ІМУНІТЕТ

                                                                                                                                                                  

Огляд

У комах та безхребетних простежується вроджений імунітет. Головними у цій системі є рецептори, що при-

\ Кортикальні m фолікули,

-Цг- В-клітини

— Паракортикальна зона, Т-клітини * У

Медулярні тяжі, плазматичні клітини

Рис. 27-4. Анатомія нормального лімфовузла (відтворено за дозволом з McPhee SJ et al: [editors]: Pathophysiology of Disease, 3rd ed. McGraw-Hill,2000).

єднуються до певних послідовностей цукрів, жирів та амінокислот звичайних бактерій і активують різноманітні захисні механізми. Рецептори кодовані ще у лінії статевих клітин, і їхня основна структура не змінюється після контакту з антигеном. Унаслідок активування захисних механізмів у різних організмах фіксують виділення інтерферонів, фагоцитоз, утворення антибактеріальних пептидів, активування системи комплементу і декількох протеолітичних каскадних систем. Навіть у рослин у відповідь на інфікування відбувається виділення антибактеріальних пептидів.

У хребетних вроджений імунітет доповнений набутим імунітетом, системою, у якій Т- та В-лімфоцити активовані специфічними антигенами. Наслідком такого активування є утворення клонів клітин, що атакують сторонні білки, а після припинення інвазії продовжують існувати у вигляді невеликої групи клітин пам’яті, щоб у разі повторного контакту з тим самим антигеном зумовити швидку та масивну імунну атаку. Генетичні зміни, що зумовили появу набутого імунітету, відбулись 450 млн. років тому в пращурів щелепних хребетних і, вірогідно, полягали у проникненні транспосони у геном, що зробило можливим утворення величезної кількості Т-лімфоцитів, які існують в організмі.

У хребетних, у тім числі людей, вроджений імунітет утворює першу лінію захисту від інфекцій і, крім того, запускає каскад реакцій набутого імунітету (рис. 27-5). Механізми природженого та набутого імунітету можуть бути спрямовані також проти пухлин і трансплантатів від інших тварин.

Після активування імунокомпетентні клітини взаємодіють через цитокіни і знищують віруси, бактерії та інші сторонні клітини, виділяючи інші цитокіни та активуючи систему комплементу.

Імунологія, у якій останніми роками простежується великий прогрес, є значною за обсягом та досить складною за змістом наукою. Тому у цій книжці викладено лише загальні положення.

РІДИНИ, ЩО ЦИРКУЛЮЮТЬ В ОРГАНІЗМІ / 479

Плазматична

клітина

V

Віруси > Пухлини І

Бактерії І ^^

Цитотоксичний лімфоцит

Нова

Т-кпітина

Рис. 27-5. Шлях, яким бактерії, віруси та пухлини активують вроджений імунітет та ініціюють реакції набутого імунітету; АПК -антигенпрезентаційна клітина; М — моноцит; Н — нейтрофіл; ТН1 та Тн2 — Т-клітини хелпери типу 1 та 2, відповідно.

                                                                                                                                                                  

Цитокіни

Цитокіни — це гормоноподібні молекули, що регулюють імунну відповідь паракринним шляхом. їх виділяють не тільки лімфоцити і макрофаги, а й ендотеліальні клітини, нейрони, гліальні та інші види клітин (табл. 27-3). Більшість назв цитокінів пов’язана з їхньою функцією, наприклад, фактор диференціювання В-клітин, фактор 2 стимулювання В-клітин. Однак є домовленість, за якою в разі виявлення послідовності амінокислот певного фактора у людини назву фактора змінювали на інтерлейкін. Наприклад, назву фактора диференціювання В-клітин змінено на інтерлейкін-4. У галузі, що розвивається з такою швидкістю, дуже важко створити повний перелік факторів, однак головні цитокіни наведено у табл. 27-3.

Більшість рецепторів цитокінів та факторів росту гемо-поезу (див. вище), як і рецептори пролактину (див. Розділ 23) та гормонів росту (див. Розділ 22), є представниками надродини рецепторів цитокінів, що складаються з трьох підродин (рис. 27-6). Представники підродини 1, які охоплюють рецептори ІЛ-4 та ІЛ-7, є гомодимерами. Представники підродини 2, до яких належать рецептори ІЛ-3, ІЛ-5, та ІЛ-6, є гетеродимерами. Рецептори ІЛ-2 та деяких інших цитокінів унікальні, оскільки вони складаються з гетеро-димеру та неспорідненого білка, так званого Тас-антигену. Інші представники підродини мають такий же у-ланцюг, як і ІЛ-2Р. Позаклітинна частина субодиниць гомо- та гетеродимерів містить чотири залишки цистеїну та домен Trp-Ser-X-Trp-Ser, і хоча внутрішньоклітинна частина рецептора й не містить каталітичних доменів тирозинкі-нази, вона здатна активувати цитоплазматичну тирозин-кіназу в разі приєднання ліґанда до рецептора.

Впливи головних цитокінів наведені у табл. 27-3. Деякі з них мають як системний, так і місцевий паракринний ефекти. Наприклад, зверніть увагу на системний ефект ІЛ-1 а та ІЛ-1 (З (табл. 27-4). Послідовності цих двох цитокінів мають мало спільного, а впливи подібні, і діють на ті самі рецептори. Вони зумовлюють гарячку, яку можуть спричинити також ІЛ-6, ФНП-а та ФНП-Р. ФНП мають також інші системні впливи, подібні до впливів ІЛ-1. Більшість із цих впливів простежується у людини на початку інфекційних захворювань.

Іншою надродиною цитокінів є родина хемокінів. Хемокіни — це сполуки, що приваблюють нейтрофіли (див. вище) та інші лейкоцити у ділянку запалення чи імунної реакції. Сьогодні відомо понад 40 хемокінів і вже зрозуміло, що вони також беруть участь у клітинному рості та ангіогенезі. Рецептори хемокінів є серпентиновими рецепторами, що діють через гетеродимерні G-білки, спричинюючи також утворення псевдоподій з міграцією клітини у напрямі до джерела хемокінів.

                                                                                                                                                                  

Система комплементу

Знищення клітин у разі вродженого та набутого імунітету частково опосередковане системою білків плазми, яку називають системою комплементу. Білки позначають номерами СІ -С9. Білок СІ складається з трьох субодиниць — С1 q, С1 г, та С1 s — тому зрозуміло, що у системі є 11 білків. СІ приєднується до імуноглобулінів, зв’язаних з антигеном, це дає змогу розпочати послідовність реакцій, що активують СЗ. Таке активування системи комплементу називають активуванням класичним шляхом. Можливе також активування альтернативним, або шляхом пропердину.

Таблиця 27-3. Головні властивості інтерлейкінів людини та інших імунорегуляторних цитокінів1

Головні клітинні джерела

Головні ефекти2

Інтерлейкіни ІЛ-Іа і р

Макрофаги, інші АПК, інші соматичні клітини

Костимулювання АПК і Т-клітин Проліферація В-клітин та утворення Ід Активування фагоцитів Запалення та гарячка (див. табл. 27-5)

ІЛ-2

Активовані Тн1-, Т -, NK-клітини

Проліферація активованих Т-клітин Проліферація В-клітин та експресія IgG

ІЛ-3

Тн-лімфоцити

Ріст ранніх гематопоетичних попередників

ІЛ-4

Тн2-клітини, мастоцити

Проліферація В-клітин, експресія ІдЕ та молекул II класу МНС Проліферація та функціювання Тн2- та Т-клітин Ріст та функціювання еозинофілів і мастоцитів Пригнічення утворення цитокінів запалення

ІЛ-5

Тн2-клітини, мастоцити

Ріст та функціювання еозинофілів

ІЛ-6

Активовані Тн2-клітини, АПК, інші соматичні клітини

Синергічні ефекти з ІЛ-1 або ТНФ для стимулювання Т-клітин

Проліферація В-клітин та утворення Ід

Тромбопоез

ІЛ-7

Стромальні клітини тимусу та кісткового мозку

Лімфопоез Т- та В-клітин Функції Тс-клітин

ІЛ-8

Макрофаги, інші соматичні клітини

Посилення скупчень та активування нейтрофілів

ІЛ-9

Т-клітини культури клітин

Деякі гемато- і тимопоетичні ефекти

ІЛ-10

Актизовані Тн2, CD8T і В-лімфоцити, макрофаги

Пригнічення утворень цитокінів ТН1 -клітинами, NK-клітинами та АПК

Посилення проліферації В-клітин та гуморальної відповіді Пригнічення клітинного імунітету Ріст мастоцитів

