Миграция нейтрофилов при воспалении

Вследствие высвобождения доиммунных цитокинов и продукции хемоат­трактантов фагоциты активируются и направляются в очаг инфекции. В спо­койном состоянии нейтрофилы покоятся в пристеночном слое плазмы. При активации они начинают катиться вдоль стенки сосуда по направлению к вос­палительному очагу. При этом поверхностные молекулы адгезии, экспрессия которых в активированных клетках резко возрастает, постоянно «сканируют» эндотелиоциты с целью идентификации зоны функционально активного эндо­телия, соответствующей проекции воспалительного очага. В таких зонах созданы благоприятные условия для экстравазации фагоцита путем диапедеза (трансэндотелиальной миграции) — протискивания между эндотелиоцитами и фибрил­лами базальной мембраны за счет динамического изменения формы клетки. Речь вдет о наличии адгезионных молекул (селектинов, интегринов), останав­ливающих качение нейтрофила, и о повышенной сосудистой проницаемости, способствующей выходу клетки за пределы сосуда в воспалительный очаг.

Миграция лейкоцитов из плазмы крови в очаг пребывания патогена является одним из ключевых процессов при воспалении. В ходе миграции выделяют два этапа:

• Этап трансэндотелиальной миграции, состоящий в фиксации лейкоци­тов на эндотелии и последующем протискивании между клетками сосуда во внесосудистое пространство.
• Этап миграции по внеклеточному матриксу внесосудистого простран­ства.

На миграцию лейкоцитов через эндо­телий сосудов влияет по крайней мере 3 основных фактора:

• Величина поверхностного заряда взаимодействующих клеток. Чем ниже такой заряд, тем эффективнее миграция, так как менее выражено элект­ростатическое отталкивание одноименно заряженных клеток
• Сила гемодинамического смыва в сосуде, которая определяется объем­ной скоростью кровотока. При этом чем больше сила гемодинамическо­го смыва, тем менее эффективна миграция клеток.
• Экспрессия комплементарных молекул адгезии на мигрирующих лейко­цитах и эндотелии.

Исходя из этих требований, наиболее удобными для миграции являются посткапиллярные венулы, где поверхностный заряд эндотелиоцитов низок, сила гемодинамического смыва невысока, а степень экспрессии адгезионных молекул достаточна.

Рассмотрим механизм миграции лейкоцитов при воспалении на примере наиболее мобильной клетки — нейтрофила. Миграцию нейтрофилов опос­редуют адгезионные молекулы двух типов — селектины (на ранних стадиях) и интегрины (на более поздних). Движущей силой миграции нейтрофилов, как и других лейкоцитов, является продукция клетками очага воспаления хемо­аттрактантов, воздействующих непосредственно на мигрирующие клетки, и доиммунных цитокинов, обеспечивающих повышенную экспрессию адгезион­ных молекул на эндотелии венул очага (формирование зоны так называемого функционально активного эндотелия).

Краевое стояние

Первая стадия трансэндотелиальной миграции нейтрофилов называется краевым стоянием. При этом мигрирующая клетка начинает катиться по по­верхности эндотелиоцитов венулы. Качение обеспечивается взаимодействием селектинов с углеводными молекулами. Нейтрофилы и эндотелиоциты экс­прессируют оба типа адгезионных молекул, поэтому подобное взаимодействие является перекрестным. Каждое связывание селектина с остатками углеводов замедляет скорость качения нейтрофила, поэтому в центре функционально активного эндотелия венулы, где экспрессия адгезионных молекул наиболее высока, нейтрофил останавливается.

Активация нейтрофилов

Второй стадией трансэндотелиальной миграции является активация неподвижного нейтрофила под действием хемоаттрактантов (ЛтВ4, C5b и др. ), хемокинов (ИЛ-8, RANTES и др.), компонен­тов поверхности эндотелиоцитов. Суть активации состоит во включении гене­тической программы миграции нейтрофила.

