БИОХИМИЯ УЧЕБНИК ДЛЯ ВУЗОВ - Е. С. Северина - 2004

РАЗДЕЛ 14. БИОХИМИЯ КРОВИ

II. Особенности метаболизма фагоцитирующих клеток

Способность некоторых клеток крови к фагоцитозу — одна из защитных функций крови. В фагоцитозе участвуют 2 типа лейкоцитов — нейтрофилы и моноциты. Нейтрофилы содержат многодольчатое ядро, поэтому их ещё называют полиморфноядерными лейкоцитами (ПЯЛ). Они поступают в кровоток из костного мозга и имеют продолжительность жизни около 8 сут. Взаимодействие белков интегринов (см. раздел 15) с рецепторами эндотелиальных клеток капилляров приводит к адгезии нейтрофилов, которые далее мигрируют в ткань.

Моноциты также могут выходить из кровяного русла, и тогда их называют макрофагами. Оба типа фагоцитов захватывают и разрушают бактерии. Макрофаги, кроме того, утилизируют старые повреждённые клетки и клеточные оболочки, в частности они поглощают около 10¹¹ эритроцитов в сутки. Фагоцитоз — особая форма эндоцитоза, при которой образуются большие эндоцитозные пузырьки, размеры которых определяются размерами поглощаемых частиц.

Образование фагосомы начинается с взаимодействия специфических рецепторов фагоцитов с бактерией или комплексом антиген — антитело. Рецепторы, расположенные в тех участках плазматической мембраны, где локализован особый белок клатрин (см. раздел 5), «узнают» компоненты комплемента, олигосахариды на поверхности микроорганизмов или F_с области комплекса антиген— антитело (см. раздел 1). Активация рецепторов, передающих сигнал в клетку с участием инозитолфосфатной системы, инициирует процессы, определяющие фагоцитарный ответ клетки. Он включает в себя формирование фагосомы, слияние её с л изосомой, образование фаголизосомы, активацию кислородзависимых бактерицидных механизмов уничтожения микробов и/или выработку клетками токсичного для микробов оксида азота, а также действие кислороднезависимых механизмов уничтожения микроорганизмов.

Формирование фагосомы. Взаимодействие микробной клетки с поверхностью фагоцита приводит к образованию на его мембране выростов — псевдоподий, окружающих микробную клетку. Фагосома, сформированная таким образом, вместе с захваченной бактерией погружается внутрь фагоцита.

Образование фаголизосомы. В цитозоле фагосомы сливаются с первичными лизосомами, образуя фаголизосомы. Первичные лизосомы, образованные аппаратом Гольджи, содержат ряд заключённых в гранулы гидролаз, способных разрушать органические молекулы в кислой среде фаголизосом: протеиназы, фосфатазы, эстеразы, ДНК-азы, РНК-азы. Низкое значение pH внутри фагосом оказывает бактерицидное действие и создаёт оптимальную среду для активации ли- зосомальных гидролаз. В результате действия этих ферментов разрушаются полимерные молекулы микроорганизмов и образуются аминокислоты, моносахариды, нуклеотиды, которые поступают в цитозоль и могут использоваться клеткой. Большая часть мембранных компонентов и непереваренные субстраты локализуются в остаточных тельцах, которые путём экзоцитоза возвращаются на поверхность плазматической мембраны фагоцитов, при этом значительная часть мембранных компонентов может утилизироваться и в самой мембране (рис. 14-6).

Рис. 14-6. Фагоцитоз в нейтрофилах.

Активация кислородзависимых бактерицидных механизмов уничтожения микробов. Ферментный комплекс мембраны фагосом — NADPH-oкcидаза восстанавливает O₂, образуя супероксидный анион:

2 O₂ + NАDРН —> 2 O₂^- + NАDР⁺ + Н⁺.

Супероксидный анион спонтанно или при участии фермента супероксидцисмутазы превращается в пероксид водорода:

O₂^- + O₂^- + 2Н⁺ —> Н₂O₂ + O₂.

