Глава вторая:

Основополагающие элементы иммунной системы и старение иммунитета

Иммунная система — это набор важнейших компонентов и процессов живых организмов, которые участвуют в выполнении различных функций. Она надежно защищает нас от угроз внешнего мира и инфекционных агентов. Крепкий иммунитет уверенно отталкивает инородные микроорганизмы и поддерживает тело в состоянии гомеостаза.

Абсолютно все живые организмы, в том числе простейшие и бактерии, наделены примитивной иммунной системой, которая называется системой рестрикции-модификации. [56] Базовые функции иммунитета растений и эукариот включают в себя производство противомикробных пептидов дефензинов, поглощение крупных частиц путем фагоцитоза и каскад комплемента, который усиливает эффективность антител. Люди и челюстноротые обладают более совершенными защитными механизмами, например, способностью со временем более эффективно распознавать определенные патогены и лучше к ним адаптироваться (адаптивный иммунитет). [57]

Иммунная система — это удивительно сложное явление. Она подразделяется на множество более мелких категорий и поддерживает связь со всеми системами тела, например, с сердечно-сосудистой, эндокринной и нервной системой. [58] Коротко говоря, иммунитет отвечает за распознавание патогенов и противодействие им, но на самом деле сфера его ответственности намного шире.

В этой главе мы рассмотрим основополагающие элементы иммунной системы и выясним, как они работают. Также мы обсудим компоненты иммунной системы, их иммунный ответ и защитные механизмы. Кроме того, мы узнаем, как стресс и процесс старения — неотъемлемые составляющие регуляции иммунного ответа организма — влияют на иммунитет.

Классификация иммунной системы

Слово «иммунитет» восходит к латинскому «immunis», что означает «невосприимчивый». То есть обладающий способностью противостоять инфекциям, патогенам, вредным микроорганизмам и вырабатывать иммунитет к болезням. Для оптимальной работы иммунной системе нужно уметь находить и устранять как можно больше патогенов, при этом отличать их от здоровых компонентов тела. В противном случае организм может атаковать сам себя, то есть спровоцировать аутоиммунную реакцию, что наносит такой же сильный вред организму, как и сама инфекция.

Иммунная система состоит из множества категорий и подсистем, которые включаются в работу на разных этапах развития инфекции или заболевания. Она работает по типу многослойной защиты, где такие физические барьеры, как кожа и слизистые оболочки, обеспечивают первый слой защиты. Они препятствуют попаданию в организм самых крупных и наименее сложно устроенных вредных микроорганизмов. Однако большинство бактерий и вирусов обладают настолько мелкими размерами, что протискиваются даже в самые крошечные лазейки. В этот момент иммунная система берет ситуацию под контроль и немедленно отвечает на вторжение.

Существуют две основные категории иммунной системы, которые управляют нашими защитными механизмами:

● Врожденный (естественный) иммунитет, который включает в себя большинство защитных сил организма. [59] С ним человек рождается и по умолчанию получает способность распознавать инородные вещества и реагировать на них неспецифическим, обобщенным способом. Врожденный иммунитет проявляет активность, когда микробы или патогены вторгаются в организм, и образраспознающие рецепторы (ОРР) распознают эти микробные компоненты. [60] То же происходит в момент получения травмы, нарушения физической целостности и стресса. [61] Все живые организмы используют рецепторы ОРР.

• К поверхностным защитным барьерам, которые препятствуют попаданию патогенов в организм, относятся кожа и слизистые оболочки животных, экзоскелет насекомых и внешняя оболочка листьев. Также существуют химические барьеры, такие как антимикробные пептиды, которые выделяет кожа, [62] антибактериальные ферменты слюны, слез, [63] грудного молока и желудочного сока. [64] Когда частицы попадают внутрь через функциональные отверстия тела, например, ноздри или рот, такие механические реакции, как чихание, кашель и мочеиспускание, помогают быстро избавиться от нависшей угрозы. [65]

• Образраспознающие рецепторы в основном представлены клетками врожденного иммунитета, например, дендритными клетками, макрофагами, моноцитами, нейтрофилами и эпителиальными клетками. [66] Они распознают патоген-ассоциированные молекулярные паттерны (ПАМП) и дефект-ассоциированные молекулярные паттерны (ДАМП). Внеклеточные ПАМП частично подтверждаются толл-подобными рецепторами. [67] Толл-подобные рецепторы запускают секрецию цитокинов, которые включают последующие защитные механизмы тела.

