Наша лимфатическая система работает по двум направлениям защиты. Клетки и органы первого фронта защиты моментально реагируют на любой нераспознанный агент, пытающийся проникнуть в тело. Так как это инстинктивное нападение применяется к любому инвазивному объекту, такой ответ относят к врожденной, или неспецифической, иммунной системе. Это наша стандартная система для защиты от мелких патогенов или раздражителей. Второй линией защиты организма служит адаптивная иммунная система.
Врожденная иммунная система
Основной формой защиты во врожденной иммунной системе служит воспаление. Это неспецифическая иммунная реакция, возникающая в ответ на нарушение целостности локального участка. Она приводит к высвобождению важных молекул, называемых медиаторами воспаления. Такие вещества дают сигнал лейкоцитам и направляют их к пораженному участку. Как правило, это сопровождается болевым ощущением, отеком, жаром и покраснением за счет усиления кровотока и сопутствующих повреждений.
Адаптивная иммунная система
Врожденная иммунная система обеспечивает и второй фронт защиты. Этот фронт дает временную отсрочку для укрепления и мобилизации внутренних ресурсов в борьбе с возникающими угрозами, которые могли получить доступ к кровотоку или уже получили. Приобретенная, или адаптивная, иммунная система активизируется через несколько дней после первого вторжения патогена. За время отложенной реакции особая группа специализированных клеток успевает создать оружие в форме цитотоксических веществ и антител, нацеленных на определенные семейства патогенов. Но при повторном попадании инфекционного агента в организм иммунный ответ ускоряется. Дело в том, что эта часть иммунной системы является своего рода самоучкой, которая учится на собственном опыте и сохраняет записи о предыдущих атаках, благодаря чему создается иммунитет к повторным вторжениям. Очень важно, чтобы адаптивная иммунная система справлялась со своими задачами, ведь третьей линии защиты не существует.
Бактерии есть везде. Это самая мелкая и распространенная форма жизни на Земле. Численность одноклеточных организмов, чьи предки первыми населили нашу планету, в разы превышает количество звезд во Вселенной. Учитывая колоссальную численность бактерий, вполне возможно, что в существующих методах подсчета присутствует допустимая погрешность столь же большая, как сам результат этих расчетов. Не секрет, что наше тело заражено — или, скорее, заселено — триллионами бактерий, большинство из которых ведут безвредное существование на нашей коже, во рту и в кишечнике — что даже полезно для нас. Но есть и другие, не столь дружелюбные бактерии, которые постоянно пытаются проникнуть в наш организм и захватить территорию, нарушая наше внутреннее гармоничное существование. И, что еще хуже, бактерии — не единственные вредные существа. Есть и другие патогены, такие как вирусы, вредные микробы (паразиты) и некоторые виды грибков, которые с ненасытным упорством пытаются поработить клетки.
Эти патогенные микроорганизмы могут приводить к возникновению пневмонии или воспаления легких. Патогены вызывают многие болезни, поражающие и людей, и животных.
Белые кровяные тельца
Белые кровяные тельца, которые также называются лейкоцитами, образуются в костном мозге. Все они формируются из гемопоэтических стволовых клеток (гемоцитобластов) в результате гемопоэза. Гемоцитобласты являются самообновляющимися стволовыми клетками. Одна дочерняя клетка отвечает за поддержание популяции стволовых клеток, а другая становится ранним предшественником одной из двух династий клеток крови: миелоидных и лимфоидных стволовых клеток.
Миелоидные и лимфоидные
К миелоидным клеткам-потомкам относят эритроциты, тромбоциты и белые кровяные тельца: гранулоциты и моноциты. Гранулоциты и моноциты составляют большую часть популяции лейкоцитов во врожденной иммунной системе. К лимфоидным клеткам-потомкам относится сочетание белых кровяных телец, участвующих во врожденном (естественные киллеры) или адаптивном (лимфоциты) иммунном ответе.
Этот микроснимок показывает, как нейтрофилы поглощают метициллин-резистентного золотистого стафилококка (МРЗС). Нейтрофилы — это первые клетки, которые появляются при проникновении патогена.
