Ученым давно известно, что иммунные клетки — нейтрофилы — ведут химическую войну, выделяя токсины для уничтожения вторгающихся в рану микроорганизмов. Но новая работа, опубликованная сегодня в Nature, раскрывает «дополнительную роль нейтрофилов, которую мы не оценили», говорит клинический иммунолог Ники Мутсопоулос, которая не принимала участия в исследовании. Результаты показывают, что нейтрофилы помогают в заживлении ран, а не просто являются иммунными «воинами», добавляет она.
Иммунные клетки накладывают на раны «повязки», чтобы защитить их от бактерий
Международная команда ученых показала, что иммунные клетки в коже сначала «прижигают» открытые раны, а потом накладывают «пластырь», чтобы предотвратить распространение вредных бактерий и чужеродных молекул от места травм.
Нейтрофилы (искусственно окрашенные) могут выделять осадок в виде кольца вокруг проколотой раны. Steve Gschmeissner/SPL
Нейтрофилы — самая большая группа клеток иммунной системы — лейкоцитов. Изо всех клеток иммунной системы нейтрофилов от 45 до 70 процентов. Нейтрофилы являются частью врожденного иммунитета. Их основная функция — фагоцитоз, то есть уничтожение патогенов. То, что они еще и залечивают раны, никто не ожидал.
Исследование также подчеркивает новую тактику, которую иммунная система использует для защиты организма, выходящую за рамки уничтожения микробов. Нейтрофилы «предотвращают конфликт, прежде чем вступают в эту биохимическую войну. Они создают структуры, чтобы отделить свое от чужого, чтобы удерживать патогены на расстоянии от здоровых клеток», — говорит соавтор исследования Андрес Идальго, иммунолог из Йельской школы медицины в Нью-Хейвене.
Многопрофильные иммунные клетки
Нейтрофил.
Известно, что нейтрофилы отравляют вторгающихся микробов и поглощают их. Но эти стратегии наносят «сопутствующий ущерб» организму, убивая здоровые клетки, говорит Андреас Идальго.
Чтобы выяснить, как работают нейтрофилы исследователи изучили образцы мышиной кожи, легких и кишечника — органов, которые контактируют с внешней средой и покрыты защитными слоями, помогающими отражать патогены и чужеродные вещества. Идальго и его коллеги обнаружили, что высокий процент нейтрофилов в этих тканях вырабатывает коллаген и другие белки, которые важны для формирования «внеклеточного матрикса», каркаса, который окружает клетки и придает тканям структуру. Напротив, нейтрофилы в крови коллаген не высвобождают.
Чтобы проверить, играют ли эти клетки роль в поддержании структуры кожи, исследователи создали мышей с аномально низким уровнем нейтрофилов, состоянием, известным как нейтропения. Команда обнаружила, что у этих мышей в коже были более тонкие коллагеновые волокна, чем у мышей с нормальным уровнем нейтрофилов, и что их кожа была более хрупкой. «В результате кожа стала гораздо более проницаемой, чем она и должна быть», — говорит Идальго.
Создатели барьера
Исследователи изучили роль нейтрофилов, вырабатывающих коллаген, в заживлении ран. Они прокалывали кожу на ушах мышей иглой и следили за тем, как менялись раны в течение девяти дней. Ученые увидели первую волну нейтрофилов, которые прибыли в рану, очистили ее от микробов и погибли в течение 24 часов.
Смесь маленьких зеленых капель смешивается с маленькими красными каплями, образуя круговой узор с отверстием посередине на белом фоне. Коллагеновое кольцо (красное) вокруг раны усеяно иммунными клетками, называемыми нейтрофилами (зелеными).
На второй день после травмы в ране появилась вторая волна нейтрофилов, и вот они уже могли вырабатывать коллаген, образуя видимые кольца внеклеточного матрикса вокруг мест проколов. Кольцо могло достигать одного миллиметра в диаметре. Это «как своего рода нейтрофильный пластырь, не позволяющий микробам проникнуть внутрь», — говорит Моутсопулос.
На третий день исследователи нанесли на раны потенциально опасную бактерию Staphylococcus aureus (золотистый стафилококк) и измерили, как она распространяется. У мышей с нормальным уровнем нейтрофилов и неповрежденными коллагеновыми кольцами бактерии оставались вблизи поверхности раны и не проникали в ткани. Но у мышей с нейтропенией бактерии проникали глубже и образовывали больше колоний.
Результаты открывают новые возможности лечения нейтропении. Люди с этим заболеванием могут иметь «рецидивы ран полости рта, язвы и замедленное заживление ран на коже», — говорит Моутсопулос. Новая работа показывает другой путь помимо снижения воспаления: можно повысить уровень нейтрофилов и это, вероятно, будет способствовать заживлению ран.