Роль тучных клеток и базофильных гранулоцитов в развитии аллергических реакций
При исследовании тучных клеток и базофильных гранулоцитов обнаружено много параллелей. В легких содержится 106 тучных клеток на грамм ткани, в коже это количество составляет 104. Они обладают высокоаффинными Fc-рецепторами, вырабатывают гистамин и содержат базофильные гранулы с протеогликанами, нейтральными сериновыми протеазами и кислыми гидролазами. Существенные различия наблюдаются в отношении содержания медиаторов. Матрикс гранул состоит прежде всего из гепарина у тучных клеток, гепарин- и хондроитинсульфата у базофилов. Тучные клетки несут на мембране около 3-105 Fc-рецепторов, а базофилы - 105. Обозначение «базофильный гранулоцит» обусловлено хорошо распознаваемыми базофильными гранулами. Термин «тучная клетка» предложен Эрлихом, описавшим увеличение числа этих клеток при воспалительных и других процессах, связанных по его мнению с усиленным местным питанием тканей.
Тучные клетки. Отличительной особенностью этих клеток является изменение их окраски при действии специальных красителей (например, толуидинового синего). Диаметр этих клеток составляет примерно 10-15 (5-25) мкм, каждая состоит из 100-150 гранул. В зрелых тучных клетках присутствуют и кристаллические структуры. Их диаметр достигает 200-500 нм. Гранула состоит из протеогликанов, ферментов, металлов, а также ряда еще малоизученных соединений (белков). Гепарин имеет молекулярную массу более 60 К и у человека, по-видимому, не играет существенной роли. Основная его функция - выполнение роли структурного компонента с особыми физико-химическими свойствами. Гранулы возникают, вероятно, в области аппарата Гольджи и остаются с ним связанными. Отдельные гранулы находятся в трубчатом образовании, причем наиболее зрелые локализуются ближе к наружной мембране. Тучные клетки легких содержат в большом количестве типичные протеазы (25% общего белка). Они в состоянии отщеплять СЗа от СЗ и за счет расщепления кининогена препятствуют образованию кининов. Тучные клетки человека в больших количествах содержат 6-гексааминидазы, В-глюкуронидазы и арилсульфатазы. Наряду с гистамином тучные клетки вырабатывают также производные арахидоновой кислоты, особенно простагландин D2 и лейкотриен С4. Высвобождение гистамина происходит в течение нескольких минут (0,2-2,0 мкг на 106 клеток). В цитоплазме содержится лишь небольшое количество митохондрий, слабо выражен эндоплазматический ретикулум. Тонкая мембрана клеток образует многочисленные щупальце образные выросты.
В принципе тучные клетки можно обнаружить в соединительной ткани, но чаще вблизи сосудов. В кожном покрове они присутствуют около волосяных фолликул и желез, в кишечнике в ворсинках и криптах Либеркюна. Наличие тучных клеток в соединительной ткани, а также их количественные и функциональные сдвиги при ряде заболеваний (склеродермия, микседема, процессы грануляции и т. д.) позволяют предположить, что они играют важную роль в метаболизме соединительной ткани. Высвобождение гистамина следует рассматривать как защитный механизм при действии различных патогенных факторов. Этот феномен может вызывать изменения циркуляции, соответствующие реакции ГНТ. Примечательно увеличение количества тучных клеток в шоковых органах. Их дегрануляцию наблюдают не только при реагин-зависимой аллергической реакции, но и при так называемой физикальной форме аллергии.
Новые данные о тучных клетках позволяют выделить их 2 субпопуляции:
- тимуснезависимые тучные клетки соединительной ткани. Их предшественники образуются в фетальной печени, а позднее в костном мозге. Дифференцировка в тканях происходит под действием микроокружения. Соответствующие стимулы вызывают процесс клеточного клонирования;
- тимусзависимые тучные клетки. Они присутствуют прежде всего в слизистой оболочке, у бестимусных мышей они не выявлены. Зависимость от вилочковой железы заключается в том, что они образуются из ее клеток или дифференцируются под ее воздействием.
