Ученые из МФТИ совместно с коллегами из Института биоорганической химии им. Шемякина и Овчинникова исследовали иммунную защиту легких от проникновения спор плесени. В новой работе исследователи продемонстрировали необычные взаимодействия между клетками иммунной системы, способствующие защите организма от патогенных спор.
Как клетки иммунной системы помогают друг другу в борьбе с врагом

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.

Микрофотография иммунных клеток (цветные) на фоне клеток эпителия легких (серые) Bogorodskiy AO, Front. Immunol Микрофотография иммунных клеток (цветные) на фоне клеток эпителия легких (серые)

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?

Трехмерная реконструкция легкого мыши, полученная при помощи конфокального сканирующего микроскопа Bogorodskiy AO, Front. Immunol Трехмерная реконструкция легкого мыши, полученная при помощи конфокального сканирующего микроскопа

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. Работа опубликована в журнале Frontiers in Immunology.

«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.

Дендритная клетка (зеленый цвет) в окружении нейтрофилов (голубой цвет) Bogorodskiy AO, Front. Immunol Дендритная клетка (зеленый цвет) в окружении нейтрофилов (голубой цвет)

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.