Фагоцитоз - один з найосновніших і, водночас, найефективніших захисних механізмів людського організму. Правильне функціонування процесу фагоцитозу є важливим компонентом належної імунної відповіді. З’ясуйте, що саме таке фагоцитоз, як працює фагоцитоз, навіщо потрібен фагоцитоз і які наслідки можуть мати порушення фагоцитозу?
Фагоцитоз - це потрапляння в організм патогенів, фрагментів мертвих клітин та крихітних частинок спеціалізованими клітинами, які називаються фагоцитами. Фагоцитоз можна порівняти з «очищенням» на клітинному рівні - це дозволяє клітинам позбутися непотрібних або небезпечних елементів.
Зміст:
- Що таке фагоцитоз?
- Роль фагоцитозу в організмі
- Які клітини мають здатність до фагоцитозування?
- Фагоцитоз - типи
- спонтанний фагоцитоз (так званий нативний)
- полегшений фагоцитоз
- Фагоцитоз - стадії
- Фагоцитоз - і що далі?
- Шляхи уникнення фагоцитозу мікроорганізмами
- Порушення фагоцитозу
- Хронічна гранулематозна хвороба
- Синдром Чедиака-Хігасі
Що таке фагоцитоз?
Фагоцитоз - це біологічний процес, при якому сторонні частинки поглинаються клітиною. Феномен фагоцитозу поширений у багатьох живих організмах - найбільш примітивні (наприклад, найпростіші) використовують фагоцитоз як спосіб вилучення їжі із зовнішнього середовища.
У людини здатність до фагоцитозу в основному використовується клітинами імунної системи.
Фагоцитоз - один із механізмів вродженого або неспецифічного імунітету. Тому процес фагоцитозу є однією з перших і основних захисних ліній нашого тіла. На додаток до своєї ролі в імунній системі, фагоцитоз має велике значення для підтримання тканинного гомеостазу (або рівноваги).
Фагоцитоз дозволяє видалити мертві та пошкоджені клітини власного тіла, що, в свою чергу, забезпечує ефективну регенерацію та реконструкцію всіх тканин.
Фагоцитоз - це один із видів ендоцитозу, тобто перенесення молекул із зовнішнього середовища всередину клітини. При фагоцитозі тверді частинки поглинаються: фагоцитарна клітина спочатку оточує їх фрагментом власної клітинної мембрани, а потім втягує всередину. Це створює пухирець, що містить поглинуту частинку, яка називається фагосомою.
Потім вміст фагосом засвоюється різноманітними хімічними речовинами та ферментами. Весь процес нагадує «з’їдання» частинки клітиною, що також відображається в терміні фагоцитоз.
Назва походить від грецького phagein, що означає «їсти, пожирати».
У нашому організмі постійно відбувається фагоцитоз - мільярди фагоцитів постійно «поїдають» небезпечні мікроорганізми, фрагменти мертвих клітин або непотрібні частинки. Це звичайний процес, хоча і надзвичайно складний.
Правильне розпізнавання мішені фагоцитарною клітиною та правильна взаємодія між фагоцитом та мішенню «атаки» вимагає постійної співпраці різноманітних білків, сигнальних молекул, антитіл та хелперів.
Роль фагоцитозу в організмі
Неважко здогадатися, що основним застосуванням процесу фагоцитозу є захист нашого організму від патогенних мікроорганізмів. Проникнення інфекційного агента в організм запускає каскад сигналів для «виклику» фагоцитарних клітин до місця зараження.
Починається гостре запалення, роль якого полягає в нейтралізації збудника. Фагоцити припливають до місця ураження з кров’ю, будучи одним з найважливіших механізмів первинної імунної відповіді. На місці запалення фагоцити «з’їдають» як збудники хвороб, так і пошкоджені ними клітини.
У процесі зараження ми маємо справу з іншим дуже важливим видом фагоцитозу. Це так званий ефероцитоз.
Процес ефероцитозу включає ковтання клітин, які гинуть, коли запалення стихає. Після того, як фагоцити виконали свою функцію та усунули патогени, вони стають непотрібними.
Потім вони гинуть природним шляхом, а потім ефероцитоз, тобто «прибирання поля бою». Цей тип фагоцитозу зменшує запалення і дозволяє організму повернутися до свого попереднього стану.
На цьому етапі варто підкреслити, що відмирання клітин у нашому організмі - це процес, який відбувається постійно, не лише в результаті зараження. Кожна клітина має певний термін життя, після чого вона гине і замінюється новою. Процес запрограмованої загибелі клітин називається апоптозом.