ІЛ-11

Стромальні клітини

Синергічні впливи на гемато- і тромбопоез

ІЛ-12

В-клітини, макрофаги

Проліферація та функція активованих Т — та NK-клітин Утворення у-ІФН

Індукція Тн1 -клітин; пригнічення функцій Тн2-клітин Посилення клітинних імунних реакцій

ІЛ-13

Тн2-клітини

Ефекти, подібні до впливу ІЛ-4

Інші цитокіни

ТНФ-а

Активовані макрофаги, інші соматичні клітини

Ефекти, подібні до впливу ІЛ-1 Судинний тромбоз та некроз пухлин

ТНФ-р

Активовані Тн1-клітини

Ефекти, подібні до впливу ІЛ-1 Судинний тромбоз та некроз пухлин

ІНФ-а і р

Макрофаги, нейтрофіли, інші соматичні клітини

Противірусні ефекти

Індукція молекул І класу МНС на всіх соматичних клітинах Активування макрофагів та NK-клітин

ІФН-у

Активовані Тн1 -клітини та NK-клітини

Індукція молекул І класу МНС на всіх соматичних клітинах Індукція молекул II класу МНС на АПК та соматичних клітинах Активування макрофагів, нейтрофілів та NK-клітин Посилення клітинного імунітету (пригнічення Тн2-клітин) Індукція високих ендотеліальних венул Противірусні ефекти

ТГФ-Р

Активовані Т-лімфоцити, тромбоцити, макрофаги, інші соматичні клітини

Протизапальний (пригнічення утворення цитокінів та експресії молекул II класу МНС)

Пригнічення проліферації макрофагів та лімфоцитів

Посилення експресії IgA В-клітинами

Посилення проліферації фібробластів та загоєння ран

1 Відтворено за дозволом з Stites DP, Terr Al, Parslow TG [editors]: Medical Immunology, 9th ed. McGraw-Hill, 1997.

2 Усі перелічені ефекти посилюються, окрім позначених інакше.

Головним у цьому варіанті активування є циркулювальний білок, фактор 1, який розпізнає на клітинній мембрані структури, що повторюються, — поліглюкозу або поліфрук-

тозу. Такі послідовності виявляються у бактерій та вірусів і не характерні для клітин ссавців. Взаємодія між фактором 1 та поверхнею клітини-збудника започатковує реакції

РІДИНИ, ЩО ЦИРКУЛЮЮТЬ В ОРГАНІЗМІ / 481

Таблиця 27-4. Системні ефекти рекомбінантного ІЛ-1

Ефекти центральної нервової системи

Гарячка

Збільшення фази повільного сну Підвищена секреція КРГ Анорексія

Метаболічні ефекти

Підвищене синтезування білків печінкою Підвищене виділення натрію Зменшення вмісту цинку та заліза у плазмі Зменшення кількості цитохрому Р450 Лактоацидоз Гематологічні ефекти Збільшення кількості нейтрофілів у крові Зменшення кількості лімфоцитів у крові Пригнічення ліпопротеїнліпази

Зменшення секреції колонієстимулювальних факторів Підвищення неспецифічної резистентності Ефекти судинної стінки Підвищена адгезія лейкоцитів Підвищене синтезування простагландинів Підвищене виділення фактора активування Підвищення проникності стінки капілярів Гіпертензія

активування СЗ та С5. Пропердин є ще одним білком, що циркулює у крові і стабілізує активу вальний комплекс ензимів. І класичний, і альтернативний шляхи ведуть до утворення СЗ-конвертази, яка, відповідно, перетворює СЗ в його активну форму СЗв.

Білок СЗв призводить до опсонізації бактерії, посилюючи фагоцитоз. Він також розпочинає реакції, що активують інші компоненти каскаду системи комплементу. Після активування кінцеві продукти С5-С9 ведуть до утворення хемотаксичних речовин та виділення гістаміну. Як і цитотоксичні Т-клітини, вони також зумовлюють лізис бактерій, деяких вірусів та сторонніх клітин шляхом уведення перфоринів, здатних до утворення пор у мембрані. Це спричинює вільний рух йонів, і клітина гине внаслідок осмотичного лізису.

                                                                                                                                                                  

Вроджений імунітет

До клітин, задіяних у реакціях вродженого імунітету, належать нейтрофіли, макрофаги та природні цитотоксичні клітини, або NK-клітини (від англ. natural

Еритропоетин

КСФ-Ґ

ІЛ-4

ІЛ-7

Гормон росту Пролактин

ІЛ-3

КСФ-ҐМ

ІЛ-5

Містять спільну субодиницю Р

ІЛ-6

ІЛ-11

LIF

OSM

CNTF

Містять спільну ^ субодиницю др130

ІЛ-2

ІЛ-4

ІЛ-7

ІЛ-9

ІЛ-15

Р

Підродина 1 Підродина 2

Підродина З

Рис. 27-6. У представників однієї з надродин рецепторів цитокінів виявлено спільні структурні елементи. Зауважимо, що всі субодиниці підродини 3, крім а-субодиниці, мають чотири збережені залишки цистеїну (порожні комірки вгорі) та Trp-Ser-X-Trp-Ser-послідовність (чорний колір). Багато субодиниць містять також критичний регуляторний домен у їхніх цитоплазматичних ділянках (світлий колір). ІЛ-6, LIF, OSM та CNTF містять др1 ЗО замість р-субодиниці; CNTF(3 англ. ciliary neurotrophic factor) — війковий нейротрофічний фактор; LIF (з англ. leukemia inhibitory factor) — фактор інгібування лейкемії; OSM (з англ. oncostatin) — онкостатин М (модифіковано з D’Andrea AD: Cytokine receptors in congenital hematopoietic disease. N Engl H Med 1994;330:839).

killers), великі лімфоцити, які не є Т-клітинами, однак цитотоксичні. Всі ці клітини реагують на ліпіди та вуглеводи, специфічні для стінки бактерій, та на інші речовини, характерні для пухлин та трансплантатів. Головний ефект забезпечує участь системи комплементу та інших систем, у цьому разі клітини-мішені гинуть переважно внаслідок осмотичного лізису або апоптозу. Цитокіни цих клітин активують також клітини, задіяні у реакціях набутого імунітету.

Важливою ланкою вродженого імунітету у Drosophila є рецепторний білок toll, який слугує для приєднання антигену гриба та активування генів, що кодують протигрибкові білки. П’ять подібних до toll рецепторів (TLR) сьогодні виявлено у людей. Один з них — TLR4 — приєднує бактеріальні ліпополісахариди і білок, який називають CD 14. Ці реакції розпочинають внутрішньоклітинні процеси, що активують транскрипцію генів багатьох білків, задіяних у реакціях природженого імунітету. Це важливо, оскільки бактеріальні ліпополісахариди, що їх утворюють грам-негативні збудники, спричинюють септичний шок.

                                                                                                                                                                  

Набутий імунітет

Як зазначено вище, головне для набутого імунітету -спроможність лімфоцитів виділяти антитіла, що є специфічними для кожного з мільйонів сторонніх агентів, які потрапляють в організм. Антигени, що стимулюють утворення антитіл, є зазвичай білками і поліпептидами, однак антитіла можуть утворюватись і до нуклеїнових кислот та ліпідів, якщо вони належать до складу нуклеопротеїнів та ліпопротеїнів. Антитіла можуть утворюватись і до дрібних молекул, якщо вони зв’язані з білками. Набутий імунітет складається з двох ланок: гуморального та клітинного імунітету. Гуморальний імунітет забезпечують імуноглобу-лінові антитіла, що циркулюють у крові і належать до у-глобулінової фракції білків плазми. Імуноглобуліни, що їх утворюють В-лімфоцити, активують систему комплементу, атакують та нейтралізують антигени. Гуморальний імунітет є головним захисним механізмом у разі бактерійних інфекцій. У випадку клітинного імунітету задіяні Т-лім-фоцити. Ці процеси простежуються під час реакцій гіпер-чутливості сповільненого типу та відторгнення трансплан

тата чужої тканини. Цитотоксичні Т-лімфоцити атакують та знищують клітини, що містять антиген, який їх активує. Знищення клітин відбувається шляхом уведення перфори-нів (див. вище) та стимулюванням апоптозу. Клітинний імунітет є головним захисним механізмом у випадку інфекцій, спричинених вірусами, грибками та деякими бактеріями, наприклад, бацилою туберкульозу. Він також є важливим протипухлинним механізмом.

                                                                                                                                                                  

Розвиток імунної системи

Під час фетального періоду попередники лімфоцитів виходять з кісткового мозку. Ті, що заселяють тимус (рис.

