Fagocyty (z jiného řeckého φαγεῖν „požírat“ + κύτος „buňka“ [1] ) jsou buňky imunitního systému , které chrání tělo pohlcováním ( fagocytózou ) škodlivých cizích částic ( bakterie , viry ), stejně jako mrtvých nebo odumírajících buněk [ 2] . Jsou důležité pro kontrolu infekce a postinfekční imunitu [3] . Fagocytóza je důležitá pro celou živočišnou říši [4] a je vysoce rozvinutá u obratlovců [5] . Roli fagocytů v ochraně před bakteriemi jako první objevil I. I. Mečnikovv roce 1882, když studoval larvy hvězdic [6] . Mečnikovovi byla v roce 1908 udělena Nobelova cena za fyziologii za rozvoj buněčné teorie imunity [7] . Fagocyty jsou přítomny v organismech mnoha druhů; některé améby jsou v mnoha detailech chování podobné makrofágům, což naznačuje, že fagocyty se objevily v raných fázích evoluce [8] .
Lidské a jiné zvířecí fagocyty se nazývají „profesionální“ nebo „neprofesionální“ podle toho, jak účinně fagocytují [9] . Profesionální fagocyty zahrnují neutrofily , monocyty , makrofágy , dendritické buňky a žírné buňky [10] [11] . Hlavní rozdíl mezi profesionálními a neprofesionálními fagocyty je ten, že profesionální fagocyty mají na svém povrchu molekuly zvané receptory , které detekují cizí předměty, jako jsou bakterie [12] . Jeden litr dospělé krve normálně obsahuje asi 2,5–7,5 miliardy neutrofilů, 200–900 milionů monocytů [13] .
Při infekci chemické signály přitahují fagocyty na místo, kde patogen vstoupil do těla. Tyto signály mohou pocházet z bakterií nebo z jiných fagocytů, které se zde již vyskytují. Fagocyty se pohybují chemotaxí . Při kontaktu fagocytu s bakterií se na něj navážou receptory na jeho povrchu, což vede k absorpci bakterie fagocytem [14] . Některé fagocyty zabíjejí invazní patogeny pomocí reaktivních forem kyslíku a oxidu dusnatého [15] . Po fagocytóze se mohou makrofágy a dendritické buňky také účastnit prezentace antigenu , což je proces, při kterém fagocyty přesouvají patogenní materiál zpět na svůj povrch. Tento materiál je pak prezentován (předložen) dalším buňkám imunitního systému. Některé fagocyty vstupují do lymfatických uzlin a představují materiál pro lymfocyty . Tento proces hraje důležitou roli při tvorbě imunity [16] . Mnoho patogenů je však odolných vůči útokům fagocytů [3] .
Přestože jev, později nazvaný fagocytóza, poprvé pozoroval americký lékař Joseph Richardson v roce 1869 a kanadský lékař William Osler v roce 1875, nevzbudila jejich práce mezi současníky velký zájem [17] [18] . Byl to ruský biolog Ilja Iljič Mečnikov , kdo jako první přesvědčivě ukázal, že na obraně proti mikrobiální infekci se podílejí specializované buňky. Ve svých prvních studiích pozoroval absorpci cizího materiálu takovými buňkami v průběhu experimentů s řasnatými červy (1878) a cnidarians (1880) [19] . V roce 1882 studoval pohyblivé buňky v larvách hvězdic a navrhl, že jsou důležité pro imunitní obranu zvířete. Aby tuto myšlenku otestoval, zapíchl do larvy malé jehličky z mandarinkového stromu a po několika hodinách zjistil, že jehly obklopují mobilní buňky [20] . Mechnikov cestoval do Vídně a předložil svůj nápad Karlu Klausovi ; navrhl pro buňky pozorované Mečnikovem název „fagocyty“ [21] .
O rok později Mechnikov studoval sladkovodního korýše Daphnia , malého průhledného živočicha, který lze studovat přímo pod mikroskopem. Zjistil, že spory hub, které dopadly na Dafnie, byly zničeny fagocyty. Mečnikov pokračoval ve svých pozorováních na bílých krvinkách savců a zjistil, že Bacillus anthracis mohou být zničeny i fagocyty. Proces zachycení a trávení bakterií a dalších objektů fagocyty nazval fagocytóza [22] . Mechnikov navrhl, že fagocyty jsou primární obranou proti pronikajícím mikroorganismům. Mechnikov získal (spolu s Paulem Ehrlichem ) v roce 1908 Nobelovu cenu za fyziologii a medicínu za práci na fagocytech a fagocytóze [7] . V roce 1903 Almroth Wright objevil, že fagocytózu podporují specifické protilátky , které nazval opsoniny [23] .
