УСПЕХИ СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ, 2011, том 131, № 1, с. 37-49
УДК 616-021.1.5:611-018.5.53:616.9:616.002
РЕАКТИВНОСТЬ ФАГОЦИТИРУЮЩИХ КЛЕТОК ПРИ ИНИЦИАЦИИ ИНФЕКЦИОННО-ВОСПАЛИТЕЛЬНЫХ
ПРОЦЕССОВ
© 2011 г. Л.М. Сомова, Н.Г. Плехова, Е.И. Дробот
ГУ НИИ эпидемиологии и микробиологии СО РАМН, Владивосток e-mail: l_somova@mail.ru
Проведена сравнительная характеристика активности компонентов кислородзависимой, кислород-независимой и нитроксидобразующей бактерицидных систем фагоцитирующих клеток при бактериальных инфекциях. Показаны различия ферментного реагирования нейтрофилов и моноцитов/макрофагов в зависимости от вида и степени вирулентности патогенных бактерий (Yersinia pseudotuberculosis, Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes). С помощью корреляционного анализа установлена взаимосвязь между показателями активности ферментов кислородзависимой системы стимулированных фагоцитов (сукцинатдегидрогеназа, лектатдегидрогеназа, цитохромок-сидаза, НАДФ-оксидазный комплекс в НСТ-тесте), активностью миелопероксидазы и катионных белков (в нейтрофилах), а также уровнем метаболитов оксида азота при этих инфекциях. Отмечена сопряженность ферментативных реакций фагоцитирующих клеток по принципу изменяющихся во времени прямых и обратных связей при обеспечении эффективной антиинфекционной защиты организма.
Ключевые слова: макрофаги, нейтрофилы, ферменты, инфекционные заболевания.
Исключительная сложность воспалительной реакции, противоречивость оценок ее биологической сущности и значения для организма до сих пор определяют актуальность проблемы воспаления. Учение о воспалении имеет глубокие исторические корни [17] и в течение последних 20 лет продолжает развиваться на основе комплексного подхода к его исследованию с точки зрения морфологии, биохимии, патофизиологии и иммунологии [14]. Вопрос о важности изучения фагоцитарного звена иммунной системы, поднятый в 1980-х годах [12], по нашему мнению, вновь приобретает пристальное внимание исследователей, что связано с дальнейшим развитием современных представлений о закономерностях функциональной перестройки фагоцитов как важнейшего инструмента противоинфекционного иммунитета и одного из наиболее общих эффекторных механизмов воспаления. Общепризнано, что лейкоцитарные реакции имеют универсальный характер и зависят от тяжести течения патологического процесса. Нейтрофилы и моноциты/макрофаги являются составными частями иммунофагоци-тарной системы и традиционно рассматриваются в неразрывной связи с воспалительной реакцией.
Напряженная ситуация по инфекционной заболеваемости за последние 20 лет ставит вопрос
о расширении общепатологических знаний, касающихся антиинфекционной резистентности. На наш взгляд, углубление знаний о закономерностях ферментного реагирования нейтрофилов и макрофагов расширяет горизонты понимания бактерицидной функции фагоцитов и возможности усовершенствования подходов к ее коррекции. Мощные бактерицидные механизмы фагоцитов определяют их основную функцию для борьбы с микроорганизмами, которые могут существовать внутри клетки хозяина [16].
В проблеме инфекционной патологии вопрос об инициации воспалительного ответа организма на проникновение в него различных бактерий остается неизменно актуальным. Фагоцитирующие клетки - нейтрофилы и моноциты/макрофаги - играют значительную роль в поддержании низкого уровня инфицированности организма и принимают участие в развитии адаптивного иммунитета, в удалении денатурированных белков, остатков погибших клеток, тканей и различных продуктов из очага воспаления [1, 21]. Несмотря на то что хорошо обоснованы представления о гуморально-клеточных кооперативных взаимоотношениях в ходе иммунофагоцитарного ответа, существуют данные о том, что каждая из клеточных популяций в конкретных ситуациях способна
реагировать достаточно автономно, а в некоторых случаях и почти избирательно [5, 12, 18]. Мы разделяем мнение Саркисова [17], который говорил, что развитие представлений о воспалении как одном из общепатологических процессов может быть эффективным только на основе "этиологического подхода к проблеме", а не "как некоторого абстрактного явления". Поэтому большое значение имеет изучение способности организма противостоять бактерицидному воздействию фагоцитов с учетом биологических свойств разных видов бактериальных агентов.
Наиболее перспективными являются исследования, направленные на раскрытие молекулярных основ фагоцитоза как первой линии антибактериальной защиты организма. В мировой литературе по проблеме антиинфекционной резистентности эти вопросы освещены фрагментарно, без комплексной оценки особенностей метаболической активности (ферментного реагирования) стимулированных фагоцитов в процессе "респираторного взрыва", инициирующего развитие воспалительной реакции.
