Fagocytter (fra andet græsk φαγεῖν "fortær" + κύτος "celle" [1] ) er celler i immunsystemet, der beskytter kroppen ved at absorbere ( fagocytose ) skadelige fremmede partikler ( bakterier , vira ), såvel som døde eller døende celler [ 2] . De er vigtige for infektionskontrol og post-infektion immunitet [3] . Fagocytose er vigtig for hele dyreriget [4] og er højt udviklet hos hvirveldyr [5] . Fagocytternes rolle i beskyttelsen mod bakterier blev først opdaget af I. I. Mechnikov i 1882, da han studerede søstjernelarver [6] . Mechnikov blev tildelt Nobelprisen i fysiologi i 1908 for sin udvikling af den cellulære teori om immunitet [7] . Fagocytter er til stede i organismer af mange arter; nogle amøber ligner i mange adfærdsmæssige detaljer makrofager, hvilket indikerer, at fagocytter dukkede op på tidlige stadier af evolutionen [8] .
Humane og andre dyrefagocytter kaldes "professionelle" eller "ikke-professionelle" afhængigt af hvor effektivt de fagocytiserer [9] . Professionelle fagocytter omfatter neutrofiler , monocytter , makrofager , dendritiske celler og mastceller [10] [11] . Den største forskel mellem professionelle og ikke-professionelle fagocytter er, at professionelle fagocytter på deres overflade har molekyler kaldet receptorer , der detekterer fremmedlegemer, såsom bakterier [12] . En liter voksenblod indeholder normalt omkring 2,5-7,5 milliarder neutrofiler, 200-900 millioner monocytter [13] .
Ved infektion tiltrækker kemiske signaler fagocytter til det sted, hvor patogenet er kommet ind i kroppen. Disse signaler kan komme fra bakterier eller fra andre fagocytter, der allerede er til stede der. Fagocytter bevæger sig ved kemotaksi . Ved kontakt af en fagocyt med en bakterie binder receptorer på dens overflade til den, hvilket fører til absorption af bakterien af fagocytten [14] . Nogle fagocytter dræber invaderende patogener med reaktive oxygenarter og nitrogenoxid [15] . Efter fagocytose kan makrofager og dendritiske celler også deltage i antigenpræsentationen , en proces, hvor fagocytter flytter patogent materiale tilbage til deres overflade. Dette materiale præsenteres (præsenteres) derefter for andre celler i immunsystemet. Nogle fagocytter kommer ind i lymfeknuderne og præsenterer materiale til lymfocytter . Denne proces spiller en vigtig rolle i dannelsen af immunitet [16] . Imidlertid er mange patogener resistente over for fagocytangreb [3] .
Selvom fænomenet, senere kaldet fagocytose, først blev observeret af den amerikanske læge Joseph Richardson i 1869 og den canadiske læge William Osler i 1875, vakte deres arbejde ikke den store interesse blandt samtidige [17] [18] . Det var den russiske biolog Ilya Ilyich Mechnikov , der først overbevisende viste, at specialiserede celler er involveret i forsvaret mod mikrobiel infektion. I sine første undersøgelser observerede han absorptionen af fremmed materiale af sådanne celler i løbet af eksperimenter med ciliære orme (1878) og cnidarians (1880) [19] . I 1882 studerede han bevægelige celler i søstjernelarver og foreslog, at de var vigtige for dyrets immunforsvar. For at teste denne idé stak han små nåle fra et mandarintræ ind i larven og fandt efter et par timer ud af, at mobile celler omgav nålene [20] . Mechnikov rejste til Wien og slog sin idé op for Karl Klaus ; han foreslog for cellerne observeret af Mechnikov navnet "fagocytter" [21] .
Et år senere studerede Mechnikov et ferskvandskrebsdyr , Daphnia , et lille, gennemsigtigt dyr, der kan studeres direkte under et mikroskop. Han fandt ud af, at svampesporer, der landede på Daphnia, blev ødelagt af fagocytter. Mechnikov fortsatte sine observationer af hvide blodlegemer fra pattedyr og fandt ud af, at Bacillus anthracis også kan ødelægges af fagocytter. Han kaldte processen med indfangning og fordøjelse af bakterier og andre genstande af fagocytter fagocytose [22] . Mechnikov foreslog, at fagocytter er det primære forsvar mod gennemtrængende mikroorganismer. Mechnikov blev tildelt (sammen med Paul Ehrlich ) 1908 Nobelprisen i fysiologi eller medicin for sit arbejde med fagocytter og fagocytose [7] . I 1903 opdagede Almroth Wright , at fagocytose understøttes af specifikke antistoffer , som han kaldte opsoniner [23] .
