close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Клеточная иммунология

код для вставкиСкачать
ОСНОВЫ КЛЕТОЧНОЙ ИММУНОЛОГИИ
1. Краткая характеристика основных этапов развития Т- и В-систем иммунитета
Развитие Т- и В-систем иммунитета включает в себя два основных этапа: доантигенный и постантигенный.
Доантигенный этап формирования специфического иммунитета состоит из комплекса событий, обеспечивающих:
> онтогенетическую закладку систем Т- и В-иммунитета
> формирование Т- и В-лимфоцитов из стволовых кроветворных клеток предшественников в кроветворных органах (В-лимфоциты образуются в красном костном мозге, а Т-лимфоциты - в корковом веществе тимуса). Образующиеся в кроветворных органах Т- и В-лимфоциты, хотя и являются уже специфичными, коммитированными на определенный антиген, функционально подготовленными клетками, способными взаимодействовать с определенным антигеном, однако, они еще не окончательно зрелые (т.н. наивные лимфоциты), не способные обезвреживать антиген
> формирование специфических клонов Т- и В-лимфоцитов, каждый из которых взаимодействует только с одной из великого множества антигенных детерминант
> элиминация клонов лимфоцитов, коммитированных на собственные антигены
> дифференцированное заселение лимфоцитами периферических лимфоидных органов и тканей.
Постантигенный этап формирования специфического иммунитета связан с прямым функционированием Т- и В-систем, которое возникает после контакта наивных лимфоцитов с определенными, стерически соответствующими их антигенраспознающим рецепторам антигенными детерминантами. Этот этап включает следующие события:
> распознавание антигена функционально незрелыми (наивными) Т- и В-лимфоцитами, усиление миграции лимфоцитов, коммитированных на данный антиген, в место его локализации
> ответную реакцию наивных лимфоцитов на антиген, проявляющуюся в виде их пролиферации и дифференцировке до зрелых эффекторных клеток (плазматических клеток, Т-киллеров, Т-хелперов, Т-клеток воспаления)
> собственно эффекторную фазу иммунного ответа, состоящую в нейтрализации и уничтожении антигена, а также формировании Т- и В-клеток памяти после первичного контакта с антигеном.
Таким образом, доантигенный этап развития специфического иммунитета обеспечивает формирование антигенспецифических клонов окончательно незрелых Т- и В-лимфоцитов, каждый из которых настроен на взаимодействие с каким-то определенным антигеном (одновременно происходит элиминация "запрещенных" клонов, настроенных на собственные молекулы организма, что лежит в основе развития иммунологической толерантности к собственным тканям). Постантигенный этап формирования специфического иммунитета связан с работой сформированных на доантигенном этапе клонов Т- и В-лимфоцитов после их встречи с антигенами и служит одним из проявлений иммунологической реактивности.
2. Характеристика механизмов клеточного специфического иммунитета
(Т-системы иммунитета)
Т-система иммунитета включает:
* тимус (корковое его вещество, являющееся местом дифференцировки потомков стволовой клетки, мигрирующих из красного костного мозга и являющихся предшественниками Т-лимфоцитов (т.н. пре-Т-клеток), до потенциально зрелых форм (стадии наивных Т-лимфоцитов, проявляющих специфичность в отношении определенного антигена, но при этом еще не способных развить иммунный ответ)
* различные субпопуляции собственно зрелых Т-лимфоцитов (Т-киллеров, Т-клеток воспаления, Т-хелперов, Т-супрессоров (в настоящее время рассматриваются не как самостоятельная субпопуляция, а как разновидность Т-киллеров, в некоторых случаях приобретающих способность подавлять иммунные реакции), Т-клеток памяти). Распределение Т-лимфоцитов в периферических органах иммунной системы различно. Так, в лимфатических узлах более 70% клеток представлено Т-лимфоцитами, среди которых 30% составляют Т-киллеры, а 40% - Т-хелперы. В органах, несущих основную нагрузку по продукции антител, - селезенке, лимфоидных фолликулах - Т-лимфоциты составляют не более 30% от общего количества лимфоцитов. Заселение периферических лимфоидных органов Т-лимфоцитами контролируется целым набором адгезивных молекул, представленных как на поверхности Т-лимфоцитов, так и на поверхности эндотелия сосудов и клеток тех органов, которые заселяются лимфоцитами. Основными адгезивными молекулами являются селектины, интегрины, муциноподобные молекулы, адгезины суперсемейства иммунноглобулинов и ряд других. Причем процесс перехода Т-лимфоцитов из крови в паренхиму лимфоидных органов включает несколько этапов, предполагающих взаимодействие Т-лимфоцита с эндотелием венул и последующее проникновение Т-лимфоцита через эндотелий в паренхиму органа
* группу цитокинов, продуцируемых преимущественно зрелыми Т-лимфоцитами (хотя некоторые цитокины могут продуцироваться и наивными Т-лимфоцитами). При этом Т-лимфоциты продуцируют около 20 цитокинов из примерно 30, вырабатываемых лимфоцитами.
Краткая функциональная характеристика наиболее изученных цитокинов
Цитокины представляют собой группу эндогенных регуляторов белковой природы, продуцируемых определенными клетками и имеющих отношение к
* регуляции иммунного ответа,
* осуществлению взаимодействия между различными иммуннокомпетентными клетками при реализации иммунного ответа,
* уничтожению некоторых антигенных субстанций (в частности, опухолевых клеток)
* регуляции кроветворения,
* течению воспалительного процесса.
В настоящее время обнаружено и в определенной степени изучено около 40 цитокинов, продуцируемых определенными клетками организма:
* различными разновидностями лейкоцитов,
* тучными клетками,
* фибробластами,
* эндотелием сосудов,
* ретикулоэпителиоцитами тимуса,
* ретикулярными клетками красного костного мозга и рядом других.
Цитокины принимают участие в регуляции иммунного ответа на всех этапах его развития:
* пролиферация и дифференцировка предшественников функционально активных иммунокомпетентных клеток,
* переработка и презентация антигена в иммуногенной форме на поверхности антигенпрезентирующих клеток,
* пролиферация антигенчувствительных лимфоцитов,
* дифференцировка В-клеток в плазматические,
* переключение синтеза иммуноглобулинов с одного изотипа на другой,
* обеспечение созревания предшественников Т-киллеров до зрелых эффекторов,
* индукция цитотоксичности у макрофагов.
* некоторые из цитокинов активно участвуют в воспалительной реакции и острофазном ответе, обеспечивая элиминацию опухолевых клеток.
На основании структурных особенностей и биологического действия все цитокины делят на несколько самостоятельных групп:
* гемопоэтины
* интерфероны
* цитокины суперсемейства иммуноглобулинов (характеризуются доменной организацией подобно таковой цепей иммунноглобулинов)
* цитокины семейства факторов некроза опухолей (ФНО)
* хемокины.
Иммуннорегуляторное действие цитокинов начинает проявляться преимущественно при антигенной или митогенной стимуляции и носит разнонаправленный характер в зависимости от иммуннологической ситуации и типов клеток, принимающих участие в иммунных реакциях. Наиболее изученными цитокинами являются следующие.
Интерлейкин-1. Синтезируется:
* фагоцитирующими (т.е. активными) макрофагами,
* микроглией,
* эндотелиальными клетками,
* отчасти Т- и В-лимфоцитами,
* фибробластами,
* естественными киллерами,
* кератиноцитами,
* нейтрофилами.
При этом активация продукции интерлейкина-1 в этих клетках стимулируется различными индукторами, в качестве которых могут выступать компоненты клеточной стенки бактерий и цитокины, появляющиеся в очаге воспаления. Биологические эффекты интерлейкина-1 реализуются через взаимодействие с рецепторами, представленными на поверхности клеток-мишеней, в качестве которых могут выступать:
* Т-хелперы,
* В-лимфоциты,
* макрофаги,
* естественные киллеры,
* нейтрофилы,
* фибробласты,
* базофилы и тучные клетки,
* эндотелий сосудов
* ряд других клеток (в том числе, клетки печени, поджелудочной железы, мозга, мышечной ткани, опухолевые клетки).
Одним из наиболее существенных эффектов интерлейкина-1 является стимуляция пролиферации антигенчувствительных Т-лимфоцитов, индуцируемая опосредованно путем стимуляции синтеза интерлейкина-2 и интелейкина-4 Т-хелперами, а также рецепторов к этим интерлейкинам в клетках-мишенях. Кроме того, интерлейкин-1 оказывает опосредованное стимулирующее влияние на антигензависимую дифференцировку стимулированных антигеном В-лимфоцитов путем усиления синтеза в них рецепторов к интерлейкину-2. Наконец, интерлейкин-1 помимо участия в специфическом иммунном реагировании, принимает участие и в реализации неспецифических защитных механизмов (участвует в формировании местной воспалительной реакции и острофазного ответа при инфекционном поражении, стимулирует фагоцитоз, хемотаксис, цитотоксичность макрофагов, оказывает хемотаксическое действие на нейтрофилы, стимулирует частичное выделение содержимого их гранул в межклеточные пространства, индуцирует дегрануляцию тучных клеток и базофилов, стимулирует продукцию гепатоцитами компонента С3 системы комплемента и фактора В). Влияние интерлейкина-1 на красный костный мозг заключается в стимуляции пролиферации полипотентных предшественников гемопоэза, а на эндотелиальные клетки сосудов - в стимуляции их пролиферации, изменении экспрессии поверхностных эндотелиальных антигенов, усилении адгезии различных лейкоцитов на поверхности эндотелия.
Интерлейкин-2. Вырабатывается:
* Т-хелперами,
* Т-клетками воспаления
* окончательно незрелыми CD4-Т-лимфоцитами
* кроме того, около 20% интерлейкина-2 продуцируется Т-киллерами.
Секреция интерлейкина-2 стимулируется:
* антигенами, взаимодействующими с Т-лимфоцитами
* гормонами тимуса (в частности, тимозином)
* повышением внутриклеточной концентрации кальция в Т-лимфоцитах, продуцирующих интерлейкин-2.
Мишенями регуляторного действия интерлейкина-2 являются следующие типы клеток, имеющие специфические рецепторы к данному цитокину:
* различные субпопуляции Т-лимфоцитов
* В-лимфоциты
* макрофаги
* естественные киллеры.
Основным эффектом интерлейкина-2 на покоящиеся и стимулированные антигеном клетки является стимуляция их пролиферации, в связи с чем его рассматривают как типичный ростовой фактор клеток лимфо-миелоидного комплекса. В частности, интерлейкин-2 стимулирует рост Т-, В-клеток, естественных киллеров.
Интерлейкин-3 (мультипотентный колониестимулирующий фактор). Продуцируется:
* преимущественно Т-хелперами
* отчасти Т-киллерами
* ретикулоэпителиоцитами тимуса.
Служит ростовым фактором для многих гемопоэтических клеток на ранних этапах их дифференцировки. В частности, способствует образованию из ранних предшественников всех гемопоэтических ростков дифференцировки:
* лимфоидного (стимулирует дифференцировку предшественников лимфоцитов как до стадии пре-Т-клеток, так и до стадии пре-В-клеток, на которой они начинают экспрессию поверхностного IgМ определенной специфичности),
* моноцитарного,
* гранулоцитарного,
* мегакариоцитарного,
* эритроидного.
Интерлейкин-4. В отличие от других цитокинов проявляет видовую специфичность (в частности, интерлейкин-4 человека оказывает влияние только на клетки человека и обезьян). Вырабатывается:
* окончательно незрелыми CD4-Т-лимфоцитами (Т-хелперами, стимулированными митогеном и проходящими антигензависимую дифференцировку)
* тучными клетками
* неидентифицированными клетками стромы костного мозга.
Мишенями для интерлейкина-4 выступают:
* различные субпопуляции Т-клеток
* В-клетки
* макрофаги
* фибробласты
* нормальные киллеры
* тучные клетки
* костномозговые предшественники гемопоэза.
