Механизмы маргинации и диапедеза. Взаимодействие лейкоцитов и эндотелия. Молекулы клеточной адгезии

Первые теории, предложенные для объяснения механизмов маргинации и эмиграции, были биофизическими.

Э. Геринг и сам Ю. Конгейм считали эти явления результатов выдавливания клеток повышенным кровяным давлением (186В). Но это не объясняло, почему в процессе участвуют только белые кровяные элементы. А. Шкляревский (1868) создал стройную теорию, связывающее поведение лейкоцитов при воспалении с их меньшей плотностью и упругостью, которые при замедлении струи крови приводят к избирательному переходу этих элементов из осевой в краевую зону потока. Ему удалось промоделировать пристеночное накопление лейкоцитов, пропуская взвесь форменных элементов через стеклянные трубки с замедляющими поток расширениями. А. Шкляревский и, позже, В. В. Воронин предположили, что часть продуктов альтерации и ацидоза при воспалении снижает поверхностное натяжение и постулировали, что эмиграция — чисто физико-химический процесс, развертывающийся из-за количественного неравновесия сил поверхностного натяжения на наружном и внутреннем сегменте тельца лейкоцита и втягивания относительно гипоосмолярного лейкоцита в зону гиперосмоса. Ими было показано, что неживые объекты могут претерпевать направленное движение по убывающему градиенту поверхностного натяжения. Например, капля ртути движется к кристаллику бихромата калия.

После открытия хемотаксиса одноклеточных ботаником Пфеффером и работ И. И. Мечникова сложилась биологическая теория эмиграции, объяснявшая ее хемотаксисом лейкоцитов и их «осязательной чувствительностью» к концентрации неких «аттракторов», например, продуктов распада тканей и жизнедеятельности бактерий. Но инерция мышления в то время связывала информационные процессы в организме исключительно с ЦНС. Поэтому, Шкляревский в яркой и образной форме критиковал какие-либо биологические объяснения поведения фагоцитов при воспалении, считая их мистическими. В этой связи вспоминается афоризм А. Г. Кнорре: «Некоторые впечатляющие явления из жизни клеток заставляют морфолога думать, что клетки могут хотеть». В такой постановке вопроса, на самом деле, нет ничего кощунственного для материализма. Основа мышления есть обработка сигналов. Интеллект разлит в живой системе, потому что все клетки обрабатывают информацию и используют программы. Так, Ф. Ю. Йейтс рассматривает работу эндокринной системы с позиций структуральной лингвистики — как языковое обращение к генетическим программам (1982).

Мы вновь оцениваем Дени Дидро и его гилозаистское учение о распределенности сознания по всей материи. Ныне ответ на знаменитый вопрос, заданный В. И. Лениным Э. Маху «Мыслит ли человек при помощи мозга?» уже не так очевиден, как казалось в 1908 году автору «Материализма и эмпириокритицизма», вкладывавшему в свой вопрос явную иронию.

Поэтому, в современном понимании клеточный интеллект — это способность клетки перестраивать использование своих программ в ответ на химические сигналы, воспринимаемые рецепторами. И ничего удивительного, что Мечников верил в существование «примитивного сознания» и произвольного поведения у лейкоцитов, что в представлении его противников являлось тяжким идеалистическим грехом. Г. Альбрехт‑Бюлер (1985) справедливо замечает, что: «с момента появления на сцене современных компьютеров концепция «интеллекта», в значительной степени, демистифицировалась и превратилась в «способность обрабатывать информацию».