Selvom betydningen af disse opdagelser gradvist vandt anerkendelse i begyndelsen af det tyvende århundrede, var den komplekse karakter af forholdet mellem fagocytter og andre komponenter i immunsystemet først kendt i 1980'erne [24] .
Fagocytose er processen med absorption af fremmede partikler af celler [25] . Det omfatter en sekvens af molekylære processer [26] . Fagocytose opstår efter binding af receptorer af et fremmed middel (f.eks. bakterier). Fagocytten omgiver derefter bakterien og opsluger den. Fagocytose af en bakterie af en human neutrofil forekommer på omkring 9 minutter [27] . Inde i fagocytten er bakterien en del af fagosomet . Inden for et minut smelter fagosomet sammen med et lysosom eller enzymholdigt granulat for at danne et fagolysosom . Den fængslede bakterie udsættes for aggressiv handling [28] og dør efter få minutter [27] . Dendritiske celler og makrofager virker ikke så hurtigt, og fagocytose i disse celler kan tage mange timer. Makrofager indtager store mængder fremmedmateriale og udskiller ofte nogle af de ufordøjede partikler tilbage. Dette materiale er et signal til migration af makrofager fra blodet [29] . Fagocytter er i stand til at absorbere næsten ethvert stof.
Fagocytter har på deres overflade mange forskellige receptorer, takket være hvilke de binder fremmed materiale [3] . Disse omfatter opsonin -receptorer, scavenger-receptorer og Toll-lignende receptorer . Opsonin-receptorer forstærker fagocytose af bakterier, der er belagt med immunglobulin G (IgG) eller komplement . Komplement er et kompleks af proteinmolekyler i blodet, der ødelægger celler eller markerer dem til destruktion [30] . Scavenger-receptorer binder til en række forskellige molekyler på overfladen af bakteriecellen, og Toll-lignende receptorer binder til mere specifikke molekyler. Binding af Toll-lignende receptorer øger fagocytose og får fagocytterne til at frigive en gruppe faktorer, der forårsager inflammation [3] .
Ødelæggelsen af mikroorganismer er en vigtig funktion af fagocytose [31] , som opstår enten under fagocytose (intracellulær ødelæggelse) eller uden for fagocytten (ekstracellulær ødelæggelse).
Når en fagocyt indtager en bakterie (eller ethvert andet fremmedlegeme), øges iltforbruget , hvilket kaldes en respiratorisk udbrud . I dette tilfælde dannes der reaktive oxygenarter, som har en antimikrobiel virkning [32] . Iltforbindelser er giftige for både patogenet og selve cellen, så de opbevares i celler i selve cellen. Denne metode til destruktion af gennemtrængende mikroorganismer kaldes iltafhængig intracellulær destruktion, som er opdelt i to typer [15] .
Den første type er den iltafhængige dannelse af superoxidradikal [3] , som ødelægger bakterier [33] . Superoxid omdannes til hydrogenperoxid og singlet oxygen ved virkningen af enzymet superoxiddismutase . Superoxider reagerer også med hydrogenperoxid og danner en hydroxylgruppe , som hjælper med at ødelægge patogene mikrober [3] .
Den anden type omfatter brugen af enzymet myeloperoxidase fra neutrofile granula [34] . Når granulatet smelter sammen med fagosomet, frigives myeloperoxidase til fagolysosomet, og dette enzym bruger hydrogenperoxid og klor til at skabe hypoklorit . Hypoklorit er ekstremt giftigt for bakterier [3] . Myeloperoxidase indeholder pigmentet hæm , på grund af hvilket den grønne farve af sekreter rige på neutrofiler (for eksempel pus , inficeret opspyt ) dannes [35] .
Fagocytter kan også ødelægge mikroorganismer ved den ilt-uafhængige metode, men den er mindre effektiv end den iltafhængige. Der er fire hovedtyper. Den første type bruger ladede proteiner, der beskadiger den bakterielle cellemembran . Den anden type bruger lysosomale enzymer, der nedbryder bakteriecellevæggen . Den tredje type bruger lactoferriner , som er til stede i neutrofile granulat og fjerner essentielt jern fra bakterier [36] . I den fjerde type bruges proteaser og hydrolaser til at fordøje proteinerne fra ødelagte bakterier [37] .
