CC BY
23
УДК 612.112.91
Маслянко Р.П., д.б.н., професор; © Левкчвськнй Д.М., к.вет.н., доцент;
Олексюк I.I., к.б.н., доцент;
Падовський A.I., к.вет.н., доцент. Лъв\всъкий нацюналънийутеерситет ветеринарногмедицини та бютехнологт
¡меш С. 3. Гжицъкого
СУЧАСН1УЯВЛЕННЯ ПРО БАКТЕРИЦИДНУ АКТИВШСТЬ
ФАГОЦИТ1В
E po6omi представлет сучасш дат про кисневозалежт мехашзми захисту макрооргатзму, що здтснюетъся фагоцитуючими клтинами. Детально описано шляхи утворення реактивних метаболт1в кисню в клтинах i ферментт системи, ят берутъ участь у цъому процеа. Охарактеризовано бактерицидш властивост1 реактивних метаболт1в кисню та висвтлена i'x роль як ф1зюлог1чних Mediamopie при запаленш. Вгдмгчено р1зниц1 в реал1зацп бактерицидног aKmuenocmi неитрофыъних гранулоцит1в i макрофаг1в при тфекщях i наведено докази про здатшстъ цих клтин до синтезу i секрецп низъкомолекулярних бюлог\чно активнихречовин.
Ключое1 слова: неитрофыи, макрофаги, бактерицидшречовини.
Згщно з сучасними даними [5], вщомо два виражено розтзнавальних функцюнальних стани фагоцит1в: вихщний, так званий «redox", з низьким р1внем nepe6iry процеЫв, i активований, перехщ у який зумовлений взаемод1ею кл1тннн з р!зннми стимуляторами. При цьому в процеЫ попередньо! стимул1в, зокрема бактерш, вщбуваеться збшьшення функцюнального потенщалу нейтрофЫв i макрофапв - посилення мпрацп, адгези, дегрануляци та метабол1зму [24]. Це явище, починаючи з 1980 р.[24], стосовно фагоцит1в отримало назву праймшгу (primming), тобто пщготовки, переводу кл1тин в активний робочий стан. Таким чином, нейтрофши, досягнувши мюць запалення, здатш розтзнати антиген (патоген) або безпосередньо через мембранш рецептори для опсошшв (фактори комплементу C3b i Fc компонент ¿муноглобулмв), або через лектини м1кроб1в i фагоцит1в (опсонш-незалежний фагоцитоз). Надал1 починаеться процес фагоцитозу, що здшснюеться за допомогою мехашзму, який д1е як «замок-ст1жка (змшка)» (вщ англ. zipper), тобто, послщовного розтзнавання патогешв псевдопод1ями фагоциив, вщбуваеться поглинання мкроб1в шляхом швагшацп плазматично! мембрани кл1тин та утворення фагоцитарно! вакуол1 [6, 8]. При цьому паралельно активуються дв1 функцп фагоцитш: викид вмютимого гранул у фагосому та кисневий вибух. Цей процес вперше описаний у 1933 p. i полягае в тому, що фагоцити р1зко збшьшують потребу в кисш - у 50-100 раз1в, а сам процес вщбуваеться при стимуляци комплексу НАДФ-оксидази [5].
© Маслянко Р.П., Левшвський Д.М., Олексюк I.I., Падовський A.I., 2012
226
Продукт вщновлення НАДФ-оксидазного комплексу супероксидний радикал - О-2 - е початковим матер1алом для продукци широкого ряду реактивних оксидашгв, включаючи окисш галогени, вшьш радикали та синглетний кисень. U,i окиснювач1 використовуються для знищення поглинених м!кроб!в, але вони також викликають численш руйнаци оточуючих тканин, тому 1х формування повинно бути вщрегульованим для того, щоб було вщомо коли й де вони вщтвореш.
Другим етапом цього процесу е перетворення супероксидного анюну О-2 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 кшькють О-2 i Н202. При пщвищених показниках рН i переважанш О-2 - знижуеться актившсть спонтанно! дисмутаци цього радикалу та включаеться процес канал1заци супероксиддисмутазою [3]. Под1бний ефект спостер1гаеться лише тод1, коли е И висока концентращя. Таким чином, як утворений супероксид, так i перекис водню не спроможш безпосередньо вбивати бактери [28].
