Механизмы миграции нейтрофилов в ткани

а) Хемоаттрактанты и хемотаксис. Более столетия тому назад Мечников обнаружил, что нейтрофилы перемещаются по направлению очень слабых градиентов химических сигналов. Сейчас это явление известно под названием «хемоаттракция». «Классическими» хемоаттрактантами являются N-формил-метионил-лейцил-фениланин, фактор комплемента-5а (С5а), лейкотриен В4 и фактор активизации тромбоцитов (PAF). Позднее были открыты хемокины (хемоаттрактантные цитокины) — класс небольших (<10 кД), чрезвычайно активных хемоаттрактантных белков.

Сильным хемоаттрактантом и активатором нейтрофилов является ИЛ-8. Блокада этого интерлейкина нейтрализующим антителом в модели воспаления легких, воспроизведенной на кроликах, препятствовала аккумуляции нейтрофилов и реперфузионной травме, подтверждая тем самым центральную роль ИЛ-8 в привлечении нейтрофилов к местам воспаления.

Источниками ИЛ-8 являются нейтрофилы, моноциты, Т-клетки, В-клетки, естественные киллерные клетки, базофилы, эозинофилы, фибробласты, эндотелиальные клетки, кератиноциты и клетки гладкой мышечной ткани. Особенно активно синтезируют ИЛ-8 экссудативные нейтрофилы, в этом, вероятно, участвует регулируемый кальцием механизм.

Избыточная функция нейтрофилов предполагается при синдроме Свита (остром фебрильном нейтрофильном дерматозе). Эта гиперфункция проявляется частой ассоциацией синдрома с онкологическими заболеваниями крови, дисмиелопоэзом и иногда с назначением Г-КСФ.

Классические хемоаттрактанты и хемокины имеют похожие рецепторы, состоящие из семи трансмембранных участков и внеклеточного аминотерминального домена. Эти рецепторы передают сигналы через чувствительные к коклюшевому токсину гетеротримерные G-белки. Это рецепторы того же типа, что и сигнальные рецепторы света, нейропептидов и нейротрансмиттеров. Сигнал хемоаттрактантного рецептора влечет за собой замену связанного дифосфата гуанина на трифосфат гуанина посредством α-субъединицы гетеротримерного G-белка, что в свою очередь приводит к диссоциации комплекса из β-γ-субъединиц, стимуляции фосфолипазы С и продукции инозитолтрифосфата и диацилглицерола из фосфатидилинозитол бисфосфата. Инозитолтрифосфат стимулирует высвобождение кальция из внутриклеточных «кальциосом», в то время как диацилглицерол активирует протеинкиназу С.

Внеклеточный кальций при этом поступает в клетку, подготавливая ее к последующему движению, продукции оксидантов и секреции пузырьков.

Родственные ras-ГТФ-азам, гуанозинтрифосфатазы суперсемейства «rho» также участвуют в регуляции актинового цитоскелета и адгезии. Фосфатидилинозитол-3-киназа активируется посредством ras- и rho-ГТФаз и является необходимой для респираторного взрыва, адгезии, миграции через сосудистую стенку и хемотаксиса нейтрофилов. Митоген-активированные протеинкиназы (МАР) представляют собой серин/треонинкиназы, которые включают р38, Erkl, Erk2 и Jnk и участвуют в процессах сигнализации и адгезии нейтрофилов.

Ингибирование р38 нарушает хемотаксис и опосредованную фактором некроза опухоли а (ФНО-а) продукцию супероксида, а также адгезию и секрецию вторичных гранул. Активация Erk необходима для агрегации гомотипичных нейтрофилов. Салицилаты также тормозят адгезию нейтрофилов путем подавления Erk.

Некоторые хемокиновые рецепторы функционируют, кроме того, как необходимые ко-рецепторы вируса иммунодефицита человека (ВИЧ). Обнаружение мутаций хемокинового рецептора CCR5, который играет протективную роль в отношении ВИЧ, привело к разработке блокаторов этого типа рецепторов (маравирок и викривирок) с целью лечить ВИЧ инфекцию.