Přestože význam těchto objevů postupně získal uznání na počátku dvacátého století, komplexní povaha vztahu mezi fagocyty a dalšími složkami imunitního systému nebyla známa až do 80. let 20. století [24] .
Fagocytóza je proces absorpce cizích částic buňkami [25] . Zahrnuje sled molekulárních procesů [26] . Fagocytóza nastává po navázání na receptory cizího agens (například bakterií). Fagocyt pak bakterii obklopí a pohltí ji. Fagocytóza bakterie lidským neutrofilem nastává asi za 9 minut [27] . Uvnitř fagocytu je bakterie součástí fagozomu . Během minuty se fagozom spojí s lysozomem nebo granulí obsahující enzym a vytvoří fagolyzozom . Uvězněná bakterie je vystavena agresivnímu působení [28] a po několika minutách zemře [27] . Dendritické buňky a makrofágy nepůsobí tak rychle a fagocytóza v těchto buňkách může trvat mnoho hodin. Makrofágy požívají velké množství cizího materiálu a často vylučují část nestrávených částic zpět. Tento materiál je signálem pro migraci makrofágů z krve [29] . Fagocyty jsou schopny absorbovat téměř jakoukoli látku.
Fagocyty mají na svém povrchu mnoho různých receptorů, díky nimž vážou cizí materiál [3] . Patří mezi ně opsoninové receptory, scavenger receptory a Toll-like receptory . Opsoninové receptory zesilují fagocytózu bakterií, které jsou potaženy imunoglobulinem G (IgG) nebo komplementem . Komplement je komplex proteinových molekul v krvi, které ničí buňky nebo je označují k destrukci [30] . Scavenger receptory se vážou na různé molekuly na povrchu bakteriální buňky a Toll-like receptory se vážou na specifičtější molekuly. Vazba Toll-like receptorů zvyšuje fagocytózu a způsobuje, že fagocyty uvolňují skupinu faktorů, které způsobují zánět [3] .
Destrukce mikroorganismů je důležitou funkcí fagocytózy [31] , ke které dochází buď během fagocytózy (intracelulární destrukce), nebo mimo fagocyt (extracelulární destrukce).
Když fagocyt pozře bakterii (nebo jakýkoli jiný cizí materiál), spotřeba kyslíku se zvýší , což se nazývá respirační vzplanutí . V tomto případě se tvoří reaktivní formy kyslíku, které mají antimikrobiální účinek [32] . Sloučeniny kyslíku jsou toxické jak pro patogen, tak pro samotnou buňku, takže jsou uloženy v buňkách uvnitř buňky samotné. Tento způsob ničení penetrujících mikroorganismů se nazývá intracelulární destrukce závislá na kyslíku, která se dělí na dva typy [15] .
Prvním typem je na kyslíku závislá tvorba superoxidového radikálu [3] , který ničí bakterie [33] . Superoxid se působením enzymu superoxiddismutázy přeměňuje na peroxid vodíku a singletový kyslík . Superoxidy také reagují s peroxidem vodíku za vzniku hydroxylové skupiny , která napomáhá ničení patogenních mikrobů [3] .
Druhý typ zahrnuje použití enzymu myeloperoxidázy z neutrofilních granulí [34] . Když se granule spojí s fagozomem, myeloperoxidáza se uvolní do fagolyzozomu a tento enzym využívá peroxid vodíku a chlor k vytvoření chlornanu . Chlornan je extrémně toxický pro bakterie [3] . Myeloperoxidáza obsahuje pigment hem , díky kterému se tvoří zelené zbarvení sekretů bohatých na neutrofily (např. hnis , infikované sputum ) [35] .
Fagocyty mohou také ničit mikroorganismy metodou nezávislou na kyslíku, je však méně účinná než metoda závislá na kyslíku. Existují čtyři hlavní typy. První typ využívá nabité proteiny, které poškozují bakteriální buněčnou membránu . Druhý typ využívá lysozomální enzymy, které rozkládají bakteriální buněčnou stěnu . Třetí typ využívá laktoferiny , které jsou přítomny v neutrofilních granulích a odstraňují esenciální železo z bakterií [36] . Ve čtvrtém typu se proteázy a hydrolázy používají k trávení proteinů zničených bakterií [37] .