27-7), перетворюються під впливом мікрооточення тканин органа у лімфоцити, що відповідають за клітинний імунітет (Т-лімфоцити). У птахів попередники, що заселюють бурсу Фабріціуса, лімфоїдну структуру поблизу клоаки, перетворюються на лімфоцити, що відповідають за гуморальний імунітет (В-лімфоцити). У ссавців немає бурси, і трансформація у В-лімфоцити відбувається в еквівалентах бурси, наприклад у печінці плоду, а після народження — у кістковому мозку. Після перебування у печінці чи тимусі значна частина Т- та В-лімфоцитів мігрують у лімфовузли і кістковий мозок. Процеси дозрівання попередників лімфоцитів у тимусі та еквівалентах бурси і міграція у лімфовузли й інші тканини відбуваються у плоду та новонародженого; однак повільне утворення нових лімфоцитів зі стовбурової клітини — і в дорослому організмі.

Морфологічно Т- та В-лімфоцити розрізнити неможливо, ідентифікувати їх можна за допомогою маркерів, розміщених на клітинній мембрані. Представники В-клітин диференціюються у плазматичні клітини та В-клітини пам’яті. Розрізняють три головні види Т-лімфоцитів: цитотоксичні Т-клітини, Т-клітини хелпери та Т-клі-тини пам’яті. Крім того, є два підтипи клітин хелперів: Т-хелпери першого типу (Тн1) виділяють ІЛ-2 та у-інтерферон і пов’язані переважно з клітинним імунітетом; ‘T-хелпери другого типу (Тн2) виділяють ІЛ-4 та ІЛ-5 і взаємодіють переважно з В-клітинами щодо гуморального імунітету. Цитотоксичні Т-клітини руйнують трансплантовані й інші сторонні клітини, причому їхній розвиток регульований Т-хелперами. Більшість цитотоксичних Т-

Попередники лімфоцитів кісткового мозку

Тимус

Т-лімфоцити

Т-клітини пам’яті

Цитотоксичні —►Т-клітини —

(переважно CD8 Т-клітини)

Т-клітини хелпери (CD4 Т-клітини)

В-лімфоцити

Плазматичні _ клітини

Еквівалент бурси (печінка, кістковий мозок)

Клітинний

імунітет

IgG

IgA

igM

igD

В-клітини пам’яті

Гуморальний

імунітет

Рис. 27-7. Розвиток системи, що виконує реакції набутого імунітету.

РІДИНИ, ЩО ЦИРКУЛЮЮТЬ В ОРГАНІЗМІ / 483

клітин мають на поверхні глікопротеїни CD8, а Т-клітини хелпери — глікопротеїн CD4. Ці білки щільно зв’язані з рецепторами Т-клітин і можуть діяти як корецептори. Залежно від особливостей рецепторів та функції цитотоксичні Т-клітини розділяють на ар- і у5-типи (див. нижче). Природні цитотоксичні клітини (див. вище) є також цито-ксичними лімфоцитами, хоча вони не належать до Т-клітин. Отже, є три головні види цитоксичних лімфоцитів в організмі: арТ-клітини, у5Т-клітини та NK-клітини.

Після контакту з антигеном невелика кількість активованих В- та Т-клітин залишаються у вигляді В- та Т-клітин пам’яті. Ці клітини швидко перетворюються в ефекторні клітини під час повторного контакту з тим самим антигеном. Здатність розвивати прискорену імунну відповідь у разі повторного контакту з антигеном є ще однією важливою рисою набутого імунітету. Вона може зберігатися протягом тривалого часу в лімфоїдній тканині, де розвивалась імунна реакція, і ще довше у плазмі крові. В деяких випадках (наприклад, імунітет проти кору) вона може тривати все життя. Багато суперечок зумовлює питання збереження імунної пам’яті. За однією теорією, цей процес спричинений повторними контактами з антигеном, які призводять до слабкої імунної відповіді без розвитку інфекційного захворювання. Згідно з іншою теорією, клітини пам’яті мають дуже тривалий період життя завдяки періодичному впливу фактора росту нервів, що запобігає їхньому апоптозу. Як зазначено у Розділі 2, фактор росту нервів виявляється у багатьох тканинах додатково до елементів нервової системи.

                                                                                                                                                                  

Розпізнавання антигену

Кількість різних антигенів, що їх розпізнають лімфоцити в організмі, дуже велика. Здатність до розпізнавання є природженою і розвивається без контакту з антигеном. Стовбурові клітини диференціюються у мільйони різних Т- та В-лімфоцитів, кожний з яких може реагувати на певний антиген. У разі першого потрапляння антигену в організм він може зв’язуватись безпосередньо з відповідними рецепторами на В-клітинах. Однак повна гуморальна відповідь потребує взаємодії В-клітин з Т-клітинами хел-перами. У випадку Т-клітин антиген захоплює антигено-презентувальна клітина та частково руйнує. Його пептид-ний фрагмент представлений відповідним рецепторам на Т-клітинах. У кожному випадку стимулюється клітинний поділ з наступним утворенням клонів клітин, що реагують на цей антиген (клональна селекція).

                                                                                                                                                                  

Презентування антигену

До антигенопрезентувальних клітин (АПК) належать спеціалізовані клітини, які називають дендритними клітинами, лімфовузлів та селезінки і дендритні клітини Лангерганса у шкірі. Макрофаги та самі В-клітини теж можуть виконувати функцію антигенопрезентувальних клітин. У антигенопрезентувальних клітинах поліпептидні продукти розпаду антигену приєднуються до білкових продуктів генів основного комплексу гістосумісності (МНС

— від англ. major histocompatibility complex) і локалізовані на поверхні клітин. Сполуки, що кодовані генами МНС, називають лейкоцитарними антигенами людини (HLA

— від англ. human leukocyte antigens).

Гени МНС, що розміщені на короткому відрізку 6-ї хромосоми людини, кодують глікопротеїни; їх розділяють на два класи залежно від поширення та функції. Антигени першого класу містять 45 кДа важкий ланцюг, приєднаний нековалентним зв’язком до Р2-мікроглобуліну, кодованого генами, що розміщені поза МНС (рис. 27-8). Вони виявляються у всіх клітинах, що містять ядро. Антигени другого класу є гетеродимерами, що складаються з а-ланцюгів масою 29-34 кДа, приєднаних нековалентним зв’язком до р-ланцюгів масою 25-28 кДа. Вони виявляються в антигенопрезентувальних клітинах, зокрема В-клітинах, та в активованих Т-клітинах.

Білки першого класу МНС (МНС-І білки) переважно приєднуються до пептидних фрагментів, утворених з білків, що синтезуються у клітині. Пептиди, до яких нема толерантності, тобто ті, що походять з вірусів або є наслідком мутацій, розпізнавані Т-клітинами. Розпад цих білків відбувається у протеасомах — комплексі протеолітичних ензимів, кодованих генами групи МНС, після чого пептидні фрагменти зв’язуються з білками МНС в ендоплазматичній

Рис. 27-8. Структура антигену комплексу гістосумісності людини HLA-A2. Кишеня для зв’язування антигену розміщена вгорі й утворена частинами молекули а1 та а2. Ділянка а3 та асоційований з нею р2-мікроглобулін (р2т) розміщені поблизу мембрани. Продовження С-терміналу з частини а3, яка є трансмембранним доменом, та невелика цитоплазматична частина молекули не зображені (відтворено за дозволом з Bjorkman PH et al: Structure of the human histocompatibility antigen HLA-A2. Nature 1987;329:506).

сітці. Білки другого класу МНС (МНС-ІІ білки) переважно зв’язуються з пептидними продуктами позаклітинних антигенів, таких як бактерії, що проникають у клітину шляхом ендоцитозу, і руйнуються у пізніх ендосомах.

                                                                                                                                                                  

Рецептори Т-клітин

Комплекси МНС білки-пептиди на поверхні антигено-презентувальних клітин приєднуються до відповідних Т-клітин. Отже, рецептори Т-клітин повинні розпізнавати дуже широкий спектр комплексів. Більшість рецепторів на Т-клітинах, що циркулюють, складаються з двох поліпептид-них одиниць, які позначають а та (3. Вони утворюють ге-теродимери, що розпізнають МНС білки та фрагменти антигенів, з якими вони зв’язуються (рис. 27-9). Ці клітини називають а(3 Т-клітини. Близько 10% Т-клітин, що циркулюють у крові, містять рецептори, у складі яких є два інші поліпептиди, які позначають у та 5. Ці клітини називають у5 Т-клітини. їх виявляють у значній кількості в слизовій шлунково-кишкового тракту. Відомо, що ці клітини є проміжною ланкою між системами вродженого та набутого імунітету завдяки цитокінам, що їх вони виділяють (див. рис. 27-5).

