ВРОЖДЕННЫЙ ИММУНИТЕТ - Institute of Experimental Medicine

БИОХИМИЯ, 2014, том 79, вып. 12, с. 1564 – 1579
УДК 612.017:612.336.3
ВРОЖДЕННЫЙ ИММУНИТЕТ –
ОСНОВА СИМБИОТИЧЕСКИХ ВЗАИМООТНОШЕНИЙ
Обзор
© 2014
Е.П. Киселева
НИИ экспериментальной медицины СЗО РАМН,
197376 Санкт$Петербург, ул. Акад. Павлова, 12;
факс: +7(812)234$9489, электронная почта: ekissele@yandex.ru
Поступила в редакцию 15.07.14
В обзоре представлены современные данные о взаимоотношениях нормальной микробиоты и барьерных
тканей растений, человека и животных. Описаны основные гомеостатические механизмы, обеспечивающие
взаимодействие организма с симбионтными бактериями, происходящее на уровне эпителия и клеток врож$
денного иммунитета. Ключевым этапом этого взаимодействия является распознавание растворимых мик$
робных продуктов с помощью паттерн$распознающих рецепторов на клетках макроорганизма. Ответом ор$
ганизма является синтез слизи, антибактериальных пептидов и иммунорегуляторных молекул клетками
эпителия. Основные задачи в отношении симбионтных бактерий, реализуемые с помощью иммунологичес$
ких реакций, заключаются в создании условий для формирования и поддержания микробного биоценоза с
одной стороны, а с другой – в обеспечении безопасности организма хозяина. Немаловажной задачей явля$
ется также сохранение и передача полезных бактерий своему потомству.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: нормальная микробиота, паттерн$распознающие рецепторы, эпителий, врожден$
ный иммунитет, симбиотические взаимоотношения.
По современным представлениям организм
человека является гигантской химерой, состоя$
щей из 1013 клеток собственного организма и
1014 клеток различных симбионтных микроорга$
низмов, обитающих на коже и слизистых обо$
лочках [1]. Тем самым клетки человека состав$
ляют всего лишь 10% от общего числа, а 90% –
клетки бактерий.
Симбиотические взаимоотношения появи$
лись на самых ранних этапах эволюции и обна$
ружены у растений и беспозвоночных живот$
ных. Считается, что симбиоз явился мощным
фактором эволюции эукариотических организ$
мов, поскольку животные, поселившие у себя
полезные для них виды бактерий, приобрели
значительные преимущества в выживании, свя$
занные с защитой от хищников и патогенов, бо$
лее полноценным пищеварением, синтезом гор$
монов, витаминов и др. Эти отношения посте$
пенно усложнялись, у позвоночных стал возни$
кать более многочисленный и разнообразный
симбиоз, который представлен у человека бо$
лее, чем 500 видами. Находясь под сильным дав$
лением эволюции, иммунная система должна
была обеспечить возможность сосуществования
с чужеродными бактериями.
У беспозвоночных животных все вопросы
взаимоотношения с симбионтами решались на
уровне врожденного иммунитета, позднее в ходе
эволюции сформировался адаптивный иммуни$
тет, который также стал обеспечивать сожитель$
ство с полезными бактериями. В исторической
дискуссии о том, для чего возник приобретен$
ный иммунитет, появилась новая гипотеза. Ее
автор Маргарет МакФалл$Нгай предположила,
что адаптивный иммунитет развился не столько
для борьбы с патогенами, сколько для установ$
ления особых взаимоотношений с нормальной
микробиотой [2].
Независимо от того, правы ли сторонники
этой гипотезы или нет, но несомненно, что за
200 млн лет совместной коэволюции макроорга$
низма и микроорганизмов была выработана
особая форма иммунного ответа, определяющая
их взаимоотношения. В современной литерату$
ре отсутствует специальный термин для ее обоз$
начения. Так, известное выражение «перораль$
но индуцированная толерантность» относится в
основном к иммунизации различными антиге$
нами, проводимой per os, и употребляется в свя$
зи с вакцинацией или лечением ряда заболева$
ний. Наиболее употребительным в современной
1564
ВРОЖДЕННЫЙ ИММУНИТЕТ
литературе является термин «мукозный имму$
нитет» или «иммунитет слизистых», который
охватывает широкий круг вопросов, включаю$
щих не только взаимоотношения с комменсала$
ми, но и воспалительные изменения слизистых
оболочек, вызванные инфекцией, а также раз$
вивающиеся при аутоиммунных или аллерги$
ческих заболеваниях.
В отличие от этого, взаимодействие организ$
ма с нормальной микробиотой представляет со$
бой, несомненно, физиологический процесс,
поскольку основным условием симбиотических
взаимоотношений является недопустимость
причинения какого$либо вреда друг другу. В
2002 г. В.Б. Климовичем был предложен термин
«акцептивный иммунитет», а также выдвинута
идея о том, что взаимоотношения иммунной
системы с симбионтными микроорганизмами
представляют собой отдельную форму иммун$
ного ответа, независимую от противоинфекци$
онной защиты [3]. К сожалению, этот термин
пока не является общепринятым, и наиболее
распространенной точкой зрения остается рас$
смотрение иммунологического взаимодействия
с комменсалами с тех же позиций, что и борьба
с патогенами.
Основной стратегией иммунного ответа в от$
ношении симбионтных микроорганизмов, так
же как и в случае защиты от патогенов, является
распознавание «своего» и «чужого», однако ре$
зультатом этого распознавания и последующего
иммунного ответа является не элиминация чу$
жеродных микроорганизмов, а мирное сожи$
тельство с ними.
В задачи такого вида взаимодействия входят:
изоляция бактерий и создание условий для их
обитания, формирование специализированных
органов и систем; ограничение проникновения
бактерий во внутреннюю среду организма; учет и
контроль проживающих микроорганизмов; соз$
дание и постоянное поддержание условий, пре$
пятствующих развитию воспаления; сохранение
и передача полезных бактерий своему потомству.
Выполнение этих задач осуществляется как
на уровне врожденного, так и приобретенного им$
мунитета, Т$лимфоциты которого инструктиру$
ются дендритными клетками. Изучению адап$
тивного иммунитета в слизистых посвящено
большое число работ, касающихся главным об$
разом исследования различных вариантов диф$
ференцировки CD4+ Т$клеток [4, 5]. Считается,
что в организме развивается состояние специ$
фической толерантности к антигенам нормаль$
ной микробиоты. При этом доминирующим ти$
пом ответа является продукция IgA, а контроль
за иммунным ответом осуществляют Т$регуля$
торные клетки [6]. Поскольку лимфоциты не
БИОХИМИЯ том 79 вып. 12 2014
1565
могут работать в организме самостоятельно, без
участия подвижных клеток врожденного имму$
нитета, важно определить степень участия пос$
ледних в создании симбиотических отношений.
Ключевую роль в этом процессе играет барьер$
ный эпителий, который можно рассматривать
как неподвижные клетки врожденного иммуни$
тета. Настоящий обзор посвящен роли эпителия
и подвижных клеток врожденного иммунитета
во взаимоотношениях с симбионтными микро$
организмами.
Поскольку у человека и других млекопитаю$
щих изучение симбиотических взаимоотноше$
ний крайне затруднено в связи с большим видо$
вым разнообразием представителей нормальной
микробиоты, целесообразно использовать фи$
логенетический подход.
ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ
СИМБИОЗА У БЕСПОЗВОНОЧНЫХ
Большой интерес представляет изучение им$
мунитета у беспозвоночных животных, у кото$
рых, с одной стороны, симбионтные микроор$
ганизмы представлены единичными видами, а с
другой – имеется только врожденный и отсут$
ствует приобретенный иммунитет.
Основой врожденного иммунитета являются
фагоциты, которые охраняют внутреннюю сре$
ду организма от вторжения микроорганизмов.
Для распознавания чужеродных молекул фаго$
циты используют паттерн$распознающие ре$
цепторы (PRR), которые взаимодействуют с па$
тоген$ассоциированными молекулярными пат$
тернами (PAMPs) микроорганизмов. Поскольку
фагоциты не способны отличить патогенных
бактерий от полезных симбионтов и всегда го$
товы уничтожить любой чужеродный материал,
одной из первых задач, поставленных природой
перед организмом хозяина, была изоляция и ох$
рана нужных для организма бактерий.
Описано несколько основных способов за$
щиты симбионтных бактерий от реакций врож$
денного иммунитета у беспозвоночных [2, 7]. В
одних случаях микроорганизмы могут быть от$
делены барьером, состоящим из слоя хитина,
как у термитов или же, в других случаях, нахо$
диться внутри специализированных клеток –
бактериоцитов. Примером служат бактерии
Buchnera aphidicola у гороховой тли Acyrthosiphon
pisum, являющиеся облигатными внутриклеточ$
ными эндосимбионтами. Такой механизм рас$
пространен среди беспозвоночных и не описан
у позвоночных. Однако возможно, что нечто по$
добное может использоваться в организме мле$
копитающих для внутриклеточного переноса
1566
КИСЕЛЕВА
микроорганизмов из кишечника в молочную
железу в период лактации. Хотя это и кажется
маловероятным, однако такая гипотеза обсуж$
дается в статье Фернандеза с соавт. [8].
У других беспозвоночных животных для изо$
ляции внеклеточных симбионтных бактерий и
обеспечения условий для их выживания образу$
ются специализированные органы. Примером
является формирование светящегося органа у
короткохвостого гавайского кальмара Euprymna
scolopes [9]. Целесообразность симбиоза кальма$
ра с биолюминесцирующими бактериями Vibrio
fischeri заключается в том, что бактерии светятся
в темноте и обеспечивают неясные очертания
кальмара (эффект встречного освещения), что
позволяет ему ускользать от хищников, охотя$
щихся в ночное время.
Образование светящегося органа у кальмара
подробно описано в литературе [9–11]. Между
моллюском и свободно живущими в морской
воде грамнегативными бактериями происходит
сложный обмен различными молекулами, клю$
чевым этапом которого является взаимодей$
ствие PAMPs бактерий с паттерн$распознающи$
ми рецепторами эпителия кальмара. У кальма$
ров описаны: Toll$подобные рецепторы (TLR),
пять пептидогликан$распознающих белков
(PGRP) и три липополисахарид$связывающих
белка (LPS$binding protein, LBP) [11].
Начальным этапом этого взаимодействия
является влияние растворенного в воде пепти$
догликана бактерий на эпителий ювенильного
светящегося органа, в результате чего эпителий
начинает продуцировать слизь, создающую био$
пленку снаружи органа для агрегации бактерий
из окружающей воды.
