10048 (Миграция клеток и воспаление)

РЕФЕРАТ

Миграция клеток и воспаление

Введение

В норме лейкоциты, циркулирующие с кровью, мигрируют по всем тканям организма, но при этом каждая их популяция имеет свой особый характер миграции. Кроме того, путь миграции зависит от стадии дифференцировки и уровня активации клеток:

• фагоциты, в том числе нейтрофилы и моноциты, покинув костный мозг, мигрируют в те периферические ткани организма, где имеются очаги воспаления; для нейтрофилов это путешествие в одном направлении, но моноциты, превратившись в макрофаги, могут вернуться во вторичные лимфоидные ткани и функционировать там в качестве антигенпрезентирующих клеток:

• непримированные лимфоциты мигрируют из тимуса и костного мозга во вторичные лимфоидные ткани; после активации антигеном Т-клетки стремятся проникнуть в очаг воспаления, тогда как В-клетки и Т-клетки иммунологической памяти расселяются по соседним лимфоидным органам и образованиям.

• дендритные клетки, в частности кожные клетки Лангерганса, представляют собой потомство костномозговых стволовых клеток, заселившее вторичные лимфоидные ткани; захватив антиген, они могут мигрировать в регионарные лимфоузлы, чтобы презентировать его Т-клеткам CD4⁺. Миграция лимфоцитов позволяет каждой "горстке" лимфоцитов, специфичных к какому-либо отдельному антигену, встретиться именно с ним. Пути оттока лимфы и перемещения клеток обеспечивают встречу лимфоцитов, АПК и поступающего из инфицированных и воспаленных тканей антигена в лимфатических узлах; антигены, проникшие в кровоток, задерживаются селезенкой. Во вторичных лимфоидных тканях происходит первоначальная клональная экспансия антигенспецифичных лимфоцитов, после чего они поступают в циркуляцию через выносящие лимфатические сосуды. Дальнейшая миграция их из кровотока зависит от экспрессии на клетках эндотелия молекул адгезии; например, при появлении таких молекул на эндотелии в очаге воспаления их распознают рецепторы активированных лимфоцитов или фагоцитов и в результате там и накапливаются эти клетки. Весь комплекс реакций, возникающих в тканях в ответ на повреждение или инфекцию, назван воспалением. Для воспаления характерны три основных признака:

• усиленное кровоснабжение воспаленной области, способствующее доставке в нее лейкоцитов и растворимых компонентов плазмы;

• повышенная проницаемость капилляров и вследствие этого экссудация белков плазмы, необходимых для сдерживания инфекции;

• усиленная миграция лейкоцитов.

При иммунологической реакции на антиген различные популяции мигрирующих клеток появляются в ткани, как правило, поочередно. Тип клеток, присутствующих в каждый данный момент, преобладание тех или иных и время появления - все это зависит от природы антигена и от участка организма, где развертывается иммунологическая реакция. Обычно первыми в очаг острого воспаления, вызванного инфекцией, прибывают нейтрофилы, преобладающие затем в нем в течение нескольких суток. На вторые сутки в очаг начинают поступать мононуклеарные фагоциты и лимфоциты. Позже прибывают обычно Т-клетки CD8⁺ и немногочисленные В-клетки. Обратное развитие острой реакции зависит от того, удалось ли организму освободиться от антигена или инфекции. Если не удалось, острая воспалительная реакция переходит в хроническую, при которой в очаге мало нейтрофилов, но в значительном количестве накапливаются Т-клетки CD4⁺ и мононуклеарные фагоциты. Реакции на паразитарные инвазии нередко сопровождаются эозинофильной инфильтрацией. Эозинофилы вместе с базофилами и макрофагами преобладают также в инфильтрате тканей бронхиальной стенки после астматических приступов.