Интерлейкин-4 выступает в качестве плейотропного регулятора в иммунной системе, поскольку способен воздействовать на различные клетки-мишени. Так, его влияние на В-лимфоциты проявляется в стимуляции их пролиферации. При этом интерлейкин-4 не оказывает какого-либо влияния на покоящиеся В-лимфоциты, но стимулирует пролиферацию В-лимфоцитов, активированных каким-то из специфических индукторов для них (в частности, интерлейкином-2). Кроме того, интерлейкин-4 усиливает продукцию Ig G и Е плазматическими клетками. При этом, для того, чтобы определенный клон плазматических клеток ответил на интерлейкин-4 усилением продукции Ig G и Е, необходима стимуляция этих клеток еще и антигеном (специфическая стимуляция) или каким-то митогеном (неспецифическая стимуляция). Наряду с влиянием на В-клетки, интерлейкин-4 оказывает стимулирующее влияние на пролиферацию различных субпопуляций Т-клеток, но при этом, аналогично влиянию на В-клетки, для реализации действия этого интерлейкина на Т-лимфоциты необходима предварительная их стимуляция антигеном или митогеном. Действие интерлейкина-4 на макрофаги состоит в усилении экспрессии молекул МНС II класса, что предопределяет усиление их антигенпредставляющей функции, и Fc-рецепторов для Ig G. Наконец, в комплексе с другими ростовыми факторами, интерлейкин-4 усиливает митотическое деление костно-мозговых клеток-предшественников. Так, в комплексе с гранулоцитарным колониестимулирующим фактором интерлейкин-4 обеспечивает более активное размножение гранулоцитарного и моноцитарного ростков дифференцировки, в комплексе с эритропоэтином - эритроидных предшественников, с интерлейкином-1 - клеток-предшественников мегакариоцитарного пути развития.
Интерлейкин-5. Продуцируется преимущественно Т-хелперами, стимулированными митогеном или антигеном. Покоящиеся CD4-Т-лимфоциты не экспрессируют ген, кодирующий интерлейкин-5. Основной мишенью для интерлейкина-5 является активированная специфическим митогеном или антигеном В-клетка, на которую он оказывает косвенное стимулирующее пролиферацию действие. Такое действие интерлейкина-5 на стимулированный антигеном или митогеном В-лимфоцит достигается путем усиления в нем экспрессии гена, кодирующего рецептор для интерлейкина-2, в результате чего В-лимфоцит становится более чувствительным к главному ростовому для него фактору - интерлейкину-2. Наряду с косвенным ростовым эффектом интерлейкина-5 на В-лимфоциты, данный цитокин усиливает продукцию антител активированными антигеном или митогеном В-лимфоцитами и их потомками - плазматическими клетками (в наибольшей степени - продукцию в плазматических клетках секреторного Ig А). Действие интерлейкина-5 затрагивает и Т-клетки: в присутствии интерлейкина-2 он индуцирует генерацию цитотоксических Т-лимфоцитов. Кроме того, интерлейкин-5 стимулирует пролиферацию и дифференцировку костномозговых предшественников эозинофилов, а также усиливает образование супероксидантов в них и хемотаксис зрелых эозинофилов.
Интерлейкин-6. По многообразию клеточных источников продукции и мишеней биологического действия интерлейкин-6 является одним из наиболее активных цитокинов, участвующих в реализации иммунного ответа и воспалительной реакции. В частности, источниками интерлейкина-6 выступают:
* Т-хелперы
* моноциты и макрофаги
* фибробласты
* эндотелиальные клетки
* кератиноциты.
При этом активный синтез интерлейкина-6 этими клетками начинается сразу после воздействия на них бактерий, вирусов, митогенов, различных медиаторов воспаления, и сам интерлейкин-6 выступает в качестве раннего медиатора воспаления.
Спектр биологического действия интерлейкина-6 достаточно широк и реализуется не путем стимуляции пролиферативной активности клеток-мишененй, а в результате обеспечения под его влиянием дифференцировки лимфоцитов на поздних стадиях развития. Так, интерлейкин-6 определяет переход предшественников Т-киллеров в зрелые эффекторные клетки, способные обеспечить лизис клеток-мишеней. В условиях вирусного заражения организма интерлейкин-6 усиливает экспрессию молекул МНС I класса, способствуя тем самым более эффективной активации Т-киллеров и подготовке вирусинфицированных клеток к цитолитическому действию зрелых Т-киллеров.
Кроме того, выступая в роли костимулятора, интерлейкин-6 подготавливает пролиферативный ответ Т-клеток на митоген или антиген, а также стимулирует продукцию интерлейкина-2 Т-хелперами, распознавшими антиген.
Наряду с Т-клетками, дифференцирующая активность интерлейкина-6 распространяется и на В-клетки. В частности, данный цитокин способствует трансформации подготовленных к синтезу антител В-клеток в активно продуцирующие антитела плазматические клетки, но при этом не оказывает влияния на пролиферацию В-клеток, стимулированных антигеном (т.е. на течение ранних этапов антигензависимого лимфоцитопоэза В-лимфоцитов).
Интерлейкин-6 оказывает влияние на гепатоциты, депрессируя в них гены, кодирующие белки острой фазы воспаления. Таким образом данный цитокин ограничивает выраженность острых воспалительных реакций. Вместе с тем, интерлейкин-6 обладает пирогенными свойствами и стимулирует выброс АКТГ гипофизом, тем самым активируя ось "гипофиз-кора надпочечников", индуцирующую многие проявления стрессовых реакций.
Следовательно, совокупность свойств интерлейкина-6 как фактора дифференцировки ставит его в единый ряд с наиболее важными эндогенными регуляторами иммунных и воспалительных процессов в организме.
Интерлейкин-7. Продуцируется стромальными элементами костного мозга. Мишенью для интерлейкина-7 выступают незрелые предшественники В-клеточного пути развития (клетки же более продвинутые и начавшие экспрессию поверхностного иммунноглобулина, не проявляют чувствительности к интерлейкину-7). Ростстимулирующая активность интерлейкина-7 распространяется и на незрелые пре-Т-клетки костного мозга и тимуса.
Таким образом, основными особенностями интерлейкина-7 являются ограниченность его тканевой локализации (клетки стромы костного мозга и, возможно, тимуса) и направленность действия (только на незрелые формы Т- и В-клеточного путей развития).
Интерлейкин-8. Продуцируется:
* макрофагами
* лимфоцитами
* эпителиальными клетками
* фибробластами
* клетками эпителия кожи.
Подобно другим цитокинам, является индуцебельным белком: его продукция индуцируется после воздействия на продуцирующие интерлейкин-8 клетки митогенов, в качестве которых могут выступать интерлейкин-1, 2 и 3, фактор некроза опухолей и другие.
Относится к группе хемокинов: обеспечивает хемотаксис в очаг воспаления различных типов клеток: нейтрофилов, моноцитов, эозинофилов, Т-клеток. Кроме того, интерлейкин-8 усиливает адгезивные свойства нейтрофилов, изменяя экспрессию адгезивных соединенй в них.
Таким образом, способность интерлейкина-8 вызывать миграцию клеток в очаг воспаления и способствовать их лучшей адгезии на эндотелии сосудов в воспаленном участке определяет его участие в острой воспалительной реакции в месте проникновения патогена.
Интерлейкин-10. Продуцируется Т-клетками воспаления, усиливает экспрессию молекул II класса МНС, подавляет продукцию цитокинов Т-клетками воспаления.
Интерлейкин-12. Вырабатывается активированными В-клетками и макрофагами. Стимулирует превращение CD4-Т-клеток в Т-клетки воспаления.
Факторы некроза опухолей (ФНО). В зависимости от происхождения выделяют 2 их разновидности:
* фактор некроза опухолей α (вырабатывается активированными макрофагами), оказывает повреждающее действие на большинство опухолевых клеток in vivo и in vitro
* фактор некроза опухолей β (лимфотоксин, продуцируется активированными Т-клетками воспаления), индуцирует киллинг клеток, активацию эндотелиальных клеток и макрофагов.
Гены, кодирующие эти два фактора, близко сцеплены между собой и локализованы у человека в 6-й паре гомологичных хромосом. Покоящиеся макрофаги и лимфоциты не продуцируют факторы некроза опухолей, секреция этих факторов начинается только после воздействия индукторов, наиболее активными из которых являются бактерии и компоненты их стенки.
Цитотоксическое действие факторов некроза опухолей на опухолевые клетки связано с их способностью вызывать деградацию ДНК и нарушение функционирования митохондрий. Причем литический эффект ФНО на опухолевые клетки усиливается в присутствии интерферонов. В частности, интерфероны усиливают экспрессию рецепторов к ФНО в опухолевых клетках, тем самым повышая их чувствительность к ФНО.
Гранулоцитмакрофагальный колониестимулирующий фактор. Продуцируется Т-клетками воспаления и макрофагами. Стимулирует рост и дифференцировку гранулоцитов и моноцитов в красном костном мозге.
Макрофагингибирующий фактор (МИФ). Вырабатывается Т-лимфоцитами. Выступает в качестве хемоаттрактанта для моноцитов: привлекает их в очаг воспаления и подавляет их миграцию из очага воспаления обратно в сосудистое русло.
Семейство интерферонов, принимающих участие не только в противовирусной неспецифической защите, но и в разносторонней регуляции иммунного ответа. В зависимости от происхождения и особенностей строения различают следующие типы интерферонов:
* интерферон γ. Вырабатывается Т-клетками воспаления, окончательно незрелыми CD4-Т-лимфоцитами, естественными киллерами. Оказывает активирующее влияние на макрофаги, усиливает экспрессию молекул МНС
* интерферон α. Вырабатывается макрофагами и нейтрофилами. Оказывает противовирусное действие, усиливает экспрессию молекул МНС I класса
* интерферон . Продуцируется фибробластами. Подобно интерферону α, оказывает противовирусное действие, усиливает экспрессию молекул МНС I класса
Таким образом, несмотря на разнообразие цитокинов, их функции могут частично перекрываться. В целом, вся эта большая группа эндогенных регуляторов обеспечивает самые разнообразные клеточные процессы, такие, как пролиферация, дифференцировка, хемотаксис, формирование очага воспаления, переключение синтеза иммунноглобулинов, изменение экспрессии рецепторов для определенных стимуляторов и т.д.
2.1. Доантигенный этап развития Т-лимфоцитов
Доантигенный (первичный) Т-лимфоцитопоэз осуществляется в корковом веществе тимуса из пре-Т-клеток или малодифференцированных лимфобластов, мигрирующих из красного костного мозга. При этом в процессе превращения пре-Т-клетки в наивный специфичный Т-лимфоцит, наряду с митотическими делениями, происходит и изменение экспрессии фенотипических Т-клеточных маркеров. В частности, первые мигранты из красного костного мозга - пре-Т-клетки - представляют собой малодифференцированные лимфобласты, имеющие определенный набор поверхностных молекул, но лишенные основных поверхностных маркеров дифференцировки Т-лимфоцитов: СD4 и CD8-корецепторов, типичных соотвественно для Т-хелперов/Т-клеток воспаления и Т-киллеров. В связи с отсутствием на поверхности малодифференцированных лимфобластов специфических рецепторов Т-лимфоцитов (СD4 и CD8) их называют "двойными негативами". Эти клетки заселяют верхнюю часть коры тимуса - субкапсулярную его зону и в полностью сформированном тимусе составляют незначительный его пул (5% от общего количества тимоцитов).