Бшьш могутшми за бактерицидною д1ею е iHmi реактивн1 метаболии кисню, як1 утворен1 i3 перекису водню. У фагоцитах наявш чотири потенц1йн1 механ1зми перетворення перекису водню. Перший шлях здшснюеться за допомогою реакц1! фестона, яка була описана ще в 1894 р. за участю сульфату зал1за. li' результатом е г1дроокисний радикал ОН. При подальшому досл1дженн1 в 1934 р. Хабер i Вейс виявили, що утворення г1дроокисного радикалу в обмеженш концентрац1! двовалентних ioHiB зал1за, як у випадку з 61олог1чними рщинами (цитозоль фагоцит1в), до перетворення тривалентного зал1за у двовалентне може пщключатися супероксидний ан1он. Ця реакц1я отримала назву супероксид-керована реакц1я, або реакщя Хабер-Вейса.
Г1дроксильн1 радикали виявляють пошкоджуючу д1ю на бактер1! [15]. Вони здатш, д1ючи на SH-групи, pi3Hi ам1нокислотн1 складов! 61лк1в, викликати i'x денатурац1ю, таким чином дезактивуючи ферменти. KpiM цього в нукле!нових кислотах ОН руйнуе вуглеводн1 м1стки м1ж нуклеотидами та розривае ланцюги ДНК i РНК, що може стати причиною мутацш i загибел1 бактерш. Однак, за рядом причин щ радикали не наст^льки ефективн1 в бактерициднш д11, як може припускати ix висока реактивн1сть. До них належить обмежена д1я цих сполук через npocTip фагосом, а також вони можуть прореагувати з шшими субстратами, не досягнувши бактер1й. Однак, було вщм1чено, що г1дроксильн1 радикали, вироблеш системами, включаючи хлориди, найбшьш токсичн1 для бактер1й [28].
Синглетний кисень (102) також виробляеться нейтрофшами при взаемод11 г1дроксильного радикалу з HOCl, хоча спочатку припускали, що цей реактивний вид кисню був джерелом хем1люм1несценц11 стимульованих кл1тин, подальш1 досл1дження методом специф1чного ¿нфрачервоного випромшювання не виявили продукц1ю синглетного кисню нейтрофшами [22].
Недавно було названо ще один реактивний метабол1т кисню - продукт ресшраторного вибуху в нейтрофшах: озон (03)[9].
227
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-цитрулш1 [23]. Встановлено, що N0 включаеться до неспециф1чного ¿муштету та частково до комплексного мехашзму тканинного пошкодження як важливий мед1атор запальних процеав { апоптозу. При цьому цитотоксична/цитопатична д1я посилюеться завдяки здатност1 N0 вступати в реакцш з супероксидним радикалом, утворюючи пероксиштрит. Ця сполука волод1е значно вищою реакцшною здатшстю, шж N0 чи супероксидний радикал зоабно [11]. За даними [14] система, що включае реактивш посередники азоту, похвдш шдуцибельно! 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 в багатьох ф1зюлопчних I патолопчних процесах як сигнальш мед1атори-провщники [17]. Регулювання перетворення 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 фактора росту чи формування фокусно! адгезп, тод1 коли 1х тзшша продукщя може модулювати внутршньокл1тинш юнази та геёох-чутлив1 фактори транскрипци. Якщо при високш концентраци вшьш радикали кисню I 1х похщш е небезпечними для живих оргашзм1в I можуть виб1рково руйнувати певш кл1тини, то при пом1рнш концентраци щ сполуки можуть вадграти 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 шш1 [27]. Також вщм1чено, що щ сполуки залучаються в мехашзм старшня за допомогою притаманно! 1м ушкоджуючо! активносп у прогресуючих змшах регуляторних опосередкованих процесах, як1 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 ¿з заново вщкритими та переглянутими рашше вщомими функцюнальними властивостями нейтрофшв, схема взаемодп фагоциив з патогенами в значнш м1р1 була модифжована [16,28]. По-перше, вщм1чаеться бшьш тривалий перюд життя нейтрофша, особливо при запальних процесах та шфекщях; по-друге, з'ясоваш нов1 рецептори, здатш розшзнати ¿муномодулятори; по-трете, якщо рашше заперечувалася здатшсть цих кл1тин до синтезу р1зних бюлопчно активних речовин, то на даний перюд вона не викликае сумшву [20]. До них належать цитоюни (ФНП - фактор некрозу пухлин, штерлейюни - 1Л-1, 1Л-2, 1Л-3, 1Л-6, 1Л-8, колошестимулююч1 фактори, комплементарш бшки, дефенсини та шшг Уточнюеться роль р1зних фагоцита у специф1чно набутому ¿муштет1 тварин. Зокрема, доведено, що нейтрофши здатш кооперувати з професшними антигенпредставляючими кл1тинами через передобробну та протеол1з антигешв. При цьому вони можуть викликати
228
експресш молекул П класу ricTOcyMicHOcri на мононуклеарних кл1тинах, а також представляють антиген для в1рус-специф1чних Т-л1мфоцит1в - памятг U,i властивост1 зявляються паралельно 3i збшьшенням активное^ м1елопероксидази. 1нший регуляторний аспект нейтрофшв включае продукцш та екзоцитоз р1зних фактор1в, яю модулюють функци л1мфоцит1в, моноцшгв та еозинофшв.
