Основные клетки соединительной ткани

В соединительной ткани различают так называемые структурные или резидентные клетки, которые участвуют в метаболизме структурных элементов внеклеточного материала, и клетки-мигранты, которые поступают из кровеносного русла и выполняют функции местной защиты - неспецифической и специфической.

Основной структурной клеткой собственно соединительной ткани, занимающей ничтожную долю всего объема ткани (сотые доли), являются фибробласты. Фибробласт, во–первых, обеспечивает синтез и построение элементов внеклеточного матрикса, во–вторых, ее разрушение, выделяя в среду гидролитические ферменты. Интенсивность этих двух противоположно направленных процессов и их сбалансированность играют решающую роль в обновлении клеточного матрикса и поддержании постоянства ее состава. Метаболическая функция фибробластов регулируется благодаря наличию значительного количества (тысячи) рецепторов к разнообразным сигнальным молекулам (гормонам, цитокинам, продуктам деградации биополимеров внеклеточного матрикса). Рецепторы обладают избирательной восприимчивостью к сигнальным молекулам, вырабатываемым другими молекулами. Благодаря этому фибробласты «переговариваются» между собой и защитными клетками, дистантно взаимодействуя друг с другом. Фибробласты обладают подвижностью (содержат сократимые микрофиламенты в цитоплазме) и способностью обратимо прикрепляться к коллагеновым волокнам матрикса посредством трансмембранных адгезивных белков – интегринов. Интегрины имеют внеклеточный домен, а внутри клетки соединяются с цитоскелетом.

В соединительной ткани имеются также некоторые варианьы фибробластов, содержащихся в небольших количествах: фиброциты, фиброкласты, миофиброкласты, адипоциты.

Фиброциты – постаревшие фибробласты.

Фиброкласты – клетки, практически на синтезирующие матрикс, но активно вырабатывающие гидролитические энзимы, разрушающие внеклеточные субстанции. Скапливаются в местах повреждения матрикса.

Миофиброкласты – сочетают интенсивный синтез компонентов внеклеточного матрикса с высокой подвижностью. Активно участвуют в процессах восстановления (репарации) ткани.

Адипоциты – клетки, специализированные на накоплении и метаболизме жира. Отличаются от фибробластов коренной перестройкой биохимизма, однако после утраты жировой капли, вызванной голоданием, адипоциты могут вновь превратиться в фибробласты.

Клетки неспецифической защиты в соединительной ткани представлены нейрофилом и макрофагом. Это клетки – «пожиратели», фагоцитирующие клетки. Они, благодаря рецепторному аппарату, «узнают» и поглощают микроорганизмы, измененные и поврежденные клетки, деградирующие (изношенные, постаревшие) макромолекулы и в твердых тканях даже частицы минерального вещества.

Сложнейший биохимический механизм фагоцитоза сопровождается изменением метаболической активности макрофагов и нейтрофилов: резким усилением функций лизосом и развитием «дыхательного взрыва» (оксидативного стресса). В клетке скачкообразно повышается окисление глюкозы по пентозофосфатному пути (усиливается продукция НАДФ·Н₂) и поглощение кислорода. Это ведет к интенсивному образованию активных форм кислорода. Важнейшим компонентом генерации активных форм кислорода является мембранный комплекс НАДФ·Н₂ – оксидазы, который включает ФАД и цитохром в, некоторые цитозольные белки. При контакте с фагоцитируемой клеткой происходит сборка этого комплекса и восстановление молекул О₂ по механизму одноэлектронного переноса с образованием супероксиданиона.

«Дыхательный взрыв» в неитрофилах развивается очень быстро, достигая своего максимума в течение 3 минут. Супероксидный радикал кислорода вместе с последующими высокореактивными продуктами осуществляют прямое разрушение фагоцитируемого чужеродного агента. Затухает «дыхательный взрыв» через 30-60 минут и потребление кислорода возвращается к исходному уровню.

Определенный вклад в реализацию разрушения различных органических молекул вносит другой участник «дыхательного взрыва» - нейтрофильная миелопероксидаза, использующая пероксид водорода (образуется при взаимодействии супероксиданиона с протонами водорода) для окисления ионов хлора:

Образующийся ион гипохлорита является высокореактивным соединением, обладающим высокой биоцидной активностью, взаимодействуя с аминосодержащими и другими биомолекулами.

Фагоцитирующие клетки имеют и другой путь проявления неспецифической бактерицидности – неферментативный. Они содержат катионные белки, или дифенсины («защитники»). Это небольшие пептиды (3000-4000 Да), имеющие участки из 4-10 остатков аргинина и лизина (изоэлектрическая точка рН > 9, 0), которые сочетаются с неполярными фрагментами. С участием S-S связей гидрофобные зоны пространственно отделяются в их молекулах от заряженных. Подобное строение молекулы пептида придает дифенсинам высокую мембранотропность, лежащую в основе их бактерицидного действия. Катионный фрагмент пептида при этом связывается с анионными компонентами клеточной оболочки микроорганизма (липополисахариды, кислые фосфолипиды, тейхоевые кислоты), а гидрофобная зона внедряется в неполярную зону мембранного бислоя бактерий и грибов, вызывая ее дезорганизацию вплоть до образования сквозных пор и вытекания клеточного содержимого.