Обе субпопуляции различаются по структуре гранул, а также, вероятно, по составу выделяемых ими медиаторов. Имеются свидетельства существования двух типов тучных клеток у человека:
- ТС, содержащие триптазу и подобную химотрипсину протеиназу;
- Т, содержащие только триптазу.
В коже и субмукозном слое кишечника преобладают ТС-клетки, составляющие 87-88%, в мукозном слое тонкого кишечника, субэпителиальных участках бронхов и в альвеолах преимущественно выявляются Т-клетки, составляющие 78- 90%, ТС-тучные клетки соответствуют тучным клеткам соединительной ткани, а Т-тучные клетки - тучным клеткам слизистой. Триптаза расщепляет СЗ, кининоген и фибриноген, но не действует на прекалликреин плазмы, низкомолекулярный кининоген и плазминоген.
Базофильные гранулоциты генерируют в костном мозге и циркулируют в кровь и ткани. В периферической крови они составляют 0,1-1% лейкоцитов. Базофилы подвержены действию гормонов надпочечников, щитовидной железы и половых гормонов. Количество базофильных гранулоцитов возрастает прежде всего при миелопролиферативных заболеваниях, особенно при базофильной и других формах лейкоза, в меньшей степени при полицитемии, язвенном колите и атопиях. В крови гистамин присутствует исключительно в базофилах, одна клетка содержит 1-2 мг гистамина. Как и другие зрелые гранулоциты, базофилы не способны к делению и пролиферации, их период жизни составляет несколько дней.
Гранулы демонстрируют значительные видовые различия: у человека они имеют круглую или овальную форму с повышенной электронной плотностью, их диаметр составляет 1 мкм. Их распознают по размеру частиц в менее плотном матриксе. Другая популяция гранул, значительно меньшая по размерам, обнаруживается в непосредственной близости от ядра и представляет собой более гомогенную массу. Эти гранулы не содержат пероксидазу.
Основным веществом, заполняющим гранулу, является не гепарин, как это предполагали ранее, а хондроитинсульфат А и С. Среди ферментов присутствуют трипсин- и химотрипсинподобные гидролазы, а также пероксидаза. Вероятно, отдельные гранулы соединены друг с другом. Регрануляция практически невозможна, а если и происходит, то в незначительной степени.
Фаго- и пиноцитоз протекают довольно интенсивно. Под действием реакции IgE - антиген сокращается направленное движение базофилов, у них развиваются четко выраженные псевдоподии. В течение нескольких секунд гранулы утрачивают способность к специфическому окрашиванию. При клеточных реакциях утрата свойств метахромазии и процесс дегрануляции происходят значительно медленнее.
В отличие от тучных клеток для базофилов циклооксигеназный путь метаболизма производных арахидоновой кислоты является второстепенным. На первом месте стоит путь через 5-липоксигеназу, ПАФ практически не секретируется. В отличие от тучных клеток кортикостероиды ингибируют как высвобождение гистамина, так и выработку лейкотриенов. Базофилы играют важную роль как в реакциях клеточного иммунитета, так и в атопических реакциях (особенно при кожной базофильной аллергии). Местные скопления этих клеток наблюдают при лекарственной аллергии, псориазе, системной красной волчанке, пемфигусе, интерстициальном нефрите и реакциях трансплантационного иммунитета.
Между тучными клетками и базофилами существует тесная функциональная взаимосвязь. Это выражается, например, в том, что если в организме значительно снижено количество одного типа клеток, то другой тип клеток присутствует в повышенной концентрации. У человека присутствуют оба типа клеток. Некоторые факты свидетельствуют о том, что базофилы, отличающиеся высокой мобильностью, важны для проявления ранней фазы реакции. Так как они не могут делиться, то при затяжном характере реакции и переходе ее в хроническую форму возрастает значение тучных клеток.
