Фагоцитоз — механизм клеточного пищеварения¶
Фагоцитоз (от др.-греч. φαγεῖν — «пожирать» и κύτος — «клетка») — процесс захвата и поглощения клеткой крупных частиц: бактерий, остатков отмерших клеток, чужеродных объектов. Термин ввёл в 1882 году русский биолог Илья Мечников, открывший явление и получивший за это Нобелевскую премию по физиологии или медицине в 1908 году совместно с Паулем Эрлихом. Фагоцитоз является одной из ключевых форм врождённого иммунитета и лежит в основе работы фагоцитов — специализированных клеток, способных распознавать, захватывать и переваривать чужеродные объекты.
¶История открытия
Илья Мечников наблюдал фагоцитоз в 1882 году, изучая развитие личинок морского ежа. Он заметил, что клетки личинки активно окружают и поглощают инородные частицы, вводимые в организм. Мечников сформулировал фагоцитарную теорию, согласно которой защита организма от инфекции обеспечивается клетками-фагоцитами, поглощающими болезнетворные микроорганизмы. Первоначально теория встретила сопротивление со стороны микробиологов, придерживавшихся гуморальной концепции (роль антител в сыворотке крови), однако впоследствии данные Мечникова были подтверждены и стали основой современного понимания иммунитета.
¶Участники процесса
Фагоцитоз осуществляют специализированные клетки — фагоциты, относящиеся к лейкоцитам. Основные типы:
- Макрофаги — крупные клетки, происходящие из моноцитов крови; находятся в тканях (альвеолярные макрофаги в лёгких, купферовы клетки в печени, микроglia в нервной системе). Поглощают бактерии, отмершие клетки, выступают антигенпрезентирующими клетками.
- Нейтрофилы — самые многочисленные лейкоциты; первыми приходят в очаг инфекции, активно фагоцитируют бактерии, но живут недолго (около 5 суток в крови, ещё меньше в тканях).
- Дендритные клетки — основные антигенпрезентирующие клетки, связывающие врождённый и адаптивный иммунитет.
- Моноциты — циркулируют в крови, при выходе в ткань дифференцируются в макрофаги.
- Остеокласты — многоядерные клетки, разрушающие костную ткань; процесс их работы также основан на фагоцитарном механизме.
¶Механизм
Фагоцитоз проходит несколько последовательных этапов:
- Хемотаксис — фагоцит движется в сторону источника сигнала (продукты жизнедеятельности бактерий, компоненты комплемента, хемокины).
- Прикрепление — рецепторы фагоцита связываются с поверхностью объекта. Распознавание может быть прямым (рецепторы распознают компоненты бактериальной стенки, например липополисахарид) или опосредованным — через опсонины (антитела, компоненты комплемента), покрывающие объект.
- Захват — мембрана фагоцита формирует отростки (псевдоподии), которые охватывают частицу и втягивают её внутрь клетки.
- Образование фагосомы — частица оказывается внутриклеточной вакуолью, ограниченной мембраной.
- Слияние с лизосомой — фагосома соединяется с лизосомами, формируя фаголизосому; в неё поступают ферменты (протеазы, липазы, нуклеазы), а также активные формы кислорода (супероксид, перекись водорода, гипохлорит) — так называемая респираторная вспышка.
- Переваривание — содержимое объекта расщепляется на мономеры (аминокислоты, сахара, нуклеотиды), которые клетка использует в обмене.
- Экзоцитоз — неперевариваемые остатки удаляются из клетки.
¶Роль в иммунитете
Фагоцитоз выполняет две основные функции. Первая — прямое уничтожение возбудителей инфекции. Вторая — антигенпрезентация: фрагменты расщеплённого чужеродного белка (пептиды) выставляются на поверхности фагоцита в комплексе с молекулами главного комплекса гистосовместимости (MHC-II) и распознаются Т-лимфоцитами, что запускает адаптивный иммунный ответ с образованием антител и формированием иммунологической памяти.
Фагоцитоз также обеспечивает очистку организма от отмерших клеток (это называется эфероцитозом) — за сутки взрослый человек уничтожает около 10¹¹ стареющих клеток крови и других клеток. Нарушение процесса приводит к накоплению мёртвых тканей и развитию воспаления.
¶Патология
При некоторых заболеваниях фагоцитоз нарушен. Синдром хронической гранулёматозной болезни связан с дефектом ферментов, продуцирующих активные формы кислорода; фагоциты захватывают бактерии, но не могут их уничтожить, что приводит к формированию гранулём и рецидивирующим инфекциям. Синдром «ленивых лейкоцитов» (синдром Чедиака–Хигаси) характеризуется нарушением слияния фагосом с лизосомами. Врождённые дефекты адгезии лейкоцитов проявляются повторными гнойными инфекциями с рождения.
¶Применение в медицине и исследованиях
Понимание механизмов фагоцитоза используется при разработке лекарственных форм: частицы наночастиц и липосом проектируются так, чтобы их активно поглощали макрофаги (так называемый адресный транспорт). В онкологии изучаются методы усиления фагоцитарной активности макрофагов опухоли для стимуляции противоопухолевого иммунитета. Исследования фагоцитоза ведутся в российских научных центрах — Институте им. Пастера, НИИ физико-химической медицины и других.
¶Источники
- Мечников И. И. «Лекции о сравнительной патологии воспаления», 1892
- Воробьёв А. А. «Иммунология: учебник для вузов», М.: ГЭОТАР-Медиа
- Атлас по иммунологии: «Клеточные механизмы врождённого иммунитета», под ред. И. С. Фрунтовой
- Ройт И., Бростофф Дж., Мейл Д. «Иммунология», 7-е издание