А.А. Ярилин - Иммунология (1112185), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Врожденный иммунитетОбразование активных форм кислородаКонформационные изменения, происходящие при сборке NADPH-оксидазы, приводят к тому, что ее основной компонент gp91phox приобретаетспособность взаимодействовать с окисленной формой кофактора, образующегося при гликолизе, — NADPH. Это взаимодействие происходитпри участии простетической группы FAD (флавин адениндинуклеотид)и двух молекул гема. FAD получает электрон (е-) от NADPH и передаетего «наружной» молекуле гема, обращенной к цитозолю, от которой онпереходит к «внутренней» молекуле гема, обращенной к содержимомуфагосомы.
Внутренняя молекула гема передает электрон молекуле кислорода, что приводит к образованию супероксида, объединяющего в себесвойства аниона и радикала, и потому называемого супероксидрадикалом,или супероксиданионом (*О2Ї). Супероксидрадикал — короткоживущийродоначальник активных форм кислорода (рис. 2.29). В начальную фазуфагоцитоза супероксиданион, образующийся на участке клеточной мембраны, находится во внутриклеточном пространстве; после формированияфагосомы и фаголизосомы он поступает внутрь этих гранул.На следующем этапе реализуется цепь реакций, приводящих к образованию радикалов, ионов кислорода и содержащих их молекул, обладающих более высокой бактерицидной активностью чем супероксианион, —активных форм кислорода.
Под действием фермента супероксиддисмутазыиз двух молекул супероксидного аниона образуется перекись водорода. Вприсутствии ионов Fe2+ супероксид взаимодействует с перекисью водородаЗапуск кислородноговзрыва.ОбразованиесупероксидрадикалаСпонтаннаядисмутация.ОбразованиебактерицидныхагентовРеакции,катализируемыемиелопероксидазой.ОбразованиегалоидныхпроизводныхNADPH + O2NADPH: оксидазаNADP + O2: + H+O2: + H2O2NADPH + O2: +H+H2O2 + 1O2Спонтанная дисмутацияHO + OH +1O2OCI:+ H2OH2O2 + CI:Миелопероксидаза1O2 + CI:+ H2OOCI:+ H2O2O2: + 2H+СупероксиддисмутазаO2 + H2OИнактивацияH2O2Каталаза2H2O + O2Рис. 2.29.
Кислородзависимые процессы в фагоцитах, приводящие к образованиюбактерицидных веществ — активных форм кислорода и галоидсодержащих метаболитов. Слева — основные стадии процесса; справа — химические реакции и ихпродукты2.3. Клеточные механизмы врожденного иммунитета137с образованием гидроксил-радикала (*ОН) (см. рис.
2.29) — сильного окислителя. Перекись водорода и особенно гидрокисл-радикал обладают оченьсильной бактерицидной активностью. При их совместном действии происходит перекисное окисление липидов, разрыв пептидных связей, окислениесульфгидрильных групп и другие глубокие химические изменения макромолекул в клеточных стенках патогенов, приводящие к их гибели. Примутациях генов, кодирующих субъединицы NADPH-оксидазы, нарушаетсяактивность этого фермента и, как следствие, развивается хроническая гранулематозная болезнь (см. раздел 4.7.1.4).Кислородзависимые факторы бактерицидности, индуцируемые миелопероксидазойМиелопероксидаза — маркерный фермент азурофильных гранул нейтрофилов. Она составляет 1–5% общего белка этих клеток. Зрелая молекула миелопероксидазы — гетеродимер, образованный тяжелой α- илегкой β-цепями. С α-цепью связана железосодержащая группа — гем.Миелопероксидазная микробицидная система включает, помимо собственно миелопероксидазы, перекись водорода и кофакторы, в том числе ионыгалогенов (Cl-, I-, Br-).Миелопероксидаза катализирует в фаголизосомах окислительные реакции.