Биохимия. Особое значение этих клеток заключается в том, что в них синтезируется, накапливается, а при специфическом стимуле из них высвобождается ряд биологически активных веществ. Их можно разделить на следующие группы:
- вазоактивные и спазмогенные медиаторы (гистамин, ПАФ, производные арахидоновой кислоты);
- хемотактические факторы (ФХЭ, ФХН, ФХ лимфоцитов);
- ферменты (триптаза, калликреин, лизосомальные ферменты);
- протеогликаны (гепарин, гепаринсульфат и хондроитинсульфат).
Дегрануляция может быть вызвана специфическими и неспецифическими (с иммунологической точки зрения) воздействиями. Наиболее важным механизмом, вызывающим дегрануляцию, является реакция между гомоцитотропными антителами и антигеном. В результате клетки утрачивают свои гранулы. Количество тучных клеток в тканях и органах до и после анафилактической реакции находится в непосредственной зависимости от интенсивности реакции. Уже через минуту после начала реакции отмечают развитие процесса дегрануляции и уменьшение количества тучных клеток. Самые ранние изменения выражаются в утрате ламеллярной структуры, мембраны гранул сливаются с мембраной клетки (расположенные в центре гранулы могут сначала сливаться друг с другом). Место слияния с клеточной оболочкой истончается, образуется отверстие, через которое гранула выходит наружу, при этом важную роль играют микрофиламенты. В первой, эндогенной, фазе процесса гранулы образуют связь с внеклеточным пространством. В результате выхода гранул в клетке образуются пустоты. Процесс развивается от периферии к центру. Связь с межклеточным пространством приводит к процессу внутриклеточной дегрануляции.
Во второй фазе, которая протекает быстро и спонтанно, гистамин заменяется катионами. Аналогичным образом происходит освобождение гистамина из базофилов.
Дегрануляция может быть вызвана и другими иммунологическими стимулами. Ее механизмы могут быть различными:
- среди лимфокинов известны два фактора, действующие на тучные клетки. Один из них - это Т-клеточный антигенспецифический фактор, который, очевидно, связывается со специальным рецептором и вызывает дегрануляцию. Считают, что он имеет значение для инициации контактной чувствительности. Гистамин реализующий фактор подробно еще не изучен;
- часть стимуляторов действует через рецепторы, неидентичные рецепторам к IgE. Так называемые антигендесенсибилизированные клетки еще отвечают на влияние СЗ-компонента. Механизм действия С5-анафилатоксина пока неясен. Примечателен тот факт, что С5а вызывает более интенсивную
- дегрануляцию, чем антиген в базофилах, а в тучных клетках наоборот;
- ионофоры кальция транспортируют Са2+ в клетку и вызывают внутриклеточную активацию. Вероятно, этот механизм протекает вне процессов индукции атопической активации;
- лектины обусловливают формирование решетки гликопротеинами (в определенных условиях ее могут образовывать и IgE).
Названные эффекты токсического действия не оказывают. После дегрануляции клетки сохраняют свою функциональную способность. Токсическую дегрануляцию вызывают различные токсины (змеиный и пчелиный яд), протеолитические ферменты, а также антитела к тучным клеткам, обусловливающие активацию комплемента.
Базофильные гранулоциты несут адренергические рецепторы. Их стимуляция в первую очередь оказывает действие на цАМФ, моделируя тем самым выделение медиаторов. Стимуляция адренорецепторов ингибирует высвобождение гистамина. Аналогичный эффект может быть вызван и при активации рецепторов простагландинов. Холинергические рецепторы вызывают увеличение концентрации цГМФ и подавляют дегрануляцию. Они блокируются через мускарин-эффект атропина.
