Фагоцитоз — механизм захвата и переваривания частиц клеткой¶
Фагоцитоз (от др.-греч. φαγεῖν — «пожирать» и κύτος — «клетка») — процесс захвата клеткой твёрдых частиц (бактерий, остатков погибших клеток, инородных объектов) с последующим их перевариванием внутри фагосом. Термин ввёл в 1882 году Илья Мечников, открывший этот механизм и связавший его с иммунной защитой организма. За эту работу Мечников в 1908 году получил Нобелевскую премию по физиологии или медицине (совместно с Паулем Эрлихом).
¶Клетки-фагоциты
Фагоцитоз осуществляют специализированные клетки — фагоциты, относящиеся к врождённому (неспецифическому) иммунитету. Основные типы:
- Макрофаги — крупные клетки соединительной ткани, происходящие из моноцитов крови. Располагаются в лёгких (альвеолярные макрофаги), печени (купферовские клетки), селезёнке, лимфатических узлах, нервной ткани (микроглия). Средний срок жизни макрофага — от нескольких месяцев до лет.
- Нейтрофилы — наиболее многочисленные лейкоциты крови, первыми прибывающие к очагу инфекции. Живут 1–2 дня, активно гибнут, формируя гной.
- Дендритные клетки — выполняют преимущественно функцию антигенпрезентации, захватывая патогены и представляя их фрагменты лимфоцитам.
- Моноциты — циркулируют в крови, при выходе в ткани дифференцируются в макрофаги.
К нематоидным фагоцитам относятся также остеокласты (разрушают костную ткань) и некоторые другие клетки.
¶Механизм процесса
Фагоцитоз состоит из ряда последовательных этапов:
- Хемотаксис — движение фагоцита к источнику сигнала по градиенту хемоаттрактантов (формилпептиды бактерий, компоненты комплемента C3a и C5a, хемокины).
- Прикрепление (адгезия) — контакт с частицей. Опосредуется рецепторами: Fc-рецепторами (распознают антитела, связанные с антигеном), комплементарными рецепторами, маннозными рецепторами, Toll-подобными рецепторами (TLR).
- Погружение — цитоплазматическая мембрана фагоцита формирует отростки (псевдоподии), которые охватывают частицу. Мембраны сливаются, и частица оказывается внутриклеточным пузырьком — фагосомой.
- Слияние фагосомы с лизосомами — образуется фаголизосома. В неё поступают гидролитические ферменты (протеазы, липазы, нуклеазы), лизоцим, пероксидазы.
- Переваривание — кислая среда (pH ≈ 4,5) и ферменты разрушают содержимое фагосомы в течение 30–60 минут.
- Экзоцитоз остатков — непереварённые компоненты удаляются из клетки.
Одновременно с перевариванием фагоцит синтезирует провоспалительные цитокины (IL-1, IL-6, TNF-α), активирующие другие звенья иммунитета.
¶Респираторный взрыв
Ключевой механизм уничтожения бактерий — кислородзависимый (респираторный) взрыв. Мембранная NADPH-оксидаза фагоцита генерирует супероксид-анион O₂⁻, который превращается в перекись водорода H₂O₂ и гипохлорит HOCl (при участии миелопероксидазы нейтрофила). Эти активные формы кислорода губительны для большинства микроорганизмов. Существует и кислороднезависимый путь —借助 лизоцима, лактоферрина и белков дефензинов.
Нарушение работы NADPH-оксидазы приводит к хроническому гранулематозному заболеванию — наследственному иммунодефициту, при котором фагоциты захватывают бактерии, но не могут их уничтожить.
¶Роль в иммунитете
Фагоцитоз выполняет несколько функций:
- Защитная — непосредственное уничтожение патогенов.
- Очищение — удаление погибших клеток собственных тканей (апоптотических тел), предотвращающее развитие аутоиммунных реакций.
- Антигенпрезентация — фрагменты переваренных антигенов (пептиды) выставляются на поверхности фагоцита в комплексе с молекулами MHC-II и распознаются Т-хелперами. Так фагоцитоз связывает врождённый и адаптивный иммунитет.
¶Фагоцитоз у других организмов
Мечников описал фагоцитоз у беспозвоночных — личинок морских звёзд и улиток, у которых амебоциты захватывают введённые частицы. У беспозвоночных фагоцитоз является основным механизмом защиты, поскольку адаптивный иммунитет у них отсутствует. У растений фагоцитоз не обнаружен — вместо этого растительные клетки формируют гиперчувствительный ответ и откладывают лигнин, изолируя очаг инфекции.
¶Фагоцитоз и болезни
Нарушения фагоцитоза лежат в основе ряда патологий:
- Синдром Чедиака–Хигаси — мутация гена LYST, приводящая к образованию гигантских лизосом; фагоциты не могут эффективно переваривать бактерии.
- Синдром «ленивых лейкоцитов» (лейкоцитарная адгезивная недостаточность) — дефект интегринов, из-за которого нейтрофилы не мигрируют к очагу инфекции.
- Туберкулёз — микобактерии Mycobacterium tuberculosis способны блокировать слияние фагосомы с лизосомами и размножаться внутри макрофагов.
- ВИЧ — вирус поражает макрофаги, используя их как резервуар и транспорт.
¶Применение в медицине
Оценка фагоцитарной активности нейтрофилов (нитроblueтетразолиевый тест, НБТ-тест) применяется для диагностики хронического гранулематозного заболевания. Изучение фагоцитоза лежит в основе разработки вакцин, стимулирующих фагоцитарную активность, и иммуномодулирующей терапии.
Источники:
- Мечников И. И. «Лекции о сравнительной патологии воспаления» (1892)
- Аббас А., Лайтман А., Шарп Л. «Клеточный и молекулярный иммунитет»
- Ройт И., Бростофф Дж., Мейл Д. «Иммунология»
- Сапин М. Р., Билич Г. Л. «Анатомия человека» (раздел «Иммунная система»)
- «Физиология человека» под ред. В. М. Покровского и Г. Н. Крыжановского