Interferon-gamma (også kaldet makrofagaktiverende faktor) aktiverer makrofagsyntese af nitrogenoxid . Kilden til interferon-gamma kan være CD4 + T-lymfocytter (T-hjælpere), CD8 + T-lymfocytter (T-dræbere), naturlige dræbere , B-lymfocytter , monocytter , makrofager eller dendritiske celler [38] . Nitrogenoxid frigives derefter fra makrofager og ødelægger på grund af dets toksicitet mikrober nær makrofagen [3] . Aktiverede makrofager danner og udskiller tumornekrosefaktor . Dette cytokin (en klasse af signalmolekyler) [39] ødelægger kræftceller og virusinficerede celler og hjælper med at aktivere andre celler i immunsystemet [40] .
Ved nogle sygdomme, såsom sjældne kroniske granulomatøse sygdomme, er fagocytoses effektivitet forringet, hvilket kan føre til bakterielle infektioner [41] . I sådanne sygdomme er der en anomali i arbejdet med forskellige elementer af iltafhængig ødelæggelse af mikrober. Andre sjældne medfødte anomalier, såsom Shadyac-Steinbrink-Higashi-syndromet , er også forbundet med defekt ødelæggelse af mikrober, der kommer ind i kroppen [42] .
Vira kan kun formere sig inde i en celle, og de kommer ind i den ved hjælp af en række forskellige receptorer involveret i immunforsvaret. Når de først er inde i cellen, bruger vira sine biologiske processer til deres fordel, hvilket tvinger cellen til at skabe tusindvis af viruspartikler, der ligner moderen. Selvom fagocytter og andre komponenter i immunsystemet kan kontrollere vira i begrænset omfang, er adaptiv immunitet (især lymfocytter) vigtigere for beskyttelsen, når først virussen er inde i cellen [43] . Inden for virusinfektion akkumuleres lymfocytter meget mere end andre celler i immunsystemet, hvilket er mest typisk for viral meningitis [44] . Celler inficeret med virus ødelægges af lymfocytter og udskilles fra kroppen af fagocytter [45] .
Hos dyr, planter og svampe dør celler konstant. Balancen mellem celledeling og celledød holder antallet af celler relativt konstant hos voksne [2] . Der er to mekanismer for celledød: nekrose og apoptose . I modsætning til nekrose, som ofte opstår som følge af sygdom eller skade, er apoptose (eller programmeret celledød) en normal proces, der opstår konstant i kroppen. Kroppen befrier sig selv for millioner af døde eller døende celler hver dag, og fagocytter spiller en vigtig rolle i denne proces [46] .
En døende celle, der gennemgår den sidste fase af apoptose [47] afslører nogle specifikke molekyler (f.eks. phosphatidylserin ) på sin overflade for at binde til fagocytten [48] . Phosphatidylserin er normalt placeret på den cytosoliske overflade af plasmamembranen, men transporteres til den ydre overflade under apoptose, formentlig af et protein kaldet scramblase [49] . Disse molekyler markerer cellen for fagocytose af celler, der besidder de passende receptorer, såsom makrofager [50] . Fjernelsen af døende celler med fagocytter sker på en velordnet måde uden at forårsage betændelse [51] .
Fagocytter bevæger sig i kroppen og interagerer med fagocytiske og ikke-fagocytiske celler i immunsystemet. De kommunikerer med andre celler gennem produktionen af kemikalier kaldet cytokiner , som udløser andre fagocytter til infektionsområdet eller aktiverer sovende lymfocytter [52] . Fagocytter er en del af den medfødte immunitet , som dyr, herunder mennesker, har fra fødslen. Medfødt immunitet er meget effektiv, men ikke specifik til at skelne mellem patogenarter. På den anden side er erhvervet immunitet mere specialiseret og kan beskytte mod næsten enhver type patogen [53] . Erhvervet immunitet afhænger af lymfocytter, som ikke fagocytiserer, men danner beskyttende proteiner ( antistoffer ), der markerer patogener til ødelæggelse og forhindrer virus i at inficere celler [54] . Fagocytter, især dendritiske celler og makrofager, stimulerer lymfocytter til at producere antistoffer i en vigtig proces kaldet antigenpræsentation [55] .
