stringtranslate.com

Фагоцитоз

Обзор фагоцитоза
Фагоцитоз против экзоцитоза

Фагоцитоз (от древнегреческого φαγεῖν (phagein)  «есть» и κύτος (kytos)  «клетка») — это процесс, при котором клетка использует свою плазматическую мембрану для поглощения крупной частицы (≥ 0,5 мкм), в результате чего образуется внутренний отсек, называемый фагосомой . Это один из типов эндоцитоза . Клетка, осуществляющая фагоцитоз, называется фагоцитом .

Поглощение патогена фагоцитом

В иммунной системе многоклеточного организма фагоцитоз является основным механизмом, используемым для удаления патогенов и клеточного мусора. Поглощенный материал затем переваривается в фагосоме. Бактерии, мертвые клетки тканей и мелкие минеральные частицы — все это примеры объектов, которые могут быть фагоцитированы. Некоторые простейшие используют фагоцитоз как средство получения питательных веществ.

Когда фагоцитоз используется как средство питания и обеспечивает организм частью или всем необходимым ему питанием, он называется фаготрофией и отличается от осмотрофии , при которой питание осуществляется путем абсорбции. [ необходима цитата ]

История

История фагоцитоза представляет собой научное обоснование иммунологии, поскольку этот процесс является первым механизмом иммунного ответа, открытым и понятым как таковой. [1] [2] Самый ранний точный отчет о поедании клеток был дан швейцарским ученым Альбертом фон Кёлликером в 1849 году. [3] В своем отчете в Zeitschrift für Wissenschaftliche Zoologie Кёлликером был описан процесс питания амебоподобной водоросли Actinophyrys sol (гелиозой ) , в котором подробно описывалось, как протист поглощал и глотал (процесс, который теперь называется эндоцитозом) небольшой организм, который он назвал инфузорией (в то время это было общее название для микробов). [4]

Первая демонстрация фагоцитоза как свойства лейкоцитов, иммунных клеток, была сделана немецким зоологом Эрнстом Геккелем . [5] [6] Геккель обнаружил, что клетки крови морского слизняка Тетиса могут поглощать частицы туши (или индиго [7] ). Это было первое прямое доказательство фагоцитоза иммунными клетками. [5] [7] Геккель сообщил о своем эксперименте в монографии 1862 года Die Radiolarien (Rhizopoda Radiaria): Eine Monographie. [8]

Фагоцитоз был отмечен канадским врачом Уильямом Ослером (1876) [9] , а позднее изучен и назван Эли Мечниковым (1880, 1883) [10] .

В иммунной системе

Сканирующая электронная микрофотография фагоцита (желтый, справа), фагоцитирующего бациллы сибирской язвы (оранжевый, слева)

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 как часть своей основной функции. Их называют «профессиональными фагоцитами». Фагоцитоз является старым в эволюционном плане, он присутствует даже у беспозвоночных . [11]

Профессиональные фагоцитарные клетки

Видеопоследовательность, полученная с помощью светового микроскопа, на которой нейтрофил из крови человека фагоцитирует бактерию.

Нейтрофилы , макрофаги , моноциты , дендритные клетки , остеокласты и эозинофилы можно классифицировать как профессиональные фагоциты. [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 эффективны во внутриклеточном уничтожении патогенов. Нейтрофилы фагоцитируют в основном через рецепторы Fcγ и рецепторы комплемента 1 и 3. Микробицидное действие нейтрофилов обусловлено большим репертуаром 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 антибиотические белки. Дегрануляция их в фагосому, сопровождающаяся высоким образованием активных форм кислорода (окислительный взрыв), является высокомикробицидной. [12]

Моноциты и макрофаги, которые созревают из них, покидают кровообращение, чтобы мигрировать через ткани. Там они являются резидентными клетками и образуют покоящийся барьер. [11] Макрофаги инициируют фагоцитоз с помощью рецепторов маннозы , рецепторов-мусорщиков , рецепторов Fcγ и рецепторов комплемента 1, 3 и 4. Макрофаги являются долгоживущими и могут продолжать фагоцитоз, образуя новые лизосомы. [11] [13]

Дендритные клетки также находятся в тканях и поглощают патогены путем фагоцитоза. Их роль заключается не в убийстве или уничтожении микробов, а в их разрушении для представления антигена клеткам адаптивной иммунной системы. [11]

