Фагоцитоз

Фагоцитоз (от древнегреческого φαγεῖν ( фагин )  «есть» и κύτος , ( kytos )  «клетка») - это процесс, при котором клетка использует свою плазматическую мембрану для поглощения большой частицы (≥ 0,5 мкм), вызывая внутренний отсек называется фагосомой . Это один из видов эндоцитоза . Клетка, выполняющая фагоцитоз, называется фагоцитом .

Обзор фагоцитоза
Фагоцитоз против экзоцитоза
Поглощение возбудителя фагоцитом

В иммунной системе многоклеточного организма фагоцитоз является основным механизмом, используемым для удаления патогенов и клеточного мусора. Затем проглоченный материал переваривается в фагосоме. Бактерии, мертвые тканевые клетки и мелкие минеральные частицы - все это примеры объектов, которые могут быть фагоцитированы. Некоторые простейшие используют фагоцитоз как средство получения питательных веществ.

Фагоцитоз впервые был отмечен канадским врачом Уильямом Ослером (1876 г.) [1], а позже изучен и назван Эли Мечниковым (1880, 1883 г.). [2]

Сканирующая электронная микрофотография фагоцита (желтый, справа), фагоцитирующего бациллы сибирской язвы (оранжевый, слева)

Фагоцитоз - один из основных механизмов врожденной иммунной защиты. Это один из первых процессов, отвечающих на инфекцию , а также одна из инициирующих ветвей адаптивного иммунного ответа. Хотя большинство клеток способны к фагоцитозу, некоторые типы клеток выполняют его как часть своей основной функции. Их называют «профессиональными фагоцитами». Фагоцитоз является старым в эволюционном плане, он присутствует даже у беспозвоночных . [3]

Профессиональные фагоцитарные клетки

"> File:Нейтрофил крови человека фагоцитирует бактерию.webmВоспроизвести медиа
Световая микроскопическая видеопоследовательность нейтрофила из крови человека, фагоцитирующего бактерию

Нейтрофилы , макрофаги , моноциты , дендритные клетки , остеокласты и эозинофилы можно отнести к профессиональным фагоцитам. [2] Первые три имеют наибольшую роль в иммунном ответе на большинство инфекций. [3]

Роль нейтрофилов - патрулирование кровотока и быстрая миграция в ткани в больших количествах только в случае инфекции. [3] Там они оказывают прямое микробицидное действие за счет фагоцитоза. После приема внутрь нейтрофилы эффективны во внутриклеточном уничтожении патогенов. Нейтрофилы фагоцитируют главным образом через рецепторы Fcγ и рецепторы комплемента 1 и 3. Микробицидный эффект нейтрофилов обусловлен большим набором молекул, присутствующих в предварительно сформированных гранулах. Ферменты и другие молекулы, полученные в этих гранулах, представляют собой протеазы, такие как коллагеназа , желатиназа или сериновые протеазы , миелопероксидаза , лактоферрин и белки антибиотиков. Дегрануляция из них в фагосомы, сопровождается высоким активными формы кислорода производства (окислительный взрыв) является весьма Бактерицидной. [4]

Моноциты и созревающие из них макрофаги покидают кровообращение, чтобы мигрировать через ткани. Там они проживают в камерах и образуют барьер для отдыха. [3] Макрофаги инициирует фагоцитоз маннозы рецепторов , мусорщик рецепторов , рецепторов Fcγ и комплемента рецепторов 1, 3 и 4. Макрофаги долговечны и могут продолжать фагоцитоз за счет формирования новых лизосом. [3] [5]

Дендритные клетки также находятся в тканях и поглощают патогены путем фагоцитоза. Их роль не в уничтожении или удалении микробов, а в их разрушении для презентации антигена клеткам адаптивной иммунной системы. [3]

Инициирующие рецепторы

Рецепторы фагоцитоза можно разделить на две категории по распознаваемым молекулам. Первые, опсонические рецепторы, зависят от опсонинов . [6] Среди них рецепторы, которые распознают Fc-часть связанных антител IgG , депонированный комплемент или рецепторы, которые распознают другие опсонины клеточного или плазменного происхождения. Неопсонические рецепторы включают рецепторы лектинового типа, рецепторы дектина или рецепторы скавенджеров . Некоторые фагоцитарные пути требуют второго сигнала от рецепторов распознавания образов (PRR), активируемых присоединением к патоген-ассоциированным молекулярным паттернам (PAMPS), что приводит к активации NF-κB . [2]