Под действием миелопероксидазы, проникающей в фагосому при её слиянии с лизосомой, из пероксидов в присутствии галогенов (йодидов и хлоридов) образуются дополнительные токсичные окислители — гипойодид и гипохлорид.

H₂O₂ + Сl^- +Н⁺ —> НОСl + H₂O.

Все эти молекулы являются сильными окислителями и оказывают бактерицидное действие. Резкое увеличение потребления кислорода фагоцитирующей клеткой называется «респираторным взрывом» (рис. 14-7).

Рис. 14-7. Образование активных форм кислорода фагоцитирующими клетками при респираторном взрыве. Активация NАDРH оксидазы, локализованной в мембране клетки, вызывает образование супероксидного аниона. В результате впячивания мембраны супероксид вместе с бактериальной клеткой оказываются в фагосоме. Супероксидный анион генерирует образование других токсичных молекул, включая Н₂O₂ и ОН^•. Миелопероксидаза, содержащаяся в гранулах фагоцитирующих клеток, секретируется в фагосому, где образует НОСl.

Активные формы кислорода инициируют свободнорадикальные реакции, разрушающие липиды клеточных мембран поглощённых фагоцитами бактерий.

Наследственная недостаточность NADP-oкcидазы, обусловленная дефектом одного из генов этого ферментного комплекса, приводит к хроническому гранулематозу. В результате дефекта фермента фагоциты больных не способны продуцировать супероксидный кислородный радикал и пероксид водорода и поэтому не могут быстро разрушать фагоцитированные клетки бактерий и грибов. Некоторые устойчивые микроорганизмы остаются жизнеспособными внутри фагоцитов, и их антигены вызывают в месте скопления фагоцитов клеточный иммунный ответ и формирование гранулём. Наиболее часто встречается сцепленная с Х-хромосомой форма этого заболевания, связанная с дефектом гена одной из полипептидных цепей комплекса, локализованного на коротком плече Х-хромосомы.

Образование реакционноспособных метаболитов азота. Бактерицидное действие в макрофагах оказывает и оксид азота (NО). Оксид азота в этих клетках образуется, так же, как и в других, под действием фермента NО синтазы из аргинина (см. раздел 9). Активность NО синтазы в макрофагах заметно повышается при фагоцитозе в присутствии y-интерферона и фактора некроза опухолей. Супероксид- анион образует с NO соединения, обладающие большими бактерицидными свойствами, чем сам NO:

NO +O₂^- —> ОNOO^- —> ОН^• +NO₂.

Пероксинитрил (ONOO^-), оксид азота, диоксид азота, радикал гидроксила вызывают окислительное повреждение белков, нуклеиновых кислот и липидов бактериальных клеток. Оксид азота может непосредственно взаимодействовать с железосерными белками ЦПЭ, ингибируя дыхание и синтез АТФ в бактериях. При взаимодействии NO с O₂образуются нитриты, которые превращаются в нитраты, также обладающие токсическим действием (см. раздел 12).

Вспышка метаболической активности нейтрофила заканчивается его гибелью. Погибшие нейтрофилы, макрофаги, бактерии и тканевая жидкость входят в состав гноя,

Действие кислороднезависимых бактерицидных механизмов. Некоторые грамположительные бактерии погибают в фагосомах нейтрофилов под действием лизосомального фермента лизоцима, который гидролизует связи между содержащимися в клеточной стенке 14- ацетилмурамовой кислотой и N-ацетил-D-глюкозамином и вызывает её разрушение.

В нейтрофилах человека обнаружены катионные пептиды — дефензины, содержащие около 30 аминокислотных остатков и богатые цистеином и аргинином. Они составляют от 30 до 50% всех белков гранул. Дефензины вызывают образование ионных каналов в мембране микробной клетки сразу же после образования фаголизосомы, и тем самым способствуют её уничтожению. Дефензины действуют и на обладающие оболочкой вирусы, например, вирус простого герпеса.

Таким образом, огромное разнообразие микроорганизмов, атакующих клетки человека, определило многообразие бактерицидных механизмов, действующих как в аэробных, так и анаэробных условиях.