Fagocytose er en af de mest basale og samtidig de mest effektive forsvarsmekanismer i menneskekroppen. Den korrekte funktion af fagocytoseprocessen er en væsentlig komponent i et korrekt immunrespons. Find ud af, hvad fagocytose er, præcis hvordan fagocytose fungerer, hvorfor fagocytose er nødvendig, og hvilke virkninger fagocytoseforstyrrelser kan have?
Fagocytose er indtagelse af patogener, døde cellefragmenter og små partikler af specialiserede celler kaldet fagocytter. Fagocytose kan sammenlignes med "oprydning" på celleniveau - det giver celler mulighed for at slippe af med unødvendige eller farlige elementer.
Indholdsfortegnelse:
- Hvad er fagocytose?
- Fagocytosens rolle i kroppen
- Hvilke celler har evnen til fagocytose?
- Fagocytose - typer
- spontan fagocytose (såkaldt native)
- letter fagocytose
- Fagocytose - stadier
- Fagocytose - og hvad næste?
- Måder at undgå fagocytose af mikroorganismer
- Fagocytose lidelser
- Kronisk granulomatøs sygdom
- Chediak-Higashi syndrom
Hvad er fagocytose?
Fagocytose er en biologisk proces, hvor fremmede partikler absorberes af cellen. Fænomenet fagocytose er almindeligt i mange levende organismer - de mest primitive (f.eks. Protozoer) bruger fagocytose som en måde at tage mad fra det ydre miljø.
Hos mennesker bruges evnen til fagocytose primært af cellerne i immunsystemet.
Fagocytose er en af mekanismerne for medfødt eller ikke-specifik immunitet. Processen med fagocytose er derfor en af de første og grundlæggende forsvarslinjer i vores krop. Ud over dets rolle i immunsystemet er fagocytose af stor betydning for opretholdelse af vævshomeostase (eller ligevægt).
Fagocytose tillader fjernelse af døde og beskadigede celler i kroppens egen krop, hvilket igen muliggør effektiv regenerering og rekonstruktion af alle væv.
Fagocytose er en type endocytose, dvs. overførsel af molekyler fra det ydre miljø til indersiden af cellen. I fagocytose absorberes faste partikler: Den fagocytiske celle omgiver dem først med et fragment af sin egen cellemembran og trækker den derefter ind. Dette skaber en vesikel, der indeholder en absorberet partikel, kaldet fagosom.
Fagosomindholdet fordøjes derefter med en række kemikalier og enzymer. Hele processen ligner "spiser" af partiklen af cellen, hvilket også afspejles i udtrykket fagocytose.
Navnet kommer fra det græske fagin, der betyder "at spise, at fortære".
Fagocytose finder sted i vores krop hele tiden - milliarder af fagocytter "spiser" konstant farlige mikroorganismer, fragmenter af døde celler eller unødvendige partikler. Det er en almindelig, omend ekstremt kompliceret proces.
Korrekt genkendelse af målet af den fagocytiske celle og korrekt interaktion mellem fagocytten og målet for "angreb" kræver kontinuerligt samarbejde mellem en række proteiner, signalmolekyler, antistoffer og hjælperceller.
Fagocytosens rolle i kroppen
Det er ikke svært at gætte, at den grundlæggende anvendelse af fagocytoseprocessen er forsvaret af vores krop mod patogener. Indtrængning af et infektiøst middel i kroppen starter en kaskade af signaler til at "kalde" fagocytiske celler til infektionsstedet.
Akut betændelse begynder, hvis rolle er at neutralisere patogenet. Fagocytter flyder med blodet til læsionen og udgør en af de vigtigste mekanismer for det primære immunrespons. På stedet for betændelse "spiser" fagocytter både patogener og de celler, der er beskadiget af dem.
I løbet af infektion har vi at gøre med en anden meget vigtig type fagocytose. Det er den såkaldte eferocytose.
Processen med eferocytose involverer at sluge døende celler, når betændelsen aftager. Når fagocytterne har opfyldt deres funktion og elimineret patogener, bliver de unødvendige.
Derefter dør de naturligt efterfulgt af eferocytose eller "oprydning af slagmarken". Denne type fagocytose reducerer inflammation og giver kroppen mulighed for at vende tilbage til sin tilstand før infektionen.
På dette tidspunkt er det værd at understrege, at døende af celler i vores krop er en proces, der sker konstant, ikke kun som et resultat af infektion. Hver celle har en bestemt levetid, hvorefter den dør og erstattes med en ny. Processen med programmeret celledød kaldes apoptose.
Apoptose er et naturligt fænomen, der gør det muligt for vores væv at forny sig konstant. For at de døende celler skal udskiftes med deres nye kolleger, skal de først renses. Som du let kan gætte, er dette også fagocytternes opgave.
