Эозинофилы и тучные клетки при воспалении

       IgE, тучные клетки, базофилы и эозинофилы являются важными элементами аллергического воспаления. Аллерген-специфический IgE, синтезируемый в ответ на аллергены в окружающей среде и у восприимчивых людей, становится фиксированным к высокоаффинным рецепторам на клеточных мембранах, особенно тучных клеток и базофилов. Если эти связанные с рецептором молекулы IgE агрегируются при повторном воздействии специфического аллергена, эти тучные клетки и базофилы продуцируют медиаторы, которые приводят к аллергическому ответу. Основным среди клеток, привлеченных к сайтам высвобождения медиатора, является эозинофилы.

IgE

       Реагиновое антитело IgE (иммуноглобулин Е) имеет приблизительную молекулярную массу 190 кДа, не обладает трансплацентарным переносом и, в отличие от других иммуноглобулинов, не активирует комплемент по классическому пути. IgE является термолабильным и не будет сенсибилизироваться после того, как его нагревают до 56 ° C в течение нескольких часов. IgE в основном известен своей способностью связываться с высокой аффинностью с его специфическим рецептором (R) FcϵRI, обнаруженным в его полной форме (α 2 ) на мембранах тучных клеток и базофилов. Концентрация IgE в сыворотке крови является самой низкой из пяти изотипов человеческого иммуноглобулина (0-0,0001 г / л, что составляет 0,004% от общего сывороточного иммуноглобулина) и сильно зависит от возраста.  Концентрация IgE в сыворотке является низкой в ​​сыворотке пуповины (<2 кЕд / л, <4,8 мг / л) и увеличивается с возрастом до достижения человеком 10–15 лет. . У людей с аллергической предрасположенностью наблюдается более ранний и более крутой подъем. Уровень общего сывороточного IgE снижается со второго по восьмое десятилетия жизни. По оценкам, специалистов около 50% общего IgE организма находится во внутри сосудов. IgE имеет период полураспада от 1 до 5 дней в периферической крови.

       Первоначально В-клетки продуцируют антитела IgM, но после соответствующих стимулов изменяют изотип продуцируемого антитела, сохраняя антигенную специфичность посредством совместного использования одной и той же вариабельной (VDJ) области. Это «переключение изотипа» является эффективным в том смысле, что оно позволяет одному клону B-клеток продуцировать антитела с той же специфичностью, но различными эффекторными функциями, находящимися в константной части тяжелой цепи. Этот процесс состоит из сплайсинга и воссоединения геномной ДНК для сопоставления элементов VDJ с экзонами С-области, которые кодируют, в случае IgE, ϵ-цепь, определяющую изотип IgE. Для синтеза IgE требуются два типа сигналов. Сигнал 1 обеспечивается цитокинами интерлейкина (IL) -4 и IL-13, которые активируют транскрипцию в определенном локусе иммуноглобулина. Второй сигнал обеспечивается путем лигирования CD40 на В-клетках, что, в свою очередь, активирует рекомбинацию переключателя ДНК. Оба сигнала представлены В-клетками Т-клетками.

    Процесс начинается, когда аллерген связывается с аллерген-специфическим IgM на В-клетке, которая затем обрабатывает аллерген. Когда В-клетка затем представляет фрагменты этого аллергена в контексте молекул МНС класса II в комплексе рецептор-CD3 Т-клетки на клетке Т H 2, Т-клетка быстро экспрессирует лиганд IL-4 и CD40 (CD40L, CD154) , CD40L включает CD40, экспрессируемый в В-клетке. Это взаимодействие приводит к экспрессии B7 на B-клетках, которая связывается с CD28 на T-клетке, что приводит к активизации IL-4, происходящего из T-клеток.

   Сообщалось, что тучные клетки и базофилы человека секретируют IL-4, IL-13 или оба, а также экспрессируют некоторые CD40L. Таким образом, эти наблюдения предполагают, что эти клетки могут взаимодействовать с В-клетками, чтобы обеспечить сигналы для синтеза или амплификации IgE. Поскольку производство IL-4 или IL-13 базофилов и тучных клеток зависит от агрегации Fc-RI через антиген-специфический IgE, этот механизм более привлекателен для амплификации синтеза IgE. Этот механизм, по-видимому, не является аллерген-специфичным, а скорее вызывает поликлональный ответ.  Эта гипотеза согласуется с наблюдением, что ответ IgE в гипер-IgE-состояниях является поликлональным.