Interferon-gama (také nazývaný faktor aktivující makrofágy) aktivuje makrofágovou syntézu oxidu dusnatého . Zdrojem interferonu-gama mohou být CD4 + T-lymfocyty (T-pomocníci), CD8 + T-lymfocyty (T-killery), přirození zabíječi , B-lymfocyty , monocyty , makrofágy nebo dendritické buňky [38] . Oxid dusnatý se pak uvolňuje z makrofágů a díky své toxicitě ničí mikroby v blízkosti makrofágů [3] . Aktivované makrofágy tvoří a vylučují tumor nekrotizující faktor . Tento cytokin (třída signálních molekul) [39] ničí rakovinné buňky a buňky infikované viry a pomáhá aktivovat další buňky imunitního systému [40] .
U některých onemocnění, jako jsou vzácná chronická granulomatózní onemocnění, je účinnost fagocytózy narušena, což může vést k bakteriálním infekcím [41] . U takových onemocnění dochází k anomálii v práci různých prvků destrukce mikrobů závislé na kyslíku. Další vzácné vrozené anomálie, jako je Shadyac-Steinbrink-Higashi syndrom , jsou také spojeny s defektní destrukcí mikrobů, které se dostanou do těla [42] .
Viry se mohou množit pouze uvnitř buňky a dostávají se do ní pomocí různých receptorů zapojených do imunitní obrany. Jakmile jsou viry uvnitř buňky, využívají její biologické procesy ve svůj prospěch a nutí buňku vytvářet tisíce virových částic, podobných matce. Ačkoli fagocyty a další složky imunitního systému mohou viry v omezené míře kontrolovat, jakmile je virus uvnitř buňky, je pro ochranu důležitější adaptivní imunita (zejména lymfocyty) [43] . V oblasti virové infekce se lymfocyty hromadí mnohem více než jiné buňky imunitního systému, což je pro virovou meningitidu nejtypičtější [44] . Buňky infikované viry jsou zničeny lymfocyty a vylučovány z těla fagocyty [45] .
U zvířat, rostlin a hub buňky neustále umírají. Rovnováha mezi buněčným dělením a buněčnou smrtí udržuje počet buněk u dospělých relativně konstantní [2] . Existují dva mechanismy buněčné smrti: nekróza a apoptóza . Na rozdíl od nekrózy, ke které často dochází v důsledku nemoci nebo poranění, je apoptóza (neboli programovaná buněčná smrt) normální proces, který se v těle neustále vyskytuje. Tělo se každý den zbavuje milionů mrtvých nebo odumírajících buněk a důležitou roli v tomto procesu hrají fagocyty [46] .
Umírající buňka, která prochází konečnou fází apoptózy [47] , vystavuje na svém povrchu některé specifické molekuly (např. fosfatidylserin ), aby se navázaly na fagocyt [48] . Fosfatidylserin se normálně nachází na cytosolickém povrchu plazmatické membrány, ale je transportován na vnější povrch během apoptózy, pravděpodobně proteinem zvaným scramblase [49] . Tyto molekuly označují buňku pro fagocytózu buňkami, které mají vhodné receptory, jako jsou makrofágy [50] . Odstranění odumírajících buněk fagocyty probíhá uspořádaným způsobem, aniž by došlo k zánětu [51] .
Fagocyty se pohybují v těle, interagují s fagocytárními a nefagocytárními buňkami imunitního systému. Komunikují s jinými buňkami prostřednictvím produkce chemických látek nazývaných cytokiny , které spouštějí další fagocyty do oblasti infekce nebo aktivují spící lymfocyty [52] . Fagocyty jsou součástí vrozené imunity , kterou mají zvířata, včetně lidí, od narození. Vrozená imunita je velmi účinná, ale není specifická v rozlišení mezi druhy patogenů. Na druhou stranu získaná imunita je specializovanější a může chránit téměř proti jakémukoli typu patogenu [53] . Získaná imunita závisí na lymfocytech, které nefagocytují, ale tvoří ochranné proteiny ( protilátky ), které označují patogeny k destrukci a brání virům v infikování buněk [54] . Fagocyty, zejména dendritické buňky a makrofágy, stimulují lymfocyty k produkci protilátek v důležitém procesu zvaném prezentace antigenu [55] .