За сучасними даними, в rpyni цитокмв знаходиться велика юльюсть антимкробних пептид1в, як1 нейтрофши здатш видшяти у позакл1тинний npocTip у вогнищах запалення. Подальш1 дослщження стосуються функцюнальних властивостей р1зних низькомолекулярних бшюв, яю беруть участь у запаленш [1, 22].
При дослщженш бшюв цитоплазматичних гранул нейтрофшв, а ix бшьше 40, викликають неферментш бактерицидш бшки з низькою молекулярного масою з сумарним позитивним зарядом i бактерицидною д1ею. U,i протеши ввдграють роль мед1атора запалення, фактору проникноси, стимулятора метабол1чних процеЫв, служити джерелом опсошшв при фагоцитоз! [28, 30]. Даш бшки е специф1чним маркером нейтрофшв. До групи цих проте!шв вщносяться також так зваш бшки, що пщвищують бактерицидш властивост1 кл1тин, кателщидини, як1 мютяться в неактивнш форм1 в азурофшьних гранулах нейтрофшв. Bei вони можуть виступати в рол1 ф1зюлопчних мед1атор1в [22, 25, 30].
Наступна важлива група антимжробних пептид1в - це дефенсини, низькомолекулярш катюнш пептиди, що мктять 6 цистешових i дисульфщних звязюв. 1х д1я спрямована проти грампозитивних i грамнегативних мжрооргашзм1в: здшснюеться за допомогою порушення цшсност1 бактер1альних мембран. KpiM бактерицидное^, дефенсини проявляють властивост1 регулятор iß запального процесу, звязуючись з шпб1торами протешази, таких як альфа1-антитрипсин та альфа1-антихемотрипсин [25].
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 мкце займають молекулярш м1жкл1тинш мед1атори, що видшяються нейтрофшами -активш метаболии окису азоту та кисню. Щ м1жкл1тинш посередники фагоцигав 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 имунной реактивности и репаративных реакций повреждённой ткани/И.И. Долгушин, A.B. Зурочка, A.B. Чукичев//Вестн. РАМН.-2010.-№2.-С.14-17.
2. Галанкин В.Н. Проблемы воспаления с позиций теорий и практики /В.Н. Галанкин, A.M. Токмаков// Унив. дружбы народов.-1991.-С.42-48.
3. Гамалей И. А. Проблеммы воспаления с позиции теории и практики/И.А. Гамалей, И.В. Кмобин//Цитология.-1996.-№38.-С.1233-1248.
229
4. Карр Я. Макрофаги. Обзор ультраструктури и функции /Я. Карр// М.Медицина.-1978.
5. Клебанов Г.И. Клеточные механизмы прайминга и активации фагоцитов/Г.И. Клебанов, Ю.А. Владимиров//Успехи совр. биол.-1999.-№119(5).-С.462-475.
6. Маслянко Р.П. Функцюнальна актившсть нейтрофшьних гранулоциив у протшнфекцшному захиси тварин/Р.П. Маслянко, Ю.Р. Кравщв//Наук. bichhk ЛНУВМ та БТ.-2007.-т.9(33).-С.185-193.
7. 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.-т.9(32).-С.42-49.
8. Маслянко Р.П. Сучасний стан вчення про фагоцитоз /Р.П. Маслянко, Ю.Р. Кравщв// Наук. в1сникЛНАВМ.-2005.-Т7-№2,ч.1. С.71-77.
9. Babior B.M. Investigating antibody catalized ozone generation by human neutrophils/ B.M. Babior, C. Takeuchi, J. Buedi// Proc. Natl. Acad. Sci., USA.-2003.-v.100.-P.3031-3034.
10. Batandier C. Determination of mitochondrial reactive oxygen species: methodological species/ C.Batandier, E. Fontaine, C.Kriel// J.Clin. Mol. Med.-2002.-v.6.-P.175-182.
11. Beckman J.S. Nitric oxide, superoxide and peroksinitrite the good, the bad and ugly/J.S. Beckman, W.H. Koppenol// Am. J. Physiol.-1996.-v.271.-P.1424-1437.
