تسرب الكريات البيضاء

عند التعرف على مسببات الأمراض وتنشيطها ، تطلق البلاعم المقيمة في النسيج المصاب السيتوكينات مثل إنترلوكين-1 ( IL-1) وعامل نخر الورم ألفا (TNFα) والكيموكينات . يحفز كل من إنترلوكين-1 وعامل نخر الورم ألفا والمتمم C5a ^{[ 1 ]} الخلايا البطانية للأوعية الدموية القريبة من موقع العدوى على التعبير عن جزيئات الالتصاق الخلوي ، بما في ذلك السليكتينات . وتتمركز الكريات البيضاء المنتشرة في الدم باتجاه موقع الإصابة أو العدوى نتيجة وجود الكيموكينات.

كما هو الحال مع الفيلكرو، ترتبط جزيئات الكربوهيدرات الموجودة على سطح الكريات البيضاء المتداولة بجزيئات السليكتين على الجدار الداخلي للوعاء الدموي، بتقارب ضعيف . يؤدي هذا إلى إبطاء حركة الكريات البيضاء وبدء تدحرجها على طول السطح الداخلي لجدار الوعاء. خلال هذه الحركة التدحرجية، تتشكل روابط مؤقتة وتنكسر بين السليكتين وجزيئاته المرتبطة .

على سبيل المثال، يُعبَّر عن الرابط الكربوهيدراتي لبروتين P-selectin، وهو الرابط البروتيني السكري P-selectin-1 (PSGL-1)، بواسطة أنواع مختلفة من الكريات البيضاء. يسمح ارتباط PSGL-1 على سطح الكرية البيضاء ببروتين P-selectin على سطح الخلية البطانية للكريات البيضاء بالتدحرج على طول سطح الخلية البطانية. يمكن التحكم في هذا التفاعل من خلال نمط الغلكزة لبروتين PSGL-1، بحيث يكون لبعض المتغيرات الغلكوزية من PSGL-1 ألفة فريدة لأنواع مختلفة من السليكتينات، مما يسمح في بعض الحالات للخلايا بالهجرة إلى مواقع محددة داخل الجسم (مثل الجلد). ^{[ 2 ]}

في الوقت نفسه، تُنشّط الكيموكينات التي تُفرزها البلاعم الكريات البيضاء المتدحرجة، مما يُؤدي إلى تحوّل جزيئات الإنتغرين السطحية من حالة الارتباط المنخفضة إلى حالة الارتباط العالية. ويتم ذلك من خلال التنشيط المجاور للإنتغرينات بواسطة الكيموكينات والعوامل الذائبة التي تُفرزها الخلايا البطانية. في حالة التنشيط، ترتبط الإنتغرينات بقوة بمستقبلات مُكمّلة موجودة على الخلايا البطانية، بألفة عالية. يُؤدي هذا إلى تثبيت الكريات البيضاء، وهو ما يختلف في الأوعية الدموية التي تتعرض لقوى قصّ مُختلفة نتيجة تدفق الدم.

تُعاد هيكلة الهياكل الخلوية لكريات الدم البيضاء بحيث تنتشر هذه الكريات فوق الخلايا البطانية. في هذه الحالة، تُمدد الكريات البيضاء أقدامًا كاذبة وتمر عبر الفجوات بين الخلايا البطانية. يُطلق على مرور هذه الخلايا عبر جدار الوعاء الدموي السليم اسم الانسلاخ الخلوي . ^{[ 3 ]} يمكن أن تتشكل هذه الفجوات من خلال تفاعل الكريات البيضاء مع البطانة، أو بشكل مستقل من خلال آليات البطانة. ^{[ 4 ]} يحدث عبور الكريات البيضاء عندما تتفاعل بروتينات PECAM ، الموجودة على سطحي الكريات البيضاء والخلايا البطانية، وتسحب الخلية بفعالية عبر البطانة. بمجرد عبورها البطانة، يجب على الكرية البيضاء اختراق الغشاء القاعدي . آلية الاختراق محل جدل، ولكنها قد تشمل الهضم البروتيني للغشاء، أو القوة الميكانيكية، أو كليهما. ^{[ 5 ]} تُعرف عملية الهروب الكاملة من جدار الوعاء الدموي باسم الانسلاخ الخلوي . بمجرد دخولها إلى السائل الخلالي ، تهاجر الكريات البيضاء على طول تدرج كيميائي نحو موقع الإصابة أو العدوى.

مراحل خروج الكريات البيضاء الموضحة في الرسم التخطيطي هي: الاقتراب، والالتقاط، والتدحرج، والتنشيط، والارتباط، وتقوية الارتباط والانتشار، والزحف داخل الأوعية الدموية، والهجرة بين الخلايا أو الهجرة عبر الخلايا.

