Fagocyter (från andra grekiska φαγεῖν "slukar" + κύτος "cell" [1] ) är celler i immunsystemet som skyddar kroppen genom att absorbera ( fagocytos ) skadliga främmande partiklar ( bakterier , virus ), såväl som döda eller döende celler [ 2] . De är viktiga för infektionskontroll och immunitet efter infektion [3] . Fagocytos är viktig för hela djurriket [4] och är högt utvecklad hos ryggradsdjur [5] . Fagocyternas roll i skyddet mot bakterier upptäcktes först av I. I. Mechnikov 1882, när han studerade sjöstjärnas larver [6] . Mechnikov tilldelades Nobelpriset i fysiologi 1908 för sin utveckling av den cellulära teorin om immunitet [7] . Fagocyter finns i organismer av många arter; vissa amöbor liknar i många beteendedetaljer makrofager, vilket indikerar att fagocyter uppträdde i tidiga evolutionsstadier [8] .
Människor och andra djurfagocyter kallas "professionella" eller "icke-professionella" beroende på hur effektivt de fagocyterar [9] . Professionella fagocyter inkluderar neutrofiler , monocyter , makrofager , dendritiska celler och mastceller [10] [11] . Den största skillnaden mellan professionella och icke-professionella fagocyter är att professionella fagocyter har på sin yta molekyler som kallas receptorer som upptäcker främmande föremål, såsom bakterier [12] . En liter vuxenblod innehåller normalt cirka 2,5-7,5 miljarder neutrofiler, 200-900 miljoner monocyter [13] .
Vid infektion lockar kemiska signaler fagocyter till platsen där patogenen har kommit in i kroppen. Dessa signaler kan komma från bakterier eller från andra fagocyter som redan finns där. Fagocyter rör sig genom kemotaxi . Vid kontakt av en fagocyt med en bakterie binder receptorer på dess yta till den, vilket leder till att bakterien absorberas av fagocyten [14] . Vissa fagocyter dödar invaderande patogener med reaktiva syrearter och kväveoxid [15] . Efter fagocytos kan makrofager och dendritiska celler också delta i antigenpresentationen , en process där fagocyter flyttar patogent material tillbaka till sin yta. Detta material presenteras (presenteras) sedan för andra celler i immunsystemet. Vissa fagocyter kommer in i lymfkörtlarna och presenterar material till lymfocyter . Denna process spelar en viktig roll i bildandet av immunitet [16] . Men många patogener är resistenta mot fagocytangrepp [3] .
Även om fenomenet, som senare kallades fagocytos, först observerades av den amerikanske läkaren Joseph Richardson 1869 och den kanadensiske läkaren William Osler 1875, väckte deras arbete inte mycket intresse bland samtida [17] [18] . Det var den ryske biologen Ilja Iljitsj Mechnikov som först på ett övertygande sätt visade att specialiserade celler är involverade i försvaret mot mikrobiell infektion. I sina första studier observerade han absorptionen av främmande material av sådana celler i samband med experiment med ciliära maskar (1878) och cnidarians (1880) [19] . 1882 studerade han rörliga celler i sjöstjärnalarver och föreslog att de var viktiga för djurets immunförsvar. För att testa denna idé stack han in små nålar från ett mandarinträd i larven och fann efter några timmar att mobila celler omgav nålarna [20] . Mechnikov reste till Wien och presenterade sin idé för Karl Klaus ; han föreslog för cellerna observerade av Mechnikov, namnet "fagocyter" [21] .
Ett år senare studerade Mechnikov ett sötvattenskräftdjur , Daphnia , ett litet, genomskinligt djur som kan studeras direkt under ett mikroskop. Han fann att svampsporer som landade på Daphnia förstördes av fagocyter. Mechnikov fortsatte sina observationer av vita blodkroppar från däggdjur och fann att Bacillus anthracis också kan förstöras av fagocyter. Han kallade processen att fånga och smälta bakterier och andra föremål av fagocyter för fagocytos [22] . Mechnikov föreslog att fagocyter är det primära försvaret mot penetrerande mikroorganismer. Mechnikov tilldelades (tillsammans med Paul Ehrlich ) 1908 års Nobelpris i fysiologi eller medicin för sitt arbete med fagocyter och fagocytos [7] . År 1903 upptäckte Almroth Wright att fagocytos stöds av specifika antikroppar , som han kallade opsoniner [23] .