б) Адгезия нейтрофилов. Нейтрофилы существуют в форме свободно циркулирующих клеток (получают из взятой пробы крови) и маргинальных клеток (прикреплены к эндотелию или находятся в легких, коже и других тканях). Нейтрофилы, движущиеся вдоль эндотелия, распознают участки активации (например, экспрессию хемокинов), прикрепляются к этим участкам и проходят через эндотелий в ткани, где борются с инфекцией. Физическое взаимодействие лейкоцитов с эндотелием и другими лейкоцитами осуществляется посредством интегринов, селектинов и молекул межклеточной адгезии (ICAM — intercellular adhesion molecules).

Продукция хемоаттрактантов или экспонирование маркеров активации на эндотелии способствует высокоаффинному связыванию лейкоцитов посредством интегринов β2, гетеродимерных поверхностных молекул, содержащихся в основном во вторичных гранулах нейтрофилов. Эти молекулы экспонируются на клеточной поверхности при активации лейкоцита. Существуют три гетеродимера интегрина β2, состоящие из разных a-цепей (CD11а,— b и -с), и общей β-цепи (CD18). Каждый подтип комплекса CD11/CD18 выполняет как отдельные, так и перекрестные с другими подтипами действия.

Так комплекс подтипа CD11a/CD18 [молекула функционального лейкоцитарного антигена-1 (LFA-1)] связывается с другими лейкоцитами и опосредует плотную адгезию на эндотелии с помощью молекул ICAM-1 и ICAM-2. Комплекс подтипа CD11b/CD18 (Мас-1, Мо-1 или CD3) связывается с деактивированной формой третьего компонента комплемента (СЗЫ) и, таким образом, способствует фагоцитозу, опосредованному через комплемент. CD11b/CD 18 также непосредственно связывается с бактериями, фибриногеном и эндотелием через ICAM-1. Дивалентные катионы Са2+ и Mg2+/Mn2+ участвуют в адгезии через домены «А» интегрина β2, содержащие зависимый от иона металла участок адгезии. Чтобы способствовать инфильтрации ткани, комплекс подтипа CD11b/CD 18 может также индуцировать экспрессию очень позднего антигена интегрина β1, [VLA-6 (CD49f/CD29)], содержащегося в нейтрофильных гранулах.

Ассоциированный с интегрином белок (CD47), который экспрессирован на нейтрофилах, эндотелиальных и эпителиальных клетках, также участвует в миграции нейтрофилов через эндотелий и эпителий. Металлопротеиназы могут участвовать в расщеплении L-селектина, способствуя миграции нейтрофилов через базальную мембрану.

Отсутствие CD18 обусловливает недостаток гетеродимеров CD 18/CD11 и называется дефицитом лейкоцитарной адгезии 1-го типа (LAD1, leukocyte adhesion deficiency type 1). В норме нейтрофилы без CD18 движутся вдоль эндотелия, но неспособны прилипать к стенке сосуда или покидать кровоток после хемотаксической стимуляции. При отсутствии LFA-1 (CD11a/CD18) у нейтрофилов нарушается способность тесно связываться с активированным эндотелием и проходить сквозь него в очаг инфекции. Тем самым LAD1-пациенты характеризуются хроническим нейтрофильным лейкоцитозом, преимущественно из-за неспособности нейтрофилов связываться с эндотелием и покидать кровеносное русло, что ведет к снижению количества краевого пула и повышению циркулирующего пула этих клеток.

Плохое проникновение нейтрофилов к местам бактериальной инвазии приводит к образованию некротических язв, в которых, как показывает биопсия, отсутствуют нейтрофилы. Дефицит Mac-1 (CD18/CD11b или CR3) приводит к неспособности фагоцитоза через систему комплемента, хотя фагоцитоз, опосредованный антителами, осуществляется по-прежнему.

