CC BY
20
УДК 612.112.91
Маслянко Р.П., д.б.н., професор, Левк1вський Д.М., к.вет.н., доцент;
Левк1вська Н.Д., к.вет.н., асистент © Лъв\всъкий нацюналънийутеерситет ветеринарногмедицини та бютехнологт iмет С.З.Гжицъкого
СУЧАСН1УЯВЛЕННЯ ПРО БАКТЕРИЦИДНУ АКТИВШСТЬ
ФАГОЦИТ1В
У po6omi представленi сучаст дат про кисневозалежт мехатзми захисту макрооргатзму, що здтснюетъся фагоцитуючими клтинами. Детально описано шляхи утворення реактивних метаболт1в кисню в клтинах ферментт i ферментт системи, ят берутъ участь у цъому процеа. Охарактеризовано бактерицидт властивост1 реактивних метаболт1в кисню та висвтлена i'x роль як ф1зюлог1чних Mediamopie при запалент. Вгдмгчено р1зниц1 в реал1зацп бактерицидног aKmuenocmi неитрофмъних гранулоцит1в i макрофаг1в. Проанал1зовано eidoMOcmi про роль неитрофтв у кооперацп фагоцит1в при тфекщях i наведено докази про здаттстъ цих клтин до синтезу i секрецИ'низькомолекулярних бюлог\чно активнихречовин.
Ключое1 слова: неитрофыи, макрофаги, бактерицидтречовини.
Згщно з сучасними даними [3,4,17], вщомо два виражено розтзнальних функцюнальних сташв фагоцит1в: вихщний, так званий «redox», з низьким р1внем nepe6iry процеЫв, i активований, перехщ у який зумовлений взаемод1ею кл1тини з р!зними стимуляторами. При цьому в процеЫ попередньо! дп стимул1в, зокрема бактерш, вщбуваеться збшьшення функцюнального потенщалу нейтрофЫв i макрофапв - посилення мпрацп, адгезп, дегрануляци та метабол1зму [14]. Це явище, починаючи з 1980р. [14], стосовно фагоцит1в отримало назву праймшгу «primming», тобто пщготовки, переводу кл1тин у активний робочий стан. Таким чином, нейтрофши, досягнувши мюць запалення, здатш розтзнати антиген (патоген) або безпосередньо через мембранш рецептори для опсошшв (фактори комплементу C3bFc компонент ¿муноглобулмв), або через лектини м1кроб1в i фагоцит1в (опсонш-незалежний фагоцитоз). Надал1 починаеться процес фагоцитозу, що здшснюеться за допомогою мехашзму, який д1е як «замок - стшека «змшка» вщ англ. «zipper», тобто послщовного розшзнавання патогешв псевдопод1ями фагоцит1в, вщбуваеться поглинання м1кроб1в шляхом швагшацп мазматично! мембрани кл1тин та утворення фагоцитарно! вакуол1 [6,22]. При цьому паралельно активуються дв1 функци фагоцит1в: викид вмкту гранул у фагосому та кисневий вибух. Цей процес вперше описаний в 1993р. i полягае в тому, що фагоцити р1зко збшьшують потребу в кисш у 50 - 100 раз1в, а сам процес вщбуваеться при стимуляцп комплексу НАДФ - оксидази [1,5].
© Маслянко Р.П., Левшвський Д.М., Левшвська Н.Д., 2013
204
Продукт вщновлення НАДФ - оксидазного комплексу супероксидний радикал 02 е початковим матер1алом для продукци широкого ряду реактивних оксиданив, включаючи окисш галогени, вшьш радикали та синглетний кисень. U,i окиснювач1 використовуються для знищення поглинених мжроб1в, але вони також викликають численш руйиацп оточуючих ткании, тому ix формування повинно бути вщрегульованим, для того, щоб було вщомо коли й де вони вщтвореш.