Клетки специфической защиты представлены лимфоцитами. По своим функциональным обязанностям, фенотипическим проявлениям они подразделяются на популяции и клоны («микропопуляции»). Во-первых, это клетки клеточного иммунитета или Т-лимфоциты, начальная профилизация которых осуществляется в тимусе (вилочковой железе), и, во-вторых, - клетки гуморального иммунитета или В-лимфоциты, созревающие в основном в костном мозге.

Активацию лимфоцитов инициирует взаимодействие со специализированными антиген-представляющими клетками, которые вырабатывают гликопротеины главного комплекса гистосовместимости или антигенов лейкоцитов человека (система НLA – от англ. Human Lekocyte Antigens). Антиген-представляющие клетки поглощают чужеродный биологический материал, избирательно расщепляют протеосомами и представляют (презентация) лимфоцитам в виде антигенных детерминант. Каждая из этих детерминант – эпитоп представляет собой небольшой фрагмент исходного антигена, соответствующая по размерам примерно 10 аминокислотным остаткам. Выявление чуждых организму антигенов и демонстрация их эпитопов в комплексе с НLA II класса на поверхности антиген-представляющих клеток является обязательным этапом в уничтожении микроорганизмов и видоизмененных (опухолевых и др.) собственных клеток. Различают два главных класса НLA. Маркеры класс I (НLA-I) синтезируются всеми типами клеток (кроме сперматозоидов) организма и представлены на их поверхности в виде комплексов с антигенными детерминантами собственной клетки. Молекулы класса II (НLA-II) способны вырабатывать лишь некоторые Т-лимфоциты, макрофаги и группа клеток – «профессиональные» клетки антигенной презентации (дендритные антиген-представляющие клетки, В-лимфоциты и, возможно, макрофаги). На поверхности таких клеток каждая молекула НLA-II представлена в виде комплекса с той или иной антигенной детерминантой. Эти комплексы формируются в эндосомах из уже готовых предшественников.

Т- и В-лимфоциты обладают рецепторами для распознавания эпитопов, предъявляемых клетками презентации антигена: Т-клеточные рецепторы и антиген-распознающие рецепторы. В каждой клетке они строго комплементарны (стерически соответствуют) только одному эпитопу, однако в целом набор Т-клеточных и антиген-распознающих рецепторов в имеющихся популяциях Т- и В-лимфоцитов достаточен для распознавания примерно миллиарда разных антигенов. Столь необычная широта разнообразия рецепторов создается заранее до антигенной стимуляции в процессе естественной дифференциации клеток-предшественников лимфоцитов. Основной результат активирующего эффекта антиген-представляющих клеток – это резкое усиление пролиферации соответствующей группы лимфоцитов, в результате происходит своего рода экспансия клеток.

Т-лимфоциты продуцируют для распознавания антиген-представляющих клеток помимо указанных Т-клеточных рецепторов другие дополнительные рецепторы (корецепторы), которые обозначаются буквами «СД» (кластер дифференцировки). Располагаясь на поверхности клетки в виде комплекса с Т-клеточными рецепторами, они предопределяют профиль деятельности Т-лимфоцитов после их активации: клетки-помощники (Т-хелперы), клетки цитотоксичности (Т-киллеры), угнетающие клетки (Т-супрессоры) и др.

Т-хелперы (Т_х) вырабатывают корецептор СД-4. Они взаимодействуют («узнают») соответствующий («свой») эпитоп на клетках антиген-презентации, что приводит к активации соответствующего клона хелперов, происходит быстрая пролиферация клеток этого клона, а также – с их участием трансформация покоящихся В-лимфоцитов в клетки (плазмоциты), активно вырабатывающие соответствующие антитела.

Т-киллеры (Т_к) синтезируют СД-8. В комплексе с Т-клетками рецепторы с СД-8 распознают «свои» эпитопа на тех клетках, где он ассоциирован с молекулами HLA-I (клетка-мишень). Как правило, это клетки опухоли, трансплантанта, клетки, инфицированные вирусами, грибами, некоторыми бактериями. Вступив в контакт с клеткой-мишенью, Т_к оказывает летальное воздействие (убивает), после чего отсоединяется. Летальный эффект реализуется строго прицельно с клеткой-мишенью, Т_к выбрасывает из соответствующих гранул особые белки – перфорины, которые встраиваясь плазмолемму мишени, быстро формируют агрегаты в виде трансмембранных пор, приводящих к утечке клеточного содержимого. Т_к могут также через перфориновые поры выделить в клетки-мишени специфические факторы, индуцирующие в ней процесс апаптоза или генетически запрограммированный механизм гибели клетки. Т_к могут оказывать и гуморальное цитотоксическое действие путем секреции в окружающую среду активные формы кислорода.