Antigenpræsentation er den proces, hvorved nogle fagocytter flytter stykker af indtaget materiale tilbage til deres overflade og "leverer" dem til andre celler i immunsystemet [56] . Der er 2 typer "professionelle" antigen-præsenterende celler: makrofager og dendritiske celler [57] . Når de er indtaget, nedbrydes fremmede proteiner (antigener) til peptider i dendritiske celler eller makrofager. Disse peptider binder sig derefter til cellens major histocompatibility complex (MHC) glycoproteiner, som går tilbage til overfladen af fagocytten, hvor de kan "præsenteres" for lymfocytter [16] . Gamle makrofager er ikke i stand til at bevæge sig hurtigt fra infektionsområdet, men dendritiske celler kan nå kroppens lymfeknuder , hvor millioner af lymfocytter er placeret [58] . Dette fremmer udviklingen af et immunrespons, fordi lymfocytter reagerer på antigener præsenteret af dendritiske celler på samme måde, som hvis de var i det primære infektionssted [59] . Men dendritiske celler er også i stand til at ødelægge eller undertrykke lymfocytternes aktivitet, hvis de genkender komponenter i værtens krop; dette er vigtigt for at forhindre autoimmune reaktioner. Denne proces kaldes tolerance [60] .
Dendritiske celler fremmer også immunologisk tolerance [61] , som forhindrer kroppen i at angribe sig selv immunologisk. Den første type tolerance er central tolerance . Det ligger i det faktum, at når modne T-lymfocytter (T-celler) først forlader thymus , ødelægger dendritiske celler defekte T-lymfocytter, der bærer antigener, der kan forårsage en autoimmun reaktion. Den anden type immunologisk tolerance er perifer tolerance . Nogle autoreaktive T-celler formår at forlade thymus af en række årsager, såsom det faktum, at de ikke udtrykte autoantigener i thymus. Andre T-celler, kendt som regulatoriske T-celler, undertrykker autoaktive T-celler i periferien [62] . Når immunologisk tolerance svigter, kan der opstå autoimmune sygdomme [63] . På den anden side kan øget tolerance føre til infektioner (f.eks. HIV-infektion ) [62] .
Humane og andre hvirveldyrs fagocytter er opdelt i "professionelle" og "ikke-professionelle" grupper baseret på den effektivitet, hvormed de deltager i fagocytose [9] . Professionelle fagocytter omfatter monocytter , makrofager , neutrofiler , vævsdendritiske celler og mastceller [10] .
Hovedplacering | Fænotype varianter |
---|---|
Blod | neutrofiler, monocytter |
Knoglemarv | makrofager, monocytter, sinusformede celler , parietalceller |
Knogle | osteoklaster |
Tarm og tarm Peyers pletter | makrofager |
Bindevæv | Histiocytter , makrofager, monocytter, dendritiske celler |
Lever | Kupffer-celler , monocytter |
Lunger | selvreplikerende makrofager, monocytter, mastceller, dendritiske celler |
lymfevæv | frie og fikserede makrofager og monocytter, dendritiske celler |
nervevæv | Mikrogliaceller ( CD4 + ) _ |
Milt | frie og fikserede makrofager, monocytter, sinusoide celler |
thymus | frie og fikserede makrofager og monocytter |
Læder | permanente Langerhans-celler , andre dendritiske celler, makrofager, mastceller |
Alle fagocytter, især makrofager, er i en tilstand af parathed. Makrofager er generelt relativt inaktive i væv og formerer sig langsomt. I denne semi-hvilende tilstand renser de kroppen for døde celler og andet ikke-infektiøst affald og deltager sjældent i antigenpræsentationen. Men når en infektion opstår, modtager de kemiske signaler (normalt interferon gamma ), som øger deres produktion af MHC II -molekyler og forbereder dem til antigenpræsentation. I denne tilstand er makrofager gode antigenpræsenterere og dræbere. Men hvis de modtager et signal direkte fra et patogen , bliver de "hyperaktive" og holder op med at formere sig og koncentrerer sig om at dræbe. Deres størrelse og hastighed af fagocytose stiger; nogle bliver store nok til at fortære invaderende protozoer [65] .
I blodet er neutrofiler inaktive, men bevæger sig igennem det med høj hastighed. Når de modtager signaler fra makrofager i området for inflammation , bremser de og forlader blodet. I væv aktiveres de af cytokiner og kommer ind i handlingszonen klar til at ødelægge [66] .
