Імунна система кишечника і її взаємодія з мікрофлорою
Імунна система кишечника і її взаємодія з мікрофлорою
Шлунково-кишковий тракт являє собою самий великий ареал проживання мікрофлори в організмі, оскільки площа його поверхні становить більше 300 м 2. Биоценоз кишечника є відкритим, тобто, мікроби ззовні легко можуть потрапляти туди з їжею і водою. Для підтримки відносного сталості внутрішнього середовища травний тракт має потужні механізмами антимікробної захисту, основними з яких є шлунковий кислотний бар'єр, активна моторика і імунітет.
Імунна система слизових оболонок є частиною загальної імунної системи організму і в той же час відрізняється певною автономністю. Головним її завданням є забезпечення ефективного захисного бар'єру на кордоні дотику зовнішнього середовища, що буяє різними антигенами, як живими (вірусами, бактеріями, паразитами і т.д.), так і неживими (токсинами, отрутами, харчовими антигенами і т.д.), і внутрішнього середовища організму, що зберігає відносну сталість. Оскільки поверхня цього зіткнення в шлунково-кишковому тракті у багато разів перевершує всі інші відкриті поверхні організму (наприклад, поверхня шкіри становить 2м 2. а поверхня легенів - 80м 2), кишечник повинен володіти найпотужнішими системами захисту. Дійсно, кишечник є найбільшим імунним органом людського організму:- Близько 80% всіх імунокомпетентних клітин організму локалізовано в слизовій оболонці кишечника (СОК)
- Близько 25% СОК складається з імунологічно активною тканини і клітин
- Кожен метр кишечника дорослої людини містить близько 10 10 лімфоцитів.
- Морфологічно імунна система кишечника (GALT - gut associated lymphoid tissue) включає:
Структурні елементи GALT-системи здійснюють адаптивний імунну відповідь, суть якого у взаємодії між антиген-презентірующімі клітинами (АПК) і Т-лімфоцитами, що контролюється клітинами імунологічної пам'яті.
Захисний слизовийбар'єр включає не тільки імунні, але і не імунні фактори: безперервний шар циліндричного епітелію з тісним зв'язком клітин один з одним, що покриває епітелій гликокаликс, ферменти мембранного травлення, а також пов'язану з поверхнею епітелію мембранну флору (М-флору). Остання за допомогою глікокон'югірованних рецепторів з'єднується з поверхневими структурами епітелію, посилюючи вироблення слизу і ущільнюючи цитоскелет епітеліоцитів.
Тоll-подібні рецептори (Тоll-like-receptors - TLR) відносяться до елементів вродженої імунного захисту кишкового епітелію, що розпізнає "своїх" від "чужих". Вони являють собою трансмембранні молекули, що зв'язують екстра-та інтрацеллюлярние структури. Ідентифіковано 11 типів TLR. Вони здатні розпізнавати певні патерни молекул антигенів кишкових бактерій і пов'язувати їх. Так, TLR-4 є головним сигнальним рецептором для липополисахаридов (ЛПС) Грам (-) бактерій, термічних шокових протеїнів і фібронектину, TLR-1,2,6 - ліпопротеїнів і ЛПС Грам (+) бактерій, ліпотейхоевая кислот і пептідогліканов, TLR- 3 - вірусної РНК. Ці TLR знаходяться на апікальній мембрані кишкового епітелію і пов'язують антигени на поверхні епітелію. При цьому внутрішня частина TLR може служити рецептором для цитокінів, наприклад, IL-1, IL-14. TLR-5 знаходиться на базолатеральной мембрані епітеліальної клітини і розпізнає флажеліну ентероінвазівнимі бактерій, які вже проникли всередину епітелію.
TLR-рецептори в ШКТ забезпечують:- Толерантність до індігенной флорі
- Зниження ймовірності алергічних реакцій
- Доставку антигену антігенпрезентірующіх клітинам (АПК)
- Підвищення щільності міжклітинних з'єднань
- Індукцію антимікробних пептидів
Антимікробні пептиди секретируются як циркулюючими клітинами, так і клітинами епітелію ШКТ і є неспецифічними факторами гуморальної імунної захисту. Вони можуть бути різні за структурою і функції. Великі білки виконують функцію протеолітичних ферментів, лізіруя клітини, а дрібні порушують структуру мембран, утворюючи дірки з подальшою втратою з ураженої клітини енергії і іонів і подальшим лізисом. У людини головними класами антимікробних пептидів є кателіцідіни і дефенсин, серед останніх розрізняють альфа- і бета-дефенсин.
Дефенсин - це дрібні катіонні пептиди, в нейтрофілах вони беруть участь в кисень-незалежному знищення фагоцитованих мікробів. У кишечнику вони контролюють процеси прикріплення і проникнення мікробів. Бета-дефенсин відрізняються індивідуальною варіабельністю і представлені практично у всіх відділах шлунково-кишкового тракту, підшлункової та слинних залозах. Вони з'єднуються з дендритними клітинами, які експресують Хемокінові рецептор і регулюють хемотаксис дендритних клітин і Т-клітин. В результаті дефенсин беруть участь в адаптивної фазі імунної відповіді. Дефенсин можуть стимулювати продукцію IL-8 і хемотаксис нейтрофілів, викликати дегрануляцію тучних клітин. Вони також гальмують фібриноліз, який сприяє поширенню інфекції, альфа-дефенсин HD-5 і НD-6 виявлені в клітинах Панета в глибині крипт тонкої кишки. Експресія НD-5 посилюється при будь-якому запаленні кишки, а НD-6 - тільки при запальних захворюваннях кишечника, альфа-дефенсин hBD-1 являє собою основну захист кишкового епітелію, попереджаючи прикріплення мікроорганізмів за відсутності запалення. Експресія hBD-2 являє собою реакцію на запальні та й інфекційні стимули.
