Поэтому организму необходимо строго соблюдать постоянство своей внутренней среды, а уж собственные гены вообще нужно беречь как зеницу ока, потому что без них (или с чужими и поломанными) мы становимся уже не совсем людьми. И если для регуляции температуры, газового и солевого баланса у нас есть специальные врождённые механизмы и приобретённая «соображалка» (хотя, глядя, как некоторые мои студенты рассекают в лёгких «кроссах» без носков в минус 20, я начинаю сомневаться в наличии у них последней), то против целенаправленных атак патогенов эволюции пришлось создавать целую отдельную систему организма — иммунную систему. Однако её, к сожалению, нельзя считать абсолютно совершенной — иначе бы инфекционные болезни не занимали 3-е место среди основных причин смерти людей. Иногда нам приходится ей помогать.
3.2. Такой разный иммунитет
Различают два типа иммунитета: неспецифический (также врождённый или видовой) и специфический (адаптивный или приобретённый).
Неспецифический иммунитет за годы эволюции сделал нас невосприимчивыми ко многим окружающим микробам, например, к большинству инфекций животных (некоторые представления об этом мы получили, читая в предыдущих главах о патогенности микробов для разных биологических видов). Кроме того, он очень быстрый — срабатывает моментально в ответ на проникновение патогена в организм. Так сказать, «в любой непонятной ситуации включай неспецифический иммунитет».
Однако его главное преимущество — неспецифичность — одновременно является его недостатком: устоявшиеся механизмы реагирования не делают разницы относительно того, какой именно антиген перед ними, и всегда действуют по одному сценарию. Поэтому микробы могут найти против него приёмы — так, некоторые виды бактерий, образующие вокруг себя слизистую капсулу, благодаря ей способны выживать внутри клеток-фагоцитов иммунной системы. И даже пользоваться ими как своего рода «транспортом», распространяясь по организму (возбудители сибирской язвы, туляремии, инкапсулированные штаммы пневмококков, менингококков, гемофильной палочки). Выживают внутри клеток иммунной защиты также некоторые вирусы (гриппа) и простейшие (токсоплазма).
Но всё равно для иммунного ответа необходимо, чтобы сначала сработал врождённый иммунитет — именно он даёт «команду на запуск» иммунитета адаптивного. Адаптивный иммунитет — специфический. В отличие от врождённого, он требует больше времени на «запуск», но умеет опознавать совершенно любые антигены, а главное — запоминать их на будущее. За счёт этой иммунной памяти в следующий раз иммунитет срабатывает уже гораздо расторопнее (формируется вторичный иммунный ответ), но только если встреча произошла с тем же самым антигеном, который он специфически опознаёт. Если антиген будет другой, процесс придётся начинать заново — это снова будет первичный иммунный ответ. На этом основана тактика ряда инфекционных возбудителей, особенно вирусов — под влиянием мутаций они слегка меняют свою антигенную структуру, ускользая от иммунитета или заставляя его каждый раз бессмысленно проходить цикл формирования иммунной памяти.
Если представить оба эти вида иммунитета как две союзные армии, то каждая из них должна иметь своё «оружие». У каждой армии оно двух типов: клеточные иммунные механизмы и гуморальные. «Гумор» переводится с латыни как «жидкость» — это все сигнальные и эффекторные молекулы, циркулирующие в жидкой среде организма: сыворотке крови, лимфе и межклеточной жидкости. Наиболее часто ими служат белки: для неспецифического иммунитета это будут интерфероны, С-реактивный белок, лизоцим, система комплемента и прочее. А клетками-«солдатами» его являются дендритные клетки, нейтрофилы и макрофаги, группа лимфоцитов с пугающим названием «натуральные киллеры» (NK-клетки) и другие. О них пойдёт разговор чуть позже.