Рецепторы гистамина имеют значение для механизмов обратной связи, они относятся к Н2-типу, поэтому данный эффект гистамина не подвержен влиянию антигистаминных препаратов. Он подавляется с помощью Н2-блокатора, например буримамида. Глюкокортикоиды замедляют ресинтез гистамина. Под их действием снижается количество тучных клеток в тканях. Сами клетки уменьшаются, в них появляются вакуоли. Гранулы отличаются размером и частично окрашиваются ортохроматически. Число базофильных гранулоцитов в крови снижается.
Читать далее Влияние фармакологических средств на биохимию аллергической реакции
Тучные клетки. Отличительной особенностью этих клеток является изменение их окраски при действии специальных красителей (например, толуидинового синего). Диаметр этих клеток составляет примерно 10-15 (5-25) мкм, каждая состоит из 100-150 гранул. В зрелых тучных клетках присутствуют и кристаллические структуры. Их диаметр достигает 200-500 нм. Гранула состоит из протеогликанов, ферментов, металлов, а также ряда еще малоизученных соединений (белков). Гепарин имеет молекулярную массу более 60 К и у человека, по-видимому, не играет существенной роли. Основная его функция - выполнение роли структурного компонента с особыми физико-химическими свойствами. Гранулы возникают, вероятно, в области аппарата Гольджи и остаются с ним связанными. Отдельные гранулы находятся в трубчатом образовании, причем наиболее зрелые локализуются ближе к наружной мембране. Тучные клетки легких содержат в большом количестве типичные протеазы (25% общего белка). Они в состоянии отщеплять СЗа от СЗ и за счет расщепления кининогена препятствуют образованию кининов. Тучные клетки человека в больших количествах содержат 6-гексааминидазы, В-глюкуронидазы и арилсульфатазы. Наряду с гистамином тучные клетки вырабатывают также производные арахидоновой кислоты, особенно простагландин D2 и лейкотриен С4. Высвобождение гистамина происходит в течение нескольких минут (0,2-2,0 мкг на 106 клеток). В цитоплазме содержится лишь небольшое количество митохондрий, слабо выражен эндоплазматический ретикулум. Тонкая мембрана клеток образует многочисленные щупальце образные выросты.
В принципе тучные клетки можно обнаружить в соединительной ткани, но чаще вблизи сосудов. В кожном покрове они присутствуют около волосяных фолликул и желез, в кишечнике в ворсинках и криптах Либеркюна. Наличие тучных клеток в соединительной ткани, а также их количественные и функциональные сдвиги при ряде заболеваний (склеродермия, микседема, процессы грануляции и т. д.) позволяют предположить, что они играют важную роль в метаболизме соединительной ткани. Высвобождение гистамина следует рассматривать как защитный механизм при действии различных патогенных факторов. Этот феномен может вызывать изменения циркуляции, соответствующие реакции ГНТ. Примечательно увеличение количества тучных клеток в шоковых органах. Их дегрануляцию наблюдают не только при реагин-зависимой аллергической реакции, но и при так называемой физикальной форме аллергии.
Новые данные о тучных клетках позволяют выделить их 2 субпопуляции:
- тимуснезависимые тучные клетки соединительной ткани. Их предшественники образуются в фетальной печени, а позднее в костном мозге. Дифференцировка в тканях происходит под действием микроокружения. Соответствующие стимулы вызывают процесс клеточного клонирования;
- тимусзависимые тучные клетки. Они присутствуют прежде всего в слизистой оболочке, у бестимусных мышей они не выявлены. Зависимость от вилочковой железы заключается в том, что они образуются из ее клеток или дифференцируются под ее воздействием.
Обе субпопуляции различаются по структуре гранул, а также, вероятно, по составу выделяемых ими медиаторов. Имеются свидетельства существования двух типов тучных клеток у человека:
- ТС, содержащие триптазу и подобную химотрипсину протеиназу;
- Т, содержащие только триптазу.