В течение нескольких следующих дней две
важных молекулы бактерий, представляющих
собой PAMPs, а именно LPS и пептидогликан
действуют синергично и индуцируют апоптоз и
пролиферацию эпителия кальмара, вызывая тем
самым морфогенетические изменения и образо$
вание светящегося органа.
Присутствие симбионтных V. fisheri в светя$
щемся органе индуцирует синтез многих моле$
кул, в частности, продукцию цитотоксических
нитроксид и супероксид анионов, которые, как
известно, в случае борьбы с патогенами, явля$
ются основным кислород$зависимым механиз$
мом их внутриклеточного уничтожения. Здесь
же, в ситуации с симбионтами, эти молекулы
играют какую$то другую роль и не причиняют
вреда бактериям благодаря тому, что против них
работают эффективные системы детоксифика$
ции. Кроме того показано, что LPS и пептидо$
гликан, продуцируемые бактериями, также мо$
гут аттенуировать NOS/NO активность [10].
Необходимо отметить, что фрагмент пепти$
догликана, синтезируемого V. fisheri, аналогичен
трахеальному цитотоксину (TCT) патогенных
бактерий, который вызывает выраженное пов$
реждение тканей при коклюше и гонорее [9].
Однако организм реагирует на одни и те же сти$
мулы по$разному: если при попадании патоге$
нов LPS и пептидогликан действуют как индук$
торы NOS/NO, то в случае симбиоза эти же
микробные продукты вызывают противополож$
ный эффект и снижают продукцию NO в орга$
низме хозяина [10]. По мнению Ванга и Руби,
этот пример демонстрирует различия между
протективным иммунитетом и симбионтными
взаимоотношениями.
Таким образом, можно выделить следующие
основные принципы организации симбионтных
взаимоотношений у беспозвоночных: фагоциты
и микробиота разделены барьером; ключевым
этапом является распознавание продуктов сим$
бионтных бактерий PAMPs с помощью PRR ор$
ганизма$хозяина; результатом взаимодействия
является не уничтожение бактерий, а продукция
слизи, различных медиаторов, антибактериаль$
ных пептидов и образование специализирован$
ных органов для проживания бактерий.
В 2004 г. Маргарет МакФалл$Нгай с соавт.
предложили дополнить основное понятие пато$
ген$ассоциированные молекулярные паттерны
(PAMPs), введенное C. Janeway [12], термином
микробо$ассоциированные молекулярные пат$
терны (MAMPs) для обозначения взаимодей$
ствия с симбионтными бактериями [9].
СИМБИОЗ У РАСТЕНИЙ
Еще одним примером взаимовыгодного со$
жительства организма$хозяина и бактерий явля$
ется симбиоз бобовых растений с клубеньковы$
ми бактериями рода Rhizobium (от греческого
rhizo – корень, bio – жизнь, т.е. жизнь на кор$
нях). Этот симбиоз играет важную роль в круго$
вороте азота в природе, поскольку поселяющие$
ся на корнях растений почвенные бактерии
приобретают способность фиксировать атмос$
ферный азот и превращать его в аммоний, легко
усваиваемый растениями. Молекулярные меха$
низмы образования этого симбиоза хорошо изу$
чены [13].
Формирование симбиоза начинается с про$
дукции корешками растений флавоноидов, ко$
торые играют роль хемоаттрактантов для при$
влечения бактерий из окружающей почвы. Кро$
ме того корешки также продуцируют мукоидное
вещество (слизь) для аттракции бактерий и рос$
товые факторы для стимуляции размножения
БИОХИМИЯ том 79 вып. 12 2014
ВРОЖДЕННЫЙ ИММУНИТЕТ
заселившихся бактерий, а затем индуцируют в
них образование клубенькового фактора (NOD$
фактора). После этого в программу молекуляр$
ных взаимодействий включаются бактерии, ко$
торые синтезируют NOD$фактор.
NOD$фактор по своему химическому строе$
нию представляет собой липохитоолигосахарид,
а по своей сути – это молекулярный паттерн
(MAMP), распознаваемый паттерн$распознаю$
щим рецептором эпидермиса корешков. Этот
рецептор представляет собой богатую повтора$
ми лейцина тирозинкиназу, которая иницииру$
ет каскад внутриклеточных сигналов в клетках
эпидермиса. Затем при помощи фитогормона
цитокинина активирующий сигнал передается
на другие клетки кортекса, вызывает их размно$
жение и способствует дальнейшему проникно$
вению бактерий.
В результате происходит значительная транс$
формация обоих партнеров: на корешках появ$
ляются новообразования в виде клубеньков, в
которых заселяются бактерии, а почвенные нит$
розобактерии после заселения теряют клеточ$
ную мембрану, приобретают ветвистую форму и
становятся бактероидами. Теперь они способны
фиксировать атмосферный азот с помощью
ферментного комплекса нитрогеназы.
Показано, что и в этих взаимодействиях в
качестве медиатора выступает NO – универ$
сальная молекула, распознаваемая и бактерия$
ми, и растениями [10]. В ходе образования сим$
биоза бобовых с нитрозобактериями NO акти$
вирует 100 генов в растениях и 57 генов в бакте$
риях.
ОСНОВЫ СИМБИОТИЧЕСКИХ
ВЗАИМООТНОШЕНИЙ
У МЛЕКОПИТАЮЩИХ
К сожалению, в отличие от бобовых расте$
ний, механизмы становления микробиоценоза
и его взаимоотношения с иммунной системой у
человека и других млекопитающих недостаточ$
но изучены. В качестве модели для их исследо$
вания используются безмикробные животные –
гнотобионты, выращенные в стерильных усло$
виях. Их инфицируют одним из видов предста$
вителей нормальной микробиоты и затем изуча$
ют взаимодействие этих бактерий с иммунной
системой. В других случаях вызывают развитие
дисбиоза с помощью антибиотиков и сопостав$
ляют изменения микробиоты с иммунологичес$
кими нарушениями.
Хорошо известно, что гнотобионты имеют
недоразвитую лимфоидную систему кишечника –
у них значительно снижено количество лимфо$
БИОХИМИЯ том 79 вып. 12 2014
1567
цитов lamina propria и нарушено созревание
Пейеровых бляшек и мезентериальных узлов,
образование в них зародышевых центров, сни$
жен уровень синтеза иммуноглобулинов. Счита$
ется доказанным тот факт, что продукты нор$
мальной микробиоты влияют на созревание им$
мунной системы у человека и животных и глав$
ным образом на формирование мукозо$ассоци$
ированной лимфоидной ткани кишечника
(GALT – gut$associated lymphoid tissue) [14].
В эксперименте также показано, что бакте$
рии участвуют в развитии и поверхностной диф$
ференцировке эпителия, и эти изменения обес$
печивают создание ниши для проживания мик$
роорганизмов [15]. Микробные продукты спо$
собствуют нормальному формированию сосу$
дистой сети кишечных ворсинок через индук$
цию синтеза ангиогенных факторов [16, 17]. У
безмикробных животных нарушена деградация
слизи из$за отсутствия бактерий, которые это
осуществляют [5], и образование некоторых ан$
тибактериальных пептидов (см. ниже). Причем
после заселения микроорганизмами эти функ$
ции восстанавливаются, что свидетельствует о
том, что они реализуются в организме по мере
их востребованности.
Эти сведения являются отрывочными и не
дают представления о том, как происходит ста$
новление симбиотических взаимоотношений у
детей. Неизвестно, работают ли также как в
описанных выше системах факторы, играющие
роль хемоаттрактантов и стимуляторов роста
бактерий, какие паттерны взаимодействуют с
рецепторами эпителия, как проводится сигнал и
др. Мы можем лишь констатировать несколько
конечных фактов этого взаимодействия.
Роль эпителия во взаимоотношениях с нор6
мальной микробиотой. Несомненно, что важней$
шую роль в организации симбиотических отно$
шений на уровне реакций врожденного имму$
нитета у человека, так же как и у других живот$
ных, играют барьерные ткани, и прежде всего
эпителий кишечника. Именно эта ткань, состо$
ящая из одного слоя эпителия толщиной ~20 мик$
рон, играет главную разделительную роль, отде$
ляя симбионтных бактерий от внутренней сре$
ды организма.
Благодаря мозаичной организации, клетки
эпителия приспособлены для выполнения са$
мых различных функций, часть из которых яв$
ляются основой для создания специализирован$
ной среды для обитания бактерий. К ним преж$
де всего относится способность распознавать
продукты, выделяемые нормальной микробио$
той (MAMPs) с помощью паттерн$распознаю$
щих рецепторов и реагировать на них путем
синтеза целого ряда различных факторов, кото$
1568
КИСЕЛЕВА
рые можно объединить по трем основным нап$
равлениям, таким как: синтез слизи; синтез ан$
тибактериальных пептидов; синтез цитокинов и
медиаторов.
Для распознавания растворимых продуктов
нормальной микробиоты (MAMPs) клетки ки$
шечника экспрессируют паттерн$распознаю$
щие рецепторы, из которых наиболее важными
считаются Toll$подобные (TLR2$5, TLR9) и
NLR (nuclear oligomerization domain$like recep$
tors). При генетическом удалении этих рецепто$
ров у экспериментальных животных происходит
потеря взаимосвязи между клетками хозяина и
бактериями, что приводит к изменению состава
микробиоты [4]. Большое значение имеют так$
же рецепторы, связанные с G$белками (GPCR),
которые постоянно экспрессируются на апи$
кальной поверхности эпителиальных клеток ки$
шечника и взаимодействуют с короткими жир$
ными кислотами, аденозином и другими мик$
робными метаболитами [5].
Продукция слизи и антибактериальных пеп$
тидов барьерными тканями организма хозяина
принадлежит к числу самых древних механиз$
мов создания симбиотических взаимоотноше$
ний и является основой симбиотических взаи$
моотношений, реализуемых на уровне врожден$
ного иммунитета. При этом необходимо отме$
тить, что экспериментальные данные, свиде$
тельствующие о зависимости синтеза слизи и
антибактериальных пептидов от бактериальных
стимулов весьма противоречивы (см. ниже).
Продукция слизи. Продукция слизи закрепле$
на в эволюции, поскольку играет важную роль
для создания биопленки и проживания бакте$
рий у растений и животных, начиная от корал$
лов и до человека [18]. Слизь продуцируется бо$
каловидными клетками кишечника и состоит из
различных белков внеклеточного матрикса, та$
ких как муцины, коллагены, эластин, фибро$
нектин, фибриноген и ламинин, а также протео$
гликанов. Обязательным компонентом слизи
является также секреторный иммуноглобулин А
(sIgA), который синтезируют плазматические
клетки, находящиеся в подслизистой. Основ$
ным структурным компонентом слизи в толстой
кишке является белок внеклеточного матрикса
муцин Muc2. Именно муцин и IgA представля$
ют собой макромолекулы, ежедневно синтези$
руемые в организме человека в наибольшем ко$
личестве, что, несомненно, свидетельствует об
их важной физиологической роли [19].