Апоптоз - це природне явище, яке дозволяє нашим тканинам постійно оновлюватися. Для того, щоб вмираючі клітини замінили новими аналогами, їх потрібно спочатку очистити. Як ви легко здогадаєтесь, це теж завдання фагоцитів.
Апоптотичні (відмираючі) клітини випромінюють на поверхню своїх клітинних мембран особливі сигнали, які забезпечують їх розпізнавання та знешкодження фагоцитами.
У цьому випадку фагоцитоз протікає без запалення. Отже, ми бачимо, що фагоцитоз - це не лише метод захисту від чужорідних мікроорганізмів, а й процес, що дозволяє розвивати, перебудовувати та оновлювати всі тканини.
Які клітини мають здатність до фагоцитозування?
Клітини, здатні здійснювати фагоцитоз, називаються фагоцитами. Залежно від ефективності та результативності фагоцитозу ми виділяємо т. Зв професійні та непрофесійні фагоцити.
Непрофесійні фагоцити мають справу з фагоцитозом «епізодично» - цей процес не є їх головним завданням. Однак іноді поблизу цих клітин є частинки / фрагменти мертвих клітин, які потребують очищення.
Тоді вони виявляють певну фагоцитарну активність, хоча в порівнянні з професійними фагоцитами вона значно обмежена і менш ефективна. Багато типів клітин класифікуються як непрофесійні фагоцити, в т.ч. клітини епітелію, деякі клітини сполучної тканини, а також ендотелій судин.
Професійні фагоцити - це основні клітини, відповідальні за фагоцитоз у нашому організмі. Серед них ми виділяємо переважно нейтрофіли, моноцити та макрофаги. Ці клітини належать до сімейства лейкоцитів, або білих кров’яних тілець, які в основному виконують імунні функції. Всі три типи професійних фагоцитів спеціалізуються на фагоцитозі, хоча кожен проводить його дещо по-різному.
Нейтрофіли - основні клітини, що відповідають за розвиток гострого запалення. За звичайних обставин нейтрофіли циркулюють з кров’ю по всьому тілу. Коли починається інфекція, ці клітини негайно скупчуються в осередку захворювання. Нейтрофільно-опосередкований фагоцитоз швидкий та інтенсивний: ці клітини мають широкий спектр способів інактивувати абсорбовані патогени.
Моноцити, як і нейтрофіли, циркулюють у крові, проте вони можуть залишати кров і колонізувати різні тканини. Потім зрілі моноцити перетворюються в тканинні макрофаги. Опосередкований макрофагами фагоцитоз менш швидкий і набагато повільніший. Макрофаги - основний пул клітин, що знаходяться в місцях хронічного запалення.
Фагоцитоз - типи
Фагоцитоз - це складний процес, який залежить від типу фагоцитарної клітини, об’єкта, що зазнає фагоцитозу, та багатьох посередницьких молекул. Існує два основних шляхи фагоцитозу:
- спонтанний фагоцитоз (так званий нативний)
Це відносно повільний фагоцитоз, який рідко бере участь у протимікробній реакції. Роль спонтанного фагоцитозу полягає у видаленні відмерлих клітин та «очищенні» непотрібних елементів всередині тканин. Для того щоб ініціювати спонтанний фагоцитоз, необхідно стимулювати т. Зв "рецептори поглиначів", в основному присутні на макрофагах. Цей вид фагоцитозу має протизапальну природу.
- полегшений фагоцитоз
Полегшений фагоцитоз набагато швидший і ефективніший, ніж спонтанний фагоцитоз. Завдяки цьому він має високу ефективність у знищенні збудників хвороб. Щоб процес фагоцитозу проходив так інтенсивно, необхідні - як випливає з назви - деякі засоби.
Як фагоцити можуть полегшити свою діяльність? Одним з найпоширеніших методів є спеціальне «позначення» об’єктів, які слід утилізувати. Цей процес називається опсонізацією.
Суть опсонізації полягає у прикріпленні певних молекул до поверхні мікроорганізму. Цей «позначений» збудник швидко націлюється і знищується клітинами їжі. Молекули, що забезпечують опсонізацію, називаються опсонінами. В основному це антитіла та компоненти т. Зв система комплементу.
Опсоніни ефективно розпізнають патогени, позначають їх і, таким чином, значно полегшують перебіг процесу фагоцитозу.
Фагоцитоз - стадії
Ми вже знаємо, які клітини, коли і чому, мають справу з фагоцитозом. Тож спробуємо уважно стежити за цим процесом:
1. Активація та приплив фагоцитів до місця зараження
Проникнення мікроорганізму в організм викликає негайну стимуляцію імунної системи. Клітини у воротах інфекції починають надсилати сигнал про існуючу загрозу.
