Тучные клетки, также называемые мастоцитами, играют важную роль в иммунной системе, особенно в ответ на патогенные микроорганизмы. В основном они находятся в соединительной ткани, а также в слизистых оболочках и обладают уникальными свойствами, позволяющими им реагировать на грибковые инфекции и участвовать в различных иммунных реакциях.
Эти клетки активируются при взаимодействии с различными аллергенами и патогенами, включая грибковые споры. При контакте с грибами, такими как Candida albicans или Aspergillus spp., тучные клетки высвобождают множество медиаторов воспаления. Это происходит через связывание патогенов с рецепторами на поверхности тучных клеток, включая Toll-подобные рецепторы (TLRs) и рецепторы группы C (CLEC-рецепторы), распознающие патогенные молекулы.
Что такое тучные клетки
Тучные клетки (ТК) — ключевые участники аллергических реакций. Но они также играют роль в развитии грибковых инфекций. Эти клетки оснащены рецепторами, включая Toll-подобные рецепторы (TLR2 и TLR4) и лектиновые рецепторы С-типа (CLRs), в частности Dectin-1 и Dectin-2, распознающие молекулы, связанные с патогенами.
Исследования показывают, что тучные клетки взаимодействуют с грибками, такими как Candida albicans, Aspergillus fumigatus и Sporothrix schenckii. В ответ на их стимуляцию эти клетки активируются, что приводит к дегрануляции, выделению цитокинов и хемокинов, привлечению нейтрофилов и формированию внеклеточных ловушек из ДНК.
Однако чрезмерная активность тучных клеток вызывает негативные последствия. Например, они могут ухудшать барьерную функцию кишечника, способствовать развитию аллергического бронхолегочного аспергиллеза и увеличивать площадь воспаления при инфекции Sporothrix schenckii.
Рецепторы распознавания грибков в тучных клетках
Тучные клетки могут напрямую распознавать патоген-ассоциированные молекулярные паттерны (PAMPs) через свои рецепторы опознавания паттерна (PRR), а затем активироваться. PRR включают в себя пять основных семейств, включая Toll-подобные рецепторы (TLR), лектин-подобные/лектиновые рецепторы С-типа (CLR), NOD-подобные рецепторы (NLR), RIG-I-подобные рецепторы (RLR) и AIM2-подобные рецепторы (ALR). Современные исследования показали, что Toll-подобные рецепторы и лектиновые рецепторы С-типа — основные рецепторы опознавания паттерна при противогрибковой инфекции у хозяина.
Грибковая стенка состоит из множества слоев. Любой компонент клеточной стенки может быть потенциальным патоген-ассоциированным молекулярным паттерном. Отмечалось, что основные молекулы, запускающие иммунный ответ, — хитин, β-глюкан, маннан и другие.
Толл-подобные рецепторы (TLR). Семейство TLR представляет собой важную группу рецепторов, распознающих вторгающиеся микроорганизмы посредством врожденного иммунитета. Описано 13 представителей семейства Толл-подобных рецепторов, 10 из которых связаны с клетками человека. TLR распределены по различным клеткам, включая макрофаги, дендритные клетки и тучные клетки.
TLR2 и TLR4 — основные представители Толл-подобных рецепторов на тучных клетках, обладающие потенциалом связывания различных патоген-ассоциированных молекулярных паттернов на поверхности грибков и индукции последующего иммунного ответа хозяина.
Лектиновые рецепторы С-типа (CLR)
Лектиновые рецепторы С-типа – это семейство кальций-зависимых рецепторов, связывающихся с углеводами. Всего описано 17 представителей этого семейства. Лектиновая активность этих рецепторов зависит от консервативных доменов распознавания углеводов. К CLR относятся Dectin-1, Dectin-2, индуцируемый макрофагами лектин С-типа (Mincle), молекула межклеточной адгезии (ICAM-3) и специфичный для дендритных клеток неинтегрин, захватывающий ICAM 3 (DC-SIGN).
