Защитна роля на кожата и лигавиците

Кожата представлява най-големият орган в човешкото тяло. Тя покрива цялата външна повърхност на тялото, служейки като механична бариера срещу патогени, UV лъчи и химикали. Кожата също участва в регулирането на телесната температура и количеството вода, отделено в околната среда чрез потоотделяне и изпарение. В допълнение към тези защитни функции, кожата действа и като сензорен орган. Протективните функции на кожата могат да се класифицират допълнително като физическа, термична, имунна, ултравиолетова, антиоксидантна и антимикробна. Епидермиалният епител е механично, химически, биологично и имунологично активна бариера, подложена на непрекъснат търновър (епидермалната пролиферация на кератиноцитите, тяхната диференциация и достигане до роговия слой).

Архитектурата на нормалната кожа включва епидермис, дерма и хиподерма. Постоянните клетъчни популации, които съставят тези слоеве, могат да бъдат разделени на имунни и неимунни клетки. Неимунните клетъчни популации са важни за структурата и функцията на кожата, но също така допринасят за нейния имунитет, тъй като те осъгуряват първата обща бариера срещу инвазията на чужди микрооргнизми.

Епидермисът представлява най-външният слой на кожата, той е изграден от многослоен, плосък, вроговяващ епител. Епидермисът съдържа кератиноцити, дендритни клетки и клетки на Меркел. В епидермиса се разграничават четири клетъчния слоя:

• stratum basale;
• stratum spinosum;
• stratum granulosum;
• stratum corneum.

Първите три слоя съдържат ядрени клетки, а четвъртия - безядрени пластинки. Когато настъпи повреда на този кожен слой имунните клетки освобождават провъзпалителни медиатори и активират вродените ефекторни клетки, след което излизат към дрениращите лимфни възли, където срещат Т-лимфоцитите от придобитата имунна система.

Дермата се състои колагенови, еластинови влакна и основно вещество в което са вложени нерви, кръвоносни съдове, мускули, космени фоликули, мастни и потни жлези. Колагеновите и еластино влакна придават на кожата структура и еластичност. Дермата и епидермисът са разделени от дермо-епиделмална гранична зона.

Хиподермата се състои от съединително-тъканни повлекла, които образуват мрежа между дермата и подкожните фасции. Пространствата между влакната са изпълнени с мастни клетки. Подкожният мастен слой се състои главно от адипоцити, но също така съдържа нерви, кръвоносни и лимфни съдове.

Антимикробните системи в кожата са предимно медиирани от повърхностните липиди, подкиселяването на повърхността на кожата, протеините и антимикробните пептиди. Освен физическа бариера срещу нахлуващи микроорганизми кожата има способността да произвежда редица антимикробни пептиди и протеини, включително бета-дефензини, кателицидин LL-37 и лизозим, които участват в защитата на гостоприемника. Възпалителните медиатори като простагландини, ейкозаноиди, левкотриени, хистамини и цитокини се синтезират и секретират от кератиноцитите и регулират имунния отговор на кожата. UV-абсорбиращи молекули, включително меланин, метаболити на витамин D и С се експресират и в кератиноцитите и играят важна роля в термичните и UV-бариерните функции. Тези антимикробни агенти са силно активни срещу широк спектър от различни патогени като бактерии, вируси и гъбички. В допълнение към техните директни антимикробни функции срещу нахлуващи патогенни микроорганизми, антимикробните агенти имат и многобройни роли като медиатори на възпалението с ефектите върху епителните и възпалителни клетки, повлиявайки клетъчната пролиферация, зарастването на рани и хемотаксиса.

Антимикробните пептиди (AMPs), които играят основна роля при вродените защитни механизми на гостоприемника са обикновено малки, катионни полипептиди и инхибират растежа на микроорганизмите. В допълнение към директната антимикробна активност срещу различни бактерии, вируси и гъбички, AMPs също активират клетъчните и хуморални имунни отговори. В допълнение към тези пептиди свободните мастни киселини, глюкозилсерамидите и сфингозинът също осигуряват антимикробна бариера в кожата. Добре известно е, че рН на повърхността на кожата, която варира от рН 4,5 до рН 5,5, е леко кисела в сравнение с нормалното физиологично рН, "киселинната мантия" понастоящем се счита за решаваща при установяване на епидермална антимикробна бариера.