Білки CD8 виявляють на поверхні цитотоксичних Т-клітин, що приєднуються до МНС-І білків, a CD4 простежуються на поверхні Т-клітин хелперів, що зв’язуються з МНС-ІІ білками (рис. 27-10). Білки CD8 та CD4 посилюють приєднання МНС білків до рецепторів Т-клітин, а також прискорюють розвиток лімфоцитів, однак механізми цих впливів невідомі. Активовані CD8 цитотоксичні Т-клітини знищують клітини-мішені безпосередньо, тоді як активовані CD4 Т-клітини хелпери виділяють цитокіни для активування інших лімфоцитів.

Мембрана антигено-

Рецептор Т-клітини гетеродимер (а:р)

Рис. 27-9. Взаємодія між антигенопрезентувальною клітиною (угорі) і Т-лімфоцитом (унизу). МНС-білки (тут МНС 1) та їхній фрагмент пептидного антигену приєднується до а- та р-одиниць, які в комплексі формують рецептор Т-клітини.

Рецептори клітин оточені адгезивними молекулами і білками, що приєднуються до комплементарних білків у антигенопрезентувальних клітинах під час тимчасового контакту між двома клітинами з утворенням “імунологічного синапсу”, що спричинює активування Т-клітини. Загалом сьогодні вважають, що для активування клітини необхідно два сигнали. Перший з них зумовлений приєднанням фрагментованого антигену до рецептора Т-клітини, другий є наслідком приєднання навколишніх білків “синапсу”. Якщо перший сигнал надійшов, а другий — ні, то Т-клітина інактивується і не може реагувати.

                                                                                                                                                                  

В-клітини

Як зазначено вище, В-клітини можуть безпосередньо зв’язуватись з антигеном, однак для розвитку повного активування та утворення антитіл вони повинні взаємодіяти з Т-клітинами хелперами. Переважно задіяний підтип Тн2; Т-клітини хелпери диференціюються у Тн2 під впливом ІЛ-4 (див. нижче). З іншого боку, ІЛ-12 зумовлює диференціювання у напрямі Тн1; ІЛ-2 спричинює проліферацію активованих Т-клітин. Роль різних цитокінів у активуванні В- та Т-клітин відображена на рис. 27-11.

Активовані В-клітини проліферують та перетворюються на В-клітини пам’яті (див. вище) і плазматичні клітини. Плазматичні клітини виділяють велику кількість антитіл у кров. Антитіла циркулюють у складі глобулінової фракції плазми (див. нижче) і, подібно до антитіл будь-якої локалізації, їх називають імуноглобулінами. Очевидно, що імуноглобуліни є секретованою формою антигено-зв’язувальних рецепторів на поверхні мембрани В-клітин.

                                                                                                                                                                  

Імуноглобуліни

Антитіла, що циркулюють, захищають організм шляхом зв’язування та нейтралізації деяких білкових токсинів, запобігання прикріпленню деяких вірусів до клітини, опсо-

Клас II МНС

тшг \………

АШіШс ШАМАІ

CD8

WW?

ААДІАІ

W??

Ac!xW)

Рис. 27-10. Схема будови CD4 і CD8 та їхнє відношення до МНС-І та МНС-ІІ білків. Зверніть увагу, що CD4 є одним білком, тоді як CD8 — гетеродимером (відтворено за дозволом з Leahy DJ: A structural view of CD4 and CD8. FASEB J 1995;9: 17).

РІДИНИ, ЩО ЦИРКУЛЮЮТЬ В ОРГАНІЗМІ / 485

нізації бактерій (див. вище) та активування комплементу (див. нижче). П’ять головних типів імуноглобулінових антитіл утворює система лімфоцити-плазматичні клітини. Головним компонентом кожного з них є симетрична одиниця, що містить чотири поліпептидні ланцюги (рис. 27-12). Два довгі ланцюги називають важкими ланцюгами, а два короткі — легкими ланцюгами. Виявлено два типи легких ланцюгів — к та X, і вісім типів важких. Ланцюги зв’язані між собою дисульфідними зв’язками, що забезпечує мобільність; усередині ланцюгів теж є дисульфідні зв’язки. Крім того, важкі ланцюги є гнучкими у ділянці, яку називають петля. Кожний важкий ланцюг має варіабельний сегмент (V), у якому послідовність амінокислот дуже варіабельна, сегмент різноманітності (D), де послідовність теж дуже різна, з’єднувальний сегмент (J), у якому послідовність помірно варіабельна, та константний сег-

клітина

Рис. 27-11. Підсумок реакцій набутого імунітету. 1 -антигено-презентувальна клітина захоплює та частково перетравлює антиген, потім частина антигену презентується разом з пептидами МНС (у цьому випадку МНС II пептиди на клітинній мембрані); 2 — утворення “імунного синапсу” неактивованою CD4 Т-клітиною, що призводить до активування лімфоцита та виділення ІЛ-2; 3 — ІЛ-2 діє автокринним шляхом, зумовлюючи проліферацію клітини й утворення клону; 4 — активована С04-клітина може зумовлювати активування В-клітини та утворення плазматичних клітин або активувати цитотоксичні С08-клітини. Активування С08-клітин може бути зумовлене також утворенням синапсу з МНС І антигенозв’язувальною клітиною.

мент (С), де послідовність стабільна. Кожний легкий ланцюг містить V-, J- та С-сегменти. Сегменти V утворюють ділянку приєднання антигену (Fab-ділянка молекули (див. рис. 27-12)). Ділянка Fc молекули є ефекторною, вона опосередковує реакції, стимульовані антитілами.

Два класи імуноглобулінів містять додаткові поліпептидні компоненти (табл. 27-5). У IgM п’ять головних імуноглобулінових одиниць об’єднані навколо J-ланцюга, утворюючи пентамер. У IgA — секреторних імуноглобу-лінах — одиниці імуноглобулінів утворюють димери та тримери навколо J-ланцюга та поліпептиду, що походить з епітеліальних клітин, секреторного компонента (СК).

У кишці відбувається захоплення бактеріальних та вірусних антигенів М-клітинами (див. Розділ 25). і вони проходять через прилеглі скупчення лімфоїдної тканини, де стимулюють лімфобласти. Потім ці лімфобласти проникають у систему кровообігу через лімфатичні судини, а після 4 дозрівання” у кровоносних судинах мігрують до дифузних скупчень лімфоїдних елементів, що розміщені під слизовою оболонкою кишки та під епітелієм у легенях, молочній залозі, сечостатевому тракті та жіночій репродуктивній системі. Там після повторного контакту з антигеном, що спричинив первинну відповідь, вони виділяють значну кількість IgA. Епітеліальні клітини утворюють СК, який слугує рецептором і приєднує IgA. Унаслідок секреторні імуноглобуліни проходять через епітеліальну клітину і виділяються шляхом екзоцитозу. Ця система секреторного імунітету є важливим і ефективним механізмом захисту.

Деякі імунні клітини містять індукувальну NOS (див. Розділ 31); виявилось, що NO посилює секреторний імунітет у шлунково-кишковому тракті (див. Розділ 26).

Зв’язування

Рис. 27-12. Будова типової молекули імуноглобуліну G; Fab — ділянка молекули, що зв’язується з антигеном; Fc -ефекторна ділянка молекули. Константні ділянки забарвлені, а варіабельні — світлі. Константний сегмент важкого ланцюга ділиться на Сн1, Сн2 та Сн3. Праворуч лінії, які відображають міжсегментарні дисульфідні зв’язки, опущені, що дає змогу показати сегменти JH, D, VH, JL та VL.

Таблиця 27-5. Імуноглобуліни людини. У всіх випадках легкими ланцюгами є к або А,

Імуно-

глобулін

Функція

Важкий

ланцюг

Додатковий

ланцюг

Структура

Концентрація в плазмі, мг/дл

igG

Фіксація комплементу

Уі> У2> Уз. Ї4

Мономер

1000

IgA

Місцевий захист у складі зовнішніх секретів (сльози, кишкові секрети тощо)

а,, а,

J, SC

Мономер; димер з J- або SC-ланцюгами; тример з J-ланцюгом

200

igM

Фіксація комплементу

Р

J

Пентамер з J-ланцюгом

120

igD

Розпізнавання антигену В-клітинами

5

Мономер

3

igE

Реагінова активність; виділення гістаміну базофілами та мастоцитами

є

Мономер

0,05

                                                                                                                                                                  

Моноклональні антитіла

Велику кількість імуноглобулінів може синтезувати одна плазматична клітина; якщо її з’єднати з пухлинною клітиною — утвориться “фабрика” антитіл. На практиці тварин імунізують певним антигеном або препаратом клітин. Після їхнього розтину із селезінок виділяють анти-тілопродукувальні клітини, які потім з’єднують з мієломними клітинами. Мієлома — це пухлина з В-лімфоцитів, клітини якої легко зливаються з плазматичними клітинами, формуючи антитілоутворювальні гібридоми, які добре ростуть та відтворюються. Клітини, що злилися, виділяють стандартними методами, і кожна з них дає початок клону клітин, що походить з єдиної клітини.

