7.4. Фагоцитоз

Одна из важнейших функций лейкоцитов, вышедших из сосудов в очаг воспаления, — фагоцитоз, во время которого лейкоциты распозна­ют, поглощают и разрушают проникшие в организм микроорганизмы, различные чужеродные частицы, а также собственные нежизнеспособ­ные клетки и ткани. Явление фагоцитоза было открыто И.И. Мечниковым (1845—1916), и он был первым, кто понял значение фагоцитоза как важ­нейшего механизма невосприимчивости организма к инфекционным за­болеваниям. И.И. Мечников ввел общепринятые теперь термины; «фаго­цитоз» (по-гречески — пожирание клеток), «фагоцит» (пожиратель клеток) и «макрофаг» (большой пожиратель).

Не все лейкоциты, вышедшие в очаг воспаления, способны к фагоцитозу. Такая способность свойственна нейтрофилам, моноцитам, макрофагам и эозинофилам, которые причис­ляют ктак называемым профессиональным, илиоблигатным (обязательным), фагоцитам.

В процессе фагоцитоза различают несколько стадий:

1. стадию прилипания (или прикрепления) фагоцита к объекту,

2. стадию поглощения объекта и

3. стадию внутриклеточного разрушения поглощенного объекта. Прилипание фагоцитов к объекту в отдельных случаях обусловлено

существованием на мембране фагоцитов рецепторов для молекул, вхо­дящих в состав микробной стенки (например, для углевода зимозана), или для молекул, появляющихся на поверхности собственных погибаю­щих клеток. Однако в большинстве случаев прилипание фагоцитов к про­никшим в организм микроорганизмам осуществляется при участии так называемых опсонинов — сывороточных факторов, которые попадают в очаг воспаления в составе воспалительного экссудата. Опсонины соеди­няются с поверхностью клетки микроорганизма, после чего к ней легко прилипает мембрана фагоцита. Главными опсонинами являются имму­ноглобулины и фрагмент СЗЬ-комплемента. Свойствами опсонинов об­ладают также некоторые плазменные белки (например, С-реактивный белок) и лизоцим.

Феномен опсонизации можно объяснить тем, что молекулы опсони­нов располагают по меньшей мере двумя участками, один из которых свя­зывается с поверхностью атакуемой частички, а другой — с мембраной фагоцита, соединяя таким образом обе поверхности друг с другом. Им­муноглобулины класса G, например, связываются своими Fab-фрагмен- тами с антигенами микробной поверхности, тогда как Fc-фрагменты этих антител — с поверхностной мембраной фагоцитов, на которой имеются рецепторы для Fc-фрагментов IgG.

Процесс поглощения можно рассматривать в известном смысле как продолжение прилипания. В ходе поглощения фагоцит образует псевдо­подии, которые окружают объект, прилипая к его покрытой опсонинами поверхности. Когда мембрана псевдоподий покроет всю поверхность объекта, последний оказывается внутри «мешка», образованного мемб­раной фагоцитирующей клетки. При этом сам мешок, называемый фаго- сомой, оказывается внутри цитоплазмы фагоцита. Дальнейшее разруше­ние поглощенных частиц происходит внутри фагосомы — вне внутренней среды клетки.

Если речь идет о живых микроорганизмах, а фагоциты способны зах­ватывать живые микроорганизмы, то сначала они должны быть убиты. В лейкоцитах действуют два бактерицидных механизма:

а) зависящий от кислорода и

б) независящий от кислорода.

Зависящий от кислорода бактерицидный фактор связан с образова­нием активных метаболитов кислорода. Продукция этих веществ начина­ется после контакта фагоцитов с опсонизированными бактериями. Имен­но в это время фагоциты, которые в обычных условиях используют энергию анаэробного гликолиза, начинают усиленно поглощать кислород, что обо­значают термином респираторный взрыв.

Возникновение респираторного взрыва обусловлено активацией ци- топламатической НАДФН-оксидазы, которая катализирует одноэлектрон- ное восстановление молекулы кислорода до супероксидного радикаль­ного аниона, «отбирая» электрон от восстановленного пиридинового нуклеотида НАДФН:

оксидаза

20₂ + НАДФН -> 20₂~ + НАДФ⁺ + Н⁺.

Расходуемые во время «респираторного взрыва» запасы НАДФН на­чинают немедленно восполняться усиленным окислением глюкозы че­рез гексозомонофосфатный шунт.

Большая часть образующихся при восстановлении 0₂ супероксид­ных анионов 0₂" подвергается дисмутации до Н₂0₂:

20₂~ + 2Н⁺ ^ 0₂ + Н₂0₂.

Некоторая часть молекул Н₂0₂ взаимодействует в присутствии же­леза или меди с супероксидным анионом с образованием чрезвычайно активного гидроксильного радикала ОН :

⁰2~ ^{+ Н}2°2 ^ ^0Н* ^{+ 0Н}~ ⁺ °2■

Цитоплазматическая НАДФ-оксидаза активируется в месте контак­та фагоцита с микробом, а образование супероксидных анионов проис­ходит на внешней стороне мембраны лейкоцитов, вне внутренней среды клетки. Процесс продолжается и после завершения образования фаго­сомы, вследствие чего внутри нее создается высокая концентрация бак­терицидных радикалов. Проникающие внутрь цитоплазмы фагоцита ра­дикалы нейтрализуются ферментами супероксиддисмутазой и каталазой.

