Белки системы комплемента
Система комплемента поддерживает активность антител по устранению патогенов. Эта система состоит из 26 белков, а сам процесс во многом похож на каскад свертывания крови в ответ на повреждение кровеносных сосудов (см. главу 9). Фактически в ней задействованы некоторые из тех же самых белков.
Система комплемента должна быть активирована одним из двух особых механизмов. Первый включает в себя комплексы антиген-антитело и назы вается специфическим иммунным ответом. Второй включает антигены без антител и носит название неспецифического иммунного ответа.
Белки комплемента имеют следующие функции:
»повышение восприимчивости к фагоцитозу;
»непосредственное растворение некоторых бактерий и инородных
клеток;
»производство хемотаксических веществ (сигнальных молекул);
»повышение проницаемости сосудов;
»сокращение гладких мышц;
»дегрануляция тучных клеток.
Механизмы иммунной системы_ _ _ _
Развитие технологических инструментов для микробиологии и молекуляр ной биологии позволило наблюдать ранее невообразимые детали механизмов иммунной системы. В следующих разделах вы познакомитесь с тонкостями и сложностями механизмов иммунной системы.
Фагоцитоз
Фагоцитоз - это простейший механизм иммунного ответа; он, вероятно, древнее, чем многоклеточная жизнь: захватчик или инородные тела просто окружаются и перевариваются. Фагоцитоз, вероятно, является наиболее час то используемым механизмом в организме, так как самые многочисленные лейкоциты нейтрофилы работают именно таким образом. (Обратитесь к раз делу "Фагоцитирующие лейкоциты" выше в этой главе.)
350 ЧАСТЬ 4 Исследуем внутреннее устройство тела
ЧТО ТАКОЕ ГНОЙ?
Гной, как и сл изь, отвратителен на вид. Но гной является доказательством того, что тело сражается с захватчиком и что иммунная система выполняет свою работу.
Можно сказать, что гной является "продуктом" иммунной системы. Эта густая, беловато-желтая слизь, иногда со следами крови, появляется в месте трав мы или в очаге инфекции. (Что это за подросток без хотя бы нескольких за полненных гноем прыщей на коже?). Своим цветом и текстурой гной обязан мертвым фагоцитам, которые составляют его большую часть, - лейкоциты, которые выполнили свою работу, а затем умерли, окутав клеточ ные остатки тысяч и тысяч захватчиков. Гной также содержит немного мертвой ткани, не
много крови и немного лимфы. Ваше тело выводит его через толстую кишку или через поры кожи.
Дегрануляция
Различные типы лейкоцитов имеют в своей цитоплазме гранулы. Гранулы - это не химические вещества, а небольшие группы химических веществ, таких как гистамин, клеточные токсины (см. табл. 13.2), ферменты и другие белки. Клеточные биологи определили несколько различных типов гранул с очень специфическим химическим содержимым.
Во время процесса, называемого дегрануляцией, эти гранулы выходят из клетки, высвобождая в межклеточное пространство химические вещества (путем экзоцитоза, см. главу 3). После того как эти химические вещества по глощаются межклеточной жидкостью, они выполняют ряд специализирован ных иммунных функций. Некоторые непосредственно уничтожают захватчи ков. Некоторые регулируют процессы иммунной системы.
Гранулы в эозинофилах играют решающую роль в иммунном ответе на кишечных паразитов, выделяя токсичные белки (наши собственные природ ные пестициды). Количество эозинофилов увеличивается во время аллерги ческих реакций и паразитарных инфекций. Эозинофилы также выполняют ограниченную фагоцитарную функцию при уничтожении и выведении ком плексов антиген-антитело.
Нейтрофилы, которые мы обсуждали выше как фагоцитирующие клетки, содержат в своей цитоплазме гранулы, которые выделяют много мощных веществ. Поскольку нейтрофилы являются наиболее многочисленными из лейкоцитов, их гранулоцитарные свойства очень важны в иммунном ответе, особенно в случае бактериальной инфекции.
ГЛАВА 13 Лимфатическая система: жизнь в микробных джунглях 351
Дегрануляция базофилов высвобождает гистамин и гепарин (антикоагу лянт). Это источник гистамина, который находится в месте воспаления и ал лергических реакций. Как и эозинофилы, базофилы исполняют свою роль как при паразитарных инфекциях, так и при аллергии.