                                                                                                                                                                  

Генетичні основи різноманітності імунної системи

Генетичні механізми утворення надзвичайно великої кількості різних конфігурацій імуноглобулінів у депонованих лімфоцитах організму є цікавою біологічною проблемою. Частково різноманітність пояснюють наявністю двох видів легких ланцюгів та восьми видів важких. Як зазначено вище, у кожному ланцюгу є ділянки значної варіабельності (гіперваріабельні ділянки). Варіабельні зони важких ланцюгів складаються з V-, D- та J-сегментів. У родині генів, що кодують ці ділянки, є декілька сотень різних коду вальних місць для V-сегмента, близько 20 для D-сегмента та 4 для J-сегмента. У разі дозрівання В-клі-тини одне V-, одне D- і одне J-кодувальні місця випадково вибираються та рекомбінують з утворенням гена, що відповідає за певну варіабельну ділянку. У легких ланцюгах простежується подібна варіабельна рекомбінація кодуваль-них місць, що відповідають за два варіабельні сегменти (V- та J-). Крім того, варіабельність J-сегментів пов’язана з тим, що сегменти гена зв’язуються по-різному і загалом непередбачено (різноманітність, пов’язана з місцем зв’язку), а інколи простежується додавання нуклеотидів (різноманітність, пов’язана із вставкою у зв’язок). Було підраховано, що ці механізми забезпечують утворення 108—10і0 різних молекул імуноглобулінів. Додаткова варіабельність досягається завдяки соматичним мутаціям.

Подібна реорганізація генів та механізми зв’язування забезпечують різноманітність рецепторів Т-клітин. У

людей а-субодиниця має V-ділянку, кодовану одним з 50 різних генів, та J-ділянку, теж кодовану одним з інших 50 різних генів. У (З-субодиницях простежується V-ділянка, кодована одним з 50 генів, D-ділянка, кодована одним з двох генів, та J-ділянка, кодована одним з трьох генів. Ці варіабельні ділянки дають змогу утворити 10і5 різних рецепторів Т-клітин.

                                                                                                                                                                  

Розпізнавання власних структур

Завжди було цікавим питання, чому Т- та В-клітини не утворюють антитіл та не руйнують клітини й органи власного організму. Згідно з сучасними поглядами власні антигени з’являються разом зі сторонніми, однак потім елімінуються у тимусі на ранніх етапах розвитку (клональна делеція). Причини, з яких не відбуваються реакції відторгнення плоду як стороннього тіла організмом матері, розглянуто у Розділі 23.

                                                                                                                                                                  

Автоімунні реакції

Іноді процеси елімінації антитіл проти власних антигенів не спрацьовують, унаслідок чого розвиваються різноманітні автоімунні захворювання. їх поділяють на опосередковані Т- або В-клітинами, а також на органо-специфічні та системні. До таких захворювань належать цукровий діабет першого типу (антитіла до В-клітин острівців підшлункової залози), міастенія (антитіла до нікотинових холінергічних рецепторів) та розсіяний склероз (антитіла до основного білка мієліну і деяких інших компонентів мієліну).

У деяких випадках антитіла спрямовані проти рецепторів, здатні їх активувати, наприклад, антитіла до TSH-рецепторів підвищують активність щитоподібної залози і зумовлюють базедову хворобу (див. Розділ 18).

Частина автоімунних реакцій пов’язана з утворенням антитіл до мікроорганізмів, які перехресно реагують з нормальними складовими організму (молекулярна мімікрія). Інші ж розвиваються завдяки “ефекту свідка”, за якого Т-клітини, що перебувають поблизу вогнища запалення, сенсибілізують. Це призводить до їхнього активування, якого в інших умовах не повинно бути. Однак щодо патогенезу автоімунних захворювань ще багато нез’ясовано.

РІДИНИ, ЩО ЦИРКУЛЮЮТЬ В ОРГАНІЗМІ / 487

                                                                                                                                                                  

Трансплантація тканин

Система Т-лімфоцитів відповідає за відторгнення трансплантованої тканини. Якщо тканини, такі як шкіру або нирки, пересаджують від донора до реципієнта таких тканин, то трансплантат “приживається” і діє деякий час, однак потім відбувається некроз та “відторгнення”, оскільки в організмі реципієнта розвиваються імунні реакції проти трансплантованої тканини. Зазвичай це простежується навіть тоді, коли донор та реципієнт є близькими родичами. Реакція відторгнення не відбувається тільки у випадку ідентичних близнюків.

Розроблено багато різних методів пригнічення реакції відторгнення трансплантованих органів у людей. Головна мета лікування — припинення відторгнень за умов запобігання розвитку інфекційних захворювань. Одним з методів є знищення Т-лімфоцитів шляхом ліквідації всіх швидко проліферувальних клітин такими ліками, як азатіоприн, антиметаболітами пурину, однак це робить хворих чутливими до інфекцій та раку. Інший метод — застосування глюкокортикоїдів, які пригнічують проліферацію цитотоксичних Т-клітин шляхом зменшеного виділення ІЛ-2 Т4-клітинами, проте це може бути ускладнене остеопорозом, психічними розладами та іншими ознаками синдрому Кушінґа (див. Розділ 20). Ще один метод — застосування циклоспорину або такроліму (FK-506). Активування рецепторів Т-клітин у нормі збільшує концентрацію внутрішньоклітинного кальцію, що діє через кальмодулін, активуючи кальцинеурин (рис. 27-13). Кальцинеурин дефос-форилює фактор транскрипції NF-AT, який рухається до ядра та підвищує активність генів, що кодують ІЛ-2 та споріднені стимулювальні молекули. Однак ці сполуки пригнічують усі імунні реакції, опосередковані Т-клітинами, а циклоспорин спричинює ураження нирок та рак. Новим та перспективним напрямом лікування реакцій відторгнення є досягнення ареактивності Т-клітин із застосуванням ліків, які блокують другий сигнал костимуляції, потрібний для нормального активування (див. вище). Клінічно ефективні препарати з такою дією можуть бути дуже важливими для хірургів, що займаються трансплантацією.

                                                                                                                                                                  

Інші клінічні кореляції

З нагромадженням знань про імунну систему було описано понад 50 синдромів імунодефіциту, пов’язаних з порушеннями функції імунокомпетентних клітин. Такі зміни виявляються різними за важкістю станами — від помірного збільшення частоти інфекцій до важких, зазвичай смертельних випадків. На рис. 27-14 показано, як блокада на різних етапах шляху дозрівання В- та Т-клітин призводить до розвитку передбачуваних патологічних змін. Крім того, є різні види недостатності комплементу.

Злоякісна трансформація теж може відбутись на різних стадіях дозрівання лімфоцитів. Більша частина (якщо не всі) випадків хронічного лімфоїдного лейкозу пов’язані з неконтрольованою проліферацією В-лімфоцитів, хоча мієлома розвивається в разі пухлинної проліферації клонів зрілих плазматичних клітин. Деякі випадки гострого лімфоїдного лейкозу пов’язані з пухлинною трансформацією Т-клітин.

Синдром набутого імунодефіциту (СНІД), який сьогодні є однією з головних проблем людства, унікальний у

Рецептор Т-клітини

Са2+

І

І

САМ

TCLBP

CsABP

• Кальцинеурин

NF-AT

Активування гена ІЛ-2

Ядро

Рис. 27-13. Дія циклоспорину (з англ. cyclosporine CsA) та такроліму (з англ. tacrolimus TCL) на лімфоцит. Активування рецептора Т-клітини зумовлює надходження Са2+, що через кальмодулін (з англ. calmodulin САМ) призводить до активування кальцинеурину. Кальцинеурин дефосфорилює фактор транскрипції NF-AT, який проникає у ядро та активує ген ІЛ-2. Після приєднання до відповідного імунофіліну (ВР) циклоспорин та такролім пригнічують вплив кальцинеурину на NF-AT, запобігаючи підвищенню продукування ІЛ-2.