Рецепторы Fcγ

Рецепторы Fcγ распознают мишени, покрытые IgG. Основная узнаваемая часть - это Fc-фрагмент . Молекула рецептора содержит внутриклеточный домен ITAM или ассоциируется с адаптерной молекулой, содержащей ITAM. Домены ITAM передают сигнал с поверхности фагоцита в ядро. Например, активирующие рецепторы макрофагов человека являются FcγRI , FcγRIIA и FcγRIII . [5] Фагоцитоз, опосредованный рецептором Fcγ, включает образование выступов клетки, называемых «фагоцитарной чашкой», и активирует окислительный взрыв нейтрофилов. [4]

Рецепторы комплемента

Эти рецепторы распознают мишени, покрытые C3b , C4b и C3bi из комплемента плазмы. Внеклеточный домен рецепторов содержит лектин-подобный домен связывания комплемента. Распознавания рецепторами комплемента недостаточно, чтобы вызвать интернализацию без дополнительных сигналов. В макрофагах CR1 , CR3 и CR4 отвечают за распознавание мишеней. Покрытые комплементом мишени интернализуются, «погружаясь» в мембрану фагоцита без каких-либо выступов. [5]

Рецепторы маннозы

Манноза и другие связанные с патогенами сахара, такие как фукоза , распознаются рецептором маннозы. Восемь лектиноподобных доменов образуют внеклеточную часть рецептора. Прием внутрь, опосредованный рецептором маннозы, отличается по молекулярным механизмам от фагоцитоза, опосредованного рецептором Fcγ или рецептором комплемента. [5]

Фагосома

Поглощению материала способствует сократительная система актин-миозин. Фагосома - это органелла, образованная фагоцитозом материала. Затем он движется к центросоме фагоцита и сливается с лизосомами , образуя фаголизосому и приводя к деградации. Постепенно фаголизосома подкисляется, активируя ферменты деградации. [2] [7]

Разложение может быть кислородно-зависимым или кислородно-независимым.

  • Кислородозависимое разложение зависит от НАДФН и производства активных форм кислорода . Перекись водорода и миелопероксидаза активируют систему галогенирования, что приводит к образованию гипохлорита и уничтожению бактерий. [8]
  • Кислородонезависимая деградация зависит от высвобождения гранул, содержащих ферменты, такие как лизоцимы , и катионные белки, такие как дефенсины . В этих гранулах присутствуют и другие антимикробные пептиды, включая лактоферрин , который связывает железо, создавая неблагоприятные условия для роста бактерий. Другие ферменты, такие как гиалуронидаза, липаза, коллагеназа, эластаза, рибонуклеаза, дезоксирибонуклеаза, также играют важную роль в предотвращении распространения инфекции и деградации основных микробных биомолекул, ведущих к гибели клеток. [4] [5]

Лейкоциты генерируют цианистый водород во время фагоцитоза и могут убивать бактерии , грибки и другие патогены, производя ряд других токсичных химических веществ. [9] [10] [11]

Некоторые бактерии, например Treponema pallidum , Escheria coli и Staphylococcus aureus , способны избегать фагоцитоза за счет нескольких механизмов.

После апоптоза умирающие клетки должны попадать в окружающие ткани макрофагами в процессе, называемом эффероцитозом . Одной из особенностей апоптотической клетки является представление множества внутриклеточных молекул на поверхности клетки, таких как кальретикулин , фосфатидилсерин (из внутреннего слоя плазматической мембраны), аннексин A1 , окисленные ЛПНП и измененные гликаны . [12] Эти молекулы распознаются рецепторами на клеточной поверхности макрофага, такими как рецептор фосфатидилсерина, или растворимыми (свободно плавающими) рецепторами, такими как тромбоспондин 1 , GAS6 и MFGE8 , которые затем сами связываются с другими рецепторами макрофага. такие как интегрин CD36 и альфа-v бета-3 . Нарушения клиренса апоптотических клеток обычно связаны с нарушением фагоцитоза макрофагов. Накопление остатков апоптотических клеток часто вызывает аутоиммунные нарушения; таким образом, фармакологическое усиление фагоцитоза имеет медицинский потенциал при лечении определенных форм аутоиммунных заболеваний. [13] [14] [15] [16]

Трофозоиты Entamoeba histolytica с проглоченными эритроцитами

У многих простейших фагоцитоз используется как средство питания, частично или полностью обеспечивая их питание. Это называется фаготрофным питанием, в отличие от осмотрофического питания, которое происходит за счет абсорбции. [ необходима цитата ]

  • У некоторых, таких как амеба , фагоцитоз происходит путем окружения целевого объекта псевдоподиями , как в фагоцитах животных. У человека амебозойная Entamoeba histolytica может фагоцитировать эритроциты .
  • Инфузории также участвуют в фагоцитозе. [17] У инфузорий есть специальная бороздка или камера в клетке, где происходит фагоцитоз, называемая цитостомом или ртом.

