Фагоцитоз
Фагоцитоз (от древнегреческого φαγεῖν (фагин) «есть» и κύτος (китос) «клетка») — это процесс, при котором клетка использует свою плазматическую мембрану для поглощения крупной частицы (≥ 0,5 мкм), образуя внутренний отсек. называется фагосомой . Это один из типов эндоцитоза . Клетка, осуществляющая фагоцитоз, называется фагоцитом .
В многоклеточного организма иммунной системе фагоцитоз является основным механизмом, используемым для удаления патогенов и клеточного мусора. Проглоченный материал затем переваривается в фагосоме. Бактерии, клетки мертвых тканей и мелкие минеральные частицы — все это примеры объектов, которые могут подвергаться фагоцитированию. Некоторые простейшие используют фагоцитоз как средство получения питательных веществ.
История
[ редактировать ]История фагоцитоза представляет собой научное обоснование иммунологии, поскольку этот процесс является первым механизмом иммунного ответа, открытым и понятым как таковой. [1] [2] Самое раннее исчерпывающее описание поедания клеток было дано швейцарским ученым Альбертом фон Кёлликером в 1849 году. [3] В своем отчете в Zeitschrift für Wissenschaftliche Zoologie Кёлликер описал процесс питания амебоподобной водоросли Actinophyrys sol ( солнечник ), упомянув подробности того, как протист захватывал и проглатывал (процесс, который теперь называется эндоцитозом) небольшой организм, который он назвал инфузории (общее название микробов того времени). [4]
Впервые фагоцитоз как свойство лейкоцитов, иммунных клеток, был продемонстрирован немецким зоологом Эрнстом Геккелем . [5] [6] Геккель обнаружил, что клетки крови морского слизняка Тетиса могут поглощать индийские чернила (или индиго). [7] ) частицы. Это было первое прямое свидетельство фагоцитоза иммунных клеток. [5] [7] Геккель сообщил о своем эксперименте в монографии 1862 года Die Radiolarien (Rhizopoda Radiaria): Eine Monograph. [8]
Фагоцитоз был отмечен канадским врачом Уильямом Ослером (1876). [9] а позже изучен и назван Эли Мечниковым (1880, 1883). [10]
В иммунной системе
[ редактировать ]
Фагоцитоз является одним из основных механизмов врожденной иммунной защиты. Это один из первых процессов, реагирующих на инфекцию , а также одна из инициирующих ветвей адаптивного иммунного ответа. Хотя большинство клеток способны к фагоцитозу, некоторые типы клеток выполняют его в рамках своей основной функции. Их называют «профессиональными фагоцитами». Фагоцитоз является древним с эволюционной точки зрения и присутствует даже у беспозвоночных . [11]
Профессиональные фагоцитирующие клетки
[ редактировать ]Нейтрофилы , макрофаги , моноциты , дендритные клетки , остеокласты и эозинофилы можно отнести к профессиональным фагоцитам. [10] Первые три играют наибольшую роль в иммунном ответе на большинство инфекций. [11]
Роль нейтрофилов заключается в патрулировании кровотока и быстрой миграции в ткани в больших количествах только в случае инфекции. [11] Там они оказывают прямое микробицидное действие путем фагоцитоза. После приема внутрь нейтрофилы эффективно уничтожают внутриклеточные патогены. Нейтрофилы фагоцитируют главным образом через рецепторы Fcγ и рецепторы комплемента 1 и 3. Микробицидное действие нейтрофилов обусловлено большим набором молекул, присутствующих в предварительно сформированных гранулах. Ферменты и другие молекулы, приготовленные в этих гранулах, представляют собой протеазы, такие как коллагеназа , желатиназа или сериновые протеазы , миелопероксидаза , лактоферрин и белки-антибиотики. Дегрануляция их в фагосому, сопровождающаяся высокой активных форм кислорода продукцией (окислительный взрыв), оказывает сильное микробицидное действие. [12]
Моноциты и созревающие из них макрофаги покидают кровообращение и мигрируют через ткани. Там они являются резидентными клетками и образуют барьер покоя. [11] Макрофаги инициируют фагоцитоз с помощью рецепторов маннозы , рецепторов-мусорщиков , рецепторов Fcγ и рецепторов комплемента 1, 3 и 4. Макрофаги долгоживущие и могут продолжать фагоцитоз, образуя новые лизосомы. [11] [13]