тому, що ВІЛ (вірус імунодефіциту людини) — ретровірус, що спричинює захворювання — приєднується до CD4 та зумовлює значне зменшення кількості CD4 Т-клітин хел-перів. Втрата лімфоцитів хелперів призводить, відповідно, до порушення проліферації CD8 та В клітин з втратою імунної функції та загибелі від інфекцій, зумовлених непатогенною флорою, або злоякісних пухлин.

                                                                                                                                                                  

ТРОМБОЦИТИ

Тромбоцити (кров’яні пластинки) — це маленькі гранульовані тільця діаметром 2-4 мкм (див. рис. 27-2). їхня кількість у крові становить близько 300 000/мкл, а період півжиття в нормі приблизно чотири дні. Тромбоцити утворюються внаслідок відділення цитоплазми від велетенських клітин кісткового мозку, мегакаріоцитів, після чого виштовхуються у кровообіг. Близько 60-75% виділених з кісткового мозку кров’яних пластинок міститься у крові, решта локалізовані переважно у селезінці. Спленектомія призводить до збільшення кількості тромбоцитів (тромбоцитоз).

Тромбоцити мають кільця з мікротрубочок по периферії і численні інвагінації мембрани із складною системою каналів, сполученою з позаклітинною рідиною. На мембрані тромбоцитів локалізовані рецептори для колагену, фактора Віллебранда судинної стінки (див. нижче) і фібриногену. В їхній цитоплазмі містяться актин, міозин, глікоген, лізосоми і два типи гранул: щільні гранули, що вміщують небілкові речовини, які виділяються в разі акти-

Плюрипотентна стовбурова клітина

Автосомний рецесивний SCID

КІСТКОВИЙ

МОЗОК

Г

Пре-В-клітина

Х-зв’язана

агама-

глобулінемія

і І

Т

попередник

В-клітина

Гіпер-ІдМ

І синдром

т~т

Недостатність МНС класу Іи

ТИМУС

Незрілі

Т-клітини

_І_

Х-зв’язаний SCID

і

IgA igE

CD8-

клітина

Недостатність МНС класу II

CD4-

клітина

Рис. 27-14. Місця вродженої блокади дозрівання В- та Т-лімфоцитів у різних імунодефіцитних станах (модифіковано з Rosen FS, Cooper MD, Wedgwood RJP: The primary immunodeficiencies. N Engl J Med 1995;333:431).

вування тромбоцитів, у тім числі серотонін, АДФ та інші аденінові нуклеотиди, а також а-ґранули, що містять білки, відмінні від гідролаз лізосом. До цих білків належать фактори зсідання і фактор росту тромбоцитів (PDGF — від англ. platelet derived growth factor). PDGF виробляють також макрофаги й ендотеліальні клітини. Це димер, утворений двома поліпептидними субодиницями А і В. Ці суб-одиниці продукуються як гомодимери (АА і ВВ), так і гете-родимери (АВ). PDGF стимулює загоєння ран і є сильним мітогеном для гладких м’язів судинної стінки. Тромбоцити, як і стінки кровоносних судин, містять фактор Віллебранда, який, крім того, що відіграє роль в адгезії, регулює рівень фактора VIII, що циркулює у крові (див. нижче).

У випадку ушкодження кровоносної судини кров’яні пластинки прилипають до оголеного колагену, ламініну та фактора Віллебранда стінки за допомогою інтегринів на поверхні тромбоцитів. Цей процес адгезії тромбоцитів, на відміну від агрегації, не потребує метаболічної активності кров’яних пластинок. Однак зв’язування з колагеном призводить до активування тромбоцитів. Активування можуть також спричиняти АДФ і тромбін. Активовані пластинки змінюють форму, утворюють псевдоподії, виділяють вміст гранул і прилипають до інших пластинок (аґреґування тромбоцитів). Агрегуванню сприяє також фактор активування тромбоцитів (PAF — від англ. platelet activating factor), цитокін, що його виробляють нейтрофіли і моноцити, так само, як і тромбоцити. Ця речовина виявляє також протизапальну активність, є фосфоліпідом, 1-алкіл-2-ацетилгліцерил-3-фосфорилхоліном, який утворюється з ліпідів мембран. Його рецептор є типовим сер-пентиновим рецептором, зв’язаним з G-білком. Він активує фосфоліпазу С, унаслідок чого утворюється діацилгліце-рол, який зумовлює виділення тромбоцитами вмісту їхніх гранул. Збільшення внутрішньоклітинної концентрації Са2+

і діацилгліцерол призводять до активування фосфоліпази А2, яка спричинює виділення з фосфоліпідів мембран арахідонової кислоти. З арахідонової кислоти утворюється тромбоксан АДдив. Розділ 17), який сприяє подальшому надходженню Са2+і розпаду фосфатидилінозитолу. Тромбін також зумовлює надходження Са2+ і гідроліз фосфатидилінозитолу. Аспірин помірно пригнічує синтез тромбок-сану. Доведено, що в малих дозах аспірин ефективний для профілактики інфаркту міокарда, нестабільної стенокардії, транзиторних ішемічних нападів та інсульту завдяки здатності порушувати баланс між тромбоксаном А2-тромбо-цитів і простацикліном судинної стінки (див. Розділ 31).

Продукування тромбоцитів регулюють колонієстиму-лювальні фактори, які контролюють утворення мегакаріоцитів (див. табл. 27-2), а також тромбопоетин — білковий фактор, що циркулює у крові. Цей фактор сприяє дозріванню мегакаріоцитів, його виробляють печінка і нирки. На тромбоцитах є рецептори до тромбопоетину. Отже, за малої кількості кров’яних пластинок зв’язується менше тромбопоетину, а більше перебуває у вільній формі і спричинює посилене продукування тромбоцитів. Навпаки, коли кількість кров’яних пластинок велика, то більше тромбопоетину зв’язується, зумовлюючи зменшене продукування тромбоцитів. Цей механізм регулює продукування тромбоцитів за принципом зворотного зв’язку. Амінокінець молекули тромбопоетину має тромбоцитарностимулю-вальну активність, тоді як карбоксилкінець містить багато залишків вуглеводів і визначає біодоступність молекули. З терапевтичною метою застосовують ділянку амінокінця, яку отримують за допомогою рекомбінантної технології. Подальша кон’югація з поліетиленгліколем (ПЕГ) забезпечує значне підвищення активності.

У разі недостатньої кількості тромбоцитів порушена ретракція згустку і недостатньо звужуються ушкоджені

РІДИНИ, ЩО ЦИРКУЛЮЮТЬ В ОРГАНІЗМІ / 489

судини. Унаслідок цього розвивається клінічний синдром (тромбоцитопенічна пурпура), який супроводжується посиленим утворенням синців і численних підшкірних геморагій. Пурпура може виникати і на тлі нормальної кількості тромбоцитів, деколи в цьому випадку тромбоцити є зміненими (тромбостенічна пурпура). Люди з тромбоцитозом схильні до тромбозу.

                                                                                                                                                                  

ЧЕРВОНІ КРОВ’ЯНІ КЛІТИНИ

Червоні клітини крові (еритроцити) переносять у крові кисень. Це двоввігнуті диски, які утворюються у кістковому мозку (рис. 27-15). У ссавців перед виходом у системний кровообіг еритроцити втрачають ядро. Тривалість життя еритроцитів у людей становить у середньому 120 днів. У нормі середня кількість еритроцитів у чоловіків -5,4 млн/мкл, у жінок — 4,8 млн/мкл. Кожний еритроцит людини має діаметр 7,5 мкм, товщину 2 мкм і містить приблизно 29 пг гемоглобіну (табл. 27-6). У крові дорослої людини міститься 3×1013 еритроцитів і близько 900 г гемоглобіну (рис. 27-16). Контроль еритропоезу за принципом зворотного зв’язку описано в Розділі 24. Роль ІЛ-1, ІЛ-3, ІЛ-6 і КСФ-ҐМ у розвитку еритроїдного ростка показана на рис. 27-2.