Når infektion opstår, frigives et kemisk "SOS"-signal for at tiltrække fagocytter til infektionsområdet [67] . Disse kemiske signaler kan omfatte proteiner fra indkommende bakterier, peptidfoldningssystemer , produkter fra komplementsystemet og cytokiner, der frigives af makrofager placeret i væv på infektionsstedet [3] . En anden gruppe af kemiske tiltrækningsmidler er cytokiner, som forårsager neutrofiler og monocytter fra blodbanen. [14] .
For at nå infektionszonen forlader fagocytter blodbanen og trænger ind i det berørte væv. Signaler fra infektion får endotelcellerne i blodkarret til at producere et protein kaldet selectin , som binder sig til passerende neutrofiler. Vasodilatorer svækker endotelcellernes bindebånd, hvilket tillader fagocytter at passere gennem karvæggen. Kemotaksi er den proces, hvor fagocytter følger "lugten" af cytokiner til infektionsområdet [3] . Neutrofiler migrerer gennem epiteliserede organer til infektionsstedet, og selvom dette er en vigtig komponent i infektionskontrol, kan migration i sig selv føre til sygdomssymptomer [68] . Under infektion kaldes millioner af neutrofiler fra blodet, men de dør derefter inden for få dage [69] .
Monocytter udvikles i knoglemarven og modnes i blodet. Modne monocytter har en stor, glat, lobuleret kerne og et cytoplasma , der indeholder granulat. Monocytter opsluger fremmede eller farlige stoffer og præsenterer antigener til andre celler i immunsystemet. Monocytter danner 2 grupper: cirkulerende og marginale, som forbliver i andre væv (ca. 70% er i marginalgruppen). De fleste monocytter forlader blodbanen efter 20-40 timer og går ind i væv og organer, hvor de bliver til makrofager [70] eller dendritiske celler, afhængigt af det modtagne signal [71] . Der er omkring 500 millioner monocytter i 1 liter menneskeblod [13] .
Modne makrofager bevæger sig ikke langt, men står vagt i de områder af kroppen, der er udsat for det ydre miljø. Der fungerer de som skraldesamlere. Antigen-præsenterende celler eller naturlige dræbere , afhængigt af det modtagne signal [72] . De dannes ud fra monocytter, stamceller, granulocytter eller under celledeling af allerede eksisterende makrofager [73] . Menneskelige makrofager når en diameter på omkring 21 mikrometer [74] .
Denne slags fagocytter har ikke granulat, men indeholder mange lysosomer . Makrofager findes i hele kroppen i næsten alle væv og organer (for eksempel mikrogliaceller i hjernen og alveolære makrofager i lungerne ). Placeringen af en makrofag kan bestemmes af dens størrelse og udseende. Makrofager inducerer inflammation ved at producere interleukin 1 , interleukin 6 og tumornekrosefaktor [75] . Makrofager findes normalt kun i væv og kommer sjældent ind i blodbanen. Levetiden for vævsmakrofager er ifølge forskellige skøn fra 4 til 5 dage [76] . Derefter dør de, og andre makrofager spiser dem. I modsætning til neutrofiler danner makrofager ikke pus
Makrofager kan aktiveres til at udføre funktioner, som en hvilende monocyt ikke kan udføre [75] . T-hjælpere er en undergruppe af lymfocytter, der er ansvarlige for aktiveringen af makrofager. De aktiverer makrofager ved at signalere interferon gamma og udtrykke CD154 -proteinet [77] . Andre signaler kommer fra bakterier i form af tumornekrosefaktor alfa og lipopolysaccharider [75] . T-hjælpere er i stand til at tiltrække andre fagocytter til infektionsområdet på flere måder. De udskiller cytokiner, der virker på knoglemarven for at stimulere dannelsen af monocytter og neutrofiler, og udskiller også nogle cytokiner , der er ansvarlige for migrationen af monocytter og neutrofiler til blodbanen [78] . T-hjælpere vises under differentieringen af CD4 + T-lymfocytter, når de reagerer på virkningen af et antigen i perifere lymfevæv . Aktiverede makrofager spiller en vigtig rolle i ødelæggelsen af tumorer ved at generere tumornekrosefaktor alfa, interferon gamma, nitrogenoxid , reaktive oxygenarter, kationiske proteiner og hydrolytiske enzymer [75] .