Превращение йодида (I-) в молекулярный йод (при участии миелопероксидазы и перекиси водорода) обеспечивает его связывание с сульфгидрильными группами белков, приводящее к нарушению жизнеспособностимикроорганизмов. При катализируемом миелопероксидазой взаимодействии ионов Cl- с перекисью водорода образуется сильный микробицидныйагент — хлорноватистая (гипохлорная) кислота HOCl. При ее взаимодействиис аминокислотами образуются хлорамины, обладающие бактерициднымдействием. При окислении хлорноватистой кислоты супероксидом образуется гидроксильный радикал *ОН, а при ее оксилении перекисью водорода —синглетный кислород ‘О2 (см.
рис. 2.29) Эти метаболиты обладают сильноймикробицидной активностью. Синглетный кислород особенно активновзаимодействует с полиненасыщенными жирными кислотами, вызываяих перекисное окисление, нарушающее целостность мембраны бактерий.Синглетный кислород участвует в образовании еще одного микробицидного вещества — озона (О3).Нейтрофилы — наиболее эффективные продуценты активных формкислорода. К этим агентам чувствительны разные типы микроорганизмов,в первую очередь — внеклеточные патогены.2.3.5.2.
Оксид азота и его производныеАктивные формы азота образуются при окислении аргинина с егопревращением в цитруллин. Известно 2 пути превращения аргинина,один из которых катализируется аргиназой и приводит к образованиюорнитина. Продукты другого пути, катализируемого NO-синтазой, — цитруллин и оксид азота (рис. 2.30).
Известно 3 изоформы NO-синтазы, изкоторых эпидермальная и нейрональная экспрессируются спонтанно всоответствующих клетках, а макрофагальная NO-синтаза является индуцибельной (iNOS). Именно макрофагальная изоформа ответственна заобразование активных форм азота в фагоцитах. Основной индуктор iNOS —IFNγ; этот фактор вносит важный вклад в усиление микробицидной138Глава 2. Врожденный иммунитетIFNγ, TNFαЦитруллинNO:синтаза:синтазаРасширение сосудовNOБактерицидный эффектL :аргининАргиназаIL :4, IL:13L :орнитинПролинСинтезколлагенаПолиаминыПролиферацияклетокРис. 2.30.
Пути утилизации аргинина макрофагами и образование NO. Сплошныестрелки обозначают превращения веществ; прерывистые — влияние ферментов ицитокиновактивности макрофагов. Другой активатор iNOS — тетрагидроптерин —активируется TNFα. Оптимальное условие индукции iNOS — сочетанноедействие IFNγ и TNFα.Оксид азота (NO) обладает микробицидной активностью. Особенносильные бактерицидные свойства проявляет продукт взаимодействия оксида азота с супероксидным радикалом — пероксинитрит (OONOЇ), окисляющий сульфгидрильные группы белковых и небелковых молекул, нарушаяпри этом их функции (рис.
2.31). Из пероксинитрита образуются другиеактивные формы азота — радикалы NO2* и ОН* (см. рис. 2.30). В процессепревращения оксида азота происходит образование анионов и радикаловнитрита (NO2-, NO2*), а также нитратанионов (NO3-).Основные продуценты активных форм азота — моноциты/макрофаги. Хотянейтрофилы также способны синтезировать некоторое количество оксидаазота, его роль в микробицидном эффекте для этих клеток не доказана.
К активным формам азота наиболее чувствительны внутриклеточные патогены —микобактерии, грибы, простейшие. Поскольку образование оксида азота возможно вне фагосом в цитозоле, он действует не только на фагоцитируемыемикроорганизмы, но и на вирусы, Mycobacterium tuberculosis, грибы и простейшие. Оксид азота обладает также тумороцидным эффектом.2.3.5.3. Факторы бактерицидности, не зависящие от кислорода и оксида азотаМикроорганизмы выработали способы нейтрализации факторов кислородзависимой бактерицидности, а также NO и связанных с ним азотсодержащих соединений, основанные на действии бактериальных супероксиддис-1392.3. Клеточные механизмы врожденного иммунитетаНАДФ·Н:оксидазаNO:синтазаL:Аргинин + O2НАДФ·Н2 НАДФ +O2ПроизводныеметаболитыO2•NOOONOH2O2••NO + L:Цитруллин••пероксинитритOONOHOHпероксинитритоваякислотаH2O[• NO2… OH• ]:NO2•NO2:NO3Спонтанное образование••радикалов NO 2 и OHРис. 2.31.
