Работа иммунной системы сопряжена с постоянными тренировками, которые формируют врожденный и приобретенный иммунитет. Чем они отличаются и как работают.
Каждый человек рождается с врожденным иммунитетом. В нем участвуют макрофаги, нейтрофилы и система комплемента, которые реагируют на все чужеродные вещества сходным образом, и поэтому распознавание антигенов происходит у разных людей одинаково.
Как указывает название, приобретенный иммунитет человек приобретает в течение жизни. При рождении его иммунная система еще не контактировала с внешним миром и не имеет «памяти» о разнообразных антигенах. Она учится реагировать на каждый новый антиген, с которым сталкивается человек, и запоминать его, поэтому приобретенный иммунитет очень специфичен.
Иммунная система сохраняет память о каждом антигене, независимо от того, попадал ли он в организм через легкие (при дыхании), кишечник (с пищей) или кожу. Это возможно благодаря тому, что лимфоциты живут долго. Когда эти клетки сталкиваются с антигеном во второй раз, они запускают быстрый, энергичный, специфический ответ на него. Поэтому ветряная оспа или корь не возникают у людей больше одного раза в жизни, а прививки позволяют успешно предотвращать болезни. Например, для профилактики полиомиелита человека вакцинируют ослабленной формой вызывающего это заболевание вируса. Если позже человек подвергается воздействию активного вируса полиомиелита, иммунная система находит в своей памяти данные о вирусе и быстро активирует соответствующие механизмы защиты. В результате специфические антитела нейтрализуют вирус прежде, чем он получит возможность размножаться и повреждать нервную систему.
Врожденный и приобретенный иммунитет взаимосвязаны. Они влияют друг на друга непосредственно или через цитокины (посредники). В редких случаях определенный стимул провоцирует один ответ. Чаще возникают несколько ответов, которые могут усиливать друг друга, а иногда находиться во взаимном противоречии. В любом случае, все ответы развиваются по схеме: распознавание – мобилизация – атака.
Распознавание
Прежде чем иммунная система сможет ответить на антиген, она должна его распознать. Это происходит в процессе, который называется «обработкой антигена». Основными клетками, обрабатывающими антиген, являются макрофаги, но выполнять такую функцию могут также и другие клетки, в том числе B-лимфоциты.
Обрабатывающие антиген клетки захватывают чужеродный объект и разделяют его на небольшие фрагменты, которые объединяются с молекулами главного комплекса гистосовместимости и прикрепляются к поверхности клеток. Затем тот участок главного комплекса гистосовместимости, который несет фрагмент антигена, связывается со специальной молекулой на поверхности T-лимфоцита – рецептором Т-лимфоцита (Т-клеточным рецептором). Они должны соответствовать друг другу, как ключ замку.
Мобилизация
После того как обрабатывающая антиген клетка и T-лимфоцит распознают антиген, начинаются реакции, направленные на то, чтобы мобилизовать иммунную систему. Поглотив антиген, представляющая его клетка выделяет цитокины, в частности интерлейкин-1, интерлейкин-8 или интерлейкин-12.
Интерлейкин-1 мобилизует другие T-лимфоциты, интерлейкин-12 – естественные киллеры, стимулируя выработку ими интерферона, а интерлейкин-8 привлекает нейтрофилы к месту, где обнаружен антиген. Этот процесс передвижения клеток под влиянием химических веществ называется хемотаксисом.
Контактировавшие с антигеном T-лимфоциты вырабатывают цитокины, которые помогают мобилизовать другие лимфоциты, усиливая иммунный ответ. Цитокины могут также активировать неспецифическую защиту, участвуя таким образом во врожденном и приобретенном иммунитете.
Атака
Большая часть компонентов иммунной системы предназначена для уничтожения или выведения из организма болезнетворных микроорганизмов. Этим занимаются макрофаги, нейтрофилы и естественные киллеры.
Если чужеродный агент не удается нейтрализовать полностью, организм изолирует его при помощи гранулемы – ограниченного очага воспаления. Примером инфекции, которую организм не может полностью уничтожить, являются бактерии, вызывающие туберкулез. Как правило, люди с крепким здоровьем, подвергшиеся их воздействию, не заболевают туберкулезом, но некоторые бактерии остаются жить в гранулеме долго, обычно в легких. Если иммунная система ослабляется (это может произойти даже через 50 или 60 лет), стенки гранулемы разрушаются, и бактерии начинают размножаться.
Организм борется с болезнетворными микробами по-разному. С теми из них, которые остаются вне клеток организма, иммунная система справляется относительно легко: она облегчает их поглощение макрофагами и другими клетками, мобилизуя защитные механизмы. Этот механизм зависит от того, имеют микробы капсулу или нет. С теми же чужеродными агентами, которые проникают внутрь клеток, организм борется совершенно особым способом.