Neutrofiler findes normalt i blodbanen og er den mest almindelige type fagocytter, der tegner sig for 50-60% af alle hvide blodlegemer, der cirkulerer i blodet [79] . En liter voksenblod indeholder normalt omkring 2,5-7,5 milliarder neutrofiler [13] . Deres diameter er omkring 10 µm [80] og neutrofiler lever kun i 5 dage [40] . Så snart det passende signal kommer, forlader de blodet inden for cirka 30 minutter og når infektionszonen [81] . De er i stand til hurtigt at absorbere fremmed materiale. Neutrofiler vender ikke tilbage til blodet, men bliver til pusceller og dør [81] . Modne neutrofiler er mindre end monocytter og har segmenterede kerner med flere sektioner; hver sektion forbindes med kromatintråde (en neutrofil kan have 2-5 segmenter). Normalt forlader neutrofiler ikke knoglemarven før modenhed, men under infektion frigives neutrofile precursorer, myelocytter og promyelocytter til blodet [82] .
Intracellulære granulat af humane neutrofiler nedbryder proteiner og har bakteriedræbende egenskaber [83] . Neutrofiler er i stand til at udskille stoffer, der stimulerer monocytter og makrofager. Neutrofilsekretioner øger fagocytose og dannelsen af reaktive oxygenarter og deltager således i intracellulær ødelæggelse [84] . Sekreter fra primære neutrofile granula stimulerer fagocytose af IgG -coatede bakterier [85] .
Dendritiske celler er specialiserede antigen-præsenterende celler, der har lange forlængelser kaldet dendritter [86] , som hjælper med at opsluge mikrober og andre patogener [87] [88] . Dendritiske celler findes i væv, der kommer i kontakt med miljøet, hovedsageligt i huden , slimhinden i næsen, lungerne , maven og tarmene [89] . Når de er aktiveret, modnes de og migrerer til lymfevæv, hvor de interagerer med T- og B-lymfocytter for at generere og organisere et erhvervet immunrespons [90] .
Modne dendritiske celler aktiverer T-hjælpere og T-dræbere [91] . Aktiverede T-hjælpere interagerer med makrofager og B-lymfocytter for igen at aktivere dem. Derudover er dendritiske celler i stand til at påvirke forekomsten af en eller anden type immunrespons; når de flytter til lymfeområderne, er de i stand til at aktivere T-lymfocytter placeret der, som derefter differentieres til T-dræbere og T-hjælpere [92]
Mastceller har Toll-lignende receptorer og interagerer med dendritiske celler, T- og B-lymfocytter. Mastceller udtrykker MHC klasse II og kan være involveret i antigenpræsentation; mastcellernes rolle i antigenpræsentationen er imidlertid ikke godt forstået [93] . Mastceller er i stand til at opsluge, dræbe gramnegative bakterier (f.eks. Salmonella ) og behandle deres antigener [94] De er specialiseret i at behandle fimbrieproteiner på overfladen af bakterier, der er involveret i vævsbinding [95] [96] . Ud over disse funktioner producerer mastceller cytokiner, der udløser det inflammatoriske respons [97] . Dette er en vigtig del af mikrobielt drab, fordi cytokiner tiltrækker flere fagocytter til infektionsstedet [94] .
Døende celler og fremmede organismer opsluges af andre celler end "professionelle" fagocytter [98] . Disse celler omfatter epitelceller , endotelceller , parenkymceller og fibroblaster . De kaldes ikke-professionelle fagocytter for at understrege, at i modsætning til professionelle fagocytter er fagocytose ikke deres hovedfunktion [99] . Fibroblaster, for eksempel, som kan fagocytere kollagen under arresorption, er også i stand til delvist at opsluge fremmede partikler [100] .
Ikke-professionelle fagocytter er mere begrænsede end professionelle fagocytter med hensyn til de partikler, de kan indtage. Dette skyldes deres mangel på effektive fagocytiske receptorer, især opsoniner [12] . Derudover danner de fleste ikke-professionelle fagocytter ikke reaktive oxygenholdige molekyler til fagocytose [101] .
Hovedplacering | Fænotype varianter |
---|---|
Blod, lymfe og lymfeknuder | Lymfocytter |
Blod, lymfe og lymfeknuder | Naturlige dræbere og store granulære lymfocytter |
Læder | epitheliocytter |
Blodårer | Endoteliocytter |
Bindevæv | fibroblaster |
Blod | røde blodlegemer |
Et patogen forårsager en infektion, hvis bare det har overvundet kroppens forsvar. Patogene bakterier og protozoer udvikler forskellige mekanismer for resistens over for fagocytangreb, og mange af dem overlever og formerer sig inde i fagocytiske celler [102] [103] .