Система образования бактерицидных метаболитов кислорода дей­ствует во всех профессиональных фагоцитах. В нейтрофилах совместно с ней действует еще одна мощная бактерицидная система — система миелопероксидазы (сходная с ней пероксидазная система имеется также у эозинофилов, но ее нет у моноцитов и макрофагов).

Миелопероксидаза — фермент, содержащийся в азурофильных гра­нулах нейтрофилов, катализирует реакцию между ионом галогена (обыч­но хлора) и перекисью водорода, что приводит к образованию хлорнова­тистой кислоты (гипохлоритного аниона ОС1~):

миелопероксидаза С1- + Н₂0₂ ^0С1~ + Н₂0.

Гипохлорит оказывает выраженное бактерицидное действие сам по себе. Кроме того, он может реагировать с аммонием или аминами, обра­зуя бактерицидные хлорамины.

Независящий от кислорода бактерицидный механизм свя­зан с дегрануляцией — поступлением внутрь фагосомы бак­терицидных веществ, которые содержатся во внутриклеточ­ных гранулах фагоцитов.

Когда образование фагосомы завершается, к ней вплотную прибли­жаются гранулы цитоплазмы фагоцитов. Мембрана гранул сливается с мембраной фагосомы, и содержимое гранул вливается внутрь фагосо­мы. Полагают, что стимулом к дегрануляции является увеличение цито- зольного Са²⁺, концентрация которого возрастает особенно сильно вбли­зи фагосомы, где располагаются органеллы, накапливающие кальций.

Цитоплазматические гранулы всех облигатных фагоцитов содержат большое количество биологически активных веществ, способных убивать и переваривать микроорганизмы и другие поглощенные фагоцитами объекты. В нейтрофилах, например, имеется 3 типа гранул:

• секреторные пузырьки;

• первичные (азурофильные);

• вторичные (специфические) гранулы.

Наиболее легко мобилизуемые секреторные пузырьки облегчают выход нейтрофилов из сосудов, их миграцию в тканях. Уничтожают и раз­рушают поглощенные частицы вещества азурофильных и специфических гранул. В азурофильных гранулах, помимо уже упомянутой миелоперок­сидазы, содержатся действующие независимо от кислорода низкомоле­кулярные бактерицидные пептиды дефенсины, слабое бактерицидное вещество лизоцим и множество разрушающих ферментов; в специфичес­ких гранулах лизоцим и белки, останавливающие размножение микроор­ганизмов, в частности, лактоферрин, связывающий необходимое для жизнедеятельности микрооргэнизмов железо.

На внутренней мембране специфических и азурофильных гранул находится протонный насос, который переносит водородные ионы из ци­топлазмы фагоцита внутрь фагосомы. В результате рН среды в фагосоме понижается до 4—5, что вызывает гибель многих находящихся внутри фагосомы микроорганизмов. После того как микроорганизмы погибают, они разрушаются внутри фагосомы с помощью кислых гидролаз азуро­фильных гранул.

К числу важных бактерицидных факторов, действующих в активиро­ванных макрофагах, следует отнести и продукцию оксида азота (N0), кото­рая осуществляется с помощью индуцибильной NO-синтазы. Фермент этот активируется у-интерфероном, фактором некроза опухолей, ИЛ-1-бета и другими воспалительными цитокинами. N0 действует цитостатически на опухолевые клетки, бактерии, паразиты, вирусы, ингибируя активность многих ферментов, участвующих в синтезе белков и нуклеиновых кислот. Оксид азота может соединяться с 0₂~, образуя пероксинитрит, который распадается на цитотоксические свободные радикалы ОН- и N0~.

Не все живые микроорганизмы гибнут внутри фагоцитов. Некото­рые, например, возбудители туберкулеза сохраняются, оказываясь при этом «отгороженными» мембраной и цитоплазмой фагоцитов от противо- микробных лекарств.

Активированные хемоаттрактантами фагоциты способны высвобож­дать содержимое своих гранул не только внутрь фагосомы, но и во вне­клеточное пространство. Это происходит во время так называемого неза­вершенного фагоцитоза — в тех случаях, когда потем или иным причинам фагоцит не может поглотить атакуемый объект, например, если размеры последнего значительно превышают размеры самого фагоцита или если объектом фагоцитоза являются комплексы антиген-антитело, находящи­еся на плоской поверхности сосудистого эндотелия. При этом содержи­мое гранул и продуцируемые фагоцитами активные метаболиты кисло­рода воздействуют и на объект атаки, и на ткани организма хозяина.

Повреждение тканей хозяина токсичными продуктами фагоцитов становится возможным не только в результате незавершенного фагоци­тоза, но и после гибели лейкоцитов или вследствие разрушения мембра­ны фагосомы самими поглощенными частичками, например частичками кремния или кристаллами мочевой кислоты.