Хотя мы и сказали, что врождённый иммунитет «быстрый», но его армия — это что-то вроде неповоротливой пехоты времён Первой мировой войны, которая может встать стеной на пути патогена, но не всегда способна его стремительно одолеть. Всё меняется, когда ей на помощь приходит «авиация и разведка» в лице гуморальных белков адаптивного иммунитета — антител — и его клеток лимфоцитов, способных безошибочно опознавать вражеские образы патогенных микробов.
Логично предположить, что молекулы иммунной системы синтезируются клетками, но сами клетки должны где-то образовываться! Так мы приходим к необходимости наличия органов иммунной системы. Но о них будет подробный рассказ чуть ниже, чтобы сейчас не слишком перегружать вас информацией.
3.3. Как работает иммунная система
Антиген — это любая молекула, которую иммунная система распознаёт как чужеродную и, следовательно, стремится как можно скорее от неё избавиться. Чаще всего антигенами являются молекулы белков и полисахаридов.
Иногда чужеродная молекула должна сначала соединиться с каким-то собственным белком организма, чтобы стать полноценным антигеном. Такой «предантиген» называется гаптеном. Но всё-таки самую резкую реакцию вызывают белки — то есть они наиболее иммуногенные. Поэтому аллергия чаще всего развивается именно на белковые молекулы — белок куриного яйца, глютен и т. п. И да, аллергия — это одно из проявлений иммунитета, а вызывающий аллергию антиген именуют аллергеном.
Иммунной системе не под силу опознать «в лицо» болезнетворный микроорганизм целиком. Даже вирусы слишком крупные для этого. Ей гораздо проще различать отдельные молекулы — антигены — на поверхности этих «лиц». Вирус окружён белковым капсидом, а на бактериях присутствуют молекулы липополисахарида, белки жгутиков и другие «сильные» антигены. Вот эти молекулы и опознаёт иммунная система. Только встаёт вопрос: как она это делает? Ведь глаз-то на иммунных клетках нет!
Если пользоваться образными сравнениями, то «слепые» клетки иммунной системы вынуждены в прямом смысле «нюхать» и «ощупывать» окружающее пространство в поисках антигенов. В помощь им существуют специальные молекулы, играющие роль «собак-поводырей», которые облепляют чужеродные частицы, помечая их для атакующих клеток и облегчая фагоцитоз.
Также это можно сравнить с пограничной службой, где клетки — бойцы-пограничники, а молекулы гуморального звена — пограничные собаки, которые помогают искать и задерживать нарушителей, а если надо, могут и загрызть.
Такие молекулы-«поводыри» есть в системе как неспецифического иммунитета, так и адаптивного. И они чётко придерживаются «философии» своего звена: первые атакуют все антигены подряд, вторые (к ним относятся антитела) — только те, против которых были специально синтезированы (продолжая аналогии с собачками, можно сказать, что они взяли след нарушителя, и никакие шальные кошки их на себя уже отвлечь не могут).
К первой группе таких молекул относятся:
дефензины — их выделяют кожа, лёгкие, слизистая ЖКТ;
лизоцим или мурамидаза — фермент, расщепляющий пептидогликан4 бактерий: содержится у человека в слюне, секретах слизистых, грудном молоке; у птиц — в белке яиц, поэтому фармацевтический лизоцим производят из белка куриного яйца;
компоненты комплемента — циркулируют в кровотоке, где в основном атакуют бактерии; могут делать это как самостоятельно, так и совместно с антителами (альтернативный и классический пути активации комплемента соответственно).
Не путайте комплЕмент и комплИмент — молекулы неспецифического иммунитета не имеют ничего общего с приятными словами, которыми вы желаете кого-то похвалить. «Комплементарность» означает соответствие чему-либо: молекулы комплемента соответствуют друг другу, то есть подходят как детали пазла. И при активации они действительно самособираются, только не в красивую картинку, а в особую кольцевидную структуру — МАК (мембраноатакующий комплекс). Это «колечко» имеет свойство встраиваться во внешнюю и цитоплазматическую мембраны бактериальных клеток, играя роль поры, канала для воды. Попросту говоря, комплемент дырявит бактерии! Словно получившие заряд дроби, они теряют цитоплазму, не успевают откачивать лишнюю воду и в конце концов набухают и лопаются — лизируются.