     Существует два различных рецептора IgE: низкоаффинный рецептор IgE (FcϵRII; CD23), присутствующий в В-клетках, и высокоаффинный рецептор IgE (FcϵRI). Fc-RI на тучных клетках и базофилах представляет собой тетрамер (α 2 ), тогда как он экспрессируется в тримерной форме ( 2 ) на антигенпрезентирующих клетках, таких как моноциты, клетки Лангерганса и дендритные клетки периферической крови.  Плотность экспрессии человеческого Fc-RI базофила человека коррелирует с уровнями IgE в сывороткепоскольку связывание IgE с Fc-RI стабилизирует рецептор на клеточной поверхности. Взаимодействия Fc-RI-IgE также могут способствовать выживанию тучных клеток.

    На общий уровень IgE влияют возраст, генетическая предрасположенность, этническая принадлежность, иммунный статус, время года и некоторые заболевания. Повышенные уровни IgE обнаруживаются при паразитарных заболеваниях, таких как шистосомоз и анкилостома; инфекции, такие как аллергический бронхолегочный аспергиллез и вирус мононуклеоза Эпштейна-Барра; кожные заболевания, такие как буллезный пемфигоид; опухолевые заболевания, такие как болезнь Ходжкина и миелома IgE; иммунодефицитные заболевания, такие как синдром Вискотта-Олдрича, синдром гипериммуноглобулинемии E, гипоплазия тимуса (синдром Ди Джорджа) и клеточный иммунодефицит с иммуноглобулинами (синдром Незелофа); и ряд других заболеваний, таких как нефротический синдром, муковисцидоз, болезнь Кавасаки и узловой инфантильный полиартериит. В совокупности такая информация диктует, что измерение общего уровня IgE в сыворотке имеет ограниченную ценность в качестве скрининг-теста на аллергическое заболевание.

Базофилы

    Базофилы представляют собой гранулоциты, которые, как полагают, представляют отдельное происхождение от тучных клеток, несмотря на тот факт, что два типа клеток имеют много общих черт, таких как экспрессия высокоаффинного рецептора IgE (FcϵRI), метахроматическое окрашивание, экспрессия цитокинов T H 2 и высвобождение гистамина. Базофилы составляют менее 1% лейкоцитов периферической крови, что делает их одним из наименее распространенных клеточных линий в периферической крови. Количество базофилов в периферической крови незначительно повышено (приблизительно в 2 раза) при аллергической астме. Базофилы имеют сегментированное ядро ​​с высококонденсированным хроматином и обычно идентифицируются по метахроматическому окрашиванию основными красителями, такими как толуидиновый синий. Недавно были разработаны два моно-специфических антитела к базофильным гранулам, BB-1 и 2D7, которые позволяют однозначно идентифицировать базофилы в тканях и значительно расширяют наше понимание роли базофилов при аллергических заболеваниях и астме. Базофилы экспрессируют различные рецепторы цитокинов (IL-3R, IL-5R, GM-CSFR), рецепторы хемокинов (CCR2, CCR3), рецепторы комплемента (CD11b, CD11c, CD35, CD88), рецепторы простагландина (CRTH2) и иммуноглобулин Fc-рецепторы (FcϵRI, FcγRII).

   Базофилы развиваются из плюрипотентных стволовых клеток CD34 + , дифференцируются и созревают в костном мозге, а затем циркулируют по периферии. IL-3 является доминирующим цитокином, управляющим дифференцировкой базофилов и достаточным для дифференцировки стволовых клеток в базофилы. Общее мнение заключается в том, что базофилы представляют собой отдельную клеточную линию от тучных клеток и отличаются от общего предшественника базофил-эозинофилов; Это убеждение подтверждается происхождением смешанных колоний базофилов и эозинофилов из отдельных клеток-предшественников..