Миграция клеток

В миграции лейкоцитов выделяют две главные стадии. Первая - это прилипание циркулирующих клеток к сосудистому эндотелию с последующим проникновением между эндотелиоцитами или сквозь них. На второй стадии лейкоциты, преодолевшие эндотелий, мигрируют в направлении очага инфекции или воспаления, привлекаемые хемотаксическими стимулами. Эти процессы регулируются присутствующими на поверхности мигрирующих клеток белками, а также растворимыми сигнальными молекулами - хемокинами и другими хемоаттрактантами.

Пути клеточной миграции разнообразны и зависят не только от типа клетки, но и от стадии ее дифференцировки или уровня активации. Помимо этих факторов, существуют влияющие на миграцию особенности сосудистого эндотелия в разных участках организма. Так, венулы с высоким эндотелием, характерные для вторичной лимфоидной ткани, по строению совершенно отличны от венулнелимфоидных тканей. Эндотелий мелких сосудов в различных нелимфоидных тканях морфологически чрезвычайно разнообразен, и к тому же любая местная воспалительная реакция приводит к изменениям в экспрессии ряда его поверхностных молекул. От всех этих факторов зависит, клетки какого типа окажутся способными проникнуть сквозь эндотелиальную выстилку. Как правило, на миграцию лейкоцитов через эндотелий влияют 1) величина поверхностного заряда взаимодействующих клеток,

2) сила гемодинамического смыва в сосудистом русле и 3) экспрессия комплементарного набора молекул адгезии на поверхности как лейкоцитов, так и эндотелиальных клеток. Поэтому лейкоциты мигрируют из кровеносного русла через стенку именно венул, где поверхностный заряд эндотелиоцитов самый низкий, гемодинамический смыв незначителен а молекулы клеточной адгезии экспрессируются избирательно.

Лимфоцитарная миграция в лимфоидную ткань отличается от миграции в очаги воспаления

Для разных стадий жизненного цикла лимфоцитов характерны различные пути миграции. Например, неактивированные Т-клетки имеют тенденцию проникать через ВЭВ во вторичные лимфоидные ткани, тогда как активированные мигрируют в очаги воспаления. К тому же наблюдается избирательная миграция в определенные участки организма: лимфоциты, выделенные из пейеровых бляшек, при введении в кровь вновь локализуются в кишечнике, а лимфоциты селезенки возвращаются в нее же.

Миграция лимфоцитов из кровотока в лимфоузлы, пейеровы бляшки и лимфоидную ткань слизистых оболочек происходит через ВЭВ. Именно через стенки этих венул выходит из кровотока до 25% лимфоцитов, поступающих в лимфоузел по кровеносным сосудам. В противоположность этому через обычный эндотелий венул проникает при каждом цикле лишь ничтожная часть циркулирующих лимфоцитов. Тем не менее, эта слабая миграция крайне важна, так как позволяет лимфоцитам осуществлять "надзор" за всеми тканями организма; при развитии воспаления она многократно усиливается.

Венулы с высоким эндотелием выполняют, таким образом, особо важную роль в рециркуляции лимфоцитов. В норме ВЭВ присутствуют только во вторичных лимфоидных тканях, но могут возникать и в очагах хронического воспаления. Кроме характерной кубовидной формы, к особенностям эндотелиоцитов ВЭВ относится экспрессия различных наборов сульфатированных и обильно гликозилированных молекул межклеточной адгезии, которые связываются с циркулирующими Т-клетками, направляя их тем самым из кровотока в лимфоидную ткань. Эти молекулы адгезии отличаются от тех, которые регулируют миграцию лимфоцитов в очаг острого воспаления. При этом в разных лимфоидных тканях на эндотелии ВЭВ экспрессированы различные молекулы клеточной адгезии. Ранее эти молекулы адгезии были названы сосудистыми адрессинами; их экспрессия на эндотелии различных ВЭВ обеспечивает возвращение лимфоцитов в собственную лимфоидную ткань.