Även om betydelsen av dessa upptäckter gradvis blev erkänd i början av 1900-talet, var den komplexa karaktären av förhållandet mellan fagocyter och andra komponenter i immunsystemet inte känt förrän på 1980-talet [24] .
Fagocytos är processen för absorption av främmande partiklar av celler [25] . Det inkluderar en sekvens av molekylära processer [26] . Fagocytos uppstår efter bindning av receptorer av ett främmande ämne (till exempel bakterier). Fagocyten omger sedan bakterien och uppslukar den. Fagocytos av en bakterie av en mänsklig neutrofil inträffar på cirka 9 minuter [27] . Inuti fagocyten är bakterien en del av fagosomen . Inom en minut smälter fagosomen samman med en lysosom eller enzyminnehållande granula för att bilda en fagolysosom . Den fängslade bakterien utsätts för aggressiv handling [28] och dör efter några minuter [27] . Dendritiska celler och makrofager verkar inte lika snabbt, och fagocytos i dessa celler kan ta många timmar. Makrofager får i sig stora mängder främmande material och utsöndrar ofta en del av de osmälta partiklarna tillbaka. Detta material är en signal för migration av makrofager från blodet [29] . Fagocyter kan absorbera nästan alla ämnen.
Fagocyter har på sin yta många olika receptorer, tack vare vilka de binder främmande material [3] . Dessa inkluderar opsoninreceptorer , scavengerreceptorer och Toll-liknande receptorer . Opsoninreceptorer förstärker fagocytos av bakterier som är belagda med immunglobulin G (IgG) eller komplement . Komplement är ett komplex av proteinmolekyler i blodet som förstör celler eller markerar dem för förstörelse [30] . Scavenger-receptorer binder till en mängd olika molekyler på ytan av bakteriecellen, och Toll-liknande receptorer binder till mer specifika molekyler. Bindning av Toll-liknande receptorer förstärker fagocytos och gör att fagocyterna frisätter en grupp faktorer som orsakar inflammation [3] .
Destruktion av mikroorganismer är en viktig funktion av fagocytos [31] , som sker antingen under fagocytos (intracellulär destruktion) eller utanför fagocyten (extracellulär destruktion).
När en fagocyt får i sig en bakterie (eller något annat främmande material) ökar syreförbrukningen , vilket kallas en andningsbrist . I detta fall bildas reaktiva syreämnen, som har en antimikrobiell effekt [32] . Syreföreningar är giftiga för både patogenen och själva cellen, så de lagras i celler i själva cellen. Denna metod för destruktion av penetrerande mikroorganismer kallas syreberoende intracellulär destruktion, som är uppdelad i två typer [15] .
Den första typen är den syreberoende bildningen av superoxidradikal [3] , som förstör bakterier [33] . Superoxid omvandlas till väteperoxid och singlettsyre genom inverkan av enzymet superoxiddismutas . Superoxider reagerar också med väteperoxid för att bilda en hydroxylgrupp , som hjälper till att förstöra patogena mikrober [3] .
Den andra typen inkluderar användningen av enzymet myeloperoxidas från neutrofila granulat [34] . När granulerna smälter samman med fagosomen frisätts myeloperoxidas i fagolysosomen och detta enzym använder väteperoxid och klor för att skapa hypoklorit . Hypoklorit är extremt giftigt för bakterier [3] . Myeloperoxidas innehåller pigmentet hem , på grund av vilket den gröna färgen av sekret rika på neutrofiler (till exempel pus , infekterat sputum ) bildas [35] .
Fagocyter kan också förstöra mikroorganismer genom den syreoberoende metoden, men den är mindre effektiv än den syreberoende. Det finns fyra huvudtyper. Den första typen använder laddade proteiner som skadar bakteriecellsmembranet . Den andra typen använder lysosomala enzymer som bryter ner den bakteriella cellväggen . Den tredje typen använder laktoferriner , som finns i neutrofila granulat och tar bort essentiellt järn från bakterier [36] . I den fjärde typen används proteaser och hydrolaser för att smälta proteinerna från förstörda bakterier [37] .