Физические теории маргинации и диапедеза усовершенствовались, вовлекали новые данные электрофизиологии. Было высказано предположение, что отрицательно заряженные [299] лейкоциты притягиваются к сосудистой стенке и к центру очага благодаря накоплению в очаге катионов водорода и положительному сдвигу мембранного потенциала поврежденного эндотелия (катафорез). Было доказано, что в маргинации играет роль ион кальция, так как ЭДТА (хелатор кальция) ослабляет этот процесс. Но чисто биофизический подход не объяснял всех деталей явления. Если все основано на электрических силах, почему эритроциты, заряд которых идентичен лейкоцитарному, ведут себя совсем по-другому? Как согласовать биофизическую теорию маргинации и миграции с теми фактами, что:

• Лейкоциты прилипают не только к поврежденному участку эндотелия, но и к обширной площади видимо неповрежденных посткапиллярных венул и капилляров (Р. Котран)

• Введение в ткань растворов молочной кислоты, богатых катионами водорода, дает не положительный, а отрицательный хемотаксис лейкоцитов (Н. Н. Сиротинин)

• В кислой среде поверхностное натяжение лейкоцитов не понижается, а возрастает (Г. Швицер).

• Электрические силы сцепления значительно слабее ковалентных химических взаимодействий и вряд ли могут удержать лейкоцит у эндотелия при достаточно быстром кровотоке, наблюдаемом в период смешанной гиперемии (Р. Уильяме).

• Лимфоциты, плотность которых намного выше, чем у других лейкоцитов, а также белые форменные элементы, плотность которых искусственно повышена после фагоцитоза взвесей частиц краски, несмотря на это, активно участвуют в маргинации (Н. Н. Аничков).

Наконец, сильнейшим, по признанию Аничкова, аргументом сторонников биологической теории, служил разный клеточный состав различных экссудатов, селективность и очередность миграции лейкоцитов.

Таким образом, в течение длительного времени патология останавливалась перед информационной стороной процесса маргинации и эмиграции лейкоцитов, но факты доказывали недостаточность истолкования поведения лейкоцитов, как физико-химических объектов.

Прорыв произошел, когда иммуноморфологические методы исследования позволили обнаружить молекулы клеточной адгезии и оценить их роль — во второй половине 80-х годов текущего столетия.

По современным представлениям, ocновной механизм эмиграции лейкоцитов состоит в комплементарных лиганд-рецепторных взаимодействиях между лейкоцитом и сосудистой стенкой, причем появление рецепторов индуцируется медиаторами воспаления. Биофизические эффекты, упомянутые выше, играют вспомогательную роль, например, уменьшая и преодолевая силу естественного электростатического отталкивания.

Молекулы клеточной адгезии были впервые описаны при изучении механизмов адресного перемещения лимфоцитов в иммуногенезе, однако, затем оказалось, что одни и те же или сходные рецепторы и лиганды обеспечивают при воспалении и выселение лейкоцитов всех других видов. Более того, имеются все основания полагать, что эти же молекулы играют центральную роль при взаимной активации клеток крови и сосудистой стенки в ходе развития атеросклероза.

Эта группа комплементарных регуляторов минимально представлена в покоящихся лейкоцитах и эндотелиоцитах или, вообще, не экспрессирована на них (как ELAM-1). Кроме того, до активации молекулы адгезии секвестрированы во внутриклеточных гранулах и не функционируют. Часть из них распознает свои лиганды только после того как первичная альтерация и/или медиаторы воспаления вызовут в последних конформационные изменения. При воспалении ряд медиаторов (фрагменты комплемента С_5а и В_b; лейкотриен В₄; фактор активации тромбоцитов; трансферрин; цитокины: ИЛ-1, ИЛ-8, γ-интерферон ФНОα и ΦΗΟβ, пептидные хемотактические факторы мастоцитарные факторы хемотаксиса нейтрофилов, эозинофилов и базофилов, а также сами липополисахариды бактерий) вызывают освобождение молекул адгезии и их лигандов из гранул, конформационные изменения, благоприятствующие их комплементарным [300] взаимодействиям и, позже, синтез молекул адгезии de novo. При этом часть медиаторов индуцирует повышение клейкости только у лейкоцитов ( лейкотриен В₄ — на нейтрофилах, факторы комплемента — на полиморфонуклеарах и моноцитах), часть действует только на эндотелий (ИЛ-1, эндотоксины бактерий), а большинство стимулирует и адгезивность лейкоцитов, и клейкость эндотелия (ФНО) (Р. Котран, 1987, 1989; Б. Ф. Хайнс, А. С. Фоси, 1994). Большинство медиаторов-усилителей адгезивных свойств синтезируется лимфоцитами и макрофагами, но и сам эндотелий, под влиянием липополисахаридов бактерий, тромбина и ФНО, способен вырабатывать, например, ИЛ-1.

