Imunobiológia

Fagocytóza

Termín fagocytóza prvýkrát použil Ilja Iljič Mečnikov v roku 1883. Odvodil ho z gréckeho slova „phagein“ (jesť) a „cytos“ (bunka). Mečnikov rok predtým počas pobytu v Messine na Sicílii pri skúmaní života morských hviezdíc zistil, že v tele morskej hviezdice, keď do nej zabodol tŕň, sa mobilizujú určité bunky, ktoré sa snažia tŕň obaliť a pohltiť. Tento dej potom nazval fagocytóza a bunky, ktoré ho uskutočňovali nazval mikrofágy (menšie) a makrofágy (väčšie). V súčasnosti sa termín mikrofágy už nepoužíva, lebo tento typ fagocytov predstavujú neutrofilné granulocyty. Koncom 19. a začiatkom 20. storočia sa vo vtedajšej vedeckej literatúre rozvíjal vášnivý spor o tom, či je dôležitejšia bunková imunita (hlavný zástupca Mečnikov) alebo protilátková imunita (tento názor zastával najmä Paul Ehrlich, objaviteľ protilátok). Čoskoro sa však ukázalo, že dôležité sú obidva typy imunity.

To sa odrazilo aj v spoločnom udelení Nobelovej ceny v roku 1908 obidvom týmto velikánom svetovej imunológie.

Fagocytóza je fylogeneticky aj ontogeneticky najstarším obranným mechanizmom, ktorý patrí medzi základné zariadenia bunkovej nešpecifickej imunity. Môžeme ju charakterizovať ako zložitý proces, ktorý sa skladá z niekoľkých na seba nadväzujúcich morfologických a biochemických medzistupňov: chemotaxia, opsonizácia, pohltenie, degradácia.

Fagocytózu sú schopné uskutočňovať u stavovcov všetky jadrové bunky. Väčšina z nich je schopná jej realizácie len v niektorých patologických situáciách. Výnimkou sú profesionálne fagocyty (neutrofilné a eozinofilné granulocyty, monocyty a makrofágy), ktoré túto činnosť vykonávajú programovo za účelom obrany hostiteľa pred patogénnymi mikroorganizmami a všeobecne pri odstraňovaní častíc väčších ako 0,1 um. Ak pohlcované častice majú menší priemer, proces sa nenazýva fagocytóza, ale pinocytóza.

Z uvedeného dôvodu patria profesionálne fagocyty medzi základné bunky nešpecifickej imunity a kľúčové bunky zápalovej reakcie. Neutrofilné granulocyty neexprimujú MHC glykoproteíny II. triedy a nepatria teda medzi APC bunky. Eozinofilné granulocyty majú význam v antiinfekčnej obrane najmä voči extracelulárnym baktériám, zatiaľ čo makrofágy fagocytujú prevažne zvyšky vlastných buniek, odumretých v dôsledku apoptózy a významne sa podieľajú na obrane organizmu voči niektorým intracelulárnym parazitom. Kým granulocyty sú schopné vykonávať svoje efektorové funkcie ihneď, makrofágy sa stávajú plne funkčnými až po aktivácii signálmi, ktoré im poskytujú T lymfocyty vo forme cytokínov.

Chemotaxia

Chemotaxia je usmernený pohyb fagocytov v smere koncentračného gradientu látok s chemotaktickou aktivitou, tzv. chemotaxínov. Chemotaxíny môžu byť exogénne alebo endogénne. Exogénne pochádzajú z vonkajšieho prostredia, napr. z invadujúcich baktérií. Veľmi účinný je peptid FMLP, t. j. N-formyl-metionyl-leucín-fenylalanín, ktorý pochádza z bunkovej steny baktérií, bunky cicavcov ho netvoria. Endogénne chemotaxíny pochádzajú z vlastného organizmu. Najúčinnejšie sú C5a, C4a, C5b67, interleukíny 1 a 8, faktor nekrotizujúci nádory (TNF), chemokíny, leukotriény.

Samotná fagocytóza prebieha tak, že fagocyty (najmä neutrofily) sa zachytia na povrchu endotelových buniek ciev tkanív (interakcia medzi adhezívnymi proteínmi endotélií tzv. selektínmi a sacharidovými štruktúrami na povrchu neutrofilov), prestúpia medzi endotelovými bunkami do tkaniva (diapedéza, extravazácia) a v tkanive sa chemicky riadeným pohybom (chemotaxiou) dostávajú k objektu fagocytózy. Uvedený pohyb vyvolávajú chemotaktické faktory (chemotaxíny) tým, že urýchľujú migráciu buniek v smere ich koncentračného gradientu (stúpajúcej koncentrácie), ako už bolo uvedené.