Interferon-gamma (även kallad makrofagaktiverande faktor) aktiverar makrofagsyntes av kväveoxid . Källan till interferon-gamma kan vara CD4 + T-lymfocyter (T-hjälpare), CD8 + T-lymfocyter (T-dödare), naturliga mördare , B-lymfocyter , monocyter , makrofager eller dendritiska celler [38] . Kväveoxid frigörs sedan från makrofager och förstör på grund av dess toxicitet mikrober nära makrofagen [3] . Aktiverade makrofager bildas och utsöndrar tumörnekrosfaktor . Detta cytokin (en klass av signalmolekyler) [39] förstör cancerceller och virusinfekterade celler och hjälper till att aktivera andra celler i immunsystemet [40] .
Vid vissa sjukdomar, såsom sällsynta kroniska granulomatösa sjukdomar, försämras effektiviteten av fagocytos, vilket kan leda till bakteriella infektioner [41] . I sådana sjukdomar finns det en anomali i arbetet med olika element av syreberoende förstörelse av mikrober. Andra sällsynta medfödda anomalier, såsom Shadyac-Steinbrink-Higashi-syndromet , är också associerade med defekt förstörelse av mikrober som kommer in i kroppen [42] .
Virus kan bara föröka sig inuti en cell, och de kommer in i den med hjälp av en mängd olika receptorer som är involverade i immunförsvaret. Väl inne i cellen använder virus sina biologiska processer till sin fördel, vilket tvingar cellen att skapa tusentals viruspartiklar, liknande modern. Även om fagocyter och andra komponenter i immunsystemet kan kontrollera virus i begränsad utsträckning, är adaptiv immunitet (särskilt lymfocyter) viktigare för skyddet när viruset väl är inne i cellen [43] . I området för virusinfektion ackumuleras lymfocyter mycket mer än andra celler i immunsystemet, vilket är mest typiskt för viral meningit [44] . Celler infekterade med virus förstörs av lymfocyter och utsöndras från kroppen av fagocyter [45] .
Hos djur, växter och svampar dör celler ständigt. Balansen mellan celldelning och celldöd håller antalet celler relativt konstant hos vuxna [2] . Det finns två mekanismer för celldöd: nekros och apoptos . Till skillnad från nekros, som ofta uppstår som ett resultat av sjukdom eller skada, är apoptos (eller programmerad celldöd) en normal process som sker konstant i kroppen. Kroppen gör sig av med miljontals döda eller döende celler varje dag och fagocyter spelar en viktig roll i denna process [46] .
En döende cell som genomgår det sista stadiet av apoptos [47] exponerar vissa specifika molekyler (t.ex. fosfatidylserin ) på sin yta för att binda till fagocyten [48] . Fosfatidylserin är normalt lokaliserat på den cytosoliska ytan av plasmamembranet, men transporteras till den yttre ytan under apoptos, förmodligen av ett protein som kallas scramblase [49] . Dessa molekyler markerar cellen för fagocytos av celler som har lämpliga receptorer, såsom makrofager [50] . Avlägsnandet av döende celler av fagocyter sker på ett ordnat sätt, utan att orsaka inflammation [51] .
Fagocyter rör sig i kroppen och interagerar med fagocytiska och icke-fagocytiska celler i immunsystemet. De kommunicerar med andra celler genom produktion av kemikalier som kallas cytokiner , som triggar andra fagocyter till infektionsområdet eller aktiverar vilande lymfocyter [52] . Fagocyter är en del av den medfödda immunitet som djur, inklusive människor, har från födseln. Medfödd immunitet är mycket effektiv men inte specifik för att skilja mellan patogenarter. Å andra sidan är förvärvad immunitet mer specialiserad och kan skydda mot nästan vilken typ av patogen som helst [53] . Förvärvad immunitet beror på lymfocyter, som inte fagocyterar, utan bildar skyddande proteiner ( antikroppar ) som markerar patogener för destruktion och förhindrar virus från att infektera celler [54] . Fagocyter, särskilt dendritiska celler och makrofager, stimulerar lymfocyter att producera antikroppar i en viktig process som kallas antigenpresentation [55] .