Как только стволовая клетка получает соответствующий сигнал, или фактор роста, она начинает готовиться к делению. Если клетки оказываются в меньшинстве или нуждаются в защите, то они начинают высвобождать цитокины — сложные белково-углеводные факторы роста. Цитокины стимулируют выработку и миграцию лейкоцитов из различных лимфоидных органов и тканей. В основном все клетки крови обитают в костном мозге и существуют там в полузрелом виде, где они и получают суффикс «бласт». Как правило, затем они мигрируют в другие лимфоидные ткани и органы, где происходят их активация и дозревание до клеток с суффиксом «цит».
Гранулярные и агранулярные
Клетки иммунной системы можно классифицировать по наличию в них крупных гранул. Большую часть лейкоцитов, участвующих в местных воспалительных реакциях, составляют гранулоциты. Из-за дольчатого ядра такие клетки иногда называют полиморфноядерными лейкоцитами. В их состав входят крупные гранулы с особыми веществами, уничтожающими микробов или выступающими в роли медиаторов. Эти медиаторы регулируют локальные изменения, направленные на разрушение инвазивных агентов. Самые распространенные гранулоциты — нейтрофилы. Это та самая пехота, которая первой бросается в атаку и поедает чужеродных агентов.
Агранулоциты — это практически лишенные гранул клетки, обладающие крупным ядром сферической или почкообразной формы. В них есть собственные пожиратели микробов — макрофаги, которые поглощают все чужеродные или поврежденные объекты. Некоторые агранулоциты могут приклеивать к своей поверхности частицы своих мишеней — антигены. Затем эти антигенпредставляющие (презентирующие) клетки (АПК) передают информацию в лимфоциты. Главными АПК считаются дендритные клетки. Они служат мессенджерами (соединительным звеном) между двумя отделами. Эти клетки не имеют никакого отношения к нервной системе, а получили свое название из-за особых цитоплазматических выростов, чем-то похожих на дендриты. Основными клетками адаптивной иммунной системы являются лимфоциты, которые используют антигенную информацию для запуска «умных» атак на чужеродные объекты.
Лейкоцитарные агенты
Активируйте лимфоциты!
Существует два типа лимфоцитов: В- и Т-клетки. Эти особые бойцы второго фронта проходят специальную подготовку в костном мозге или тимусе. До того как лимфоциты попадают в кровяное русло и заселяют лимфоидные органы, они учатся отличать «свое» от «не-своего».
B-лимфоциты
B-лимфоциты участвуют в гуморальном ответе. Они атакуют патогены, которые свободно плавают в тканевой жидкости (гуморе), но еще не проникли в клетку. В-клетки создают белковые снаряды — антитела, способные связываться с определенным патогеном.
Активация В-клеток — это многоступенчатый процесс.
На поверхности каждой В-клетки формируются тысячи связей для подходящих антигенов. Эти В-клеточные рецепторы связываются с патогеном в особой части клетки — эпитопе (антигенной детерминанте). Находясь в лимфоузлах, В-клетка, словно притаившийся тигр, нападает на попавший в поле зрения антиген и поглощает его через рецепторно-опосредованный эндоцитоз. Этот процесс похож на фагоцитоз, с той лишь разницей, что для связывания с В-клеточным рецептором требуется специфический антиген (фагоцитоз — это неспецифический процесс). Затем B-клетка действует как АПК и передает часть антигена со своей мембраны в рецепторный комплекс — главный комплекс гистосовместимости II класса (ГКГС-II).
Антитело — это глобулярный белок, или иммуноглобулин (Ig), который вырабатывают клетки плазмы. У антитела два плеча и хвост — Fc-фрагмент, состоящий из четырех белковых цепей: двух тяжелых и двух легких. Оба плеча заканчиваются вариабельным участком, или доменом (V-областью), который отличается в антителах и обеспечивает их специфичность. Небольшая область, соединяющаяся со специфичным антигеном (по принципу «ключ — замок»), называется паратопом. Остальная часть антигена не меняется по классам, или изотипам, и называется константной областью (С-участок). Существует пять изотипов иммуноглобулинов.
IgG — самое распространенное антитело в сыворотке крови. Это единственное антитело, способное проникать сквозь плаценту.