В этом плане нами на моделях in vivo и in vitro в сравнительном аспекте получены новые данные, касающиеся комплексной характеристики активности ферментных систем фагоцитов, опосредующих бактерицидную функцию этих клеток, с учетом вида и степени вирулентности патогенных бактерий. До сих пор резервные возможности клеток системы фагоцитоза гисто-химически оцениваются, как правило, только с помощью стимулированного НСТ-теста, который отражает степень активации кислородзависимого метаболизма, прежде всего, функцию гексозо-монофосфатного шунта (ГМФШ) и связанную с ним наработку фагоцитами свободных радикалов кислорода. Интегральная оценка активности ферментов дыхательной цепи - сукцинатдегид-рогеназы (СДГ), лактатдегидрогеназы (ЛДГ), цитохромоксидазы (ЦХО) и миелопероксидазы (МПО), а также активности катионных белков в нейтрофилах и уровня метаболитов оксида азота дала возможность получить новую информацию о бактерицидном потенциале фагоцитов. Исследование ферментативной активности фагоцитов проводили с использованием методов, изложенных в методических рекомендациях [19], количественные показатели плотности субстратов определялись на спектрофотометре "Multiscan Titertek" при соответствующих длинах волн с последующей их оценкой в виде индекса стимуляции относительно контроля, принятого за 0.
БАКТЕРИЦИДНЫЕ СИСТЕМЫ НЕЙТРОФИЛОВ
В нейтрофилах в настоящее время обозначены три основных бактерицидных системы: 1) кисло-родзависимая, в состав которой входят система НАДФ-производных оксидантов и Н2О2 - мие-лопероксидазная система; 2) нитроксидобразую-щая система, включающая реактивные посредники азота, производные NO-синтазы; 3) система белков нейтрофильных гранул (антимикробные катионные белки, протеазы, серинпротеиназы, металлопротеиназы ) [47]. Исследования по нит-роксидзависимой активности нейтрофилов и ее значению при различных инфекционных болезнях еще малочисленны и противоречивы. Кроме того, недостаточно изучен вопрос о взаимосвязи вышеуказанных систем фагоцитов при заражении патогенными бактериями, различающимися по способам фагоцитирования.
Активность кислородзависимой и кислороднезависимой бактерицидных систем нейтрофилов
при заражении Y pseudotuberculosis и L. monocytogenes
Сравнительное исследование активности бактерицидных ферментных систем нейтрофилов, зараженных указанными видами патогенных бактерий, проводили на моделях in vitro и in vivo, определяя активность МПО, СДГ, ЛДГ, ЦХО, суммарную активность ферментов дыхательной цепи в НСТ-тесте, а также активность катионных белков.
В экспериментах in vitro установлено, что в нейтрофилах крови доноров в ответ на заражение как Y. pseudotuberculosis , так и L. monocytogenes повышалась активность ферментов кислород-зависимой системы с участием СДГ и ЛДГ. Максимальные значения для СДГ составили 36.45 ± 0.15%; p < 0.01 (25 мин инкубации) и 13.7 ± 0.17%; p < 0.01 (45 мин) соответственно, для ЛДГ - 27.3 ± 0.19%; p < 0.05 (3 ч) и 15.94 ± 0.35% (p < 0.05) (45 мин) соответственно. Повышение активности СДГ отражало запуск комплекса II дыхательной цепи нейтрофилов, а наличие активности ЛДГ указывало на образование активных метаболитов кислорода (АМК) с участием НАДФ.
В нейтрофилах воспалительного экссудата мышей при их контакте с Y. pseudotuberculosis, наряду с повышением активности СДГ и ЛДГ, определялась активность комплекса IV дыхатель-
ной цепи с участием ЦХО (48.04 ± 0.8%; p < 0.01) (25 мин). Одновременно повышалась активность МПО до 37.67 ± 0.058% (p < 0.05). При контакте нейтрофилов воспалительного экссудата мышей с L. monocytogenes образование АМК отмечалось только по пути комплекса IV с участием ЦХО (14.69 ± 0.51%; p < 0.05) (35 мин).
В лейкоцитах крови интактных морских свинок при заражении in vitro Y. pseudotuberculosis и L. monocytogenes активность ферментов кис-лородзависимой системы была выше по сравнению с таковой в нейтрофилах крови доноров. При этом по показателям НСТ-теста активности СДГ, ЦХО и МПО изменения в целом носили однонаправленный характер, с преобладанием ферментативной активности нейтрофилов в ответ на заражение L. monocytogenes, что свидетельствовало о наработке АМК этими клетками с участием комплексов II и IV дыхательной цепи. В лейкоцитах перитонеального экссудата интакт-ных морских свинок также выявлено повышение активности исследованных ферментов, за исключением ЦХО.
Таким образом, на различных биологических моделях в экспериментах in vitro установлена неодинаковая динамика активности ферментов кислородзависимой системы нейтрофилов, что свидетельствует о дифференцированных путях образования активных метаболитов кислорода, зависящих от вида возбудителя. При заражении Y. pseudotuberculosis используются комплексы II и IV дыхательной цепи с участием соответственно ЛДГ, СДГ и ЦХО, а при заражении L. monocytogenes - только путь комплекса IV с участием ЦХО.
При сравнении активности кислороднезависи-мой системы - катионные белки (КБ) - нейтрофилов воспалительного экссудата мышей и ней-трофилов крови доноров выявлено, что в ответ на бактериальную инфекцию как псевдотуберкулезную, так и листериозную показатели активности КБ были отрицательными и их динамика носила волнообразный характер. Это свидетельствовало о дегрануляции клетками КБ при их взаимодействии с бактериями [11]. При этом в нейтрофи
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.