Миграцию регулирует ряд факторов, как эндотелиального, так и лейкоцитарного происхождения

Миграция лейкоцитов зависит от присутствия молекул адгезии на поверхности как эндотелия, так и лейкоцитов, от подвижности самих клеток и от наличия хемотаксических агентов. Для объяснения сложного и изменчивого характера клеточной миграции необходимо учитывать множество влияющих на нее факторов. К ним относятся:

• характер активации мигрирующих лимфоцитов или фагоцитов: экспрессия молекул адгезии и их функциональная аффинность варьируют в зависимости от типа клеток и от того, активированы они антигеном, цитокинами или межклеточными взаимодействиями;

• типы молекул адгезии, экспрессируемых сосудистым эндотелием: они определяются тем, в какой анатомической области проходит сосуд и был ли эндотелий активирован цитокинами;

• присутствие специфичных хемотаксических молекул и цитокинов в тканях: для разных популяций лейкоцитов характерны различные специализированные рецепторы, поэтому каждый хемотаксический агент избирательно привлекает только определенный тип клеток.

Прежде чем рассматривать участие молекул адгезии в лейкоцитарной миграции, необходимо познакомиться с их разнообразием и межклеточным распределением.

Молекулы межклеточной адгезии

Молекулы межклеточной адгезии - это связанные с плазматической мембраной белки, которые обеспечивают механическое взаимодействие клеток друг с другом. Часто это молекулы, пронизывающие мембрану и присоединенные к цитоскелету; с их помощью клетки при движении могут подтягиваться к другим клеткам или перемещаться по внеклеточному матриксу. Во многих случаях отдельная молекула межклеточной адгезии способна взаимодействовать не с одним, а с несколькими лигандами, для чего служат разные, участки связывания. Хотя связывание индивидуальных молекул адгезии со своими лигандами обычно происходит с низким сродством, авидность взаимодействия может быть довольно высокой, за счет того что молекулы адгезии расположены на поверхности клеток компактными "пятнами", или кластерами, и образуют участки многоточечного связывания.

Адгезия клеток одного типа к клеткам другого типа может изменяться в результате увеличения числа молекул адгезии на клеточной поверхности либо при изменении их аффинности и/или авидности. Существуют два механизма увеличения числа молекул адгезии на поверхности клеток: у многих клеток большие запасы этих молекул хранятся во внутриклеточных везикулах, которые способны через несколько минут после активации устремляться к поверхности цитоплазматической мембраны; другой механизм состоит в синтезе таких молекул de novo и переносе их на поверхность.

Число известных молекул межклеточной адгезии, имеющих значение для лейкоцитарной миграции, ошеломляюще велико. Тем не менее, все их можно распределить по четырем семействам структурно родственных молекул. Миграция клеток - это сложный процесс, в котором на разных стадиях принимают участие несколько наборов молекул адгезии.

Некоторые эндотелиальные молекулы адгезии относятся к иммуноглобулиновому суперсемейству.

К суперсемейству иммуноглобулинов принадлежит ряд молекул адгезии эндотелиальных клеток, в том числе молекула межклеточной адгезии 1 типа и 2 типа, молекула адгезии сосудистого эндотелия I типа и молекула адгезии ВЭВ лимфоидных образований в слизистых оболочках, названная ранее адрессином I типа - MAdCAM-l. Экспрессия этих молекул на эндотелии сосудов может быть постоянной или индуцибельной. ICAM-1 имеет пять внеклеточных доменов, из которых два Н-концевых структурно гомологичны двум внеклеточным доменам ICAM-2. В составе VCAM-1 шесть внеклеточных доменов; эти же данные присутствуют в структуре MAdCAM-l.

В адгезии лейкоцитов к эндотелию и внеклеточному матриксу участвуют интегрины.