                                                                                                                                                                  

Резистентність еритроцитів

Еритроцити, як і інші клітини, зморщуються в розчинах з осмотичним тиском, вищим від нормального тиску плазми. У розчинах з нижчим осмотичним тиском вони набухають, змінюючи форму з дископодібної на сферичну, і втрачають гемоглобін (гемоліз). Гемоглобін гемолізо-ваних еритроцитів розчиняється в плазмі, забарвлюючи її у червоний колір. Розчин натрію хлориду 0,9% концентрації є ізотонічний з плазмою. За нормальної осмотичної резистентності гемоліз еритроцитів починається у 0,5% сольовому розчині; 50% лізис відбувається у 0,40-0,42% сольовому розчині, а повний лізис — у 0,35% розчині. У разі спадкового сфероцитозу (вродженої гемолітичної жовтяниці) клітини сфероцити нормальної плазми і гемолізують швидше, ніж нормальні клітини у гіпотонічному розчині натрію хлориду. Сфероцити також видаляє селезінка (див. нижче). Отже, спадковий сфероцитоз — це

Рис. 27-15. Людські еритроцити і нитки фібрину. Кров нанесена на полівінілхлоридну поверхню, зафіксована і сфотографована за допомогою скануючого електронного мікроскопа. х 2590 (з дозволу NF Rodman).

одна з головних причин спадкової гемолітичної анемії.

Сфероцитоз виникає внаслідок порушень білкової сітки, яка зумовлює форму і гнучкість мембрани еритроцитів. Мембранний скелет частково утворений спектрином і прикріплений до трансмембранного білка смужки 3 за допомогою білка анкірину (див. рис. 1-11). Білок смужки З, крім того, є важливим аніонним обмінником (див. Розділ 35). Описано дефекти білка смужки 3, спектрину та анкірину.

Лізис еритроцитів можливий також під впливом ліків і в разі інфекцій. Схильність еритроцитів до гемолізу під дією цих факторів посилена за наявності дефіциту ензиму глюкозо-6-фосфатдегідрогенази (Г6ФД). Цей ензим каталізує початковий етап окиснення глюкози у гексозомоно-фосфатному шляху (див. Розділ 17), який забезпечує утворення НАДФ, необхідного для нормальної резистентності еритроцитів. Виражена недостатність Г6ФД зменшує

Таблиця 27-6. Характеристика еритроцитів людини1

Чоловіки

Жінки

Гематокрит (Hct), %

47

42

Еритроцити (ЕРЦ), 106/мкл

5,4

4,8

Гемоглобін (Hb), г/дл

16

14

Середній корпускулярний об’єм (MCV2), фл

= Hct х 10 / ЕРЦ (106/мкл)

87

87

Середній корпускулярний гемоглобін (МСН2), пг

= НЬ х 10 / ЕРЦ (106/мкл)

29

29

Середня корпускулярна концентрація гемоглобіну (МСНС2), г/дл

= НЬ х 100 / Hct

34

34

Середній діаметр клітини (MCD2), мкг

= Середній діаметр 500 клітин у мазку

7,5

7,5

1 Клітини із СКО > 95 фл називають макроцитами; клітини із СКО < 80 фл — мікроцитами; клітини із СКГ < 25 г/дл — гіпохромними.

2 MCV — від англ. mean corpuscular volume; МСН — від англ. mean corpuscular hemoglobin; МСНС — від англ. mean corpuscular hemoglobin concentration; MCD — від англ. mean cell diameter.

Рис. 27-16. Утворення і деструкція еритроцитів.

також здатність гранулоцитів спричиняти загибель бактерій і сприяє розвитку важких інфекцій (див. вище).

                                                                                                                                                                  

Роль селезінки

Селезінка виконує важливу функцію фільтра, який видаляє сфероцити та інші змінені еритроцити. Вона також містить велику кількість тромбоцитів і відіграє важливу роль в імунній системі. Кровообігу в селезінці притаманні два компоненти: швидкий компонент за функцією забезпечує переважно живлення, у цьому разі кров перебуває в просвіті кровоносних судин; повільний компонент, за якого кров покидає артеріоли і, перш ніж потрапити у синуси селезінки і повернутися у загальний кровообіг, фільтрується через велику кількість фагоцитів і лімфоцитів. Фагоцити видаляють бактерії і розпочинають імунну відповідь. Змінені еритроцити видаляються, якщо вони є не настільки гнучкими, як нормальні, а отже, не можуть проникнути через щілини між ендотеліальними клітинами, які висте-ляють синуси селезінки. Якщо нема селезінки, то бактеріальні інфекції виникають частіше і бувають у важчій формі. Підвищується також смертність від малярії, оскільки деформовані еритроцити, які містять збудник малярії, не видаляються.

                                                                                                                                                                  

Гемоглобін

Червоний пігмент, який переносить кисень і міститься в еритроцитах хребетних, — це гемоглобін, білок з молекулярною масою 64 450. Гемоглобін має глобулярну молекулу, утворену чотирма субодиницями (рис. 27-17). Кожна субодиниця містить гем, зв’язаний з поліпептидом. Гем -це залізовмісна сполука, похідна порфірину (рис. 27-18). Комплекс поліпептидів називають глобіновою частиною (глобіном) молекули гемоглобіну. В кожній молекулі гемоглобіну є дві пари поліпептидів. У гемоглобіні нормальної дорослої людини (гемоглобіні А (від англ. adult — дорослий)) два типи поліпептидів називають а-ланцюгами, кожний з яких містить 141 амінокислотний залишок, і (3-лан-цюгами, кожний з яких містить 146 амінокислотних залишків. Отже, гемоглобін А позначають а2р2. У нормі в дорослих не весь гемоглобін крові є гемоглобіном А. Близько

Рис. 27-17. Схематичне зображення молекули гемоглобіну А, яка складається з чотирьох субодиниць. Молекула містить два а- і два р поліпептидні ланцюги, кожний з яких має гем. Гем зображено у вигляді дисків (відтворено за дозволом з Harper НА et al: Physiologische Chemie. Springer, 1975).

2,5% гемоглобіну становить гемоглобін А , у якому р-лан-цюги заміщені 5-ланцюгами (ос252); 5-ланцюги також містять 146 амінокислотних залишків, однак 10 з них відрізняються від залишків Р-ланцюгів.

Невелика кількість похідних гемоглобіну А представлена глікозильованими гемоглобінами. Один з них — гемоглобін АІС (НЬАЮ) — містить глюкозу, прикріплену до термінального валіну в кожному р-ланцюзі. Це особливо важливо, оскільки його концентрація в крові збільшується у хворих з недостатньо компенсованим цукровим діабетом (див. Розділ 19).

                                                                                                                                                                  

Реакції гемоглобіну

Гемоглобін зв’язує 02 з утворенням оксигемоглобіну; 02 приєднується до Бе2+-гему. Спорідненість гемоглобіну до 02 залежить від pH, температури і концентрації в еритроцитах 2,3-дифосфогліцерату (2,3-ДФГ). 2,3-ДФГ і Н+конкурують з 02 за зв’язування з деоксигенованим гемоглобіном, змінюючи положення чотирьох пептидних ланцюгів (четвертинна структура). Детально реакції окси-генації і деоксигенації гемоглобіну та їхня фізіологічна роль описані в Розділі 35.

Під час дії на кров різноманітних ліків та інших окисників за умов in vivo та in vitro двовалентне залізо (Fe2+), яке в нормі міститься в молекулі, перетворюється на тривалентне (Fe3+), приводячи до утворення метгемоглобіну. Метгемоглобін має темне забарвлення і за наявності у великій кількості в системному кровообігу зумовлює відповідне забарвлення шкіри, яке нагадує ціаноз (див. Розділ 37). Незначне окиснення гемоглобіну до метгемоглобіну незначно відбувається і в нормі, однак за допомогою системи ензимів у еритроцитах, системи НАДН-метгемогло-бінредуктази, метгемоглобін знову перетворюється на

РІДИНИ, ЩО ЦИРКУЛЮЮТЬ В ОРГАНІЗМІ / 491

сн.

сн=сн2

м

нс-

гСН

Гем

N-Fe

/

/ / І \ \

Н2С

і не сн2

І

+ о2

сн=сн2

СООН /

/ сн;

сн.

N І ‘

СНз \

N

(Імідазол) І СООН

(Імідазол)

Поліпептидний ланцюг

Деоксигенований гемоглобін

нс-

сн3

І —

сн3 м

\

І ;

/ \

-сн

м

N-Fe

/

Р

/ /І\ \

г 1

Vсн

НС

г 1

ч \

/

Л—СН

\

М

Поліпептидний ланцюг

Оксигемоглобін

Рис. 27-18. Реакція взаємодії гему з Р2. Абревіатура М, V та Р відповідає хімічним групам на рисунку ліворуч.

гемоглобін. Вроджена відсутність цієї системи є однією з причин спадкової метгемоглобінемії.