Apoptotiske (døende) celler udsender specielle signaler på overfladen af deres cellemembraner, som muliggør deres genkendelse og neutralisering af fagocytter.
I dette tilfælde forekommer fagocytose uden betændelse. Så vi ser, at fagocytose ikke kun er en metode til forsvar mod fremmede mikroorganismer, men også en proces, der tillader udvikling, ombygning og fornyelse af alle væv.
Hvilke celler har evnen til fagocytose?
Celler, der er i stand til at udføre fagocytose, kaldes fagocytter. Afhængig af fagocytosens effektivitet og effektivitet skelner vi mellem de såkaldte faglige og ikke-professionelle fagocytter.
Ikke-professionelle fagocytter håndterer fagocytose "lejlighedsvis" - denne proces er ikke deres hovedopgave. Nogle gange er der dog partikler / fragmenter af døde celler i nærheden af disse celler, der kræver rengøring.
Derefter viser de en bestemt fagocytisk aktivitet, selvom den sammenlignet med professionelle fagocytter er signifikant begrænset og mindre effektiv. Mange typer celler er klassificeret som fagprofessionelle fagceller, inkl. epitelceller, nogle bindevævsceller samt vaskulært endotel.
Professionelle fagocytter er de vigtigste celler, der er ansvarlige for fagocytose i vores krop. Blandt dem skelner vi hovedsageligt neutrofiler, monocytter og makrofager. Disse celler tilhører familien af leukocytter eller hvide blodlegemer, der hovedsagelig udfører immunfunktioner. Alle tre typer professionelle fagocytter er specialiserede i fagocytose, selvom hver udfører det lidt forskelligt.
Neutrofiler er de vigtigste celler, der er ansvarlige for udviklingen af akut betændelse. Under normale omstændigheder cirkulerer neutrofiler med blodet gennem kroppen. Når en infektion begynder, samles disse celler straks i sygdomsfokus. Neutrofil-medieret fagocytose er hurtig og intens: disse celler har en lang række måder at inaktivere absorberede patogener på.
Monocytter cirkulerer ligesom neutrofiler i blodbanen, men de kan forlade blodbanen og kolonisere forskellige væv. De modne monocytter omdannes derefter til vævsmakrofager. Makrofagmedieret fagocytose er mindre hurtig og meget langsommere. Makrofager er den største pool af celler, der findes på steder med kronisk betændelse.
Fagocytose - typer
Fagocytose er en kompleks proces, der afhænger af typen af fagocytisk celle, objektet, der gennemgår fagocytose, og mange mellemliggende molekyler. Der er to grundlæggende fagocytoseveje:
- spontan fagocytose (såkaldt native)
Det er en relativt langsom forekommende fagocytose, der sjældent er involveret i det antimikrobielle respons. Rollen ved spontan fagocytose er at fjerne døde celler og "rydde op" unødvendige elementer i vævene. For at starte spontan fagocytose er det nødvendigt at stimulere den såkaldte "scavenger-receptorer" er primært til stede på makrofager. Denne type fagocytose er antiinflammatorisk.
- letter fagocytose
Forenklet fagocytose er meget hurtigere og mere effektiv end spontan fagocytose. Takket være dette er det meget effektivt til at ødelægge patogener. For at fagocytoseprocessen skal finde sted så intensivt, er det nødvendigt - som navnet antyder - nogle faciliteter.
Hvordan kan fagocytter lette deres aktivitet? En af de mest almindelige metoder er specifikt at "mærke" objekter, der skal bortskaffes. Denne proces kaldes opsonisering.
Essensen af opsonisering er fastgørelsen af visse molekyler til mikroorganismens overflade. Dette "markerede" patogen bliver hurtigt målrettet og ødelagt af fødevarecellerne. Molekylerne, der muliggør opsonisering, kaldes opsoniner. Disse er hovedsageligt antistoffer og komponenter i den såkaldte komplementsystemet.
Opsoniner genkender effektivt patogener, markerer dem og letter således betydeligt forløbet af fagocytoseprocessen.
Fagocytose - stadier
Vi ved allerede, hvilke celler, hvornår og hvorfor, der er involveret i fagocytose. Så lad os prøve at følge denne proces nøje:
1. Aktivering og tilstrømning af fagocytter til infektionsstedet
Indtrængning af mikroorganismen i kroppen forårsager øjeblikkelig stimulering af immunsystemet. Celler i infektionsporten begynder at sende et signal om en eksisterende trussel.
Messenger-molekylerne (hovedsagelig de såkaldte proinflammatoriske cytokiner) spredes gennem blodbanen. På denne måde "lærer" fagocytterne, at de er blevet inficeret og bliver aktiveret.