Другим етапом цього процесу е перетворення супероксидного анюну 02 в наступний могутнш окисний компонент - перекис водню (Н202)- може вщбуватися спонтанно або катал1зуватися супероксид - дисмутазою. Спонтанна реакщя вщбуваеться при рН 4,8, при якому виявляеться р1вна кшьккть 02 i Н202. При пщвищених показниках рН i переважно 02 знижуеться актившсть спонтанно! дисмутаци цього радикалу та включаеться процес канал1заци супероксиддисмутазою [13]. Перекис водню звичайно не е бактерицидною речовиною. Под1бний ефект спостер1гаеться лише тод1, коли е И висока концентрац1я. Таким чином, як утворений супероксид так i перекис водню не спроможш безпосередньо вбивати бактер1! [18].
Бшьш могутн1ми за бактерицидною д1ею е i iHmi реактивн1 метабол1ти кисню, як утворен1 i3 перекису водню. У фагоцитах наявш чотири потенцшш механ1зми перетворення перекису водню. Перший шлях здшснюеться за допомогою реакци фентона, яка була описана ще в 1894р. за участю сульфату зал1за. li' результатом е г1дроокисний радикал - ОН. При подальшому досл1дженн1 в 1934р. Хабер i Вене виявили, що утворення г1дроксильного радикалу в обмеженн1 концентраци двовалентних ioHiB зал1за, як у випадку з 61олог1чними р1динами (цитозоль фагоцит1в), до перетворення тривалентного зал1за в двовалентний може п1дключатися супероксидний анюн. Ця реакц1я отримала назву супероксид - керована реакц1я, або реакщя Хабер - Венса.
Гщроксильш радикали виявляють пошкоджуючу д1ю на бактери [12]. Вони здатн1, дшчи на SH - групи, pi3Hi ам1нокислотн1 складов! 61лк1в, викликати i'x денатурац1ю, таким чином, дезактивуючи ферменти. KpiM цього в нуклеотинових кислотах ОН руйнуе вуглеводн1 мостики м1ж нуклеотидами та розривае ланцюги ДНК i РНК, що може стати причиною мутацш i загибел1 бактерш. Однак через ряд причин щ радикали не наст1льки ефективн1 в бактерициднш д11, як може припускати i'x висока реактившеть. До них вщноситься обмежена д1я цих сполук через npocTip фагосом, а також вони можуть прореагувати з шшими субстратами не досягнув бактер1й. Однак, було вщм1чено, що г1дроксильн1 радикали, вироблеш системами, включаючи хлориди, найбшьш токсичн1 для бактер1й [10].
Синглетний кисень (Ю2) також виробляеться нейтрофшами при взаемод1! г1дроксильного радикалу з HOCI. Хоча спочатку припускали, що цей реактивний вид кисню був джерелом хем1люм1несценц1! стимульованих кл1тин, подальш1 досл1дження методом специф1чного ¿нфрачервоного випромшювання не виявили продукц1ю синглетного кисню нейтрофшами [4,18].
205
Недавно було названо ще одного реактивного метабол1ту кисню продукт рестраторного вибуху в нейтрофшах: ОЗОН (03) [7].
В останш роки активно дослщжуються шш1 метаболии, зокрема оксид азоту (N0), присутшсть якого вщм1чають у фагоцитах. N0 е вшьним радикалом (газовою молекулою), продукуеться з молекулярного кисню та гуанщинового штрогену Ь - аргшша, складеного в Ь - цитрулм [20]. Встановлено, що N0 включаеться до неспециф1чного ¿муштету та частково до комплексного мехашзму тканинного пошкодження як важливий мед1атор запальних процеЫв I апоптозу. При цьому цитотоксична / цитопатична д1я посилюеться завдяки здатносп N0 вступати в реакцш з супероксидним радикалом, утворюючи пероксиштрит. Ця сполука волод1е значно вищою реакцшною здатшстю, шж N0 чи супероксидний радикал 3 ос1бно [9]. За даними [11], система, що включае реактивш посередники азоту, похщш ¿ндуцибельно! штроксидсинтетази IN0S, кнуе не лише в макрофагах але й в нейтрофшах.