Взаимодействие малодифференцированного лимфобласта с эпителиоретикулоцитами субкапсулярной области индуцирует экспрессию в нем первого специфического маркера Т-клеток: СD2, который обладает адгезивными свойствами и относится к суперсемейству иммунноглобулинов. Лимфобласты субкапсулярной зоны тимуса, находясь в тесном контакте с эпителиоретикулоцитами, от которых получают питательные вещества и микроэлементы, активно пролиферируют и завершают свой путь развития в данной зоне умеренной экспрессией СD4, CD8-молекул, а также -субъединиц специфического Т-клеточного рецептора (ТКР), после чего перемещаются в более глубокие слои коркового вещества тимуса. При этом в субкапсулярной зоне в результате взаимодействия пролиферирующих лимфобластов с эпителиоретикулоцитами происходит первое реорганизационное событие в исходном наборе генов, кодирующих -цепь ТКР - один из 2-х D-генных сегментов, кодирующих вариабельный домен -цепи, случайным образом объединяется с одним из 12-ти J-сегментов, в результате чего образуется информационный DJ-локус. После этого на уровне субкупсулярной зоны в развивающихся Т-лимфоцитах происходит второе реорганизационное событие - объединение одного из 30 V-генов с сформированным DJ-локусом, что приводит к формированию полноценного информационного VDJ-локуса, кодирующего вариабельный домен -цепи ТКР. На этом этапе развития Т-лимфоцитов синтезируемая -цепь ТКР еще остается в цитоплазме.
В результате взаимодействия таких Т-лимфоцитов, мигрирующих из субкапсулярной зоны, с эпителиоретикулоцитами коры происходит активная одновременная экспрессия на их поверхности корецепторов СD4, CD8, а также полноценного ТКР, состоящего из α- и -цепей, в связи с чем Т-лимфоциты на данной стадии дифференцировки называют "двойными позитивами". При этом в качестве сигнала, индуцирующего реорганизационные события в генах, кодирующих α-цепь (образование информационного VJ-локуса), а, следовательно, образование полноценного ТКР, а также выход на клеточную поверхность СD4 и CD8-рецепторов, служит синтезированная -цепь ТКР. Взаимодействие же развивающихся Т-лимфоцитов с ретикулоэпителиальными клетками глубоких слоев коркового вещества тимуса сопровождается положительной селекцией Т-лимфоцитов, приводящей к сохранению только тех Т-лимфоцитов, ТКР которых обладают некоторым сродством к молекулам МНС I или II класса, представленным на поверхности ретикулоэпителиоцитов. В частности, на стадии умеренной экспрессии ТКР Т-лимоциты представляют собой сырой материал для отбора. В коре тимуса, содержащей ретикулоэпителиальные клетки, экспрессирующие молекулы МНС как I, так и II класса, происходят основные селекционные события. Сущность их заключается в том, что если Т-лимфоциты обладают некоторым сродством к молекулам МНС I или II класса, то они подвергаются дальнейшей дифференцировке. Развитие же Т-лимфоцитов, ТКР которых вообще не соотвествует специфичностям молекул МНС, завершается в тимусе. Но при этом, если клетка не выдержала первичного положительного отбора, она еще некоторое время (3-4 суток) сохраняет жизнеспособность и продолжает реорганизовывать гены α-цепи, представляя несколько иные, чем исходно, по специфичности ТКР. Иными словами, Т-лимфоцит путем изменения пространственной структуры α-цепей пытается подогнать структуру своих ТКР таким образом, чтобы иметь возможность вступать во взаимодействие с антигенсвязывающим участком МНС, который служит для представления антигенного пептида. Без этого дополнительного механизма реорганизации генов α-цепи гибель Т-лимфоцитов в результате положительной селекции в тимусе была еще более высокой по сравнению с существующей (в норме погибает до 95% от образующихся Т-лимфоцитов на стадии положительной селекции).
Определяющую роль в положительной селекции Т-лимфоцитов играет степень сродства ТКР Т-лимфоцита к молекуле МНС. Если это сродство очень велико, то такой Т-лимфоцит подвергается апоптозу. В том же случае, если это сродство Т-лимфоцита к собственным молекулам МНС существует, но относительно не велико, он сохраняется в результате положительной селекции. Если же Т-лимфоцит вообще не проявляет сродства к какому-то из классов МНС, то он уничтожается в результате положительной селекции, поскольку будет нереакционноспособен.
Вместе с тем, на этапе формирования клонов Т-лимфоцитов, способных взаимодействовать с одной из молекул МНС, процесс их дифференцировки не заканчивается. Т-лимфоциты, прошедшие положительную селекцию, первоначально экспрессируют как СD4-, так и CD8-корецепторы. Но как только отбор на специфичность произошел, Т-лимфоцит теряет один из корецепторов. В частности, если ТКР Т-лимфоцита вывявил специфичность к молекулам МНС I класса, то сохраняется корецептор CD8, но утрачивается CD4 (т.е. дифференцируется предшественник Т-киллера). В случае, если в результате положительной селекции выявилось сродство ТКР Т-лимфоцита к молекулам МНС II класса, то в них продолжается экспрессия CD4, но прекращается экспрессия CD8 (клетка дифференцируется в предшественник Т-хелпера или Т-клетки воспаления). Таким образом, по мере дальнейшего доантигенного созревания Т-клетки после первичной селекции постепенно (в нижних участках коркового вещества, расположенных на границе с мозговым, в т.н. корково-медуллярной зоне) утрачивают один из видов корецепторов СD4 или CD8 (превращаются из "двойных позитивов" в "одинарные позитивы"), в результате чего появляются наивные специфичные Т-лимфоциты двух основных субпопуляций: СD4-ТКР-клетки (Т-хелперы или Т-клетки воспаления) и CD8-ТКР (Т-киллеры), часть которых мигрирует в мозговое вещество тимуса, а часть - в периферические лимфоидные органы. Дальнейшая антигензависимая дифференцировка СD4-Т-лимфоцитов в Т-хелперы или Т-клетки воспаления будет зависеть от того, с комплексом "антигенная детерминанта-молекула МНС II класса" какой клетки (В-лимфоцита или макрофага) провзаимодействует СD4-Т-лимфоцит. В случае взаимодействия с антигенным комплексом, представленным на поверхности В-лимфоцита, СD4- клетка
Основные этапы доантигенного развития Т-лимфоцитов
Исходная стадия
субкапсулярная зона коркового вещества тимуса
малодифференцированные лимфобласты, мигрирующие из красного костного мозга
(ЛИШЕНЫ основных поверхностных маркеров дифференцировки Т-лимфоцитов:
СD4 и CD8-корецепторов, "двойные негативы")
превратится в Т-хелпер, а при взаимодействии с антигенным комплексом, представленным на поверхности макрофага, - в Т-клетку воспаления.
Кроме того, в корково-медуллярной зоне на стадии "двойных позитивов" происходит и отрицательная селекция Т-лимфоцитов, заключающаяся в элиминации Т-лимфоцитов, проявляющих сродство к собственным молекулам, ассоциированным с молекулами МНС. Фенотип Т-лимфоцитов, не прошедших отбор на специфичность (положительную или отрицательную селекцию), соотвествует двойным позитивам (СD4CD8) и указывает на незавершенность дифференцировки.
Таким образом, Т-лимфоциты, погибающие в тимусе, не выдерживают два условия положительной селекции (проявляют либо очень высокую аффинность ТКР к молекулам МНС, либо вообще ее не проявляют), либо проявляют реакции на собственные антигены, в результате чего элиминируются отрицательной селекцией. Меньшая же часть популяции Т-лимфоцитов, прошедших жесткие условия отбора на специфичность, покидает тимус и расселяется в периферических органах иммунной системы. Весь путь доантигенного развития Т-лимфоцитов создает потенциал для возможной в будущем (в периферических органах иммунной системы) встречи с различными чужеродными антигенами, но при этом исключает выход в циркуляции наивных Т-лимфоцитов, настроенных на собственные антигены и тех клеток, которые не проявляют сродства к молекулам МНС, в результате чего окажутся неспособными взаимодействовать с комплексами "антигенная детерминанта-молекула МНС" на поверхности антигенпрезентирующих клеток, а, значит, и неспособными пройти антигензависимую дифференцировку, превратится в зрелые и развить иммунный ответ.
2.2. Механизмы активации наивных Т-лимфоцитов
В отличие от В-системы иммунитета, которая нейтрализует антиген посредством гуморальных факторов (антител), Т-система иммунитета непосредственно уничтожает антигены, представленные на клетках, через прямое взаимодействие своих определенных эффекторных форм Т-лимфоцитов с чужеродными или измененными собственными клетками. Причем Т-лимфоциты, в отличие от В-лимфоцитов, распознают не нативные антигены, а какие-то их фрагменты (антигенные детерминанты), ассоциированные с собственными молекулами организма (молекулами МНС I или II классов) и представленные на поверхности антигенпрезентирующих клеток - макрофагов, дендритных клеток, В-лимфоцитов. Макрофаги не имеют гистологически определенного места локализации и широко представлены не только во всей лимфоидной ткани, но и в рыхлой волокнистой соединительной ткани большинства полых и неполых органов. Дендритные клетки типичны для лимфоидной ткани лимфатических узлов, лимфоидных фолликулов и селезенки. В-лимфоциты концентрируются в неинкапсулированных лимфоидных фолликулах соединительной ткани, лимфоидных фолликулах лимфатических узлов и белой пульпы селезенки, а также диффузно встречаются в рыхлой волокнистой соединительной ткани органов. Функция антигенпрезентирующих клеток заключается в придании антигену иммуногенных свойств с целью последующего его распознавания Т-лимфоцитами. В частности, антиген первоначально фагоцитируется антигенпредставляющей клеткой или проникает в нее путем пиноцитоза, после чего подвергается предварительной обработке (расщеплению) ее ферментами (ферментами лизосом в случае фагоцитоза антигенного материала или ферментами протеосомного комплекса цитоплазмы в случае пиноцитоза), а затем в комплексе с собственными молекулами МНС представляется на поверхности антигенпрезентирующей клетки.
Первичное распознавание предварительно обработанного макрофагами антигена осуществляется функционально незрелыми, наивными Т-лимфоцитами, для которых, во-первых, уже характерна специфичность (они имеют антигенраспознающий рецептор, характеризующийся определенной пространственной структурой и способный вступать в контакт со строго определенной антигенной детерминантой), а, во-вторых, внутритимусная дифференцировка Т-лимфоцитов уже обусловила их определенные свойства, а, следовательно, и принадлежность к определенной субпопуляции Т-лимфоцитов (CD4- или CD8 Т-клетки). Созревание наивных Т-лимфоцитов в зрелые, функционально активные (армированные), Т-клетки происходит в периферических органах иммунной системы. В частности, антигены, проникшие через кожу и слизистые оболочки, попадают в лимфоидные фолликулы соединительной ткани, а затем с током лимфы могут быть занесены в ближайшие лимфатические узлы. Если же антиген оказывается в кровотоке, то он, как правило, накапливается в селезенке.
Оказавшийся в лимфоидной ткани антиген провоцирует усиление рециркуляции лимфоцитов. При этом огромное количество наивных лимфоцитов, поступающих с током крови, а в лимфатический узел - и с током лимфы, в лимфоидную ткань, покидает ее, поскольку не проявляет специфичности в отношении находящихся там антигенов, в связи с чем не образует прочных контактов с макрофагами и дендритными клетками и возвращается в циркуляцию. И только очень малая доля приносимых в лимфоидную ткань лимфоцитов оказывается способной к специфическому взаимодействию с антигенными детерминантами, фиксированными на поверхности антигенпрезентирующих клеток, вступает в прочные связи с ними, подвергается антигензависимой активации и превращается в зрелые эффекторные клетки. Так, только 1 из 105 наивных Т-лимфоцитов, проникающих в лимфатический узел, оказывается способным к специфическому взаимодействию и начинает активироваться после контакта с антигенной детерминантой, остальные же наивные Т-лимфоциты покидают лимфатический узел и продолжают циркулировать по организму в поисках своих специфических антигенов.