Antigenpresentation är den process genom vilken vissa fagocyter flyttar bitar av intaget material tillbaka till sin yta och "förser" dem till andra celler i immunsystemet [56] . Det finns 2 typer av "professionella" antigenpresenterande celler: makrofager och dendritiska celler [57] . När de väl intagits bryts främmande proteiner (antigener) ner till peptider i dendritiska cellen eller makrofagen. Dessa peptider binder sedan till cellens huvudsakliga histokompatibilitetskomplex (MHC) glykoproteiner, som tar sig tillbaka till ytan av fagocyten där de kan "presenteras" för lymfocyter [16] . Gamla makrofager kan inte röra sig snabbt från infektionsområdet, men dendritiska celler kan nå kroppens lymfkörtlar , där miljontals lymfocyter finns [58] . Detta främjar utvecklingen av ett immunsvar eftersom lymfocyter reagerar på antigener som presenteras av dendritiska celler på samma sätt som om de befann sig på den primära infektionsplatsen [59] . Men dendritiska celler är också kapabla att förstöra eller undertrycka lymfocyternas aktivitet om de känner igen komponenter i värdens kropp; detta är viktigt för att förhindra autoimmuna reaktioner. Denna process kallas tolerans [60] .
Dendritiska celler främjar också immunologisk tolerans [61] , vilket hindrar kroppen från att angripa sig själv immunologiskt. Den första typen av tolerans är central tolerans . Det ligger i det faktum att när mogna T-lymfocyter (T-celler) först lämnar tymus , förstör dendritiska celler defekta T-lymfocyter som bär antigener som kan orsaka en autoimmun reaktion. Den andra typen av immunologisk tolerans är perifer tolerans . Vissa autoreaktiva T-celler lyckas lämna tymus av ett antal anledningar, som att de inte uttrycker autoantigener i tymus. Andra T-celler, kända som regulatoriska T-celler, undertrycker autoaktiva T-celler i periferin [62] . När immunologisk tolerans misslyckas kan autoimmuna sjukdomar uppstå [63] . Å andra sidan kan ökad tolerans leda till infektioner (t.ex. HIV-infektion ) [62] .
Mänskliga och andra ryggradsdjurs fagocyter delas in i "professionella" och "icke-professionella" grupper baserat på den effektivitet med vilken de deltar i fagocytos [9] . Professionella fagocyter inkluderar monocyter , makrofager , neutrofiler , dendritiska vävnadsceller och mastceller [10] .
Huvudplats | Fenotypvarianter _ |
---|---|
Blod | neutrofiler, monocyter |
Benmärg | makrofager, monocyter, sinusformade celler , parietalceller |
Ben | osteoklaster |
Tarm och tarm Peyers plåster | makrofager |
Bindväv | Histiocyter , makrofager, monocyter, dendritiska celler |
Lever | Kupffer-celler , monocyter |
Lungor | självreplikerande makrofager, monocyter, mastceller, dendritiska celler |
lymfatisk vävnad | fria och fixerade makrofager och monocyter, dendritiska celler |
nervvävnad | Mikrogliaceller ( CD4 + ) _ |
Mjälte | fria och fixerade makrofager, monocyter, sinusceller |
bräss | fria och fixerade makrofager och monocyter |
Läder | permanenta Langerhans-celler , andra dendritiska celler, makrofager, mastceller |
Alla fagocyter, särskilt makrofager, är i ett tillstånd av beredskap. Makrofager är i allmänhet relativt inaktiva i vävnader och förökar sig långsamt. I detta halvvilande tillstånd rensar de kroppen från döda celler och annat icke-infektiöst skräp och deltar sällan i antigenpresentationen. Men när en infektion inträffar får de kemiska signaler (vanligtvis interferon gamma ) som ökar deras produktion av MHC II -molekyler och förbereder dem för antigenpresentation. I detta tillstånd är makrofager bra antigenpresenterande och mördare. Men om de får en signal direkt från en patogen blir de "hyperaktiva" och slutar reproducera sig och koncentrerar sig på att döda. Deras storlek och graden av fagocytos ökar; vissa blir tillräckligt stora för att sluka invaderande protozoer [65] .
I blodet är neutrofiler inaktiva, men rör sig genom det med hög hastighet. När de får signaler från makrofager i området för inflammation saktar de ner och lämnar blodet. I vävnader aktiveras de av cytokiner och går in i aktionszonen redo att förstöra [66] .
När infektion uppstår frigörs en kemisk "SOS"-signal för att locka fagocyter till infektionsområdet [67] . Dessa kemiska signaler kan inkludera proteiner från inkommande bakterier, peptidveckningssystem , produkter från komplementsystemet och cytokiner som frigörs av makrofager lokaliserade i vävnad vid infektionsplatsen [3] . En annan grupp av kemiska lockmedel är cytokiner, som orsakar neutrofiler och monocyter från blodomloppet. [14] .