Дендритные клетки также обитают в тканях и поглощают патогены путем фагоцитоза. Их роль заключается не в уничтожении или уничтожении микробов, а, скорее, в их разрушении для презентации антигена клеткам адаптивной иммунной системы. [11]
Инициирующие рецепторы
[ редактировать ]Рецепторы фагоцитоза можно разделить на две категории по узнаваемым молекулам. Первые, опсонические рецепторы, зависят от опсонинов . [14] К ним относятся рецепторы, распознающие Fc-часть связанных антител IgG , депонированный комплемент , или рецепторы, распознающие другие опсонины клеточного или плазменного происхождения. Неопсонические рецепторы включают рецепторы лектинового типа, рецепторы дектина или рецепторы-мусорщики. Некоторым фагоцитарным путям требуется второй сигнал от рецепторов распознавания образов (PRR), активируемых путем прикрепления к патоген-ассоциированным молекулярным паттернам (PAMPS), что приводит к активации NF-κB . [10]
Fcγ-рецепторы
[ редактировать ]Рецепторы Fcγ распознают мишени, покрытые IgG. Основной узнаваемой частью является Fc-фрагмент . Молекула рецептора содержит внутриклеточный домен ITAM или связана с адаптерной молекулой, содержащей ITAM. Домены ITAM передают сигнал с поверхности фагоцита в ядро. Например, активирующими рецепторами макрофагов человека являются FcγRI , FcγRIIA и FcγRIII . [13] Фагоцитоз, опосредованный рецептором Fcγ, включает образование выпячиваний клетки, называемых «фагоцитарной чашкой», и активирует окислительный взрыв в нейтрофилах. [12]
Рецепторы комплемента
[ редактировать ]Эти рецепторы распознают мишени, покрытые C3b , C4b и C3bi, из комплемента плазмы. Внеклеточный домен рецепторов содержит лектиноподобный домен, связывающий комплемент. Распознавания рецепторами комплемента недостаточно для интернализации без дополнительных сигналов. В макрофагах CR1 , CR3 за распознавание мишеней отвечают и CR4. Мишени, покрытые комплементом, интернализуются путем «погружения» в мембрану фагоцита без каких-либо выступов. [13]
Маннозные рецепторы
[ редактировать ]Манноза и другие сахара, связанные с патогенами, такие как фукоза , распознаются рецептором маннозы. Восемь лектиноподобных доменов образуют внеклеточную часть рецептора. Поглощение, опосредованное рецептором маннозы, по молекулярным механизмам отличается от фагоцитоза, опосредованного рецептором Fcγ или рецептором комплемента. [13]
Фагосома
[ редактировать ]Захвату материала способствует сократительная система актин-миозин. Фагосома – это органелла, образующаяся в результате фагоцитоза материала. Затем он движется к центросоме фагоцита и сливается с лизосомами , образуя фаголизосому и приводя к деградации. Постепенно фаголизосома закисляется, активируя деградирующие ферменты. [10] [15]
Разложение может быть кислородзависимым или кислороднезависимым.
- Кислородозависимая деградация зависит от НАДФН и производства активных форм кислорода . Перекись водорода и миелопероксидаза активируют галогенирующую систему, что приводит к созданию гипохлорита и уничтожению бактерий. [16]
- Независимая от кислорода деградация зависит от высвобождения гранул, содержащих такие ферменты, как лизоцимы , бактерицидный белок, повышающий проницаемость , основной основной белок и катионные белки, такие как дефенсины . В этих гранулах присутствуют и другие антимикробные пептиды, в том числе лактоферрин , который связывает железо , создавая неблагоприятные условия для роста бактерий. Другие ферменты, такие как гиалуронидаза, липаза, коллагеназа, эластаза, рибонуклеаза, дезоксирибонуклеаза, также играют важную роль в предотвращении распространения инфекции и деградации основных микробных биомолекул, приводящих к гибели клеток. [12] [13]
Лейкоциты вырабатывают цианистый водород во время фагоцитоза и могут убивать бактерии , грибы и другие патогены, производя ряд других токсичных химических веществ. [17] [18] [19]
Некоторые бактерии, например Treponema pallidum , Escheria coli и Staphylococcus aureus , способны избегать фагоцитоза за счет нескольких механизмов.