   Как и в случае с тучными клетками, базофилы экспрессируют полный и функциональный рецептор Fc-RI (αβ 2 ), поперечное сшивание которого приводит к активации базофилов, экзоцитозу гранул. и освобождение посредника.  C3a и C5a также могут активировать базофилы через рецепторы комплемента C3aR и C5aR соответственно. Активация через любой из этих рецепторов приводит к высвобождению гистамина, синтезу эйкозаноидов и экспрессии генов IL-4 и IL-13 . Примирование является способностью молекул, которые не могут максимально активировать базофилы самостоятельно, чтобы усилить Fc-RI-опосредованную активацию.  Медиаторы с такой праймирующей активностью включают CC-хемокины (эотаксины, белок 3 хемоаттрактанта моноцитов, белок 4 хемоаттрактанта моноцитов, RANTES), N-формил-метионил-лейцил-фенилаланин, IL-3, IL-5, GM-CSF и высвобождающий гистамин. фактор. Присутствие таких медиаторов в местах воздействия аллергена может снизить порог развития аллергического воспаления.

    Базофилы продуцируют много медиаторов, сходных с тучными клетками, таких как гистамин, лейкотриены, IL-4 и IL-13. И наоборот, медиаторы тучных клеток PGD 2 и IL-5 не продуцируются базофилами. Из вновь синтезированных эйкозаноидных медиаторов базофилы в основном генерируют LTC 4 . В дополнение к гистамину гранулы базофилов содержат ряд других предварительно образованных медиаторов, таких как сульфат хондроитина, основной основной белок и кристаллический белок Шарко-Лейдена. Как правило, базофилы содержат только небольшие количества триптазы; однако, по-видимому, существует много различий между людьми в отношении экспрессии триптазы базофилов. В дополнение к их роли в непосредственной гиперчувствительности, базофилы могут способствовать аллергическому воспалению с помощью ряда неклассических механизмов. Базофильная экспрессия IL-4 и CD40L индуцирует переключение B-клеток IgE in vitro и может содержать альтернативный механизм, стимулирующий переключение класса IgE. Альтернативно, быстрая и обильная экспрессия IL-4 базофилами была предложена в качестве источника IL-4, который может дополнительно стимулировать дифференцировку клеток T H 2.

     Физиологическая роль базофилов не известна, хотя, по-видимому, как и другие лейкоциты, они выполняют роль в защите хозяина. Долгое время считалось, что базофилы играют роль в отторжении клещей и являются заметным компонентом воспалительного ответа на многих паразитов. Эта предполагаемая роль в защите хозяина от паразита подтверждается недавним открытием функциональных гомологов паразита гистамин-рилизинг-фактора в трансляционно-контролируемом семействе опухолевых белков. Хотя базофилы обладают многими характеристиками, которые предполагают, что они способствуют аллергическому воспалению, точная роль базофилов в патогенезе астмы неясна.  После заражения аллергеном базофилы являются преобладающим типом клеток, экспрессирующих IL-4, в астматических дыхательных путях человека,  мононуклеарных клетках периферической крови.

Эозинофилы

    Эозинофилы представляют собой гранулоциты, которые были впервые описаны для окрашивания кислотными анилиновыми красителями, такими как эозин. Хотя эти клетки редко встречаются в периферической крови здоровых людей, эозинофилия в крови и тканях является отличительным признаком инфекции гельминтами, аллергии и астмы. Из-за большого количества доказательств, подтверждающих критическую роль в патогенезе астмы, эозинофил превратился в главную терапевтическую мишень для иммунологической терапии астмы.

    Эозинофилы обычно имеют двухъядерное ядро ​​с высококонденсированным хроматином и цитоплазмой, содержащим два основных типа гранул: специфические и первичные гранулы. Конкретные гранулы имеют характерный ультраструктурный вид, состоящий из электронно-плотного кристаллоидного ядра. Эти гранулы содержат много катионных белков, которые придают эозинофилам свои уникальные свойства окрашивания. Первичные гранулы подобны тем, которые обнаружены в других линиях гранулоцитов, и обнаруживаются на ранних стадиях развития эозинофилов.  Эозинофилы также содержат липидные тела, которые играют роль в генерации эйкозаноидных медиаторов.