Однако одни иммунные молекулы с защитой организма не справятся. Чаще всего они только метят обнаруженный патоген — опсонизируют его. Дальше в дело должны вступить клетки иммунитета. А как клеткам «нащупать» молекулу антигена на поверхности тех же бактерий и «услышать» антитела и компоненты комплемента? Они делают это с помощью специальных молекул, которые синтезируют на своей поверхности — чаще всего это опять-таки белки. Такая структура опознаёт только определённую отвечающую ей молекулу и не реагирует на другие. То есть они специфичны друг к другу. Называется эта структура на поверхности клетки рецептором. Само слово «рецептор» происходит от латинского «реципе» — возьми. Потому что молекула рецептора как бы берёт другую молекулу и опознаёт её форму как знакомую или незнакомую, а знакома ей (специфична) только одна-единственная форма.
С этого же слова начинались старинные врачебные прописи лекарственных препаратов, которые составлялись вручную из нескольких компонентов. Древний врач писал древнему аптекарю: возьми то-то и то-то в таком-то количестве, смешай, подпиши, выдай больному. Со временем такие прописи стали называться хорошо знакомым нам не только по медицине словом «рецепт».
И именно на специфическом связывании антигенов и сигнальных молекул со своими рецепторами на поверхности клеток основан запуск почти всех иммунных механизмов (да и практически любого межклеточного взаимодействия в организме вообще).
Представим: человек получил глубокое ранение конечности садовым инструментом. В земле обитает немало спорообразующих бактерий, и, к несчастью, одна очень опасная — столбнячная палочка («клостридиум тетани») — попала несчастному в рану. В глубине раны её споры оказались в подходящих условиях (клостридия — типичный анаэроб, то есть не нуждается в кислороде) и начали превращаться в делящиеся клетки. При этом они выделяют очень сильный токсин, вызывающий паралич мышц. В месте ранения и бактериального инфицирования часть клеток нашего организма погибла сразу, часть ещё держится, но оказалась под «атакой» патогена. И все они начинают, образно говоря, на разные голоса кричать об опасности: одни радируют: «SOS», другие отправляют в эфир последнее: «Умираю, но не сдаюсь». Только, естественно, делают они это не голосом, а на языке сигнальных молекул. Всё для того, чтобы предупредить соседние клетки и систему обороны организма о нападении неприятеля.
«Под раздачу» в месте проникновения бактерий попали и тучные клетки (тканевые базофилы) — эта группа лейкоцитов после образования в красном костном мозге мигрирует по кровотоку в ткани. Их цитоплазма набита гранулами таких веществ, как, например, гистамин. При повреждении тучной клетки или под действием сигналов SOS от клеток-соседей они выбрасывают содержимое гранул наружу. Гистамин очень вазоактивное вещество, но цветочные вазы здесь ни при чём: «ваза» с латыни — это сосуд. Под влиянием гистамина кровеносные сосуды, окружающие место проникновения патогена и повреждения тканей, резко расширяются. Спокойный ток крови в них, когда форменные элементы в основном организованно движутся по центру сосуда, нарушается — клетки крови, в том числе лейкоциты, завихрениями потока откидывает к стенкам. Здесь их рецепторы «чувствуют» сигнальные молекулы погибающих клеток, и лейкоциты немедленно «вспоминают», что они не просто расслабленные путешественники, а, на минуточку, грозные защитники организма. И начинают цепляться за эндотелий сосудов, а зацепившись — протискиваются сквозь него в ткани и мигрируют к месту проникновения патогена.