LAD1 определяется при помощи флуоресцентной сортировки активированных клеток (fluorescent-activated cell sorting — FACS), которая позволяет определить уровень CD18 и сопутствующих молекул CD11a, CD11b, и CD11с. Тяжелый LAD-1 (<0,5% нормальной экспрессии белка) проявляется поздним отпадением пуповинного остатка, инфекцией культи пуповины, стойким лейкоцитозом в отсутствие активной инфекции (> 15000/мкл), а также тяжелым деструктивным периодонтитом с потерей зубов и альвеолярной кости. Типично возникновение рецидивирующих инфекций кожи, верхних и нижних дыхательных путей, пищеварительного тракта, параректальной области, а также септицемии.

Возбудителями обычно являются Staphylococcus aureus или грамотрицательные палочки. Пациентам с тяжелым LAD-1 необходима трансплантация костного мозга в раннем детстве. Диагноз умеренной формы LAD-1 (2,5-10% нормальной экспрессии белка) обычно устанавливается в более старшем возрасте; умеренная форма реже ассоциируется с угрожающими жизни инфекциями, тем не менее часто встречаются лейкоцитоз, замедленное заживление ран и заболевания периодонта.

«Роллинг» нейтрофилов вдоль эндотелия осуществляется посредством селектинов, гликопротеинов на поверхности эндотелия, а также сиалил-Льюис X (CD15s), гликопротеина на поверхности нейтрофилов. Эндотелиальные клетки экспрессируют Е-селектин (CD62E) и Р-селектин (CD62P), в то время как лейкоциты экспрессируют L-селектин (CD62L). Хотя Е-селектин и Р-селектин связываются с антигеном сиалил-Льюис-Х (CD15s) на нейтрофилах, L-селектин нейтрофильных молекул, вероятно, связывается с определенными антигенами на эндотелии, включая CD34, и является высокочувствительным к гликозилированию. L-селектин теряется нейтрофилами при активации, позволяя им мигрировать к очагам воспаления. Перекрестное связывание L-селектина на нейтрофилах приводит к синтезу супероксида и может вызвать стимуляцию ФНО-а и ИЛ-8, фосфориляцию тирозина и активацию MAP-киназы.

LAD-2 возникает при отсутствии правильно фукозилированного CD15s. Для этих пациентов характерна нейтрофилия и рецидивирующие легочные, периодонтальные и кожные инфекции, а также аномальный хемотаксис. Дефект находится в гене SLC35C1, транспортере GDP-фукозы.

Поскольку болезнь влияет на транспорт сахаров, это заболевание сейчас классифицируют как врожденное нарушение гликозилирования (CGD—congenital disorder of glycosilation) и обозначают как CGD-IIc. Интересно, что хотя в раннем возрасте инфекции у пациентов с LAD-2 (CGD-IIc) развиваются часто, с возрастом состояние больных улучшается. В некоторых случаях терапевтический эффект достигался после перорального курса фукозы, но он был нестойким. У большинства пациентов отмечается задержка психического развития, карликовость, характерное выражение лица и бомбейский фенотип крови (hh), что указывает на важность фукозилирования для многих систем организма.

LAD3 (который ранее считался вариантом LAD1) связан с синдромом тромбастении Гланцмана и обусловлен мутацией KINDLIN3 (FERMT3) — молекулы, ответственной за активацию интегринов β1, β2 и β3 в лейкоцитах и тромбоцитах. Эта мутация ведет к рецидивирующим инфекциям и кровотечениям.

Интегрин CD18 играет важную роль при воспалении кожи, но не обязателен для скопления нейтрофилов в легких или брюшине. Поэтому, хотя зависящие от CD18 механизмы играют решающую роль при воспалении кожи, в случае воспаления легких или брюшины задействуются другие, не связанные с CD 18 пути. Более того, на фоне врожденного отсутствия CD 18 у мышей существуют компенсаторные пути реагирования на воспаление брюшины.