تُعبَّر السليكتينات بعد فترة وجيزة من تنشيط الخلايا البطانية بواسطة البلاعم النسيجية بواسطة السيتوكينات. تُعبِّر الخلايا البطانية المنشطة في البداية عن جزيئات السليكتين-P، ولكن في غضون ساعتين من التنشيط، يُفضَّل التعبير عن السليكتين-E. ترتبط السليكتينات البطانية بالكربوهيدرات الموجودة على البروتينات السكرية عبر الغشاء الخلوي للخلايا البيضاء ، بما في ذلك سياليل-لويس ^إكس .

• السليكتينات P : يُعبَّر عن السليكتين P على الخلايا البطانية والصفائح الدموية المُنشَّطة . يمكن تحفيز تخليق السليكتين P بواسطة الثرومبين ، والليكوترين B4،وجزء المتممة C5a ، والهيستامين ، وعامل نخر الورم ألفا (TNFα)، أو عديد السكاريد الشحمي (LPS) . تحفز هذه السيتوكينات ظهور أجسام ويبيل-بالاد على السطح الخارجي للخلايا البطانية، مما يؤدي إلى ظهور السليكتينات P المُشكَّلة مسبقًا على سطح الخلية البطانية. ترتبط السليكتينات P بـ PSGL-1 كربيطة. ^{[ 6 ]}
• السيلكتينات E : يُعبَّر عن السيلكتين E على الخلايا البطانية المنشطة. ويتبع تخليق السيلكتين E فترة وجيزة من تخليق السيلكتين P، الذي تحفزه السيتوكينات مثل IL-1 وTNFα. ويرتبط السيلكتين E بـ PSGL-1 و ESL-1 .
• L-selectins : يتم التعبير عن L-selectins بشكل دائم على بعض الكريات البيضاء، ومن المعروف أنها ترتبط بـ GlyCAM-1 و MadCAM-1 و CD34 كروابط.

يؤدي تثبيط التعبير عن بعض السليكتينات إلى استجابة مناعية أبطأ. فإذا لم يُنتَج السليكتين L، فقد تكون الاستجابة المناعية أبطأ بعشر مرات، وذلك لأن السليكتينات P (التي يمكن أن تُنتَج أيضًا بواسطة الكريات البيضاء) ترتبط ببعضها البعض. ترتبط السليكتينات P ببعضها البعض بألفة عالية، ولكن هذا الارتباط أقل تكرارًا لأن كثافة مواقع المستقبلات فيها أقل مقارنةً بجزيئات السليكتين E الأصغر حجمًا. يؤدي هذا إلى زيادة سرعة تدحرج الكريات البيضاء الأولية، مما يُطيل مرحلة التدحرج البطيء.

تُعبَّر الإنتغرينات المشاركة في الالتصاق الخلوي بشكل أساسي على سطح الكريات البيضاء. ترتبط إنتغرينات β2 الموجودة على الكريات البيضاء المتدحرجة بجزيئات الالتصاق الخلوي البطاني ، مما يؤدي إلى توقف حركة الخلية.

• يوجد LFA-1 على الكريات البيضاء المنتشرة، ويرتبط بـ ICAM-1 و ICAM-2 على الخلايا البطانية
• يوجد Mac-1 على الكريات البيضاء المنتشرة، ويرتبط بـ ICAM-1 على الخلايا البطانية
• يوجد VLA-4 على الكريات البيضاء والخلايا البطانية، ويسهل عملية الانجذاب الكيميائي؛ كما أنه يرتبط بـ VCAM-1

يؤدي تنشيط الخلايا عبر الكيموكينات خارج الخلوية إلى إطلاق إنتغرينات β2 المُشكّلة مسبقًا من مخازنها الخلوية. تهاجر جزيئات الإنتغرين إلى سطح الخلية وتتجمع في بقع ذات ألفة عالية . ترتبط نطاقات الإنتغرين داخل الخلوية بالهيكل الخلوي للخلايا البيضاء، عبر توسط عوامل سيتوبلازمية مثل التالين ، وألفا-أكتينين ، والفينكولين . يُحدث هذا الارتباط تحولًا في البنية الثلاثية للإنتغرين ، مما يسمح بوصول الليغاند إلى موقع الارتباط. كما أن الكاتيونات ثنائية التكافؤ (مثل Mg²⁺ ) ضرورية لارتباط الإنتغرين بالليغاند ^.

يتم تنشيط ربيطات الإنتغرين ICAM-1 وVCAM-1 بواسطة السيتوكينات الالتهابية، بينما يُعبر عن ICAM-2 بشكل دائم بواسطة بعض الخلايا البطانية، ولكنه يُثبط بواسطة السيتوكينات الالتهابية. يشترك ICAM-1 وICAM-2 في نطاقين متماثلين في الطرف الأميني ؛ وكلاهما قادر على الارتباط بـ LFA-1.

