Фагоцитоз - Phagocytosis

Обзор фагоцитоза
Фагоцитоз против экзоцитоза

Фагоцитоз (из Древнегреческий φαγεῖν(фагеин) 'есть' и κύτος, (Китос) 'ячейка') - это процесс, с помощью которого ячейка использует свой плазматическая мембрана захватить крупную частицу (≥ 0,5 мкм), образуя внутреннее пространство, называемое фагосома. Это один из видов эндоцитоз. Клетка, выполняющая фагоцитоз, называется фагоцит.

Поглощение возбудителя фагоцитом

В многоклеточный организм иммунная система, фагоцитоз является основным механизмом, используемым для удаления патогены и клеточный мусор. Затем проглоченный материал переваривается в фагосоме. Бактерии, мертвые клетки тканей и мелкие минеральные частицы - все это примеры объектов, которые могут быть фагоцитированы. Немного простейшие использовать фагоцитоз как средство получения питательных веществ.

История

Фагоцитоз впервые заметил канадский врач Уильям Ослер (1876),[1] и позже изучен и назван Эли Мечников (1880, 1883).[2]

В иммунной системе

Сканирующая электронная микрофотография фагоцитозирования фагоцита (желтый, справа) бациллы сибирской язвы (оранжевый, слева)
Основная статья: Фагоцит

Фагоцитоз - один из основных механизмов врожденный иммунитет защита. Это один из первых процессов, реагирующих на инфекционное заболевание, а также является одной из исходных ветвей адаптивный иммунитет отклик. 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 в беспозвоночные.[3]

Профессиональные фагоцитарные клетки

Световая микроскопическая видеопоследовательность нейтрофила из крови человека, фагоцитирующего бактерию

Нейтрофилов, макрофаги, моноциты, дендритные клетки, остеокласты и эозинофилы можно отнести к профессиональным фагоцитам.[2] Первые три имеют наибольшую роль в иммунном ответе на большинство инфекций.[3]

Роль нейтрофилов заключается в патрулировании кровотока и быстрой миграции в ткани в больших количествах только в случае инфекции.[3] Там они оказывают прямое микробицидное действие за счет фагоцитоза. После приема внутрь нейтрофилы эффективны во внутриклеточном уничтожении патогенов. Нейтрофилы фагоцитируют главным образом через рецепторы Fcγ и рецепторы комплемента 1 и 3. Микробицидный эффект нейтрофилов обусловлен 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 высоким активные формы кислорода производство (окислительный взрыв) обладает сильным микробицидным действием.[4]

Моноциты и макрофаги, которые созревают из них, покидают кровообращение, чтобы мигрировать через ткани. Там они проживают в камерах и образуют барьер для отдыха.[3] Макрофаги инициируют фагоцитоз посредством рецепторы маннозы, рецепторы поглотителей, Рецепторы Fcγ и рецепторы комплемента 1, 3 и 4. Макрофаги долговечны и могут продолжать фагоцитоз, образуя новые лизосомы.[3][5]

Дендритные клетки также находятся в тканях и поглощают патогены путем фагоцитоза. Их роль не в убийстве или уничтожении микробов, а в их разрушении для презентация антигена клеткам адаптивной иммунной системы.[3]

Инициирующие рецепторы

Рецепторы фагоцитоза можно разделить на две категории по распознаваемым молекулам. Первые, опсонические рецепторы, зависят от опсонины.[6] Среди них есть рецепторы, распознающие Fc-часть связанного IgG антитела, депонированные дополнять или рецепторы, распознающие другие опсонины клеточного или плазменного происхождения. Неопсонические рецепторы включают рецепторы лектинового типа, Дектин рецепторы, или рецепторы поглотителей. Некоторые фагоцитарные пути требуют второго сигнала от рецепторы распознавания образов (PRR) активируется при прикреплении к патоген-ассоциированные молекулярные паттерны (PAMPS), что приводит к NF-κB активация.[2]

Рецепторы Fcγ

Рецепторы Fcγ распознают мишени, покрытые IgG. Основная признанная часть - это Fc фрагмент. В молекуле рецептора содержится внутриклеточный ITAM домен или связывается с адаптерной молекулой, содержащей ITAM. Домены ITAM передают сигнал с поверхности фагоцита в ядро. Например, активирующие рецепторы макрофагов человека: FcγRI, FcγRIIA, и FcγRIII.[5] Фагоцитоз, опосредованный рецептором Fcγ, включает образование выступов клетки, называемых «фагоцитарной чашкой», и активирует окислительный взрыв нейтрофилов.[4]

Рецепторы комплемента

Эти рецепторы распознают мишени, покрытые C3b, C4b и C3bi из комплемента плазмы. Внеклеточный домен рецепторов содержит лектин-подобный домен связывания комплемента. Распознавания рецепторами комплемента недостаточно, чтобы вызвать интернализацию без дополнительных сигналов. В макрофагах CR1, CR3 и CR4 отвечают за распознавание целей. Покрытые комплементом мишени интернализуются, «погружаясь» в мембрану фагоцита без каких-либо выступов.[5]