Интегрины - это обширная группа молекул межклеточной адгезии, которые присутствуют на поверхности различных клеток, в том числе лейкоцитов. Все белки, входящие в это крупное семейство, состоят из двух нековалентно связанных полипептидных цепей; обе цепи пронизывают клеточную мембрану. Семейство интегринов делят на три основные подсемейства по типу в-цепи. Тип б-цепи, соединенной с в-цепью, оказался не так важен для функциональной активности, как предполагали первоначально. В основном в-интегрины участвуют в связывании клеток со структурами внеклеточного матрикса, в₂-33феГсМ33З - в адгезии лейкоцитов к эндотелию или другим клеткам иммунной системы, а в^-ЗЗфефсЗЗх - в слипании тромбоцитов с нейтрофилами в очагах воспаления или местах повреждения сосудов. Из этой простой схемы имеется, однако, несколько исключений и, кроме того, описаны дополнительные в-цепи. Каждая в-цепь может ассоциировать с одной из различных а-цепей, в результате чего образуются разнообразные молекулы адгезии. Способность интегринов связываться со своими лигандами зависит от двухвалентных катионов. Например, LFA-I в норме экспрессирован на лейкоцитах в низкоаффинном состоянии, но при повышении концентрации Mg²⁺ становится высокоаффинным. При повышении концентрации Са²⁺ интегрины на поверхности клеток перераспределяются, формируя высокоавидные "пятна".

Селетины - группа лейкоцитарных и эндотелиальных молекул межклеточной адгезии, которые связываются с углеводами

Группа селектинов включает Е-селектин, Р-селектин и L-селектин, экспрессируемые на эндотелии, тромбоцитах и некоторых типах лейкоцитов соответственно. Молекулы селектинов пронизывают мембрану и имеют ряд внеклеточных доменов, гомологичных доменам регуляторных белков комплемента, например фактору Н.

Внеклеточная часть их молекул содержит также домен, близкий по структуре рецептору для фактора роста эпидермиса, и Н-концевой домен, обладающий лектиноподобными свойствами, т.е. связывающий углеводные остатки. Соответственно этому в состав лигандов, с которыми связываются селектины, входят углеводы.

Лиганды селектинов - это углеводные компоненты различных гликопротеинов лимфоцитарной и эндотелиальной поверхности

Углеводные лиганды для селектинов встречаются в структуре разнообразных белков. Так, многочисленные О-связанные углеводные остатки, которые служат лигандами для лимфоцитарного L-селектина, содержит гликопротеин Sgp-200, экспрессируемый на эндотелии ВЭВ. L-селектины могут также связываться с углеводами в составе MAdCAM-l, который экспрессирован на эдотелии ВЭВ лимфоидных образований в слизистых оболочках. Эти гликопротеины, названные в соответствии с их функцией сосудистыми адрессинами, присутствуют главным образом на клетках ВЭВ в лимфоидных тканях, но могут быть индуцированы при хроническом воспалении и в других участках организма.

Е - и Р-селектины, экспресспруемые на активированных эндотелиоцитах, связываются с сиалированной формой углеводной детерминанты Le^x, ассоциированной с белком CD 15, который присутствует на лейкоцитах многих субпопуляций. В результате этого связывания движение лейкоцитов с током крови прекращается н наступает первая фаза миграции.

Механизмы клеточной миграции

Выход лейкоцитов из сосудистою русла через эндотелий происходит в несколько этапов.

• Краевое стояние: движение лейкоцитов по венуле замедляется и они катятся по эндотелию. Это обусловлено в основном взаимодействием селектинов с углеводными лигандами.

• Активация: остановленные лейкоциты подвергаются воздействию цитокинов, хемотаксических агентов, компонентов поверхности эндотелия и внеклеточною матрикса.

Миграция лейкоцитов к очагу воспаления Нейтрофилы появляются в очаге острого воспаления на его ранней стадии, и отчасти это обусловлено индукцией цитокинами экспрессии Е-селектина на поверхности эндотелия в этой области. Стимуляция клеток эндотелия in vitro такими цитокинами, как, например, фактор некроза опухолей б или интерлейкин I индуцирует Экспрессию Е-селектина спустя 4-12 ч, а через 24 ч она прекращается; аналогичным образом in vivo эта молекула межклеточной адгезии появляется на ранней стадии воспалительной реакции. Клетки, трансфицированные геном Е-селектина, экспрессируют его в значительном количестве, приобретая при этом выраженную способность связывать нейтрофилы. Все эти данные указывают, что остановка нейтрофилов при участии Е-селектина - это первая необходимая стадия их миграции.