Молекулы клеточной адгезии подразделяются на несколько семейств:

Селектины — лектиновые молекулы клеточной адгезии (LECCAMs). Это трансмембранные белки, похожие по структуре на рецепторы комплемента и факторов роста, концевой домен этих белков способен связывать олигосахариды, то есть является белком-лектином. Лиганды селектинов — это олигосахаридсодержатцие молекулы. Селектины, уже упоминавшиеся на стр. 253, опосредуют самую раннюю стадию маргинации лейкоцитов — обратимую адгезию. Благодаря взаимодействиям с их участием лейкоциты покидают осевой кровоток, претерпевают краевое движение и краевое стояние. Таблица 12 содержит общую характеристику селектинов.

Взаимодействие селектинов с участием олигосахаридных остатков позволяет лейкоцитам задержаться у эндотелиальных клеток. Селектины экспрессируются рано: пик экспрессии Р-селектина, например, приходится на 7-8 мин после стимуляции эндотелия пупочной вены кахексином.

Первым экспрессируется Е-селектин для нейтрофилов (поэтому, именно эти лейкоциты во многих случаях эмигрируют раньше других). Наиболее массированная экспрессия этого селектина наступает уже через 20 мин после стимуляции эндотелия пупочной вены кахексином (М. П. Бевилакуа и соавт. 1987).

При болезни Кавасаки (см. с. 246) наблюдается системный панваскулит, сопровождаемый комплементзависимым лизисом эндотелиальных клеток и лихорадкой. Д. И. Люн и соавторы обнаружили, что у детей, больных этим заболеванием, имеются аутоантитела (иммуноглобулины класса М), вызывающие лизис эндотелиальных клеток, стимулированных ФНО, ИЛ-1 и γ-интерфероном, но не действующие на покоящийся эндотелий. Установлено, что это два разных вида аутоантител против эндотелиальных селектинов, вероятно, включая Е-селектин (1986).

Маргинация дает возможность подействовать на лейкоциты и на эндотелиоциты цитокинам и другим медиаторам воспаления, обоюдно выделяемым этими клетками. После активации цитокинами лейкоциты прячут L-селектин и экспрессируют интегрины.

• Интегрины — димерные трансмембранные белки, экспрессируемые лейкоцитами и другими клетками гемопоэтического ряда, фибробластами и клетками ряда внутренних органов. Эндотелий экспрессирует лишь некоторые интегрины. Интегриновая α-цепь имеет единую структуру, а β-цепи варьируют (β₁- β₂- и β₃-подвиды интегринов). Интегрины участвуют в самосборке тканей, поскольку опосредуют прикрепление клеток к межклеточному веществу и хоуминг лимфоцитов (β₁-группа, синоним -VLAs — очень поздние антигены активированных лимфоцитов). Они ответственны за поздние стадии адгезии активированных лейкоцитов и тромбоцитов к эндотелию и, частично, диапедез белых клеток крови через стенку сосуда (β₂-группа), контактные взаимодействия тромбоцитов и нейтрофилов в очаге воспаления (β₃-группа имеющая собственное название цитоадгезины). Интегрины распознают трипептид арг-гли-асп (RGD) и, возможно, другие, конформационно близкие детерминанты (Таблица 13).

При маргинации и диапедезе основными участниками являются β₂-интегрины LFA-1, р 150 и CR3 (МАС-1) миелоидных и лимфоидных клеток (Дж. М. Харлан и соавт., 1985). Они взаимодействуют с появляющимися под [301] воздействием цитокинов на эндотелиоцитах молекулами ICAM из числа членов суперсемейства иммуноглобулинов. В то же время, β₁-интегрин VLA-4 взаимодействует с экспрессируемым под влиянием цитокинов на эндотелиальных и некоторых антигенпредставляющих клетках белком VCAM из того же суперсемейства. При наследственном дефиците β₂-интегринов развивается синдром дефектной адгезии лейкоцитов, приводящий к нарушению аккумуляции фагоцитов в очагах воспаления и затяжным инфекциям.