Prezentace antigenu je proces, při kterém některé fagocyty přesunou kusy pozřeného materiálu zpět na svůj povrch a „poskytnou“ je dalším buňkám imunitního systému [56] . Existují 2 typy „profesionálních“ buněk prezentujících antigen: makrofágy a dendritické buňky [57] . Po požití se cizí proteiny (antigeny) v dendritické buňce nebo makrofágu rozloží na peptidy . Tyto peptidy se poté navážou na glykoproteiny hlavního histokompatibilního komplexu (MHC) buňky, které se dostanou zpět na povrch fagocytu, kde mohou být „předloženy“ lymfocytům [16] . Staré makrofágy nejsou schopny se rychle pohybovat z oblasti infekce, ale dendritické buňky se mohou dostat do lymfatických uzlin těla, kde jsou umístěny miliony lymfocytů [58] . To podporuje rozvoj imunitní odpovědi, protože lymfocyty reagují na antigeny prezentované dendritickými buňkami stejným způsobem, jako by byly v primárním místě infekce [59] . Ale dendritické buňky jsou také schopny zničit nebo potlačit aktivitu lymfocytů, pokud rozpoznají složky těla hostitele; to je důležité pro prevenci autoimunitních reakcí. Tento proces se nazývá tolerance [60] .
Dendritické buňky také podporují imunologickou toleranci [61] , která brání tělu, aby se na sebe imunologicky napadlo. Prvním typem tolerance je středová tolerance . Spočívá v tom, že když zralé T-lymfocyty (T-buňky) poprvé opustí brzlík , dendritické buňky zničí defektní T-lymfocyty nesoucí antigeny, které mohou způsobit autoimunitní reakci. Druhým typem imunologické tolerance je periferní tolerance . Některým autoreaktivním T buňkám se daří opustit brzlík z řady důvodů, jako je skutečnost, že v brzlíku neexprimovaly autoantigeny. Jiné T buňky, známé jako regulační T buňky, potlačují autoaktivní T buňky na periferii [62] . Při selhání imunologické tolerance může dojít k autoimunitním onemocněním [63] . Na druhé straně zvýšená tolerance může vést k infekcím (např. HIV infekce ) [62] .
Lidské fagocyty a fagocyty ostatních obratlovců se dělí na „profesionální“ a „neprofesionální“ skupiny podle účinnosti, s jakou se účastní fagocytózy [9] . Profesionální fagocyty zahrnují monocyty , makrofágy , neutrofily , tkáňové dendritické buňky a žírné buňky [10] .
Hlavní umístění | Fenotypové varianty |
---|---|
Krev | neutrofily, monocyty |
Kostní dřeň | makrofágy, monocyty, sinusové buňky , parietální buňky |
Kost | osteoklasty |
Střevní a střevní Peyerovy pláty | makrofágy |
Pojivová tkáň | Histiocyty , makrofágy, monocyty, dendritické buňky |
Játra | Kupfferovy buňky , monocyty |
Plíce | samoreplikující se makrofágy, monocyty, žírné buňky, dendritické buňky |
lymfatické tkáně | volné a fixované makrofágy a monocyty, dendritické buňky |
nervové tkáně | Mikrogliální buňky ( CD4 + ) |
Slezina | volné a fixované makrofágy, monocyty, sinusoidy |
brzlík | volné a fixované makrofágy a monocyty |
Kůže | trvalé Langerhansovy buňky , jiné dendritické buňky, makrofágy, žírné buňky |
Všechny fagocyty, zejména makrofágy, jsou ve stavu připravenosti. Makrofágy jsou obecně ve tkáních relativně neaktivní a množí se pomalu. V tomto poloklidovém stavu čistí tělo od mrtvých buněk a jiných neinfekčních zbytků a zřídka se účastní prezentace antigenu. Ale když dojde k infekci, dostanou chemické signály (obvykle interferon gama ), které zvýší jejich produkci molekul MHC II a připraví je na prezentaci antigenu. V tomto stavu jsou makrofágy dobrými nositeli a zabíječi antigenů. Pokud však obdrží signál přímo od patogenu , stanou se „hyperaktivními“ a přestanou se množit a soustředí se na zabíjení. Jejich velikost a rychlost fagocytózy se zvyšuje; některé se stanou dostatečně velké, aby pohltily napadající prvoky [65] .
V krvi jsou neutrofily neaktivní, ale pohybují se přes ni vysokou rychlostí. Když dostanou signály z makrofágů v oblasti zánětu , zpomalí se a vystoupí z krve. V tkáních jsou aktivovány cytokiny a vstupují do akční zóny připravené zničit [66] .