Диапедез лейкоцитов

Затем происходит собственно акт миграции, которому способствует взаимодействие β-интегринов нейтрофила (CRIII, CR1V, LFA-1 и др.) и адгезионных молекул эндотелия (ICAM-1). Если речь идет об эозинофилах и базофилах, то со стороны эндотелия в качестве адгезионных молекул выступают VCAM-I. Протискивание нейтрофила между эндотелиоцитами завершается продукцией гидролитических ферментов, вызы­вающих локальное повреждение базальной мембраны (стадия лизиса). Материал с сайта https://wiki-med.com

Механизм диапедеза фагоцитов (протискивания между эндотелиоцитами) состоит в следующем. Эндотелиоциты сосудистой стенки фиксированы друг с другом боковыми поверхностями за счет специфических адгезионных мо­лекул (CD31). На цитолемме псевдоподии фагоцита, пытающегося совер­шить диапедез, появляются точно такие же молекулы, т.е. по специфике поверхностных структур он идентифицируется эндотелиоцитами как родст­венная клетка и принимается в состав эндотелиального слоя. Затем цито­плазма и ядро фагоцита перетекают по вмонтированной псевдоподии в экстравазальное пространство. Когда этот процесс завершается, на псевдоподии прекращается экспрессия указанных молекул, силы взаимодействия с сосед­ними эндотелиоцитами ослабевают и фагоцит изымает цитоплазматический отросток из стенки сосуда, перемещаясь в экстравазальное пространство. Дальнейшее перемещение клетки обусловлено как растворимыми хемоат­трактантами, так и мембранными адгезионными молекулами, которые по­являются на клетках поврежденной ткани и указывают путь перемещения мигрирующим фагоцитам.

Покинув сосуд, нейтрофил про­должает миграцию в межклеточном матриксе поврежденной ткани. Для приспособления к новым условиям перемещения изменяется набор поверх­ностных молекул нейтрофила. При этом на его поверхности появляются так называемые очень поздние антигены (англ. very late antigem, VLA). VLA (β-интегрины) обеспечивают прикрепление к элементам межклеточного матрикса (фибронектину, коллагену и др.). Они получили свое название в связи с позд­ним временем экспрессии (в завершающей фазе миграции).

Разнообразие межклеточных взаимодействий, в которых принимают участие нейтрофилы, обеспечивает не только реализацию их регуляторных функций, но и является основой для регуляции функций нейтрофилов другими клетками.

Миграция нейтрофилов

Для осуществления каждой своей функции нейтрофилы, как правило, должны мигрировать к участку развития того или иного патологического процесса.

Первым и важнейшим этапом проявления любой функции является миграция нейтрофилов, которая происходит под влиянием хемотаксических факторов. Последние представлены веществами различной природы (IL-1, IL-8, МСР-1, LTB-4, С5а, IL-17, продуктами бактериальных клеток и др.), к которым в основном нейтрофилы экспрессируют соответствующие рецепторы.

Большими регуляторными возможностями в отношении нейтрофилов располагают различные Т-лимфоциты, выделяющие разнообразные цитокины, прямо или опосредованно влияющие на функции нейтрофилов; многие из цитокинов проявляют себя как активные хемоаттрактанты нейтрофилов.

К этим общеизвестным фактам можно добавить новые данные о том, что активация СD4+Т-лимфоцитов антигеном приводит к быстрому выделению этими клетками хемотаксических факторов, способных привлекать нейтрофилы в участок введения антигена независимо от его природы.

Большинство хемоаттрактантов способно индуцировать не только хемотаксис, но и активировать ряд функций нейтрофилов, а также хемотаксис других клеток системы иммунитета. Наряду с этим существуют хемоаттрактанты, отличающиеся определенной избирательностью действия в отношении нейтрофилов.

Так, селективным индуктором накопления нейтрофилов в участках воспаления является IL-17, который продуцируется Т-лимфоцитами, что свидетельствует о важности их участия в хемотаксисе нейтрофилов; действие IL-17 усиливается TNFa и GM-CSF. Такой синергизм указанных цитокинов способствует не только накоплению нейтрофилов, но и их выживаемости.