För att nå infektionszonen lämnar fagocyter blodomloppet och tränger in i den drabbade vävnaden. Signaler från infektion gör att endotelcellerna som kantar blodkärlet producerar ett protein som kallas selectin , som binder till passerande neutrofiler. Kärlvidgande medel försvagar bindebindningarna hos endotelceller, vilket gör att fagocyter kan passera genom kärlväggen. Kemotaxi är den process genom vilken fagocyter följer "lukten" av cytokiner till infektionsområdet [3] . Neutrofiler migrerar genom epiteliserade organ till infektionsplatsen, och även om detta är en viktig komponent i infektionskontroll kan migrationen i sig leda till sjukdomssymptom [68] . Vid infektion kallas miljontals neutrofiler från blodet, men de dör sedan inom några dagar [69] .
Monocyter utvecklas i benmärgen och mognar i blodet. Mogna monocyter har en stor, slät, lobulerad kärna och en cytoplasma som innehåller granuler. Monocyter uppslukar främmande eller farliga ämnen och presenterar antigener för andra celler i immunsystemet. Monocyter bildar 2 grupper: cirkulerande och marginella, som finns kvar i andra vävnader (cirka 70% är i den marginella gruppen). De flesta monocyter lämnar blodomloppet efter 20-40 timmar och går in i vävnader och organ, där de förvandlas till makrofager [70] eller dendritiska celler, beroende på den mottagna signalen [71] . Det finns cirka 500 miljoner monocyter i 1 liter mänskligt blod [13] .
Mogna makrofager rör sig inte långt, utan står vakt i de områden av kroppen som är utsatta för den yttre miljön. Där fungerar de som sophämtare. Antigenpresenterande celler eller naturliga mördare , beroende på den mottagna signalen [72] . De bildas från monocyter, stamceller, granulocyter eller under celldelning av redan existerande makrofager [73] . Mänskliga makrofager når en diameter på cirka 21 mikrometer [74] .
Denna typ av fagocyter har inga granuler, men innehåller många lysosomer . Makrofager finns i hela kroppen i nästan alla vävnader och organ (till exempel mikrogliaceller i hjärnan och alveolära makrofager i lungorna ). Placeringen av en makrofag kan bestämmas av dess storlek och utseende. Makrofager inducerar inflammation genom att producera interleukin 1 , interleukin 6 och tumörnekrosfaktor [75] . Makrofager finns vanligtvis bara i vävnader och kommer sällan in i blodomloppet. Livslängden för vävnadsmakrofager, enligt olika uppskattningar, är från 4 till 5 dagar [76] . Därefter dör de och andra makrofager äter dem. Till skillnad från neutrofiler bildar makrofager inte var.
Makrofager kan aktiveras för att utföra funktioner som en vilande monocyt inte kan utföra [75] . T-hjälpare är en undergrupp av lymfocyter som ansvarar för aktiveringen av makrofager. De aktiverar makrofager genom att signalera interferon gamma och uttrycka CD154 -proteinet [77] . Andra signaler kommer från bakterier i form av tumörnekrosfaktor alfa och lipopolysackarider [75] . T-hjälpare kan locka andra fagocyter till infektionsområdet på flera sätt. De utsöndrar cytokiner som verkar på benmärgen för att stimulera bildningen av monocyter och neutrofiler, och utsöndrar även vissa cytokiner som är ansvariga för migrationen av monocyter och neutrofiler till blodomloppet [78] . T-hjälpare uppträder under differentieringen av CD4 + T-lymfocyter, när de reagerar på verkan av ett antigen i perifera lymfatiska vävnader . Aktiverade makrofager spelar en viktig roll i förstörelsen av tumörer genom att generera tumörnekrosfaktor alfa, interferon gamma, kväveoxid , reaktiva syrearter, katjoniska proteiner och hydrolytiska enzymer [75] .