Když dojde k infekci, uvolní se chemický signál „SOS“, který přitáhne fagocyty do oblasti infekce [67] . Tyto chemické signály mohou zahrnovat proteiny z příchozích bakterií, systémy skládání peptidů , produkty systému komplementu a cytokiny, které jsou uvolňovány makrofágy umístěnými ve tkáni v místě infekce [3] . Další skupinou chemických atraktantů jsou cytokiny, které způsobují neutrofily a monocyty z krevního řečiště. [14] .
Aby se fagocyty dostaly do zóny infekce, opouštějí krevní oběh a pronikají do postižené tkáně. Signály infekce způsobují, že endoteliální buňky lemující krevní cévu produkují protein zvaný selektin , který se váže na procházející neutrofily. Vazodilatátory oslabují pojivové vazby endoteliálních buněk, což umožňuje fagocytům procházet stěnou cév. Chemotaxe je proces, při kterém fagocyty sledují „vůni“ cytokinů do oblasti infekce [3] . Neutrofily migrují přes epitelizované orgány do místa infekce, a přestože jde o důležitou součást kontroly infekce, samotná migrace může vést k příznakům onemocnění [68] . Během infekce se z krve vyvolají miliony neutrofilů, které však během několika dní zemřou [69] .
Monocyty se vyvíjejí v kostní dřeni a dozrávají v krvi. Zralé monocyty mají velké, hladké, laločnaté jádro a cytoplazmu , která obsahuje granule. Monocyty pohlcují cizí nebo nebezpečné látky a prezentují antigeny dalším buňkám imunitního systému. Monocyty tvoří 2 skupiny: cirkulující a marginální, které zůstávají v jiných tkáních (asi 70 % je v marginální skupině). Většina monocytů opouští krevní řečiště po 20–40 hodinách, vstupují do tkání a orgánů, kde se v závislosti na přijatém signálu mění v makrofágy [70] nebo dendritické buňky [71] . V 1 litru lidské krve je asi 500 milionů monocytů [13] .
Zralé makrofágy se neposouvají daleko, ale stojí na stráži v těch oblastech těla, které jsou vystaveny vnějšímu prostředí. Tam fungují jako popeláři. Antigen prezentující buňky nebo Natural killers , v závislosti na přijatém signálu [72] . Vznikají z monocytů, kmenových buněk, granulocytů nebo při buněčném dělení již existujících makrofágů [73] . Lidské makrofágy dosahují průměru asi 21 mikrometrů [74] .
Tento druh fagocytů nemá granule, ale obsahuje mnoho lysozomů . Makrofágy se nacházejí v celém těle téměř ve všech tkáních a orgánech (například mikrogliální buňky v mozku a alveolární makrofágy v plicích ). Umístění makrofága lze určit podle jeho velikosti a vzhledu. Makrofágy vyvolávají zánět produkcí interleukinu 1 , interleukinu 6 a tumor nekrotizujícího faktoru [75] . Makrofágy se obvykle nacházejí pouze ve tkáních a zřídka se dostávají do krevního oběhu. Životnost tkáňových makrofágů je podle různých odhadů od 4 do 5 dnů [76] . Poté umírají a ostatní makrofágy je požírají. Na rozdíl od neutrofilů makrofágy netvoří hnis
Makrofágy mohou být aktivovány k provádění funkcí, které klidový monocyt nemůže vykonávat [75] . T-pomocníci jsou podskupinou lymfocytů odpovědných za aktivaci makrofágů. Aktivují makrofágy signalizací interferonu gama a expresí proteinu CD154 [77] . Další signály pocházejí z bakterií ve formě tumor nekrotizujícího faktoru alfa a lipopolysacharidů [75] . T-pomocníci jsou schopni přitáhnout další fagocyty do oblasti infekce několika způsoby. Vylučují cytokiny, které působí na kostní dřeň , aby stimulovaly tvorbu monocytů a neutrofilů, a také vylučují některé cytokiny , které jsou zodpovědné za migraci monocytů a neutrofilů do krevního řečiště [78] . T-pomocníci se objevují při diferenciaci CD4 + T lymfocytů, kdy reagují na působení antigenu v periferních lymfatických tkáních . Aktivované makrofágy hrají důležitou roli při destrukci nádorů tím, že vytvářejí nádorový nekrotický faktor alfa, interferon gama, oxid dusnatý , reaktivní formy kyslíku, kationtové proteiny a hydrolytické enzymy [75] .
