7 Июня 2019

Как иммунная система борется с заболеваниями?

Опубликовал Н.А. Рыков

Иммунная система представляет собой сеть клеток, тканей и органов, которые работают сообща, чтобы защитить организм от атак «чужих» захватчиков.  В первую очередь это микробы - крошечные, вызывающие инфекцию организмы, такие как бактерии, вирусы, паразиты и грибки.  Поскольку человеческое тело обеспечивает идеальную среду для многих микробов, они пытаются проникнуть внутрь. Задача иммунной системы - не допускать их или, в случае неудачи, искать и уничтожать их.

 Однако, когда иммунная система поражает не ту цель или наносит вред, она может вызвать целый ряд заболеваний, включая аллергию, артрит или СПИД.

Иммунная система удивительно сложна.  Он может распознавать и запоминать миллионы различных врагов, а также производить секреты и клетки, чтобы соответствовать и уничтожать каждого из них.

 Секрет её успеха заключается в сложной и динамичной сети связей.  Миллионы и миллиарды клеток, организованных в наборы и подмножества, собираются как пчелиные облака, роящиеся вокруг улья, и передают информацию взад-вперед.  Как только иммунные клетки получают сигнал тревоги, они подвергаются тактическим изменениям и начинают производить мощные химические вещества.  Эти вещества позволяют клеткам регулировать свой собственный рост и поведение, привлекать своих собратьев и направлять новобранцев в трудные места.

Ключом к здоровой иммунной системе является ее замечательная способность различать клетки организма - свои и чужеродные клетки.  Иммунная защита организма обычно мирно сосуществует с клетками, которые несут характерные «собственные» маркерные молекулы.  Но когда иммунные защитники сталкиваются с клетками или организмами, несущими маркеры с надписью «чужеродные», они быстро начинают атаку.

Все, что может вызвать этот иммунный ответ, называется антигеном.  Антиген может быть микробом, таким как вирус, или даже частью микроба.  Ткани или клетки другого человека (за исключением идентичного близнеца) также несут несамостоятельные маркеры и действуют как антигены.  Это объясняет, почему пересадка тканей может быть отклонена.

В нештатных ситуациях иммунная система может принять свои клетки за "чужаков" и начать атаку на собственные клетки или ткани организма.  Результат называется аутоиммунным заболеванием.  Некоторые формы артрита и диабета являются аутоиммунными заболеваниями.  В других случаях иммунная система реагирует на, казалось бы, безвредное инородное вещество, такое как пыльца амброзии.  В результате возникает аллергия, и этот вид антигена называется аллергеном.

Структура иммунной системы

Органы иммунной системы расположены по всему телу.  Их называют лимфоидными органами, потому что они являются домом для лимфоцитов, маленьких белых кровяных клеток, которые играют ключевую роль в иммунной системе.

Костный мозг, мягкая ткань в полом центре костей, является основным источником всех клеток крови, включая лейкоциты, предназначенные для превращения в иммунные клетки.  Тимус – это орган, который лежит за грудиной;  лимфоциты, известные как Т-лимфоциты или просто «Т-клетки», созревают в тимусе.

Лимфоциты могут перемещаться по всему телу, используя кровеносные сосуды.  Клетки также могут проходить через систему лимфатических сосудов, которые тесно параллельны венам и артериям организма.  Клетки и жидкости обмениваются между кровью и лимфатическими сосудами, что позволяет лимфатической системе контролировать организм на предмет проникновения микробов.  Лимфатические сосуды несут в себе лимфу, прозрачную жидкость, которая омывает ткани организма.

Маленькие бобовидные лимфатические узлы сшиты вдоль лимфатических сосудов со скоплениями в шее, подмышках, животе и паху.  Каждый лимфатический узел содержит специализированные отсеки, где собираются иммунные клетки и где они могут столкнуться с антигенами. Иммунные клетки и инородные частицы попадают в лимфатические узлы через входящие лимфатические сосуды или крошечные кровеносные сосуды лимфатических узлов.  Все лимфоциты выходят из лимфатических узлов через лимфатические сосуды.  Попав в кровоток, они транспортируются к тканям по всему организму.  Они патрулируют повсюду чужеродные антигены, затем постепенно возвращаются в лимфатическую систему, чтобы начать цикл заново.

Селезенка представляет собой уплощенный орган в верхней левой части живота.  Как и лимфатические узлы, селезенка содержит специализированные отсеки, где собираются и работают иммунные клетки, и служит местом встречи, где иммунная защита противостоит антигенам. 

Скопления лимфоидной ткани обнаруживаются во многих частях тела, особенно в слизистой оболочке пищеварительного тракта, дыхательных путях и легких - территориях, которые служат воротами в организм.  Эти ткани включают миндалины, аденоиды и аппендикс.

