РОССИЙСКИЙ ИММУНОЛОГИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2014, том 8(17), № 2, с. 107-120
ОБЗОР
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ФАГОЦИТОЗА
(Часть 1)
© 2014 г. Н.В. Воробьева
МГУ им. М.В. Ломоносова, кафедра иммунологии Биологического факультета, Москва, Россия
Поступила: 10.12.2013. Принята: 12.05.2014
В обзоре представлены современные данные о механизмах фагоцитоза, осуществляемого профессиональными фагоцитами, преимущественно, макрофагами. Особое внимание уделяется клеточным и молекулярным процессам, обеспечивающим распознавание и ин-тернализацию мишеней, а также стратегиям защиты патогенов от фагоцитоза.
Ключевые слова: фагоцитоз, врожденный иммунитет, макрофаг, нейтрофил, интернали-зация мишеней
ВВЕДЕНИЕ
Фагоцитоз был впервые описан русским ученым Ильей Ильичем Мечниковым более 100 лет тому назад [1]. С тех пор фагоцитоз был признан важным компонентом врожденного и адаптивного звеньев иммунного ответа на патогены. Кроме того, в работах последних лет было показано, что фагоцитоз играет существенную роль в гомеостазе и ремоделиро-вании тканей.
Фагоцитоз представляет собой процесс поглощения клетками мишеней большого размера (более 5 мкм в диаметре). В отличие от макропиноцитоза, он происходит с участием поверхностных рецепторов клетки, распознающих и связывающих соответствующие мишени, не зависит от клатрина и связан с полимеризацией актина. Такие чужеродные организмы как бактерии или грибы могут быть устранены из очагов инфекции с помощью профессиональных фагоцитов, нейтрофилов, макрофагов и дендритных клеток. Помимо профессиональных фагоцитов, фагоцитоз могут осуществлять фибробласты, эпителиальные и эндотелиальные клетки. И хотя они не могут интернализовать микроорганизмы, они способны поглощать апоптотические тельца, способствуя тем самым удалению гибнущих ежедневно миллиардов клеток.
Адрес: 119992, Москва, Ленинские горы 1/12, МГУ им. М.В. Ломоносова, кафедра иммунологии Биологического факультета, Воробьевой Нине Викторовне. E-mail: nvvorobjeva@mail.ru
Кроме фагоцитарной функции профессиональные фагоциты играют ключевую роль в инициации адаптивного иммунного ответа, благодаря синтезу провоспалительных цито-кинов, привлекающих в очаги инфекции соответствующие лимфоидные клетки. Помимо этого, фагоциты могут представлять лимфо-идным клеткам антигены, образованные при деградации мишеней.
Поскольку существуют разнообразные типы фагоцитов и их мишеней, а также сложные механизмы их взаимодействия, то процессы поглощения мишеней не могут быть идентичными. Действительно, под фагоцитозом подразумевается ряд сходных, но все же различных молекулярных механизмов. Поэтому не удивительно, что и через 100 лет после первого описания фагоцитоза И.Мечниковым, его механизмы до конца не расшифрованы. Вместе с тем, детальный анализ ряда специфических моделей позволил установить роль регулируемых во времени и пространстве сигналов, перестройки цитоскелета и ремоде-лирования мембран.
1. Распознавание мишеней: рецепторный процесс
Фагоцитоз происходит с участием рецепторов. А поскольку в природе встречается большое разнообразие мишеней, то и распознающих их рецепторов существует не мало. Распознавание микроорганизмов и апоптоти-ческих клеток приводит к активации принци-
Таблица 1. Фагоцитарные рецепторы человека и их лиганды
Рецепторы Лиганды ссылки
Опсониновые рецепторы
FcyRI (CD64) IgG1= IgG3 > IgG4* [23]
FcyRIIa (CD32a) IgG3> IgG1= IgG2* [23]
FcyRIIc (CD32c) IgG —
FcyRIIIa (CD16a) IgG [23]
FcaRI (CD89) IgA1, IgA2 [24]
FceRI IgE [25]
CRI (CD45) Маннан-связывающий лектин, C1q, C4b, C3b [26]
CR3 (aMß2, CD11b/CD18 или Mac-1) iC3b [27]
CR4 (aMß2, CD11c/CD18, gp150/95) iC3b [27]
a5ß1 Фибронектин, витронектин [28]
Рецепторы к апоптозным тельцам
TIM-1, TIM-4, BAI1, Stabilin-2 Фосфатидилсерин (PS) [14-16]
Mer Gas6, S-белок [29]
aVß3 MFG-E8 [17]
aVß5 Апоптотические клетки [30]
CD36 Окисленные липиды [18]
* указано сродство к изотипам иммуноглобулинов
Сокращения: BAI — ингибитор ангиогенеза головного мозга (brain-specific angiogenesis inhibitor); MFG — молочные жировые глобулы (milk fat globule); TIM — мембранные белки I типа с N-терминальным иммуногло-булиновым доменом, за которым следует муциновый домен (T cell immunoglobulin mucin).
пиально отличающихся клеточных ответов. Так, фагоцитоз апоптотических клеток, называемый «эффероцитозом», сопровождается индукцией противовоспалительных ответов, благодаря синтезу макрофагами трансформирующего ростового фактора-в (TGF-P) [2]. Напротив, при фагоцитозе микробных клеток индуцируются провоспалительные ответы, например, синтезируются TNF-a (фактор некроза опухолей), 1Ь-1, 1Ь-6, «предупреждающие» иммунную систему о присутствии патогенов [3].
В связи с этим рецепция микроорганизмов и апоптотических клеток будет рассмотрена в данном обзоре раздельно.