Тучные клетки присутствуют в большинстве тканей, как правило, окру жающих кровеносные сосуды и нервы, и особенно многочисленны вблизи границ между вами и внешним миром, например в коже и слизистой обо лочке дыхательной и пищеварительной систем. Тучные клетки представляют собой гранулярные клетки, которые играют ключевую роль в воспалитель ном процессе. После активации тучная клетка быстро высвобождает содер жимое своих гранул и различные гормональные медиаторы в межклеточное пространство. Они принимают участие в аллергических и анафилактических реакциях и связаны с аутоиммунитетом .
Воспаление - это отек
Если вам случалось загнать занозу в руку или ногу (а кому не случалось?), то вы знаете, что место повреждения становится красным, горячим, опух шим и болезненным. Это всё признаки и симптомы воспалительной реакции. Воспалительная реакция - это основной способ реагирования организма на инфекцию, раздражение или травму, механизм удаления вредоносного объ екта и инициирования процесса заживления. Воспаление недавно было при знано видом врожденного иммунного ответа.
Когда заноза прокалывает вашу кожу, поврежденные клетки выделяют химические вещества-медиаторы, в частности гистамин и брадикинин, кото рые инициируют реакцию воспаления. Гистамин также активирует систему комплемента. Индукция первого белка комплемента стимулирует выработку других, которые в свою очередь стимулируют выработку третьих, продолжая быструю, но контролируемую цепную реакцию до тех пор, пока не начнется бурная воспалительная реакция. Клетки иммунной системы, в основном мо ноциты и другие фагоцитарные клетки, спешат к очагу воспаления для борь бы с любыми микробами, которые находились на занозе или попали внутрь через рану на коже.
При высвобождении гистамина вместе с ним высвобождается хи мическое вещество брадикинин. Брадикинин заставляет нервы по сылать болевые сообщения в мозг. Спасибо, брадикинин, мы уже догадались.
ЧАСТЬ 4 Исследуем внутреннее устройство тела
Приобретенный иммунитет _ _ _ _
Когда механизмы нашего врожденного иммунитета не могут устранить патоген, к битве присоединяются адаптивные механизмы. Поводом для это го служит наличие антигенпрезентирующей клетки (АПК) - как правило, макрофага или дендритной клетки. Когда АПК сталкивается с неопознанным патогеном (т.е. таким, на которого не влияет какой-либо иммунный ответ), она поглощает и переваривает его. Однако она сохраняет его антигены и отображает их на собственной клеточной мембране. Затем АПК пускается в плаванье по нашим жидкостям, чтобы показать антиген Т-лимфоциту, ко торый имеет соответствующий рецептор, тем самым активируя адаптивный иммунный ответ. Этот процесс называется презентацией ат-tтигена.
Клеточ но-опосредованный иммунитет
Подходящий Т-хелпер (помощник), который только что сидел в ожида нии призыва к действию, теперь начинает активно делиться (создавать кучу собственных копий). Новые Т-хелперы выделяют цитокины, которые акти вируют соответствующие цитотоксические Т-лимфоциты . Те в свою оче редь образуют активную клетку Т-киллер ("клетка-убийца") и Т-клетку па мяти (которая в этот момент ничего не делает). Затем Т-киллер связывается
сантигенами на патогенных микроорганизмах и высвобождает перфорины, чтобы разрушить их. Этот процесс изображен на рис. 13.3.
Т-клеточный процесс, или клеточно-опосредованный иммунитет, создает армию клеток, которая будет атаковать патоген, инициировавший процесс. Их способ атаки очень похож на отправку солдат на передовую для сражения
спротивником. Он особенно эффективен в борьбе с вирусами и раковыми клетками.
Гуморал ьный иммунитет
Гуморальный иммунитет, также называемый иммунитетом, опосредован ным антителами, является нашей адаптивной защитой, которая использует В-лимфоциты. Он работает в сочетании с клеточно-опосредованным процес сом (а не после или вместо него). Задача состоит в том, чтобы продолжить ме тафору армии - превратить В-лимфоциты в заводы по изготовлению бомб.
В-лимфоциты будут связываться с соответствующим антигеном патогена, но пока они не активируются, ничего не произойдет. Когда Т-хелпер высво бождает цитокины во время клеточно-опосредованного процесса, они акти вируют этот связанный В-лимфоцит, приводя к его делению. Новые клетки
ГЛАВА 1 3 Лимфатическая система: жизнь в микробных джунглях 353
становятся либо В-клетками памяти (которые снова ничего не делают сей час), либо плазматическими клетками. Затем плазматические клетки начи нают заниматься производством антител.