Иммунные клетки и их продукты

Иммунная система накапливает огромный арсенал клеток, не только лимфоцитов, но также пожирающих клетки фагоцитов и их родственников.  Некоторые иммунные клетки берут на себя всех желающих, в то время как другие тренируются по очень специфическим целям.  Для эффективной работы большинству иммунных клеток необходимо сотрудничество своих товарищей.  Иногда иммунные клетки общаются путем прямого физического контакта, иногда путем высвобождения химических посланников, как бы необычно это не звучало.

Иммунная система хранит только несколько различных типов клеток, необходимых для распознавания миллионов возможных врагов.  Когда появляется антиген, эти несколько соответствующих клеток размножаются в полномасштабную армию.  После того, как их работа закончена, они исчезают, оставляя часовых, которые следят за будущими потенциальными атаками.

Все иммунные клетки начинают как незрелые стволовые клетки в костном мозге.  Они реагируют на различные цитокины и другие сигналы, превращаясь в специфические типы иммунных клеток, такие как Т-клетки, В-клетки или фагоциты.  Поскольку стволовые клетки еще не привержены определенному будущему, они представляют собой интересную возможность для лечения некоторых нарушений иммунной системы.  В настоящее время исследователи изучают, можно ли использовать собственные стволовые клетки человека для регенерации поврежденных иммунных реакций при аутоиммунных заболеваниях и иммунодефицитных заболеваниях.

B-лимфоциты

 В-клетки и Т-клетки являются основными типами лимфоцитов.  В-клетки работают главным образом путем выделения веществ, называемых антителами, в жидкости организма.  Антитела атакуют антигены, циркулирующие в кровотоке.  Однако они бессильны при проникновении в клетки.  Работа по атаке клеток-мишеней - либо клеток, которые были заражены вирусами, либо клеток, которые были искажены раком, - остается за Т-клетками или другими иммунными клетками.

Каждая В-клетка запрограммирована на создание одного специфического антитела.  Например, одна B-клетка вырабатывает антитело, которое блокирует вирус, вызывающий простуду, а другая вырабатывает антитело, которое атакует бактерию, вызывающую пневмонию. Когда В-клетка встречает запускающий себя же антиген, она дает начало многим крупным клеткам, известным как плазматические клетки.  Каждая плазматическая клетка - это, по сути, фабрика по производству антител.  Каждая из плазматических клеток, происходящих из данной B-клетки, производит миллионы идентичных молекул антител и выливает их в кровь.

Антиген соответствует антителу так же, как ключ соответствует замку.  Некоторые точно совпадают;  другие подходят больше как ключ от скелета.  Но всякий раз, когда антиген и антитело сцепляются, антитело помечает антиген на разрушение.

Антитела принадлежат к семейству больших молекул, известных как иммуноглобулины.  Разные типы играют разные роли в стратегии иммунной защиты.

  • Иммуноглобулин G или IgG эффективно воздействует на микробы, ускоряя их поглощение другими клетками иммунной системы.
  • IgM очень эффективен при уничтожении бактерий.
  • IgA концентрируется в жидкостях организма - слезах, слюне, секретах дыхательных путей и пищеварительного тракта - защищает входы в организм.
  • IgE, чья естественная работа, вероятно, заключается в защите от паразитарных инфекций, является злодеем, ответственным за симптомы аллергии.
  • IgD остается прикрепленным к В-клеткам и играет ключевую роль в инициации ранней ответной реакции В-клеток.

Т-клетки

 В отличие от В-клеток, Т-клетки не распознают свободно плавающие антигены.  Скорее, их поверхности содержат специализированные подобные антителам рецепторы, которые видят фрагменты антигенов на поверхности инфицированных или раковых клеток.  Т-клетки способствуют иммунной защите двумя основными способами: некоторые направляют и регулируют иммунные реакции;  другие напрямую атакуют инфицированные или раковые клетки. Т-клетки-помощники, или Th-клетки, координируют иммунные ответы, общаясь с другими клетками.  Некоторые стимулируют соседние B-клетки к выработке антител, другие вызывают микробоглобулирующие клетки, называемые фагоцитами, третьи активируют другие T-клетки.

Т-клетки-киллеры, также называемые цитотоксическими Т-лимфоцитами или ЦТЛ, выполняют другую функцию.  Эти клетки непосредственно атакуют другие клетки, несущие определенные посторонние или аномальные молекулы на своих поверхностях.  ЦТЛ особенно полезны для атаки вирусов, потому что вирусы часто прячутся от других частей иммунной системы, пока они растут внутри инфицированных клеток.  ЦТЛ распознают небольшие фрагменты этих вирусов, выглядывающих из клеточной мембраны, и начинают атаку, чтобы убить клетку.