В апоптозе
[ редактировать ]После апоптоза умирающие клетки должны быть поглощены окружающими тканями макрофагами в процессе, называемом эффероцитозом . Одной из особенностей апоптотической клетки является наличие на поверхности клетки множества внутриклеточных молекул, таких как кальретикулин , фосфатидилсерин (из внутреннего слоя плазматической мембраны), аннексин А1 , окисленные ЛПНП и измененные гликаны . [20] Эти молекулы распознаются рецепторами на клеточной поверхности макрофага, такими как рецепторы фосфатидилсерина, или растворимыми (свободно плавающими) рецепторами, такими как тромбоспондин 1 , GAS6 и MFGE8 , которые сами затем связываются с другими рецепторами на макрофаге, такими как CD36. и интегрин альфа-v-бета-3 . Нарушения апоптотического клиренса клеток обычно связаны с нарушением фагоцитоза макрофагов. Накопление остатков апоптотических клеток часто вызывает аутоиммунные нарушения; таким образом, фармакологическое усиление фагоцитоза имеет медицинский потенциал при лечении определенных форм аутоиммунных заболеваний. [21] [22] [23] [24]
У простейших
[ редактировать ]У многих простейших фагоцитоз используется как средство питания, обеспечивающее часть или все питание. Это называется фаготрофным питанием, в отличие от осмотрофного питания, происходящего путем всасывания. [ нужна ссылка ]
- У некоторых, например у амебы , фагоцитоз происходит путем окружения объекта-мишени ложноножками , как в фагоцитах животных. У человека амебозоя Entamoeba histolytica может фагоцитировать эритроциты .
- Инфузории также участвуют в фагоцитозе. [25] У инфузорий в клетке есть специализированная бороздка или камера, где происходит фагоцитоз, называемая цитостомом или ртом.
Как и в фагоцитирующих иммунных клетках, образующаяся фагосома может сливаться с лизосомами ( пищевыми вакуолями ), содержащими пищеварительные ферменты , образуя фаголизосому . Частицы пищи затем перевариваются, а высвободившиеся питательные вещества диффундируют или транспортируются в цитозоль для использования в других метаболических процессах. [26]
Миксотрофия может включать фаготрофное питание и фототрофное питание. [27]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Таубер, А.И. (1992). «Рождение иммунологии. III. Судьба теории фагоцитоза» . Клеточная иммунология . 139 (2): 505–530. дои : 10.1016/0008-8749(92)90089-8 . ISSN 0008-8749 . ПМИД 1733516 .
- ^ Тети, Джузеппе; Биондо, Кармело; Бенинати, Кончетта (2016). «Фагоцит, Мечников и основы иммунологии» . Микробиологический спектр . 4 (2): МЧД-0009-2015 (онлайн). doi : 10.1128/microbiolspec.MCHD-0009-2015 . ISSN 2165-0497 . ПМИД 27227301 .
- ^ Стоссель, Томас П. (1999), «Ранняя история фагоцитоза» , Фагоцитоз: хозяин , Достижения в клеточной и молекулярной биологии мембран и органелл, том. 5, Elsevier, стр. 3–18, doi : 10.1016/s1874-5172(99)80025-x , ISBN. 978-1-55938-999-0 , получено 6 апреля 2023 г.
- ^ Халлетт, Морис Б. (2020). «Краткая история фагоцитоза» . Молекулярная и клеточная биология фагоцитоза . Достижения экспериментальной медицины и биологии. Том. 1246. стр. 9–42. дои : 10.1007/978-3-030-40406-2_2 . ISBN 978-3-030-40405-5 . ISSN 0065-2598 . ПМИД 32399823 . S2CID 218618570 .
- ^ Jump up to: а б Ченг, Томас К. (1983). «Роль лизосом в воспалении моллюсков» . Американский зоолог . 23 (1): 129–144. дои : 10.1093/icb/23.1.129 . ISSN 0003-1569 .