Neutrofily se obvykle nacházejí v krevním řečišti a jsou nejběžnějším typem fagocytů, které tvoří 50–60 % všech bílých krvinek cirkulujících v krvi [79] . Jeden litr dospělé krve normálně obsahuje asi 2,5–7,5 miliardy neutrofilů [13] . Jejich průměr je asi 10 µm [80] a neutrofily žijí pouze 5 dní [40] . Jakmile dorazí příslušný signál, asi do 30 minut opustí krev a dostanou se do infekční zóny [81] . Jsou schopny rychle absorbovat cizí materiál. Neutrofily se nevracejí do krve, ale mění se na hnisavé buňky a odumírají [81] . Zralé neutrofily jsou menší než monocyty a mají segmentovaná jádra s více sekcemi; každá sekce se připojuje k chromatinovým vláknům (neutrofil může mít 2-5 segmentů). Normálně neutrofily neopouštějí kostní dřeň až do zralosti, ale během infekce se do krve uvolňují prekurzory neutrofilů, myelocyty a promyelocyty [82] .
Intracelulární granule lidských neutrofilů degradují proteiny a mají baktericidní vlastnosti [83] . Neutrofily jsou schopny vylučovat látky, které stimulují monocyty a makrofágy. Sekrece neutrofilů zvyšuje fagocytózu a tvorbu reaktivních forem kyslíku, čímž se účastní intracelulární destrukce [84] . Sekrece z granul primárních neutrofilů stimulují fagocytózu bakterií potažených IgG [85] .
Dendritické buňky jsou specializované buňky prezentující antigen, které mají dlouhá rozšíření nazývaná dendrity [86] , které pomáhají pohltit mikroby a další patogeny [87] [88] . Dendritické buňky se nacházejí v tkáních, které přicházejí do kontaktu s prostředím, zejména v kůži , sliznici nosu, plic , žaludku a střev [89] . Jakmile jsou aktivovány, dozrávají a migrují do lymfatických tkání, kde interagují s T- a B-lymfocyty a vytvářejí a organizují získanou imunitní odpověď [90] .
Zralé dendritické buňky aktivují T-pomocníky a T-zabijáky [91] . Aktivovaní T-pomocníci interagují s makrofágy a B-lymfocyty, aby je následně aktivovali. Kromě toho jsou dendritické buňky schopny ovlivnit výskyt jednoho nebo druhého typu imunitní odpovědi; při přesunu do lymfatických oblastí jsou schopny aktivovat tam umístěné T-lymfocyty, které se pak diferencují na T-zabijáky a T-pomocníky [92]
Žírné buňky mají Toll-like receptory a interagují s dendritickými buňkami, T- a B-lymfocyty. Žírné buňky exprimují MHC třídy II a mohou se podílet na prezentaci antigenu; role žírných buněk v prezentaci antigenu však není dobře pochopena [93] . Žírné buňky jsou schopny pohltit, zabít gramnegativní bakterie (např . Salmonella ) a zpracovat jejich antigeny [94] Specializují se na zpracování fimbriálních proteinů na povrchu bakterií, které se podílejí na uchycení tkání [95] [96] . Kromě těchto funkcí produkují žírné buňky cytokiny, které spouštějí zánětlivou odpověď [97] . To je důležitou součástí mikrobiálního zabíjení, protože cytokiny přitahují více fagocytů do místa infekce [94] .
Umírající buňky a cizí organismy jsou pohlceny jinými buňkami než „profesionálními“ fagocyty [98] . Tyto buňky zahrnují epiteliální , endoteliální , parenchymální buňky a fibroblasty . Říká se jim neprofesionální fagocyty, aby se zdůraznilo, že na rozdíl od profesionálních fagocytů není fagocytóza jejich hlavní funkcí [99] . Například fibroblasty, které mohou fagocytovat kolagen během resorpce jizvy, jsou také schopny částečně pohltit cizí částice [100] .
Neprofesionální fagocyty jsou omezenější než profesionální fagocyty, pokud jde o částice, které mohou pohltit. To je způsobeno jejich nedostatkem účinných fagocytárních receptorů, zejména opsoninů [12] . Většina neprofesionálních fagocytů navíc netvoří reaktivní molekuly obsahující kyslík pro fagocytózu [101] .
Hlavní umístění | Fenotypové varianty |
---|---|
Krev, lymfa a lymfatické uzliny | Lymfocyty |
Krev, lymfa a lymfatické uzliny | Přírodní zabijáci a velké granulární lymfocyty |
Kůže | epiteliocyty |
Cévy | Endoteliocyty |
Pojivová tkáň | fibroblasty |
Krev | červené krvinky |
Patogen způsobuje infekci, pokud pouze překonal obranyschopnost těla. Patogenní bakterie a prvoci si vyvinou různé mechanismy odolnosti vůči útokům fagocytů a mnoho z nich skutečně přežívá a množí se uvnitř fagocytárních buněk [102] [103] .