   Поскольку нет специфического для эозинофилов маркера клеточной поверхности, их связывание с эозино-подобными красителями остается наиболее распространенным методом обнаружения. Разработка моноклональных антител к различным белкам гранул эозинофилов стала дополнительным средством иммунохимической идентификации этих клеток. Эозинофилы экспрессируют широкий спектр молекул клеточной поверхности, включая цитокиновые рецепторы (IL-3R, IL-5R и GM-CSFR), хемокиновые рецепторы (CCR1 и CCR3), FcγRII (CD32), FcαRI (секреторный IgA) рецепторы комплемента (C3aR, C5aR, CD88 и CD35), молекулы адгезии (очень поздний антиген [VLA] -4 и α 4 β 7 интегрин), CD9 и CD69. CD69 является маркером активации эозинофилов и активируется на эозинофилах, выделенных из участков аллергического воспаления.  Эозинофильная экспрессия FcϵRI минимальна и имеет неясное функциональное значение.

    Эозинофилы развиваются и созревают в костном мозге из клеток-предшественников CD34 + и высвобождаются в периферическую кровь в виде зрелых клеток. IL-5, основной эозинофильный активный цитокин, оказывает глубокое положительное влияние на дифференцировку и пролиферацию предшественников эозинофилов в костном мозге. Таким образом, IL-5 продуцируется периферически в местах аллергического воспаления, или инфекция гельминтами действует дистально на костный мозг. Кроме того, аллергенная стимуляция или экспериментальное введение эотаксина вызывает высвобождение в костном мозге зрелых эозинофилов, а также предшественников эозинофилов.

   После высвобождения из костного мозга эозинофилы циркулируют в периферической крови, а затем поступают в ткани с периодом полувыведения из периферической крови от 8 до 18 часов. Хотя эозинофилы наиболее известны как лейкоциты периферической крови, подавляющее большинство эозинофилов находится в кишечнике и легких. Эозинофилы также являются основным источником цистеинил лейкотриена LTC 4 и его активных метаболитов LTD 4 и LTE 4 . Эозинофилы, наряду с тучными клетками и базофилами, являются основными LTC 4 -синтез-продуцирующими клетками в слизистой оболочке бронхиальной астмы. Эозинофилы способны продуцировать ряд цитокинов, включая IL-1, трансформирующий фактор роста β, IL-3, IL-4, IL-5, IL-8 и TNF-α. Однако эозинофилы обычно продуцируют меньшее количество цитокинов, чем другие воспалительные клетки, такие как Т-клетки. Как таковой, относительный вклад выработки эозинофильных цитокинов в генерацию аллергического воспаления еще предстоит определить.

   Количество эозинофилов в периферической крови увеличивается при аллергических заболеваниях, астме и гельминтозах, а тканевая эозинофилия часто обнаруживается в местах воспаления, связанных с этими заболеваниями. Несмотря на их активность in vitro против паразитов, исследования in vivo на мышах, нокаутированных по гену IL-5, в целом не подтверждают существенную роль эозинофилов в устранении паразитарных инфекций. При аллергических заболеваниях и астме эозинофилы играют провоспалительную роль, в которой, как полагают, эозинофильные медиаторы, такие как МВР, вызывают воспаление слизистой оболочки и, как следствие, гиперчувствительность бронхов. Кортикостероиды сильно снижают количество эозинофилов в периферической крови и тканях, что еще более подтверждает центральную роль эозинофилов в патогенезе астмы. Поскольку эозинофилы считаются конечной эффекторной клеткой астмы, ряд исследовательских методов лечения был нацелен на эозинофилы. Недавно исследование фазы II анти-IL-5 при астме у человека не продемонстрировало улучшения ни в отношении воздушного потока, ни в поздних фазах аллергических реакций, несмотря на снижение эозинофилов периферической крови на 90%. Последующее исследование анти-IL-5 продемонстрировало аналогичное снижение уровня эозинофилов в периферической крови на 90%, но снижение эозинофилов слизистой бронхов только на 55%. Эти данные демонстрируют, что одного анти-IL-5 может быть недостаточно для устранения легочной эозинофилии и что необходимо изучить дополнительные стратегии против эозинофилов, чтобы определить их терапевтический потенциал при лечении астмы.