Биофизики увидели, как клетки иммунной системы помогают друг другу в борьбе с врагом

Ученые из МФТИ совместно с коллегами из Института биоорганической химии им. Шемякина и Овчинникова исследовали иммунную защиту легких от проникновения спор плесени. В работе, опубликованной в журнале Frontiers in Immunology, исследователи показали необычные взаимодействия между клетками иммунной системы, способствующие защите организма от патогенных спор.

Споры многих видов плесени распространяются по воздуху и попадают в организм человека через дыхательные пути. У людей с функцией иммунной системы, нарушенной вследствие болезни или приема медикаментов, попадание спор в организм приводит к возникновению опасных для жизни заболеваний — пневмомикозов (микозов легких). Также микозы могут развиваться на фоне тяжело протекающих вирусных инфекций. В последнее время появляются данные о возможном поражении легких спорами плесени у пациентов с коронавирусной инфекцией. У людей, страдающих аллергией, попадание спор приводит к чрезмерным иммунным реакциям, что тоже представляет угрозу жизни и здоровью. Однако большинство здоровых людей вдыхают сотни и тысячи спор ежедневно, и это не наносит им никакого вреда.

Иммунная система человека образована сообществом клеток, в котором все участники сложным образом взаимодействуют между собой. Многие иммунные клетки подвижны, могут путешествовать с кровью и лимфой и перемещаться из одного органа в другой. Местами часто возникающих локальных иммунных реакций являются кожа и слизистые оболочки. Эти защитные барьеры с помощью иммунных клеток предотвращают проникновение патогенов в организм, защищая его от инфекции.

В эпителии слизистой дыхательных путей «обитают» дендритные клетки. Названы они так потому, что имеют большое количество отростков, похожих на ветви дерева.

Дендритные клетки в слизистой бронха были открыты около 20 лет назад. Долгое время считали, что эти клетки первыми распознают патогены и активируют иммунный ответ. До сих пор актуальным остается представление о том, что в ответ на попадание патогена дендритные клетки выделяют особые вещества, привлекающие другие клетки иммунной системы к месту потенциальной инфекции. Однако исследования последних лет показывают, что непосредственно с патогеном дендритные клетки, расположенные в эпителии слизистой дыхательных путей, не взаимодействуют. Как же тогда происходит распознавание, и что именно распознают дендритные клетки?

Для того чтобы ответить на эти вопросы, авторам статьи пришлось заглянуть в бронхи мышей, инфицированных спорами плесневых грибов, при помощи наноскопа (конфокального лазерно-сканирующего микроскопа, созданного на базе Zeiss LSM780 в лаборатории перспективных исследований мембранных белков МФТИ). Исследования показали, что дендритные клетки, расположенные в эпителии, не взаимодействовали с патогеном, в то время как сегментоядерные нейтрофилы — другой вид клеток иммунной системы, циркулирующий в кровотоке, — приходили в слизистую легкого и осуществляли фагоцитоз («поедание») спор плесени.

«Нейтрофилы проходят через стенку бронха, в том числе через слой эпителия, и в просвете дыхательного пути интернализуют споры плесени», — комментирует Андрей Богородский, сотрудник лаборатории перспективных исследований мембранных белков МФТИ.

Однако избыточный приток нейтрофилов тоже может быть опасен. Массово погибая в процессе борьбы с инфекционным агентом, нейтрофилы разрушают ткани организма. Авторы статьи впервые показали, что попадающие в слизистую бронха нейтрофилы взаимодействуют с дендритными клетками. Постоянно присутствующие в эпителии дендритные клетки не контактируют непосредственно с патогеном, однако вступают в контакт с одиночными нейтрофилами и их скоплениями. Таким образом, дендритные клетки, вероятно, поддерживают гомеостаз нашего организма, регулируя ответ иммунной системы и предотвращая чрезмерные реакции, которые способны нанести вред организму.