Миграция нейтрофилов в ткани
Миграция нейтрофилов в ткани.
Показано взаимодействие селектинов и интегринов, расположенных на поверхности лейкоцитов, с адрессинами эндотелия (нейтрофилы в верхней части рисунка, а эозинофилы - в нижней).
Лейкоциты в состоянии ламинарного движения. Сигналы ткани активируют селектины и гликопротеины эндотелия, после чего начинается роллинг лейкоцитов вдоль сосудистой стенки.
В случае нейтрофилов этот процесс обычно включает взаимодействие CD15s с CD62P (Р-селектином) и CD62E (Е-селектином),
расположенными на эндотелиальной клетке, либо взаимодействие CD62L (L-селектина) с CD34 или зависящей от гликозиляции молекулой клеточной адгезии 1 (GlyCAM-1, glycosylation-dependent cell adhesion molecule 1) на эндотелиальной клетке.
Аномалии фукозиляции CD15s вызывают LAD-2. Активация лейкоцитов соответствующим хемоаттрактантом приводит к экспрессии интегринов с более высокой авидностью.
В случае нейтрофила соответствующими интегринами являются члены семейства β2 [функциональный лимфоцитарный антиген 1 (LFA-1), Мас-1 и CR4],
в то время как эозинофилы экспрессируют ограниченное число представителей семейства β2(LFA-1 и Мас-1),
а также интегрин VLA-4 семейства β1 и интегрин (α4β7) семейства β7.
Интегрины β2 связываются с молекулой межклеточной адгезии эндотелия 1 (ICAM-1) и ICAM-2,
а интегрины β1 и β7 связывают VCAM-1 и молекулу клеточной адгезии адрессина слизистой 1 (MadCAM-1), соответственно.
Дефекты в CD18, β-цепи интегринов β2, приводят к неспособности нейтрофилов мигрировать из кровотока к очагам инфекции.
Это состояние называется LAD-1. Интересно, что в очагах инфекции у пациентов с LAD-1 наблюдаются эозинофилы,
моноциты и лимфоциты, поскольку эти клетки могут использовать интегрины β1 для осуществления этапа плотной адгезии, необходимого при трансэпителиальной миграции лейкоцитов.

в) Фагоцитоз. Фагоцитоз является кульминацией процессов распознавания объекта, связывания, сигнализации, адгезии, ремоделирования цитоскелета, поглощения и слияния мембран. Хорошо известны два механизма фагоцитоза; один из них опосредуется иммуноглобулином, а другой — комплементом.

Рецепторы к Fc-фрагментам иммуноглобулина G [IgG (FcγR)] присутствуют на многих компонентах, участвующих в клеточном иммунном ответе, в том числе на нейтрофилах, моноцитах, макрофагах, эозинофилах и базофилах. FcγR I (CD64) — рецептор IgG1 и IgG3, расположенный на моноцитах, макрофагах и эозинофилах; он активируется на нейтрофилах после стимуляции интерфероном у (ИНФ-γ). FcγRII (CD32) связывает IgG с довольно низкой аффинностью и предпочитает IgG1 и IgG3. FcγRIII (CD16) связывает IgG1и IgG3 с промежуточной аффинностью. Нейтрофильный FcγRIIIB связан с мембраной через гликан-фосфатидилинозитоловое соединение, которое расщепляется, в основном, специфичной к фосфатидилинозитолу фосфолипазой С.

Поскольку FcγRIIIB не имеет цитоплазматического домена, его роль в передаче сигнала осуществляется через связь с FcγRII. Перекрестное связывание этих рецепторов антителом приводит к быстрому поглощению мишени с выделением содержимого гранул и метаболитов кислорода в фаголизосому. Если объект слишком велик, дегрануляция происходит у поверхности, покрытой антителом.