Поскольку сосуды сильно расширены, то площадь контакта их внутренней стенки с кровью и давление самой крови увеличены, а стенка истончена: в результате в ткани просачивается больше жидкости — начинается отёк, сдавливаются болевые нервные рецепторы. Зато из плазмы теперь поступает гораздо больше защитных молекул (сначала неспецифических, а позже и антител). Из-за большого количества притекающей к очагу крови температура его локально повышается (это плохо для здоровых тканей, зато усиливает активность противомикробных ферментов). Естественно, что чем интенсивнее идёт процесс, тем сложнее поражённой части тела выполнять свои нормальные функции (попробуйте-ка сделать любое привычное действие руками, когда у вас палец распухший и болит).
Итак, поражённый участок тела покрасневший, опухший, горячий, болит и вообще мешает жить.
Соответствующее описание этой картины на латыни звучит как заклинание из Хогвартса: «рубор, тумор, калор, долор эт функцио леза».
Ничего не напоминает? Да, действительно — это признаки воспаления. Воспаление является самостоятельным защитным механизмом, включающимся в ответ на любое повреждение организма — травматическое, термическое и т. п. Но проникший в ткани микроб — тоже повреждающий фактор, поэтому воспаление здесь играет совместную роль с иммунитетом, органично дополняя и помогая ему.
Ну а чем же, собственно, занят сам иммунитет? Да вон: вылезшие из крови специализированные лейкоциты наконец добрались до творящих беспредел клостридий и уже намыливают им шею. В основном они представлены двумя группами клеток: нейтрофилами и макрофагами. Если вы играли в классические RPG, подразумевающие классы персонажей, то нейтрофилы здесь — класс «вор», а макрофаги — «воины». Первые — тихие, но быстрые убийцы: расставляют ловушки, выделяют токсичные для микроорганизма вещества (в основном ферменты и активные формы кислорода — например, свободные радикалы). Вторые идут на патоген в лобовую атаку, обволакивают, словно амёбы, своими псевдоподиями, поглощают и переваривают. Опять-таки: находят они своих жертв в тканях за счёт рецепторов, опознающих патоген. Против бактерий, например, в основном работают Toll-рецепторы. Против грибов — маннан-связывающий лектин. Только не путайтесь — рецепторы хоть и опознают антигены специфически, но до сих пор в деле был неспецифический, врождённый иммунитет — он работает против патогенов вообще, не отличая, скажем золотистый стафилококк от пиогенного стрептококка. Помимо уничтожения патогена, макрофаги расчищают «поле битвы» от любого «мусора»: остатков погибших клеток организма, обломков убитых комплементом бактерий и прочего. Безжалостные чистюли, однако!
Нейтрофилы мигрируют в очаг воспаления по потребности, и поскольку эта потребность при инфицировании увеличивается, мы можем зафиксировать рост числа нейтрофилов в крови (об этом мы расскажем в главе о лейкоформуле крови). Вместе с тем растёт и число моноцитов — так они называются в крови, а оказавшись в тканях, становятся теми самыми макрофагами. В отличие от нейтрофилов, «дежурные» клетки моноцит-макрофагальной системы присутствуют в тканях всегда: на «первой линии обороны» организма — в коже, печени, лёгких, лимфоидной ткани и т. д. В ходе иммунной реакции они только получают из «депо» и центральных иммунных органов «подкрепление».
Особую группу клеток с макрофагальными способностями составляют дендритные клетки. Эти не только кровожадные, но ещё и крайне любопытные (маньяки, право слово!) — не просто пожирают обнаруженный патоген, но, расщепив его в своих пищеварительных вакуолях на составные части, начинают их «коллекционировать» и даже хвастаться («лучшая и самая полная коллекция внутренностей ужасного золотистого стафилококка»). А также путешествуют со своими коллекциями на «выставки». Эти образные сравнения — далеко не шутка! Дендритные клетки ещё называют антигенпрезентирующими, то есть представляющими обнаруженный антиген другим клеткам. Для чего? Для запуска второго звена иммунитета — адаптивного, до которого мы только сейчас добрались.