Проникновению лимфоцитов в периферические ткани, в том числе лимфоидную ткань, способствуют определенные рецепторы на поверхности эндотелиальных клеток сосудов, плотность которых особенно велика в эндотелии венул лимфоидной ткани. Благодаря этим рецепторам на уровне венул происходит взаимодействие определенных рецепторов лимфоцитов с соответствующими рецепторами эндотелия венул, что обуславливает резкое замедление движения лимфоцитов по венулам, их пристеночное расположение и облегчает последующий переход в окружающие ткани. После проникновения лимфоцитов из сосудистого русла в лимфоидную или рыхлую волокнистую соединительную ткань они начинают не специфически благодаря определенным своим рецепторам (LFA-1) вступать во взаимодействие с рецепторами макрофагов (ICAM-рецепторы), что обеспечивает некоторую задержку лимфоцитов у поверхности антигенпрезентирующих клеток. Однако, если на поверхности макрофагов в составе комплексов с молекулами МНС отсутствуют специфичные по отношению к антигенраспознающему рецептору Т-лимфоцита антигенные детерминанты, то его взаимодействие с макрофагом не приводит к активации Т-лимфоцита и является очень непродолжительным (Т-лимфоцит на очень короткий промежуток времени задерживается у поверхности макрофага, а затем покидает его и вступает во взаимодействие с другими макрофагами). В случае же, когда на поверхности макрофага имеется определенная антигенная детерминанта, стерически соответствующая антигенраспознающему рецептору присоединившегося к макрофагу Т-лимфоцита, между этими клетками возникает прочная связь в силу следующих причин:
* во-первых, благодаря взаимодействию антигенраспознающего Т-клеточного рецептора с антигенной детерминантой на поверхности макрофага,
* а во-вторых, вследствие повышения сродства LFA-1 Т-лимфоцита к ICAM-рецептору макрофага под действием образующегося комплекса "антигенраспознающий Т-клеточный рецептор - антигенная детерминанта".
Сам процесс распознавания Т-лимфоцитом комплекса "антигенная детерминанта - молекула МНС", представленного на поверхности макрофага, является обязательным, но недостаточным, условием для инициации развития наивных Т-клеток в зрелые эффекторы, поскольку для запуска антигензависимого лимфоцитопоэза Т-лимфоцитов необходимо также включение специальных кофакторов (костимуляторов). Именно антигенпрезентирующие клетки имеют такие кофакторы в составе своей плазматической мембраны. В частности, связывание антигенраспознающего рецептора Т-лимфоцитов с комплексом "антигенная детерминанта - молекула МНС I или II класса", фиксированном на поверхности макрофага, и последующее включение в комплексообразование корецепторов CD4 или CD8 Т-лимфоцитов обеспечивает лишь одно из условий развития наивных Т-клеток - формирование первого сигнала к пролиферации и дифференцировке этих клеток. Для того чтобы наивная Т-клетка начала процесс дальнейшего развития, необходим второй сигнал от ее клеточной поверхности к геному. Костимулятором этого второго сигнала выступает молекула В7, экспрессирующаяся на поверхности антигенпрезентирующих клеток. Костимулятор В7 представляет собой белок, являющийся гомодимером и способный взаимодействовать с белком CD28, который экспрессируется на поверхности наивной Т-клетки. Взаимодействие между молекулами В7 макрофага и CD28 наивного Т-лимфоцита, которое становится возможным только после взаимодействия антигенраспознающего рецептора Т-лимфоцита с антигенной детерминантой, представленной на поверхности макрофага, обеспечивает формирование второго сигнала, являющегося необходимым условием для стимуляции деления и дифференцировки наивных Т-лимфоцитов до функционально зрелых форм. Процесс взаимодействия между молекулами В7 и CD28 усиливается белком CTLA-4 Т-лимфоцитов, обладающим высоким сродством к молекуле В7. Молекулы CD28 и CTLA-4 Т-лимфоцитов характеризуются очень высокой гомологией по последовательности аминокислотных остатков, а кодирующие их гены близко сцеплены в хромосоме. Таким образом, одна и та же антигенпрезентирующая клетка выполняет двоякую функцию в иммунном ответе. С одной стороны, она представляет антиген в иммунногенной форме Т-лимфоцитам, а с другой - экспрессирует определенные белки для костимуляции превращения наивных Т-клеток в зрелые эффекторные формы.
Показано, что процесс созревания наивных Т-лимфоцитов происходит под влиянием интерлейкина-2 (главного митогенного фактора лимфоцитов, стимулирующего процесс их пролиферации), синтезируемого самим Т-лимфоцитом после двойной его стимуляции. Так, распознавание антигенной детерминанты Т-клеточным рецептором индуцирует в наивной Т-клетке несколько транскрипционных факторов, одним из которых является ядерный фактор активации (англ. сокр. NF-AT). Этот транскрипционный фактор взаимодействует с промотором гена, кодирующего интерлейкин-2, инициируя транскрипцию этого гена. Однако дерепрессия гена, кодирующего интерлейкин-2, под влиянием одного лишь ядерного фактора активации не приводит к активной продукции этого цитокина, поскольку мРНК, кодирующая интерлейкин-2 является очень нестабильной. Для полноценного синтеза интерлейкина-2 необходимо также образование комплекса CD28-В7, сигнал от которого стабилизирует мРНК интерлейкина-2, в результате чего синтез этого цитокина возрастает в 20-30 раз. Если же распознавание антигенной детерминанты Т-лимфоцитами происходит в отсутствии костимулирующего сигнала от CD28-В7, то продукция интерлейкина-2 оказывается крайне низкой, и наивные Т-лимфоциты не могут пройти нормальное созревание и адекватно ответить на антиген.
Кроме стимуляции синтеза интерлейкина-2 в Т-лимфоцитах после их двусигнальной активации, имеет место и усиление синтеза и экспрессии на поверхности Т-лимфоцита рецепторов к этому цитокину. Интерлейкин-2, взаимодействуя с собственными рецепторами на поверхности активированных Т-лимфоцитов, стимулирует быстрое их размножение и последующую дифференцировку в зрелые эффекторные клетки.
В пользу участия интерлейкина-2 в созревании Т-лимфоцитов свидетельствует и факт ингибирования этого процесса циклоспорином А, подавляющим продукцию интерлейкина-2. Данный препарат используют в клинической практике с целью предупреждения отторжения трансплантата.
Следовательно, сложный процесс активации наивных Т-лимфоцитов после их взаимодействия с соответствующими антигенными детерминантами, расположенными на антигенпрезентирующих клетках, требует обязательного участия специальных костимулятров, присутствующих только на поверхности антгенпредставляющих клеток, что, очевидно, повышает надежность иммунологической толерантности. В частности, отрицательная селекция "запрещенных" клонов Т-лимфоцитов в тимусе, настроенных на собственные молекулы, не является абсолютно безошибочной. Определенные "запрещенные" клоны могут выйти в циркуляцию и стать потенциальной угрозой дальнейшей аутоиммунной агрессии. Однако, как правило, этой агрессии не наблюдается, поскольку сам факт распознавания антигена Т-лимфоцитами, не является единственным достаточным условием запуска дифференцировки наивных Т-лимфоцитов; необходимо также обязательное участие костимулятора, присутствующего только на антигенпрезентирующих клетках и отсутствующего в мембране других клеток организма.
Активация наивных Т-клеток при первичной их встрече с соответствующим определенным антигеном носит название примирования. В результате такой антигензависимой активации предсуществующих в организме определенных клонов Т-лимфоцитов, коммитированных на данный антиген, появляются функционально зрелые Т-клетки, которые начинают взаимодействовать с этим антигеном, проявляя свое функциональное предназначение. В ряде случаев, в частности, при формировании специфической цитотоксической реакции, обеспечиваемой Т-киллерами, антигенпрезентирующая клетка может выступать и как объект распознавания, и как объект цитолитического действия Т-киллеров.
Взаимодействие наивных Т-лимфоцитов с соответствующей по специфичности антигенной детерминантой и костимулятором В7, представленными на поверхности антигенпрезентирующей клетки, инициирует полноценный синтез и секрецию интерлейкина 2, который аутокринным способом стимулирует наивные Т-клетки к пролиферации и дифференцировке. По окончании пролиферативной фазы Т-лимфоцитов, длящейся 4-5 дней, они дифференцируются в зрелые эффекторные Т-лимфоциты, которые способны синтезировать все белки, необходимые для выполнения специализированных функций. В результате дифференцировки наивных Т-лимфоцитов в зрелые эффекторные клетки они приобретают способность непосредственно действовать на чужеродные клетки без использования каких-либо костимуляторов благодаря количественному и качественному изменению состава молекул на своей поверхности. Во-первых, завершившие дифференцировку Т-лимфоциты характеризуются усилением экспрессии на своей поверхности молекул LFA-1 и CD2, которые обеспечивают более эффективное их взаимодействие с адгезивными молекулами ICAM и LFA-3, обильно представленными на поверхности антигенпрезентирующих клеток (в то же время на поверхности большинства других клеток организма выраженность таких адгезивных молекул очень низкая). Такое усиление эксперсии молекул LFA-1 и CD2 особенно важно для цитотоксических Т-лимфоцитов, нуждающихся для проявления своей активности в непосредственном контакте с клетками-мишенями (носителями антигенных детерминант). Во-вторых, в результате антигензависимой активации Т-лимфоцитов определенные изменения происходят и в самом Т-клеточном рецепторе. В частности, активированная антигенраспознающим Т-клеточным комплексом тирозинспецифическая фосфатаза (CD45) связывает Т-клеточный рецептор с корецепторами CD4 или CD8, что обеспечивает эффективное прохождение сигнала от антигенраспознающего комплекса Т-лимфоцита внутрь клетки. В-третьих, зрелые эффекторные Т-лимфоциты теряют на своей поверхности L-селектин, который был необходим наивным формам лимфоцитов для заселения периферических лимфоидных органов, но который оказывается не нужным и даже вредным при развитии иммунного ответа. В частности, L-селектин мешает миграции и концентрации зрелых Т-лимфоцитов в зоне проникновения патогена в связи с тем, что способствует их прохождению в любые периферические лимфоидные органы, а не строго в зону специфического патогена. При этом вместо L-селектина наивных Т-лимфоцитов в зрелых эффекторных клетках экспрессируется адгезин VLA-4, который позволяет им связываться с сосудами в именно зоне воспаления (с т.н. активированными сосудами, в эндотелии которых появляется специфичный к VLA-4 адгезин VCAM-1), проникать в эту зону и выполнять там свою антигеннейтрализующую функцию.