Рецепторы комплемента CR1 и CR3 экспрессированы на поверхности нейтрофилов, эозинофилов и базофилов. Рецептор комплемента-1 обозначается как CD35 и находится на многих типах клеток. Он связывает С3b и усиливает его деградацию в C3dg фактором-1, тем самым убирая эту молекулу из дальнейшей активации альтернативного пути. CR3, CD11b/CD18, связывают iC3b и фибриноген, а также некоторые бактерии, паразиты и грибы. CR1 и R3 непосредственно не способны стимулировать фагоцитоз, но в присутствии второго сигнала, например, отданного посредством FcγR или цитокинов, фагоцитоз осуществляется.

г) Механизмы уничтожения нейтрофилов. Нейтрофильные гранулы содержат энзимы и протеины для уничтожения поглощенных бактерий и грибов. Бактерицидная активность некоторых из этих механизмов зависит от синтеза метаболитов кислорода, другие же механизмы от кислорода не зависят. Кроме мобилизации своих собственных ресурсов, нейтрофилы продуцируют множество цитокинов, которые стимулируют и привлекают другие фагоциты, а также лимфоциты.

д) Кислороднезависимые механизмы. Бактерицидный белок, повышающий проницаемость клеточной мембраны (BPI — bactericidal/permeability-increasing protein) представляет собой высокоактивный антибактериальный протеин, который синтезируется и накапливается в первичных гранулах. Это основной (изоэлектрическая точка >9,6) белок из 452 аминокислот, весом примерно 58 кД. Структурная гомология со связывающим липополисахарид (ЛПС) белком, важным реактантом острой фазы воспаления, который связывает эндотоксин, предполагает, что BPI действует путем прямого соединения с ЛПС. BPI цитотоксичен для грамотрицательных бактерий в концентрациях ниже 10-9 М, но гораздо менее эффективен в отношении грамположительных организмов. Связывание с ЛПС приводит к внедрению BPI во внешнюю мембрану микроорганизма и возможности внедрения во внутреннюю мембрану. Задержка роста бактерии зависит исключительно от N-концевой половины молекулы.

С-концевой фрагмент служит якорем, прикрепляющимся к мембране. BPI действует внутри фаголизосомы. Не все грамотрицательные палочки чувствительны к BPI, в частности обладают устойчивостью Burkholderia (Pseudomonas) cepacia и Serratia marcescens—патогены у пациентов с отсутствием оксидативного уничтожения бактерий.

Дефензины представляют собой небольшие (< 4 кД) катионные белки. Они содержатся в первичных гранулах нейтрофилов и участвуют в уничтожении поглощенных грамположительных и грамотрицательных бактерий. Дефензины синтезируются на стадии промиелоцита/миелоцита как препропептиды, которые располагаются преимущественно в плотном субстрате первичных гранул в качестве пропептидов и высвобождаются при дегрануляции нейтрофила. Дефензины предпочитают активно метаболизирующие клетки-мишени и могут уничтожать трансформированные клетки млекопитающих, а также прокариот и дрожжи. Дефензины и BPI действуют синергично против грамотрицательных бактерий. При синдроме Чедиака-Хигаси количество дефензинов уменьшается, при дефиците специфических гранул они полностью отсутствуют.

Протеиназа 3 — это антиген, против которого направлено антинейтрофильное цитоплазматическое антитело при гранулематозе Вегенера. Она содержится преимущественно в первичных гранулах, но имеется также во вторичных и секреторных гранулах. Синтез и экспонирование на поверхности клетки стимулируются цитокинами, такими как ФНО-а. Эластаза представляет собой миелоидную сериновую протеазу, которая располагается в первичных гранулах и играет значительную роль в защите организма. У мышей с дефицитом эластазы понижена устойчивость к грамотрицательным бактериям. У человека дефицит нейтрофильной эластазы вызывает тяжелую врожденную нейтропению и циклическую нейтропению. В нейтрофильных гранулах содержится также фосфолипаза А2, где ее различные изоформы действуют непосредственно и синергично с BPI, уничтожая внутриклеточные бактерии.