Исследования экспрессии CLR и иммунной функции в тучных клетках пока ограничены. Наиболее часто изучаемый рецептор в CLR, который присутствует как в тучных клетках человека, — Dectin-1. Он может распознавать β-глюканы и запускать различные клеточные реакции, такие как фагоцитоз и продукция цитокинов. Например, зимозан, β-глюкан, полученный из дрожжей Saccharomyces cerevisiae, индуцировал миграцию зрелых перитонеальных тучных клеток мышей и провоспалительную экспрессию через Dectin-1.
Аналогичные результаты наблюдались в тучных клетках, полученных из мононуклеарных клеток пуповинной крови (CBMC). При инкубации с зимозаном CBMC значительно снижали уровень лейкотриенов (LT) B4 и C4 в присутствии ингибиторов Dectin-1. Некоторые исследования показали, что Dectin-2 может активировать цепь FcRγ (вторичного белка, экспрессированного в Fcγ-рецепторе) для распознавания α-маннозы и вызывать иммунный ответ в дендритных клетках, макрофагах и нейтрофилах, что приводит к повышению секреции TNF-α и IL-1ra (антагониста рецептора интерлейкина).
Сигнальные пути тучных клеток против грибков
Сигнальный путь TLR разделяется на два основных механизма: путь, зависящий от миелоидной дифференцировки 88 (MyD88), и путь, независимый от MyD88.
MyD88-зависимый путь используется всеми Толл-подобными рецепторами, кроме TLR3. После активации MyD88 может запускать несколько различных внутриклеточных сигнальных путей, включая ядерный фактор каппа-B (NF-κB), митоген-активируемые протеинкиназы (MAPK), внеклеточные киназы, регулируемые сигналами (ERK), p38 и N-концевую киназу c-Jun (JNK) и фосфатидилинозитол-3-киназу (PI3K), что приводит к высвобождению воспалительных цитокинов и других медиаторов воспаления.
Сигнальный путь лектиновых рецепторов С-типа (CLR)
Сигнальный путь CLR разделяют на Syk-зависимые и Syk-независимые сигнальные пути. Оба из них в конечном итоге активируют NF-κB и продуцируют цитокины и хемокины, включая IL-6, IL-23, TNF-α, макрофагальный воспалительный белок и CXCL12, влияющие на дифференцировку клеток Th1 и Th17.
Традиционно CLRs (например, Dectin-1, Dectin-2) связываются с Syk для дальнейшего запуска пути NF-κB путем активации белка 9 домена рекрутирования каспазы (CARD9) в Syk-зависимом сигнальном пути. CARD9 экспрессировался на поверхности тучных клеток, но уровень его экспрессии был несколько ниже, чем у макрофагов, дендритных клеток и нейтрофилов.
Было обнаружено, что лейкотриены LTC4 и LTB4 высвобождались из тучных клеток, совместно культивируемых с зимозаном. Это предполагает, что экспрессия LTC4 и LTB4 опосредована путем Dectin-1/Syk. В Syk-независимом сигнальном пути активированные лектиновыми рецепторами С-типа (например, Dectin-1 и DC-SIGN) могут рекрутировать белки GTPase Ras, которые впоследствии активируют серин/треонин-протеинкиназу Raf-1. Это приводит к опосредованному Raf-1 фосфорилированию субъединицы p65 NF-κB, что способствует к продукции цитокинов.
Кроме того, взаимодействие между PRR может быть более эффективным в борьбе с грибковой инфекцией. Исследования доказали, что Dectin-1 и TLR2 сотрудничают, усиливая роль пути MAPK, что приводит к увеличению количества цитокинов.
Тучные клетки и инфекция, вызванная Candida albicans
C. albicans — один из наиболее распространенных диморфных грибов, колонизирующих слизистые оболочки, такие как желудочно-кишечный тракт, рото-носовая полость и кожа. Вульвовагинальный кандидоз — одна из наиболее распространенных форм кандидоза. При подавлении или повреждении иммунитета хозяина C. albicans может привести к развитию тяжелых инвазивных заболеваний.
Тучные клетки играют положительную роль в защитном механизме от инфекций, вызванных C. albicans, включая фагоцитоз и уничтожение дрожжевых грибов во внеклеточной среде. Как дрожжи, так и гифы этого патогена могут вызывать дегрануляцию мастоцитов, полученных из костного мозга (BMMCs), и приводить к продукции различных цитокинов и хемокинов (CCL3 и CCL4), регулирующих иммунный ответ. В ответ на стимуляцию дрожжевыми клетками BMMCs показали повышенную продукцию IL-6 и IL-β.