В коже и субмукозном слое кишечника преобладают ТС-клетки, составляющие 87-88%, в мукозном слое тонкого кишечника, субэпителиальных участках бронхов и в альвеолах преимущественно выявляются Т-клетки, составляющие 78- 90%, ТС-тучные клетки соответствуют тучным клеткам соединительной ткани, а Т-тучные клетки - тучным клеткам слизистой. Триптаза расщепляет СЗ, кининоген и фибриноген, но не действует на прекалликреин плазмы, низкомолекулярный кининоген и плазминоген.
Базофильные гранулоциты генерируют в костном мозге и циркулируют в кровь и ткани. В периферической крови они составляют 0,1-1% лейкоцитов. Базофилы подвержены действию гормонов надпочечников, щитовидной железы и половых гормонов. Количество базофильных гранулоцитов возрастает прежде всего при миелопролиферативных заболеваниях, особенно при базофильной и других формах лейкоза, в меньшей степени при полицитемии, язвенном колите и атопиях. В крови гистамин присутствует исключительно в базофилах, одна клетка содержит 1-2 мг гистамина. Как и другие зрелые гранулоциты, базофилы не способны к делению и пролиферации, их период жизни составляет несколько дней.
Гранулы демонстрируют значительные видовые различия: у человека они имеют круглую или овальную форму с повышенной электронной плотностью, их диаметр составляет 1 мкм. Их распознают по размеру частиц в менее плотном матриксе. Другая популяция гранул, значительно меньшая по размерам, обнаруживается в непосредственной близости от ядра и представляет собой более гомогенную массу. Эти гранулы не содержат пероксидазу.
Основным веществом, заполняющим гранулу, является не гепарин, как это предполагали ранее, а хондроитинсульфат А и С. Среди ферментов присутствуют трипсин- и химотрипсинподобные гидролазы, а также пероксидаза. Вероятно, отдельные гранулы соединены друг с другом. Регрануляция практически невозможна, а если и происходит, то в незначительной степени.
Фаго- и пиноцитоз протекают довольно интенсивно. Под действием реакции IgE - антиген сокращается направленное движение базофилов, у них развиваются четко выраженные псевдоподии. В течение нескольких секунд гранулы утрачивают способность к специфическому окрашиванию. При клеточных реакциях утрата свойств метахромазии и процесс дегрануляции происходят значительно медленнее.
В отличие от тучных клеток для базофилов циклооксигеназный путь метаболизма производных арахидоновой кислоты является второстепенным. На первом месте стоит путь через 5-липоксигеназу, ПАФ практически не секретируется. В отличие от тучных клеток кортикостероиды ингибируют как высвобождение гистамина, так и выработку лейкотриенов. Базофилы играют важную роль как в реакциях клеточного иммунитета, так и в атопических реакциях (особенно при кожной базофильной аллергии). Местные скопления этих клеток наблюдают при лекарственной аллергии, псориазе, системной красной волчанке, пемфигусе, интерстициальном нефрите и реакциях трансплантационного иммунитета.
Между тучными клетками и базофилами существует тесная функциональная взаимосвязь. Это выражается, например, в том, что если в организме значительно снижено количество одного типа клеток, то другой тип клеток присутствует в повышенной концентрации. У человека присутствуют оба типа клеток. Некоторые факты свидетельствуют о том, что базофилы, отличающиеся высокой мобильностью, важны для проявления ранней фазы реакции. Так как они не могут делиться, то при затяжном характере реакции и переходе ее в хроническую форму возрастает значение тучных клеток.
Биохимия. Особое значение этих клеток заключается в том, что в них синтезируется, накапливается, а при специфическом стимуле из них высвобождается ряд биологически активных веществ. Их можно разделить на следующие группы:
- вазоактивные и спазмогенные медиаторы (гистамин, ПАФ, производные арахидоновой кислоты);
- хемотактические факторы (ФХЭ, ФХН, ФХ лимфоцитов);
- ферменты (триптаза, калликреин, лизосомальные ферменты);
- протеогликаны (гепарин, гепаринсульфат и хондроитинсульфат).
