НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА
на тему: «Роль эозинофильных лейкоцитов при патологических процессах»
Список используемых сокращений
ИФН-г - интерферон гамма
ФАТ - фактор активации тромбоцитов
ФНО-б - фактор некроза опухоли альфа
ECP эозинофильный катионный протеин
ECF фактор хемотаксиса эозинофилов
EDN эозинофильный нейротоксин
EETs - эозинофильные внеклеточные ловушки
ЕРО эозинофильная пероксидаза
FGF-2 фактор роста фибробластов
Fc-фрагмент кристаллизующийся фрагмент иммуноглобулина
GM-CSF гранулоцитарномакрофагальный колониестимулирующий фактор
Ig - иммуноглобулин
IL - интерлейкин
LTC4 - лейкотриен C4
MBP главный щелочной белок
МНС II главный комплекс гистосовместимости класса II
PGE2 - простагландин Е2
SRS-A - медленнореагирующая субстанция анафилаксии
TGF- - трансформирующий фактор роста
Th2 Т-хелперы 2-го типа
TLR Толл-подобные рецепторы
TNFфактор некроза опухоли
VEGFсосудистый эндотелиальный фактор роста
Введение
Проблема роли эозинофильных лейкоцитов при протекающих в организме человека патологических процессах, в настоящее время является особенно актуальной. Актуальность этой проблемы заключается в том, что эозинофильные лейкоциты, будучи клетками врождённого иммунитета, участвуют в механизмах инфекционно-аллергического воспаления, являющегося патогенетической основой гельминтозов и аллергических заболеваний, в также многих бактериальных и вирусных инфекционных заболеваний.
Эозинофильные лейкоциты, или эозинофилы, о которых пойдет речь в данной научно-исследовательской работе, впервые были идентифицированы в 1846 г. английским анатомом T. Jones, а затем повторно открыты в 1879 г. P. Erlich, который применил для окраски этих клеток кислый краситель эозин [14].
Эозинофильные лейкоциты являются разновидностью гранулярных лейкоцитов и находятся в крови и тканях здорового человека в небольших количествах (1-5% от общего числа лейкоцитов крови). Увеличение их содержания выше нормы на 5% и более называется «эозинофилией крови», а на 15-20% «большой эозинофилией», или «гиперэозинофилией». Понижение же относительного числа эозинофилов ниже 2% в крови называется «эозинопенией» [8].
Изменение нормального содержания эозинофилов в крови может указывать на то, что в организме человека протекают патологические процессы. Эти патологические процессы могут вызываться при различных аллергических реакциях, опухолевых процессах, инвазиях гельминтов, а также при бактериальных и вирусных инфекциях.
Поэтому целью данной исследовательской работы является изучение роли эозинофильных лейкоцитов в патогенезе заболеваний инфекционной и неинфекционой природы.
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
1) изучить структуру, кинетику и функции эозинофильных гранулоцитов;
2) рассмотреть причины повышения и понижения числа эозинофильных лейкоцитов в крови;
3) изучить, какую роль играют эозинофильные лейкоциты в патогенезе различных патологических процессов и заболеваний.
1. Характеристика эозинофильных лейкоцитов
1.1 Морфология и кинетика эозинофильных лейкоцитов
Морфологически эозинофильный лейкоцит представляет собой гранулярную клетку размером 12-17 мкм, содержащую эксцентрично расположенное ядро с частично сжатым хроматином и остатками нуклеол. Ядро эозинофила состоит из двух, реже - трёх сегментов [9, 14].
Эозинофильные лейкоциты легко узнаются на мазках благодаря наличию в цитоплазме многочисленных крупных специфических гранул и малочисленных мелких азурофильных гранул [9,7]. Единственными органеллами эозинофила являются митохондрии и аппарат Гольджи. Кроме того, на своей поверхности эозинофилы имеют мембранные рецепторы Fc-фрагментов IgG, IgM и IgE, компонентов комплемента C1s, C3a, C3b, C4 и C5a, хемокина эотаксина, интерлейкинов [7].
При изучении морфологии эозинофильных лейкоцитов особое внимание уделяется их гранулам. Это обусловлено тем, что в специфических гранулах эозинофильного лейкоцита накапливаются белки, которые обладают антимикробным и антипаразитарным действием, а также инактивируют некоторые биологически активные соединения, такие как гистамин, гепарин, простагландины [9]. Именно с помощью этих гранул эозинофил осуществляет свои функции.
Так, специфические (эозинофильные) гранулы величиной 0,5-1,5 мкм имеют овальную форму и содержат удлинённое кристаллическое тельце кристаллоид, имеющий структуру кубической решётки и состоящий в основном из антипаразитарного агента главного щелочного (основного) белка (major basic protein -- MBP), который обуславливает ацидофилию (способность эозинофила окрашиваться кислым красителем эозином) гранул, благодаря чему эозинофильные гранулы приобретают оранжево-розовый цвет.