Bakterier har flere måder at undgå kontakt med fagocytter på. For det første kan de leve på steder, hvor fagocytter ikke er i stand til at komme ind (for eksempel beskadiget hud). For det andet kan bakterien undertrykke den inflammatoriske reaktion; uden betændelse er fagocytter ikke i stand til at reagere tilstrækkeligt på infektion. For det tredje kan nogle typer af bakterier bremse fagocytternes evne til at bevæge sig ind i infektionszonen, hvilket forhindrer kemotaksi [102] . For det fjerde er nogle bakterier i stand til at undgå kontakt med fagocytten ved at bedrage immunsystemet, som begynder at "tro", at bakterien er en celle i selve makroorganismen. Treponema pallidum (bakterien, der forårsager syfilis ) skjuler sig for fagocytter ved at belægge dens overflade med fibronectin [104] , som er naturligt produceret i kroppen og spiller en vigtig rolle i sårheling [105] .
Bakterier danner ofte proteiner eller sukkerarter, der dækker deres celler og forhindrer fagocytose; de er en del af bakteriekapslen [102] . For eksempel er K5 kapselantigen og O75 O-antigen til stede på overfladen af Escherichia coli [106] og exopolysaccharid kapsler af Staphylococcus epidermidis [107] . Streptococcus pneumoniae danner flere typer kapsler, der giver forskellige niveauer af beskyttelse [108] , mens gruppe A streptokokker danner proteiner, såsom M-protein og fimbrieproteiner, der blokerer absorption. Nogle proteiner interfererer med opsonin-relateret optagelse; Staphylococcus aureus producerer protein A for at blokere antistofreceptorer, hvilket reducerer effektiviteten af opsoniner [109] .
Bakterier har udviklet måder at overleve på inde i fagocytter, hvor de fortsætter med at undvige immunsystemet [110] . For sikker penetrering i fagocytten udskiller de proteiner kaldet "invasiner". Når de først er inde i cellen, forbliver de i cytoplasmaet og undgår eksponering for giftige stoffer indeholdt i fagolysosomer [111] . Nogle bakterier forhindrer sammensmeltningen af fagosomet og lysosomet [102] . Andre patogener, såsom Leishmania , danner stærkt modificerede vakuoler i fagocytter, hvilket tillader dem at vare ved og proliferere [112] . Legionella pneumophila producerer et sekret, der får fagocytter til at fusionere med andre vesikler end dem, der indeholder giftige stoffer [113] . Andre bakterier er i stand til at leve inde i fagolysosomer. Staphylococcus aureus producerer for eksempel enzymerne katalase og superoxiddismutase , som nedbryder kemikalier (såsom hydrogenperoxid ) produceret af fagocytter for at dræbe bakterier [114] . Bakterier kan forlade fagosomet, før de danner et fagolysosom: Listeria monocytogenes er i stand til at danne et hul i fagosomets væg ved hjælp af enzymer kaldet listeriolysin O og phospholipase C [115] .
Bakterier har udviklet nogle metoder til at ødelægge fagocytter [109] . Disse omfatter cytolysiner , som danner porer i cellemembranen af fagocytter, streptolysiner og leukocidiner , som forårsager brud på neutrofile granula til frigivelse af giftige stoffer [116] [117] og exotoxiner , som reducerer tilførslen af ATP til fagocytter. for fagocytose. Når først de er opslugt, kan bakterier dræbe fagocytter og frigive toksiner, der bevæger sig fra membranerne af fagosomer eller fagolysosomer til andre dele af cellen [102] .
Nogle overlevelsesstrategier er ofte forbundet med afbrydelse af cytokintransmission og andre metoder til signalering i cellen for at forhindre fagocytters respons på invasion [118] . Parasitiske protozoer, såsom Toxoplasma gondii , Trypanosoma cruzi og Leishmania , inficerer makrofager; hver af dem har en unik måde at undertrykke aktiviteten af makrofager. Nogle arter af Leishmania ændrer signalsystemet for inficerede makrofager, undertrykker produktionen af cytokiner og mikrobicidiske molekyler (nitrogenoxid, reaktive oxygenarter) og forstyrrer antigenpræsentationen [119] .