Расщепив патоген на отдельные антигены, дендритная клетка выставляет их на своей мембране, но не просто так, а на «стенде» из специальной молекулы — главного комплекса гистосовместимости 2-го типа (ГКГ-II, в англоязычном варианте — MHC-II). Каким бы зубодробительным вам ни казалось это название, запомните его — оно ещё понадобится.
Увешанная антигенами в комплексе с ГКГ-II дендритная клетка (увешанный чужими внутренностями макрофаг — картинка, достойная хоррора) немедленно отправляется по лимфатическим сосудам из очага воспаления в ближайший лимфатический узел. Лимфоузлы наполнены Т— и В-лимфоцитами. Именно Т-лимфоциты являются теми «ценителями экзотики», которым антигенпрезентирующие клетки стремятся показать комплекс антигена с ГКГ-II.
Созревание Т-лимфоцитов происходит в особом органе тимусе (о нём чуть ниже), своего рода «академии», откуда обученные клетки придут на «дежурство» в лимфоузлы. В-лимфоциты из красного костного мозга (у новорождённых — ещё и из печени) тоже проходят подобное «обучение». В результате один лимфоцит способен специфически «узнавать» при помощи рецепторов на своей поверхности только один какой-либо антиген. Но в целом вся популяция лимфоцитов способна опознать абсолютно любой антиген, даже такой, которого ещё нет в природе! Как это происходит, мы сейчас обсуждать не будем, просто запомните, что в популяции лимфоцитов вашего организма обязательно найдётся хотя бы несколько клеток, способных опознать попавший в организм антиген — как существующий, так и потенциальный.
Задача дендритных клеток — разыскать в лимфоузле такие Т-лимфоциты, рецепторы которых подходят именно к обнаруженному ими антигену. Для этого они раскидывают свои напоминающие ветки дерева отростки (лат. «дендрит» — древовидный), стремясь презентовать комплекс Аг-ГКГ-II как можно большему числу потенциальных «зрителей».
В отличие от рецепторов к антигену, молекулы ГКГ как 1-го, так и 2-го типа одинаковые абсолютно во всём организме. Но при этом уникальные — у каждого человека свои. Это обстоятельство, кстати, мешает проводить трансплантацию органов и тканей: иммунитет мгновенно опознаёт палец Миши, пришитый Васе на место утраченного, по молекулам ГКГ 1-го типа, и начинает отторгать — происходит особая иммунная реакция «хозяин против трансплантата».
Молекула ГКГ-II нужна антигенпрезентирующим клеткам для того, чтобы взаимодействующие с ними лимфоциты чётко «понимали», на что обращать внимание, а что игнорировать, не тратя попусту время и энергию. У кого-то ГКГ-II лучше выполняет эту функцию, у кого-то хуже. Образно можно сказать, что чем лучше дендритная или другая презентирующая антигены клетка «оформила стенд» с ними, тем быстрее на неё обратит внимание Т-лимфоцит, тем лучше и быстрее произойдёт активация адаптивного иммунитета. Этим объясняется то обстоятельство, что кто-то легко «хватает» те или иные инфекции, а кто-то почти невосприимчив.
Как только нужное взаимодействие произошло, Т-лимфоцит активируется и запускает несколько реакций. Во-первых, он начинает размножаться (пролиферировать). Поскольку размножение идёт по принципу клонирования, то есть получения точных копий, то весь получившийся пул имеет аналогичные рецепторы к обнаруженному антигену. Во-вторых, происходит дифференциация Т-лимфоцитов: одни из них превращаются
в цитотоксические клетки — образно говоря, берут в руки оружие и мобилизуются для борьбы с микробом в тканях;
вторые становятся
Т-хэлперами — это условные «командиры», организующие и усиливающие действия других иммунных клеток, в частности В-лимфоцитов и нейтрофилов,
Конец ознакомительного фрагмента.
Текст предоставлен ООО «Литрес».
Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.
Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.