В большинстве случаев Т-клетки распознают антиген только в том случае, если он переносится на поверхности клетки одной из собственных молекул MHC организма или основного комплекса гистосовместимости.  Молекулы MHC - это белки, распознаваемые Т-клетками при различении себя и не чужака.  Сама молекула MHC обеспечивает узнаваемый каркас для представления чужеродного антигена Т-клетке.

Хотя молекулы МНС необходимы для ответной реакции Т-клеток против чужеродных захватчиков, они также создают трудности при трансплантации органов.  Фактически каждая клетка в теле покрыта белками MHC, но у каждого человека есть свой набор этих белков на своих клетках.  Если Т-клетка распознает чужую молекулу МНС в другой клетке, она разрушит клетку.  Следовательно, врачи должны сопоставить реципиенты органов с донорами, имеющими наиболее близкий состав МНС.  В противном случае Т-клетки реципиента могут атаковать трансплантированный орган, что приведет к отторжению трансплантата.

Фагоциты и их родственники

Фагоциты - это крупные белые клетки, которые могут проглатывать и переваривать микробы и другие посторонние частицы  Моноциты - это фагоциты, которые циркулируют в крови.  Когда моноциты мигрируют в ткани, они развиваются в макрофаги.  Специализированные типы макрофагов можно найти во многих органах, включая легкие, почки, мозг и печень.

Макрофаги играют много ролей.  Как падальщики, они избавляют организм от изношенных клеток и другого мусора.  Они отображают биты чужеродного антигена таким образом, чтобы привлечь внимание соответствующих лимфоцитов.  И они производят удивительное разнообразие мощных химических сигналов, известных как монокины, которые жизненно важны для иммунных реакций.

Гранулоциты - это еще один вид иммунных клеток.  Они содержат гранулы, наполненные сильнодействующими химическими веществами, которые позволяют гранулоцитам уничтожать микроорганизмы.  Некоторые из этих химических веществ, такие как гистамин, также способствуют воспалению и аллергии.  Один тип гранулоцитов, нейтрофил, также является фагоцитом;  он использует расфасованные химические вещества, чтобы разрушить микробы, которые он проглатывает.  Эозинофилы и базофилы - это гранулоциты, которые «дегранулируют», распыляя свои химические вещества, на вредные клетки или микробы поблизости.

Установка иммунного ответа

Инфекции являются наиболее распространенной причиной заболеваний человека.  Они варьируются от простуды до изнурительных состояний, таких как хронический гепатит, до угрожающих жизни заболеваний, таких как СПИД.  Вызывающие заболевание микробы (патогены), пытающиеся проникнуть в организм, должны сначала пройти мимо внешней брони тела, обычно это кожа или клетки, выстилающие внутренние проходы тела.

Кожа создает внушительный барьер для вторжения микробов.  Это обычно проникает только через сокращения или крошечные ссадины.  Пищеварительные и дыхательные пути - оба порта для проникновения ряда микробов - также имеют свои собственные уровни защиты.  Микробы, попадающие в нос, часто заставляют носовые поверхности выделять больше защитной слизи, а попытки проникнуть в нос или легкие могут вызвать рефлекс чихания или кашля, чтобы заставить микробных захватчиков выйти из дыхательных путей.  Желудок содержит сильную кислоту, которая уничтожает многие патогенные микроорганизмы, которые проглатываются с пищей.

Если микробы выживают на передовой линии защиты организма, они все равно должны найти путь через стенки пищеварительного, дыхательного или мочеполового тракта в нижележащие клетки.  Эти проходы выстланы плотно упакованными эпителиальными клетками, покрытыми слоем слизи, эффективно блокирующим транспорт многих организмов.  Поверхности слизистой оболочки также выделяют особый класс антител, называемый IgA, который во многих случаях является первым типом антител, встречающихся с вторгающимся микробом.  Под эпителиальным слоем несколько клеток, включая макрофаги, В-клетки и Т-клетки, находятся в ожидании любого микроба, который может обойти барьеры на поверхности.

Затем захватчики должны избежать серии общих защит, которые готовы атаковать, без учета определенных маркеров антигена.  К ним относятся патрулирующие фагоциты и NK-клетки. Микробы, которые пересекают общие барьеры, затем сталкиваются с определенным оружием, предназначенным только для них.  Специфическое оружие, которое включает как антитела, так и Т-клетки, оснащено единичными рецепторными структурами, которые позволяют им распознавать и взаимодействовать с назначенными им мишенями.