Т-супрессоры (Т_с) синтезируют корецепторы СД-8, но в отличие от Т-киллеров могут взаимодействовать лишь с клетками, относящимися к числу В-лимфоцитов, Т_х и Т_к и подавляют функциональную активность этих лимфоцитов.

В-лимфоциты специализируются на продукции индивидуальных антител (иммуноглобулинов), обеспечивая гуморальную специфическую иммунную защиту. В-лимфоциты содержат на поверхности до 100000 антиген-распознающие рецепторы идентичного строения. Каждый подобный рецептор представляет собой молекулу иммуноглобулина класса М (IgM) с вариабельным участком, имеющим до миллиарда различных модификаций, каждый из которых экспрессируется В-лимфоцитами разных клонов. Рецепторный аппарат В-лимфоцитов содержит также маркеры HLA-I и HLA-II, рецепторы к F_С-участку иммуноглобулинов и СЗ-компоненту комплемента.

Находящийся в состоянии покоя В-лимфоцит соответствующего клона, обнаружив антиген с помощью антиген-распознающего рецептора, подвергает его эндоцитозу и ограниченному расщеплению, и антигенный эпитоп поступает на поверхность клетки в комплексе HLA-II. Этот комплекс узнается Т-хелперами, происходит контакт данных клеток, что стимулирует В-лимфоциты к пролиферации и преобразованию их в плазматические клетки.

Плазматические клетки (плазмациты) – клетки, синтезирующие антитела (до 10 миллионов иммуноглобулиновых молекул за 1 час). Синтезируемые иммуноглобулины постоянно выделяются во внеклеточную среду мелкими порциями путем экзоцитоза. Плазмациты после нескольких дней интенсивного синтеза антител погибают. Клетка может синтезировать до трех классов иммуноглобулинов (IgM, IgG, IgA) одновременно.

Тучные клетки (лаброциты) располагаются преимущественно в соединительной ткани около мелких сосудов, имеют многочисленные контакты с коллагеновыми волокнами межклеточного матрикса, с нервными волокнами и эндотелием мелких сосудов. Они способны к миграции.

Особая роль тучных клеток обусловлена тем, что они синтезируют и накапливают в соответствующих гранулах биохимически активные вещества, многие ферменты, ряд гликопротеинов, протеогликанов, фосфолипидов. Наиболее высокой биологической активностью обладают такие соединения как гистамин, дофамин, гепарин, хемоаттрактанты нейрофилов и эозинофилов. В физиологических условиях происходит медленная дегрануляция тучных клеток с выделением секретируемых молекул в малых дозах, достаточных для обеспечения локальной регуляции, в частности сосудистого тонуса, проницаемости капилляров и др. При развитии инфекционного процесса, травмах и других повреждениях тканей дегрануляция может значительно усиливаться, и тучные клетки принимают активное участие в развитии воспалительного процесса.

Особенно интенсивно и быстро (в течение минут) дегрануляция протекает в сенсебилизированных клетках. Способность к сенсебилизации обусловлена наличием у тучных клеток множества рецепторов (до 100000 на клетку) с очень высоким сродством к F_С-участку иммуноглобулинов класса Е(Ig E). Ig E могут вырабатываться только у людей с генетически обусловленной чувствительностью к определенному антигену, получившему название аллерген (часто к нескольким аллергенам). Уже первый контакт с аллергеном (как правило, экзогенная молекула) приводит к синтезу Ig E-антител в соответствующих клетках плазматических клеток. Эти вновь синтезированные антитела, поступающие в межклеточное пространство, улавливаются рецерторами тучных клеток и прочно на них фиксируются. В этом и заключается процесс сенсебилизации. При повторном попадании аллергена в организм происходит его взаимодействие с фиксированными на тучных клетках Ig E, что является сигналом массивной дегрануляции тучных клеток. Биологически активные вещества, попадая в среду, вызывают спазм гладких мышц, расширение сосудов, повышение проницаемости капилляров, способствуют развитию отека тканей и других нарушений. В тучных клетках активируются липооксигеназный и циклооксигеназный пути обмена арахидоновой кислоты и усилением образования целой группы лейкотриенов и простаноидов. Проявления массивной дегрануляции тучных клеток могут быть генерализованными (например, анафилактический шок) и локальными (например, аллергический ринит, крапивница).

Таким образом, клеточные элементы соединительной ткани имеют определенную специализацию, одни осуществляют построение и обновление внеклеточных структур, а другие – обеспечивают защиту от микробных и иных повреждений, участвуют в ограничении или уничтожении патогенных факторов и помогают фибробластам и родственным им клеткам формировать грануляционную ткань, восстанавливая целостность разрушенных участков межклеточного вещества, которая впоследствии созревает в рубцовую.