Изучение продукции слизи в кишечнике на$
чалось сравнительно недавно. Отчасти это свя$
зано с тем, что при обычном способе фиксации
формалином на гистологических препаратах
слой слизи не сохраняется. Оказалось, что после
фиксации в растворе Карнуа мукозный слой не
истончается, и тогда впервые была описана его
толщина и структура в различных отделах желу$
дочно$кишечного тракта крысы [20].
Неожиданным открытием стал тот факт, что
в толстой кишке имеются два слоя слизи. Внут$
ренний слой представляет собой очень плотный
слоистый полимер, который тесно связан с эпи$
телием и не содержит бактерий; более того, он
препятствует проникновению бактерий через
эпителий. Наружный – рыхлый слой, в котором
обитают кишечные бактерии и создают био$
пленку. Этот слой подвергается постоянной дег$
радации под действием протеаз находящихся в
нем микроорганизмов. Пополнение слизи про$
исходит изнутри, внутренний слой переходит в
рыхлый наружный, разрушается бактериями и
выводится со стулом [21].
В тонкой кишке имеется один рыхлый, пре$
рывистый и относительно тонкий слой слизи.
Муцин секретируется в криптах и движется
вверх между ворсинками. Ворсинки не всегда
покрыты слизью, поэтому для защиты от про$
никновения бактерий здесь очень важную роль
играет продукция антибактериальных пептидов.
Муцин – гипергликозилированный белок,
углеводы составляют до 80% массы Muc2 муци$
на. Muc2 человека имеет PTS домен, состоящий
из часто повторяющихся аминокислот: проли$
на, треонина и серина. Этот участок молекулы
так плотно гликозилируется О$гликанами в ап$
парате Гольджи, что молекула муцина становит$
ся похожа на щетку для мытья бутылок, в ко$
торой центральную часть занимает белковое
ядро, а от него во все стороны торчат «щетинки»
О$гликанов. Такая конформация молекулы
придает ей способность активно связывать воду
и образовывать гель. После секреции во внекле$
точную среду муцины увеличиваются в объеме в
100–1000 раз за счет присоединения воды гли$
канами.
После воздействия бактериальных протеаз
углеводные остатки обнажаются и становятся
источником питания для симбионтных бакте$
рий. Можно предположить, что таким образом
природа позаботилась об обеспечении метабо$
лических потребностей бактерий на случай дли$
тельных перерывов в поступлении пищи в орга$
низме хозяина. Кроме того компоненты слизи
могут служить подходящим субстратом для адге$
зии многих кишечных бактерий. Таким образом,
слизь представляет собой высоко специализи$
рованную среду для обитания бактерий [22].
Недавно было описано еще одно важное
свойство муцина Muc2 – способность оказывать
иммунорегуляторное воздействие. Оказалось,
что при фагоцитозе дендритными клетками бак$
БИОХИМИЯ том 79 вып. 12 2014
ВРОЖДЕННЫЙ ИММУНИТЕТ
терий, покрытых Muc2, муцин передает денд$
ритным клеткам толерогенные сигналы, выра$
жающиеся в подавлении активности NF$κB и
индукции синтеза IL$10 и TGFβ. При этом по$
казано, что только гликозилированный Muc2
вызывает подобный эффект, который опосреду$
ется через взаимодействие углеводных остатков
с рецепторами дендритных клеток [23].
Образование биопленки у человека наиболее
выражено в проксимальной части толстой киш$
ки с постепенным снижением к дистальному от$
делу. Это позволило исследователям выдвинуть
гипотезу об уникальной роли червеобразного
отростка, имеющего максимально выраженную
биопленку и узкое входное отверстие, как «сох$
ранного убежища» для микробиоты на случай
диареи, вызванной кишечной инфекцией [19].
Синтез Muc2 в кишечном эпителии зависит
от микробных стимулов, поступающих от нор$
мальной микробиоты. В экспериментах на мы$
шах было показано, что направленная делеция
гена myd88 в клетках эпителия кишечника с пос$
ледующим выключением MyD88$зависимого
пути передачи сигнала от Toll$подобных рецеп$
торов вызывает снижение экспрессии белка
Muc2 [24]. На экспрессию гена muc2 влияют
также короткие жирные кислоты – пропионат и
бутират, являющиеся продуктами микробной
ферментации [25].
Продукция слизи клетками эпителия нахо$
дится под контролем врожденного и адаптивно$
го иммунитета и регулируется IL$9 и IL$13 [26,
27]. На трансгенных мышах с оверэкспрессией
IL$9 была показана активация бокаловидных
клеток в слизистой кишечника, характеризую$
щаяся увеличением экспрессии гена, ответ$
ственного за синтез муцина Muc2, и некоторых
других генов, связанных с этими клетками [26].
Главными продуцентами этих цитокинов явля$
ются Th2 и Th9$лимфоциты. Таким образом, эпи$
телиальные клетки кишечника являются эффе$
рентным звеном адаптивного иммунного ответа.
Кроме Th2 и Th9$лимфоцитов, IL$9 могут также
синтезировать Th17 и T$регуляторные клетки, а
также многие клетки врожденного иммунитета,
такие как тучные клетки, лимфоциты врожден$
ного иммунитета (ILC), NKT$клетки [27].
Синтез антибактериальных факторов. Дру$
гой важнейшей функцией эпителия кишечника,
также сохранившейся в эволюции с древнейших
времен, является продукция антибактериаль$
ных пептидов и белков, формирующих биохи$
мический барьер для защиты от адгезии и транс$
локации кишечной микробиоты. Энтероциты
синтезируют α$ и β$дефенсины, кателицидины
и лизоцим, а находящиеся в глубине крипт тон$
кой кишки клетки Панета человека и мыши вы$
БИОХИМИЯ том 79 вып. 12 2014
1569
деляют α$дефенсины (криптидины), лектины
С$типа, ангиогенины, лизоцим и фосфолипазу
А2 [28]. Возможно, что не все эти факторы имеют
отношение к взаимодействию с комменсалами
и выполняют другие функции в организме. Их
противомикробная активность хорошо изучена,
и их важная роль в протективном иммунитете не
вызывает сомнения [29], в то же время участие
каждого из этих факторов в симбиотических
взаимоотношениях еще предстоит изучить.
Одним из критериев оценки участия того или
иного фактора во взаимодействии с нормальной
микробиотой может служить индуцибельность
его синтеза клетками организма в ответ на кон$
такт с полезными бактериями или их продуктами.
По вопросу о зависимости синтеза α$дефен$
синов в клетках Панета от бактериальных сти$
мулов в литературе имеются противоречивые
данные. Для решения этого вопроса были ис$
пользованы различные модели: исследование
α$дефенсинов у безмикробных мышей, у мы$
шей с дизбиозом после применения антибиоти$
ков, а также у животных с дефицитом различ$
ных генов паттерн$распознающих рецепторов
или транскрипционных факторов, участвующих
в регуляции генов иммунного ответа.
Одной из основных стала работа К. Путсеп с
соавт. [30], в которой из тонкого кишечника без$
микробных мышей были изолированы пять изо$
форм дефенсинов и исследованы количествен$
но. Оказалось, что секреция α$дефенсинов
клетками Панета у гнотобионтов не отличается
от секреции у мышей, колонизированных мик$
роорганизмами, и, следовательно, является
конститутивной. Однако в более поздней работе
из той же лаборатории было показано, что про$
дукция еще одного пептида, а именно CRS4C
(cryptdin$related sequences 4C peptide) у безмик$
робных мышей снижена в три раза по сравне$
нию с нормальными [31], т.е. одни изоформы
α$дефенсинов синтезируются конститутивно, а
продукция других зависит от присутствия сим$
биотических микроорганизмов.
При исследовании этого вопроса на уровне
экспрессии генов Defa, ответственных за синтез
α$дефенсинов в тонкой кишке мышей, было
показано ее значительное снижение при изме$
нении состава микробиоты с помощью антибио$
тиков [32]. Такие противоречия в результатах
можно объяснить тем, что генов дефенсинов из$
вестно больше (у мышей 17 генов), чем изоли$
ровано самих пептидов. У животных, дефицит$
ных по генам tlr, nod2 или myd88, также были
снижены экспрессия генов Defa и экспрессия
криптидинов (α$дефенсинов), что свидетель$
ствует в пользу индуцибельного характера их
синтеза [24, 32, 33].
1570
КИСЕЛЕВА
В отношении продукции клетками Панета
некоторых других антибактериальных факто$
ров, а именно лектинов С$типа, разногласий
нет. Считается доказанным, что синтез белка
Reg3γ (C$type lectin regenerating islet$derived pro$
tein 3γ) зависит от присутствия бактерий [34, 35]
и опосредуется через MyD88$зависимый путь
проведения сигнала в клетках эпителия [24, 36].
К зависимым от стимулов, производимых
нормальной микробиотой, относится также и
ангиогенин 4 – катионный белок с антимикроб$
ными и ангиогенными свойствами, продуциру$
емый клетками Панета [17].
Таким образом, для нормального функцио$
нирования мукозного барьера и продукции, по
крайней мере части антимикробных факторов
важны Tоll$ и NOD$подобные рецепторы,
MyD88$зависимый путь передачи сигнала и
присутствие микробиоты.
Не вызывает сомнения тот факт, что анти$
бактериальные белки и пептиды играют важную
роль во взаимоотношениях с симбионтными
бактериями. Главным считают их антимикроб$
ное действие, создающее биохимический барьер –
стерильную зону вблизи эпителия, которая пре$
пятствует транслокации бактерий во внутрен$
нюю среду организма и играет особенно важную
роль в тонком кишечнике [4]. Вместе с тем изве$
стно, что антибактериальное действие пептидов
является короткодистантным и в пределах био$
пленки не работает [37], чем не создает никакой
опасности для проживающих в ней комменса$
лов. Микробицидному действию пептидов мо$
гут препятствовать бактериальные экзополиса$
хариды, нуклеиновые кислоты, протеогликаны
и другие молекулы.
