Лейкоци́ты (от др.-греч.λευκός — белый и κύτος — вместилище, тело; буквально белые клетки) — неоднородная группа различных по внешнему виду и функциям клеток кровичеловека и животных, выделенная по признакам наличия ядра и отсутствия самостоятельной окраски. Образуются в красном костном мозге, обнаруживаются во всём организме животного. Продолжительность жизни лейкоцита колеблется от нескольких часов до нескольких лет. Главная функция лейкоцитов — защита организма от патогенов и удаление продуктов разрушения тканей.
Пониженное или повышенное количество лейкоцитов в крови служит важным индикатором наличия патологического процесса. В норме число лейкоцитов у взрослого человека находится в пределах от 4 × 109/л до 1,1 × 1010/л, что составляет около 1 % общего объёма крови. Повышение уровня лейкоцитов (лейкоцитоз) часто происходит при инфекциях, реже — при раковых и иных заболеваниях. Пониженный уровень лейкоцитов (лейкопения) свидетельствует об ослаблении иммунной системы.
Вещества, вызывающие реакцию воспаления, привлекают новые лейкоциты к месту внедрения чужеродных тел. Уничтожая чужеродные тела и поврежденные клетки, лейкоциты гибнут в больших количествах. Гной, который образуется в тканях при воспалении, — это скопление погибших лейкоцитов.
По морфологическим признакам и биологическим функциям лейкоциты подразделяют на гранулоциты, или зернистые лейкоциты, и агранулоциты, или незернистые лейкоциты. Окрашивание гранулоцитов по Романовскому — Гимзе смесью кислого (эозин) и основного (азур II) выявляет в их цитоплазме наличие специфической зернистости (эозинофильной, базофильной или нейтрофильной у эозинофилов, базофилов, нейтрофилов соответственно), а также сегментированные ядра. Агранулоциты (моноциты и лимфоциты) имеют несегментированные ядра и не содержат цитоплазматических гранул. Процентное соотношение разных видов лейкоцитов в крови называют лейкоцитарной формулой, которая имеет важнейшее диагностическое значение[1].
Все лейкоциты — подвижные клетки, перемещающиеся с помощью псевдоподий. При движении лейкоцитов изменяется как форма самой клетки, так и форма её ядра, и лейкоциты могут проходить между клетками эндотелия и эпителия, преодолевать базальные мембраны и перемещаться по межклеточному матриксусоединительной ткани — именно в соединительной ткани они выполняют свои основные защитные функции. На скорость движения лейкоцитов влияют разнообразные химические и физические характеристики окружающей среды (температура, pH, химический состав и консистенция среды), а его направление определяется хемотаксисом под влиянием особых химических веществ (хемоаттрактантов). Главная функция лейкоцитов — защитная. Гранулоциты, в особенности, нейтрофилы и моноциты (а также их тканевая форма — макрофаги) способны к фагоцитозу и являются фагоцитами. Моноциты и макрофаги поглощают инородные вещества и продукты распада клеток и тканей, макрофаги и лимфоциты задействованы в иммунной защите[2].
Помимо фагоцитоза, антибактериальная активность нейтрофилов проявляется в виде особой формы программируемой клеточной гибели — нетоза. В ходе нетоза погибающий нейтрофил выбрасывает наружу хроматин вместе с бактерицидными белками, за счет чего клетки патогенов обездвиживаются и подвергаются действию антибактериальных белков[6].
Базофилы являются разновидностью лейкоцитов, которые участвуют в развитии аллергических реакций. Своё название базофилы получили из-за наличия в цитоплазме базофильных гранул. У человека доля базофилов от числа лейкоцитов в крови составляет 0,5 %. Диаметр базофилов в мазке крови составляет 11—12 мкм, в капле крови — 9 мкм[8]. Морфологически базофилы близки не только к другим гранулоцитам, но и к тучным клеткам, с которыми они тесно связаны функционально[9].
Вместе с эозинофилами и нейтрофилами они мигрируют в очаг аллергического воспаления из кровотока. Связывание иммуноглобулинов E с Fc-рецепторами на базофилах активирует их, и базофилы начинают выделять наружу содержимое гранул. Высвобождение содержимого гранул базофилов обеспечивает поддержание аллергического процесса, инициированного тучными клетками[9].
Основная функция эозинофилов заключается в борьбе с многоклеточнымипаразитами, кроме того, они участвуют в развитии аллергических реакций. Эозинофилы — довольно крупные клетки, достигают от 18 до 20 мкм в диаметре. Зрелые эозинофилы имеют ядро, разделённое на две части (двудольное), и крупные эозинофильные гранулы до 1 мкм в диаметре, содержащие белки с цитотоксическими свойствами. У здорового человека эозинофилы составляют от 0,5 % до 2 % от общего числа лейкоцитов[10].
