Восемь стадий фагоцитоза
Современная иммунология рассматривает фагоцитоз как сложный многоэтапный каскад. Традиционно выделяют 8 последовательных стадий:
- Хемотаксис — направленное движение клетки к объекту по градиенту химических веществ (хемокинов, компонентов комплемента). В этот момент фагоцит поляризуется: его цитоскелет и рецепторы концентрируются на переднем полюсе.
- Адгезия — физический контакт и прилипание к мишени.
- Активация мембраны — подготовка клетки к захвату с участием G-белков и ионов кальция.
- Погружение — обволакивание объекта мембраной фагоцита.
- Образование фагосомы — замыкание мембраны вокруг частицы.
- Слияние фагосомы и лизосомы — формирование единой пищеварительной вакуоли (фаголизосомы).
- Киллинг и расщепление — гибель микроорганизма под действием ферментов и токсичных радикалов.
- Выброс продуктов деградации — удаление остатков переваренного материала из клетки.
Механизмы распознавания и рецепторы
Для того чтобы фагоцитоз начался, клетка должна узнать свою мишень. Это происходит двумя путями: с предварительной опсонизацией и без нее.
Фагоцитоз без опсонизации опирается на прямое распознавание структур мишени:
- Scavenger-рецепторы (мусорщики, например SR-AI/II, CD36) — связывают липиды бактерий и полианионы.
- Рецепторы к апоптотическим клеткам (PSR, интегрин $\alpha_V\beta_3$) — реагируют на фосфатидилсерин и витронектин, которые появляются на поверхности погибающих клеток. Им помогают растворимые молекулы, такие как тромбоспондин.
Фагоцитоз опсонизированных объектов характерен для инфекций. Опсонины (от греч. opson — подготавливать пищу) обволакивают патоген. Главные опсонины:
- Антитела IgG (особенно IgG1 и IgG3). Они распознаются $Fc\gamma$-рецепторами фагоцита (CD64, CD32, CD16).
- Фрагмент комплемента iC3b. Распознается рецепторами комплемента CR1, CR3, CR4.
Динамика мембраны и образование фагосомы
Процесс поглощения требует значительного увеличения площади клеточной мембраны. Фагоцит использует фокальный экзоцитоз — привлекает внутренние мембраны ранних эндосом и эндоплазматического ретикулума. Слияние фрагментов мембран контролируют ГТФазы (Arf-6, Rab) и белки семейства SNARE (например, VAMP3).
Само погружение обеспечивается актиновым цитоскелетом. Формируется фагоцитарная чаша, а миозин X выступает «двигателем», вытягивающим псевдоподии. Мембрана смыкается над объектом по принципу «застежки-молнии», после чего актиновые нити разбираются при участии ионов Ca2+.
Созревание фаголизосомы и бактерицидная функция
Только что образованная фагосома не содержит ферментов для убийства патогена. Она должна созреть, двигаясь вглубь клетки по микротрубочкам. Созревание сопровождается сменой поверхностных маркеров (с Rab5 на Rab7) и постепенным закислением среды.
В нейтрофилах процесс слияния строго упорядочен и зависит от уровня внутриклеточного кальция:
- Сначала с фагосомой сливаются специфические гранулы. Они работают при нейтральном pH и доставляют комплексы NADPH-оксидазы.
- По мере закисления среды подключаются азурофильные гранулы, ферменты которых активны в кислой среде.
Внутри фаголизосомы бактерии уничтожаются кислородзависимыми факторами (активные формы кислорода, галогены) и азотистыми метаболитами. Если микроорганизм успешно разрушается, фагоцитоз называют завершенным. Если патоген выживает внутри фагоцита, возникает незавершенный фагоцитоз.
Коротко: ответы на вопросы по теме
Какие рецепторы участвуют в фагоцитозе неопсонизированных объектов?
В фагоцитозе неопсонизированных объектов участвуют несколько групп рецепторов, распознающих лиганды напрямую. К ним относятся:
- Рецепторы для интернализации — маннозный рецептор (MR — CD206), DEC-205, Dectin-1.
- Scavenger-рецепторы (мусорщики) — SR-AI/II, CD36, распознающие липидные компоненты бактерий и апоптотические клетки.
- Рецепторы для апоптотических клеток — рецептор фосфатидилсерина (PSR) и интегрин $\alpha_v\beta_3$, распознающий витронектин.
Какие молекулы выступают в роли главных опсонинов?
В роли основных опсонизирующих факторов выступают:
- антитела класса IgG;
- фрагмент C3-компонента комплемента — iC3b.
IgG и iC3b часто опсонизируют клетку совместно: антитела в составе иммунных комплексов активируют комплемент, на клетке-мишени откладывается C3b, который затем расщепляется до iC3b.
Также в источниках как опсонины или опсонизирующие факторы упоминаются C3b, C1q-компонент комплемента, белки острой фазы, маннозосвязывающий лектин, ЛПС-связывающий белок, антимикробные пептиды и белки межклеточного матрикса, включая фибронектин.
Какие кислородзависимые факторы обеспечивают внутриклеточный киллинг?
К кислородзависимым факторам внутриклеточного киллинга относятся активные формы кислорода, образующиеся при кислородном взрыве:
- супероксид-анион ($O_2^-$);
- перекись водорода ($H_2O_2$);
- гидроксильный радикал ($OH^\bullet$);
- гидроксид-ион ($OH^-$);
- гипохлорит-ион ($OCl^-$);
- синглетный кислород ($^1O_2$);
- озон ($O_3$).