12. Bey E.A. Protein-kinase C is requiredfor P47 PHOX phospholylation and translocation in activated human monocytes /E.A. Bey// J. Immunol.-2004.-V.173.-P.5730-5738.
13. Borregaard N. Granules of the human neutrophilis polymorphonuclear leukocytes/N.Borregaard, J.B. Cowband//Blood.-1997.-v.89.-P.3503-3502.
14. Burgner D. Nitric oxide and infections diseases/D.Burgner, K.Rockett//Arc.Dis.Child.-1999.-v.8.-P.185-189.
15. De Toledo G.A. Patch-clamp measurements reveal multimodal distribution of granule sizes in rat mast cells/G.A. De Toledo, J.M. Fernandez//J.Cell.Biol.-1990.-v.110.-P.1033-1038.
16. Descamps-Latscha B. Relations polynucleares neutrophiles et monocytes-anacrophages/B.Descamps-Latscha, V.Witko-Sarsat// Rev. Fr. Allergol.-1990.-v.39.-P.241-247.
17. Druge W. Free radicals in the physiological control of cell function/W.Druge//Physiol.Rev.-2002.-v.82.-P.47-95.
18. Grandfeldt D. Capacitative Ca2+ influs and activation of the neutrophil respiratory burst. Different regulation of plasma membrane and granule-localized NADPH-oxidase/D. Grandfeldt, M.Samuelsson, A.Karlson//J.Leukocyte Biol.-2002.-v.71.-P.611-617.
19. Klebanoff S.J. Myeloperoxidase:friend and foe/S.J. Klebanoff// J. Leukoe. Biol.-2005.-v.77.-P.598-625.
230
20. Kurnuczi G.F. Serum proteins modified by neutrophil-derived oxidants as mediators of neutrophil stimulation/G.F. Kurmuczi// J.Immunol.-2001.-v. 167.-P.451-460.
21. Labro M.T. Interference of antibacterial agents with phagocyte functions: Immunomodulation of immune-fairy tales/M.T. Labro// Clin. Microbiol. Rev.-2000.-v.13.-P.615-630.
22. Levi O. Therapeutic potential of the bactericidal/permeability increasing protein/O. Levi//Expert.0pin.Investig.Drugs.-2002.-v.11.-P.150-167.
23. Nathan C. Reactive oxygen and nitrogen intermediates in the relationship between mammalian host and microbial pathogens/C.Nathan, M.Shiloch// Proc. Soc. Acad. Sci. USA.-2000.-v.67.-P.8841-8848.
24. Pabst M.J. Priming of neutrophils /M.J. Pabst// London, Academic Press.-1994.-V.42.-P.195-221.
25. Rice W.G. Defensin-rich dense granules of human neutrophils / W.G. Rice // Blood.-1987.V.70.-P.757-768.
26. Swanson J. A. Acontractile activity that closes phagosomes in macrophages / J.A. Swanson // J. Cell. Sci.-1999.-V.112.-P.307-316.
27. Werner E. GT Pases and reactive oxygen species: switches for killing and signaling /E.Werner// J.Cell.Sci.-2004.-b.117.-P.143-153.
28. Witko-Sarsat V. Neutrophils: molecules, functions and pathophysiological aspects / V. Witko-Sarsat // Labor. Investig.-2008.-v.88.-P.617-653.
29. Wright D.G. Human neutrophil degranulation / D.G. Wright // Method. Enzymol.-1988.-V.162.-P.538-540.
30. Zarember K.A. Host defense functions of proteolytically processed and parent catelicidins of rabit granulocytes/K.A. Zarember// Infect. Immunol.-2002.-v.70.-P.369-376.
31. Zhao X. Cathcart proteinkinase C. regulates p67 phosphorylation in monocytes /X. Zhao, B. Xu// J.Leukocyte Biol.-2005.-v.77.-P.414-420.
Summary
R.P. Maslyanko, D.M. Levkivsky, I.I. Oleksjuk, A.I. Padovsky Lviv national university of veterinary medicine and biotechnology named of S. Z. G^zhitskyj THE BACTERICIDAL ACTIVITY OF PHAGOCYTES
In this review the recent data about oxygen-depended mechanism of host defense fulfilled by phagocytic cells were presented. The directions of the reactive metabolites oxygen formations and enzymic systems participating in its generation were deseribed in details. The bactericidal characteristics of oxygen reactive methabolites are given, it was marker their role as like as physiologic messengers of inflammation. The differences in realization of the bactericidal activity 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 extracellularby substances with low-molecular weight.
Рецензент - д.с.-г.н., професор, член-кор. НААНУ Кирил1в Я.1.
231