Neutrofiler finns vanligtvis i blodomloppet och är den vanligaste typen av fagocyter som står för 50-60 % av alla vita blodkroppar som cirkulerar i blodet [79] . En liter vuxenblod innehåller normalt cirka 2,5-7,5 miljarder neutrofiler [13] . Deras diameter är cirka 10 µm [80] och neutrofiler lever bara i 5 dagar [40] . Så snart den lämpliga signalen kommer lämnar de blodet inom cirka 30 minuter och når infektionszonen [81] . De kan snabbt absorbera främmande material. Neutrofiler går inte tillbaka till blodet, utan förvandlas till pusceller och dör [81] . Mogna neutrofiler är mindre än monocyter och har segmenterade kärnor med flera sektioner; varje sektion ansluter till kromatintrådar (en neutrofil kan ha 2-5 segment). Normalt lämnar neutrofiler inte benmärgen förrän de är mogna, men under infektion frigörs neutrofila prekursorer, myelocyter och promyelocyter till blodet [82] .
Intracellulära granuler av mänskliga neutrofiler bryter ned proteiner och har bakteriedödande egenskaper [83] . Neutrofiler kan utsöndra ämnen som stimulerar monocyter och makrofager. Neutrofilutsöndringar förbättrar fagocytos och bildandet av reaktiva syrearter, och deltar således i intracellulär förstörelse [84] . Sekret från primära neutrofila granuler stimulerar fagocytos av IgG -belagda bakterier [85] .
Dendritiska celler är specialiserade antigenpresenterande celler som har långa förlängningar som kallas dendriter [86] som hjälper till att uppsluka mikrober och andra patogener [87] [88] . Dendritiska celler finns i vävnader som kommer i kontakt med omgivningen, främst i huden , slemhinnan i näsan, lungorna , magen och tarmarna [89] . När de väl har aktiverats mognar de och migrerar till lymfatiska vävnader, där de interagerar med T- och B-lymfocyter för att generera och organisera ett förvärvat immunsvar [90] .
Mogna dendritiska celler aktiverar T-hjälpare och T-dödare [91] . Aktiverade T-hjälpare interagerar med makrofager och B-lymfocyter för att i sin tur aktivera dem. Dessutom kan dendritiska celler påverka förekomsten av en eller annan typ av immunsvar; när de flyttar till lymfområdena kan de aktivera T-lymfocyter som finns där, som sedan differentierar till T-dödare och T-hjälpare [92]
Mastceller har Toll-liknande receptorer och interagerar med dendritiska celler, T- och B-lymfocyter. Mastceller uttrycker MHC klass II och kan vara involverade i antigenpresentation; dock är mastcellernas roll i antigenpresentationen inte väl förstått [93] . Mastceller kan uppsluka, döda gramnegativa bakterier (t.ex. Salmonella ) och bearbeta deras antigener [94] De är specialiserade på att bearbeta fimbrialproteiner på ytan av bakterier som är involverade i vävnadsfästning [95] [96] . Utöver dessa funktioner producerar mastceller cytokiner som utlöser det inflammatoriska svaret [97] . Detta är en viktig del av mikrobiell dödande eftersom cytokiner attraherar fler fagocyter till infektionsplatsen [94] .
Döende celler och främmande organismer uppslukas av andra celler än "professionella" fagocyter [98] . Dessa celler inkluderar epitelceller , endotelceller , parenkymceller och fibroblaster . De kallas icke-professionella fagocyter för att betona att, till skillnad från professionella fagocyter, är fagocytos inte deras huvudsakliga funktion [99] . Fibroblaster, till exempel, som kan fagocytera kollagen under ärrresorption, kan också delvis uppsluka främmande partiklar [100] .
Icke-professionella fagocyter är mer begränsade än professionella fagocyter när det gäller de partiklar de kan få i sig. Detta beror på deras brist på effektiva fagocytiska receptorer, i synnerhet opsoniner [12] . Dessutom bildar de flesta icke-professionella fagocyter inte reaktiva syrehaltiga molekyler för fagocytos [101] .
Huvudplats | Fenotypvarianter |
---|---|
Blod, lymfkörtlar och lymfkörtlar | Lymfocyter |
Blod, lymfkörtlar och lymfkörtlar | Naturliga mördare och stora granulära lymfocyter |
Läder | epiteliocyter |
Blodkärl | Endoteliocyter |
Bindväv | fibroblaster |
Blod | röda blodceller |
En patogen orsakar en infektion om den bara har övervunnit kroppens försvar. Patogena bakterier och protozoer utvecklar olika mekanismer för resistens mot fagocytattacker, och många av dem överlever verkligen och förökar sig inuti fagocytiska celler [102] [103] .