Монооксид вуглецю взаємодіє з гемоглобіном з утворенням карбоксигемоглобіну. Спорідненість гемоглобіну до 02 значно нижча, ніж до монооксиду вуглецю, тому монооксид вуглецю витісняє 02 з гемоглобіну, зменшуючи кисеньзв’язувальну здатність крові (див. Розділ 37).

Гем також є в складі міоглобіну, кис еньзв’язу вального пігменту, що міститься у червоних (повільних) м’язах (див. Розділ 35) і в складі ензиму дихального ланцюга, цито-хрому с (див. Розділ 17). Порфірини, відмінні від тих, що містяться в складі гему, відіграють роль у патогенезі деяких метаболічних захворювань (вроджена і набута порфірія тощо).

                                                                                                                                                                  

Гемоглобін плоду

У нормі в крові плоду людини міститься фетальний гемоглобін (гемоглобін F (від англ. fetus — плід)). За будовою він подібний до гемоглобіну А, однак замість р-лан-цюгів має у-ланцюги; гемоглобін F позначають а2у2. Гамма-ланцюги також містять 146 амінокислотних залишків, однак 37 з них відмінні від тих, що є в складі (3-ланцюгів. У нормі після народження фетальний гемоглобін заміщується гемоглобіном дорослих (рис. 27-19). У деяких людей фетальний гемоглобін не зникає і є в крові протягом усього життя. В організмі за заданого Р вміст 02 у фетальному гемоглобіні вищий, ніж у гемоглобіні дорослих, тому що він менше зв’язується з 2,3-ДФГ. Це полегшує транспортування 02 з материнського кровообігу у кровообіг плоду (див. Розділ 32). На ранніх етапах ембріонального розвитку, крім цього, виявляють і є-ланцюги, які утворюють гемоглобін Gower-1 (С2є2) та гемоглобін Gower-2 (а2є2). На людській 16-й хромосомі є дві копії гена а-гло-біну. Крім того, на 11-й хромосомі міститься тандем п’яти генів глобіну, які кодують (3-, у- та 8-ланцюги глобіну і два ланцюги, що в нормі виявляються лише протягом фетального періоду. Вважають, що перехід від однієї форми гемо

глобіну до іншої в період розвитку регульований ділянкою локусного контролю (LCR — від англ. locus control region) ДНК людського гена для є-гемоглобіну. Однак детально цей процес переходу ще не вивчений.

                                                                                                                                                                  

Порушення продукування гемоглобіну

Амінокислотна послідовність поліпептидних ланцюгів гемоглобіну визначена генами глобіну.

Є два головні типи спадкових порушень продукування гемоглобіну у людей: гемоглобінопатії, за яких утворюються змінені поліпептидні ланцюги, і таласемії та споріднені порушення, за яких нормальні ланцюги утворюються в недостатній кількості або взагалі не утворюються внаслідок дефекту регуляторної ділянки генів глобіну. Таласеміям а- і p-типу властива зменшена кількість або відсутність ос- і р-поліпептидів, відповідно.

З 6 Народження 3 6

Гестація (місяці) Вік (місяці)

Рис. 27-19. Розвиток ланцюгів гемоглобіну в людини.

Мутантні гени, які продукують аномальні гемоглобіни, досить поширені. У людей описано багато форм аномальних гемоглобінів. Зазвичай, ці форми позначають літерою: гемоглобін С, Е, I, J, S і т.д. У більшості випадків гемоглобіни відрізняються від нормального гемоглобіну А за будовою поліпептидних ланцюгів. Наприклад, у гемоглобіні S ос-ланцюги нормальні, однак р-ланцюги змінені, оскільки із 146 амінокислотних залишків у кожному (3-поліпептидному ланцюзі один залишок глутамінової кислоти заміщений залишком валіну (табл. 27-7).

Якщо аномальний ген, успадкований від одного з батьків, спричинює утворення аномального гемоглобіну, тобто коли людина є гетерозиготною, то половина гемоглобіну, що циркулює, аномальна, інша — нормальна. Якщо ідентичні аномальні гени успадковані від обох батьків, тобто людина є гомозиготною, то весь гемоглобін аномальний. Теоретично людина може успадкувати два різні аномальні гемоглобіни, один від батька, інший від матері. Вивчення особливостей успадкування і географічного розподілу аномальних гемоглобінів дає змогу в деяких випадках з’ясувати, де виник мутантний ген і приблизно наскільки давно відбулася мутація. Загалом особи з мутаціями, що небезпечні для життя, вмирають, однак мутантні гени, за яких людина виживає, зберігаються і поширюються в популяції.

Багато аномальних гемоглобінів незагрозливі. Проте деякі порушують процес з’єднання 02, інші спричинюють анемію. Наприклад, гемоглобін S полімеризується в разі низької напруженості 02. Це призводить до того, що еритроцити набувають форми серпа, гемолізуються, утворюють агрегати, що закупорюють кровоносні судини. Унаслідок цього розвивається важка гемолітична анемія, відома як серпоподібноклітинна анемія. У гетерезиготних осіб прояви цієї анемії ледь помітні, у гомозиготних хвороба виявляється повністю.

Ген серпоподібних клітин — це приклад гена, який зберігається і поширюється в популяції. Він виник серед чорного населення Африки і зумовлює резистентність до однієї з форм малярії. Це важлива позитивна особливість в Африці, у деяких регіонах Африки гетерозиготну форму серпоподібноклітинної анемії має 40% населення. Серед

чорного населення Сполучених Штатів Америки захворюваність становить 10%.

Гемоглобін F здатний зменшувати полімеризацію деок-сигенованого гемоглобіну S. Гідроксисечовина зумовлює продукування гемоглобіну F і в дітей, і в дорослих. Доведено, що ця речовина ефективна для лікування серпоподібноклітинної анемії. У хворих з важкою формою серпоподібноклітинної анемії позитивні результати простежуються після трансплантації кісткового мозку, однак цей метод лікування потребує подальшого вивчення.

                                                                                                                                                                  

Синтез гемоглобіну

У нормі вміст гемоглобіну в крові становить у середньому 16 г/дл у чоловіків і 14 г/дл у жінок (весь міститься в еритроцитах). В організмі чоловіка масою 70 кг міститься близько 900 г гемоглобіну; 0,3 г гемоглобіну руйнується і 0,3 г синтезується протягом кожної години (див. рис. 27-19). Гемічна частина гемоглобіну синтезується з гліцину і сукциніл-КоА.

                                                                                                                                                                  

Катаболізм гемоглобіну

Коли відбувається руйнування старих еритроцитів системою тканинних макрофагів, глобін відщеплюється, а гем перетворюється на білівердин. У цьому процесі бере участь ензим гемоксигеназа (див. рис. 4-29), і утворюється СО, який може відігравати роль внутрішньоклітинного месенджера подібно до NO (див. Розділ 4).

У людей основна частина білівердину перетворюється на білірубін (рис. 27-20) і виділяється у жовч (див. Розділ

26). Залізо гему повторно використовується для синтезування гемоглобіну.

Унаслідок дії на шкіру білого світла відбувається перетворення білірубіну на люмірубін, який має коротший період півжиття порівняно з білірубіном. Фототерапія (дія світла) дає позитивний результат у лікуванні жовтяниці новонароджених з гемолізом. Обов’язковим фактором у процесі синтезування гемоглобіну є залізо. Якщо організм втрачає залізо і його дефіцит не компенсований, то розвивається залізодефіцитна анемія. Обмін заліза описано в Розділі 25.

Таблиця 27-7. Частковий склад нормальних р-ланцюгів людини і р-ланцюгів деяких

аномальних гемоглобінів1

Гемоглобін

Положення на р-поліпептидному ланцюгу гемоглобіну

1 2 3 6 7 26 63 67 121 146

А (нормальний)

Val-His-Leu Glu-Glu Glu His Val Glu His

S (серпоподібні клітини)

Val

С

Lys

VJSan Jose

Gly

Е

Lys

М

Saskatoon

Tyr

м

,VI Milwaukee

Glu

^Arabia

Lys

11нші гемоглобіни містять змінені а-ланцюги. Аномальні гемоглобіни, які ведуть себе подібно до нормальних у разі елекрофорезу, однак дещо відрізняються за складом, позначають тією ж літерою; а за допомогою індекса зазначають місцевість, де вони вперше виявлені, звідси MSaskatoon та MMilwaukee.

РІДИНИ, ЩО ЦИРКУЛЮЮТЬ В ОРГАНІЗМІ / 493

Рис. 27-20. Білірубін. Абревіатура М, V та Р відповідає хімічним групам, позначеним на рис. 27-18 ліворуч.

                                                                                                                                                                  

Вільям Ф. Ґанонґ. Фізіологія людини