Традиционным хемоаттрактантом для нейтрофилов является и представитель семейства СХС — CXCL1 или MGSA/GROa, который, индуцируя хемотаксис нейтрофилов, не влияет на многие другие клетки (моноциты, Т- и В-лимфоциты и др.). Выявлен новый фактор модуляции функций нейтрофилов — галектин-8 (galectin-8), индуцирующий адгезию к пластику только нейтрофилов, он играет очень важную роль в их миграции через эндотелий.

Активным хемоаттрактантом нейтрофилов и лимфоцитов, но не моноцитов и эозинофилов, служит новый хемокин семейства СС — регакин-1 (regakine-1), роль которого рассматривается как уникальная в регуляции иммунологических процессов; его действие синергично с IL-8.

Представляют интерес данные о том, что в качестве хемотаксического фактора человека и мышей может проявлять себя и растворимая форма FasL — sFasL.

Роль хемоаттрактанта выполняет и транспортный белок — фракталкин, который продуцируется клетками эндотелия микро- и макрососудов. Этот белок обладает адгезивными свойствами, действует как растворимый хемоаттрактант, однако в отношении нейтрофилов его действие выражено меньше, чем IL-8 и МСР-1.

Значительное место в миграции нейтрофилов, в частности через эндотелий, принадлежит адгезивным молекулам этих клеток (L, Р и Е лектинам, ICAM-1, VCAM-1, интегринам).

Изучение механизма хемотаксиса нейтрофилов показало, что, как правило, хемотаксические факторы связываются с трансмембранным доменом соответствующих рецепторов, что приводит к активации G-белка — процесса, который индуцирует активность изоформ протеинкиназы С, увеличение количества внутриклеточного кальция, активации тирозинкиназы и фосфатаз.

Такое разнообразие компонентов, которые могут участвовать в реализации действия хемотаксических сигналов, свидетельствует о существовании различных сигнальных путей, что иллюстрирует большие возможности регуляции нейтрофилов и может приводить к созданию новых терапевтических подходов, в частности при воспалении.

Спектр изменений, происходящих в нейтрофилах под влиянием хемотаксических факторов, объясняет, почему не только индуцируется хемотаксис, а и активируется ряд метаболических процессов (например, генерируются свободные радикалы кислорода, усиливается активность протеаз и др.); кинетика выделения указанных и других продуктов нейтрофилов различна в зависимости от хемотаксических факторов.

Последние могут также способствовать активации фагоцитоза и цитотоксичности. На рис. 32 проиллюстрировано влияние хемоаттрактантов на внутриклеточные процессы нейтрофилов.

Рис. 32. Влияние хемоаттрактантов на внутриклеточные процессы и функции нейтрофилов

Наряду с активаторами хемотаксиса нейтрофилов существуют и его ингибиторы. Последние выявляются в сыворотке крови здоровых лиц в низких концентрациях, однако ингибиторная активность сыворотки крови человека в отношении хемотаксиса нейтрофилов значительно возрастает при многих патологических состояниях и, в частности, при злокачественном росте.

Ключевыми регуляторами функций нейтрофилов являются GM-CSF и TNFa. С последним связаны многие функции нейтрофилов и поэтому уже давно он рассматривается как естественный стимулятор основных функций нейтрофилов: адгезии к эндотелию и различным частицам, фагоцитоза, респираторного взрыва, дегрануляции, цитотоксичности, выделения гаптоглобина с модуляцией его уровня и др.

Регуляторные влияния GM-CSF, TNFa, PAF, а также таких стимулов, как форболовый эфир, ионопор кальция А23187, во многом связаны с их способностью увеличивать уровень тирозинфосфорилирования различных белковых субстратов. Важным компонентом этого процесса является протеинкиназа, ассоциированная с микротубулярным аппаратом, с которой связывают ранний сигнал и каскад изменений, происходящих под влиянием, в частности, GM-CSF.