У людини виділено тільки один кателіцідін - LL-37 / hСАР-18, він виявлений у верхній частині крипт товстої кишки. Посилення експресії його спостерігається при деяких кишкових інфекціях, він має бактерицидну дію.
Кишковий епітелій виконує не тільки бар'єрну функцію, а й забезпечує надходження в організм поживних речовин, вітамінів, мікроелементів, солей і води, а також антигенів. Слизовий бар'єр не є абсолютно непереборного перешкоди, він є високоселективним фільтром, що забезпечує контрольований фізіологічний транспорт частинок через "епітеліальні отвори", тим самим може здійснюватися персорбція частинок розміром до 150 ммк. Другим механізмом надходження антигенів з просвіту кишки є їх транспортування через М-клітини, які розташовані над пеєрових бляшками, не мають мікроворсинок, але мають мікроскладочкі (М-microfolds). Шляхом ендоцитозу вони транспортують макромолекули через клітку, в процесі транспортування відбувається оголення антигенних структур речовини, на базолатеральной мембрані відбувається стимуляція дендритних клітин, і в верхній частині пеєрових бляшки антиген презентує Т-лімфоцитам. Антигени, презентіруемие Т-хелперів і макрофагів, розпізнаються і, в разі наявності на поверхні клітин відповідних антигену рецепторів, Th0-клітини трансформуються в Th1 або в Th2. Трансформація в Th1 супроводжується виробленням, так званих, прозапальних цитокінів: IL-1, ТNF-α, IFN-γ, активізацією фагоцитозу, міграцією нейтрофілів, посиленням окислювальних реакцій, синтезом IgА, всі ці реакції спрямовані на елімінацію антигену. Диференціація в Th2 сприяє виробленню протизапальних цитокінів: IL-4, IL-5, IL-10, зазвичай супроводжує хронічну фазу запалення з виробленням IgG, а також сприяє утворенню IgЕ з розвитком атопії.
В-лімфоцити в процесі відповіді GALT-системи трансформуються в плазматичні клітини і виходять з кишечника в мезентеріальні лімфовузли, а звідти через грудну лімфатичну протоку - в кров. З кров'ю вони розносяться в слизові оболонки різних органів: ротової порожнини, бронхів, сечостатевих шляхів, а також в молочні залози. 80% лімфоцитів повертається назад в кишечник, цей процес носить назву homing.
Головною функцією GALT-системи є розпізнавання і усунення антигенів або формування імунологічної толерантності до них. Формування імунологічної толерантності є найважливішою умовою існування ШКТ як бар'єру на кордоні зовнішньої і внутрішньої середовища. Оскільки і їжа, і нормальна кишкова мікрофлора є антигенами, вони не повинні сприйматися організмом як щось вороже і відторгатися їм, вони не повинні викликати розвитку запальної відповіді. Імунологічна толерантність до їжі і облигатной кишкової мікрофлори забезпечується через супрессию Th1 інтерлейкіну IL-4, IL-10 і стимуляцію Th3 з продукцією ТGF-β за умови надходження низьких концентрацій антигену. Високі дози антигену викликають клональную анергію, при цьому Т-лімфоцити стають нездатними реагувати на стимуляцію і секретувати IL-2 або пролиферировать. ТGF-β є неспецифічний потужний супресорний фактор. Можливо, формування оральної толерантності до одного антигену сприяє пригніченню імунної відповіді і до інших. ТGF-β сприяє переключенню синтезу імуноглобулінів з IgМ на IgА. Імунологічна толерантність забезпечується також синтезом Тоll-ингибирующего білка (Тоllip) і пов'язаних з ним зниженням експресії ТLR-2.
Ефективність роботи GALT-системи залежить від заселення кишечника індігенной мікрофлорою. Для здійснення взаємодії між ними М-клітини слизової оболонки кишечника перманентно транспортують мікробні антигени і презентують їх лімфоцитам, індукуючи їх трансформацію в плазмоцити і homing. За допомогою цього механізму здійснюється контрольоване протистояння чужорідному для організму антигенною матеріалу і власної мікрофлорі і співіснування з нею. Наочним прикладом величезного значення, яке має фізіологічна мікрофлора, служать результати досліджень на тваринах, вирощених в стерильних умовах - гнотобіонтах. У відсутності мікробів у ссавців відзначено низьку кількість Пейерових бляшок і більш ніж 10-кратне зниження В-лімфоцитів, які продукують IgА. Кількість гранулоцитів у таких тварин було знижено, а наявні гранулоцити були не здатні до фагоцитозу, лімфоїдні структури організму залишалися рудиментарними. Після імплантації стерильним тваринам представників нормальної кишкової флори (лактобацил, біфідобактерій, ентерококів) у них відбувався розвиток імунних структур GALT. Тобто, імунна система кишечника дозріває в результаті взаємодії з кишковою мікрофлорою. Ця експериментальна модель відображає нормальні онтогенетические процеси паралельного становлення біоценозу та імунної системи кишечника у новонароджених.
За останні десятиліття в індустріальних країнах відзначається значне зростання алергічних захворювань. Існує гіпотеза, що він пов'язаний зі зниженням впливу мікробних антигенів в результаті збільшеної гігієни та активної вакцинації. Ймовірно, зниження стимулюючого впливу бактеріальних антигенів перемикає диференціювання Th-лімфоцитів з Th1 (з виробленням IL-6, IL-12, IL-18, IFN-γ і IgА) переважно на Th2 (з виробленням IL-4, IL-10 і IgG і IgЕ). Це може сприяти формуванню харчової алергії.