Эозинофильность гранул в цитоплазме эозинофилов достигается за счёт главного щелочного белка[англ.] (англ.major basic protein, MBP). Главная роль эозинофилов заключается в борьбе с многоклеточными паразитами за счёт внеклеточного цитолиза их клеток. Многие белки, входящие в состав гранул эозинофилов, обладают токсичностью в отношении гельминтов: так, эозинофильный катионный белок встраивается в мембраны их клеток, нарушая их целостность. Эозинофильный катионный белок[англ.] (англ.eosinophilic cationic protein, ECP) и происходящий от эозинофилов нейротоксин[англ.] (англ.eosinophil-derived neurotoxin, EDN) являются РНКазами, а потому играют роль в противовирусной защите. MBP принимает участие в активации тучных клеток и базофилов, поэтому эозинофилы задействованы в развитии аллергических реакций. Кроме того, эозинофилы обладают регулирующей активностью, так как действуют на T-лимфоциты (T-клетки). Эозинофилы задействованы в положительной селекции T-клеток в тимусе, но их роль в этом процессе изучена плохо. Эозинофилы также обладают слабой фагоцитарной активностью. Помимо функций в иммунной системе, эозинофилы регулируют морфогенетические процессы, связанные с половым циклом самок и беременностью[11].
Моноциты, циркулирующие в кровотоке, резидентные макрофаги, локализованные в тканях, и дендритные клетки составляют систему мононуклеарных макрофагов, также известную как ретикулоэндотелиальная система. Эти клетки задействованы не только в работе иммунной системы: они также участвуют в развитии организма (онтогенезе) и удалении продуктов разрушения тканей[13].
У взрослого человека на долю моноцитов приходится 6—8 % общего числа лейкоцитов крови, кроме того, моноциты присутствуют в крови и селезёнке. Моноциты крупнее прочих лейкоцитов: в капле крови их диаметр составляет 9—12 мкм, а в мазке они сильно распластываются, и их диаметр достигает 18—20 мкм[14]. После выхода в кровь моноциты циркулируют в кровотоке 1—2 дня, после чего оседают в тканях и становятся резидентными макрофагами. Тем не менее моноциты сами по себе являются клетками врождённого иммунитета и несут патогенраспознающие рецепторы и рецепторы хемокинов[англ.], благодаря которым они могут перемещаться в очаг воспаления, где они секретируют провоспалительные цитокины и участвуют в фагоцитозе. Находясь в очаге воспаления, моноциты дифференцируются в воспалительные макрофаги и воспалительные дендритные клетки[15].
У взрослого человека лимфоциты составляют 20—35 % всех лейкоцитов. По размеру лимфоциты подразделяют на малые (диаметром 4,5—6 мкм), средние (диаметром 7—10 мкм) и большие (диаметром 10 мкм и более). Большие лимфоциты присутствуют только у новорождённых и детей, у взрослых 85—90 % составляют малые лимфоциты. Лимфоциты имеют интенсивно окрашенное округлое или бобовидное ядро и относительно узкую прослойку базофильной цитоплазмы[18].
Функционально лимфоциты относятся к адаптивной иммунной системе. Лимфоциты — единственный тип клеток в организме млекопитающих, дифференцировка которых сопровождается значительными перестройками генов, кодирующих антигенраспознающие рецепторы. По функциям и строению антиген-распознающих рецепторов лимфоциты подразделяют на T-лимфоциты и B-лимфоциты, также к лимфоцитам относят естественные киллеры, NKT-клетки[англ.] и некоторые другие группы иммунных клеток. Связывание антигенраспознающего рецептора лимфоцита с антигеном необходимо, но ещё недостаточно для запуска иммунного ответа. Помимо антигенраспознающих рецепторов, лимфоциты несут корецепторы, активация которых также необходима для развития иммунного ответа. Лимфоциты распознают антиген либо в нативном состоянии (B-лимфоциты), либо в модифицированном виде на поверхности антигенпрезентирующих клеток (T-лимфоциты). Запуск адаптивного иммунного ответа сопровождается дифференцировкой B-лимфоцитов в плазматические клетки, производящие антитела, в лимфоидных органах. T-клетки, как и B-клетки, выходят из кровотока и мигрируют в очаг воспаления, где непосредственно разрушают заражённые клетки или выделяют цитокины, стимулирующие другие лейкоциты, в том числе макрофаги, эозинофилы и естественные киллеры[19].