Рецепторы маннозы

Манноза и другие сахара, связанные с патогенами, такие как фукоза, распознаются рецептором маннозы. Восемь лектиноподобных доменов образуют внеклеточную часть рецептора. Прием внутрь, опосредованный рецептором маннозы, отличается по молекулярным механизмам от фагоцитоза, опосредованного рецептором Fcγ или рецептором комплемента.[5]

Фагосома

Поглощению материала способствует сократительная система актин-миозин. Фагосома - это органелла, образованная фагоцитозом материала. Затем он движется к центросома фагоцита и сливается с лизосомы, образуя фаголизосома и ведет к деградации. Постепенно фаголизосома подкисляется, активируя ферменты деградации.[2][7]

Разложение может быть кислородно-зависимым или кислородно-независимым.

  • Кислородозависимое разложение зависит от НАДФН и производство активные формы кислорода. Пероксид водорода и миелопероксидаза активируют галогенирующую систему, что приводит к созданию гипохлорит и уничтожение бактерий.[8]
  • Кислородонезависимая деградация зависит от высвобождения гранул, содержащих ферменты, такие как лизоцимы и катионные белки, такие как дефенсины. В этих гранулах присутствуют другие антимикробные пептиды, в том числе лактоферрин, который секвестрирует утюг для обеспечения неблагоприятных условий 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, ведущих к гибели клеток.[4][5]

Лейкоциты генерировать цианистый водород во время фагоцитоза и может убить бактерии, грибы, и другие патогены, производя несколько других токсичных химических веществ.[9][10][11]

Некоторые бактерии, например Бледная трепонема, Escheria coli и Золотистый стафилококк, способны избежать фагоцитоза за счет нескольких механизмов.

При апоптозе

Следующий апоптоз, умирающие клетки должны быть захвачены макрофагами в окружающие ткани в процессе, называемом эффероцитоз. Одной из особенностей апоптотической клетки является представление на поверхности клетки множества внутриклеточных молекул, таких как кальретикулин, фосфатидилсерин (из внутреннего слоя плазматической мембраны), аннексин A1, окисленный ЛПНП и изменил гликаны.[12] Эти молекулы распознаются рецепторами на клеточной поверхности макрофага, такими как рецептор фосфатидилсерина, или растворимыми (свободно плавающими) рецепторами, такими как тромбоспондин 1, ГАЗ6, и MFGE8, которые затем связываются с другими рецепторами макрофага, такими как CD36 и альфа-v бета-3 интегрин. Нарушение клиренса апоптотических клеток обычно связано с нарушением фагоцитоза макрофагов. Накопление остатков апоптозных клеток часто вызывает аутоиммунные нарушения; таким образом, фармакологическое усиление фагоцитоза имеет медицинский потенциал при лечении определенных форм аутоиммунных заболеваний.[13][14][15][16]

Трофозоиты Entamoeba histolytica с проглоченными эритроцитами

В протистах

Во многих протисты, фагоцитоз используется как средство питания, обеспечивая их полное или частичное питание. Это называется фаготрофным питанием, в отличие от осмотрофический питание, которое происходит путем абсорбции.[нужна цитата ]

  • В некоторых, например амеба, фагоцитоз происходит путем окружения целевого объекта ложноножки, как в фагоцитах животных. У человека амебозойный Entamoeba histolytica может фагоцитозировать красные кровяные тельца.
  • Инфузории также участвуют в фагоцитозе.[17] У инфузорий в клетке есть специализированная бороздка или камера, в которой происходит фагоцитоз, называемая цитостом или рот.

Как и в случае фагоцитарных иммунных клеток, полученная фагосома может быть объединена с лизосомами, содержащими пищеварительный тракт. ферменты, образуя фаголизосому. Затем частицы пищи будут перевариваться, а высвободившиеся питательные вещества рассеиваются или транспортируются в цитозоль для использования в других метаболических процессах.[18]

