злокачественно измененные клетки млекопитаю­щих. Возникающие при взаимодействии NO с активными формами ки­слорода пероксинитриты также обладают бактерицидными свойствами.

Подобного рода процессы, происходящие в активно фагоцитиру­ющих клетках, приводят к усилению поглощения фагоцитами кислорода, вот почему в очагах воспаления, несмотря на значительно повышенный приток крови к ним, обычно развивается нехватка кислорода - гипоксия.

Кроме описанных механизмов инактивации в фагоцитирующих клетках реализуются и так называемые кислороднезависимые. Они начинают проявлять себя после образования фаголизосомы, поскольку осуществляющие бактерицидное или бактериостатическое действие молекулы первоначально накапливаются в лизосомах различного типа.

Одной из групп подобным образом действующих соединений явля­ется группа катионных белков, включающая низкомолекулярные пеп­тиды дефензины и имеющие большую молекулярную массу катепсин G, азуроцидин, белки р25, р37, р57 и ВР1. Дефензины обнаружены в лизо- сомах макрофагов кроликов и нейтрофилов человека и представляют со­бой состоящие из 30-33 аминокислотных остатков молекулы, которые при контакте с мембранами микробных клеток образуют в них ионные каналы, приводя тем самым микроорганизм к гибели. Считается, что действие дефензинов проявляется сразу же после реализации кислород- зависимых защитных механизмов, когда среда в фаголизосоме еще имеет щелочные значения рН. Установлено, что щелочная среда сохраняется в фаголизосоме около 15 минут, а затем за счет поглощения фаголизосо- мой ионов водорода рН сдвигается до значений 4,5. Это создает благо­приятные условия для проявления активности гидролитических фер­ментов, попадающих в фаголизосому из слившихся с ней лизосом, и од­новременно ограничивает поступление в микробную клетку питательных веществ. Присутствующий здесь же лактоферрин, способный связывать ионы железа таким образом, чтобы бактерии не могли его использовать, также считается бактерицидным фактором. Способствует снижению жизнеспособности фагоцитированных бактерий и прямое действие на их клеточную стенку лизоцима, имеющегося в специализированных лизо- сомах фагоцитов.

Как правило, сочетанное и последовательное действие описанных защитных механизмов приводит микроорганизм к гибели, а затем уже неспособные защищаться и репарировать себя клетки полностью разрушаются до низкомолекулярных веществ под влиянием ферментов - протеаз, липаз, нуклеаз и углеводдеструктирующих ферментов, которых в лизосомах фагоцитов выявлено более 60 разновидностей. В этом случае фагоцитоз считается завершенным, поскольку осуществлен последний этап - полная деструкция фагоцитированного объекта.

Однако некоторые патогенные микроорганизмы приобрели в ходе совместной с хозяином эволюции способность противостоять инактиви- рующему воздействию фагоцитов и сохранять жизнеспособность, нахо­дясь в фаголизосомах. Медики называют такое явление незавершенным фагоцитозом и считают его одной из причин, способствующих переходу ряда болезней из острых состояний в хронические

БИЛЕТ 15