Лактоферрин — белок, связывающий железо, который присутствует в специфических гранулах и слизистых секретах. При попадании в фаголизосому лактоферрин связывает железо и подавляет рост фагоцитированных бактерий и некоторых грибов. Механизм, посредством которого лактоферрин оказывает свое антимикробное действие, вероятно, связан с понижением концентрации железа во внешней среде микроорганизма. Однако имеются данные о независимых от связывания железа антимикробных свойствах лактоферрина и его непосредственном иммуномодулирующем эффекте. Лактоферрин быстро поступает в кровоток после ожогов и экспериментальной эндотоксемии, вероятно, вследствие дегрануляции нейтрофилов.

е) Кислородозависимые механизмы. Нейтрофилы могут продуцировать токсичные метаболиты кислорода через оксидазный комплекс восстановленного никотинамиддинуклеотидфосфата (НАДФН),или комплекс НАДФН-оксидазы, который обычно формируется в стенке фаголизосомы. НАДФН-оксидаза катализирует присоединение электрона к молекулярному кислороду, что приводит к образованию супероксидного аниона. Супероксид, в свою очередь, преобразуется в пероксид водорода посредством супероксидной дис-мутазы. Внутри фаголизосомы миелопероксидазный компонент первичных гранул преобразует пероксид водорода в гипогалогенную кислоту путем добавления галогена (обесцвечивается, когда галид становится хлоридом в нейтрофилах, и бромидом — в эозинофилах). НАДФН-оксидаза — это мультипротеиновый комплекс, который находится в отдельных мембранных и цитозольных компартментах.

При активации клетки цитозольные компоненты перемещаются в мембрану фаголизосомы, что приводит к активации НАДФН-оксидазы и может вызвать респираторный взрыв.

Белковые компоненты НАДФН-оксидазы называются phox-протеинами (сокращение от phagocyte oxidase). Протеины p22phox и gp91phox являются соответственно α- и β-цепями комплекса цитохрома b558, который находится в стенке вторичной гранулы. Цитозольный компартмент содержит три фактора — p47phox, p67phox и p40phox, а также небольшой белок гас, связывающий нуклеотид гуанин (гуанин трифосфат). Сборка комплекса НАДФН происходит под воздействием различных стимулов. Протеины р47phox и p67phox содержат домены гомологии src типа 3 (SH3-боксы), которые связываются с богатыми пролинами участками собственной белковой структуры и других членов комплекса НАДФН. Стимуляция приводит к структурным изменениям в p47phox, которые способствуют его взаимодействию с p22phox через домены SH3 p47phox и богатые пролином С-концевые последовательности p22phox.

Патологические мутации в четырех необходимых компонентах нарушают синтез фагоцитарного супероксида, приводя к врожденной гранулематозной болезни, для которой характерны угрожающие жизни бактериальные и грибковые инфекции, а также избыточное образование гранулем.

- Рекомендуем далее ознакомиться со статьей "Лекарства влияющие на нейтрофилы применяемые при болезнях кожи"

Оглавление темы "Нейтрофилы при болезнях кожи.":
  1. Происхождение и развитие нейтрофилов
  2. Биологические функции нейтрофилов
  3. Механизмы миграции нейтрофилов в ткани
  4. Лекарства влияющие на нейтрофилы применяемые при болезнях кожи
Кратко о сайте:
Медицинский сайт MedicalPlanet.su является некоммерческим ресурсом для всеобщего и бесплатного развития медицинских работников.
Материалы подготовлены и размещены после модерации редакцией сайта, в составе которой только лица с высшим медицинским образованием.
Ни один из материалов не может быть применен на практике без консультации лечащего врача.
Вопросы, замечания принимаются по адресу admin@medicalplanet.su
По этому же адресу мы оперативно предоставим вам координаты автора, заинтересовавшей вас статьи.
Если планируется использование отрывков размещенных текстов - обязательно размещение обратной ссылки на страницу источник.