Еще одной важной функцией антимикроб$
ных пептидов является их способность служить
своеобразным биологическим фильтром, огра$
ниченно пропускающим многие микробные
продукты внутрь организма. Известно, что де$
фенсины и кателицидины связывают и нейтра$
лизуют активность LPS и липотейхоевой кисло$
ты, благодаря чему они играют важную роль в
предотвращении развития воспаления в слизис$
тых [38]. Имеются также данные об участии ан$
тибактериальных пептидов в подавлении воспа$
лительных реакций в фагоцитах. Так, например,
кателицидин LL$37 способен подавлять синтез
провоспалительных цитокинов в макрофагах в
ответ на LPS in vitro и усиливать продукцию про$
тивовоспалительных цитокинов [39].
Изменение синтеза дефенсинов в организ$
ме, как в сторону усиления (трансгенные мыши
с геном дефенсина человека HD5), так и в сторо$
ну снижения (животные, у которых нарушен
процессинг криптидинов) существенным обра$
зом влияют на состав нормальной микробиоты
и гомеостаз кишечника [28].
Функции антимикробных белков и пептидов
зависят от концентрации: в микромолярных
концентрациях они проявляют антимикробную
активность, однако в нано$ и пикомолярных
концентрациях – оказывают ангиогенное, ра$
нозаживляющее и иммунорегуляторное влия$
ние. Они могут являться хемоаттрактантами для
Т$лимфоцитов и дендритных клеток, влиять на
синтез цитокинов [38]. Ангиогенное и иммуно$
регуляторное действие антимикробных факто$
ров могут иметь значение не только, как это
принято рассматривать, при развитии воспале$
ния, но и в нормальных физиологических усло$
виях: для организации мукозо$ассоциирован$
ной лимфоидной ткани кишечника, привлече$
ния лимфоцитов, а также для образования ка$
пиллярной сети ворсинок и нормального функ$
ционировании кишечного эпителия [16, 17].
Таким образом, в настоящее время действие
антимикробных белков и пептидов в слизистой
кишечника рассматривается как защита орга$
низма хозяина, что несомненно свидетельствует
об их важной барьерной роли. Вместе с тем в ли$
тературе стали появляться гипотезы о возмож$
ной промикробной активности антибактериаль$
ных пептидов [40]. Могут ли антибактериальные
пептиды выполнять собственно промикробные
функции, возможно, только предстоит узнать в
будущем.
Продукция антибактериальных пептидов
клетками эпителия находится под контролем
врожденного и адаптивного иммунитета. Наи$
более важными цитокинами, участвующими в
регуляции синтеза антибактериальных пепти$
дов в клетках эпителия, являются IL$17 и IL$22
[41]. Кроме того эти цитокины вызывают про$
лиферацию и дифференцировку кишечного
эпителия. Основными клетками, продуцирую$
щими эти молекулы, являются Th17, а клетки
эпителия являются эфферентным звеном для
этого типа адаптивного ответа. Совместно с
Th17 в контроле за процессами, реализуемыми
на уровне эпителия, принимают участие также и
другие клетки слизистой кишечника. IL$17 про$
дуцируют NK, NKT, γδT$ и CD8+ Т$клетки, а
IL$22 – Th22 и ILC. Кроме того показано, что
гиперплазию клеток Панета и усиление в них
синтеза криптидинов, ангиогенина 4 и фосфо$
липазы А2 могут вызывать также и другие цито$
кины, такие как IL$9 и IL$13 [26].
Синтез цитокинов и медиаторов. Третьей
важнейшей функцией эпителия является про$
дукция цитокинов и медиаторов иммунных ре$
акций. Уникальной способностью распознавать
микробные стимулы и продуцировать в ответ на
БИОХИМИЯ том 79 вып. 12 2014
ВРОЖДЕННЫЙ ИММУНИТЕТ
это цитокины обладает фолликуло$ассоцииро$
ванный эпителий, находящийся над Пейеровы$
ми бляшками. Более того эти клетки также мо$
гут дискриминировать сигналы, происходящие
от нормальной микробиоты и патогенов.
В норме прямой контакт микроорганизмов с
рецепторами ограничен, чтобы не вызывать
воспаление. Так, на эпителиальных клетках
экспрессия TLR2 и TLR4 подавлена, TLR5 на$
ходится только на базолатеральной стороне кле$
ток и не экспрессируется в сторону просвета
кишки, TLR3, TLR7, TLR8 и TLR9 локализуют$
ся во внутриклеточных эндосомальных структу$
рах, а NLR – в цитоплазме [5].
В результате суммарного воздействия раз$
личных растворимых микробных продуктов и
метаболитов нормально функционирующий
эпителий продуцирует ряд противовоспалитель$
ных цитокинов и медиаторов, из которых ос$
новными являются: трансформирующий росто$
вой фактор β (TGFβ), интерлейкин 10 (IL$10),
тимический стромальный лимфопоэтин (TSLP)
и ретиноевая кислота (RA), представляющая со$
бой метаболит пищевого витамина А [4, 5]. Эти
факторы оказывают иммунорегуляторное воз$
действие на клетки врожденного иммунитета,
находящиеся в подслизистой, а также влияют на
развитие адаптивного иммунного ответа и спо$
собствуют переключению синтеза иммуногло$
булинов на класс IgA. Факторы, продуцируемые
клетками эпителия, совместно с цитокинами,
которые выделяют клетки врожденного имму$
нитета, создают микроокружение, способствую$
щее дифференцировке Т$регуляторных клеток.
При попадании патогенов реакция клеток
эпителия имеет иной характер, и это связано
прежде всего с другим «поведением» микроорга$
низмов. Нормальная микробиота, колонизиру$
ющая поверхность слизистой, представляет со$
бой экосистему, члены которой были тщательно
отобраны природой по многим параметрам, в
том числе и по способности обитать на поверх$
ности эпителия, не вызывая его повреждения. У
патогенных бактерий, напротив, при контакте с
эпителием активируются гены вирулентности.
Факторы патогенности вызывают повреждение
эпителия, необходимое для проникновения во
внутреннюю среду организма. Повреждение
клеток эпителия имеет два важных следствия для
последующего развития иммунного ответа.
Во$первых, задействуются скрытые в норме
паттерн$распознающие рецепторы эпителиаль$
ных клеток, и включается «аварийная сигнали$
зация», заключающаяся в синтезе провоспали$
тельных цитокинов и хемокинов. Они привле$
кают фагоциты и инициируют развитие воспа$
ления.
БИОХИМИЯ том 79 вып. 12 2014
1571
Во$вторых, поврежденная клетка эпителия,
как и любая другая, продуцирует молекулы, сиг$
нализирующие о ее повреждении (DAMPs –
damage$associated molecular patterns), которые
воспринимаются фагоцитами, как дополни$
тельные активирующие факторы [42].
В результате этого при попадании патогена
иммунная система получает от эпителия совсем
другую информацию – дендритные клетки ак$
тивируются с помощью PAMPs, DAMPs и про$
воспалительных цитокинов, и развивается про$
тективный иммунный ответ, направленный на
уничтожение определенного возбудителя ин$
фекции. Такая реакция значительно отличается
от иммунного ответа на микробные продукты
комменсалов, происходящего в отсутствие па$
тогенов.
Проницаемость кишечного эпителия и пос
тупление антигенов. Важнейшим регулятором
гомеостаза слизистой кишечника является про$
ницаемость кишечного эпителия. Всасывание
метаболитов, пищевых и микробных антигенов
происходит параклеточно через плотные кон$
такты [43]. Транспортируются различные белко$
вые молекулы, но могут проходить и микробные
продукты, такие как LPS. Провоспалительные
цитокины TNFα и IFNγ усиливают паракле$
точную проницаемость, противовоспалитель$
ные – TGFβ, а также глюкокортикоидные гор$
моны оказывают стабилизирующий эффект.
LPS является фактором, усиливающим кишеч$
ную проницаемость. Недавно было показано,
что, кроме параклеточного пути, низкомолеку$
лярные растворимые антигены могут также пос$
тупать внутрь организма через бокаловидные
клетки [4].
Таким образом, кишечный эпителий, пок$
рытый слизью и антибактериальными пептида$
ми, представляет собой сложный биологичес$
кий фильтр, контролирующий поступление в
организм микробных продуктов, оказывающих
иммунорегуляторное воздействие. При этом на$
ходящиеся в подслизистой клетки врожденного
и адаптивного иммунитета имеют паттерн$рас$
познающие рецепторы и способны распозна$
вать MAMPs, проходящие через эпителиальный
барьер.
Для контроля за составом и количеством
нормальной микробиоты предусмотрен транс$
порт бактерий через М$клетки [44]. М$клетки
(от слова microfold – складчатые) располагаются
над Пейеровыми бляшками и представляют со$
бой клетки эпителия, специализирующиеся на
везикулярном транспорте различных молекул и
бактерий. Проходящие через M$клетки бакте$
рии фагоцитируются дендритными клетками,
после чего начинается индуктивная фаза специ$
1572
КИСЕЛЕВА
фического иммунного ответа, направленного к
антигенам нормальной микробиоты. Кроме то$
го ограниченная часть бактерий может захваты$
ваться непосредственно в просвете кишечника
дендритными клетками, пропускающими свои
отростки через эпителий.
Взаимодействие комменсалов и микробных
продуктов с иммунной системой происходит
главным образом в тонкой кишке, где для этого
имеются специализированные лимфоидные об$
разования – Пейеровы бляшки. Кроме того
рыхлый слой слизи делает возможным более
близкий контакт клеток организма с бактерия$
ми. Именно поэтому для эпителия тонкого ки$
шечника столь важна защита с помощью анти$
бактериальных пептидов. Большую роль здесь
также играет IgA, который способствует транс$
порту бактерий через М$клетки [45]. Количест$
во бактерий, проживающих в тонкой кишке, не$
велико по сравнению с толстой и находится под
строгим контролем со стороны организма (от
103 бактерий на 1 мл кишечного содержимого в
проксимальном отделе до 108 – в дистальном).
При увеличении числа бактерий в тонкой киш$
ке развивается синдром избыточной колониза$
ции, сопровождающийся воспалительными яв$
лениями.
Совсем другая ситуация складывается в
толстой кишке. Здесь процесс переваривания
пищи под действием ферментов человека в ос$
новном заканчивается, и непереваренные во$
локна поступают в распоряжение комменсалов.
В толстом кишечнике находится самый боль$
шой по численности микробиоценоз в организ$
ме человека (1012 бактерий на 1 г фекалий). Эпи$
телий толстой кишки покрыт очень плотным
слоем слизи, которая препятствует контакту
микроорганизмов с клетками организма. Поэто$
му здесь нет зон индукции иммунного ответа, а
иммунорегуляторное влияние микробиоты осу$
ществляется посредством различных метаболи$
тов, из которых наиболее хорошо изучены ко$
роткие жирные кислоты [46].