Внеклеточные микроорганизмы, имеющие капсулу
Некоторые бактерии имеют капсулу, которая защищает их клеточную стенку и предотвращает их распознавание макрофагами. К таким бактериям относятся стрептококки, вызывающие, в частности, стрептококковую ангину. Для развития иммунного ответа B-лимфоциты должны синтезировать антитела против веществ капсулы. Антитела также нейтрализуют токсины, которые вырабатывают некоторые бактерии.
Синтезированные антитела присоединяются к капсулам. Комплекс антитела и бактерии называется иммунным комплексом. Он присоединяется к рецептору на макрофаге. Это способствует поглощению всего комплекса макрофагом, где бактерии перевариваются. Иммунный комплекс активирует также белки системы комплемента, которые присоединяются к нему и этим облегчают его выявление и дальнейшее поглощение макрофагом.
Внеклеточные микроорганизмы, не имеющие капсулы
Некоторые бактерии имеют только клеточную стенку, не защищенную капсулой. К ним относится кишечная палочка (Escherichia coli), вызывающая пищевое отравление и воспалительные заболевания мочевого тракта. Когда не имеющие капсулы бактерии вторгаются в организм, начинают действовать макрофаги, естественные киллеры, цитокины и система комплемента.
Макрофаги имеют рецепторы, которые распознают молекулы на поверхности таких бактерий. После того как эти молекулы и рецепторы соединятся, макрофаг захватывает бактерию. Этот процесс называется фагоцитозом. В ходе фагоцитоза макрофаг выделяет цитокины, привлекающие нейтрофилы. Нейтрофилы захватывают и уничтожают еще большее количество бактерий. Некоторые цитокины, продуцируемые макрофагами, активируют естественные киллеры, которые в результате приобретают способность уничтожать бактерии самостоятельно или помогают нейтрофилам и макрофагам делать это более эффективно.
Не имеющие капсулы бактерии активируют также систему комплемента. Одна часть его белков непосредственно участвует в разрушении бактерий, а другая часть привлекает нейтрофилы, которые расправляются с оставшимися бактериями.
Внутриклеточные микроорганизмы
Некоторые микроорганизмы, например, микобактерии туберкулеза, для того чтобы вызвать болезнь, должны попасть внутрь клеток организма. Поэтому они не имеют никакой защиты против поглощения их клетками иммунной системы. Внутри клетки такие микроорганизмы окружены защитной структурой, называемой пузырьком (вакуолью). Пузырьки могут соединяться с другими пузырьками внутри цитоплазмы, например, теми, в которых находятся молекулы главного комплекса гистосовместимости.
При слиянии пузырьков главный комплекс гистосовместимости захватывает некоторые фрагменты бактерий. Когда он оказывается на поверхности клетки, T-лимфоциты узнают его молекулы и реагируют на фрагменты антигена, выделяя цитокины. Цитокины активируют макрофаги. Эта активация приводит к выработке новых веществ, которые позволяют макрофагу уничтожить микроорганизмы, находящиеся внутри клетки.
Вирусы – это другой пример микроорганизмов, проявляющих активность только внутри клеток. Однако вирусы подвергаются обработке не в пузырьках, а в специальных структурах – протеосомах. Эти структуры расщепляют вирус на фрагменты, которые затем транспортируются к другой структуре, называемой эндоплазматическим ретикулумом – «фабрике» для синтеза различных веществ. В эндоплазматическом ретикулуме образуются также молекулы главного комплекса гистосовместимости, относящиеся к классу I. После того как их сборка закончится, они подбирают фрагменты вируса и вместе с ними прикрепляются к поверхности клетки.
Некоторые T-лимфоциты распознают эти молекулы, которые теперь содержат вирусные фрагменты, и связываются с ними. После связывания сигнал, переданный с клеточной мембраны внутрь клетки, активирует T-лимфоциты, специфические по отношению к конкретному антигену, и большинство из них превращаются в Т-киллерные клетки. Однако в отличие от естественных киллеров, Т-киллерные клетки уничтожают только клетки, пораженные вирусом, который стимулировал их активацию. Например, Т-киллерные клетки борются против вируса гриппа. Людям обычно требуется от 7 до 10 дней, чтобы справиться с этой болезнью, потому что именно столько времени необходимо для выработки Т-киллерных клеток, которые активны против вируса гриппа данного типа.
T-лимфоциты являются частью иммунной системы. Они помогают выявлять антигены – вещества, чужеродные для организма. Однако для этого антиген должен быть обработан и «представлен» Т-лимфоциту в особой форме, по которой он сможет обнаружить «чужака».
1. Циркулирующий в организме антиген имеет форму, по которой T-лимфоцит не может его узнать.
2. Обрабатывающая антигены клетка, например, макрофаг, захватывает антиген.
3. Ферменты в обрабатывающей антигены клетке расщепляют антиген на фрагменты.
4. Некоторые фрагменты антигена связываются с молекулами главного комплекса гистосовместимости и прикрепляются к поверхности клетки.
5. Рецептор, расположенный на поверхности T-лимфоцита (Т-клеточный рецептор), узнает фрагмент антигена, связанный с молекулой главного комплекса гистосовместимости, и соединяется с ним.