На рис. 13 .4 иллюстрируется процесс гуморального иммунитета.
G) патогенный |
|
|
|
Патоген |
|
Презентируемый антиген |
|
|
|
|
|
|
|
|
Макрофаг переваривает |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
микроорганизм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и презентирует антиген |
|
|
|
|
------ |
|
|
|
|
@ Т-киллер связывается с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
презентируемым антигеном, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а Т-хелпер связывается |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
с презентируемым антигеном |
|
|
|
|
|
|
|
|
Q |
|
|
|
|
|
|
|
|
и делится |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
'-- |
|
|
® Т-хелпер активируетТ-киллер |
|
|
|
|
|
|
|
|
"" |
|
\ |
|
_: |
|
|
|
|
|
|
Активированный |
|
|
|
|
|
., |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f; |
|
@ |
,, |
л@ |
Пролиферация |
|
|
|
|
|
|
у; |
\__ |
:= Т-киллер |
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
{ |
|
\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К |
|
-лимфоцитам .. |
|
= ="' |
|
|
|
:---........, |
|
|
,. |
|
|
Q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
|
= |
|
|
|
|
Q |
_ |
|
|
|
,. |
"'"' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
у |
|
|
|
|
|
|
|
( \ и дифференциация |
|
|
|
ц-,о.,,ы |
|
|
""'·""'" |
|
|
|
|
|
|
а |
а |
мюи |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/т |
|
|
|
еж а |
|
|
|
клетка |
|
|
|
|
|
Антиген. |
о·.: |
Отверстие |
;:,со |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в мембране |
\( |
|
JJ,!: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/: •: ._.):. |
|
о - \.--" |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
_ / - |
|
|
|
|
• |
клетки |
- |
|
|
|
|
|
)) |
|
итолиз |
|
|
Инфицированная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
r/ |
|
|
{) |
|
0 0 |
:о · \о |
Ц |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
"1 |
|
|
|
|
Молекулы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¾ |
|
|
перфорина |
|
|
|
|
6) |
Перфорин создает |
|
|
в) Инфицированная |
|
|
® а) Т-киллер связывается |
|
|
|
|
|
с инфицированной клеткой |
|
отверстия в мембране |
|
|
клетка разрушается |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
инфицированной клетки |
|
|
|
|
|
|
|
|
Илл. Кэтрин Борн, МА
Рис. 73.3. Клеточно-опосредованный иммунитет
354 ЧАСТЬ 4 Исследуем внутреннее устройство тела
Вторичный иммун итет
Это положительная сторона инфекций и болезней, по крайней мере не которых из них. После того как ваша иммунная система справляется с оп ределенными патогенами, она вырабатывает иммунитет. Вторичный имму нитет - это способность противостоять инфицированию определенным
патогеном потому, что ваше тело уже побеждало его раньше. |
|
|
|
|
G) К |
о |
мплекс антиген-антитело |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
@ стимуляция |
Рецептор |
|
|
|
|
|
|
|
|
активированным Т-хелпером |
|
|
Пролиферация |
|
|
|
|
|
антигена |
|
|
|
ЦитокиныQ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
® К |
В- |
е |
о Пролиферация |
и |
IJ(I |
|
W/2 о В-клетка памяти |
,ю" |
|
ю, , |
, |
|
|
|
|
|
0♦ |
Энд плазматическии |
|
|
|
|
р а |
|
|
|
|
|
дифференциация |
|
ретикулум |
|
|
антитело |
|
|
|
,Л |
|
|
Плазматическая клетка |
|
|
|
|
|
|
|
® Действия антитела(клетка, секретирующая антитела) |
|
@ высвобожденное |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
"\\ |
|
|
|
|
Система комплемента
|
Илл. Кэтрин Борн, МА |
ГЛАВА 1 3 |
Рис. 13.4. Гуморальный иммунитет и действия антител |
Лимфатическая система: жизнь в микробных джунглях 355 |
И клеточно-опосредованный, и гуморальный механизмы производят клет ки памяти во время первичного иммунного ответа. Эти клетки находятся в вашем теле, особенно в лимфатических узлах, сканируя жидкость на нали чие соответствующего патогена (с его соответствующим антигеном). Если эти клетки памяти на него натолкнутся, они будут уже подготовлены к борь бе с этим патогеном. Они реактивируются и атакуют его соответствующим образом. Это часто происходит после первичного контакта с патогеном, но до того, как он может вызвать какие-либо симптомы, вы оказываетесь к нему невосприимчивы.