Makrofager og neutrofiler i særdeleshed spiller en central rolle i den inflammatoriske proces ved at frigive proteiner og inflammatoriske mediatorer med lille molekylvægt, der kontrollerer infektion, men kan beskadige værtsvæv. Generelt er målet med fagocytter at ødelægge patogener ved at opsluge dem og derefter udsætte dem for giftige stoffer inde i fagolysosomer. Hvis fagocytten ikke opsluger sit mål, kan disse giftige stoffer frigives til miljøet (en handling kaldet "frustreret fagocytose"). Da disse midler også er giftige for værtsceller, kan de forårsage betydelig skade på raske celler og væv [120] .
Hvis neutrofiler frigiver indholdet af granulatet (reaktive oxygenarter og proteaser ) i nyren , sker der nedbrydning af kroppens ekstracellulære matrix , hvilket kan føre til beskadigelse af glomerulære celler, hvilket påvirker deres evne til at filtrere blod og forårsage ændringer i deres form. Derudover øger phospholipaseprodukter (såsom leukotriener ) skaden. Denne frigivelse af stoffer fremmer kemotakse af flere neutrofiler til infektionsstedet, og glomerulære celler kan blive yderligere beskadiget ved at vedhæfte molekyler under neutrofil migration. Beskadigelse af glomerulære celler kan føre til nyresvigt [121] .
Neutrofiler spiller også en nøglerolle i udviklingen af de fleste former for akut lungeskade [122] . Samtidig frigiver aktiverede neutrofiler indholdet af deres giftige granulat i lungerne [123] . Eksperimenter har vist, at reduktion af antallet af neutrofiler reducerer virkningerne af akut lungeskade [124] , men behandling med neutrofil suppression er ikke klinisk realistisk, da det efterlader kroppen sårbar over for infektioner [123] . I leveren kan neutrofile skader bidrage til dysfunktion og skade som reaktion på bakteriel endotoksinfrigivelse , sepsis , traumer, alkoholisk hepatitis , iskæmi og hypovolæmisk shock som følge af akut blodtab 125] .
Kemikalier frigivet af makrofager kan også beskadige kropsvæv. Tumornekrosefaktor -α (TNF-α) er et vigtigt kemikalie, der udskilles af makrofager, der fører til blodpropper i små kar, hvilket forhindrer spredning af infektion [126] . Men hvis en bakteriel infektion kommer ind i blodbanen, frigives TNF-α til vitale organer, hvor det kan forårsage vasodilatation og reducere plasmavolumen ; dette kan igen føre til septisk shock . Ved septisk shock forårsager frigivelsen af TNF-α blokering af små kar, der leverer blod til vitale organer, og deres svigt kan forekomme. Septisk shock kan føre til døden [14] .
Fagocytose optrådte sandsynligvis tidligt i evolutionen [127] , først i encellede eukaryoter [128] . Amøber er encellede protozoer , der har forgrenet sig fra træet, hvilket fører til flercellede organismer, men de har overført mange specifikke funktioner til pattedyrs fagocytiske celler [128] . Slimskimmelen Dictyostelium discoideum lever for eksempel i jorden og lever af bakterier. Ligesom dyrefagocytter opsluger det bakterier ved fagocytose, hovedsageligt ved hjælp af Toll-lignende receptorer [129] . Amøber Dictyostelium discoideum er sociale; de hænger sammen, når de sulter, og bliver til migrerende pseudoplasmodium. En sådan flercellet organisme danner til sidst en frugtlegeme med sporer, som er modstandsdygtig over for miljøpåvirkning. Før dannelsen af frugtlegemer kan celler bevæge sig som slimskimmel i flere dage. I løbet af denne tid kan eksponering for toksiner eller bakterielle patogener bringe amøbers overlevelse i fare ved at begrænse sporeproduktionen. Nogle amøber opsluger bakterier og absorberer deres toksiner. I sidste ende dør disse amøber. De minder genetisk om andre amøber i larven og ofrer sig selv for at beskytte andre amøber mod bakterier, hvilket svarer til selvofring af fagocytter i det menneskelige immunsystem. Denne medfødte immunfunktion i sociale amøber tyder på, at en gammel cellulær opslugende mekanisme kan være blevet tilpasset til forsvarsfunktion længe før fremkomsten af forskellige dyr [130] , men deres fælles oprindelse med pattedyrsfagocytter er ikke blevet bevist. Fagocytter er til stede i hele dyreriget [4] fra marine svampe til insekter og hvirveldyr [131] [132] . Amøbens evne til at skelne mellem sig selv og ikke-selv er blevet grundlaget for immunsystemet hos mange arter [8] .
Tematiske steder | |
---|---|
Ordbøger og encyklopædier | |
I bibliografiske kataloger |
|