Также в специфических гранулах содержатся:
· основные эозинофильные протеины: главный щелочной белок (MBP), эозинофильный катионный протеин (ECP), эозинофильная пероксидаза (ЕРО) и эозинофильный нейротоксин (EDN);
· ферменты: коллагеназа, эластаза, в-глюкоронидаза, катепсин, РНКаза, миелопероксидаза;
· цитокины: ИЛ-2, ИЛ-5, ИЛ-4, GM-CSF и др. [7, 10, 14].
Мелкие же азурофильные гранулы содержат арилсульфатазу, кислую фосфатазу, пероксидазу, ECP [7, 14].
Стоит обратить внимание на свойства специфических эозинофильных белков. Ведь именно они при аллергических и воспалительных реакциях в организме секретируются в кровь и обуславливают цитотоксичность эозинофилов по отношению к паразитам, бактериям и вирусам.
Так, MBP оказывает токсическое действие на микробов, а также выполняет противопаразитарную функцию путём повреждения клеточной оболочки паразитов. Кроме того данный протеин повреждает клетки эпителия дыхательных путей в условиях эозинофилии у больных бронхиальной астмой [7, 18].
Важно отметить, что MBP осуществляет свои функции совместно с другими эозинофильными протеинами, а именно, с ЕСР и ЕDN.
ЕСР участвует в противовирусной защите организма, обладает бактерицидными свойствами, а также токсическим действием по отношению к паразитам, осуществляя таким образом противопаразитарную функцию. Также эозинофильный катионный протеин вызывает выделение гистамина из базофилов и тучных клеток, участвуя таким образом в реализации в организме человека воспалительных реакций, и участвует в ингибировании пролиферации Т-лимфоцитов, благодаря чему обеспечивается регуляция клеточно-опосредованных иммунных реакций [13, 14].
Эозинофильный нейротоксин (EDN), который также обозначают как «эозинофильный белок Х» [14], обладает антипаразитарным действием и противовирусной активностью. Однако данный белок, кроме положительного влияния на организм, оказывает токсическое действие на центральную нервную систему человека.
Эозинофильная пероксидаза (ЕРО) имеет способность вызывать дегрануляцию (секрецию в кровь) тучных клеток и разрушать фагоцитарных рецепторов на нейтрофилах, а также привлекать макрофаги в очаг воспаления и связываться с поверхностью опухолевых клеток, из-за чего они становятся восприимчивыми к цитолизу, вызванному макрофагами [14].
В специфических гранулах накапливаются белки, обладающие антимикробным и антипаразитарным действием, а также инактивирующие некоторые биологически активные соединения (гистамин, гепарин, простагландины) [9]. эозинофильный гранулоцит патогенез лейкоцит
Таким образом, изучив содержимое гранул эозинофильных лейкоцитов, можно прийти к выводу, что эозинофильные лейкоциты являются агрессивными эффекторными клетками, участвующими в воспалительных реакциях и защите организма от патогенных микроорганизмов (бактерий, вирусов) и паразитов.
Эозинофильные лейкоциты образуются в миелоидной ткани в красном костном мозге. На ранних стадиях развития эозинофильных лейкоцитов одним из основных регуляторов их пролиферации и дифференцировки является IL-3, который также обладает способностью пролонгировать жизнь эозинофильным лейкоцитам [4]. А в регуляции финальных стадий созревания эозинофильных лейкоцитов и поступления их в периферическую кровь, а после и во внутренние органы ключевую роль играет IL-5 [15].
Общая продолжительность жизни эозинофильных лейкоцитов составляет 10-12 дней. Их созревание от миелобласта до зрелой клетки происходит в течение 24 часов, затем уже зрелые эозинофилы остаются в костном мозге еще в течение 3-4 суток, после чего эозинофилы мигрируют в кровь и циркулируют там до 10 часов. [12].
Из крови эозинофилы мигрируют в ткани, являющиеся очагом воспалении, - в легкие, желудочно-кишечный тракт и кожу под действием эотаксина-1, гистамина, фактора хемотаксиса эозинофилов (ECF), IL-5 и др. [7].
Важно отметить, что период жизни зрелых эозинофилов в тканях составляет от 3--6 часов до 3--6 суток (в среднем 48 ч.) и зависит от локального воздействия медиаторов, которые выделяются элементами микроокружения и самими эозинофилами.
После реализации своих функций в тканях эозинофильные лейкоциты подвергаются апоптозу в сосудистом русле и паренхиматозных органах (легкие, печень, селезенка) [14].
Однако эозинофильные лейкоциты могут сохраняться в тканях в течение нескольких недель. В результате такого отсроченного апоптоза происходит увеличении количества эозинофилов в соматических тканях и возникают эозинофилии и гиперэозинофилии крови [24].