De aktiverede fagocytter når infektionsstedet med blodet. Den effektive tilstrømning af fagocytter til den rigtige placering er mulig takket være den såkaldte kemotaxis. Det er en proces med rettet cellebevægelse under indflydelse af kemiske signaler.
Aktive fagocytter har også evnen til at passere gennem blodkarvæggene og skabe en inflammatorisk infiltration på infektionsstedet.
2. Anerkendelse af patogenet
Når fagocytterne når infektionsstedet, begynder de at genkende patogenerne. Denne proces lettes ofte af andre molekyler (se afsnit 4 for faciliteret fagocytose). Hver fagocyt har på overfladen af sin cellemembran den såkaldte receptorer, dvs. proteiner, der muliggør genkendelse af forskellige molekyler.
Når receptorer, der er ansvarlige for at genkende mikroorganismer, stimuleres, binder fagocytten tæt til målet for dets angreb.
3. Absorption af patogenet
Fagocytten "fast" til patogenet starter processen med dets absorption. Fagocytcellemembranen begynder at omgive patogenet og "klatrer" dets kanter. Dette skaber en vesikel indeholdende mikroorganismen. Denne vesikel, kaldet fagosomet, er nu inde i den fagocytiske celle. For fuldt ud at gøre mikroorganismen uskadelig er det nødvendigt at ødelægge fagosomets indhold.
Fordøjelse af fagosomindhold
For at indholdet af fagosomet skal fordøjes, er det nødvendigt at levere fordøjelsesenzymer inde i det. Sådanne enzymer opbevares i specielle vesikler kaldet lysosomer.
Den sidste fase af fagocytose kræver derfor at kombinere indholdet af lysosomer med indholdet af fagosomet - sådan er den såkaldte fagolysosom.
Enzymerne i lysosomerne kan nedbryde de mest komplekse kemikalier og ødelægge mikroorganismen. Eliminering af et patogen med deltagelse af fordøjelsesenzymer kaldes ilt-uafhængig.
Som du kan gætte, er der også iltafhængig eliminering. Det er meget hurtigere og mere effektivt, men kun nogle fagocytter kan gøre det. Oxygenafhængig eliminering forekommer kun i celler, der er i stand til at generere den såkaldte "ilteksplosion".
En ilteksplosion er en pludselig frigivelse af stærkt reaktive iltarter (fx hydrogenperoxid), som har en stærk antimikrobiel virkning. En ilteksplosion begynder en række kemiske reaktioner, der fører til hurtig eliminering af patogener. Oxygenafhængig ødelæggelse af mikrober er primært karakteristisk for neutrofiler.
Fagocytose - og hvad næste?
Fagocytoseprocessen slutter med fordøjelsen af fagosomindholdet inde i cellen. Hvad sker der ved siden af snavs fra de ødelagte partikler? Den fagocytiske celle slipper af med de fleste unødvendige produkter ved blot at "smide" dem ud. Imidlertid kan noget af det materiale, der er tilbage efter fordøjelsen, være meget nyttigt.
Nogle fagocytter spiller også andre roller i immunsystemet. Et godt eksempel er makrofager, der ud over fagocytose også beskæftiger sig med de såkaldte præsentation af antigener. Antigenpræsentation er baseret på at vise andre immunceller fragmenter af ødelagte mikroorganismer.
Efter afslutningen på patogenets fagocytose udsætter makrofagen en del af det fagocytoserede materiale på overfladen og "rejser" derefter med det gennem hele kroppen.
Hver eneste celle i immunsystemet, som den møder, "lærer", hvordan man genkender et specifikt patogen. Dette fænomen er ekstremt vigtigt i opbygningen af effektive mekanismer til antimikrobielt forsvar.
Det er også værd at vide, at fagocytoseprocessen ikke altid ender med den endelige ødelæggelse af mikroorganismen. Der er patogener, der kan overleve inde i fagosomer takket være specielt udviklede forsvarsmekanismer. Et godt eksempel er tuberkulosebacillerne, som kan overleve inde i makrofager i mange år.
Måder at undgå fagocytose af mikroorganismer
Fagocytose som et middel til at eliminere "biologiske modstandere" er en meget gammel mekanisme. Af denne grund har nogle mikroorganismer formået at udvikle måder at undgå eller overleve fagocytose på. Her er deres eksempler:
- dræbe fagocytter
Den nemmeste måde at undgå fagocytose synes at være at neutralisere den celle, der forårsager den. Nogle mikroorganismer har evnen til at producere stoffer, der irreversibelt beskadiger fagocytter. Et eksempel på et sådant patogen er staphylococcus aureus (latin. Staphylococcus aureus), der producerer toksiner, som ved at ødelægge fagocytternes cellemembraner forårsager deres død.