Bakterier har flera sätt att undvika kontakt med fagocyter. För det första kan de leva på platser där fagocyter inte kan ta sig (till exempel skadad hud). För det andra kan bakterien undertrycka det inflammatoriska svaret; utan inflammation kan fagocyter inte svara tillräckligt på infektion. För det tredje kan vissa typer av bakterier bromsa förmågan hos fagocyter att flytta in i infektionszonen, vilket förhindrar kemotaxi [102] . För det fjärde kan vissa bakterier undvika kontakt med fagocyten genom att lura immunsystemet, som börjar "tro" att bakterien är en cell i själva makroorganismen. Treponema pallidum (bakterien som orsakar syfilis ) gömmer sig från fagocyter genom att belägga dess yta med fibronektin [104] som produceras naturligt i kroppen och spelar en viktig roll vid sårläkning [105] .
Bakterier bildar ofta proteiner eller sockerarter som täcker deras celler och förhindrar fagocytos; de är en del av bakteriekapseln [102] . Till exempel finns K5 kapselantigen och O75 O-antigen på ytan av Escherichia coli [106] och exopolysackarid kapslar av Staphylococcus epidermidis [107] . Streptococcus pneumoniae bildar flera typer av kapslar som ger olika skyddsnivåer [108] , medan grupp A- streptokocker bildar proteiner, såsom M-protein och fimbrieproteiner, som blockerar absorptionen. Vissa proteiner stör opsoninrelaterat upptag; Staphylococcus aureus producerar protein A för att blockera antikroppsreceptorer, vilket minskar effektiviteten av opsoniner [109] .
Bakterier har utvecklat sätt att överleva inuti fagocyter, där de fortsätter att undvika immunförsvaret [110] . För säker penetration i fagocyten utsöndrar de proteiner som kallas "invasiner". Väl inne i cellen förblir de i cytoplasman och undviker exponering för giftiga ämnen som finns i fagolysosomer [111] . Vissa bakterier förhindrar sammansmältningen av fagosomen och lysosomen [102] . Andra patogener, såsom Leishmania , bildar mycket modifierade vakuoler i fagocyter, vilket gör att de kan bestå och föröka sig [112] . Legionella pneumophila producerar ett sekret som gör att fagocyter smälter samman med andra vesiklar än de som innehåller giftiga ämnen [113] . Andra bakterier kan leva inuti fagolysosomer. Staphylococcus aureus , till exempel, producerar enzymerna katalas och superoxiddismutas , som bryter ner kemikalier (som väteperoxid ) som produceras av fagocyter för att döda bakterier [114] . Bakterier kan lämna fagosomen innan de bildar en fagolysosom: Listeria monocytogenes kan bilda ett hål i fagosomens vägg med hjälp av enzymer som kallas listeriolysin O och fosfolipas C [115] .
Bakterier har utvecklat några metoder för att förstöra fagocyter [109] . Dessa inkluderar cytolysiner , som bildar porer i cellmembranet av fagocyter, streptolysiner och leukocidiner , som orsakar bristning av neutrofila granuler för att frigöra giftiga ämnen [116] [117] och exotoxiner , som minskar tillförseln av ATP till fagocyter som behövs för fagocytos. När de väl är uppslukade kan bakterier döda fagocyter och frigöra toxiner som rör sig från membranen av fagosomer eller fagolysosomer till andra delar av cellen [102] .
Vissa överlevnadsstrategier är ofta förknippade med störningar av cytokinöverföring och andra metoder för signalering i cellen för att förhindra fagocyternas svar på invasion [118] . Parasitiska protozoer såsom Toxoplasma gondii , Trypanosoma cruzi och Leishmania infekterar makrofager; var och en av dem har ett unikt sätt att undertrycka aktiviteten hos makrofager. Vissa arter av Leishmania förändrar signalsystemet för infekterade makrofager, undertrycker produktionen av cytokiner och mikrobicida molekyler (kväveoxid, reaktiva syrearter) och stör antigenpresentationen [119] .