В результат! дослщжень останшх рок1в було встановлено, що N0, супероксиди та шш1 реактивш метаболии кисню беруть участь у багатьох ф1зюлопчних I патолопчних процесах як сигнальш мед1атори - провщники [14]. Регулювання переутворення р1зних джерел реактивних метаболтв кисню вщбуваеться шляхом модифжаци функци каскаду сигнально! трансдукци. Так, рання продукщя мембран - асоцшованими джерелами цих продукта може регулювати послщовшсть подш, як1 вщбуваються на плазматичнш мембраш, наприклад, включения рецептора сигналу фактору росту чи формування факторно! адгези, тод1 коли !х шзшша продукщя може модулювати внутр1шньокл1тинш юнази та геёох - чутлив1 фактори транскрипцп. Якщо при високш концентраци вшьш радикали кисню I !х похщш е небезпечними для живих оргашзм1в I можуть виб1рково руйнувати певш кл1тини, та при пом1рнш концентраци щ сполуки можуть вдаграти роль в якост1 регуляторних мед1атор1в у процесах сигнал1заци р1зних ф1зюлопчних функцш. До них вщносяться: регулящя тонусу судин, здшснення мошторингу в контрол1 киснево! вентиляци, продукци еритропоезу та ш. [21].Також вщм1чено, що щ сполуки залучаються в мехашзм старшня за допомогою притаманнш !м ушкоджуючо! активное^ у прогресуючих змшах регуляторних опосередкованих процесах, яю завершуються вираженими змшами гена. Кр1м цього показано, що N0 та реактивш метаболии кисню можуть викликати апоптоз р1зних тишв кл1тин.
В даний час, у зв'язку з1 заново вщкритими та переглянутими рашше вщомими функцюнальними властивостями нейтрофшв, схема взаемодп фагоцит1в з патогенними значною м1рою була модифжована [13, 22]. По-перше, вщм1чаеться бшьш тривалий перюд життя нейтрофша, особливо при запальних процесах 1 шфекщях; по-друге, встановлеш нов1 рецептори, здатш розшзнати ¿муномудулятор1в; по-трете, якщо рашше заперечувалася здатшсть цих кл1тин до синтезу р1зних бюлопчно активних речовин, то на даний перюд вона не викликае сумшву [17]. До них вщносяться цитокши ( ФНП - фактор некрозу пухлин, штерлейкши: 1Л. - 1, 1Л. - 2, , 1Л. -3, , 1Л. -6, , 1Л. -8, колоше -стимулююч1 фактори, комплементарш бшки, дефенсини та шшг Уточнюеться
206
роль р1зних фагоцита у специф1чно набутому ¿муштсп тварин. Зокрема, доведено, що нейтрофши здатш кооперувати з професшними антигенпредставляючими кл1тинами через передобробку та протеол1з антигешв. При цьому вони можуть викликати експресш молекул другого класу г1стосум1сност1 на мононуклеарних кл1тинах, а також представляють антиген для Bipyc - специф1чних Т - л1мфоцит1в пам'ятг U,i властивосп з'являються паралельно 3i збшьшенням активное^ м1елопероксидази [18]. 1нший регуляторний аспект нейтрофшв включае продукцш та екзоцитоз р1зних фактор1в, яю модулюють функци л1мфоцит1в , моноцигав i еозинофшв.
За сучасними даними, в rpyni цитоюшв знаходиться велика кщьккть антимкробних пептид1в, яю нейтрофши здатш видшяти в позакл1тинний npocTip у вогнищах запалення. Подальш1 дослщження функцюнальних властивостей р1зних низькомолекулярних бшюв, яю беруть участь у запаленш, представлен! в роботах [1,19].