Инициирующие рецепторы

Рецепторы фагоцитоза можно разделить на две категории по распознаваемым молекулам. Первая, опсонические рецепторы, зависят от опсонинов . [14] Среди них есть рецепторы, которые распознают Fc-часть связанных антител IgG , депонированный комплемент или рецепторы, которые распознают другие опсонины клеточного или плазменного происхождения. Неопсонические рецепторы включают рецепторы лектинового типа, рецепторы Dectin или рецепторы-мусорщики. Некоторые фагоцитарные пути требуют второго сигнала от рецепторов распознавания образов (PRR), активируемых путем прикрепления к молекулярным образцам, ассоциированным с патогенами (PAMPS), что приводит к активации NF-κB . [10]

Fcγ рецепторы

Рецепторы Fcγ распознают покрытые IgG мишени. Основной распознаваемой частью является фрагмент Fc . Молекула рецептора содержит внутриклеточный домен ITAM или ассоциируется с молекулой адаптера, 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 выступов клетки, называемых «фагоцитарной чашей», и активирует окислительный взрыв в нейтрофилах. [12]

Рецепторы комплемента

Эти рецепторы распознают мишени, покрытые C3b , C4b и C3bi из плазменного комплемента. Внеклеточный домен рецепторов содержит лектин-подобный домен связывания комплемента. Распознавание рецепторами комплемента недостаточно для того, чтобы вызвать интернализацию без дополнительных сигналов. В макрофагах CR1 , CR3 и CR4 отвечают за распознавание мишеней. Мишени, покрытые комплементом, интернализуются путем «погружения» в мембрану фагоцита без каких-либо выступов. [13]

Рецепторы маннозы

Манноза и другие патоген-ассоциированные сахара, такие как фукоза , распознаются маннозным рецептором. Восемь лектин-подобных доменов образуют внеклеточную часть рецептора. Поглощение, опосредованное маннозным рецептором, отличается по молекулярным механизмам от фагоцитоза, опосредованного рецептором Fcγ или комплемент-рецептором. [13]

Фагосома

Поглощение материала облегчается актин-миозиновой сократительной системой. Фагосома — это органелла, образованная фагоцитозом материала. Затем она движется к центросоме фагоцита и сливается с лизосомами , образуя фаголизосому и приводя к деградации. Постепенно фаголизосома окисляется, активируя деградирующие ферменты. [10] [15]

Деградация может быть кислородозависимой и кислородонезависимой.

Лейкоциты вырабатывают цианистый водород во время фагоцитоза и могут убивать бактерии , грибки и другие патогены, вырабатывая несколько других токсичных химических веществ. [17] [18] [19]

Некоторые бактерии, например, Treponema pallidum , Escheria coli и Staphylococcus aureus , способны избегать фагоцитоза с помощью нескольких механизмов.

В апоптозе

После апоптоза умирающие клетки должны быть захвачены в окружающие ткани макрофагами в процессе, называемом эффероцитозом . Одной из особенностей апоптотической клетки является представление различных внутриклеточных молекул на поверхности клетки, 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 рецептор фосфатидилсерина, или растворимыми (свободно плавающими) рецепторами, такими как тромбоспондин 1 , GAS6 и MFGE8 , которые затем сами связываются с другими рецепторами на макрофаге, такими как CD36 и интегрин альфа-v бета-3 . Дефекты в очищении апоптотических клеток обычно связаны с нарушением фагоцитоза макрофагов. Накопление остатков апоптотических клеток часто вызывает аутоиммунные нарушения; таким образом, фармакологическое потенцирование фагоцитоза имеет медицинский потенциал в лечении некоторых форм аутоиммунных нарушений. [21] [22] [23] [24]

Трофозоиты Entamoeba histolytica с проглоченными эритроцитами

У простейших

Фагоцитоз используется многими простейшими в качестве средства питания, что представляет собой фаготрофию.

Как и в фагоцитарных иммунных клетках, полученная фагосома может быть объединена с лизосомами ( пищевыми вакуолями ), содержащими пищеварительные ферменты , образуя фаголизосому . Частицы пищи затем будут переварены, а высвобождаемые питательные вещества будут диффундировать или транспортироваться в цитозоль для использования в других метаболических процессах. [26]