2.3. Дифференциальная роль различных антигенпрезентирующих клеток в инициации иммунного ответа
Как уже было сказано ранее, наивные Т-лимфоциты не способны вступать в контакт с нативным антигеном, не подвергнутым первоначальному расщеплению в антигенпрезентирующих клетках и не ассоциированным с собственной молекулой главного комплекса гистосовместимости, вынесенным на их поверхность. Все отмеченные преобразования антигена и последующая экспрессия его антигенных детерминант в иммуногенной форме осуществляются антигенпрезентирующими клетками, к которым относят:
> макрофаги
> дендритные клетки
> В-лимфоциты
Макрофаги. Помимо участия в неспецифической иммунной защите от патогенов, обусловленной способностью макрофагов фагоцитировать и внутриклеточно переваривать любые генетически чужеродные субстанции, эти клетки принимают участие в качестве антигенпрезентирующих в реакциях клеточного специфического иммунитета. В частности, они способны экспрессировать на своей поверхности комплексы антигенных детерминант с собственными молекулами МНС. Такие комплексы и распознаются антигенраспознающими рецепторами определенных клонов Т-лимфоцитов. Однако, для активации Т-лимфоцитов, как было рассмотрено выше, необходимо не только взаимодействие комплекса "молекула МНС - антигенная детерминанта" с антигенраспознающим рецептором наивного Т-лимфоцита определенной специфичности, но и наличие на поверхности антигенпрезентирующей клетки специального костимулятора - белка В7, который после взаимодействия с определенными рецепторами Т-лимфоцита (белками CD28 и CTLA-4) принимает участие в передаче сигнала, активирующего пролиферацию и дифференцировку наивного Т-лимфоцита, к его геному. Макрофаги отвечают всем необходимым требованиям для активации наивных Т-лимфоцитов. В частности, они способны благодаря своим углеводным рецепторам взаимодействовать с углеводными компонентами (преимущественно с маннозой) клеточной стенки бактерий или других генетически чужеродных клеток, что делает возможным их адгезию на поверхности макрофага и последующий фагоцитоз. После фагоцитоза внутри макрофага осуществляется внутриклеточное переваривание захваченного материала в фаголизосомах, в результате чего образуются сравнительно короткие антигенные детерминанты, которые в комплексе с собственными молекулами МНС, синтезирующимися в макрофаге, экспрессируются на его поверхность. Причем макрофаг до фагоцитоза характеризуется очень незначительным количеством молекул МНС II класса на своей поверхности и полным отсутствием костимулятроа В7. Выраженное представительство этих молекул на мембране макрофага начинается после захвата антигенного материала и его внутриклеточного переваривания (т.е. после активации макрофага фагоцитозом). Именно в процессе внутриклеточного переваривания корпускулярного антигена происходит индукция синтеза и экспрессии молекул МНС II класса и костимулятора В7. Факторы индукции не известны. Возможно одним из факторов индукции является взаимодействие рецепторов клеточной поверхности макрофага с микроорганизмами, поскольку синтез В7 можно индуцировать простой инкубацией макрофагов с отдельными фрагментами клеточной стенки бактерий (углеводами, липополисахаридами). При этом взаимодействие рецепторов макрофага с собственными погибшими клетками организма, а не микроорганизмами, не стимулирует запуск синтеза костимулятора В7, хотя антигенные детерминанты, возникающие в результате частичного разрушения фагоцитированных собственных клеток в комплексе с молекулами МНС II класса на поверхность макрофага поступают, но в отсутствие костимулятора В7 не способны активировать Т-лимфоциты, что и препятствует развитию реакции против собственных молекул и клеток. Понимание того факта, что запуск специфического клеточного иммунного ответа связан с двусигнальной системой активации Т-лимфоцитов, внесло ясность в работу макрофагов в качестве "дворников" собственных отживших клеток. Так, купферовские клетки печени и макрофаги селезенки постоянно захватывают и разрушают отжившие клетки этих органов, дефектные и старые эритроциты. При этом в отсутствие бактериальных стимуляторов экспрессируемые на поверхности фагоцитов собственные антигены как результат деградации захваченных отживших клеток не в состоянии развить аутоиммунный ответ.
Дендритные клетки. Представлены в периферических органах иммунной системы, формируя в них сетевидную паренхиму, укрепленную ретикулиновыми волокнами. Эти клетки отросчатые, не подвижны и не способны к фагоцитозу. Однако они обладают способность путем пиноцитоза поглощать любые вирусы, тогда как большинство других клеток организма характеризуется высокой тропностью к строго определенным вирусам, а макрофаги не способны своими углеводными рецепторами взаимодействовать с нуклеопротеидами вирусов и фагоцитировать их (при этом некоторые вирусы, но далеко не все, способны проникать в макрофаги путем пиноцитоза). Следовательно, функциональное значение дендритных клеток заключается в подготовке к распознаванию Т-лимфоцитами именно вирусных антигенов, тогда как макрофаги преимущественно презентуют Т-лимфоцитам бактериальные антигены.
Поглощенные путем пиноцитоза вирусные частицы внутри дендритных клеток благодаря ферментам протеосомного комплекса подвергаются частичному расщеплению, после чего сравнительно короткие компоненты вирусных частиц объединяются с молекулами МНС I или II классов и поступают на поверхность дендритных клеток. Причем дендритные клетки, в отличие от макрофагов, характеризуются постоянной выраженной экспрессией и соответственно постоянным присутствием на своей поверхности молекул МНС I и II классов, а также костимулятора В7, что делает возможным
> с одной стороны, представление антигенных детерминант вирусных частиц, проникших в дендритную клетку, на ее поверхности в комплексе с молекулами МНС I или II классов. Причем, если после частичного расщепления протеосомным комплексом вирусных частиц, появляющиеся антигенные детерминанты проникают в гранулярный эндоплазматический ретикулум, они ассоциируются там с молекулами МНС I класса, а затем поступают в аппарат Гольджи и в составе вакуолей, отшнуровывающихся от него, экспрессируются на поверхность дендритной клетки. Такие комплексы "антигенная детерминанта - молекула МНС I класса" распознаются предшественниками Т-киллеров (CD8 Т-клеток), после чего осуществляется антигензависимый лимфоцитопоэз наивных предшественников Т-киллеров, и они превращаются в функционально зрелые цитотоксические Т-клетки, уничтожающие клетки, зараженные вирусными частицами и имеющие на своей поверхности вирусные антигены. Если же антигенные детерминанты после расщепления вирусных частиц протеосомным комплексом дендритных клеток путем экзоцитоза поступают сразу на поверхность дендритной клетки (а не в цистерны эндоплазматического ретикулума), то они ассоциируются с молекулами МНС II класса и в комплексе с этими молекулами распознаются предшественниками СD4 Т-клеток, которые в результате антигензависимого лимфоцитопоэза превращаются в функционально зрелые Т-клетки воспаления и Т-хелперы. Т-клетки воспаления взаимодействуют с вирусзараженными макрофагами и дендритными клетками, стимулируя внутриклеточное разрушение ими вируса. Т-хелперы принимают участие в активации В-лимфоцитов и Т-киллеров, рецепторы которых проявляют специфичность в отношении антигенных детерминант данного вируса
> с другой стороны постоянное присутствие на поверхности дендритных клеток костимулятора В7, делает возможным двойное стимулирование наивных Т-лимфоцитов после контакта их антигенраспознающих рецепторов с комплексами "антигенная детерминанта - молекула МНС" на поверхности дендритных клеток. Вместе с тем постоянное присутствие костимулятора В7 на поверхности дендритных клеток, в отличие от макрофагов, в которых этот костимулятор начинает вырабатываться только после контакта мембранных рецепторов с углеводными компонентами клеточной стенки микроорганизмов и последующего фагоцитоза, не опасно в плане развития аутоиммунного процесса против собственных клеток, поскольку дендритные клетки не способны к фагоцитозу (а, следовательно, в отличие от макрофагов, не способны фагоцитировать собственные поврежденные или погибшие клетки и представлять их антигенные детерминанты на своей поверхности).
Предшественниками дендритных клеток некоторые специалисты считают также клетки Лангерганса эпителия кожи, способные к фагоцитозу, но первоначально не экспрессирующие на своей поверхности костимулятор В7. Эти клетки, находясь в составе кожного эпителия, принимают участие в изоляции микроорганизмов. В частности, путем фагоцитоза они способны поглощать различные антигены, проникшие через эпителиальный пласт (микроорганизмы, вирусные частицы, токсины бактерий). После поглощения антигенного материала клетки Лангерганса мигрируют по лимфатическим сосудам в регионарные лимфатические узлы, доставляя туда антигенные детерминанты, проникшие через поверхность эпителиального пласта, что делает возможным активацию наивных Т- и В-лимфоцитов соответствующей специфичности и возможность развития иммунного ответа еще до попадания собственно чужеродных субстанций в лимфатический узел. Причем после миграции клеток Лангреганса в лимфатический узел, они оседают там и трансформируются в типичные неподвижные и не способные к фагоцитозу дендритные клетки с поверхностным костимулятором В7, что создает условия для включения в иммунный ответ CD8- и CD4 Т-клеток.
В-лимфоциты. Наряду со своей главной функцией - участием в специфическом гуморальном иммунном ответе - В-лимфоциты принимают участие в преобразовании антигенов в иммунногенную для Т-лимфоцитов форму и презентации антигенных детерминант наивным Т-лимфоцитам, что сопровождается их активацией. В-лимфоциты типичны для лимфоидной ткани периферических органов иммунной системы (в большом количестве содержаться в неинкапсулированных лимфоидных фолликулах соединительной ткани, лимфатических узлов и белой пульпы селезенки). Кроме того, В-лимфоциты диффузно встречаются в рыхлой волокнистой соединительной ткани всех полых и неполых внутренних органов. Для В-лимфоцитов характерно постоянное наличие на своей поверхности антигенраспознающих рецепторов определенной специфичности, представленных мономерной формой IgМ, а также выраженная экспрессия молекул МНС II класса, при этом костимулятор В7 на поверхности неактивированных В-лимфоцитов отсутствует. Участие В-лимфоцитов в преобразовании антигенов в иммунногенную для Т-лимфоцитов форму осуществляется следующим образом. В-лимфоциты своими иммунноглобулиновыми рецепторами распознают и взаимодействуют с определенными специфичными по отношению к ним антигенами, находящимися в межклеточных щелях. Причем, как правило, иммунноглобулиновые рецепторы на поверхности В-лимфоцитов вступают во взаимодействие с белковыми антигенами - чужеродными белками, токсинами или другими продуктами жизнедеятельности бактерий. Образующийся комплекс "иммуноглобулиновый рецептор - антиген" путем эндоцитоза проникает внутрь В-лимфоцита, где подвергается частичному расщеплению под влиянием лизосомальных ферментов. Затем лизосомы сливаются с вакуолями аппарата Гольджи, в которых содержаться молекулы МНС II класса, в результате чего происходит образование комплексов "антигенная детерминанта - молекула МНС II класса". Такие комплексы поступают на поверхность В-лимфоцита и могут распознаваться наивными СD4 Т-клетками соответствующей специфичности. Вместе с тем, для полной активации наивного Т-лимфоцита, как известно, требуется наличие на поверхности антигенпрезентирующей клетки костимулятора В7. В неактивированным В-лимфоците этот костимулятор отсутствует на клеточной поверхности, однако, активация В-лимфоцита, стимулируемая взаимодействием его углеводных рецепторов с полисахаридами или липополисахаридами клеточной стенки бактерий, запускает синтез в В-лимфоците костимулятора В7 и его выход на поверхность.
Отсутствие на поверхности неактивированного В-лимфоцита костимулятора В7 и его появление только после взаимодействия рецепторов мембраны В-лимфоцита с компонентами клеточной стенки бактерий защищает собственные клетки организма от аутоиммунной реакции на них, поскольку даже после возможного взаимодействия "запрещенных клонов" В-лимфоцитов с какими-то собственными молекулами организма и презентации этих молекул на поверхности В-лимфоцитов "запрещенным клонам" Т-лимфоцитам соответствующей специфичности, иммунная реакция не запускается по причине отсутствия стимулирования Т-лимфоцита костимулятором В7, синтез которого в В-лимфоцитах инициируется липополисахаридными комплексами клеточной стенки микроорганизмов.
В реальных условиях продукты жизнедеятельности бактерий, как правило, взаимодействуют с антигенраспознающими иммуноглобулиновыми рецепторами В-лимфоцита, после чего подвергаются эндоцитозу и в конечном итоге превращаются в иммуногенную для наивных Т-лимфоцитов форму и экспрессируются на поверхности В-лимфоцита. При этом, сами углеводные или липополисахаридные молекулы клеточной стенки бактерий взаимодействуют с углеводными рецепторами гликокаликса В-лимфоцита, стимулируя экспрессию в нем костимулятора В7. После появления на своей поверхности костимулятора В7 В-лимфоцит, представляющий также на своей поверхности комплекс "антигенная детерминанта - молекула МНС II класса", способен оказать полное двусигнальное стимулирующее влияние на определенные наивные CD4 Т-лимфоциты, антигенраспознающие рецепторы которых стерически соответствуют представленной на поверхности В-лимфоцита антигенной детерминанте. После антигензависимой активации наивных CD4 Т-лимфоцитов они превращаются в Т-хелперы, активирующие определенные В-лимфоциты, проявляющие специфичность в отношении данного антигена. Т-хелперы способствуют превращению В-лимфоцитов в плазматические клетки (т.е. способствуют запуску и реализации специфического гуморального иммунного ответа).