Важнейшая функция лейкоцитов — фагоцитоз, то есть поглощение клеткой крупных макромолекулярных комплексов или частиц. Главной функцией фагоцитоз является у четырёх групп лейкоцитов, которые называют «профессиональными» фагоцитами: нейтрофилов, моноцитов, макрофагов и дендритных клеток. Фагоцитоз начинается с миграции лейкоцитов из кровотока в очаг воспаления под действием хемоаттрактантов (хемотаксис), распознавания клеток патогенов и их прикрепления к лейкоцитам. Далее лейкоцит поглощает микроорганизм, и он оказывается внутри вакуоли — фагосомы, с которой сливаются гранулы лейкоцитов, несущие антибактериальные компоненты, в результате чего образуется фаголизосома[англ.]. В фаголизосоме образуются активные формы кислорода и азота (окислительный взрыв[англ.]), под их действием, а также под действием ферментов гранул микроорганизм погибает. Продукты разрушения микрорганизма выбрасываются наружу в ходе экзоцитоза, во время которого мембрана фаголизосомы встраивается обратно в клеточную мембрану. В случае макрофагов и дендритных клеток продукты расщепления антигенов, несомых микроорганизмов, презентируются T-лимфоцитам[20].
Проникновение лейкоцита из кровеносного сосуда в ткань наиболее изучено в случае нейтрофилов и включает стадии качения (роллинга), адгезии, распластывания и диапедеза. В ходе роллинга нейтрофил обратимо связывается с клетками эндотелия за счёт связывания селектинов эндотелиоцитов с гликопротеинами на поверхности лейкоцита. Адгезия включает в себя прочное присоединения нейтрофила к эндотелию за счёт связывания интегринов нейтрофила с иммуноглобулиноподобными[англ.] молекулами на поверхности эндотелия. Эти взаимодействия запускают перестройку цитоскелета нейтрофила, из-за которой происходит его распластывание. Диапедез заключается в проникновении нейтрофила между эндотелиоцитами за счёт взаимодействия специальных молекул на нейтрофиле и клетках эндотелия, а также за счёт выделения нейтрофилом металлопротеиназ[англ.], расщепляющих перемычки между эндотелиоцитами[21].
Развитие
Миелопоэз, в ходе которого образуются эритроциты, моноциты, гранулоциты, тромбоциты и предшественники моноцитов, происходит в миелоидной ткани[англ.], которую составляет красный костный мозг, залегающий в эпифизах трубчатых и полостях многих губчатых костей. Предшественники лимфоцитов из костного мозга мигрируют в лимфоидную ткань, расположенную в тимусе, селезёнке, лимфатических узлах[22].
Все форменные элементы происходят из популяции плюрипотентных стволовых кроветворных клеток, находящейся в костном мозге. Существуют две линии дифференцировки стволовых кроветворных клеток. Одна линия даёт начало мультипотентной[англ.]клетке-родоначальнице гранулоцитарного, эритроцитарного, моноцитарного и мегакариоцитарного рядов гемопоэза (эту клетку обозначают КОЕ-ГЭММ). Из второй линии происходит мультипотентная клетка-родоначальница лимфопоэза (КОЕ-Л). КОЕ-ГЭММ и КОЕ-Л дают начало олигопотентным и, далее, унипотентным клеткам-предшественницам. Гранулоциты и моноциты происходят от общей олигопотентной клетки КОЕ-ГМ. Моноциты, нейтрофилы, эозинофилы и базофилы происходят от соответствующих унипотентных клеток — КОЕ-М, КОЕ-Гн, КОЕ-Эо, КОЕ-Б. Плюрипотентные, мультипотентные, олигопотентные и унипотентные клетки-предшественницы морфологически неразличимы[23].
В развитии гранулоцитов (гранулопоэз) после стадии унипотентной клетки следует стадия миелобластов, которые дают начало промиелоцитам — клеткам с базофильной цитоплазмой, на стадии которых начинают появляться азурофильные гранулы. Из промиелоцитов образуются миелоциты, на стадии которых в цитоплазме появляются специфические гранулы и характерная для данного типа гранулоцитов зернистость. Миелоциты дают начало метамиелоцитам, которые, в отличие от клеток всех предыдущих стадий, не делятся. Метамиелоциты дают начало лейкоцитам — юным палочкоядерным и зрелым сегментоядерным. Все миелоциты, особенно дающие начало нейтрофилам, обладают выраженной фагоцитарной активностью, а на стадии метамиелоцита приобретают подвижность[24].