Как и в случае фагоцитарных иммунных клеток, полученная фагосома может быть объединена с лизосомами ( пищевыми вакуолями ), содержащими пищеварительные ферменты , образуя фаголизосому . Затем частицы пищи перевариваются, а высвободившиеся питательные вещества диффундируют или транспортируются в цитозоль для использования в других метаболических процессах. [18]

Миксотрофия может включать фаготрофное и фототрофное питание. [19]

  • Активный транспорт
  • Презентация антигена
  • Антигенпрезентирующая клетка
  • Emperipolesis
  • Эндосимбионты у протистов
  • Парацитофагия
  • Фагоптоз
  • Пиноцитоз
  • Остаточное тело
  • Клеточная стенка

  1. ^ Амвросий, Чарльз Т. (2006). «Слайд Ослера, демонстрация фагоцитоза с 1876 года: отчеты о фагоцитозе до статьи Мечникова 1880 года». Клеточная иммунология . 240 (1): 1–4. DOI : 10.1016 / j.cellimm.2006.05.008 . PMID  16876776 .
  2. ^ а б в г Гордон, Сиамон (март 2016 г.). «Фагоцитоз: иммунобиологический процесс» . Иммунитет . 44 (3): 463–475. DOI : 10.1016 / j.immuni.2016.02.026 . PMID  26982354 .
  3. ^ а б в г д е M.), Мерфи, Кеннет (Kenneth (2012). Иммунобиология Джейнвей . Трэверс, Пол, 1956-, Уолпорт, Марк., Джейнвей, Чарльз. (8-е изд.). Нью-Йорк: Garland Science. ISBN 9780815342434. OCLC  733935898 .
  4. ^ а б в Витко-Сарсат, Вероник; Рье, Филипп; Декамп-Латша, Беатрис; Лесавр, ​​Филипп; Halbwachs-Mecarelli, Lise (май 2000 г.). «Нейтрофилы: молекулы, функции и патофизиологические аспекты» . Лабораторные исследования . 80 (5): 617–653. DOI : 10.1038 / labinvest.3780067 . ISSN  0023-6837 . PMID  10830774 .
  5. ^ а б в г д Адерем, Алан; Андерхилл, Дэвид М. (апрель 1999 г.). «Механизмы фагоцитоза в макрофагах». Ежегодный обзор иммунологии . 17 (1): 593–623. DOI : 10.1146 / annurev.immunol.17.1.593 . ISSN  0732-0582 . PMID  10358769 .
  6. ^ Иммунная система, Питер Пархэм, Garland Science, 2-е издание
  7. ^ Flannagan, Ronald S .; Жомуй, Валентин; Гринштейн, Серджио (28 февраля 2012). «Клеточная биология фагоцитоза». Ежегодный обзор патологии: механизмы заболевания . 7 (1): 61–98. DOI : 10,1146 / annurev-патол-011811-132445 . ISSN  1553-4006 . PMID  21910624 .
  8. ^ Хемила, Харри (1992). «Витамин С и простуда» (PDF) . Британский журнал питания . 67 : 3–16. DOI : 10.1079 / bjn19920004 . PMID  1547201 . Архивировано из оригинального (PDF) 03 марта 2016 года . Проверено 28 октября 2011 .
  9. ^ Боровиц Дж. Л., Гунасекар П. Г., Исом Г. Э. (12 сентября 1997 г.). «Генерация цианида водорода путем активации мю-опиатных рецепторов: возможная нейромодулирующая роль эндогенного цианида». Исследование мозга . 768 (1–2): 294–300. DOI : 10.1016 / S0006-8993 (97) 00659-8 . PMID  9369328 . S2CID  12277593 .
  10. ^ Стельмашинская, Т. (1985). «Образование HCN фагоцитирующими нейтрофилами человека - 1. Хлорирование Staphylococcus epidermidis как источник HCN». Int J Biochem . 17 (3): 373–9. DOI : 10.1016 / 0020-711x (85) 90213-7 . PMID  2989021 .
