Барьеры против инфекций

3. Повреждение мембран

   Как отмечалось выше, встраивание МАК в мембрану может привести к лизису клетки. К счастью, система комплемента  относительно малоэффективна в отношении лизиса мембран аутологичных клеток. 
 
 
 
 

Острая  воспалительная реакция, опосредованная активацией комплемента. 

   Итак, теперь можно создать хорошо аранжированный сценарий защиты организма. Спектакль начинается с активации комплемента по альтернативному пути (рис. 1.15)

В первом действии СЗbВb закрепляется на поверхности микроорганизма и расщепляет большие количества СЗ. Фрагмент СЗа выделяется, а многочисленные молекулы СЗb связываются с микроорганизмом. Это активирует следующий этап с образованием С5а и МАК (хотя многие микроорганизмы обладают устойчивостью к действию последнего).

   Во  втором действии мы видим СЗа и С5а, которые способствуют высвобождению медиаторов из тучных клеток и вместе с ними вовлекают полиморфноядерные нейтрофилы и другие компоненты системы комплемента в очаг проникновения микроорганизма. Все это вызывает расслабление стенок артерий и приводит к усилению кровотока и расширению мелких сосудов, в то время как сокращение клеток эндотелия капилляров позволяет выходить белкам плазмы из сосудов. Нейтрофилы замедляют движение у стенок капилляров, проникают в отверстия между эндотелиальными клетками (диапедез) и перемещаются по градиенту концентрации хемотаксических факторов до тех пор, пока не окажутся лицом к лицу с микроорганизмом, покрытым СЗb. Далее происходит связывание микроорганизма с СЗЬ - рецепторами нейтрофила, СЗа и С5а резко активируют клеточное дыхание, и мгновенно наступает финал последнего действия!

Расширение капилляров (гиперемия), экссудация белков плазмы и других жидкостей из-за изменений гидростатического и осмотического давления (отек) и накопление нейтрофилов носят общее название острой воспалительной реакции. 

Гуморальные механизмы  обеспечивают вторую стратегию защиты

  Обращаясь к тем защитным системам, действие которых опосредовано исключительно растворимыми факторами, вспомним, что многие микроорганизмы активируют систему комплемента и чувствительны к литическому действию МАК. Распространение инфекции может быть ограничено ферментами, высвобождающимися из поврежденных тканей и активирующими систему свертывания крови. Среди растворимых бактерицидных соединений, вырабатываемых организмом, наиболее распространен фермент лизоцим (мурамидаза, расщепляющая пептидогликаны клеточной стенки чувствительных бактерий).

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 (CRP, от англ. C-reactive protein), сывороточный амилоидный А-белок, a₁-антитрипсин, а₂-макроглобулин, фибриноген, церулоплазмин, компонент комплемента С9 и фактор В.

     В  процессе инфекции продукты жизнедеятельности  микробов, такие, как эндотоксины,  стимулируют выработку интерлейкина-1 (ИЛ-1), который представляет собой эндогенный пироген (он увеличивает эффективность защитных механизмов, вызывая повышение температуры тела). Кроме того, ИЛ-1 действует и на печень, усиливая синтез и секрецию CRP до такой степени, что концентрация последнего в плазме крови может увеличиваться в 1000 раз.

CRP человека состоит из пяти идентичных, нековалентно связанных полипептидных цепей, образующих замкнутый пентамер. Этот класс белков распространен в животном мире уже давно, поскольку гомологичный CRP белок лимулин-обнаружен в гемолимфе мечехвоста, филогенетически очень далеко отстоящего от Homo sapiens. Важное свойство CRP-способность связываться при участии кальция с некоторыми микроорганизмами, у которых в состав мембраны входит фосфорилхолин. Образовавшийся комплекс активирует систему комплемента (по классическому, а не по хорошо нам знакомому альтернативному пути). Это приводит к связыванию СЗb с поверхностью микроба, и в результате последний опсонизируется, т.е. подготавливается к фагоцитозу. 

Интерфероны

  У рыб, птиц, рептилий, так же как у млекопитающих, обнаружен ряд антивирусных агентов широкого спектра действия - интерферонов, впервые выявленных при изучении вирусной интерференции, когда животное, зараженное одним вирусом, устойчиво к заражению другим неродственным вирусом. Идентифицированы различные типы интерферонов; гены каждого из них клонированы. Существуют по меньшей мере 14 α-интерферонов (α-ИФН), которые продуцируются лимфоцитами, тогда как фибробласты, а возможно, и другие клетки продуцируют β-ИФН. Пока мы не будем рассматривать γ-ИНФ, поскольку его образование не индуцируется вирусами.