Взаимодействие кислородного и азотистого путей формирования бактерицидных веществ. Образование под действием NO-синтазы бактерицидных окисловазота и их взаимодействие с супероксиданиономмутаз, каталаз и др. Однако у фагоцитов сформировались альтернативныемеханизмы бактерицидности.Закисление внутренней среды фаголизосомыПри эндоцитозе содержимое эндосом закисляется.
Для ранних эндосомхарактерны слабокислые значения рН (6,0–6,5). В содержимом позднихэндосом рН составляет 5,5–6,0, а в лизосомах — <5,0. Аналогичные изменения рН происходят при созревании фагосом. Закисление содержимогогранул — необходимое условие их слияния с фагосомами. Последовательноезакисление среды в эндосомах — результат активности V-АТФазы — сложного белка, перекачивающего протоны из цитозоля в гранулы. V-АТФазасостоит из нескольких субъединиц.
V-АТФаза отсутствует в фагосомах, нодоставляется в них с лизосомами. В нейтрофилах V-АТФаза содержитсяво всех разновидностях гранул, кроме специфических (отсюда нейтральная реакция их содержимого). В фаголизосомах рН составляет 4,5–5,0.В фаголизосомах нейтрофилов pH среды несколько выше, чем в аналогичных структурах макрофагов. Это связано с более активной работой в нейтрофилах NADPH-оксидазы, сопряженной с потреблением протонов дляформирования перекиси водорода. Кроме того, активные формы кислородаослабляют активность V-АТФазы.Закисление среды фаголизосомы оказывает бактериостатическое и бактерицидное действие, поскольку при значениях рН, близких к 4,5, снижает-140Глава 2.
Врожденный иммунитется электростатический потенциал клеток микроорганизмов, что приводитк нарушению поступления в них питательных веществ. Кроме того, кислаясреда способствует активации большинства ферментов (особенно из азурофильных гранул), обладающих бактерицидной и бактериолитическойактивностью. Продукты, выделяющиеся при разрушении микроорганизмов, усиливают закисление.ФерментыПри описании азурофильных и специфических гранул нейтрофиловуже перечисляли содержащиеся в них ферменты (общее число ферментов,выявляемых в фаголизосомах — более 60). Как известно, сначала с фагосомами сливаются специфические гранулы, содержащие ферменты, активныепри нейтральных и слабощелочных значениях рН (именно такой pH имеетсреда фагосом на данном этапе): щелочную фосфатазу и лизоцим, входящиев группу катионных белков (см. далее).Азурофильные гранулы доставляют в фаголизосомы широкий набор кислых гидролаз и других ферментов, активных при кислых значениях рН: миелопероксидазу, 5’-нуклеотидазу, β-арилсульфатазу, β-глюкуронидазу, кислуюглицерофосфатазу, а также гликозидазы.
Азурофильные гранулы — дополнительный источник лизоцима и лактоферрина. Из азурофильных гранулв фаголизосому поступают также нейтральные протеазы, объединяемые вгруппу серпроцидинов, — еще одних представителей катионных белков.Большинство сосредоточенных в фаголизосомах ферментов участвуют врасщеплении убитых микроорганизмов.Катионные белкиВ составе катионных белков преобладают щелочные аминокислотныеостатки (что и определяет их катионность). Среди катионных белков естькак обладающие ферментативной активностью (лизоцим и серпроцидины),так и конкурентные белки, бактерицидное действие которых основано насвязывании жизненно важных для патогенов веществ (лактоферрин, витамин В12 -связывающий фактор).Лизоцим — катионный белок.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