Човешката кожа многократно е изложена на различни вредни влияния от околната среда и поради това изисква включването на множество ендогенни механизми за защита, намаляване и възстановяване на такива щети. Тези механизми включват увеличаване на дебелината на епидермиса, механизми за възстановяване на ДНК и апоптоза, антиоксидантни ензими и не на последно място пигментация на кожата. Ултравиолетовото лъчение (UVR) е основният фактор на околната среда, който влияе върху функцията и оцеляването на много клетъчни типове и се счита за основен фактор за предизвикване на кожни тумори. Традиционно се смята, че пигментацията на кожата е най-важният фотозащитен фактор, тъй като меланинът, освен че функционира като широколентов UV абсорбент има антиоксидантни и радикало-поглъщащи свойства.

Имунни популации в кожата

Лангерхансови клетки, дермални дендритни клетки, макрофаги, мастоцити, NK-клетки и Т-клетки съставляват имунните популации на кожата. Клетките на Langerhans, дермалните дендритни клетки, макрофагите и Т-лимфоцитите регистрират наличието на инфекция или нараняване и инициират бърз, вроден имунен отговор, който включва набирането на ефекторни клетки.  Паметовите Т-лимфоцити могат да пребивават в епидермиса за много дълги периоди от време. Вродените ефектори (NK популации) осигуряват бърз, антиген-неспецифичен отговор, докато паметовите Т-клетки осигуряват бърз, антиген-специфичен отговор на паметта към вече познати патогени. Популациите от стромални клетки, такива като кератиноцити, фибробласти и ендотелни клетки, също участват в имунните отговори чрез регистриране на тъканното увреждане и продуциране на възпалителни цитокини. Инициирането на адаптивен имунен отговор се извършва от антиген-представящи клетки (АРС), които фагоцитират чуждородни протеини, обработват ги в разпознаваеми пептиди (антигени) и ги представят на Т-клетките чрез човешките левкоцитни антигени (HLA) клес I и HLA клас II молекули (човешки левкоцитен антиген клас I и II; типично, клас I представя вътреклетъчни антигени и клас II представя извънклетъчни антигени). Всички ядрени клетки в тялото експресират HLA I, осигурявайки важен механизъм за откриване на вирусни инфекции, както и злокачествена трансформация чрез директна комуникация с имунните клетки. HLA I представя антигени, които се произвеждат в клетката и позволява тяхното разпознаване от антиген-специфични Т-клетки чрез техния Т-клетъчен рецептор, което прави клетките податливи на цитотоксично Т-клетъчно медиирано убиване. Обикновено, ако тези антигени са от нормални протеини, те ще бъдат пощадени, процес наречен имунологична толерантност. Обаче, ако тези антигени са получени от вътреклетъчни патогени (като вируси), или ако антигенът е генериран след злокачествена трансформация на клетката, тогава тази клетка може да бъде убита, за да се предотврати по-нататъшно нараняване на гостоприемника.

Макрофагите са имунни клетки с висок фагоцитен капацитет и подвижност, те „почистват” отломки от мъртви или умиращи клетки, нахлуващи патогени и различни съединения, включително мастило за татуировки. Например, меланофагите представляват макрофаги, които съдържат фагоцитирани фрагменти на меланоцити и меланин, освободен в дермата след епидермално възпаление. Моноцитите са вид незрели макрофаги, които обикновено се намират в кръвообращението. Те могат да бъдат открити в кожата в отговор на инфекция или увреждане, където получават сигнали за диференциране в макрофаги. Гранулоцитите включват неутрофили (наричани още полиморфонуклеарни клетки или PMNs), еозинофили, базофили и мастоцити. Тези вродени имунни клетъчни популации могат да бъдат привлечени към кожата след освобождаване на хемокини и активиране на ендотелиума, което е часто срещано при механизма на възпаление в отговор на нарушаване на кожната бариера. Гранулоцитите са изпълнени с протеази, вазоактивни пептиди и антимикробни пептиди, които се освобождават при тяхната дегранулация.