IgE — самое редкое антитело в сыворотке крови. Оно связывается с базофилами и тучными клетками.
IgM — самое крупное антитело. Это первый тип антител, вырабатываемых для иммунного ответа.
IgA — самое распространенное в секретах организма антитело.
IgD — участвует в созревании и активации B-клеток.
Антитела останавливают патогены следующими методами.
Маркируют патогенов (опсонизация) — помогает фагоцитам быстрее распознать и поглотить патоген.
Склеивают патогены (агглютинация, или агрегация) — эффект накопления.
Изолируют патогены (нейтрализуют) — антитела полностью окружают патоген, препятствуя попаданию в клетки или их заражению.
Антитело по форме Y-образное.
Готовясь к следующей трансформации, В-клетка ждет особый тип Т-лимфоцита — клетку Т-хелпера (которую активировал тот же антиген). Т-хелпер связывается с ГКГС-II В-клетки, и этот комплекс высвобождает цитокины, которые полностью активируют В-клетку. Затем продуманный механизм повторно проверяет, что перед своим клонированием В-клетка получила правильную информацию. В-клетка дифференцируется в два типа клеток: (1) плазматическая клетка — создает свободно плавающие антитела, которые попадают в кровоток и связываются с чужеродным антигеном в эпитопе, и (2) долгоживущая клетка памяти — запоминает антиген для повторной встречи.
Т-лимфоциты
Вопреки усилиям В-лимфоцитов, патогены могут инфицировать клетки. И чтобы решить проблему, пока не поздно, организм прибегает к своему последнему оружию — Т-лимфоцитам. По сути Т-лимфоциты появляются либо до, либо в процессе активации Т-клеток. Но выделить Т-лимфоциты — это последнее, что может сделать организм. Т-клетки зарождаются в виде своих незрелых версий в тимусе. Созревание начинается в тот момент, когда они приобретают Т-клеточные рецепторы, способные не только отличать «свое» от «не-своего», но и связываться со специфическими чужеродными антигенами. Затем зрелые Т-клетки с током крови переносятся в лимфоидную ткань.
Существует два основных типа Т-лимфоцитов: Т-хелперы и цитотоксические Т-клетки. Они различаются по поверхностным белковым маркерам, которые называются CD4+ (Т-хелпер) и CD8+ (цитотоксические Т-клетки). Клетки CD4+ прикрепляются своими рецепторами к антигенам, расположенных в ГКГС-II специальных антигенпредставляющих клеток (дендритных клеток или макрофагов). Клетки CD8+, наоборот, связываются с любыми нездоровыми клетками, которые помещают свои антигены на поверхности ГКГС-I — это любая ядросодержащая аномальная (злокачественная) или инфицированная клетка. Т-клетки могут участвовать в одном из этих сценариев только при правильной активации через связывание с антигеном.
Т-лимфоциты созревают в тимусе, где они учатся отличать «свое» от «не-своего».
Т-клетка связывается с антигенпредставляющей клеткой (справа) через свой рецептор и ГКГС-II (чужеродная клетка).
После стимуляции Т-хелперы запускают процесс клонирования. Он нужен, чтобы увеличить доступный резерв эффекторных клеток, которые могут (1) распознать специфический чужеродный антиген и высвободить цитокины, усиливающие иммунный ответ, либо (2) активировать цитотоксические Т-клетки, умеющие распознавать тот же антиген. Т-клетки, как и В-клетки, дифференцируются и разделяются на долгоживущие клетки памяти, которые пользуются своими «знаниями» для создания вторичных — повторных и более быстрых — иммунных реакций.
Т-клетки обнаруживают инфицированные клетки и запускают прицельный иммунный ответ.
Активированные цитотоксические Т-клетки также связываются с инфицированной клеткой, дифференцируются и клонируются в эффекторные клетки и клетки памяти. Эффекторные клетки наносят еще больший урон, извергая смертоносный коктейль цитокинов и цитотоксических гранул прямо на подозрительную клетку. В клеточной мембране такой клетки образуются поры, через которые просачиваются токсичные вещества. Попав внутрь, эти вещества наносят серьезный ущерб и разрушают все белки клетки-мишени, вынуждая ее самоустраниться.