- ^ Ченг, Томас К. (1977), Булла, Ли А.; Ченг, Томас К. (ред.), «Биохимические и ультраструктурные доказательства двойной роли фагоцитоза у моллюсков: защита и питание» , Сравнительная патобиология , Бостон, Массачусетс: Springer US, стр. 21–30, номер документа : 10.1007/978. -1-4615-7299-2_2 , ISBN 978-1-4615-7301-2 , получено 7 апреля 2023 г.
- ^ Jump up to: а б Ребак, Дж.В.; Кроули, Дж. Х. (24 марта 1955 г.). «Способ изучения лейкоцитарной функции in vivo» . Анналы Нью-Йоркской академии наук . 59 (5): 757–805. дои : 10.1111/j.1749-6632.1955.tb45983.x . ISSN 0077-8923 . ПМИД 13259351 . S2CID 39306211 .
- ^ Геккель, Э. (1962). «Радиолярии (Rhizopoda radiaria): монография» . www.worldcat.org . OCLC 1042894741 . Проверено 7 апреля 2023 г.
- ^ Эмброуз, Чарльз Т. (2006). «Слайд Ослера, демонстрация фагоцитоза 1876 года: отчеты о фагоцитозе до статьи Мечникова 1880 года». Клеточная иммунология . 240 (1): 1–4. doi : 10.1016/j.cellimm.2006.05.008 . ПМИД 16876776 .
- ^ Jump up to: а б с д Гордон, Сиамон (март 2016 г.). «Фагоцитоз: иммунобиологический процесс» . Иммунитет . 44 (3): 463–475. doi : 10.1016/j.immuni.2016.02.026 . ПМИД 26982354 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж М.), Мерфи, Кеннет (Кеннет (2012). Иммунобиология Джейнвей . Трэверс, Пол, 1956-, Уолпорт, Марк., Джейнвей, Чарльз. (8-е изд.). Нью-Йорк: Garland Science. ISBN 9780815342434 . OCLC 733935898 .
{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б с Витко-Сарсат, Вероника; Рье, Филипп; Декамп-Лача, Беатрис; Лесавр, Филипп; Хальбвакс-Мекарелли, Лиза (май 2000 г.). «Нейтрофилы: молекулы, функции и патофизиологические аспекты» . Лабораторное исследование . 80 (5): 617–653. дои : 10.1038/labinvest.3780067 . ISSN 0023-6837 . ПМИД 10830774 .
- ^ Jump up to: а б с д и Адерем, Алан; Андерхилл, Дэвид М. (апрель 1999 г.). «Механизмы фагоцитоза макрофагов». Ежегодный обзор иммунологии . 17 (1): 593–623. doi : 10.1146/annurev.immunol.17.1.593 . ISSN 0732-0582 . ПМИД 10358769 .
- ^ Иммунная система, Питер Пархэм, Garland Science, 2-е издание.
- ^ Фланнаган, Рональд С.; Жомуйе, Валентин; Гринштейн, Серджио (28 февраля 2012 г.). «Клеточная биология фагоцитоза». Ежегодный обзор патологии: механизмы заболевания . 7 (1): 61–98. doi : 10.1146/annurev-pathol-011811-132445 . ISSN 1553-4006 . ПМИД 21910624 .
- ^ Хемила, Харри (1992). «Витамин С и простуда» . Британский журнал питания . 67 (1): 3–16. дои : 10.1079/bjn19920004 . ПМИД 1547201 .
- ^ Боровиц Дж.Л., Гунасекар П.Г., Исом Г.Е. (12 сентября 1997 г.). «Получение цианида водорода путем активации мю-опиатных рецепторов: возможная нейромодулирующая роль эндогенного цианида». Исследования мозга . 768 (1–2): 294–300. дои : 10.1016/S0006-8993(97)00659-8 . ПМИД 9369328 . S2CID 12277593 .
- ^ Стельмашиньска, Т (1985). «Образование HCN фагоцитирующими нейтрофилами человека - 1. Хлорирование Staphylococcus epidermidis как источник HCN». Int J Biochem . 17 (3): 373–9. дои : 10.1016/0020-711x(85)90213-7 . ПМИД 2989021 .
- ^ Згличинский, Ян Мацей; Стельмашиньска, Тереза (1988). «Дыхательный взрыв нейтрофильных гранулоцитов и его влияние на инфицированные ткани». Дыхательный взрыв и его физиологическое значение . стр. 315–347. дои : 10.1007/978-1-4684-5496-3_15 . ISBN 978-1-4684-5498-7 .