Дегрануляция может быть вызвана специфическими и неспецифическими (с иммунологической точки зрения) воздействиями. Наиболее важным механизмом, вызывающим дегрануляцию, является реакция между гомоцитотропными антителами и антигеном. В результате клетки утрачивают свои гранулы. Количество тучных клеток в тканях и органах до и после анафилактической реакции находится в непосредственной зависимости от интенсивности реакции. Уже через минуту после начала реакции отмечают развитие процесса дегрануляции и уменьшение количества тучных клеток. Самые ранние изменения выражаются в утрате ламеллярной структуры, мембраны гранул сливаются с мембраной клетки (расположенные в центре гранулы могут сначала сливаться друг с другом). Место слияния с клеточной оболочкой истончается, образуется отверстие, через которое гранула выходит наружу, при этом важную роль играют микрофиламенты. В первой, эндогенной, фазе процесса гранулы образуют связь с внеклеточным пространством. В результате выхода гранул в клетке образуются пустоты. Процесс развивается от периферии к центру. Связь с межклеточным пространством приводит к процессу внутриклеточной дегрануляции.
Во второй фазе, которая протекает быстро и спонтанно, гистамин заменяется катионами. Аналогичным образом происходит освобождение гистамина из базофилов.
Дегрануляция может быть вызвана и другими иммунологическими стимулами. Ее механизмы могут быть различными:
- среди лимфокинов известны два фактора, действующие на тучные клетки. Один из них - это Т-клеточный антигенспецифический фактор, который, очевидно, связывается со специальным рецептором и вызывает дегрануляцию. Считают, что он имеет значение для инициации контактной чувствительности. Гистамин реализующий фактор подробно еще не изучен;
- часть стимуляторов действует через рецепторы, неидентичные рецепторам к IgE. Так называемые антигендесенсибилизированные клетки еще отвечают на влияние СЗ-компонента. Механизм действия С5-анафилатоксина пока неясен. Примечателен тот факт, что С5а вызывает более интенсивную
- дегрануляцию, чем антиген в базофилах, а в тучных клетках наоборот;
- ионофоры кальция транспортируют Са2+ в клетку и вызывают внутриклеточную активацию. Вероятно, этот механизм протекает вне процессов индукции атопической активации;
- лектины обусловливают формирование решетки гликопротеинами (в определенных условиях ее могут образовывать и IgE).
Названные эффекты токсического действия не оказывают. После дегрануляции клетки сохраняют свою функциональную способность. Токсическую дегрануляцию вызывают различные токсины (змеиный и пчелиный яд), протеолитические ферменты, а также антитела к тучным клеткам, обусловливающие активацию комплемента.
Базофильные гранулоциты несут адренергические рецепторы. Их стимуляция в первую очередь оказывает действие на цАМФ, моделируя тем самым выделение медиаторов. Стимуляция адренорецепторов ингибирует высвобождение гистамина. Аналогичный эффект может быть вызван и при активации рецепторов простагландинов. Холинергические рецепторы вызывают увеличение концентрации цГМФ и подавляют дегрануляцию. Они блокируются через мускарин-эффект атропина.
Рецепторы гистамина имеют значение для механизмов обратной связи, они относятся к Н2-типу, поэтому данный эффект гистамина не подвержен влиянию антигистаминных препаратов. Он подавляется с помощью Н2-блокатора, например буримамида. Глюкокортикоиды замедляют ресинтез гистамина. Под их действием снижается количество тучных клеток в тканях. Сами клетки уменьшаются, в них появляются вакуоли. Гранулы отличаются размером и частично окрашиваются ортохроматически. Число базофильных гранулоцитов в крови снижается.
Читать далее Влияние фармакологических средств на биохимию аллергической реакции