При вирусной инфекции клетки синтезируют интерферон и  секретируют его в межклеточное пространство, где он связывается  со специфическими рецепторами соседних незараженных клеток. Связанный интерферон оказывает противовирусное действие следующим образом. Полагают, что в клетке, подвергшейся воздействию интерферона, дерепрессируются по меньшей мере два гена и начинается синтез двух ферментов. Первый - протеинкиназа - фосфорилирует рибосомальный белок и фактор инициации, необходимый для синтеза белка, тем самым значительно снижая трансляцию мРНК. Второй фермент катализирует образование короткого полимера адениловой кислоты, активирующего латентную эндонуклеазу, что приводит к деградации мРНК как вируса, так и хозяина.

   Каким бы ни был конкретный механизм действия интерферона, конечный результат состоит в образовании барьера, из неинфицированных клеток вокруг очага вирусной инфекции, чтобы ограничить ее распространение. Об эффективности действия интерферона in vivo можно судить по результатам введения мышам антисыворотки к собственному интерферону При этом летальная доза вируса оказывается в несколько сот раз меньше, чем в контроле. Однако следует подчеркнуть, что интерфероны играют большую роль именно в борьбе с вирусами, но не в предотвращении вирусных инфекций.

     Может оказаться, что интерфероны как система в целом обладают более широким биологическим действием, чем ограничение вирусной инфекции. Необходимо выяснить, способны ли описанные выше ферменты, синтез которых индуцируется интерфероном, ингибировать деление клеток хозяина с той же эффективностью, что и репликацию вируса. Интерфероны способны модулировать активность и других клеток, например нормальных киллеров (НК). 

Внеклеточное  уничтожение

Нормальные  киллеры

   Вирусы способны размножаться только в клетках инфицированного хозяина, используя для этого их репликативные механизмы. Очевидно, что в интересах хозяина уничтожить эти зараженные клетки до того, как вирус получит возможность размножаться. Исследования in vitro показали, что «именно этим и занимаются нормальные киллеры (НК).

НК это большие зернистые лимфоциты (рис. 1.3) с характерной морфологией. Полагают, что они узнают определенные структуры высокомолекулярных гликопротеинов, которые экспрессируются на мембране инфицированных вирусом клеток. Благодаря этому НК отличают такие клетки от нормальных. Узнавание клетки-мишени и сближение с ней происходит за счет рецепторов НК. В результате НК активируются, и содержимое гранул выбрасывается в межклеточное пространство. Возможно, главная роль здесь принадлежит перфорину или цитолизину, имеющему некоторое структурное сходство с компонентом комплемента С9. Подобно С9, перфорин может встраиваться в мембрану клетки-мишени и образовывать трансмембранную пору, как и в случае МАК системы комплемента, что приводит к гибели клетки. Антитела к цитолизину подавляют внеклеточное уничтожение. Кроме того, гранулы НК содержат две сериновые протеиназы, которые могут функционировать как цитотоксические факторы, но не вполне ясно, принадлежит ли им главная роль в НК-зависимом лизисе. Хондроитинсульфат А протеогликан, устойчивый к протеиназам и имеющий высокий отрицательный заряд, тоже обнаружен в НК и может защищать эти клетки от автолиза (рис. 1.16).

   Различные интерфероны усиливают цитотоксичность НК, а поскольку интерфероны вырабатываются инфицированными вирусом клетками, то перед нами - хорошо интегрированная защитная система с обратной связью.

Эозинофилы 

Крупные паразиты типа гельминтов физически не могут  быть фагоцитированы. Чтобы справиться с ними, на помощь приходят эозинофилы, осуществляющие внеклеточное уничтожение. Эти лиморфноядерные  «двоюродные братья» нейтрофилов содержат в отличие от последних гранулы, интенсивно прокрашивающиеся кислыми красителями (рис. 1.3) и имеющие характерный вид на электронных микрофотографиях.

Главный основный белок (МВР, от англ. major basic protein) локализован в ядре гранул, в то время как катионный белок и пероксидаза эозинофилов находятся в матриксе гранул. Арилсульфатаза В, фосфолипаза D и гистаминаза также включены в гранулы. Клетки имеют поверхностный рецептор для СЗb, а при активации в них происходит особенно мощное усиление дыхания, сопровождающееся выработкой активных метаболитов кислорода. Вдобавок, недавно было показано, что один из белков находящихся в гранулах, может «протыкать» мембрану клетки-мишени подобно С9 или перфорину НК.

Большинство гельминтов способны активировать комплемент по альтернативному пути, и, хотя они устойчивы к действию С9, связывание ими СЗb позволяет эозинофилам с помощью СЗb-рецепторов присоединиться к их поверхности через СЗb. После активации эозинофилы начинают свою атаку, высвобождая МВР и преимущественно катионный белок, которые повреждают мембрану паразита.