При дослщженш бшюв цитоплазматичних гранул нейтрофшв, а ix бшьше 40, викликають не ферментт бактерицидш бшки з низькою молекулярного масою, з сумарним позитивним зарядом i бактерицидною д1ею. n,i протеши ввдграють роль мед1атора запалення, фактору проникноси, стимулятора метабол1чних процеЫв, бути джерелом опсошшв при фагоцитоз! [22, 23]. Даш бшки е специф1чним маркером нейтрофшв. До групи цих проте!шв вщносяться також так зваш бшки, що пщвищують бактерицидш властивост1 кл1тин, кателщидини, яю м1стяться в неактивнш форм1 в азурофшьних гранулах нейтрофшв. Bei вони можуть виступати в рол1 ф1зюлопчних мед1атор1в [13, 20, 23].
Наступна важлива група антимжробних пептцщв - це дефенсини низькомолекулярш катюнш пептиди, що мютять 6 цистешових i дисульфщ них зв'язюв. 1х д1я спрямована проти грампозитивних i грамнегативних мжрооргашзм1в, i здшснюеться за допомогою порушення цшеноетс бактер1альних мембран. KpiM бактерицидное^, дефенсини проявляють властивост1 регулятор1в запального процесу, зв'язуючись з шпб1торами протешази, таких як альфа 1 - антитрипсин та альфа - 1 антихемотрипсин [20].
Таким чином, можна прийти до висновку, що нейтрофши володшть багатим потенщалом низькомолекулярних бюлопчно активних речовин, яю вони здатш видшяти в позакл1тинну циркуляцш в оргашзмг Певне мюце займають молекулярш м1жкл1тинш мед1атори, що видшяються нейтрофшами -активш метаболии окису азоту та кисню. U,i м1жкл1тинш посередники фагоцит1в здатш контролювати розвиток запалення на р1зних стад1ях ¿мунно! вщповда оргашзму й така взаеморегулящя функцюнально! активное^ цих кл1тин може бути наслщком присутност1 в оргашзм1 ix загально! родоначально! кл1тини.
Л1тература
1. Долгушин И.И. Роль нейтрофилов в регуляции иммунной реактивности и ренаративных реакций поврежденной ткани / И.И. Долгушин, A.B. Зурочка, A.B. Чукичев // Вестн. РАМН. - 2010. - №2. - С. 14-17.
207
2. Гамалей И.А. Проблемы воспаления з позиции теории и практики / И.А. Гамалей, И.В. Кмобин // Цитология. - 1996. - №38. - С.1233 - 1248.
3. Клебанов Г.И. Клеточные механизмы прайминга и активации фагоцитов / Г.И. Клебанов, Ю.А. Владимиров // Успех совр. биол.- 1999. - № 119(5). - С. 462 - 475.
4. Маслянко Р.П. Сучасний стан вчення про фагоцитозу / Р.П. Маслянко, Р.Й. Кравщв, Ю.Р. Кравщв //Наук. вкник ЛНАВМ. - 2005. Т.7. 41. С. 71 - 77.
5. Маслянко Р.П. Функцюнальна актившсть нейтрофшьних гранулоциив у проти шфекцшному захисп тварин / Р.П. Маслянко, Ю.Р. Кравщв // Наук. bichhk ЛНАВМ та БТ. - 2007. 49. С. 185-193.
6. Маслянко Р.П. Функцюнальна актившсть нейтрофшв кров1 ягнят при гострш i затяжнш fliapei / Р.П. Маслянко, Д.М. Левювський // Наук. вкник ЛНУВМ та БТ. - 2007. Т9 (32). С.42-49.
7. Маянский А.Н. Очерки о нейтрофиле и макрофаге / А.Н. Маянский, М.Ю. Маянский //Новосибирск. - 1989. - 172 с.
8. Babior B.M. Investigating antibody catalized ozone generation by human neutrophils / B.M. Babior, C. Takenchi, Y. Kuedi // Proc.watl. Acacl. Sci, USA. -2003. - V.100. - P. 3031 - 3034.
9. Batandier C. Determination 7 mitochondrial reactive oxygen species: methodological species / C. Batandier, E. Fontaine, C. Kriel // Y.Clin. Mol. Med. -2002. - V.6. - P.175 - 182.
10. Beckman Y.S. Witric oxide, supeoxide and peroksinitrite the good, the bad and ugly / Y.S. Beckman, W.H. Koppenol // Am. Y. Physiol. - 1996. - V. 271. -P. 1424 - 1437.