Миелопероксидазная микробицидная система в фаголизосомах включает миелопероксидазу, перекись водорода и ионы галогенов. При участии хлорида образуется хлорноватистая кислота / гипохлорит ($HOCl/OCl^-$), а при взаимодействии $HOCl$ с аминокислотами образуются хлорамины, обладающие бактерицидным действием.
Какие кислороднезависимые факторы участвуют в уничтожении бактерий внутри фагоцита?
Уничтожение бактерий внутри фагоцита без участия кислорода обеспечивается локальным закислением среды, ферментами и антимикробными пептидами. В кислороднезависимом киллинге участвуют:
- Факторы закисления — снижают pH до 4,5–5,0 за счет активности V-АТФазы.
- Катионные белки — серпроцидины (катепсин G, эластаза, азурацидин, протеиназа-3), лизоцим, лактоферрин, BPI-белки и витамин $B_{12}$-связывающий фактор.
- Кислые гидролазы — 5'-нуклеотидаза, $\beta$-арилсульфатаза, $\beta$-глюкуронидаза, кислая глицерофосфатаза и гликозидазы.
- Бактерицидные пептиды — $\alpha$- и $\beta$-дефензины, кателицидины.
- Конкурентные ингибиторы метаболизма.
При каких инфекциях (какими возбудителями) часто вызывается незавершенный фагоцитоз?
В источниках незавершенный фагоцитоз описан для следующих возбудителей и инфекций:
- Гонококки: Por-белки препятствуют слиянию лизосомы с фагосомой, что обеспечивает выживание гонококков внутри фагоцитов; при микроскопии гонококки могут располагаться внутри лейкоцитов.
- Микобактерии туберкулеза: внутри фагоцита выделяют факторы, препятствующие слиянию фагосомы с лизосомой; микобактерии сохраняют жизнеспособность и размножаются внутри макрофага.
- Стафилококки: при незавершенном фагоцитозе, то есть выживании бактерий внутри фагоцитов, возникают персистирующая бактериемия и метастатические гнойные очаги.
- Возбудитель брюшного тифа / острых кишечных инфекций по приведенной схеме: при незавершенном фагоцитозе происходит проникновение возбудителя через грудной лимфатический проток в кровь с развитием бактериемии.
Какие клетки иммунной системы относятся к профессиональным фагоцитам?
По источникам к клеткам иммунной системы с выраженной фагоцитарной активностью относятся:
- нейтрофилы — первыми поступают в очаг воспаления и реализуют высокий защитный потенциал в виде фагоцитоза;
- моноциты — мигрируют вслед за нейтрофилами, участвуют в фагоцитозе и дифференцируются в макрофаги;
- макрофаги — осуществляют фагоцитоз, в том числе патогенов и апоптотических клеток.
В источниках также указано, что эндотелиальные и эпителиальные клетки могут приобретать фагоцитарную способность при активации и рассматриваются как факультативные фагоциты.
Какие конкретно хемотаксические факторы привлекают фагоциты в очаг воспаления?
Фагоциты привлекаются в очаг воспаления экзогенными и эндогенными хемотаксическими факторами.
К конкретным хемотаксинам относятся:
- бактериальные N-формил-пептиды, включая N-формил-метионил-лейцил-фенилаланил;
- анафилатоксины C3a и C5a;
- лейкотриены;
- хемокины;
- провоспалительные цитокины, обладающие хемотаксическим действием;
- продукты расщепления факторов свертывания крови и фибринолиза — тромбин, фибрин;
- нейропептиды;
- фрагменты иммуноглобулинов;
- пентраксины — C-реактивный белок, сывороточный амилоид;
- фактор агрегации тромбоцитов (PAF).
Для запоминания 8 стадий: «Хитрая Акула Активно Плывет, Обходя Сети, Кушает Водоросли» (Хемотаксис, Адгезия, Активация мембраны, Погружение, Образование фагосомы, Слияние, Киллинг, Выброс).
Вопросы с занятий и экзамена
В чем отличие опсонизированного фагоцитоза от неопсонизированного?
При опсонизации мишень заранее покрыта антителами или комплементом, что многократно облегчает ее захват через Fc- и CR-рецепторы. Без опсонизации фагоцит вынужден напрямую связываться с липидами или маркерами апоптоза.
Как меняются маркеры на мембране фагосомы при ее созревании?
На ранних этапах на мембране присутствуют маркеры ранних эндосом (Rab5, EEA1). По мере созревания они сменяются маркерами поздних эндосом (Rab7, Rab9, LAMP2).
Почему азурофильные гранулы нейтрофилов сливаются с фагосомой позже специфических?
Очередность слияния регулируется уровнем кальция. У азурофильных гранул порог чувствительности к ионам Ca2+ выше, поэтому они ждут большего накопления кальция и предварительного закисления среды.
Что такое незавершенный фагоцитоз?
Это патологический вариант процесса, при котором поглощение микроорганизма произошло, но внутриклеточного киллинга не случилось из-за устойчивости бактерии к бактерицидным факторам.
Что ещё разобрать по теме
- Особенности строения и аффинности различных типов Fcγ-рецепторов (CD64, CD32, CD16).
- Роль фосфоинозитидов и ГТФаз (Arf-6, Rab) в регуляции мембранной динамики.
- Механизмы альтернативного и лектинового путей активации комплемента для опсонизации.
- Молекулярное строение и принцип работы SNARE-комплексов при слиянии гранул.
- Кислородзависимые и независимые механизмы бактерицидности нейтрофилов.
Разберите тему целиком в курсе «Иммунология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Фагоцитоз» и ещё 723 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 23 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Врождённый иммунитет»
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.