Лейкоциты беспозвоночных
У беспозвоночныхживотных лейкоциты (амёбоциты) содержатся в крови, гемолимфе и полостной жидкости. Наиболее многочисленная группа фагоцитов, имеющаяся у многих беспозвоночных, — крупные базофильные незернистые амёбоциты. Они способны к амебоидному движению и демонстрируют положительный хемотаксис к чужеродным поверхностям. Фагоциты беспозвоночных подробно описал Илья Ильич Мечников. Помимо незернистых амёбоцитов, у некоторых беспозвоночных, в частности, у полухордовых, имеется система гранулярных амёбоцитов. В их цитоплазме имеются многочисленные гранулы, а также особые микротрубочковые структуры диаметром 15—20 мкм. По химическому составу гранулы можно разделить на две группы. Гранулы первой группы имеются у амёбоцитов насекомых, ракообразных, асцидий, стрекающих и, вероятно, иглокожих. Эти гранулы содержат мономеры белка, способного к полимеризации, неактивный фермент, запускающий его полимеризацию, фенолы и неактивную в гранулах фенолоксидазу[англ.], а также мукополисахаридный матрикс, поддерживающий неактивное состояние в гранулах указанных ферментов. Активация происходит во время высвобождения содержимого гранул путём экзоцитоза, при этом мономерный белок полимеризуется и формирует плёнку, которую укрепляют хиноны, образующиеся при окислении фенолов фенолоксидазой. Функции гранулярных амёбоцитов различны в разных группах животных. Так, у асцидий благодаря формированию плёнки укрепляется вещество туники[англ.], у насекомых они участвуют в закупорке отверстий в наружных покровах, у ракообразных они обеспечивают инкапсуляцию гиф паразитических грибов. Гранулы второй группы, обнаруженные у приапулид и мечехвостов, не содержат фенолов и фенолоксидазы. У этих животных гранулярные амёбоциты обеспечивают свёртывание гемолимфы и защиту от чужеродных агентов[25].
Изучение форменных элементов крови стало возможным после изобретения сложного микроскопаЗахарием Янсеном около 1590 года. Хотя эритроциты были описаны ещё в 1658 году, лейкоциты долго оставались без внимания исследователей из-за своей относительной, по сравнению с эритроцитами, немногочисленности и прозрачности. Первое описание белых клеток крови выполнил французскийврачЖозеф Льето в 1749 году в посмертном материале, и в том же году другой французский доктор, Жан Батист Сенак, открыл белые клетки в составе гноя. Первое подробное описание форменных элементов крови и лимфы выполнил английскийхирургУильям Хьюсон[англ.] в 1773 году. Он отметил, что белые клетки крови гораздо менее многочисленны по сравнению с красными. Кровь больного лейкозом впервые описал Альфред Франсуа Донне[англ.] в 1839 году, отметив резкое увеличение количество в ней белых клеток. В 1843 году Уильям Эддисон[англ.] показал, что белые клетки, входящие в состав гноя, происходят от лейкоцитов крови. В 1863 году ассистент Рудольфа ВирховаФридрих Даниель фон Реклингхаузен описал амёбоидные свойства лейкоцитов — подвижность и способность к формированию псевдоподий. Чуть позднее Юлиус Фридрих Конгейм показал, что лейкоциты могут проникать через стенки капилляров за счёт амёбоидного движения. В 1879 году Пауль Эрлих разработал методы окрашивания клеток крови и выполнил их детальные морфологические описания. Кислые и основные красители, разработанные Эрлихом, позволили описать эозинофилы, нейтрофилы, базофилы и лимфоциты[35]. Фагоцитоз был детально изучен и назван Ильёй Ильичом Мечниковым в 1882 году, когда им же была установлена роль фагоцитов в защите от бактерий[36]. В 1908 году Пауль Эрлих и Илья Мечников разделили Нобелевскую премию по физиологии и медицине[37].
Афанасьев Ю. И., Кузнецов С. Л., Юрина Н. А., Котовский Е. Ф. и др. Гистология, цитология и эмбриология. — 6-е изд., перераб. и доп.. — М.: Медицина, 2004. — 768 с. — ISBN 5-225-04858-7.
Заварзин А. А. Основы сравнительной гистологии. — Л.: Издательство Ленинградского университета, 1985. — 400 с.
Хаитов Р. М. Иммунология: структура и функции иммунной системы. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2019. — 328 с. — ISBN 978-5-9704-4962-2.