1.1. Рецепция патогенов
Поскольку основной функциональной задачей фагоцитоза является обнаружение и устранение инфекции, то в этом процессе принимают участие рецепторы, распознающие микробные мишени непосредственно или при помощи опсонинов.
Такие чужеродные мишени как бактерии, грибы и простейшие обладают многочисленными молекулами, которые были названы патоген-ассоциированными молекулярными
паттернами (ПАМП). ПАМП распознаются рядом сенсоров, включающих толл-подобные рецепторы (TLR — Toll-like receptor), манноз-ный рецептор (CD206), Дектин-1 (CLEC7A), CD 14, scavenger-рецептор класса A (CD204), CD36 и другие. В данном обзоре функции этих рецепторов рассматриваться не будут.
Рецепторы опсонинов. Патогены могут также распознаваться растворимыми молекулами крови и других жидкостей организма. Такие молекулы называют опсонинами. К опсонинам относятся иммуноглобулины, связывающие чужеродные антигены, а также компоненты каскада комплемента, взаимодействующие с поверхностью патогенов (табл. 1). После присоединения опсонинов к мишеням, происходит их распознавание мембранными рецепторами фагоцитов, а это взаимодействие «запирает» опсонины на поверхности мишени.
Рецепторы к Fc-концу иммуноглобулина G (IgG) и к компоненту комплемента iC3b являются наиболее эффективными. Предполагают, что в системе in vivo многочисленные опсониновые и неопсониновые рецепторы активируются одновременно и индуцируют сложный и, вероятно, синергический клеточный ответ.
Модуляция связывания мишеней. Эффективность связывания рецепторов с лигандами определяется не только их взаимной аффинностью, но и плотностью их распределения на поверхности фагоцита и патогена, соответственно. Другие факторы также могут оказывать влияние на эффективность распознавания мишеней. Например, интегриновые рецепторы (рецептор к компоненту комплемента iC3b — CR3) проявляют значительную аффинность к своим лигандам, но только после их так называемой активации «изнутри наружу», которая может быть вызвана взаимодействием других внешних стимулов с TLR [4], IgG-рецепторами или с CD44 [5 — 6]. Связывание этих рецепторов с лигандами активирует малую ГТФазу Rap1, которая, в свою очередь, изменяет конформацию внеклеточного домена интегрина, что ведет к усилению его аффинности к соответствующему лиганду [4]. И хотя этот сложный механизм до конца не расшифрован, было показано, что важную роль в нем играет талин, который связывается с цитозольным участком интегрина [7].
Подвижность рецепторов в плоскости мембраны фагоцита также важна для связывания с лигандами. Было показано, что фагоцитарные рецепторы активируются, как правило, только в случае образования мультимеров в плоскости мембраны [8]. Поэтому рецепторы, способные к быстрой латеральной диффузии в мембране, активируются эффективнее, чем малоподвижные [8].
1.2. Рецепторы, распознающие апоптотические клетки
Известно, что в организме здорового человека ежедневно умирает более 10 миллиардов клеток. Образующиеся апоптотические клетки удаляются в процессе фагоцитоза.
Рецепторы и корецепторы, образующие сигналы «съешь меня». Распознавание апоп-тотических клеток происходит с помощью сложной комбинации сигналов. Вначале клетки, входящие в апоптоз, высвобождают растворимые молекулы, называемые сигналами «найди меня», которые являются хемоаттрак-тантами для фагоцитов. К этим молекулам относятся нуклеотиды АТФ и УТФ [9], хемокин фракталкин (CX3CL1) [10], а также липиды лизофосфатидилхолин (LPC) [11] и сфинго-зин-1-фосфат (SIP) [12]. Для некоторых подобных сигнальных молекул были обнаружены соответстующие рецепторы, например,
Р2У2 — для АТФ и УТФ [9], хемокиновый рецептор CX3CR1 — для фракталкина [10], и G2A - для LPC [13].
Кроме того, апоптотические клетки экспонируют на своей поверхности молекулы, отсутствующие у здоровых клеток в покоящемся состоянии и называемые сигналами «съешь меня». Самым характерным маркером апоп-тотических клеток является фосфатидилсе-рин (PS). Этот липид расположен у здоровых клеток практически только на внутренней стороне плазмалеммы, однако в процессе апоптоза он перемещается на ее внешнюю поверхность. С PS связываются многочисленные фагоцитарные молекулы, например, рецепторы TIM1 и TIM4 (T cell immunoglobulin mucin) [14], BAI1 [15] и Stabilin-2 [16]. Помимо них, с PS взаимодействуют растворимые внеклеточные молекулы, выступающие в роли мостиков, соединяющих липид с поверхностными рецепторами фагоцита. Примером такой молекулы является MFG-E8 (лактадхерин), связывающий PS с а^3-интег-ринами, эффективными рецепторами фагоцитов [17]. Другие растворимые молекулы, Gas6 и S-белок, связывают PS с рецепторами TAM-семейства (Tyro3, Axl, Mer) [17].
Следует заметить, что на апоптозных клетках могут также распознаваться производные PS. Дело в том, что PS, расположенный на клеточной поверхности, может легко подвергаться окислению, а такие рецепторы фагоцитов как CD36 и CD68 связывают модифицированные липиды, включая окисленный PS [18].
Экстернализация PS происходит не только в процессе апоптоза. В работе Dillon и соавт. [19] было показано, что большинство зрелых В-лимфоцитов мышей экспонирует на своей мембране PS. Эти липиды располагаются в мембранных микродоменах или липидных рафтах и мобилизуются после активации В-клеток антителам
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.