Таким образом, В-лимфоциты, наряду с макрофагами и дендритными клетками, принимают участие в переработке антигена в иммунногенную форму и последующего представления антигенных детерминант наивным Т-лимфоцитам. Причем между этими тремя разновидностями антигенпрезентирующих клеток существует некоторое "разделение труда": макрофаги перерабатывают и презентуют преимущественно корпускулярные антигены (бактерии, чужеродные или собственные генетически измененные клетки), дендритные клетки - вирусы, а В-лимфоциты - молекулярные антигены (продукты жизнедеятельности бактерий, в том числе их токсины).
2.4. Характеристика эффекторных форм Т-лимфоцитов
Различают следующие разновидности эффекторных форм Т-лимфоцитов:
> Т-киллеры (цитотоксические Т-лимфоциты, CD8 Т-клетки), дифференцируются из наивных Т-лимфоцитов в результате контакта их антигенраспознающих рецепторов с антигенными детерминантами, ассоциированными с молекулами МНС I класса и представленными на поверхности макрофагов и дендритных клеток. Образующиеся после активации наивных Т-клеток Т-киллеры вступают в непосредственное взаимодействие с клетками, имеющими соответствующие антигенные детерминанты, и вызывают повреждение мембраны этих клеток, что сопровождается гибелью чужеродных или собственных измененных клеток-носителей антигенной детерминанты
> CD4 Т-клетки воспаления (ТН1-клетки), дифференцируются из наивных Т-лимфоцитов в результате контакта их антигенраспознающих рецепторов с антигенными детерминантами, ассоциированными с молекулами МНС II класса и представленными на поверхности макрофагов и дендритных клеток. Образующиеся после активации наивных Т-клеток Т-клетки воспаления непосредственно взаимодействуют с макрофагами-носителями антигенной детерминанты и активируют их к внутриклеточному уничтожению патогена
> CD4 Т-хелперные клетки (ТН2-клетки), дифференцируются из наивных Т-лимфоцитов в результате контакта их антигенраспознающих рецепторов с антигенными детерминантами, ассоциированными с молекулами МНС II класса и представленными на поверхности В-лимфоцитов. Образующиеся после активации наивных Т-клеток Т-хелперы через посредство продуцируемого ими интерлейкина-2, а также в результате непосредственного контакта своих антигенраспознающих рецепторов с антигенной детерминантой, ассоциированной с молекулой МНС II класса, соответствующих В-лимфоцитов, стимулируют В-лимфоциты к превращению их в плазматические клетки.
Т-киллеры (CD8 Т-клетки) являются главными эффекторными Т-лимфоцитами при вирусной инфекции, опухолевом росте и отторжении трансплантата. Противовирусная защита организма обеспечивается преимущественно благодаря Т-киллерам, распознающим своими рецепторами антигенные детерминанты вирусзараженных клеток и вызывающими их гибель, при этом не оказывая повреждающего действия на клетки, не зараженные вирусом (в этом заключается очень точная направленность действия специфических цитотоксических лимфоцитов только на зараженные определенными вирусами соматические клетки). Таким образом, Т-киллеры, не повреждая собственные ткани в целом, способствуют освобождению организма от вирусной инфекции, уничтожая только пораженные вирусом клетки. Гуморальные специфические иммунные реакции при вирусной инфекции, также как и при других внутриклеточных патогенах, являются гораздо менее эффективными, поскольку специфические антитела против вирусных антигенных детерминант получают возможность взаимодействия с ними только после гибели вирусзараженной клетки и выхода внутриклеточных патогенов в межклеточное пространство.
Реализация цитолитического действия CD8 Т-клеток предполагает следующие этапы:
> распознавание антигенной детерминанты, находящейся в комплексе с молекулами МНС I класса на поверхности антигенпредставляющих клеток, наивными CD8 Т-лимфоцитами, которое сопровождается их пролиферацией и дифференцировкой до зрелых эффекторов - Т-киллеров (эффекторных CD8 Т-клеток). Установлено также, что собственно распознавание антигена предшественниками CD8 Т-клеток является зачастую недостаточным для их превращения в эффекторные Т-киллеры, необходима также помощь Т-хелперов и макрофагов. Возможны следующие три способа активации наивных CD8 Т-клеток:
* активация наивных CD8 Т-клеток в результате контакта их антигенраспознающих рецепторов с антигенными детерминантами, фиксированными на поверхности ретикулярных дендритных клеток (ретикулярные дендритные клетки представляют наивным CD8 Т-клеткам антигенные детерминанты вирусов). Такое взаимодействие является достаточным для активации CD8 Т-клеток поскольку дендритные клетки характеризуются постоянным высоким уровнем экспрессии костимулятора В7. После контакта Т-лимфоцитов с антигенными детерминантами ретикулярных клеток в наивных Т-лимфоцитах дерепрессируется ген, кодирующий интерлейкин-2. Образующийся в CD8 Т-клетках интерлейкин-2 аутокринным путем стимулирует их пролиферацию и дифференцировку до зрелых цитотоксических лимфоцитов.
* активация наивных CD8 Т-клеток в результате контакта их антигенраспознающих рецепторов с антигенными детерминантами, фиксированными на поверхности макрофагов, происходящая с участием Т-хелперов. Как правило, такой путь активации предшественников Т-киллеров имеет место в ответ на контакт с антигенными детерминантами вирусных или трансплантационных антигенов, представленных на поверхности макрофагов. Некоторые вирусные и трансплантационные антигенные детерминанты, очевидно, по причине своей слабой иммуногенности не способны полноценно активировать наивные CD8 Т-клетки или стимулировать нормальную выработку кофактора В7 на поверхности антигенпрезентирующих клеток. В связи с этим для полноценной активации наивных CD8 Т-клеток требуется участие Т-хелперов, вырабатывающих интрелейкин-2, который стимулирует антигенпрезентирующие клетки к синтезу костимулятора В7. Таким образом, Т-хелперы, вырабатывая интерлейкин-2, принимают участие в полноценной антигензависимой активации Т-киллеров
* активация наивных CD8 Т-клеток в результате контакта их антигенраспознающих рецепторов с антигенными детерминантами, фиксированными на поверхности клеток, характеризующихся постоянным отсутствием костимулятора В7 (даже после антигенной стимуляции), что характерно для большинства соматических клеток организма. При таком способе активации CD8 Т-клеток определяющую роль играют активированные контактом с данной антигенной детерминантой Т-хелперы. Они вырабатывают интерлейкин-2, который непосредственно активирует наивные CD8 Т-клетки, частично активированные контактом с антигенной детерминантой, к превращению в окончательно зрелые формы. Окончательно зрелые Т-киллеры, в свою очередь, контактируя с различными соматическими клетками организма, имеющим на своей поверхности данную антигенную детерминанту, вызывают гибель таких клеток.
> собственно процесс лизиса измененных собственных вирусинфицированных и раковых клеток или чужеродных клеток трансплантированной ткани, осуществляющийся благодаря следующим процессам:
* специфическое связывание Т-киллеров с поверхностным чужеродным антигеном (пептидами вирусных, трансплантационных, раковых антигенов). Причем взаимодействие антигенраспознающего рецептора Т-киллера с соответствующим антигеном усиливается дополнительными неспецифическими молекулярными структурами клеточной поверхности, которые обеспечивают наиболее эффективную динамическую адгезию между клетками
* т.н. "летальный удар", представляющий собой основное событие, которое предопределяет гибель клетки-мишени. В этот момент под влиянием преимущественно вырабатываемого Т-киллером фактора некроза опухоли β (ФНО β) происходит повышение проницаемости мембраны клетки-мишени для ряда ионов (натрия, калия) и нарушение работы Na+/K+-насоса, что сопровождается изменением внутриклеточного содержания ионов в клетке-мишени. Механическое разобщение на этой стадии Т-киллера и клетки-мишени не спасает ее от гибели
* собственно гибель клетки-мишени вследствие насасывания ею воды, увеличения ее объема и, как следствие, разрыва ее мембраны. При этом сам Т-киллер сохраняется и способен к дальнейшему цитолитическому действию на другие клетки, имеющие на своей поверхности соответствующую антигенную детерминанту.
Существует два способа гибели клетки, которые могут реализоваться и при действии Т-киллеров, - некроз и апоптоз. Некроз клетки связан с нарушениями в мембране клетки или цитоплазме и не затрагивает существенно ядра. При некрозе клетки в мембране, как правило, образуются поры, что приводит к изменению ее проницаемости для ионов, изменению осмотического давления, насасыванию воды, набуханию клетки, разрыву ее мембраны и в результате этого гибели клетки. К некрозу могут приводить повреждающее мембрану клетки действие некоторых антител, атака клеток мембранноатакующим комплексом, возникающим в результате активации системы комплемента, а также цитотоксическое действие Т-киллеров, которые путем выработки перфоринов (в том числе фактора некроза опухоли β) приводят к образованию пор в мембране клетки-мишени.
Апоптоз (или запрограммированная гибель клетки) является зачастую физиологически нормальным процессом, но может также стимулироваться Т-киллерами. В норме апоптоз возникает при завершении периода жизни клетки, тканеобразовании, метаморфозе у многоклеточных организмов и связан с фрагментацией ДНК под действием активированных эндонуклеаз, разрушением ядра, изменением морфологии клетки, что приводит к ее гибели. Т-киллеры способны индуцировать апоптоз клеток-мишеней путем выработки после распознавания своими рецепторами антигенных детерминант специальных секреторных гранул, содержащих цитотокины (белковой природы). Некоторые цитотокины, в частности, перфорин, полимеризуясь, образует поры в мембране клетки-мишени. Через эти поры начинают двигаться не только ионы, но и проникает внутрь клетки-мишени другие цитотоксины, называемые фрагментинами (или грензимами) и обладающими свойствами пищеварительных ферментов. Фрагментины, проникая внутрь клетки через поры, образованные перфоринами, вызывают повреждение ядерной мембраны и последующую фрагментацию ДНК. Кроме фрагментинов внутрь клетки-мишени проникает также вырабатываемый Т-киллерами интерферон γ, который оказывает прямое повреждающее действие на размножение вирусов, препятствуя распространению инфекции. Кроме того, интерферон γ увеличивает экспрессию молекул МНС I класса внутри клетки-мишени, что обеспечивает лучшее распознавание вирусных пептидов, находящихся на поверхности инфицированных клеток, Т-киллерами. Интерферон γ способен также активировать макрофаги, благодаря чему они мигрируют в зону проникновения вирусной инфекции, где выступают и как антигенпрезентирующие для Т-лимфоцитов клетки, и как эффекторные клетки, разрушающие вирусные частицы.
CD4 Т-клетки, покинувшие тимус, в отличие от CD8 Т-клеток, после заселения периферических лимфоидных органов должны пройти дополнительный этап развития, в результате которого они превращаются в наивные ТH0-клетки. Именно ТH0-клетки приобретают способность своими антигенраспознающими рецепторами взаимодействовать с антигенными детерминантами, представленными на поверхности антигенпредставляющих клеток, что сопровождается антигензависимой активацией ТH0-клеток. При этом в зависимости от некоторых обстоятельств CD4 ТH0-клетки могут дифференцироваться либо в зрелые ТH1-клетки (Т-клетки воспаления), либо в зрелые ТH2-клетки (Т-хелперы). Эти два типа функционально зрелых CD4 Т-клеток не отличаются друг от друга по фенотипическим маркерам своей поверхности, но зато характеризуются секрецией разных цитокинов. В частности, цитокины Т-клеток воспаления преимущественно оказывают влияние на макрофаги, активируя их к уничтожению проникших внутриклеточных паразитов, антигенные детерминанты которых презентированы на поверхности макрофага и активировали ТH0-клетки к превращению в ТH1-клетки. Цитокины, продуцируемые Т-хелперами (самым главным является интерлейкин-2), преимущественно влияют на В-лимфоциты, способствуя их окончательной антигензависимой дифференцировке в плазматические клетки, усиленно продуцирующие антитела по отношению к антигенным детерминантам, активировавшим Т-хелперы. Кроме того, интерлейкин-2 Т-хелперов может также способствовать нормальной антигензависимой дифференцировке CD8 Т-клеток до функционально зрелых Т-киллеров.