• Белки суперсемейства иммуноглобулинов участвующие в адгезии и экспресируемые, преимущественно, эндотелием, именуются ICAM. Это трансмембранные протеины с пятью внеклеточными доменами, их экспрессия усиливается ИЛ-1, ФНО и γ-интерфероном. Часть из них появляется на эндотелиоцитах только после активации цитокинами. Но молекула ICAM-2 экспрессируется нормальным неактивированным эндотелием в стабильных для каждой ткани количествах. Степень экспрессии ICAM-2 определяет интенсивность физиологической миграции лейкоцитов в различных органах (высокая — в тимусе, низкая — в головном мозге). Молекула ICAM-3 присутствует на лейкоцитах до активации и позволяет им взаимодействовать. ICAM - необходимые для надклеточных координированных защитных реакций молекулы, тем не менее, именно они используются риновирусами и Plasmodium falciparum для инвазии.

Близкая к ICAM молекула VCAM имеет на один внеклеточный домен больше и не индуцируется γ-интерфероном. Все белки рассматриваемой группы комплементарны различным интегринам. Они обеспечивают отсроченную фазу адгезии и прохождение лейкоцитов через сосудистую стенку, так как их экспрессия нарастает в течение первого часа после стимуляции эндотелия цитокинами и остается максимальной в течение 1,5-3,5 часов. В группу адгезивных молекул, подобных иммуноглобулинам, входят также, прежде известные, как лимфоцитарные рецепторы, CD₂ и CD₅₈ (LFA-3). Эти молекулы взаимно узнают друг друга, экспрессируются на Т-лимфоцитах и антигенпредставляющих клетках под влиянием интерлейкинов и участвуют в межклеточной адгезии при презентации антигенов и контакте цитотоксических лимфоцитов с клетками-мишенями (Таблица 14).

• Адресины — белки клеток внутренней выстилки высокоэндотелиальных венул. Эти сосуды лимфоидных органов — место физиологической адресной миграции лимфоцитов и других лейкоцитов, которая и опосредуется рецепцией адресинов. При хроническом воспалении происходит интенсивный ангиогенез, с образованием в его очагах аналогичных венул. Они служат окнами усиленной миграции лимфоцитов при аутоиммунных процессах, например, в суставы — при ревматоидном артрите. Известны адресин венул лимфоузлов (лиганд L-селектина) и сосудистый адресин (лиганд VLА-4), имеющий универсальное распространение. При остром воспалении адресины менее значимы.

• Хрящевые соединительные белки имеют значение для диапедеза лейкоцитов, прошедших эндотелий и для их перемещения после выхода из сосуда. Белок CD₄₄ известный ранее, как Hermes, экспрессируется всеми лейкоцитами и макрофагами и распознает гиалуроновую кислоту. Это обеспечивает не [302] только адгезию, но и диапедез лейкоцитов а также, отчасти, их перемещение в основном веществе соединительной ткани. Большое значение для этих перемещений имеют и рецепторы коллагена и ассоциированных с ним белков — β₁-интегрины, а также связывание между ICAM-1 и LFA-1.

В очаге острого воспаления эмиграция лейкоцитов характеризуется очередностью. Хотя для форсирования стенки сосуда отдельному нейтрофилу достаточно 3-12 мин., максимальная скорость выхода нейтрофилов приходится на первые 2 часа, а максимальное накопление этих клеток в очаге наступает к 4-6 часам.

Моноциты начинают эмиграцию вместе с нейтрофилами, но наращивают ее до 16-24 ч и после этого срока преобладают в инфильтрате. Считается, что лимфоциты начинают эмигрировать позже других лейкоцитов. Асинхронность эмиграции связана с неодновременным появлением молекул клеточной адгезии и хемотактических факторов, специфичных для разных лейкоцитов.

Выходя из сосудов, лейкоциты проявляют положительный хемотаксис и приближаются к носителям хемоаттрактивных детерминант, что составляет уже первую стадию фагоцитоза.