Makrofager och neutrofiler i synnerhet spelar en central roll i den inflammatoriska processen genom att frisätta proteiner och inflammatoriska mediatorer med liten molekylvikt som kontrollerar infektion men kan skada värdvävnader. I allmänhet är målet med fagocyter att förstöra patogener genom att uppsluka dem och sedan utsätta dem för giftiga ämnen inuti fagolysosomer. Om fagocyten misslyckas med att uppsluka sitt mål, kan dessa giftiga ämnen släppas ut i miljön (en åtgärd som kallas "frustrerad fagocytos"). Eftersom dessa medel också är toxiska för värdceller, kan de orsaka betydande skada på friska celler och vävnader [120] .
Om neutrofiler frisätter innehållet i granulerna (reaktiva syrearter och proteaser ) i njuren , sker nedbrytning av kroppens extracellulära matris , vilket kan leda till skador på glomerulära celler, vilket påverkar deras förmåga att filtrera blod och orsaka förändringar i deras form. Dessutom ökar fosfolipasprodukter (som leukotriener ) skadan. Denna frisättning av substanser främjar kemotaxi av fler neutrofiler till infektionsplatsen, och glomerulära celler kan skadas ytterligare genom att fästa molekyler under neutrofilmigrering. Skador på glomerulära celler kan leda till njursvikt [121] .
Neutrofiler spelar också en nyckelroll i utvecklingen av de flesta former av akut lungskada [122] . Samtidigt frigör aktiverade neutrofiler innehållet i sina giftiga granuler i lungorna [123] . Experiment har visat att en minskning av antalet neutrofiler minskar effekterna av akut lungskada [124] , men behandling med neutrofilundertryckning är inte kliniskt realistisk, eftersom det gör kroppen sårbar för infektioner [123] . I levern kan neutrofilskada bidra till dysfunktion och skada som svar på bakteriell endotoxinfrisättning , sepsis , trauma, alkoholisk hepatit , ischemi och hypovolemisk chock till följd av akut blodförlust 125] .
Kemikalier som frigörs av makrofager kan också skada kroppsvävnader. Tumörnekrosfaktor -α (TNF-α) är en viktig kemikalie som utsöndras av makrofager som leder till blodpropp i små kärl, vilket förhindrar spridning av infektion [126] . Men om en bakteriell infektion kommer in i blodomloppet frisätts TNF-α till vitala organ, där det kan orsaka vasodilatation och minska plasmavolymen ; detta kan i sin tur leda till septisk chock . Vid septisk chock orsakar frisättningen av TNF-α blockering av små kärl som levererar blod till vitala organ, och deras misslyckande kan inträffa. Septisk chock kan leda till döden [14] .
Fagocytos uppträdde troligen tidigt i evolutionen [127] och uppträdde först i encelliga eukaryoter [128] . Amöbor är encelliga protozoer som har förgrenats från trädet och leder till flercelliga organismer, men de har överfört många specifika funktioner till fagocytiska däggdjursceller [128] . Slemmögeln Dictyostelium discoideum lever till exempel i jorden och livnär sig på bakterier. Liksom djurfagocyter uppslukar det bakterier genom fagocytos, främst med hjälp av Toll-liknande receptorer [129] . Amoebas Dictyostelium discoideum är sociala; de håller ihop när de svälter och förvandlas till migrerande pseudoplasmodium. En sådan flercellig organism bildar så småningom en fruktkropp med sporer, som är resistent mot miljöpåverkan. Före bildandet av fruktkroppar kan celler röra sig som slemformar i flera dagar. Under denna tid kan exponering för toxiner eller bakteriella patogener äventyra amöbors överlevnad genom att begränsa sporproduktionen. Vissa amöbor uppslukar bakterier och absorberar deras gifter. I slutändan dör dessa amöbor. De liknar genetiskt andra amöbor i larven och offrar sig själva för att skydda andra amöbor från bakterier, vilket liknar självuppoffringen av fagocyter i det mänskliga immunsystemet. Denna medfödda immunfunktion i sociala amöbor antyder att en gammal cellulär uppslukningsmekanism kan ha anpassats för försvarsfunktion långt innan uppkomsten av olika djur [130] , men deras gemensamma ursprung med däggdjursfagocyter har inte bevisats. Fagocyter finns i hela djurriket [ 4] från marina svampar till insekter och ryggradsdjur [131] [132] . Amöbans förmåga att skilja mellan sig själv och icke-jag har blivit grunden för immunsystemet hos många arter [8] .
Tematiska platser | |
---|---|
Ordböcker och uppslagsverk | |
I bibliografiska kataloger |
|