Таким образом, для эозинофилов кровь является промежуточной средой, позволяющей им мигрировать в органы и ткани, где и реализуются их основные функции.
1.2 Функции эозинофильных лейкоцитов
Эозинофильные лейкоциты выполняют в организме человека ряд важных функций.
Благодаря своей способности к фагоцитозу, эозинофилы осуществляют антибактериальную функцию, мигрируя из циркуляции в очаг воспаления и эффективно поглощая бактерии и микробные антигены, полностью их расщепляя высокотоксичными супероксидными и нитроксидными радикалами. Этот процесс расщепления микроорганизмов осуществляется путём инициации в их клеточных стенках процессов перекисного окисления мембранных липидов [12, 14].
Также эозинофильные лейкоциты осуществляют антигельминтную функцию, атакуя в очаге воспаления паразиты (размеры которых значительно превосходят размеры самих эозинофилов) цитотоксическими веществами (цитокинами), выделяемые из гранул при дегрануляции эозинофилов. В дегрануляции эозинофилов существенную роль играют IgE и IgG, которые соединяются своими Fab-фрагментами с поверхностными антигенами паразитов, а своими Fc-фрагментами - со специфическими рецепторами на мембране эозинофилов. Таким образом, благодаря высокой экспрессии мембранных рецепторов эозинофила к тяжелой цепи (Fc-фрагменту) IgE, а также при прямом распознавании патогенов с помощью семейства рецепторов TLR (Toll-like receptor, или Толл-подобных рецепторов, TLR1, TLR2, TLR3 и др.) эозинофил прикрепляется к патогену [12].
Важной функцией эозинофильных лейкоцитов является секреция цитокинов. Цитокины, секретируемые эозинофилами, представляют собой низкомолекулярные белки, контролирующие иммунный ответ, а также регулирующие реакцию организма на экзогенную инфекцию, репарацию тканей, клиренс антигенов и восстановление гомеостаза [10].
Эозинофилы продуцируют, депонируют и секретируют около 35 цитокинов [12, 13], таких как: трансформирующий фактор роста-, трансформирующий фактор роста-в, интерлейкин-13, фактор роста эндотелия сосудов, фактор роста нерва, интерлейкин-5, эотаксины, фактор некроза опухолей-б, гранулоцитарный-макрофагальный колониестимулирующий фактор (GM-CSF) и другие. Причём секреция цитокинов эозинофилами осуществляется разными путями: классическим или сложным экзоцитозом, постепенной дегрануляцией, а также цитолизом [10].
Важно отметить тот факт, что содержимое гранул, выделяющееся из активированных эозинофилов, оказывавает токсическое действие не только на гельминты, но и на клетки человека, особенно на эпителий кишечника, реснитчатый эпителий бронхиального дерева, легких и кожу [12].
Кроме того, секретируемые эозинофильными лейкоцитами цитокины с провоспалительной (IL-2, IL-12, ИФН-г, ФНО-б), противовоспалительной (IL-4, IL-5, IL-13) и иммуносупрессорной (IL-10, TGF-в) активностью, участвуют в реализации и регуляции Th1и Th2-опосредованного иммунного ответа [12], что свидетельствует о том, что эозинофильные лейкоциты осуществляют иммунорегуляторную функцию, которая заключается в нейтрализации лейкотриенов, фагоцировании иммунных комплексов, угнетении дегрануляции тучных клеток и базофилов, а также разрушении гистамина [24].
Функция участия эозинофильных лейкоцитов в развитии аллергических реакций заключается в том, что они, выделяя содержимое своих гранул, инактивируют гистамин и лейкотриен LTC4. При этом активированные эозинофилы вырабатывают ингибитор, который блокирует дегрануляцию тучных клеток, а также ингибируют медленнореагирующую субстанцию анафилаксии (SRS-A), выделяемый базофилами и тучными клетками [7]. Эозинофилы, поглощая медиатор аллергии гистамин, регулируют таким образом направленность аллергической реакции [12].
Помимо выше описанных функций эозинофильные лейкоциты участвуют также в формировании эозинофильных внеклеточных ловушек (EETs) для обезвреживания патогенных микроорганизмов. Эозинофильные внеклеточные ловушки (EETs) представляют собой сетчатые ДНК-структуры митохондриального происхождения. Их формирование является частью врождённого иммунного ответа и происходит следующим образом: в результате цитолиза под воздействием НАДФН-оксидазы ядра эозинофилов теряют свою форму и распадаются, заполняя цитоплазму эозинофилов молекулами ДНК, затем происходит разрыв плазматической мембраны и сети ДНК выбрасываются во внеклеточное пространство вместе с эозинофильными гранулами, в результате чего клетка эозинофильного лейкоцита погибает. Этот процесс по времени длится несколько секунд. Гибель эозинофильных лейкоцитов в результате выброса ЕЕТs получила название EETosis [3, 5].