Молекули-месенджери (переважно так звані прозапальні цитокіни) розповсюджуються по крові. Таким чином фагоцити «дізнаються» про те, що заразились і активізуються.
Активовані фагоцити досягають місця зараження кров’ю. Ефективний приплив фагоцитів до правильного розташування можливий завдяки т.зв. хемотаксис. Це процес спрямованого руху клітин під впливом хімічних сигналів.
Активні фагоцити також мають здатність проходити крізь стінки судин, створюючи запальний інфільтрат у місці зараження.
2. Розпізнавання збудника
Коли фагоцити досягають місця зараження, вони починають розпізнавати збудників. Цьому процесу часто сприяють інші молекули (див. Розділ 4 щодо полегшеного фагоцитозу). Кожен фагоцит має на поверхні своєї клітинної мембрани так званий рецептори, тобто білки, що дозволяють розпізнавати різні молекули.
Коли стимулюються рецептори, відповідальні за розпізнавання мікроорганізмів, фагоцит щільно зв’язується з ціллю своєї атаки.
3. Всмоктування збудника
Фагоцит, «прилиплий» до збудника, запускає процес його всмоктування. Клітинна мембрана фагоцитів починає оточувати збудника, «забираючись» по його краях. Це створює пухирець, що містить мікроорганізм. Ця везикула, яка називається фагосомою, зараз знаходиться всередині фагоцитарної клітини. Щоб повністю зробити мікроорганізм нешкідливим, необхідно знищити вміст фагосоми.
Перетравлення вмісту фагосом
Для того, щоб вміст фагосоми перетравлювався, необхідно доставити в неї травні ферменти. Такі ферменти зберігаються в спеціальних везикулах, які називаються лізосомами.
Отже, остання стадія фагоцитозу вимагає поєднання вмісту лізосом із вмістом фагосоми - так формується т.зв. фаголізосома.
Ферменти лізосом можуть розщеплювати більшість складних хімічних речовин, руйнуючи мікроорганізм. Елімінація збудника за участю травних ферментів називається киснево-незалежною.
Як ви легко здогадаєтесь, існує також елімінація, залежна від кисню. Це набагато швидше та ефективніше, але це можуть зробити лише деякі фагоцити. Залежне від кисню елімінація відбувається лише в клітинах, здатних генерувати так званий "вибух кисню".
Кисневий вибух - це раптовий викид високоактивних форм кисню (наприклад, перекису водню), що має сильну антимікробну дію. Вибух кисню починає серію хімічних реакцій, що призводять до швидкого виведення патогенів. Кисневозалежне знищення мікробів характерне насамперед для нейтрофілів.
Фагоцитоз - і що далі?
Процес фагоцитозу закінчується перетравленням вмісту фагосоми всередині клітини. Що відбувається поруч із уламками зруйнованих частинок? Фагоцитарна клітина позбавляється від більшості непотрібних продуктів, просто «викидаючи» їх назовні. Однак частина матеріалу, що залишився після перетравлення, може бути дуже корисною.
Деякі фагоцити також відіграють інші ролі в імунній системі. Хорошим прикладом є макрофаги, які крім фагоцитозу, також мають справу з т.зв. презентація антигенів. Презентація антигену заснована на показі фрагментів інших імунних клітин знищених мікроорганізмів.
Після закінчення фагоцитозу збудника макрофаг оголює частину фагоцитованого матеріалу на своїй поверхні, а потім «подорожує» з ним по всьому тілу.
Кожна окрема клітина імунної системи, з якою вона стикається, "дізнається", як розпізнати конкретного збудника. Це явище надзвичайно важливо для побудови ефективних механізмів протимікробного захисту.
Також варто знати, що процес фагоцитозу не завжди закінчується остаточним знищенням мікроорганізму. Є патогени, які можуть вижити всередині фагосом завдяки спеціально розробленим захисним механізмам. Хорошим прикладом є туберкульозні палички, які можуть вижити всередині макрофагів довгі роки.
Шляхи уникнення фагоцитозу мікроорганізмами
Фагоцитоз як засіб усунення "біологічних супротивників" є дуже старим механізмом. З цієї причини деяким мікроорганізмам вдалося виробити способи уникнути або пережити фагоцитоз. Ось їх приклади:
- вбиваючи фагоцити
Здається, найпростіший спосіб уникнути фагоцитозу - нейтралізувати клітину, яка його викликає. Деякі мікроорганізми мають здатність виробляти речовини, які безповоротно пошкоджують фагоцити. Прикладом такого збудника є золотистий стафілокок (лат. Золотистий стафілокок), виробляючи токсини, які, руйнуючи клітинні мембрани фагоцитів, спричиняють їх загибель.