أثناء الانجذاب الكيميائي، يتم تسهيل حركة الخلية عن طريق ارتباط β1 integrins بمكونات المصفوفة خارج الخلية : VLA-3 و VLA-4 و VLA-5 بالفيبرونيكتين و VLA-2 و VLA-3 بالكولاجين ومكونات المصفوفة خارج الخلية الأخرى.

يتم تنظيم عملية التسرب الوعائي بواسطة بيئة السيتوكينات الأساسية الناتجة عن الاستجابة الالتهابية ، وهي مستقلة عن مستضدات خلوية محددة . تحفز السيتوكينات التي تُفرز في الاستجابة المناعية الأولية توسع الأوعية الدموية وتخفض الشحنة الكهربائية على سطح الوعاء. يتباطأ تدفق الدم، مما يسهل الارتباط بين الجزيئات.

• ينشط الإنترلوكين-1 الخلايا اللمفاوية المقيمة والخلايا البطانية الوعائية
• يزيد عامل نخر الورم ألفا (TNFα) من نفاذية الأوعية الدموية وينشط بطانة الأوعية الدموية
• يشكل CXCL8 (IL-8) تدرجًا كيميائيًا يوجه الكريات البيضاء نحو موقع إصابة الأنسجة/العدوى ( يؤدي CCL2 وظيفة مشابهة لـ CXCL8، حيث يحفز ارتشاح الخلايا الوحيدة وتطورها إلى خلايا بلعمية كبيرة)؛ كما ينشط أيضًا بروتينات التكامل في الكريات البيضاء

في عام 1976، أظهرت صور المجهر الإلكتروني الماسح وجود مستقبلات توجيهية على أطراف تشبه الزغيبات الدقيقة في الكريات البيضاء، مما يسمح لها بالخروج من الأوعية الدموية والوصول إلى الأنسجة. ^{[ 7 ]} ومنذ تسعينيات القرن الماضي، دُرست هوية الروابط المشاركة في ارتشاح الكريات البيضاء بشكل مكثف. وأخيرًا، أمكن دراسة هذا الموضوع بدقة في ظل ظروف إجهاد القص الفيزيولوجي باستخدام حجرة تدفق نموذجية. ^{[ 8 ]} ومنذ التجارب الأولى، لوحظت ظاهرة غريبة، وهي أن تفاعلات الارتباط بين الكريات البيضاء وجدران الأوعية الدموية تزداد قوةً مع زيادة القوة. وقد وُجد أن السليكتينات (E-selectin، وL-selectin، وP-selectin) تشارك في هذه الظاهرة. ويبدو شرط عتبة القص غير بديهي، لأن زيادة القص ترفع القوة المطبقة على الروابط اللاصقة، ويبدو أن هذا من شأنه أن يزيد من قدرة الخلايا على الانفصال. ومع ذلك، تتدحرج الخلايا ببطء وانتظام أكبر حتى يتم الوصول إلى قص مثالي تكون عنده سرعة التدحرج في أدنى مستوياتها. لم يتم تفسير هذه الظاهرة المتناقضة بشكل مُرضٍ على الرغم من الاهتمام الواسع النطاق بها.

إحدى الفرضيات التي رُفضت في البداية، والتي بدأت تحظى باهتمام متزايد، هي فرضية "الرابطة المُثبِّتة"، حيث تُبطئ القوة المتزايدة المؤثرة على الخلية من معدلات انفصال الروابط وتُطيل من عمرها، مما يُثبِّت مرحلة تدحرج الكريات البيضاء أثناء خروجها من الأوعية الدموية. ^{[ 9 ]} لا يزال تعزيز التصاق الخلايا بفعل التدفق ظاهرة غير مُفسَّرة، وقد تنتج عن زيادة في معدلات الارتباط تعتمد على النقل، أو عن انخفاض في معدلات انفصال الروابط اللاصقة يعتمد على القوة. يتطلب بروتين L-selectin حدًا أدنى مُحددًا من القص للحفاظ على تدحرج الكريات البيضاء على بروتين P-selectin glycoprotein ligand-1 (PSGL-1) وغيره من الروابط الوعائية. وقد طُرحت فرضية مفادها أن القوى المنخفضة تُقلل من معدلات انفصال L-selectin–PSGL-1 (الروابط المُثبِّتة)، بينما تزيد القوى العالية من معدلات الانفصال (الروابط الانزلاقية). أظهرت التجارب أن انخفاض معدلات الانفصال، المرتبط بالقوة، هو ما يُحدد تدحرج الكريات المجهرية الحاملة لبروتين L-selectin أو العدلات على سطح PSGL-1، والذي يُعزز تدفق الدم. ^[5] تسمح روابط التثبيت بزيادة القوة لتحويل فترات عمر الروابط القصيرة إلى فترات عمر طويلة، مما يُقلل من سرعات التدحرج ويزيد من انتظام خطوات التدحرج مع ارتفاع القص من العتبة إلى القيمة المثلى. ومع زيادة القص، تُقصر التحولات إلى روابط الانزلاق فترات عمر الروابط، وتزيد من سرعات التدحرج، وتقلل من انتظام التدحرج. يُفترض أن التغيرات المرتبطة بالقوة في فترات عمر الروابط تُحكم التصاق الخلايا المعتمد على بروتين L-selectin، سواءً عند القص الأدنى أو الأعلى. تُثبت هذه النتائج وظيفة بيولوجية لروابط التثبيت كآلية لتعزيز التصاق الخلايا بفعل تدفق الدم. ^{[ 10 ]} في حين يبدو أن الكريات البيضاء تُظهر سلوك روابط التثبيت مع زيادة التدفق، مما يؤدي إلى خطوات التثبيت والتدحرج في ارتشاح الكريات البيضاء، إلا أن الالتصاق القوي يتحقق من خلال آلية أخرى، وهي تنشيط الإنتغرين.