Механизмы, направляющие дифференцировку CD4 Т-клеток в направлении Т-клеток воспаления или Т-хелперов, пока недостаточно изучены. Вместе с тем ряд экспериментальных данных позволяет предположить следующую картину.
Дифференцировка CD4 ТH0-клеток в направлении Т-клеток воспаления происходит под влиянием следующих факторов. Во-первых, само по себе распознавание CD4 ТH0-клетками антигенных детеминант, представленных на поверхности макрофагов, стимулирует их к превращению в Т-клетки воспаления. Во-вторых, макрофаги после фагоцитоза чужеродных субстанций, начинают продуцировать интерлейкин-12. В-третьих, макрофаги, презентируя на своей поверхности антигенные детерминанты фагоцитированного материала, активируют нормальные киллеры, которые, с одной стороны, путем выработки перфорина способствуют повреждению мембраны зараженных внутриклеточными паразитами клеток, а с другой - вырабатывают интерферон-γ. Оба этих цитокина - интерлейкин-12 и интерферон-γ - способствуют дифференцировке CD4 ТH0-клеток в Т-клетки воспаления.
Дифференцировка CD4 ТH0-клеток в Т-хелперы, как правило, происходит после контакта антигенраспознающих рецепторов ТH0-клеток с антигенными детерминантами, представленными на поверхности В-лимфоцита. Кроме того, развитию Т-хелперов способствует также интерлейкин-4, который продуцируется тучными клетками и базофилами, активированными иммунными комплексами. Интерлейкин-4, во-первых, способствует дифференцировке CD4 ТH0-клеток в Т-хелперы, а, во-вторых, тормозит превращение CD4 ТH0-клеток в Т-клетки воспаления. Интерлейкин-4 в последующем продуцируется самими Т-хелперами и является одним из факторов, способствующих пролиферации В-лимфоцитов и превращению их в плазматические клетки. Кроме того, интерлейкин-4 способствует повышению продукции плазматическими клетками IgE. Данный цитокин выступает в роли ростового фактора и для предшественников Т-киллеров (CD8 Т-клеток), способен активировать экспрессию молекул II класса в макрофагах, что способствует усилению их антигенпредставляющей функции, а также рецепторов к Fc-фрагментам IgG в макрофагах, тем самым улучшая условия для фиксации иммунных комплексов на поверхности макрофагов и последующего их фагоцитоза.
Эффекторное действие Т-клеток воспаления заключается в их способности после взаимодействия с антигенными детерминантами, представленными на поверхности макрофагов, активировать их к внутриклеточному уничтожению фагоцитированных патогенов. Т-клетки воспаления особенно эффективны в борьбе с такими внутриклеточными паразитами, которые сохраняют жизнеспособность внутри макрофага и используют его в качестве среды обитания (возбудители лепры, чумы, туберкулеза и некоторых других особо опасных инфекционных заболеваний). При этом Т-клетки воспаления действуют направленно именно на зараженные внутриклеточными патогенами макрофаги, на поверхности которых имеются антигенные детерминанты патогена соответствующей специфичности. Активация Т-клеток воспаления происходит в результате контакта их антигенраспознающих рецепторов с антигенной детерминантой на поверхности макрофага. Причем, в отличие от Т-киллеров, которые начинают проявлять свое цитотоксическое действие сразу же после контакта с антигенными детерминантами, Т-клетки воспаления после контакта с антигенными детерминантами тратят часы на синтез de novo определенных медиаторов, побуждающих макрофаги-носители антигенных детерминант к активизации внцтриклеточного уничтожения патогенов. Синтезированные в Т-клетках воспаления медиаторы в составе микровезикул проникают в макрофаг в месте его контакта с Т-клеткой воспаления. Такой прямой способ передачи медиаторов Т-клеток воспаления макрофагам наиболее экономичен и функционально оправдан, поскольку не затрагивает соседние неинфицированные клетки.
Для активации инфицированного макрофага Т-клеткой воспаления требуется 2 сигнала: действие интерферона γ и фактора некроза опухоли . Интерферон γ синтезируется в Т-клетке воспаления после контакта ее антигенраспознающих рецепторов с антигенной детерминантой, фиксированной на поверхности макрофага, и является наиболее характерным цитокином Т-клеток воспаления (в Т-хелперах он не синтезируется, вследствие чего они не способны активировать инфицированные макрофаги обычным путем). Фактор некроза опухоли  продуцируется активированными в результате действия Т-клеток воспаления макрофагами. Под действием проникающего в инфицированный макрофаг интерферона γ в них инициируется ряд биохимических изменений, обеспечивающих резкое усиление их антибактериальной активности. В частности, под действием интерферона γ наблюдается более эффективное слияние фагосом, захвативших бактерии, с лизосомами. Более того, процесс фагоцитоза сопровождается кислородным взрывом, в результате которого образуются очень токсичные продукты метаболизма кислорода. Интерферон γ стимулирует экспрессию в активированных макрофагах фактора некроза опухоли , который, наряду с интерфероном γ, оказывает костимулирующее действие на дальнейший процесс активации макрофагов и повышение их антибактериальной активности. Кроме того, активированные макрофаги усиливают экспрессию молекул МНС II класса и рецепторов к фактору некроза опухоли , что приводит к вовлечению в реакцию дополнительных наивных Т-лимфоцитов.
Таким образом, Т-клетки воспаления, взаимодействующие с инфицированным внутриклеточными патогенами макрофагом, во-первых, способствуют усилению внутримакрофагальных биохимических процессов, а, во-вторых, сами активируются и выступают в роли организаторов многостороннего иммунного ответа на патогены, ведущие внутриклеточное паразитирование. При этом инфекционный процесс, провоцируемый воспроизводящимися внутри клеток хозяина патогенами, отражает борьбу двух противоположных сил - собственно возбудителя и иммунной системы. Так, возбудитель чумы Yersinia pestis обладает способностью синтезировать высокополимеризованный белок I, который начинает экспрессироваться на клеточной стенке бактерии при кислом значении рН. В месте контакта возбудителя с макрофагом происходит локальное закисление, что и провоцирует синтез этого белка в бактерии, который, с одной стороны, защищает возбудитель от повреждающего действия лизосомальных ферментов (причем сами кислые условия фаголизосом способствуют синтезу этого белка во внутриклеточном патогене), а, с другой, проявляет сильные адгезивные свойства, облегчая проникновение новых возбудителей внутрь макрофага. Макрофаги, хронически инфицированные внутриклеточными возбудителями, могут терять способность активироваться Т-клетками воспаления. В таком случае массовое включение новых макрофагов в защитный процесс происходит после высвобождения патогенов из разрушающихся зараженных макрофагов. При этом гибель хронически инфицированных внутриклеточным возбудителем макрофагов вызывают некоторые цитокины Т-клеток воспаления. В частности, активированные Т-клетки воспаления продуцируют интерферон γ, но и фактор некроза опухоли β (лимфотоксин), который, вызывая повреждение ДНК инфицированного макрофага, способствует его гибели. Отмеченное действие фактора некроза опухоли β потенцируется интерфероном γ и проявляется не только в отношении инфицированных макрофагов, но и фибробластов соединительной ткани, что облегчает дальнейшее проникновение иммуннокомпетентных клеток к месту локализации инфекции. Активированные инфицированными макрофагами новые Т-клетки воспаления, во-первых, способствуют более эффективной борьбе с патогеном, а, во-вторых, ректрутируют новые макрофаги следующими путями:
> Т-клетки воспаления продуцируют интерлейкин-3 и гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор, которые индуцируют моноцитопоэз в красном костном мозге
> Т-клетки воспаления вырабатывают фактор некроза опухоли β и маркофагальный хемотаксический фактор, которые активируют сосуды в очаге воспаления и усиливают миграцию макрофагов из кровяного русла в очаг локализации инфекции. Кроме того, Т-клетки воспаления продуцируют макрофагингибирующий фактор, который способствует заякариванию проникших в инфицированный очаг макрофагов, снижая их подвижность.
Таким образом, набор продуцируемых активированными Т-клетками воспаления цитокинов обеспечивает многопрофильное развитие клеточного иммунного ответа, при этом сами Т-клетки воспаления выступают в качестве организаторов адекватного иммунного ответа.
2.5. Формы клеточного иммунного ответа
Реакция гиперчувствительности замедленного типа (ГЗТ). Впервые эта реакция была воспроизведена в эксперименте немецким бактериологом Робертом Кохом в 1891 г. Он заметил, что при введении интактным морским свинкам вирулентных микобактерий туберкулеза наблюдается быстрое распространение возбудителя по организму, развитие острого инфекционного процесса, как правило, с летальным исходом. Вместе с тем, отмеченная картина изменяется в случае введения бацилл предварительно иммунизированным животным. Предварительная иммунизация животных проводится путем подкожного введения возбудителя, либо продуктов его жизнедеятельности - туберкулина (фильтрат культуральной жидкости Mycobacterium tuberculosis, содержащий белки, выделенные из культуры) или РРD (от англ. purified protein derivative). Такая предварительная иммунизация животных сопровождается развитием локального воспаления в месте введения микобактерий или продуктов их жизнедеятельности, что обуславливает локализацию возбудителя в месте инъекции и невозможность его распространения по организму, поскольку очаг воспаления не дает распространяться возбудителю в окружающие ткани. При этом на месте инъекции возникает воспалительный узелок, характеризующийся скоплением большого количества лимфоцитов и макрофагов. Макрофаги в очаге воспаления фагоцитируют возбудитель и продукты его жизнедеятельности, подвергают их предварительному расщеплению и представляют антигенные детерминанты в комплексе с молекулами МНС II класса на своей поверхности. Определенные клоны наивных (нулевых) лимфоцитов, комитированные на антигенные детерминанты бацилл туберкулеза, в очаге воспаления получают возможность взаимодействовать с этими детерминантами, представленными на поверхности макрофагов. Результатом такого взаимодействия является антигензависимая активация незрелых лимфоцитов и превращение их в окончательно зрелые эффекторные клетки. Причем преимущественно образуются Т-клетки воспаления и Т-хелперы вследствие контакта наивных CD4 Т-клеток с комплексами "антигенная детерминанта - молекула МНС II класса" на поверхности макрофагов. Такая предварительная иммунизация животных путем подкожного введения возбудителя, с одной стороны, делает невозможным распространение возбудителя по организму и его гибель, а с другой - приводит к появлению специфичных по отношению к антигенным детерминантам возбудителя Т-клеток памяти, а также зрелых эффекторных Т-клеток воспаления и Т-хелперов. После повторного контакта организма с этим же возбудителем имеющиеся уже зрелые Т-клетки воспаления обеспечивают эффективную защиту от этого возбудителя, активируя макрофаги, фагоцитировавшие патоген, к внутриклеточному его перевариванию, а также путем выработки хемоаттрактантов, привлекающих в очаг воспаления макрофаги и другие клетки воспаления из кровотока. Таким образом, организм оказывается защищенным от данного возбудителя. С целью поддержания иммунитета против микобактерий туберкулеза, а также оценки выраженности реакции против него периодически производят повторные подкожные иммунизации организма. При этом реакция гиперчувствительности после повторных иммунизаций возникает не мгновенно, а спустя 24-48 часов после введения патогена (в связи с чем и называется реакция гиперчувствительности замедленного типа). По величине образующейся гранулемы (воспалительного узелка) в месте введения антигена судят, о напряженности иммунной реакции. В частности, слишком большая гранулема (свыше 5 мм) может свидетельствовать либо в пользу слишком сильной гиперчувствительности организма по отношению к микобактерии туберкулеза, либо о наличии ее в организме.