При действии GM-CSF и TNFa активно выделяется O2, что сопровождается активацией внутриклеточной киназы, регулирующей экстрацеллюлярный сигнал и митогенактивирующей протеинкиназы (MARK); в этот процесс могут включаться сериновые протеазы, функция которых не зависит от активации указанных ферментов.

Регуляторные влияния на нейтрофилы оказывает и PAF, выделение которого проявляется в повышении свободного кальция в нейтрофилах. PAF-обусловленная активация нейтрофилов — результат активации 5-липооксигеназы и последовательной генерации LTB, что свидетельствует об участии последнего в ответе нейтрофилов на действие PAF.

В регуляции функций нейтрофилов наряду с их взаимодействием с другими клетками системы иммунитета, в частности лимфоцитами, важное место занимает и их взаимодействие с макрофагами. В результате стимулируются функции обоих типов клеток и усиливается выделение ими различных факторов, которые стимулируют их функции.

Сравнительно недавно на нейтрофилах и макрофагах, а также других типах клеток (лейкоциты, моноциты, тучные, Т-лимфоциты) выявлен поверхностный гликопротеин — CD200 (OX2); идентифицирован ген, ответственный за его экспрессию. CD200 относится к семейству регуляторных белков и киллерных иммуноглобулинзависимых рецепторов с возможностями выполнения активационных и ингибиторных функций. Последнее позволяет CD200 выполнять важную роль в иммунологической регуляции.

Выше отмечалось, что гистамин, который продуцируется нейтрофилами, представляет собой важный компонент сложной системы регуляторных влияний нейтрофилов на другие клетки. Экспрессия нейтрофилами различных рецепторов гистамина делает последний также важным регулятором их функций. Еще в начале изучения влияния гистамина на функции нейтрофилов было показано, что он модулирует метаболизм кислорода, их миграцию, дегрануляцию и изменяет мембранный потенциал.

В дальнейшем получено много новых фактов, иллюстрирующих разнообразие влияний гистамина на нейтрофилы. Из их общего числа необходимо выделить следующие. Гистамин, как известно, активно изменяет проницаемость эндотелия и поэтому играет важную роль в регуляции инфильтрации нейтрофилами.

Под влиянием гистамина в последних изменяется метаболизм реактивного кислорода (экстра- и интрацеллюлярно), что проявляется снижением уровня респираторного взрыва — процесс, в котором принимают участие не только HI-рецепторы, но и нерецепторные структуры мембранной поверхности (NADPh, миелопероксидаза, фосфолипаза А-2).

С действием гистамина может быть связано повышение активности фосфодиэстеразы-4, что приводит к гетерологической десенситизации. Одной из важных физиологических особенностей нейтрофилов является их способность быстро поглощать гистамин, который накапливается в участках воспаления, индуцированного различными факторами, ингибирует образование хлорамина и других аминов; в регуляции этих процессов активное место занимает миелопероксидаза.

Наконец, имеется информация о том, что гистамин модулирует не только функции нейтрофилов, но и их выживаемость, вызывая гистамининдуцированный апоптоз, который опосредован активацией каспаз и протеинкиназы-дельта. Взаимодействие нейтрофилов с гистамином представлено на рис. 33.

Рис. 33. Взаимодействие нейтрофила с гистамином

В регуляции функций нейтрофилов могут принимать участие аутоантитела (в частности, против Fc-фрагмента), которые могут быть обнаружены в сыворотке крови. Эти аутоантитела способны влиять на выживаемость и функции нейтрофилов. С появлением аутоантител к нейтрофилам связывают и развитие нейтропении, механизм которой обусловлен проникновением аутоантител в нейтрофилы.

Отмеченный факт зарегистрирован при исследовании больных системной волчанкой, но при другой патологии еще не известен. Однако, учитывая, что и при злокачественном росте нередко наблюдается развитие аутоиммунных процессов, нельзя исключить возможность их влияния и на функции нейтрофилов.

Табл. 6 дает общие представления о нейтрофилах.

Таблица 6. Общая характеристика нейтрофилов

Бережная Н.М., Чехун В.Ф.

Опубликовал Константин Моканов