Гифы C. albicans скрывают свои остатки β-глюкана под покрытием из маннопротеинов на клеточных стенках, таким образом избегая опосредованного Dectin-1 фагоцитоза и стимулируя продукцию различных цитокинов. Dectin-1 участвует в высвобождении TNF-α через путь NF-κB/Syk. Продукция активных форм кислорода и оксида азота усиливала способность тучных клеток защищаться от C. albicans. При инфицировании этим патогеном делеция TLR2 или Dectin-1 значительно снижала уровень NO. Вопрос об участии Dectin-1 в продукции активных форм кислорода остается спорным.
Иммунный ответ тучных клеток человека на C. albicans разделяют на три фазы. Линия тучных клеток человека HMC-1 дегранулирует в раннем и прямом ответе на контакт с грибком, что снижает жизнеспособность C. albicans на 30%. Затем инфицированные клетки линии HMC-1 выделяют провоспалительные цитокины (например, IL-8) для привлечения нейтрофилов, а затем – противовоспалительные медиаторы, такие как IL-16 и IL-1ra. Внеклеточные ловушки тучных клеток будут формироваться, способствуя физическому ограничению грибков, но не их лизирующей активности, поскольку не наблюдалось существенной разницы в жизнеспособности грибков в присутствии или в отсутствие нуклеазы. C. albicans может вызывать гибель тучных клеток различными механизмами, включая высвобождение внеклеточных ловушек тучных клеток и их разрыв в результате роста интернализованных гиф C. albicans, что приводит к временному иммунному ответу.
Хотя секреция моноцитарного хемотаксического белка 1 не наблюдалась в инфицированных моноцитах, они могут вырабатывать короткоживущие растворимые медиаторы, улучшающие подвижность тканевых макрофагов, и вызывают их миграцию к очагу инфекции C. albicans.
Было обнаружено, что неинфицированные тучные клетки ограничивают фагоцитоз C. albicans макрофагами, что считается результатом поддержания баланса между организмом хозяина и грибком.
Тучные клетки и инфекция, вызванная Aspergillus fumigatus
A. fumigatus — наиболее распространённый условно-патогенный вид рода Aspergillus, вызывающий около 90% случаев заболеваний, связанных с Aspergillus. A. fumigatus широко распространен в окружающей среде и выделяет споры (конидии), которые попадают в дыхательные пути. После вдыхания они не могут быть выведены из организма пациентов с нарушениями функции легких или иммунной защиты, и из них прорастают гифы, колонизирующие дыхательные пути. Гифы A. fumigatus проникают в легочные ткани, вызывая инвазивный аспергиллез — самое тяжёлое заболевание, вызываемое Aspergillus spp.
Известно, что A. fumigatus содержит 23 антигенных компонента, вызывающие выработку специфических IgE. Классически антиген-специфические IgE, перекрестно связывающиеся с FcϵRI (высокоаффинным рецептором для Fc-региона иммуноглобулина E), могут вызывать дегрануляцию тучных клеток и увеличивать высвобождение IL-5.
IL-5 — один из важных цитокинов, который может способствовать миграции эозинофилов в очаг воспаления, что связано с тяжелой астмой и аллергическим бронхиальным аспергиллезом. В ходе исследований учёные обнаружили, что зрелые гифы A. fumigatus могут напрямую стимулировать дегрануляцию тучных клеток в отсутствие IgE. При культивировании с использованием термически убитых спор A. fumigatus клеточная линия HMC-1 активировалась, что приводило к дегрануляции и высвобождению IL-5. Таким образом, как предполагается, активация тучных клеток, вызванная A. fumigatus, может быть инициатором всего процесса сенсибилизации.
Отмечалось, что в дендритных клетках сигнальный путь TLR2/MyD88 регулирует иммунный ответ на конидии A. fumigatus, что приводит к развитию Th2-ответа, т. е. гуморального иммунного ответа.