Opsonizácia

Povrch fagocytov a aj povrch baktérií je negatívne nabitý, a preto sa tieto bunky navzájom skôr odpudzujú ako priťahujú. Na prekonanie negatívneho náboja baktérií bol vytvorený mechanizmus, ktorý sa označuje ako opsonizácia. Opsonizácia je proces, pri ktorom sa na povrch častice nadväzujú vysokomolekulové látky, tzv. opsoníny - termostabilné zlúčeniny (protilátky typu Ig G, Ig M a komplementové fragmenty), pomocou ktorých sa mení povrch mikroorganizmov, čo uľahčuje ich priľnutie na fagocytujúce bunky (opsoníny „ochucujú“ alebo „pripravujú na jedenie“ materiál určený na fagocytózu). Fagocyt má na svojom povrchu receptory pre opsoníny a tak ľahšie rozpozná a pohltí takto obalené častice. Fagocytóza závislá od opsonínov, tzv. imunitná fagocytóza, je teda sprostredkovaná receptormi. Fagocytóza nezávislá od opsonínov, tzv. neimunitná fagocytóza sa vyznačuje pohlcovaním mikroorganizmov bez predchádzajúcej opsonizácie (fagocyty týmto spôsobom pohlcujú nielen mikroorganizmy, ale aj mŕtve, poškodené alebo infikované vlastné bunky).

Pohltenie a degradácia

Po adherencii fagocytovanej častice (väčšej ako 0,1 pm) na povrch membrány, fagocyt kontaktuje svojimi rozmanitými povrchovými receptormi túto časticu a postupne ju obchvacuje pseudopódiami. Častica je teda postupne obklopená povrchovou membránou fagocytu a nakoniec uzatvorená do novo vzniknutej vakuoly, tzv. fagozómu (vzniká intracelulárnym preskupením kontraktilných proteínov). Už v priebehu vytvárania fagozómu a najmä po ukončení dochádza k jeho fúzii s lyzozómami, ktoré obsahujú množstvo baktericídnych látok (napr. defenzíny) a hydrolytických enzýmov (napr. myeloperoxidáza) v tekutine nízkeho pH (4-5), za vzniku fagolyzozómu a konečným štádiom je cídia (usmrtenie) a degradácia (rozloženie) pohltených buniek a iného materiálu.

Tvorba fagolyzozómu patrí medzi kľúčové deje fagocytózy. Vo fagolyzozóme sa pohltený materiál degraduje na jednoduché látky (napr. aminokyseliny, sacharidy), ktoré sa začlenia do metabolizmu bunky alebo v prípade makrofágov môžu vznikať imunogénne fragmenty, spúšťajúce špecifickú imunitnú odpoveď. Neutrofily, ktoré v mieste poškodenia splnili svoju úlohu (odstránenie mikroorganizmov a iných cudzorodých častíc), v priebehu krátkej doby hynú a ich zvyšky sú odstraňované ďalšími fagocytujúcimi bunkami (najmä makrofágmi). Odumreté neutrofily tvoria hnis. Makrofágy žijú dlhšie a proces fagocytózy môžu niekoľkokrát opakovať.

Mechanizmy, ktoré uskutočňujú fagocytózu, sú rôznorodé. Dominantné postavenie majú systémy závislé od kyslíka. Typickou črtou metabolickej aktivácie neutrofilov aj makrofágov je zvýšená nemitochondriálna spotreba kyslíka (viac ako stonásobne), tzv. respiračné (oxidačné) vzplanutie. Počas neho NADPH-oxidáza jednoelektrónovo redukuje molekulový O2 na superoxidový aniónový radikál O2- (superoxid). Ďalšími reakciami vznikajú singletový O2, H2O2 a hydroxylový radikál. Tieto medziprodukty, tzv. reaktívne kyslíkové intermediáty - ROI (reactive oxygen intermediates), sú veľmi reaktívnymi oxidačnými činidlami. Narúšajú štruktúru biopolymérov mikroorganizmov, ničia aktivitu ich enzýmov a poškodzujú DNA. Ich pôsobenie ďalej zvyšuje peroxidázový systém. Myeloperoxidáza neutrofilov a monocytov katalyzuje reakciu H2O2 s halydovými iónmi (napr. F-, Cl-) za vzniku veľmi silných mikrobicídnych látok - kyselina chlórna (HOCl), chlórnan (OCl-), chlór. Chlóramíny vo vysokých koncentráciách, ktoré sa dosahujú vo fagozóme, sú pre svoje oxidačné vlastnosti vysoko toxické a pohltené baktérie usmrcujú.

Druhý mikrobicídny systém predstavujú reaktívne dusíkové intermediáty - RNI (reactive nitrogen intermediates), vznikajúce oxidáciou aminokyseliny L - arginínu pôsobením NO, ktorý reaguje s O2 na reaktívne formy NO3-.