Роль подвижных клеток врожденного иммуни6
тета в симбиотических взаимоотношениях. Зна$
чительную часть мукозо$ассоциированной лим$
фоидной ткани кишечника составляют клетки
врожденного иммунитета. К ним относятся
макрофаги, дендритные клетки, тучные клетки,
естественные клетки киллеры (NK), NKT$клет$
ки, γδT$клетки, В1 лимфоциты и лимфоциты
врожденного иммунитета (ILC). Они заселяют в
основном область lamina propria и являются
частью неорганизованной лимфоидной ткани.
Клетки врожденного иммунитета способны
распознавать сигналы, поступающие от ком$
менсалов, с помощью паттерн$распознающих
рецепторов и реагировать на эти воздействия
продукцией различных цитокинов. Эти клетки
принимают участие в самых разных процессах –
от регуляции функций эпителия до влияния на
реакции адаптивного иммунитета (табл. 1). Так,
например, RORγt+ ILC с помощью продуцируе$
мого ими лимфотоксина оказывают влияние на
Таблица 1. Функции клеток врожденного иммунитета, связанные с формированием симбиотических взаимоотношений в
слизистой кишечника
Функция
Клетки
Фактор
Ссылка
Организация лимфоидной ткани кишеч$
ника, поступление Т$ и В$лимфоцитов
RORγt+ ILC
лимфотоксин
[47, 48]
Регуляция продукции слизи бокаловид$
ными клетками эпителия
тучные клетки, NKT, ILC
IL$9, IL$13
[26, 27]
NK, NKT, γδT$клетки, ILC
IL$17, IL$22
[41, 49]
CD11b+ макрофаги, CD103+ дендрит$
ные клетки, тучные клетки,
γδT$клетки, ILC
CD103+ и CD11chiCD11bhi дендрит$
ные клетки
RORγt+ ILC
TGFβ
[4]
ретиноевая кислота
[4, 50]
лимфотоксин
[47]
Регуляция синтеза антимикробных факто$
ров в эпителии
Контроль синтеза IgA
Ограничение ответа CD4+ Т$лимфоцитов
на антигены нормальной микробиоты
ILC
связано с MHC II
[51]
Контроль состава нормальной микробиоты
RORγt+ ILC
лимфотоксин
[47]
БИОХИМИЯ том 79 вып. 12 2014
ВРОЖДЕННЫЙ ИММУНИТЕТ
организацию лимфоидной ткани кишечника,
поступление Т$ и В$лимфоцитов. Макрофаги,
дендритные, тучные клетки, γδT$клетки и ILC
синтезируют цитокины и ретиноевую кислоту,
способствующие синтезу IgA. Клетки врожден$
ного иммунитета принимают сигналы от клеток
эпителия и в ответ синтезируют факторы, кото$
рые поддерживают нормальное функциониро$
вание эпителия по принципу обратной связи.
Кроме того, как упоминалось выше, они конт$
ролируют в клетках эпителия продукцию слизи
и антибактериальных пептидов.
Важной функцией клеток врожденного им$
мунитета, находящихся в слизистой кишечника,
является создание специфического микроокру$
жения для дифференцировки Т$регуляторных
клеток. В этом участвуют все подвижные клетки
врожденного иммунитета, а также клетки ки$
шечного эпителия, которые продуцируют про$
тивовоспалительные факторы, такие как TGFβ,
IL$10 и RA.
Особое место в этом клеточном сообществе
играют антиген$презентирующие клетки – денд$
ритные клетки и макрофаги. Помимо своей ос$
новной деятельности – фагоцитоза микроорганиз$
мов и презентации антигенов наивным Т$лим$
фоцитам, часть антиген$презентирующих кле$
ток, находящихся в lamina propria, приобретает
необычные свойства толерогенных дендритных
клеток и анергичных макрофагов. Именно эти
клетки, как считают многие исследователи, спо$
собствуют образованию Т$регуляторных клеток
и индукции толерантности [5, 52]. Макрофаги,
имеющие фенотип CD11bhighCX3CR1+, синтези$
руют для этого противовоспалительные цитоки$
ны IL$10, TGF$β, а CD103+ миелоидные денд$
ритные клетки способны запасать и продуциро$
вать большие количества RA [53].
Механизмы образования и активации таких
клеток недостаточно изучены. Их стимуляция
может быть связана с продуктами кишечных
бактерий. Показано, что некоторые виды ки$
шечных бактерий способны подавлять продук$
цию провоспалительных цитокинов макрофага$
ми [54]. Первичную «подготовку» или кондици$
онирование дендритных клеток осуществляют
клетки кишечного эпителия, которые продуци$
руют противовоспалительные факторы TGF$β и
RA [55]. Толерогенные сигналы могут также пе$
редаваться дендритным клеткам при фагоцитозе
бактерий через фрагменты слизи, содержащие
муцин Muc2 [23], и через IgA, которым покрыты
кишечные бактерии [56], и индуцировать в них
синтез противовоспалительных цитокинов.
Из внутриклеточных механизмов функцио$
нирования толерогенных дендритных клеток
рассматривают снижение ответа на стимуляцию
БИОХИМИЯ том 79 вып. 12 2014
1573
Toll$подобных рецепторов, подавление NF$κB$
зависимого пути проведения сигнала через ак$
тивацию NOD2 [5] и необходимое участие транс$
крипционного фактора TRAF6 [57].
Но толерогенные дендритные клетки состав$
ляют лишь часть общего пула антиген$презен$
тирующих клеток. В нормальной слизистой ки$
шечника присутствуют разные дендритные
клетки, которые продуцируют IL$12, IL$23 и
другие цитокины, способствующие дифферен$
цировке CD4+$Т$лимфоцитов по Th1$, Th2$ и
Th17$типам иммунного ответа [5].
Необходимо отметить, что, несмотря на свое
участие во взаимоотношениях с комменсалами
дендритные клетки кишечника полностью сох$
раняют способность участвовать в протектив$
ном ответе против возможных патогенов [5].
TGFβ является доминирующим цитокином в
слизистой кишечника, поскольку он имеет важ$
ное значение для индукции Т$регуляторных
клеток и синтеза IgA. Кроме того этот цитокин
выполняет функцию стабилизации проницае$
мости кишечного эпителия, а также подавляет в
клетках эпителия экспрессию TLR. TGFβ син$
тезируют не только дендритные клетки и макро$
фаги, но также тучные клетки, интраэпители$
альные γδT$клетки, ILC и клетки кишечного
эпителия. Этот цитокин является универсаль$
ным медиатором гомеостаза слизистой кишеч$
ника и является связующим звеном между реак$
циями врожденного и приобретенного иммуни$
тета.
В последнее время в литературе активно об$
суждается участие В1$лимфоцитов в синтезе IgA
в слизистой кишечника [4, 58]. В1$лимфоциты
относятся к клеткам врожденного иммунитета и
способны к Т$независимому синтезу полиреак$
тивных антител M$класса. В перитонеальной
полости мышей содержится большое количест$
во В1$лимфоцитов, которые мигрируют оттуда в
область lamina propria и размножаются под
действием IL$5 и IL$15. Считается, что В1$лим$
фоциты, находясь в организованной части лим$
фоидной ткани слизистой кишечника (Пейеро$
вы бляшки, изолированные лимфоидные фол$
ликулы и мезентериальные лимфатические уз$
лы), могут Т$независимым образом переклю$
чать синтез иммуноглобулинов на IgA. Для это$
го необходима стимуляция их Toll$подобных ре$
цепторов и участие дендритных клеток, проду$
цирующих TGFβ, BAFF (В cell$activating factor)
и APRIL (a proliferation$inducing ligand). Пред$
полагают, что в случае Т$независимого синтеза
IgA в области lamina propria, необходимые для
этого молекулы, переключающие класс имму$
ноглобулинов, продуцируются непосредственно
самим эпителием – BAFF, APRIL, TSLP. Однако
1574
КИСЕЛЕВА
точная локализация этого процесса остается не$
известной.
Что же касается участия В1$лимфоцитов в
синтезе IgA у человека и вклада этих молекул в
общий пул секреторного IgA в слизистой желу$
дочно$кишечного тракта, то этот вопрос являет$
ся еще более дискуссионным [58]. У взрослого
человека, в отличие от мыши, В1$лимфоцитов
мало, так как они проявляют себя в основном в
эмбриональном периоде. До недавнего времени
считалось, что Т$независимое переключение
класса синтеза IgA невозможно [59]. В 2007 г. по$
явилась работа, в которой была показана воз$
можность переключения класса с IgM на IgA2 и
с IgA1 на IgA2 Т$независимым образом у челове$
ка с участием цитокина APRIL, продуцируемого
клетками кишечного эпителия [60]. Однако
проблема определения В1$лимфоцитов у челове$
ка остается до конца нерешенной, так как не су$
ществует единого мнения о том, что же такое В1$
лимфоциты и какими маркерами они характери$
зуются [58, 61].
РОЛЬ ИММУНОЛОГИЧЕСКИХ
ФАКТОРОВ В ПЕРЕДАЧЕ
СИМБИОНТНЫХ БАКТЕРИЙ
ПОТОМСТВУ
Вполне разумно предположить, что если жи$
вотные нашли для себя каких$то полезных бак$
терий, и состоялся взаимовыгодный симбиоз, то
будет предусмотрен механизм сохранения и пе$
редачи этих бактерий потомству. Действитель$
но, у насекомых существует множество спосо$
бов вертикальной передачи микробиоты [7].
Так, например, у пчел бактерии секретируются в
яйцевую камеру, где они захватываются личин$
ками; у муравьев они передаются через репро$
дуктивную ткань, находясь внутри специализи$
рованных клеток бактериоцитов, и затем внед$
ряются в ооциты; у навозных жуков специаль$
ные капсулы с симбионтными бактериями заг$
латываются новорожденными куколками; а у
других разновидностей навозных жуков бакте$
рии переносятся на поверхность яиц через спе$
циальный смазывающий орган.
Но, пожалуй, удивительнее всего происхо$
дит передача бактерий$эндосимбионтов Wiggles$
worthia у мухи це$це. Эти мухи являются живо$
родящими и имеют «молочную железу» для то$
го, чтобы кормить находящихся в матке личи$
нок молоком. Было показано, что бактерии
Wigglesworthia располагаются вокруг отверстия
молочной железы и передаются личинкам через
молоко [62]. Организм ребенка стерилен до рож$
дения. Считалось, что основным источником
заселения организма ребенка является микро$
биота матери при прохождении родовых путей,
а затем происходит попадание бактерий из ок$
ружающей среды. Молоко же рассматривали
как источник питательных веществ и защиту от
инфекций, и только недавно стали его рассмат$
ривать как важный фактор передачи симбионт$
ных бактерий и формирования биоценоза [8].
