Fagocytóza a fagocytující buňky
Fagocytóza, tj. schopnost některých buněk imunitního systému identifikovat, pohltit a rozložit částice větší než 0,5 µm, patří mezi základní mechanismy vrozené imunity. Slouží k obraně proti původcům infekčních onemocnění, k obraně proti vnitřním faktorům narušujícím homeostázu, k likvidaci apoptotických tělísek a k remodelaci tkání. Schopnost fagocytózy mají neutrofilní granulocyty (PMN, profesionální fagocyty), monocyty a makrofágy, dendritické buňky (prezentace zpracovaných antigenních peptidů buňkám adaptivní imunity) a eosinofilní granulocyty. Jedná se o několikastupňový proces, který je důsledně regulován, aby nedošlo k poškození vlastních struktur.
Agregace a migrace fagocytů
PMN jsou aktivovány endogenními nebo exogenními signály a migrují ve směru gradientu chemotaktických působků do místa zánětu. Cévní řečiště opouštějí v kapilárách s nejmenším průsvitem a prostupují do tkání. Interakce ligandů na povrchu PMN (sialyl LewisX) se selektiny exprimovanými na povrchu endotelových buněk (E-selektin a P-selektin) zpomaluje pohyb fagocytů („tethering“) v krevním řečišti a ty se začínají koulet („rolling“) po endotelové výstelce. K pevnému zachycení PMN na endotelu slouží adhezní molekuly z integrinové rodiny na povrchu PMN, které se váží na adhezní molekuly z imunoglobulinové rodiny na povrchu endotelu (ICAM-1). Pevná vazba PMN na endotel umožní jeho řízený prostup (diapedézu mezi endotelovými buňkami) do tkání. Spojení mezi endotelovými buňkami zprostředkované molekulami PECAM-1 a kadheriny je při průchodu PMN přerušeno a poté znovu obnoveno. Navíc interakce adhezních molekul aktivuje intracelulární signální dráhy, jejichž výsledkem je další aktivace PMN i endotelových buněk. Při průchodu tkání uvolňují migrující buňky proteolytické enzymy (např. matrix metalloproteinasy, elastasu), které rozrušují bazální membránu a mezibuněčnou hmotu. Migrující PMN mění svůj tvar a pohybují se ve směru gradientu chemotaktických molekul (zejm. C5a, FMLP, LTB4, chemokiny).
Opsonizace a pohlcení
V okamžiku, kdy PMN dosáhne místa zánětu, začne zachycovat a pohlcovat (ingesce) částice ze svého okolí. K usnadnění a zesílení fagocytózy slouží opsonizace (navázání, označení) pohlcované částice vhodnou biologicky aktivní látkou. Mezi opsoniny patří aktivované složky komplementu C3b a C4b, protilátky, solubilní PRR receptory (pentraxiny, kolektiny a fikoliny). Vlastní pohlcení (ingesce) částice zprostředkovává interakce opsoninů s jejich receptory na povrch PMN (např. receptory pro Fc fragmenty imunoglobulinů, receptory pro složky komplementu a lektinové receptory). Interakce s těmito receptory vyvolá aktivaci metabolismu buňky a přestavbu cytoskeletu, která je nutná k obklopení a pohlcení částice. Ta je uzavřena ve fagosomu, který po fúzi s lyzosomem vytváří fagolyzosom a tak je zahájen proces nitrobuněčného zabíjení. Po dokonalém rozložení a zužitkování obsahu fagolyzosomu může být jeho obsah z buňky odstraněn exocytózou.
Mechanismy nitrobuněčného zabíjení
Mechanismy nitrobuněčného zabíjení rozdělujeme na mechanismy závislé na kyslíku a mechanismy nezávislé na kyslíku.
Mechanismy nezávislé na kyslíku využívají baktericidní proteiny, které jsou uskladněné v cytoplasmatických granulech PMN. Granula PMN (primární, sekundární, terciární) se liší morfologicky a biochemicky – každé obsahuje unikátní spektrum enzymů. Granula obsahují především proteolytické enzymy ze skupin serinových, cysteinových, aspartátových proteas i metaloproteas, jejichž cílem je narušit proteinový obal mikroorganismů a degradovat proteiny obsažené ve fagolyzosomu. Pracují v kyselém i neutrálním pH. Mezi nejvýznamnější zástupce patří serinové proteasy kathepsin G, neutrofilová elastasa a proteinasa-3, blízký aktivitou jim je rovněž antimikrobiální protein azurocidin. Fosfolipasy narušují fosfolipidové membrány mikroorganismů. Antimikrobiální proteiny a peptidy (katelicidy, defensiny), které jsou významnou složkou nitrobuněčného zabíjení, destabilizují a narušují membrány mikroorganismů a vyvolávají jejich lýzu. Kationický protein lysozym štěpí β-1,4-glykosidickou vazbu mezi N-acetylmuramovou kyselinou a N-acetylglykusaminem v bakteriálních peptidoglykanech Gram+ bakterií a patogenních hub. Laktoferin snižuje ve fagolyzosomu hladinu volného železa a tak brání růstu bakterií.
Mechanismy závislé na kyslíku jsou fylogeneticky mladší formou nitrobuněčného zabíjení. Jsou charakterizovány zvýšenou spotřebou kyslíku v aktivované fagocytující buňce (respirační vzplanutí). Výsledkem je tvorba RONS, které likvidují částice uzavřené ve fagolyzosomech, ale jsou rovněž uvolňovány do endosomů a cytoplasmy a secernovány mimo buňku. Tvorba ROS je závislá na fagocytární NADPH-oxidase (NOX2), která zajišťuje redukci O2 na superoxidový radikál. Ten je superoxiddismutasou dismutován na peroxid vodíku, který má slabé cidní účinky a je schopný procházet membránami. Peroxid vodíku v kyselém prostředí fagolyzosomu v přítomnosti superoxidu a iontů Fe2+ nebo Cu+ podstupuje Fentonovu reakci, při které vznikají hydroxylové radikály. V přítomnosti myeloperoxidasy (azurofilní granula) a chloridových iontů je peroxid vodíku přeměněn na kyselinu chlornou s výraznou mikrobicidní aktivitou. Kyselina chlorná poškozuje různé biomolekuly (nukleové kyseliny, lipidy, volné proteiny), při reakci s aminoskupinami poskytuje chloraminy, ale může být i zdrojem hydroxylových radikálů po reakci se superoxidem. Při reakci kyseliny chlorné s peroxidem vodíku vzniká vysoce reaktivní forma kyslíku – tzv. singletový kyslík, který efektivně poškozuje biologické struktury a má velmi krátký biologický poločas. V makrofázích i PMN je účinkem cytokinů, mikrobů a jejich produktů stimulována exprese indukovatelné NO-syntasy, která (v závislosti na dostupnosti kofaktorů, substrátu a NADPH) ve svém okolí zvyšuje koncentraci NO o několik řádů. Ten pak nestačí být odstraněn difúzí do krve a reaguje ve fagosomu se superoxidem za vzniku baktericidního prostředku ONOOˉ.