- ^ Белый Р.О., Шкандина Т., Томин А., Муньос Л.Е., Франц С., Антонюк В., Кит Ю.Ю., Цирнгибль М., Фюрнрор Б.Г., Янко С., Лаубер К., Шиллер М., Шетт Г., Стойка Р.С., Херрманн М. (январь 2012 г.). «Макрофаги различают паттерны гликозилирования микрочастиц, полученных из апоптотических клеток» . Журнал биологической химии . 287 (1): 496–503. дои : 10.1074/jbc.M111.273144 . ПМК 3249103 . ПМИД 22074924 .
- ^ Мукундан Л., Одегаард Дж.И., Морель К.Р., Эредиа Дж.Э., Мванги Дж.В., Рикардо-Гонсалес Р.Р., Го Ю.П., Игл А.Р., Данн С.Е., Авакуни Ю., Нгуен К.Д., Стейнман Л., Мичи С.А., Чавла А. (ноябрь 2009 г.). «PPAR-дельта определяет и организует очистку апоптотических клеток для повышения толерантности» . Природная медицина . 15 (11): 1266–72. дои : 10.1038/нм.2048 . ПМЦ 2783696 . ПМИД 19838202 .
- ^ Роззер, Т; Менендес-Гутьеррес, член парламента; Лефтерова, М.И.; Аламеда, Д; Нуньес, В.; Лазар, Массачусетс; Фишер, Т; Рикоте, М. (1 января 2011 г.). «Аутоиммунное заболевание почек и нарушение поглощения апоптотических клеток у мышей с дефицитом гамма-рецептора, активируемого пролифератором пероксисом макрофагов, или дефицитом альфа-рецептора ретиноида Х» . Журнал иммунологии . 186 (1): 621–31. doi : 10.4049/jimmunol.1002230 . ПМК 4038038 . ПМИД 21135166 .
- ^ Крузе, К; Янко, К; Урбонавичюте, В; Мирке, Коннектикут; Винклер, TH; Фолль, Р.Э.; Шетт, Дж; Муньос, Ле; Херрманн, М. (сентябрь 2010 г.). «Неэффективный клиренс умирающих клеток у пациентов с СКВ: аутоантитела к дцДНК, MFG-E8, HMGB-1 и другие игроки». Апоптоз . 15 (9): 1098–113. дои : 10.1007/s10495-010-0478-8 . ПМИД 20198437 . S2CID 12729066 .
- ^ Хан, Чехия; Равичандран, Канзас (23 декабря 2011 г.). «Метаболические связи во время апоптотического поглощения клеток» . Клетка . 147 (7): 1442–5. дои : 10.1016/j.cell.2011.12.006 . ПМЦ 3254670 . ПМИД 22196723 .
- ^ Грёнлиен Х.К., Берг Т., Лёвли А.М. (июль 2002 г.). «У полиморфной инфузории Tetrahymena vorax неселективный фагоцитоз, наблюдаемый в микростомах, меняется на высокоселективный процесс в макростомах». Журнал экспериментальной биологии . 205 (Часть 14): 2089–97. дои : 10.1242/jeb.205.14.2089 . ПМИД 12089212 .
- ^ Монтань, диджеи; Барбоза, Аб; Бенигк, Дж; Дэвидсон, К; Юргенс, К; Мацек, М; Пэрри, доктор медицинских наук; Робертс, Эко; Имек, К. (18 сентября 2008 г.). «Избирательное пищевое поведение ключевых свободноживущих простейших: пути дальнейшего изучения» . Водная микробная экология . 53 : 83–98. дои : 10.3354/ame01229 . hdl : 10400.1/1891 . ISSN 0948-3055 .
- ^ Стибор Х, Соммер Ю (апрель 2003 г.). «Миксотрофия фотосинтезирующих жгутиконосцев с точки зрения оптимального кормления». Протист . 154 (1): 91–8. дои : 10.1078/143446103764928512 . ПМИД 12812372 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
СМИ, связанные с фагоцитозом, на Викискладе? - Фагоцитоз Национальной медицинской библиотеки США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