Миксотрофия может включать фаготрофное питание и фототрофное питание. [27]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Таубер, AI (1992). «Рождение иммунологии. III. Судьба теории фагоцитоза». Клеточная иммунология . 139 (2): 505–530. doi : 10.1016/0008-8749(92)90089-8 . ISSN  0008-8749. PMID  1733516.
  2. ^ Тети, Джузеппе; Биондо, Кармело; Бенинати, Кончетта (2016). «Фагоцит, Мечников и основы иммунологии». Microbiology Spectrum . 4 (2): MCHD-0009-2015 (онлайн). doi : 10.1128/microbiolspec.MCHD-0009-2015 . ISSN  2165-0497. PMID  27227301.
  3. ^ Стоссель, Томас П. (1999), «Ранняя история фагоцитоза», Фагоцитоз: Хозяин , Достижения в клеточной и молекулярной биологии мембран и органелл, т. 5, Elsevier, стр. 3–18, doi :10.1016/s1874-5172(99)80025-x, ISBN 978-1-55938-999-0, получено 2023-04-06
  4. ^ Халлетт, Морис Б. (2020). «Краткая история фагоцитоза». Молекулярная и клеточная биология фагоцитоза . Достижения в экспериментальной медицине и биологии. Том 1246. С. 9–42. doi :10.1007/978-3-030-40406-2_2. ISBN 978-3-030-40405-5. ISSN  0065-2598. PMID  32399823. S2CID  218618570.
  5. ^ ab Cheng, Thomas C. (1983). «Роль лизосом в воспалении моллюсков». American Zoologist . 23 (1): 129–144. doi :10.1093/icb/23.1.129. ISSN  0003-1569.
  6. ^ Ченг, Томас С. (1977), Булла, Ли А.; Ченг, Томас С. (ред.), «Биохимические и ультраструктурные доказательства двойной роли фагоцитоза у моллюсков: защита и питание», Comparative Pathobiology , Бостон, Массачусетс: Springer US, стр. 21–30, doi : 10.1007/978-1-4615-7299-2_2, ISBN 978-1-4615-7301-2, получено 2023-04-07
  7. ^ ab Rebuck, JW; Crowley, JH (1955-03-24). "Метод изучения лейкоцитарных функций in vivo". Annals of the New York Academy of Sciences . 59 (5): 757–805. doi :10.1111/j.1749-6632.1955.tb45983.x. ISSN  0077-8923. PMID  13259351. S2CID  39306211.
  8. ^ Геккель, Э. (1962). «Die Radiolarien (Rhizopoda radiaria): eine Monographye». www.worldcat.org . OCLC  1042894741 . Проверено 7 апреля 2023 г.
  9. ^ Эмброуз, Чарльз Т. (2006). «Слайд Ослера, демонстрация фагоцитоза с 1876 года: Сообщения о фагоцитозе до статьи Мечникова 1880 года». Клеточная иммунология . 240 (1): 1–4. doi :10.1016/j.cellimm.2006.05.008. PMID  16876776.
  10. ^ abcd Гордон, Сиамон (март 2016 г.). «Фагоцитоз: иммунобиологический процесс». Иммунитет . 44 (3): 463–475. doi : 10.1016/j.immuni.2016.02.026 . PMID  26982354.
  11. ^ abcdef M.), Мерфи, Кеннет (Кеннет (2012). Иммунобиология Джейнвэя . Трэверс, Пол, 1956-, Уолпорт, Марк., Джейнвэй, Чарльз. (8-е изд.). Нью-Йорк: Garland Science. ISBN 9780815342434. OCLC  733935898.{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  12. ^ abc 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.
  13. ^ abcde Адерем, Алан; Андерхилл, Дэвид М. (апрель 1999 г.). «Механизмы фагоцитоза в макрофагах». Annual Review of Immunology . 17 (1): 593–623. doi :10.1146/annurev.immunol.17.1.593. ISSN  0732-0582. PMID  10358769.
  14. ^ Иммунная система, Питер Пархэм, Garland Science, 2-е издание
  15. ^ Фланнаган, Рональд С.; Жомуйе, Валентин; Гринштейн, Серджио (28.02.2012). «Клеточная биология фагоцитоза». Ежегодный обзор патологии: механизмы заболеваний . 7 (1): 61–98. doi :10.1146/annurev-pathol-011811-132445. ISSN  1553-4006. PMID  21910624.
  16. ^ Хемиля, Харри (1992). «Витамин С и простуда». British Journal of Nutrition . 67 (1): 3–16. doi : 10.1079/bjn19920004 . PMID  1547201.