Bakterie mají několik způsobů, jak se vyhnout kontaktu s fagocyty. Za prvé mohou žít v místech, kam se fagocyty nemohou dostat (například poškozená kůže). Za druhé, bakterie může potlačit zánětlivou reakci; bez zánětu nejsou fagocyty schopny adekvátně reagovat na infekci. Za třetí, některé typy bakterií mohou zpomalit schopnost fagocytů přesunout se do infekční zóny a zabránit tak chemotaxi [102] . Za čtvrté, některé bakterie jsou schopny vyhnout se kontaktu s fagocytem tím, že oklamou imunitní systém, který si začne „myslet“, že bakterie je buňkou samotného makroorganismu. Treponema pallidum (bakterie způsobující syfilis ) se skrývá před fagocyty tím, že potahuje svůj povrch fibronektinem [104] , který je přirozeně produkován v těle a hraje důležitou roli při hojení ran [105] .
Bakterie často tvoří proteiny nebo cukry, které pokrývají jejich buňky a zabraňují fagocytóze; jsou součástí bakteriálního pouzdra [102] . Například kapsulární antigen K5 a antigen O75 O jsou přítomny na povrchu Escherichia coli [106] a exopolysacharidových kapslích Staphylococcus epidermidis [107] . Streptococcus pneumoniae tvoří několik typů tobolek, které poskytují různé úrovně ochrany [108] , zatímco streptokoky skupiny A tvoří proteiny, jako je M-protein a fimbriální proteiny, které blokují absorpci. Některé proteiny interferují s vychytáváním opsoninu; Staphylococcus aureus produkuje protein A k blokování protilátkových receptorů, což snižuje účinnost opsoninů [109] .
Bakterie si vyvinuly způsoby, jak přežít uvnitř fagocytů, kde se nadále vyhýbají imunitnímu systému [110] . Pro bezpečný průnik do fagocytu vylučují proteiny zvané „invaziny“. Jakmile jsou uvnitř buňky, zůstávají v cytoplazmě a vyhýbají se expozici toxickým látkám obsaženým ve fagolyzozomech [111] . Některé bakterie brání fúzi fagosomu a lysozomu [102] . Jiné patogeny, jako je Leishmania , tvoří vysoce modifikované vakuoly ve fagocytech, což jim umožňuje přetrvávat a proliferovat [112] . Legionella pneumophila produkuje sekreci, která způsobuje fúzi fagocytů s jinými vezikuly , než které obsahují toxické látky [113] . Jiné bakterie jsou schopny žít uvnitř fagolyzozomů. Staphylococcus aureus například produkuje enzymy katalázu a superoxiddismutázu , které rozkládají chemikálie (jako je peroxid vodíku ) produkované fagocyty za účelem zabíjení bakterií [114] . Bakterie mohou opustit fagozom před vytvořením fagolyzozomu: Listeria monocytogenes je schopna vytvořit díru ve stěně fagozomu pomocí enzymů nazývaných listeriolysin O a fosfolipáza C [115] .
Bakterie vyvinuly některé metody ničení fagocytů [109] . Patří mezi ně cytolysiny , které tvoří póry v buněčné membráně fagocytů, streptolysiny a leukocidiny , které způsobují prasknutí neutrofilních granulí za uvolnění toxických látek [116] [117] , a exotoxiny , které snižují přísun ATP do fagocytů nezbytných pro fagocytózu. Jakmile jsou bakterie pohlceny, mohou zabíjet fagocyty a uvolňovat toxiny, které se pohybují z membrán fagozomů nebo fagolyzozomů do jiných částí buňky [102] .
Některé strategie přežití jsou často spojeny s narušením přenosu cytokinů a jinými metodami signalizace v buňce , aby se zabránilo reakci fagocytů na invazi [118] . Parazitičtí prvoci jako Toxoplasma gondii , Trypanosoma cruzi a Leishmania infikují makrofágy; každý z nich má jedinečný způsob potlačení aktivity makrofágů. Některé druhy Leishmania mění signální systém infikovaných makrofágů, potlačují produkci cytokinů a mikrobicidních molekul (oxid dusnatý, reaktivní formy kyslíku) a narušují prezentaci antigenu [119] .