Иммуниза ция
Иммунизация - это процесс выработки иммунитета к специфическим ан тигенам с помощью прививания. Прививание представляет собой введение антигена в организм для стимуляции продуцирования антител. Антиген час то вводят путем инъекций (но иногда перорально или интраназально) препа рата, который называется вакциной и содержит образец возбудителя - либо убитого, либо живого, но ослабленного. По сути, вакцинация вызывает очень мягкий первичный иммунный ответ (настолько мягкий, что иногда вы о нем даже не знаете), благодаря которому, когда вы снова столкнетесь с антигеном в окружающей среде, будет быстро активирован вторичный иммунный ответ. Исследователи разработали вакцины для многих инфекционных заболеваний и постоянно создают новые.
Патофизиология иммун ной системы_ |
|
Нарушение работы или сбой в любой части иммунной системы представ ляет угрозу для гомеостаза и дальнейшего существования любого организма. Но у других животных просто нет таких проблем, как у людей. Особенности иммунных заболеваний у людей обусловлены, в частности, человеческой культурой, которая позволяет многим людям доживать до такого возраста, когда происходит спад иммунитета, и требует постоянных тесных контактов между людьми, что может поддерживать эндемические заболевания или спо собствовать распространению эпидемических инфекционных заболеваний.
Иммунная система и рак
Нельзя говорить о раке как об одном заболевании, но все виды рака сход ны в том, что они представляют собой отказ иммунной системы обнаружи вать и уничтожать злокачественные клетки. Часто основной причиной отказа
ЧАСТЬ 4 Исследуем внутреннее устройство тела
иммунной системы является ее старение. Злокачественные клетки, по оп ределению, делятся и размножаются быстро и неконтролируемо. Иммунная система разрушает эти клетки так быстро, как только может. Молодая и энергичная иммунная система может устранить все злокачественные клетки. Однако в конце концов иммунная система замедляется и совершает ошибки. Возникшее злокачественное образование может неуклонно расти и наконец победить ее. Пациент с ослабленной иммунной системой уязвим для раковых заболе ваний многих видов. Высокий уровень распространенности ранее редкого вида рака под названием саркома Капоши стал одним из первых признаков возникновения смертельной новой эпидемии в начале 1 980-х годов и убеди тельным свидетельством того, что целью нового вируса (при котором разви валась саркома Капоши) были клетки иммунной системы (см. раздел "ВИЧ и СПИД" далее в этой главе).
Получатель трансплантируемого органа должен всю жизнь принимать им мунодепрессанты. Помимо других изнурительных побочных эффектов, эти препараты делают пациента уязвимым ко многим видам рака. Некоторые па циенты, страдающие аутоиммунными заболеваниями, также лечатся имму нодепрессантами и настолько же уязвимы.
Иммуноопосредованные заболевания
Иммуноопосредованные заболевания - это состояния, которые возника ют в результате аномальной активности иммунной системы. Аутоиммунные заболевания - это расстройства, вызванные иммунной системой, которая начала атаку на собственные клетки. Аллергия, по сути, является чрезмерной реакцией иммунной системы на безвредное вещество в окружающей среде.
Аутоиммунные заболевания
Как в настоящем фильме ужасов, удивительная скоординированная сила, которая готова вступить в смертельный бой с любыми биологическими за хватчиками, вместо этого атакует и разрушает собственные ткани организма. Аутоиммунные заболевания являются активной областью базовых и клини ческих исследований, но на фундаментальном уровне остается неясным, что заставляет иммунную систему включать свое "я". В большинстве случаев в действие, скорее всего, вступает комбинация факторов. Например, вирусная инфекция может активировать генетическую ошибку (или дезактивировать ее подавление). Некоторые аутоиммунные расстройства гораздо чаще затра гивают женщин, чем мужчин, поэтому, вероятно, одним из таких факторов является гормональная активность.
ГЛАВА 1 3 Лимфатическая система: жизнь в микробных джунглях 357
Аутоиммунные расстройства многочисленны и разнообразны с точки зре ния патофизиологии. Аутоиммунное заболевание может быть относительно неопасным, как, например, витилиго, при котором иммунная система разру шает меланоциты (клетки, образующие пигмент), что приводит к появлению белых пятен на разных частях тела. Другие аутоиммунные заболевания гораз до более серьезные. Они могут поразить любую часть тела, включая сердце, мозг, нервы, мышцы, кожу, глаза, суставы, легкие, почки, железы, пищевари тельный тракт и кровеносные сосуды. Клинические эксперты не могут прий ти к согласию относительно того, следует ли классифицировать и лечить оп ределенные состояния как аутоиммунные заболевания. Список "принятых" аутоиммунных расстройств насчитывает несколько десятков, некоторые из них упоминаются в других главах этой книги.