— Процесс уничтожения патогенов антителами реализуется за счет каскада или системы комплемента, в которой принимают участие более 30 различных белков. Эта система представляет наибольшее гуморальное звено врожденного иммунитета. [68] Система комплемента активирует фагоцитоз, воспаление и атаку клеточных мембран вредных бактерий.

— Антитела или иммуноглобулины (Ig) — это крупные белки Y-образной формы, которые производятся плазматическими клетками для обезвреживания патогенов. Они распознают специфические молекулярные характеристики у определенных патогенов-антигенов и помечают их как подлежащие уничтожению. У млекопитающих существует пять видов антител (IgA, IgD, IgE, IgG и IgM). [69]

• Врожденная иммунная система опосредована белыми кровяными тельцами (лейкоцитами), к которым относятся фагоциты (макрофаги, нейтрофилы, дендритные клетки), врожденные лимфоидные клетки, тучные клетки, эозинофилы, базофилы и естественные киллеры. Они либо физически атакуют и уничтожают патогены, либо поглощают их. [70] Второй процесс называется фагоцитозом и представляет собой древнейшую форму иммунной защиты организма. [71] Фагоциты мигрируют по организму в поисках инородных частиц и откликаются на зов цитокинов. [72]

— Дендритные клетки — это фагоциты, которые живут на коже, в носу, легких и кишечнике. Они поддерживают связь между тканями тела и иммунной системой, предоставляя (презентуя) антигены Т-лимфоцитам. [73]

— Естественные киллеры (NK-клетки) — это лимфоциты, которые не атакуют инородные частицы напрямую. Вместо этого они устраняют дисфункциональные защитные клетки организма, например, опухолевые клетки, стареющие или инфицированные клетки путем секреции цитотоксических молекул. [74] Естественные киллеры распознают инфицированные клетки по признаку «потеря своего», которым обладают клетки с низким уровнем мембранного маркера MHC I (главный комплекс гистосовместимости I). Нормальные здоровые клетки поддерживают оптимальный уровень MHC-антигенов, и NK-клетки их не трогают. [75]

• Воспаление — это мгновенный ответ врожденного иммунитета на появление инфекции. [76] В результате этой реакции появляются отек, жар, потоотделение, боль, а также усиливается прилив крови к поврежденной области. Повышение температуры обусловливают простагландины, которые представляют собой группу липидов-эйкозаноидов, обладающих гормоноподобным воздействием. [77] Также воспалительный процесс могут запускать цитокины, например, интерлейкины, которые поддерживают общение между белыми кровяными тельцами и интерферонами, которые управляют клеточными функциями в период вирусной инфекции. [78] Цитокины призывают иммунные клетки, чтобы те уничтожили патогены и инициировали процесс заживления. [79]

● Адаптивную иммунную систему человек приобретает в результате взаимодействия с различными патогенами на протяжении жизни. Каждая перенесенная инфекция записывается в иммунологической памяти, которая хранит воспоминания обо всех инфекционных агентах и наделяет их личными антигенами. [80] Это более специфическая реакция, которая запускается при распознавании чужеродных антигенов во время так называемой презентации антигена. Адаптивный иммунитет можно приобрести естественным путем через знакомство с вредными микроорганизмами, либо искусственным через вакцинацию. Впервые адаптивная иммунная система начала функционировать у позвоночных, так как у беспозвоночных видов она отсутствует. [81] Отметим, что адаптивный иммунитет способен помогать бороться даже с теми инфекциями, с которыми вы не сталкивались ранее. Например, ранее перенесенная простуда, вызванная обычными штаммами коронавируса, дает некоторую защиту от SARS-CoV2 в связи со сходством структур этих вирусов. [82, 83] Необходимо отметить, что иммунитет Т-клеток сохраняется десятилетиями, тогда как защита антител длится всего несколько месяцев. Для адаптивного иммунитета крайне важно наличие правильно функционирующих Т-лимфоцитов. К сожалению, по причине возраста, плохого питания и хронических заболеваний их функции деградируют.

• Адаптивная иммунная система состоит из лимфоцитов, таких как Т-клетки (Т-киллеры, Т-хелперы) и В-клетки (продуцирующие антитела), которые происходят от гемопоэтических стволовых клеток в костном мозге. Т-клетки связаны с клеточно-опосредованным иммунным ответом, в то время как В-клетки вовлечены в гуморальный иммунный ответ. Как только вредная инородная частица попадает в клетку, а значит, умудряется беспрепятственно обойти барьер антител, организм подключает Т-клетки для уничтожения патогена.