Zejména makrofágy a neutrofily hrají ústřední roli v zánětlivém procesu tím, že uvolňují proteiny a zánětlivé mediátory s malou molekulovou hmotností, které kontrolují infekci, ale mohou poškodit hostitelské tkáně. Obecně platí, že cílem fagocytů je zničit patogeny jejich pohlcením a následným vystavením toxickým látkám uvnitř fagolyzozomů. Pokud fagocyt nedokáže pohltit svůj cíl, mohou se tyto toxické látky uvolnit do životního prostředí (akce zvaná „frustrovaná fagocytóza“). Vzhledem k tomu, že tyto látky jsou také toxické pro hostitelské buňky, mohou způsobit významné poškození zdravých buněk a tkání [120] .
Pokud neutrofily uvolní obsah granulí (reaktivní formy kyslíku a proteázy ) v ledvinách , dojde k degradaci extracelulární matrix v těle , což může vést k poškození glomerulárních buněk, což ovlivňuje jejich schopnost filtrovat krev a způsobuje změny jejich tvaru. Kromě toho produkty fosfolipázy (jako jsou leukotrieny ) zvyšují poškození. Toto uvolňování látek podporuje chemotaxi většího množství neutrofilů do místa infekce a glomerulární buňky mohou být dále poškozeny navázáním molekul během migrace neutrofilů. Poškození glomerulárních buněk může vést k selhání ledvin [121] .
Neutrofily také hrají klíčovou roli ve vývoji většiny forem akutního poškození plic [122] . Současně aktivované neutrofily uvolňují obsah svých toxických granulí v plicích [123] . Experimenty ukázaly, že snížení počtu neutrofilů snižuje účinky akutního poškození plic [124] , ale léčba supresí neutrofilů není klinicky realistická, protože ponechává tělo zranitelné vůči infekcím [123] . V játrech může poškození neutrofilů přispívat k dysfunkci a poškození v reakci na uvolnění bakteriálního endotoxinu , sepsi , trauma, alkoholickou hepatitidu , ischemii a hypovolemický šok v důsledku akutní ztráty krve 125] .
Chemické látky uvolňované makrofágy mohou také poškodit tělesné tkáně. Tumor nekrotizující faktor -α (TNF-α) je důležitá chemická látka vylučovaná makrofágy, která vede ke srážení krve v malých cévách, což zabraňuje šíření infekce [126] . Pokud však bakteriální infekce vstoupí do krevního řečiště, TNF-α se uvolňuje do životně důležitých orgánů, kde může způsobit vazodilataci a snížit objem plazmy ; to zase může vést k septickému šoku . Při septickém šoku uvolňování TNF-α způsobuje ucpání malých cév zásobujících krví životně důležité orgány a může dojít k jejich selhání. Septický šok může vést ke smrti [14] .
Fagocytóza se pravděpodobně objevila na počátku evoluce [127] , poprvé se objevila u jednobuněčných eukaryot [128] . Améby jsou jednobuněční prvoci , kteří se odštěpili ze stromu a vedli k mnohobuněčným organismům, ale mnoho specifických funkcí přenesli na fagocytární buňky savců [128] . Například slizák Dictyostelium discoideum žije v půdě a živí se bakteriemi. Stejně jako zvířecí fagocyty pohlcuje bakterie fagocytózou, především pomocí Toll-like receptorů [129] . Améby Dictyostelium discoideum jsou sociální; když hladoví, drží se pohromadě a mění se v migrující pseudoplazmodium. Takový mnohobuněčný organismus nakonec vytvoří plodnici s výtrusy, která je odolná vůči agresi prostředí. Před tvorbou plodnic se buňky mohou několik dní pohybovat jako slizové plísně. Během této doby může expozice toxinům nebo bakteriálním patogenům ohrozit přežití améb omezením produkce spór. Některé améby pohlcují bakterie a absorbují jejich toxiny. Nakonec tyto améby zemřou. Jsou geneticky podobné jiným amébám v larvě a obětují se, aby ochránily ostatní améby před bakteriemi, což je podobné sebeobětování fagocytů lidského imunitního systému. Tato vrozená imunitní funkce u sociálních améb naznačuje, že starodávný buněčný pohlcovací mechanismus mohl být adaptován na obrannou funkci dlouho před vznikem různých zvířat [130] , ale jejich společný původ se savčími fagocyty nebyl prokázán. Fagocyty jsou přítomny v celé živočišné říši [4] od mořských hub až po hmyz a obratlovce [131] [132] . Schopnost améby rozlišovat mezi já a ne-já se stala základem imunitního systému mnoha druhů [8] .
Tematické stránky | |
---|---|
Slovníky a encyklopedie | |
V bibliografických katalozích |
|