Аллергия
Аллергическая реакция является приобретенной (вызванной воздействи ем триггерного вещества, называемого аллергеном) и стремительной. Легкая форма аллергии распространена во всех группах населения. Тяжелые аллер гические реакции могут быть опасными для жизни.
Воздействие аллергена заставляет IgE вызывать чрезмерную активацию определенных типов лейкоцитов (тучных клеток и базофилов), которые вы свобождают избыточный гистамин. Гистамин вызывает набухание слизис тых оболочек, например в носу и в горле. Набухание вызывает заложенность носа и раздражающий зуд в горле. Вследствие заложенности и отека бак терии могут застревать в полости носа и привести к инфекции пазухи или инфекции уха. Воспалительная реакция может привести к таким симптомам, как экзема, аллергическая сыпь и сенная лихорадка. Аллергия является важ ным фактором при астме.
А нафилаксия - это быстрая, тяжелая аллергическая реакция всего тела. Анафилаксия является результатом приобретенной гиперчувствительности к аллергену. Первоначальное воздействие (которое называется сенсибилизиру ющей дозой) вещества, такого так пчелиный яд или белок в пище, не вызы вает никаких симптомов, но повышает чувствительность иммунной системы человека к аллергену. Последующее воздействие, называемое разрешающей дозой, вызывает анафилаксию. А нафилактический шок - это анафилаксия, связанная с вазодилатацией (расширением просвета кровеносных сосудов) по всему телу, что приводит к низкому кровяному давлению и такому сильно му сужению бронхов, что человеку становится тяжело дышать. Дыхательная недостаточность, шок и сердечная аритмия могут быстро привести к смерти. Лечение - немедленное введение адреналина. (Для получения информации
об адреналине перейдите к главе 8.) |
3 58 |
ЧАСТЬ 4 |
Исследуем внутреннее устройство тела |
Хроническое воспаление
Воспалительная реакция является важным механизмом в естественной сис теме защиты организма от инфекции и болезней. С другой стороны, хроничес кое воспаление представляет собой заболевание. При хроническом воспалении механизмы, разрушающие захватчиков, атакуют собственные ткани организма.
Даже воспаление низкого уровня, например такое, как при умеренном гингивите, может вызвать проблемы, и не только в месте воспаления. Белки воспалительного ответа и системы комплемента могут перемещаться в крови и наносить вред клеткам и тканям на любом участке тела. Хроническое вос паление признано основным расстройством, которое способствует возникно вению многих и разнообразных заболеваний, включая сердечно-сосудистые и неврологические, такие как клиническая депрессия и болезнь Альцгеймера, диабет, многие виды рака и даже преждевременные роды. Список болезней и расстройств, которые в настоящее время признаны имеющими воспалитель ный компонент, становится все длиннее.
И нфекцион ные болезни
Некоторые микробы не только захватывают ваше тело; они используют ваше тело в качестве платформы для организации вторжения в тела всех, кто находится в вашем ближайшем окружении. Ниже приводится краткий обзор двух разных типов хронических инфекционных вирусных заболеваний.
ВИЧ и спид
ВИЧ (вирус иммунодефицита человека) - это вид вируса, который пора жает клетки иммунной системы человека, в частности Т-хелперы. Иммунная система реагирует на него, как и на любую другую инфекцию, и может мно го лет бороться с этим вирусом. Но, насколько известно, иммунная система не может полностью его уничтожить. Как и вирус герпеса (см. следующий раздел), ВИЧ скрывается внутри клеток. Но пока повторно активированный вирус герпеса повреждает нервные клетки, в которых он скрывается, ВИЧ повреждает клетки иммунной системы, препятствуя функционированию са мой иммунной системы.
Диагноз синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД) ставится в зависимости от наличия у пациента определенных инфекций, с которыми здоровая иммунная система борется без каких-либо затруднений (эти инфек ции, спровоцированные ослаблением иммунитета, называются оппортунис тическими). В конце концов, иммунный ответ на патогены и злокачественные клетки оказывается недостаточным, и организм пациента не выдерживает под натиском оппортунистической инфекции, рака или другого заболевания.
ГЛАВА 1 3 Лимфатическая система: жизнь в микробных джунглях 3 5 9