- udryddelse af det inflammatoriske respons
Betændelse i infektionsporten letter transmission af et infektionssignal. Takket være det er aktivering og ankomst af fagocytter til den rigtige placering mulig. Der er patogener, der kan maskere sig selv på en sådan måde, at de ikke genkendes af værtens immunsystem og undgår at forårsage betændelse.
- undgår opsonisering
Opsonisering eller speciel "mærkning" af patogener er en af de mest effektive måder at lette fagocytose på. Ikke underligt at mikrober prøver at undgå det. Nogle stamylokokker kan stamme opsoniner eller skjule dem på deres overflade.
- undgå fagocytgenkendelse
For at fagocytoseprocessen skal begynde, er det nødvendigt at genkende fagocytens skadelighed af en given mikroorganisme. Visse patogener, såsom spirocheter Treponema pallidum forårsager syfilis kan binde sig til deres overfladeantigener svarende til værtscellerne. Immunsystemet genkender dem derefter som deres eget, hvilket gør det muligt for patogener at undgå fagocytose.
- blokering af fagosomproduktion
Et af nøgletrinene i fagocytose omgiver den angrebne mikroorganisme med en vesikel, som derefter absorberes i cellen. I naturen er der dog mange måder at undgå det på. Nogle mikrober producerer stoffer, der nedbryder fagosomvæggen. En anden mekanisme bruges af pinden med blå olie (Pseudomonas aeruginosa). Denne bakterie producerer en glat belægning (biofilm) omkring sig selv, der forhindrer dannelsen af en boble.
- overlevelse inde i fagocytten
Fagolysosomet bliver det sidste sted for patogeners eksistens under fagocytose. Dets miljø er yderst fjendtligt; den er fuld af enzymer og dødelige stoffer. Imidlertid kan mikroorganismer udvikle mekanismer, der gør det muligt for dem at overleve selv under så vanskelige forhold. Et eksempel er tuberkulose (Mycobacterium tuberculosis). Denne bakterie har udviklet en speciel cellemembran med et meget højt lipidindhold, der ikke påvirkes af standardfordøjelsesenzymer.
- flygte fra fagosomet
Så utroligt som det lyder for at undslippe fagosomet, er der faktisk mikrober, der har udviklet en så smart forsvarsmekanisme. Listeria monocytogenes producerer stoffer, der kan ødelægge fagosomvæggen. Hvad mere er, kan dette patogen, efter at være undsluppet fra fagosomet, formere sig inden i fagocytten og også komme ud længere end dets grænser.
Fagocytose lidelser
En korrekt kørende fagocytoseproces er af grundlæggende betydning for immunsystemets effektive funktion. Forstyrrelser i visse fagocytosestadier ligger til grund for immundefektsygdomme. Eksempler på sådanne forhold er:
- Kronisk granulomatøs sygdom
Årsagen til kronisk granulomatøs sygdom er en forstyrrelse af fagocytose på tidspunktet for generering af en iltudbrud. Manglen på et passende enzym (den såkaldte NADPH oxidase) forhindrer dannelsen af reaktive iltarter, hvilket igen ikke muliggør en hurtig og effektiv eliminering af mikroorganismer.
Enzymskaden er genetisk, så der er ingen årsagsbehandling af sygdommen endnu. Kronisk granulomatøs sygdom forårsager hyppige infektioner og dannelse af bylder og granulomer på grund af det ineffektive eliminationssystem for intracellulært patogen.
Læs også: Wegeners granulomatose: årsager, symptomer og behandling
- Chediak-Higashi syndrom
I Chediak-Higashi syndrom er der en defekt i fagocytose på phagosom-lysosomforbindelsen. En genetisk mutation af et af proteinerne forhindrer overførsel af fordøjelsesenzymer til vesiklen indeholdende patogenet og forhindrer dermed eliminering af dets.
Ud over en signifikant svækkelse af immuniteten er albinisme og lidelser i nervesystemet også karakteristiske for Chediak-Higashi syndrom.
Bibliografi:
- "Phagocytosis: A Fundamental Process in Immunity" C. Rosales, E. Uribe-Querol, Biomed Res Int. 2017
- "Kontrol af fagocytose ved mikrobielle patogener" af C. Rosales, E. Uribe-Querol Front Immunol. 2017
- "Immunologia" K.Bryniarski, Edra Urban & Partner Wrocław 2017, 1. udgave
- "Phagocytosis: An Immunobiologic Process" S. Gordon, Immunity, Review, Volume 44, issue 3, P463-475, 15. marts 2016
Læs flere artikler af denne forfatter