В 2012 г. впервые был исследован микробиом
женского молока, и было показано, что он
представляет собой самостоятельный биоценоз,
не похожий по составу на биоценозы других ор$
ганов человека [63]. Те же виды бактерий выде$
ляются из фекалий младенца. Один мл зрелого
молока содержит 103–104 бактерий (в молозиве
значительно больше). Учитывая, что ребенок
выпивает в день около 800 мл молока, он полу$
чает 105–107 бактерий ежедневно. Каким обра$
зом попадают бактерии в грудное молоко – не$
известно. Существует гипотеза о том, что они
могут переноситься из кишечника с помощью
макрофагов или дендритных клеток [8].
Естественное вскармливание играет важней$
шую роль в формировании кишечной микробио$
ты ребенка. В литературе высказывают мнение о
том, что молоко программирует создание ки$
шечного микробиоценоза и развитие иммунной
системы ребенка, и в этом участвуют иммуноло$
гические факторы [64, 65]. У насекомых в меха$
низмах передачи микробиоты участвует только
врожденный иммунитет, у человека – и врож$
денный, и приобретенный, и прежде всего это
клетки иммунной системы.
В 1 мл женского молока присутствует до 1 млн
клеток матери (в молозиве до 10 млн). В основ$
ном это макрофаги, но также содержится 5%
нейтрофилов и 10% лимфоцитов. Лимфоциты
представлены как Т$, так и В$клетками, боль$
шую часть из которых составляют клетки памяти.
Кроме того имеются CD8+$, CD4+$, CD4+CD25+$
лимфоциты, γδT$клетки, плазматические клетки.
Имеются данные (цитированные в статье Арво$
лы и соавт.), полученные на сельскохозяйствен$
ных и экспериментальных животных, свиде$
тельствующие о том, что лимфоциты и другие
клетки молока и молозива способны проходить
через кишечник новорожденных, проникать в
мезентериальные лимфоузлы и далее в циркуля$
цию, сохранять при этом жизнеспособность и
функциональную активность [66].
Одной из главных иммунологических сос$
тавляющих молока является секреторный IgA,
который относится к факторам адаптивного им$
мунитета. В молоке содержится до 1 г/л SIgA, в
молозиве – 5 г/л. Предполагают, что взаимодей$
ствие с материнскими IgA способствует адгезии
бактерий и имеет большое значение в период за$
БИОХИМИЯ том 79 вып. 12 2014
ВРОЖДЕННЫЙ ИММУНИТЕТ
селения кишечника у детей и образования мик$
робного биоценоза [45]. На важную роль IgA и
муцина в формировании биопленки указывают
и другие исследователи [67]. Муцин также при$
сутствует в молоке.
Другим мажорным компонентом молока, от$
носящимся уже к факторам врожденного имму$
нитета, является лактоферрин, содержание кото$
рого в молоке составляет 2 г/л, в молозиве – 7 г/л.
Лактоферрин представляет собой железо$свя$
зывающий гликопротеин, который традицион$
но рассматривается в литературе как бактерио$
статический фактор, препятствующий размно$
жению микроорганизмов за счет связывания не$
обходимого для их роста железа [29]. Однако в
последнее время роль этого фактора в молоке
была пересмотрена, и его стали представлять
как бифидогенный фактор [68].
Оказалось, что в зависимости от концентра$
ции железа в среде in vitro можно получить пол$
ностью противоположный эффект лактоферри$
на, заключающийся не в подавлении, а в стиму$
ляции роста бифидобактерий, причем опреде$
ленных видов. В качестве возможных механиз$
мов, объясняющих этот эффект, рассматривают
использование бактериями железа, связанного с
лактоферрином, для своего роста, полисахарид$
ных цепей лактоферрина – в качестве источника
энергии, а также ростстимулирующее действие
катионных пептидов, являющихся частью лак$
тоферрина. Кроме того показано, что содержа$
щиеся в молоке олигосахариды и лизоцим также
обладают бифидогенной активностью [68]. Би$
фидобактерии являются одним из главных ком$
понентов кишечного микробиоценоза у детей,
поэтому для восстановления их количества ус$
пешно применяют питание, содержащее бычий
лактоферрин.
Имеются данные о том, что лактоферрин
могут также использовать для своего размноже$
ния бактерии Helicobacter pylori, причем они ути$
лизируют железо избирательно только из лакто$
феррина человека, а не из бычьего лактоферри$
на. При этом трансферрин, который так же как
и лактоферрин входит в состав грудного молока,
источником железа для этих бактерий не явля$
ется [69]. В настоящее время к этому виду бакте$
рий отношение двойственное. С одной сторо$
ны, Helicobacter pylori рассматривают как фактор
риска развития язвы и рака желудка. С другой
стороны, эти бактерии должны приносить пользу
организму, иначе они не сохранились бы в сос$
таве нормальной микробиоты [70]. Действи$
тельно, присутствие этих бактерий необходимо
для стимуляции продукции двух важных гормо$
нов желудка – грелина и лептина, отсутствие
которых может вызывать заболевания пищево$
БИОХИМИЯ том 79 вып. 12 2014
1575
да. Имеются данные о том, что дети, не имею$
щие Helicobacter pylori, более чувствительны к
развитию астмы и аллергий [71].
Такие компоненты молока, как ростовые фак$
торы (эпидермальный фактор роста, EGF), гор$
моны, цитокины, полиненасыщенные жирные
кислоты и олигосахариды могут способствовать
созреванию и функционированию эпителиаль$
ных клеток кишечника ребенка [72]. Молоко че$
ловека имеет сложный состав, и изучение роли
отдельных его компонентов в формировании
кишечной микробиоты только начинается.
Симбиотические взаимоотношения с бакте$
риями существуют на Земле с давних времен,
распространены у многих растений и животных
и представляют собой важное достижение эво$
люции живых существ. Важную роль в этих от$
ношениях играет иммунная система, ответствен$
ная за поддержание целостности макроорганиз$
ма и охраняющая его от попадания ненужного
или вредного чужеродного материала. В отно$
шении симбионтов стратегия иммунного ответа
заключается в создании условий для формиро$
вания и поддержания микробного биоценоза с
одной стороны, а с другой – в обеспечении бе$
зопасности организма хозяина. Немаловажной
задачей является также сохранение и передача
полезных микроорганизмов потомству.
Ключевым молекулярным механизмом взаи$
модействия иммунной системы с нормальной
микробиотой является распознавание раствори$
мых микробных продуктов с помощью паттерн$
распознающих рецепторов. В отличие от взаимо$
действия с патогенами здесь нет прямого кон$
такта с бактериями, поскольку они отделены от
клеток иммунной системы эпителиальным барь$
ером. Можно предположить, что высокочувстви$
тельные и не опосредующие фагоцитоз Toll$подоб$
ные рецепторы как раз и были созданы природой
для взаимодействия с микроорганизмами на рас$
стоянии. Неслучайно в отношении этих рецепто$
ров и микробиоты в англоязычной литературе су$
ществует термин «microbe sensing», т.е. с помощью
паттерн$распознающих рецепторов клетки могут
«чувствовать» микробиоту, находясь под эпите$
лием. Лишь небольшая часть бактерий в тонкой
кишке фагоцитируется дендритными клетками
или проходит через М$клетки для запуска адап$
тивного иммунного ответа. В то же время все ос$
новные сигналы представлены не живыми бак$
териями, а их фрагментами или продуктами
жизнедеятельности и достигают клеток иммун$
ной системы, проходя через эпителий. Может
быть, для распознавания этих сигналов все клет$
ки иммунной системы, в том числе Т$ и В$лим$
фоциты, имеют Toll$подобные рецепторы.
1576
КИСЕЛЕВА
Именно барьерная ткань является первич$
ным звеном, контактирующим с бактериями.
В результате взаимодействия паттерн$распоз$
нающих рецепторов с MAMPs бактерий в
клетках эпителия запускается каскад внутри$
клеточной передачи сигнала, приводящий к
активации клетки. Интересно, что у растений,
беспозвоночных и млекопитающих это проис$
ходит похожим образом (табл. 2). Паттерн$
распознающий рецептор растений имеет некое
сходство с NOD$подобными рецепторами
млекопитающих.
Все этапы взаимодействия с симбионтными
бактериями наиболее полно изучены у бобовых
растений: микробный паттерн, рецептор, пути
проведения сигнала и результат этого взаимо$
действия. У человека не один, как у бобовых, а
сотни видов симбионтов, поэтому говорят в ос$
новном о действии суммарных микробных сиг$
налов. В литературе имеются лишь отдельные
указания на стимуляцию клеток кишечного
эпителия с помощью LPS и пептидогликанов,
участие в этом Toll$ и NOD$подобных рецепто$
ров, а также MyD88$зависимого пути и актива$
ции NF$κB.
Одной из первых реакций организма на при$
сутствие бактерий является продукция слизи. У
млекопитающих и беспозвоночных, кроме сли$
зи, микробные сигналы индуцируют в эпителии
также синтез антибактериальных пептидов, а у
млекопитающих – и цитокинов, суммарно
представляющих собой основные эффекторные
молекулы врожденного иммунитета. Важную
роль во взаимодействии эпителия с бактериями
играет также универсальная молекула NO.
Слизь является средой обитания и источником
энергии для микроорганизмов, антибактериаль$
ные пептиды защищают организм хозяина, ци$
токины формируют микроокружение для запус$
ка адаптивного иммунитета.