تُلاحظ أمثلة بيولوجية أخرى لآلية الارتباط الالتصاقي في البكتيريا التي تلتصق بإحكام بجدران المسالك البولية استجابةً لسرعات السوائل العالية وقوى القص الكبيرة المؤثرة على الخلايا والبكتيريا ذات الأطراف اللاصقة من الزوائد الخيطية. ^{[ 9 ] [ 11 ]} تُظهر الآليات التخطيطية لكيفية تسبب زيادة قوة القص في تفاعلات ارتباط أقوى بين البكتيريا والخلايا المستهدفة أن الارتباط الالتصاقي يعمل بشكل مشابه جدًا لفخ الأصابع الصيني. ففي الارتباط الالتصاقي، تسحب القوة المؤثرة على الخلية الطرف اللاصق للزائدة الخيطية ليُغلق بإحكام أكبر على الخلية المستهدفة. ومع ازدياد قوة هذه القوى، تزداد قوة الرابطة بين الزائدة الخيطية ومستقبل الخلية على سطح الخلية المستهدفة. ^{[ 11 ]} أما في الارتباط الخفي، فتتسبب القوة في دوران الزائدة الخيطية باتجاه الخلية المستهدفة، مما يُتيح لها مواقع ارتباط أكثر قادرة على الارتباط بروابط الخلية المستهدفة، وخاصة جزيئات السكر. وهذا يُؤدي إلى تفاعل ارتباط أقوى بين البكتيريا والخلية المستهدفة.

تُعدّ حجرات التدفق ذات الألواح المتوازية من أكثر حجرات التدفق شيوعًا لدراسة تفاعل الكريات البيضاء مع الخلايا البطانية في المختبر. وقد استُخدمت في الأبحاث منذ أواخر ثمانينيات القرن الماضي. ^{[ 12 ]} على الرغم من أهمية حجرات التدفق في دراسة تدحرج الكريات البيضاء، إلا أنها تُعاني من عدة قيود عند دراسة الظروف الفيزيولوجية داخل الجسم الحي، نظرًا لعدم توافقها مع هندسة الجسم الحي، بما في ذلك نسبة الحجم/العرض (الأوعية الدموية الدقيقة مقابل نماذج الأوعية الكبيرة)، وظروف التدفق (مثل التدفقات المتقاربة مقابل المتباعدة عند نقاط التفرع)، كما تتطلب أحجامًا كبيرة من الكواشف (حوالي مل) نظرًا لكبر حجمها (ارتفاع > 250  ميكرومتر وعرض > 1 مليمتر). ^{[ 13 ]} مع ظهور الأجهزة القائمة على تقنية الموائع الدقيقة، تم التغلب على هذه القيود. طورت شركة أبحاث ديناميكا الموائع الحسابية (CFDRC) نموذجًا جديدًا للمحاكاة المختبرية يُسمى SynVivo، وهو عبارة عن شبكة وعائية دقيقة اصطناعية (SMN)، باستخدام عملية الطباعة الحجرية اللينة القائمة على متعدد ثنائي ميثيل سيلوكسان (PDMS). تستطيع هذه الشبكة محاكاة الأوعية الدموية المعقدة داخل الجسم الحي، بما في ذلك الخصائص الهندسية وظروف التدفق وأحجام الكواشف، مما يوفر بيئة واقعية بيولوجيًا لدراسة سلوك الخلايا أثناء عملية التسرب الوعائي، بالإضافة إلى تطبيقات توصيل الأدوية واكتشافها. ^{[ 14 ] [ 15 ]}