  11. ^ Згличинский, Ян Мацей; Стельмашинская, Тереза ​​(1988). Респираторный взрыв и его физиологическое значение . С. 315–347. DOI : 10.1007 / 978-1-4684-5496-3_15 . ISBN 978-1-4684-5498-7.
  12. ^ Белый Р.О., Шкандина Т., Томин А., Муньос Л.Е., Франц С., Антонюк В., Кит Ю.Ю., Зирнгибл М., Фюрнрохр Б.Г., Янко С., Лаубер К., Шиллер М., Шетт Г., Стойка Р.С., Херрманн М. (январь 2012 г.). «Макрофаги различают паттерны гликозилирования микрочастиц, происходящих из апоптотических клеток» . Журнал биологической химии . 287 (1): 496–503. DOI : 10.1074 / jbc.M111.273144 . PMC  3249103 . PMID  22074924 .
  13. ^ Mukundan L, Odegaard JI, Morel CR, Heredia JE, Mwangi JW, Ricardo-Gonzalez RR, Goh YP, Eagle AR, Dunn SE, Awakuni JU, Nguyen KD, Steinman L, Michie SA, Chawla A (ноябрь 2009 г.). «PPAR-дельта чувствует и управляет клиренсом апоптозных клеток, чтобы способствовать толерантности» . Природная медицина . 15 (11): 1266–72. DOI : 10.1038 / nm.2048 . PMC  2783696 . PMID  19838202 .
  14. ^ Росзер, Т; Менендес-Гутьеррес, член парламента; Лефтерова М.И.; Аламеда, Д; Núñez, V; Лазарь, Массачусетс; Фишер, Т; Ricote, M (1 января 2011 г.). «Аутоиммунное заболевание почек и нарушение поглощения апоптотических клеток у мышей с дефицитом рецептора гамма-рецептора, активируемого пролифератором пероксисом макрофагов, или дефицитом альфа рецептора ретиноида X» . Журнал иммунологии . 186 (1): 621–31. DOI : 10.4049 / jimmunol.1002230 . PMC  4038038 . PMID  21135166 .
  15. ^ Kruse, K; Янко, C; Urbonaviciute, V; Mierke, CT; Винклер, TH; Фолль, RE; Schett, G; Muñoz, LE; Херрманн, М. (сентябрь 2010 г.). «Неэффективный клиренс умирающих клеток у пациентов с СКВ: аутоантитела против dsDNA, MFG-E8, HMGB-1 и другие игроки». Апоптоз . 15 (9): 1098–113. DOI : 10.1007 / s10495-010-0478-8 . PMID  20198437 . S2CID  12729066 .
  16. ^ Хан, Чехия; Равичандран, KS (23 декабря 2011 г.). «Метаболические связи при апоптотическом поглощении клеток» . Cell . 147 (7): 1442–5. DOI : 10.1016 / j.cell.2011.12.006 . PMC  3254670 . PMID  22196723 .
  17. ^ Grønlien HK, Berg T., Løvlie AM (июль 2002 г.). «У полиморфной инфузории Tetrahymena vorax неселективный фагоцитоз, наблюдаемый в микростомах, меняется на высокоселективный процесс в макростомах». Журнал экспериментальной биологии . 205 (Pt 14): 2089–97. PMID  12089212 .
  18. ^ Монтань, диджеи; Barbosa, Ab; Boenigk, J; Дэвидсон, К; Юргенс, К; Мацек, М; Парри, Джей; Робертс, Ec; Имек, К (18.09.2008). «Избирательное кормление основных свободноживущих простейших: возможности для дальнейшего изучения» . Экология водных микробов . 53 : 83–98. DOI : 10,3354 / ame01229 . ISSN  0948-3055 .
  19. ^ Stibor H, Sommer U (апрель 2003 г.). «Миксотрофия фотосинтетических жгутиконосцев, рассматриваемая с оптимальной точки зрения кормления». Протист . 154 (1): 91–8. DOI : 10.1078 / 143446103764928512 . PMID  12812372 .

  • СМИ, связанные с фагоцитозом, на Викискладе?
  • Фагоцитоз по медицинским предметным рубрикам Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)