Следует отметить, что в отличие от взаимо$
действия с патогенами, активация паттерн$рас$
познающих рецепторов на клетках эпителия в
случае симбионтных взаимоотношений приво$
дит к морфогенетическим изменениям. Так, у
бобовых – это образование клубеньков, у каль$
Таблица 2. Сравнительная характеристика взаимодействия поверхностного эпителия с продуктами симбионтных бакте$
рий у растений, беспозвоночных и млекопитающих
Характеристика
Бобовые
Гавайский кальмар
Человек и мышь
MAMPs
липо$хито$олигосахарид
LPS и пептидогликан (TCT)
мало изучены (участие LPS, пеп$
тидогликана, липотейхоевой кис$
лоты)
Микроорганизмы
бактерии Rhizobium
бактерии V. fisheri
суммарный эффект микробиоты
Рецептор эпителия
богатая повторами лейцина
тирозинкиназа
неизвестен (у кальмаров
имеются PRR: PGRP, TLR,
LBP)
участие TLR и NLR
Путь проведения
сигнала
сигнальный каскад детально
изучен (через кальций$ и
кальмодулин$зависимые
протеинкиназы)
неизвестен (у кальмаров
имеется NF$κB путь)
участие MyD88$зависимого пути
и активации NF$κB
Результат на молеку$
лярном уровне
участие NO, активация син$
теза цитогормонов, подав$
ление синтеза этилена и
жасмоновой кислоты
активация синтеза нитр$
оксид$ и супероксид$анио$
нов, участие компонентов
комплемента
активация синтеза некоторых ан$
тибактериальных белков и пеп$
тидов, а также цитокинов, ангио$
генных факторов, белков плот$
ных контактов, защитных факто$
ров (белков теплового шока)
Синтез слизи
активация на раннем этапе
взаимодействия
активация на раннем этапе
взаимодействия
активация
Результат на тканевом
уровне
морфогенез, новообразова$
ния в виде клубеньков
морфогенез и образование
светящегося органа
дифференцировка и созревание
эпителия у детей, формирование
лимфоидной системы кишечника
Ссылки
[10, 13]
[9, 10, 11]
[4, 5, 14, 15, 16, 73, 74]
БИОХИМИЯ том 79 вып. 12 2014
ВРОЖДЕННЫЙ ИММУНИТЕТ
маров – светящегося органа, а у млекопитаю$
щих – формирование лимфоидной ткани ки$
шечника.
Основным эффекторным звеном адаптивно$
го иммунного ответа на микробную стимуляцию
является продукция секреторного IgA, в синтезе
которого частично принимают участие также и
клетки врожденного иммунитета. SIgA выделя$
1577
ется в просвет кишечника, где взаимодействует
с бактериями и участвует в формировании био$
пленки.
Таким образом, гомеостаз слизистых под$
держивается сложным переплетением реакций
врожденного и приобретенного иммунитета,
суммарный эффект которых направлен на сох$
ранение симбиоза.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Whitman, W.B., Coleman, D.C., and Wiebe, W.J. (1998)
Prokaryotes: the unseen majority, Proc. Natl. Acad. Sci.
USA, 95, 6578–6583.
2. McFall$Ngai, M. (2007) Care for the community, Nature,
445, 153.
3. Климович В.Б. (2002) Актуальные проблемы эволю$
ционной иммунологии, Журн. эвол. биох. физиол., 38,
442–451.
4. Brown, E.M., Sadarangani, M., and Finlay, B.B. (2013)
The role of the immune system in governing host$microbe
interactions in the intestine, Nature Immunol., 14,
660–667.
5. Hill, D.A., and Artis, D. (2010) Intestinal bacteria and the
regulation of immune cell homeostasis, Annu. Rev.
Immunol., 28, 623–667.
6. Josefowicz, S.Z., Lu, L.$F., and Rudensky, A.Y. (2012)
Regulatory T cells: mechanism of differentiation and func$
tion, Annu. Rev. Immunol., 30, 531–564.
7. Feldhaar, H., and Gross, R. (2009) Genome degeneration
affects both extracellular and intracellular bacterial
endosymbionts, J. Biol., 8, 31.1–31.5.
8. Fernandez, L., Langa, S., Martin, V., Maldonaldo, A.,
Jimenez, E., Martin, R., and Rodriguez, J.M. (2013) The
human milk microbiota: origin and potential roles in health
and disease, Pharmacol. Res., 69, 1–10.
9. Koropatnick, T.A., Engle, J.T., Apicella, M.A., Stabb,
E.V., Goldman, W.E., and McFall$Ngai, M.J. (2004)
Microbial factor$mediated development in a host$bacteri$
al mutualism. Science, 306, 1186–1188.
10. Wang, Y., Ruby, E.G. (2011) The roles of NO in micro$
bial symbioses, Cell Microbiol., DOI. 10.1111/j.1462$
5822.2011.01576.x.
11. Nyholm, S.V., and Graf, J. (2012) Knowing your friends:
invertebrate innate immunity fosters beneficial bacterial
symbioses, Nature Rev. Microbiol., 10, 815–827.
12. Medzhitov, R., and Janeway, C.A. (2002) Decoding the
patterns of self and nonself by innate immune system,
Science, 296, 298–300.
13. Ferguson, B.J., Indrasumunar, A., Hayashi, S., Lin, M.$
H., Lin, Y.$H., Reld, D.E., and Gresshoff, P.M. (2010)
Molecular analysis of legume nodule development and
autoregulation, J. Integr. Plant Biol., 52, 61–76.
14. Renz, H., Brandtzaeg, P., and Hornef, M. (2012) The
impact of perinatal immune development of mucosal
homeostasis and chronic inflammation, Nature Rev.
Immunol., 12, 9–23.
15. Hooper, J.V., and Gordon, J.L. (2001) Commensal host$
bacterial repationships in the gut, Science, 292,
1115–1118.
16. Stappenbeck, S., Hooper, L.V., and Gordon, J.I. (2002)
Developmental regulation of intestinal angiogenesis by
indigenous microbes via Paneth cells, PNAS, 99,
15451–15455.
2 БИОХИМИЯ том 79 вып. 12 2014
17. Hooper, L.V., Stappenbeck, T.S., Hong, C.V., Gordon, J.I.
(2003) Angiogenins: a new class of microbicidal proteins
involved in innate immunity, Nature Immunol., 4, 269–273.
18. Bollinger, R.R., Barbas, A.S., Bush, E.L., Lin, S.S., and
Parker, W. (2007) Biofilms in the large bowel suggest an
apparent function of the human vermiform appendix, J.
Theor. Biol., 249, 826–831.
19. Laurin, M., Everett, M.L., and Parker, W. (2011) The cecal
appendix: one more immune component with a function
disturbed by post$industrial culture, Anat. Record., 294,
567–579.
20. Atuma, C., Strugala, V., Allen, A., and Holm, L. (2001)
The adherent gastrointestinal mucus gel layer: thickness
and physical state in vivo, Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver
Physiol., 280, G922–G929.
21. Johansson, M.E.V., Phillipson, M., Petersson, J., Velcich,
A., Holm, L., and Hansson, G.C. (2008) The inner of the
two Muc2 mucin$dependent mucus layers in colon devoid
of bacteria, PNAS, 105, 15064–15069.
22. Johansson, M.E.V., Holmen Larsson, J.M., and Hansson,
G.C. (2011) The two mucus layers of colon are organized
by the MUC2 mucin, whereas the outer layer is a legislator
of host$microbial interactions, PNAS, 108, suppl. 1,
4659–4665.
23. Shan, M., Gentile, M., Yeiser, J.R., Walland, A.C.,
Bornstein, V.U., Chen, K., He, B., Cassis, L., Bigas, A.,
Cols, M., Comerma, L., Huang, B., Blander, J.M., Xiong,
H., Mayer, L., Berin, C., Augenlicht, L.H., Velcich, A.,
and Cerutti, A. (2013) Mucus enhances gut homeostasis
and oral tolerance by delivering immunoregulatory signals,
Science, 342, 447–453.
24. Frantz, A.L., Rogier, E.W., Weber, C.R., Shen, L., Cohen,
D.A., Fenton, L.F., Bruno, M.E.C., and Kaetzel, C.S.
(2012) Targeted deletion of MyD88 in intestinal epithelial
cells results in comрromised antibacterial immunity associ$
ated with downregulation of polymeric immunoglobulin
receptor, mucin$2, and antibacterial peptides, Mucosal
Immunol., 5, 501–512.
25. Burger$van Paassen, N., Vincent, A., Puiman, P.J., van der
Sluis, M., Bouma, J., Boehm, G., van Goudoever, J.B.,
van Seuningen, I., and Renes, I.B. (2009) The regulation
of intestinal mucin MUC2 expression by short$chain fatty
acids: implications for epithelial protection, Biochem. J.,
420, 211–219.
26. Steenwinckel, V., Louahed, J., Lemaire, M.M., Somme$
reyns, C., Warnier, G., McKenzie, A., Brombacher, F., Van
Snick, J., and Renauld, J.$C. (2009) IL$9 promotes IL$13$
dependent Paneth cell hyperplasia and up$regulation of
innate immunity mediators in intestinal mucosa, J.
Immunol., 182, 4737–4743.
27. Zhao, P., Xiao, X., Ghobrial, R.M., and Li, X.C. (2013)
IL$9 and Th9 cells: progress and challenges, Intern.
Immun., 25, 547–551.
1578
КИСЕЛЕВА
28. Salzman, N.H. (2011) Microbiota$immune system inter$
action: an uneasy alliance, Curr. Opin. Microbiol., 14,
99–105.
29. Кокряков В.Н. (2006) Очерки о врожденном иммуните$
те, Наука, СПб., 261 с.
30. Putsep, K., Axelsson, L.G., Boman, A., Midtvedt, T.,
Normark, S., Boman, H.G., and Andersson, M. (2000)
Germ$free and colonized mice generate the same products
from enteric prodefensins, J. Biol. Chem., 275, 40478–40482.
31. Karlsson, J., Putsep, K., Chu, H., Kays, R.J., Bevins, C.L.,
and Andersson, M. (2008) Regional variations in Paneth
cell antimicrobial peptide expression along mouse intestinal
tract, BMC Immunol., 9, DOI. 10.1186/1471$2172$9$37.
32. Menendez, A., Willing, B.P., Montero, M., Wlodarska,
M., So, C.C., Bhinder, G., Vallance, B.A., and Finlay, B.B.
(2013) Bacterial stimulation of the TLR$MyD88 pathway
modulates the homeostatic expression of ileal Paneth cell
α$defensins, J. Innate. Immun., 5, 39–49.
33. Kobayashi, K.S., Chamaillard, M., Ogura, Y., Henegariu,
O., Inohara, N., Nunez, G., and Flavell, R.A. (2005)
Nod2$dependent regulation of innate and adaptive immu$
nity in the intestinal tract, Science, 307, 731–734.
34. Cash, H.L., Whitham, C.V., Behrendt, C.L., and Hooper,
L.V. (2006) Symbiotic bacteria direct expression of an
intestinal bacterial lectin, Science, 313, 1052–1054.
35. Sanos, S.L., Bui, V.L., Mortha, A., Oberle, K., Heners, C.,
Johner, C., and Diefenbach, A. (2009) RORgammat and
commensal microflora are required for the differentiation
of mucosal interleukin$22 producing NKp46+ cells,
Nature Immunol., 10, 11–12.
36. Brandl, K., Pitas, G., Schnabl, B., DeMatteo, R.P., and
Pamer, E.G. (2007) MyD88$mediated signals induce the
bacterial lectin RegIII gamma and protect mice against
intestinal Listeria monocytogenes infection, J. Exp. Med.,
204, 1891–1900.
