Что такое врожденный иммунитет и как он работает? Критическая роль при коронавирусной инфекции
В этой статье
Иммунной (защитной) системы одна из двух ветвей — врожденная иммунная система, имеющаяся у каждого человека общая защита от любого микроорганизма.
В статье сначала рассказывается, что такое врожденный иммунитет, как он работает и какие имеет клетки, а затем его связь с новым коронавирусом (SARS-CoV-2) .
Врожденные (иногда «естественные») иммунные ответы — первая реакция на патогены для предотвращения инфекций и в эволюции самая древняя защитная система. Хотя врожденный иммунитет распознает патогены по очень общим структурам и дает похожие ответы, главное его свойство — быстрые ответы . Этим мы обязаны наследственной передаче готовой генетической информации врожденного иммунитета. Участвующие в нем защитные клетки способны отличать собственные клетки человека от патогенов, поэтому здоровые клетки не повреждаются.
ТАБЛИЦА 1: В защите врожденным иммунитетом в целом два варианта: 1. Структурные (анатомические) барьеры, 2. Функциональные (физиологические) барьеры.
Какими клетками врожденный иммунитет убивает патогены?
Как сказано выше, врожденный иммунитет — первая линия защиты от микробов. Но возникновение болезни связано с частичной устойчивостью патогенов к этим механизмам. Клетки врожденного иммунитета запрограммированы уничтожать агрессора и, покинув кровоток, устремляются к месту атаки.
Во врожденном иммунитете есть 2 клеточные линии:
- Миелоидные клетки (гранулоциты, макрофаги и дендритные клетки)
- Лимфоидные клетки (естественные киллеры = naturel killer)
РИСУНОК 1: Ниже видны клетки крови и основные иммунные клетки и кроветворная стволовая клетка, из которой они происходят:
РИСУНОК 2: Ниже видны клетки «врожденного» и «адаптивного / специфического / приобретенного» иммунитета:
1. Миелоидные клетки врожденного иммунитета (гранулоциты, макрофаги и дендритные клетки)
Основные функции миелоидных клеток — распознать патоген, поглотить (фагоцитоз) и разрушить. Из-за способности к фагоцитозу их кратко называют «фагоцитами».
Миелоидной системы способные к фагоцитозу клетки привлекаются к захваченной патогеном области особыми химическими молекулами под названием хемотаксины . Это могут быть молекулы бактерии или вируса либо специальные сигналы помощи клеток организма в этой области. Кроме того, миелоидные клетки выделяют свои хемотаксины, зовя больше родственных клеток в очаг инфекции. Миелоидные клетки, то есть фагоциты, имеют специальные поверхностные рецепторы распознавания. Если с их помощью они обнаружат молекулу или клетку, которой там не должно быть, то поглотят ее. Поглощение происходит с помощью образуемого впячиванием клеточной мембраны внутрь клетки пузырька под названием фагосома . Фагосома сливается с содержащим химические вещества для внутриклеточного пищеварения образованием — лизосомой , обеспечивая уничтожение патогена.
РИСУНОК 3: Показаны этапы фагоцитоза.
Особая форма фагоцитоза — аутофагия. Нобелевскую премию по медицине или физиологии 2016 года получил Yoshinori Ohsumi за открытия механизмов аутофагии. Это своего рода клеточная переработка : при аутофагии вновь действует фермент лизоцим, и, например, старые части клеток перерабатываются пузырьками, называемыми аутофагосомами.
ТАБЛИЦА 2: Гранулоциты делятся на нейтрофилы, базофилы и эозинофилы.
Макрофаги
Происходят из костного мозга и образуются дифференцировкой другой иммунной клетки — моноцита. Макрофаги располагаются в стратегических местах проникновения микробов и, быстро распознавая чужое, дают убивающий ответ. Важно не принимать собственные здоровые клетки за врага и не реагировать против них. Поэтому рецепторами на поверхности макрофаги распознают и уничтожают чужеродные вещества и остатки поврежденных, старых или убитых организмом клеток. Похожие на нейтрофилы во многом, они дольше остаются в очаге воспаления и дольше живут. Еще одно отличие — выделяемые ими цитокины — химические стимулы, регулирующие воспаление и запускающие другую ветвь иммунитета, о которой поговорим позднее, — специфический / приобретенный иммунитет .
ТАБЛИЦА 3: Важные цитокины, выделяемые макрофагами, и их эффекты
Дендритные клетки
Дендритные клетки, как макрофаги, разрушают патогены и представляют другим иммунным клеткам, участвуя в запуске ответа. Можно сказать, что это особенно первый шаг специфического ответа (см. Дендритные клетки и противораковая вакцина из дендритных клеток).
2. Лимфоидные клетки врожденного иммунитета (естественные киллеры = naturel killer)
NK (natural kilelr = естественные киллеры) — большие лимфоциты с множеством гранул. Их основные физиологические роли — защищать организм от инфекций внутриклеточных патогенов, прежде всего вирусов, и убивать раковые клетки. Эти клетки естественного ответа не должны прежде встречаться с патогеном и могут убивать чужую клетку при первой встрече.
Естественные киллеры (Natural Killer Cells, NK)могут убивать инфицированные и опухолевые клетки. Они обеспечивают гибель клеток-мишеней через механизм программируемой смерти, называемый апоптозом . NK-клетки выделяют специальные вещества под названием интерфероны . Интерферон-альфа и интерферон-бета блокируют размножение вируса в клетке. Интерферон-гамма активирует макрофаги и другие иммунные клетки. Интерферон-альфа применяется в лечении рака почки и лечении злокачественной меланомы.
РИСУНОК 4: Упрощенно показано, как естественные киллеры атакуют раковые клетки, отмеченные антителами.