- згасання запальної реакції
Запалення у воротах інфекції полегшує передачу сигналу про зараження. Завдяки цьому можлива активація та прибуття фагоцитів у правильне місце розташування. Існують патогени, які можуть маскуватися таким чином, щоб не бути розпізнаними імунною системою господаря та не викликати запалення.
- уникаючи опсонізації
Опсонізація, або спеціальне «маркування» патогенних мікроорганізмів, є одним з найбільш ефективних способів полегшити фагоцитоз. Недарма мікроби намагаються цього уникати. Деякі штами стафілококів можуть знищити опсоніни або сховати їх на своїй поверхні.
- уникаючи розпізнавання фагоцитів
Для того, щоб почався фагоцитоз, необхідно визнати шкідливість даного мікроорганізму фагоцитом. Деякі патогени, такі як спірохети Treponema pallidum Причини сифілісу можуть прикріплювати до своєї поверхні антигени, подібні до клітин-господарів. Потім імунна система розпізнає їх як своїх, що дозволяє патогенним мікроорганізмам уникнути фагоцитозу.
- блокування виробництва фагосом
Однією з ключових стадій фагоцитозу є оточення атакованого мікроорганізму міхуром, який потім всмоктується в клітину. Однак у природі існує безліч способів уникнути цього. Деякі мікроби виробляють речовини, що руйнують стінку фагосоми. Інший механізм використовується паличкою блакитного масла (Синьогнійна паличка). Ця бактерія утворює слизьке покриття (біоплівку) навколо себе, що запобігає утворенню міхура.
- виживання всередині фагоциту
Фаголізосома стає остаточним місцем існування збудників хвороби під час фагоцитозу. Навколишнє середовище надзвичайно вороже; він повний ферментів та летальних речовин. Однак мікроорганізми можуть виробити механізми, що дозволяють їм виживати навіть у таких складних умовах. Одним з прикладів є туберкульоз (Мікобактерії туберкульозу). Ця бактерія розробила спеціальну клітинну мембрану з дуже високим вмістом ліпідів, на яку не впливають стандартні травні ферменти.
- втеча з фагосоми
Як би неймовірно це не звучало, щоб уникнути фагосоми, справді є мікроби, які розробили такий розумний захисний механізм. Listeria monocytogenes виробляє речовини, здатні руйнувати стінку фагосоми. Більше того, цей патоген, вирвавшись із фагосоми, може розмножуватися всередині фагоцита, а також виходити далі за його межі.
Порушення фагоцитозу
Правильно запущений процес фагоцитозу має принципове значення для ефективного функціонування імунної системи. Порушення на деяких стадіях фагоцитозу лежать в основі захворювань імунодефіциту. Прикладами таких умов є:
- Хронічна гранулематозна хвороба
Причиною хронічної гранулематозної хвороби є розлад фагоцитозу на стадії генерування кисневого сплеску. Відсутність відповідного ферменту (так званої НАДФН-оксидази) перешкоджає утворенню активних форм кисню, що, в свою чергу, не дозволяє швидко та ефективно вивести мікроорганізми.
Пошкодження ферментом є генетичним, тому причинного лікування хвороби поки що немає. Хронічна гранулематозна хвороба спричиняє часті інфекції та утворення абсцесів та гранульом через неадекватну систему елімінації внутрішньоклітинного збудника.
Читайте також: Гранулематоз Вегенера: причини, симптоми та лікування
- Синдром Чедиака-Хігасі
При синдромі Чедиака-Хігасі спостерігається дефект фагоцитозу на стадії фагосомно-лізосомного зв’язку. Генетична мутація одного з білків перешкоджає перенесенню травних ферментів до міхура, що містить збудник, тим самим перешкоджаючи його елімінації.
Окрім значного порушення імунітету, альбінізм та розлади нервової системи характерні також для синдрому Чедиака-Хігасі.
Бібліографія:
- "Фагоцитоз: фундаментальний процес імунітету" К. Розалес, Е. Урібе-Керол, Biomed Res Int. 2017
- "Контроль фагоцитозу мікробними збудниками" К. Розалеса, Е. Урібе-Керол Фронт Імунол. 2017 рік
- "Імунологія" К.Бринярський, Едра Урбан та Партнер Вроцлав 2017, 1-е видання
- "Фагоцитоз: імунобіологічний процес" С. Гордон, імунітет, огляд, том 44, випуск 3, P463-475, 15 березня 2016 р.
Прочитайте більше статей цього автора