  17. ^ Borowitz JL, Gunasekar PG, Isom GE (12 сентября 1997 г.). «Генерация цианистого водорода активацией мю-опиатных рецепторов: возможная нейромодуляторная роль эндогенного цианида». Brain Research . 768 (1–2): 294–300. doi :10.1016/S0006-8993(97)00659-8. PMID  9369328. S2CID  12277593.
  18. ^ Стельмашиньска, Т (1985). «Образование HCN фагоцитирующими нейтрофилами человека — 1. Хлорирование Staphylococcus epidermidis как источник HCN». Int J Biochem . 17 (3): 373–9. doi :10.1016/0020-711x(85)90213-7. PMID  2989021.
  19. ^ Згличинский, Ян Мачей; Стельмашиньская, Тереза ​​(1988). «Респираторный взрыв нейтрофильных гранулоцитов и его влияние на инфицированные ткани». Респираторный взрыв и его физиологическое значение . стр. 315–347. doi :10.1007/978-1-4684-5496-3_15. ISBN 978-1-4684-5498-7.
  20. ^ Bilyy RO, Shkandina T, Tomin A, Muñoz LE, Franz S, Antonyuk V, Kit YY, Zirngibl M, Fürnrohr BG, Janko C, Lauber K, Schiller M, Schett G, Stoika RS, Herrmann M (январь 2012 г.). "Макрофаги различают паттерны гликозилирования микрочастиц, полученных из апоптотических клеток". The Journal of Biological Chemistry . 287 (1): 496–503. doi : 10.1074/jbc.M111.273144 . PMC 3249103 . PMID  22074924. 
  21. ^ Мукундан Л., Одегаард Дж.И., Морель С.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., Штейнман Л., Мичи С.А., Чавла А. (ноябрь 2009 г.). «PPAR-дельта воспринимает и организует очистку апоптотических клеток для повышения толерантности». Природная медицина . 15 (11): 1266–72. дои : 10.1038/нм.2048. ПМЦ 2783696 . ПМИД  19838202. 
  22. ^ Roszer, T; Menéndez-Gutiérrez, MP; Lefterova, MI; Alameda, D; Núñez, V; Lazar, MA; Fischer, T; Ricote, M (1 января 2011 г.). «Аутоиммунное заболевание почек и нарушение поглощения апоптотических клеток у мышей с дефицитом гамма-рецептора, активируемого макрофагальным пероксисомным пролифератором, или альфа-рецептора ретиноида X». Журнал иммунологии . 186 (1): 621–31. doi :10.4049/jimmunol.1002230. PMC 4038038. PMID  21135166 . 
  23. ^ Kruse, K; Janko, C; Urbonaviciute, V; Mierke, CT; Winkler, TH; Voll, RE; Schett, G; Muñoz, LE; Herrmann, M (сентябрь 2010 г.). «Неэффективное очищение умирающих клеток у пациентов с СКВ: аутоантитела к двухцепочечной ДНК, MFG-E8, HMGB-1 и другие участники». Апоптоз . 15 (9): 1098–113. doi :10.1007/s10495-010-0478-8. PMID  20198437. S2CID  12729066.
  24. ^ Хан, CZ; Равичандран, KS (23 декабря 2011 г.). «Метаболические связи во время апоптотического поглощения клеток». Cell . 147 (7): 1442–5. doi :10.1016/j.cell.2011.12.006. PMC 3254670 . PMID  22196723. 
  25. ^ Grønlien HK, Berg T, Løvlie AM (июль 2002 г.). «У полиморфной инфузории Tetrahymena vorax неселективный фагоцитоз, наблюдаемый у микростомов, меняется на высокоселективный процесс у макростомов». Журнал экспериментальной биологии . 205 (Pt 14): 2089–97. doi :10.1242/jeb.205.14.2089. PMID  12089212.
  26. ^ Montagnes, Djs; Barbosa, Ab; Boenigk, J; Davidson, K; Jürgens, K; Macek, M; Parry, Jd; Roberts, Ec; imek, K (2008-09-18). "Избирательное пищевое поведение ключевых свободноживущих простейших: пути дальнейшего изучения". Aquatic Microbial Ecology . 53 : 83–98. doi : 10.3354/ame01229 . hdl : 10400.1/1891 . ISSN  0948-3055.
  27. ^ Stibor H, Sommer U (апрель 2003 г.). «Миксотрофия фотосинтетического жгутиконосца с точки зрения оптимального кормодобывания». Protist . 154 (1): 91–8. doi :10.1078/143446103764928512. PMID  12812372.

Внешние ссылки

В Wikisource есть текст статьи « Фагоцитоз » из Британской энциклопедии 1911 года .