Инфицированные или поврежденные ткани запускают воспалительный ответ под названием воспаление . Цель воспаления — привлечь лейкоциты и белки плазмы. У него три основные функции: привлечь иммунные клетки и химические регуляторы к инфекции, создать физический барьер против распространения и обеспечить восстановление ткани. Цитокины повреждения или инфекции имеют много эффектов, например вызывают выделение гистамина тучными клетками. Гистамин расширяет сосуды, вызывая тепло и покраснение и повышая их проницаемость для белых клеток крови.
Как иммунные клетки распознают патогены-мишени?
Защитные клетки различают друга и врага поверхностными рецепторами. Патогены, например бактерии, образуют на поверхности специфичные для своего вида молекулярные структуры. Их называют «патоген-ассоциированные молекулярные паттерны / мотивы» (PAMP). Структура этих мотивов сохранялась в эволюции. На поверхности врожденных иммунных клеток есть распознающие их рецепторы — «рецепторы распознавания определенных молекулярных паттернов» (PRR). Поскольку мотивов PAMP нет на собственных клетках, несущие PRR клетки врожденного иммунитета не могут повреждать свои ткани.
ТАБЛИЦА 4: Примеры молекулярных мотивов патогенов — мишеней врожденного ответа, распознающих их рецепторов и иммунных ответов
Связь нового коронавируса (SARS-CoV-2) и врожденного иммунитета
В свете этих сведений рассмотрим, как врожденный иммунитет реагирует на SARS-CoV-2.
Прежде всего следует подчеркнуть: с новым коронавирусом люди встречаются впервые в жизни , поэтому единственное естественное оружие — врожденный иммунитет.
Инфекцию COVID-19как реагирует на нее иммунитет, пока не выяснено во всех деталях. Но отчеты некоторых исследований у инфицированных SARS-CoV-2 (работа с 99 людьми) выявили рост общего числа нейтрофилов на %38, снижение общего числа лимфоцитов (клеток упоминаемого в следующей статье специфического / приобретенного иммунитета) на %35, а в сыворотке IL-6 и C-реактивного белка (CRP) — рост соответственно на %52 и %84. Кратко рассмотрим функции этих белков:
IL-6: выделяемый многими клетками (макрофагами, гранулоцитами, лимфоцитами и др.) белок имеет много функций. Секреция IL-6 начинается при атаке патогена, его уровень в ткани и крови растет, клеткам-мишеням передаются сообщения, а после атаки выделение прекращается. Особенно вирусные инфекции повышают секрецию IL-6. IL-6 также важен для возникновения специфического иммунного ответа.
C-реактивный белок (CRP): один из белков острой фазы, вырабатываемый печенью при воспалении и повышающийся в крови. Основная функция — прикрепляться к поверхности патогенов и облегчать их уничтожение фагоцитозом.
Интерферон типа 1 (IFN-1): один из важнейших этапов эффективного против вируса естественного / врожденного ответа — секреция интерферона типа 1 (IFN-1) и стимулируемые им сигнальные пути. Интерфероны типа 1 включают две подгруппы: IFN-альфа и IFN-бета. Выделение стимулируется вирусами, другими микроорганизмами и двухцепочечными RNA. IFN-бета в основном является иммунным ответом на вирусные инфекции и также важен для регуляции специфического ответа. Первый этап секреции IFN типа-1 начинается с распознавания врожденными иммунными клетками вирусных PAMP. Затем активируется ряд путей, в итоге стимулирующих секрецию IFN типа-1 и подавляющих размножение вирусов на ранних стадиях. Но вирусы SARS-CoV и MERS-CoV блокируют запущенную организмом секрецию IFN типа-1, что пропорционально тяжести болезни. Один способ — разрушать структуру молекул распознавания вирусной RNA. Предполагается, что генетически сходный с SARS-CoV и MERS-CoV вирус SARS-CoV-2 хозяина врожденного иммунного ответа избегает с помощью сходных механизмов .
У людей с тяжелыми и смертельными инфекциями SARS-CoV и MERS-CoV наблюдался большой рост нейтрофилов и макрофагов. Сильное увеличение их числа и высокая секреция IFN типа-1 вопреки ожиданиям приводили к отрицательным последствиям, включая пневмонию (воспаление легких) или острый респираторный дистресс-синдром и повреждение легких . Предполагается, что похожая последовательность возможна и при вызванном SARS-CoV-2 COVID-19. Считается, что на ранних стадиях COVID-19 вирус задерживает ответ IFN типа-1, а иммунитет недостаточно подавляет размножение вируса.
МАТЕРИАЛЫ ПО ТЕМЕ
- Как один вирус у одного человека не вызывает никаких симптомов, а у другого приводит к смерти?
- Насколько ГЕНЕТИКА влияет на тяжелое течение инфекции SARS-CoV-2 (COVID-19)?
Все эти сведения показывают важность врожденного ответа при коронавирусных инфекциях.
РИСУНОК 5: На инфографике ниже видны структура SARS-CoV-2, клиническое течение COVID-19, жизненный цикл вируса и ответ иммунной системы.
РИСУНОК 6: На инфографике ниже видны поражаемые при COVID-19 органы и механизм повреждения
*
- ВСЕ НАШИ СТАТЬИ О КОРОНАВИРУСЕ -
*
Иммунная система — графический обзор
РИСУНОК 7: Ниже видны две главные ветви иммунитета — «врожденная» и «приобретенная» — и работа этих систем.
Источники
Immunobiology, 5th edition
The Immune System in Health and Disease
Эта статья была полезна?
Ваш отзыв помогает нам улучшать материалы.
Комментарии читателей
Оставьте комментарий
Ваше имя и комментарий публикуются только после одобрения администратором. Ваш адрес электронной почты никогда не показывается посетителям.
Будьте первым, кто оставит комментарий.