37. Otto, M. (2006) Bacterial evasion of antimicrobial peptides
by biofilm formation, Curr. Top. Microbiol. Immunol., 306,
251–258.
38. Bevins, C.L., Ganz, T. (2004) Antimicrobial peptides of
the alimentary tract of animals. In: Mammalian Host
Defense Peptides (Diamond, G., Laute, D., and Klein$
Paul, M., еds), UK, Cambridge University, pp. 161–188.
39. Scott, M.G., Davidson, D.J., Gold, M.R., Bowdish, D.,
and Hancock, R.E.W. (2002) The human antimicrobial
peptide LL$37 is a multifunctional modulator of innate
immune responses, J. Immunol., 169, 3883–3891.
40. Masuda, K., Nakamura, K., Yoshioka, S., Fukaya, R.,
Sakai, N., and Ayabe, T. (2011) Regulation of microbiota
by antimicrobial peptides in the gut, Adv. Otorhinolaryngol.,
72, 97–99.
41. Weaver, C.T., and Hatton, R.D. (2009) Interplay between
the Th17 and Treg cell lineages: a (co$)evolutionary per$
spective, Nature Rev. Immunol., 9, 883–889.
42. Matzinger, P. (2007) Friendly and dangerous signals: is the
tissue in control? Nature Immunol., 8, 11–13.
43. Turner, J.R. (2009) Intestinal mucosal barrier function in
health and disease, Nature Rev. Immunol., 9, 799–809.
44. Pickard, J.M., and Chervonsky, A.V. (2010) Sampling of
the intestinal microbiota by epithelial M cells, Curr.
Gastroenterol. Rep., 12, 331–339.
45. Everett, M.L., Palestrant, D., Miller, S.E., Bollinger, R.R.,
and Parker, W. (2004) Immune exclusion and immune
inclusion: a new model of host$bacterial interactions in the
gut, Clin. Appl. Immunol. Rev., 4, 321–332.
46. Macia, L., Thorburn, A.N., Binge, L.C., Marino, E.,
Rogers, K.E., Maslowski, K.M., Vieira, A.T., Kranich, J.,
and Mackay, C.R. (2012) Microbial influences on epithe$
lial integrity and immune function as a basis for inflamma$
tory diseases, Immunol. Rev., 245, 164–176.
47. Kruglov, A.A., Grivennikov, S.I., Kuprash, D.V., Winsauer,
C., Prepens, S., Seleznik, G.M., Ebert, G., Littman, D.R.,
Heikenwalder, M., Tumanov, A.V., and Nedospasov, S.A.
(2013) Nonredundant function of soluble LTα3 produced
by innate lymphoid cells in intestinal homeostasis, Science,
342, 1243–1246.
48. Pearson, C., Uhlig, H.H., and Powrie, F. (2012) Lymphoid
microenvironments and innate lymphoid cells in the gut,
Trends Immunol., 33, 289–296.
49. Sonnenberg, G.F., Fouser, L.A., and Artis, D. (2011)
Border patrol: regulation of immunity, inflammation and
tissue homeostasis at barrier surfaces by IL$22, Nature
Immunol., 12, 383–390.
50. Macpherson, A.J., Geuking, M.B., and McCoy, K.D.
(2012) Homeland security: IgA immunity at the frontiers of
the body, Trends Immunol., 33, 160–167.
51. Hepworth, M.R., Montichelli, L.A., Fung, T.C., Ziegler,
C.G.K., Grunberg, S., Sinha, R., Mantegazza, A.R., Ma,
H.$L., Crawford, A., Angelosanto, J.M., Wherry, E.J.,
Koni, P.A., Bushman, F.D., Elson, C.O., Eberl, G., Artis,
D., and Sonnenberg, G.F. (2013) Innate lymphoid cells
regulate CD4+ T$cell responses to intestinal bacteria,
Nature, 498, 113–117.
52. Smith, P.D., Smythies, L.E., Shen, R., Greenwell$Wild,
T., Gliozzi, M., and Wahl, S.M. (2011) Intestinal
macrophages and response to microbial encroachment,
Immunology, 4, 31–42.
53. Honda, K., and Takeda, K. (2009) Regulatory mechanisms
of immune responses to intestinal bacteria, Mucosal
Immunol., 2, 187–196.
54. Pena, J.A., and Versalovic, J. (2003) Lactobacillus rhamno$
sus GG decreases TNF$alpha production in lipopolysac$
charide$activated murine macrophages by contact$inde$
pendent mechanism, Cell Microbiol., 5, 277–285.
55. Iliev, I.D., Mileti, E., Matteoli, G., Chieppa, M., and
Rescigno, M. (2009) Intestinal epithelial cells promote
colitis$protective regulatory T$cell differentiation through
dendritic cell conditioning, Mucosal Immunol., 2, 340–350.
56. Mantis, N.J., Rol, N., and Corthesy, B. (2011) Secretory
IgA’s complex roles in immunity and mucosal homeostasis
in the gut, Mucosal Immunol., 4, 603–611.
57. Han, D., Walsh, M.C., Cejas, P.J., Dang, N.N., Kim, Y.F.,
Kim, J., Charrier$Hisamuddin, L., Chau, L., Zhang, Q.,
Bittinger, K., Bushman, F.D., Turka, L.A., Shen, H.,
Reizis, B., DeFranco, A.L., Wu, G.D., and Choi, Y.
(2013) Dendritic cell expression of the signaling molecule
TRAF6 is critical for gut microbiota$dependent immune
tolerance, Immunity, 28, 1–12.
58. Pabst, O. (2012) New concepts in the generation and func$
tions of IgA, Nature Rev. Immunol., 25, 139–143.
59. Snoeck, V., Peters, I.E., and Cox, E. (2006) The IgA sys$
tem: a comparison of structure and function in different
species, Vet. Res., 37, 455–467.
60. He, B., Xu, W., Santini, P.A., Polydorides, A.D., Chiu, A.,
Estrella, J., Shan, M., Shadbun, A., Villanacci, V., Plebani,
A., Knowles, D.M., Rescigno, M., and Cerutti, A. (2007)
Intestinal bacteria trigger T$cell$independent IgA2 class
switching by inducing epithelial cell secretion of the
cytokine APRIL, Immunity, 26, 812–826.
61. Brandtzaeg, P. (2013) Secretory IgA: designed for anti$
microbial defense, Front. Immunol., 4, 1–17.
62. Attardo, G.M., Lohs, C., Heddi, A., Alam, U.H.,
Yildirim, S., and Aksoy, S. (2008) Analysis of milk gland
structure and function in Glossina morsitans: milk protein
production, symbiont populations and fecundity, Insect.
Physiol., 54, 1236–1242.
63. Cabrera$Rubio, R., Collado, M.C., Laitinen, K.,
Salminen, S., Isolauri, E., and Mira, A. (2012) The human
milk microbiome changes over lactation and is shaped by
БИОХИМИЯ том 79 вып. 12 2014
ВРОЖДЕННЫЙ ИММУНИТЕТ
64.
65.
66.
67.
68.
maternal weight and mode of delivery, Am. J. Clin. Nutr.,
96, 544–551.
Field, C.J. (2005) The immunological components of
human milk and their effect on immune development in
infants, J. Nutr., 135, 1–4.
Chirico, G., Marzollo, R., Cortinovis, S., Fonte, C., and
Gasparoni, A. (2008) Antiinfective properties of human
milk, J. Nutr., 138, 1801S–1806S.
Arvola, M., Gustafsson, E., Svensson, L., Jansson, L.,
Holmdahl, R., Heyman, B., Okabe, M., and Mattsson, R.
(2000) Immunoglobulin$secreting cells of maternal origin
can be detected in B cell$deficient mice, Biol. Reprod., 63,
1817–1824.
Mathias, A., and Corthesy, B. (2011) N$glycans on secre$
tory component. Mediators of the interaction between
secretory IgA and Gram$positive commensals sustaining
intestinal homeostasis, Gut Microbes, 2, 287–293.
Oda, H., Wakabayashi, H., Yamauchi, K., and Abe, F.
(2014) Lactoferrin and bifidobacteria, Biometals, DOI.
10.1007/s10534$014$9741$8 (in press).
1579
69. Husson, M.O., Legrand, D., Spik, G., and Leclerc, H.
(1993) Iron acquisition by Helicobacter pylori: importance
of human lactoferrin, Infect. Immun., 61, 2694–2697.
70. Blaser, M. (2011) Stop the killing of beneficial bacteria,
Nature, 476, 393–394.
71. Chen, Y., and Blaser, M.J. (2007) Inverse associations of
Helicobacter pylori with asthma and allergy, Arch. Intern.
Med., 167, 821–827.
72. He, Y., Liu, S., Leone, S., and Newburg, D.S. (2014)
Human colostrum oligosaccharides modulate major
immunologic pathways of immature human intestine,
Mucosal. Immunol., DOI. 10.1038/mi.2014.20 (in press).
73. Rakoff$Nahoum, S., Paglino, J., Eslami$Varzaheh, F.,
Edberg S., and Medzhitov, R. (2004) Recognition of com$
mensal microflora by Toll$like receptors is required for
intestinal homeostasis, Cell, 118, 229–241.
74. Goto, Y., and Ivanov, I.I. (2013) Intestinal epithelial cells
as mediators of the commensal$host immune crosstalk,
Immunol. Cell Biol., 91, 204–214.
INNATE IMMUNITY –
A BASIS FOR SYMBIOTIC RELATIONSHIPS
E. P. Kisseleva
Institute for Experimental Medicine, Russian Academy
of Medical Sciences, ul. Akademika Pavlova 12, St. Petersburg
197376, Russia; fax: +7(812)234$9489,
E$mail: ekissele@yandex.ru
Received July 15, 2014
Contemporary data on the relationships of barrier tissues with normal microbiota in plants, animals, and humans are
discussed. Several homeostatic mechanisms that provide crosstalk with symbiotic bacteria at the epithelial surface and
innate immune cell level are described. The key step of this interaction is sensing of soluble microbial products via
pattern$recognition receptors on the host cells. The organism responds by production of mucus as well as by synthe$
sis of antimicrobial peptides and immunoregulatory molecules. The main immunological strategies towards symbiot$
ic bacteria are support of the microbial community on one hand, and providing host defense on the other hand. In
addition, an important task is to save and transmit beneficial microbes from mother to progeny.
Key words: normal microbiota, pattern$recognition receptors, epithelium, innate immunity, symbiotic relationships
БИОХИМИЯ том 79 вып. 12 2014
2*