Миксотрофия может включать фаготрофное питание и фототрофный питание.[19]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Амвросий, Чарльз Т. (2006). «Слайд Ослера, демонстрация фагоцитоза с 1876 года: отчеты о фагоцитозе до статьи Мечникова 1880 года». Клеточная иммунология. 240 (1): 1–4. Дои:10.1016 / j.cellimm.2006.05.008. PMID  16876776.
  2. ^ а б c d Гордон, Сиамон (март 2016 г.). «Фагоцитоз: иммунобиологический процесс». Иммунитет. 44 (3): 463–475. Дои:10.1016 / j.immuni.2016.02.026. PMID  26982354.
  3. ^ а б c d е ж М.), Мерфи, Кеннет (Kenneth (2012). Иммунобиология Джейнвей. Трэверс, Пол, 1956-, Уолпорт, Марк., Джейнвей, Чарльз. (8-е изд.). Нью-Йорк: Наука о гирляндах. ISBN  9780815342434. OCLC  733935898.
  4. ^ а б c Витко-Сарсат, Вероник; Рье, Филипп; Декамп-Латша, Беатрис; Лесавр, ​​Филипп; Halbwachs-Mecarelli, Lise (май 2000 г.). «Нейтрофилы: молекулы, функции и патофизиологические аспекты». Лабораторные исследования. 80 (5): 617–653. Дои:10.1038 / labinvest.3780067. ISSN  0023-6837. PMID  10830774.
  5. ^ а б c d е Адерем, Алан; Андерхилл, Дэвид М. (апрель 1999 г.). «Механизмы фагоцитоза в макрофагах». Ежегодный обзор иммунологии. 17 (1): 593–623. Дои:10.1146 / annurev.immunol.17.1.593. ISSN  0732-0582. PMID  10358769.
  6. ^ Иммунная система, Питер Пархэм, Garland Science, 2-е издание
  7. ^ Flannagan, Ronald S .; Жомуй, Валентин; Гринштейн, Серджио (28 февраля 2012). «Клеточная биология фагоцитоза». Ежегодный обзор патологии: механизмы заболевания. 7 (1): 61–98. Дои:10.1146 / annurev-pathol-011811-132445. ISSN  1553-4006. PMID  21910624.
  8. ^ «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2016-03-03. Получено 2011-10-28.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (ссылка на сайт)
  9. ^ Боровиц Дж. Л., Гунасекар П. Г., Изом Г. Е. (12 сентября 1997 г.). «Генерация цианида водорода путем активации мю-опиатных рецепторов: возможная нейромодулирующая роль эндогенного цианида». Исследование мозга. 768 (1–2): 294–300. Дои:10.1016 / S0006-8993 (97) 00659-8. PMID  9369328. S2CID  12277593.
  10. ^ Стельмашинская, 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. PMID  2989021.
  11. ^ Згличинский, Ян Мацей; Стельмашинская, Тереза ​​(1988). Респираторный взрыв и его физиологическое значение. С. 315–347. Дои:10.1007/978-1-4684-5496-3_15. ISBN  978-1-4684-5498-7.
  12. ^ Белый Р.О., Шкандина Т., Томин А., Муньос Л.Е., Франц С., Антонюк В., Кит Ю.Ю., Зирнгибл М., Фюрнрохр 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. ЧВК  3249103. PMID  22074924.
  13. ^ Mukundan L, Odegaard JI, Morel CR, Heredia JE, Mwangi JW, Ricardo-Gonzalez RR, Goh YP, Eagle AR, Dunn SE, Awakuni JU, Nguyen KD, Steinman L, Michie SA, Chawla A (ноябрь 2009 г.). «PPAR-дельта определяет и управляет клиренсом апоптозных клеток, чтобы способствовать толерантности». Природа Медицина. 15 (11): 1266–72. Дои:10,1038 / нм.2048. ЧВК  2783696. PMID  19838202.
  14. ^ Росзер, Т; Менендес-Гутьеррес, член парламента; Лефтерова М.И.; Аламеда, Д; Núñez, V; Лазарь, Массачусетс; Фишер, Т; Ricote, M (1 января 2011 г.). «Аутоиммунное заболевание почек и нарушение поглощения апоптотических клеток у мышей с дефицитом рецептора гамма-рецептора, активируемого пролифератором пероксисом макрофагов, или дефицитом альфа-рецептора ретиноида X». Журнал иммунологии. 186 (1): 621–31. Дои:10.4049 / jimmunol.1002230. ЧВК  4038038. PMID  21135166.
  15. ^ Kruse, K; Янко, C; Урбонавичуте, V; Mierke, CT; Винклер, TH; Фолль, RE; Schett, G; Muñoz, LE; Херрманн, М. (сентябрь 2010 г.). «Неэффективный клиренс умирающих клеток у пациентов с СКВ: аутоантитела к dsDNA, MFG-E8, HMGB-1 и другие игроки». Апоптоз. 15 (9): 1098–113. Дои:10.1007 / s10495-010-0478-8. PMID  20198437. S2CID  12729066.
  16. ^ Хан, Чехия; Равичандран, KS (23 декабря 2011 г.). «Метаболические связи при апоптотическом поглощении клеток». Клетка. 147 (7): 1442–5. Дои:10.1016 / j.cell.2011.12.006. ЧВК  3254670. PMID  22196723.
  17. ^ 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 (Pt 14): 2089–97. PMID  12089212.
  18. ^ Монтань, диджеи; Barbosa, Ab; Boenigk, J; Дэвидсон, К; Юргенс, К; Мацек, М; Парри, Джей; Робертс, Ec; Имек, К (18.09.2008). «Избирательное кормление основных свободноживущих простейших: возможности для дальнейшего изучения». Экология водных микробов. 53: 83–98. Дои:10.3354 / ame01229. ISSN  0948-3055.
  19. ^ Stibor H, Sommer U (апрель 2003 г.). «Миксотрофия фотосинтетических жгутиконосцев, рассматриваемая с оптимальной точки зрения кормления». Протист. 154 (1): 91–8. Дои:10.1078/143446103764928512. PMID  12812372.

внешняя ссылка