11. Borregaard N. Granules of the human neutrophils polymorphonuclear Leukocytes / N.B. Borregaard, Y.B. Cowland // Blood. - 1997. - V.89. - H. 3503 -3521.
12. Burgner D. Nitric oxide and infections diseases / D. Burgner, R. Rockett // Arch. Dis. Child. - 1999. - V.8. - P. 185 - 189.
13. De Toledo G.A. Pateh - clamp measurements reveal multimodal distribution of granule sizes in rat mast cells / G. A. De Toledo, Y.M. Fernandez // Y.Cell. Bioll. - 1990. - V.110. - P. 1033 - 1038.
14. Decamps - Latscha B. Relations polynucleares neutrophils et monocytes
- macrophages / B. Decamps - Latscha, V. Witko - Sarsat // Rew. Fr. Allergol. -1990. - V.39. - P. 241 - 247.
15. Druge W. Free radicals in the physiological control of cell function / W. Druge // Physiol. Rev. - 2002. - V. 82. - P. 47 - 95.
16. Grandfeldt D. Capacitatite Ca 2+influs and activation of the neutrophil respiratory burst. Different regulation of plasma membrane and granule - localized NADPH - oxidase / D. Grandfeldt, M. Samuelsson, A. Karlsson // Y. Leukocyte Biol.
- 2002. - v. 71. - P. 611 - 617.
17. Klebanoff S.Y. Myeloperoxidase : friend and foe / S.Y. Klebanoff // Lencoc. Bid. - 2005. -V. 77. - P. 598 - 625.
208
18. Kurnuczi G.F. Serum proteins modified by neutrophil - derived oxidants as mediators of neutrophil stimulation / G.F. Kurmuczi // Y. Immunol. - 2001. -V.167. - P 451 -460.
19. Labro M.T. Interference of antibacterial agents with phagocyte functionsA Immunomodulation or immuno - fairy tales / M.T. Labro // Clin. Microbiol. Rew. - 2000. - V.13.- P615 - 630.
20. Levi O. Therapeutic potential of the bactericidal / Permeability inereasiu protein / O. Levi // Expert. Opin. Investig. Drugs. - 2002. - V.II. P. 150 - 167.
21. Nathan C. Reactive oxygen and nitrogen intermediates in the relation ship Between mammalian host and microbial pathogens / C. Wathan, M. Shiloch // Proc. Soc. Acod. Sci. USA. - 2000. - V. 67. - P. 8841 - 8848.
22. Werner E. GT Pases and reactive oxygen species switches for killing and signaling / E. Werner // Y.CM.Sci. - 2004.- V. 117. - P.143 - 153.
23. Witko - Sarsat V. Neutrophils:molecules, functions and pathophysiological aspecta / V.Witko - Sarsat // Labor. Investig. - 2008. - 88. - P. 617 - 653.
24. Zarember K.A. Host defense functions of proteolytically processed and porent catelicidins of rabit granucocytes / K.A. Zarember // Infeet. Immunol. - 2002. - V. 70. P. 369 - 376.
25. Zhao X. Cathcart protein kinase C. regulates p 67 phogs phosfonylation in monocytes / X. Zhao, B.Xy // Y. Leukocyte Biol. - 2005. - V. 77. P. 414 - 420.
Summary
In this review the recent data about oxygen depended mechanism of host defense fulfilled by phagocytes cells were presented. The directions of the reactive metabolites oxygen formations and enzymicgystems participating in its generation were described in details. The bactericidal characteristics of oxygen reactive metabolites are given , it was marker their role as like as physiologic messengers of inflammation. The differences realization of the bactericidal activity of neutrophils or macrophages were characterized. The information about role of neutrophils in phagocytes cooperation in infection was analyzed as well as the proof of these cells ability to the synthesis and excretion of bioactive extracellarly substances with low -molecular weight.
Рецензент - д.б.н., професор Куртяк Б.М.
209