Реакция трансплантат против хозяина (РТПХ) возникает при пересадке реципиенту аллотрансплантата, содержащего иммунокомпетентные клетки, в результате чего начинается реакция этих иммунокомпетентных клеток против антигенов реципиента. Такая реакция в клинике возникает при пересадке человеку лимфоидной или миелоидной ткани с целью компенсации врожденной или приобретенной иммунологической недостаточности. При этом иммунокомпетентные клетки пересаженного трансплантата после контакта с генетически чужеродными для них антигенами тканей реципиента начинают антигензависимую пролиферацию и дифференцировку, в результате чего возникает антигенспецифическая реакция этих клеток против тканей реципиента. В процесс этой реакции включаются преимущественно предшественники CD8 Т-клеток, дифференцирующиеся в Т-киллеры, и CD4 Т-клеток, дифференцирующихся в Т-хелперы. Результатом реакции является накопление большого количества зрелых Т-киллеров транспланатанта. При этом наряду с агрессией этих клеток против тканей реципиента, наблюдается увеличение регионарных лимфатических узлов и селезенки за счет как антигензависимой пролиферации Т-лимфоцитов транспланатата, так и за счет привлечения в зону реакции собственных клеток реципиента. Таким образом, реакция трансплантат против хозяина обеспечивается преимущественно Т-киллерами трансплантата
Реакция отторжения трансплантата возникает при пересадке каких-то тканей донора, отличающихся по генам гистосовместимости от реципиента (т.е. при аллотрансплантации). Время отторжения первичного трансплантата составляет около 14 дней, тогда как после вторичной трансплантации тканей от того же донора оно сокращается до 5-7 дней. Собственно реакция отторжения трансплантата включает два компонента:
* специфический, связанный в основном с активностью Т-киллеров (хотя определенную роль играют и Т-хелперы, Т-клетки воспаления и плазматические клетки, продуцирующие антитела)
* неспецифический, имеющий характер воспаления и обеспечиваемый участием активированных Т-клетками воспаления макрофагов, а также активированных иммунными комплексами натуральных киллеров.
Развитие реакции отторжения трансплантата состоит из 3 этапов:
* распознавание чужеродных антигенов трансплантата иммунокомпетентными клетками реципиента. В процесс распознавания вступают предшественники цитотоксических Т-лимфоцитов (CD8 Т-клеток), предшественники хелперных и воспалительных Т-клеток (CD4 Т-клеток, ТН0 клетки). После распознавания антигена эти клетки мигрируют в ближайшую лимфоидную ткань (например, в регионарный лимфатический узел). Процесс распознавания иммунокомпетентными клетками антигенов трансплантата может происходить не только в зоне трансплантата, но и в регионарной лимфоидной ткани вследствие проникновения в нее антигенов трансплантата
* антигензависимый лимфоцитопоэз (созревание и накопление эффекторов противотрансплантационной реакции), происходящий в ближайшей к трансплантату лимфоидной ткани. В лимфоидной ткани антигенные детерминанты, возникающие после предварительного расщепления антигенов трансплантата в макрофагах и В-лимфоцитах, в комплексе с молекулами МНС поступают на поверхность этих клеток. Комплекс "антиген-молекула МНС II класса" на поверхности макрофага распознается предшественниками CD4 Т-клеток, которые после антигенной стимуляции дифференцируются в Т-клетки воспаления. В свою очередь, комплекс "антиген-молекула МНС I класса", также представленный на поверхности макрофага, распознается предшественниками CD8 Т-клеток, которые после созревания превращаются в зрелые эффекторные цитотоксические Т-лимфоциты (Т-киллеры). Этот же антиген, представленный на поверхности В-лимфоцитов, распознается CD4 Т-клетками, которые дифференцируются в Т-хелперы. Появление Т-хелперов способствует активации определенных, коммитированных на данный антиген, В-лимфоцитов, превращению их в плазматические клетки, что обуславливает накопление специфичных по отношению к антигену антител. Таким образом, помимо эффекторов клеточного иммунитета в лимфоидной ткани идет процесс формирования эффекторов гуморального иммунного ответа.
* разрушение трансплантата. Осуществляется под влиянием накопившихся в ближайшей к трансплантату периферической лимфоидной ткани специфических эффекторов клеточного и гуморального ответа. В частности, Т-киллеры своими антигенраспознающими рецепторами вступают в контакт с чужеродными антигенными детерминантами клеток тарнсплантанта и путем повреждения мембран этих клеток обеспечивают их лизис. Т-клетки воспаления после взаимодействия с антигенами трансплантата начинают активную секрецию хемотаксического макрофагингибирующего фактора, который привлекает в зону трансплантата макрофаги, препятствует их эмиграции из этой зоны и оказывает на макрофаги активирующее действие, усиливая их фагоцитарную активность и процессы внутриклеточного переваривания. Образующиеся вследствие антигензависимой активации В-лимфоцитов специфичные в отношении антигенов трансплантата антитела после контакта с антигенами образуют иммунные комплексы. Такие иммунные комплексы, с одной стороны, фиксируются на поверхности макрофагов, оказывая опсонизирующее фагоцитоз антигенов действие. С другой стороны, иммунные комплексы через посредство Fc-участков антител взаимодействуют с соответствующими рецепторами натуральных киллеров (особая популяция лимфоцитов, не имеющая маркеров Т- и В-клеток, через посредство антител обладает способностью взаимодействовать с любыми антигенами, подвергая их антителозависимому цитолизу, т.е. натуральные киллеры, подобно макрофагам, принимают участие в неспецифическом уничтожении антигенов). Натуральные киллеры, присоединившие иммунные комплексы, подобно Т-киллерам, вызывают повреждение мембраны антигенсодержащих чужеродных клеток, и как следствие, их гибель. Таким образом, в реакцию отторжения трансплантата включаются как специфические участники - Т-киллеры, CD4 Т-клетки воспаления, CD4 Т-хелперы, В-лимфоциты и специфические иммуноглобулины, продуцируемые потомками В-лимфоцитов - плазматическими клетками, так и неспецифические защитные факторы - активированные Т-клетками воспаления макрофаги, фагоцитирующие и переваривающие чужеродные клетки, и натуральные киллеры, осуществляющие антителозависмый лизис чужеродных клеток трансплантата.
3. Характеристика механизмов гуморального специфического иммунитета
Специфический гуморальный иммунный ответ обеспечивается антителами (иммуноглобулинами), продуцируемыми на экспорт (в межклеточные пространства) зрелыми плазматическими клетками, дифференцирующимися из В-лимфоцитов. Следовательно, реализация специфического гуморального иммунитета осуществляется В-системой специфической иммунной защиты.
В-система иммунитета включает:
* красный костный мозг, в котором осуществляется первичный (доантигенный) В-лимфоцитопоэз
* В-клетки, основное назначение которых состоит в обеспечении способности к продукции специфических антител в случае антигенной агрессии
* различные классы иммуноглобулинов, причем в пределах каждого класса существует большое разнообразие антител по специфичности к антигенным детерминантам.
Центральным органом В-системы иммунитета является красный костный мозг, представляющий собой место дифференцировки из стволовых кроветворных клеток наивных, но уже коммитированных на определенный антиген, В-лимфоцитов. Клеточный состав В-системы представлен В-лимфоцитами различной степени зрелости: от про-В-клеток красного костного мозга до плазмоцитов, заселяющих периферические лимфоидные структуры и активно синтезирующих и секретирующих "на экспорт" иммуноглобулины. В процессе развития В-лимфоцитов в красном костном мозге происходит реорганизация генов, кодирующих вариабельные домены тяжелых и легких цепей иммуноглобулинов, в результате чего дифференцирующийся наивный В-лимфоцит синтезирует антитела определенной специфичности. Причем первоначально В-лимфоцит синтезирует мономерный IgМ, выступающий в качестве его антигенраспознающего рецептора. В результате, клон В-лимфоцитов, образующийся из такой клетки, несет иммуноглобулиновый рецептор, способный реагировать только на один антигенный эпитоп. При этом клоны, экспрессирующие иммуноглобулиновые рецепторы к собственным антигенам, уничтожаются на стадии доантигенной дифференцировки в красном костном мозге и не принимают участия в дальнейшем становлении В-системы. В результате этого в периферических органах иммунной системы оказываются клетки, рецепторы которых реагируют только на чужеродные антигены.
Физиологическая роль специфического гуморального иммунитета состоит в том, что он обеспечивает эффективную борьбу с возбудителями бактериальных или вирусных заболеваний и их токсинами, находящимися во внеклеточной среде. Пребывание в жидких средах организма может более длительным (в случае с внеклеточными патогенами), или более коротковременным (при поражении организма внутриклеточными бактериями или вирусами), но оно обязательно имеет место. При нормальном функционировании иммунной системы патогены и их токсины, оказавшиеся вне клеток хозяина, подвергаются действию антител - эффекторных молекул В-системы иммунитета, продуцируемых потомками В-лимфоцитов - плазматическими клетками. Участие антител в иммунном ответе проявляется в трех формах:
* нейтрализации благодаря образованию иммунных комплексов. Такой способ обезвреживания патогена антителами проявляется в:
* случае молекулярных патогенов - в их связывании с антигеном и его нейтрализации,
* случае корпускулярных патогенов - в блокаде рецепторного взаимодействия патогена с инфицируемой клеткой хозяина (т.е. антитела, связываясь с корпускулярным патогеном, препятствуют взаимодействию его лигандов с рецепторами определенных, поражаемых этим патогеном, клеток организма-хозяина)
* опсонизации - облегчения фагоцитоза молекулярных и корпускулярных антигенов нейтрофилами и макрофагами. Достигается благодаря взаимодействию Fc-фрагментов антител с определенными рецепторами макрофагов и нейтрофилов, благодаря чему патоген, связанный с антителом, фагоцитируется и подвергается дальнейшему уничтожению в фаголизосомах фагоцита. Процесс усиления фагоцитоза гуморальными факторами, вообще, и специфическими антителами, в частности, получил название опсонизации
* активации системы комплемента по классическому пути, в результате чего образуются:
* опсонизирующий фагоцитоз фактор С3b,
* медиаторы воспаления, в том числе и хемотаксические факторы, привлекающие в очаг воспаления фагоциты, лимфоциты и гуморальные защитные факторы
* литический комплекс, обеспечивающий уничтожение патогена.
Подобно клеточному специфическому иммунитету, гуморальный специфический иммунитет является индуцибельным и способным к формированию иммунологической памяти. Так, в отсутствии антигенной агрессии специфические антитела не образуются, и в крови может поддерживаться сравнительно небольшой их титр (в случае если организм контактировал с данным антигеном ранее). Фактором, индуцирующим продукцию специфических антител, служит антиген. Вместе с тем, подобно Т-клеткам, в случае В-клеток одного специфического сигнала от антигена для превращения их а антителопродуцирующие плазматические клетки зачастую не достаточно. Для реализации информации от специфического индуктора (антигена) В-клетке необходим второй сигнал, в роли которого выступают цитокины, продуцируемые CD4-Т-хелперами. Получение В-лимфоцитами, стимулированными специфическим антигеном, второго сигнала, необходимого для полноценного их антигензависимого лимфоцитопоэза, возможно при непосредственном контактном взаимодействии В-лимфоцита со специфическим, коммитированным на данный антиген, Т-хелпером.
3.1. Доантигенный этап дифференцировки В-лимфоцитов
Первичный (антигеннезависимый) В-лимфоцитопоэз происходит в красном костном мозге и включает несколько этапов, каждый из которых характеризуется своим клеточным типом. В целом, в процессе развития В-лимфоцитов выделяют 7 клеточных типов:
* стволовая кроветворная клетка - общий предшественник всех ростков дифференцировки миело- и лимфопоэза
* общий лимфоидный предшественник для Т- и В-клеточного пути развития. Представлен наиболее ранней лимфоидной клеткой с еще неопределившимся направлением развития в Т- или В-лимфоциты
* ранняя про-В-клетка (от англ. pro - progenitor), представляет собой предшественник последующих продвинутых в дифференцировке клеточных типов
* поздняя про-В-клетка
* пре-В-клетка (от англ. pre - precursor), представляет собой клеточный тип, окончательно вышедший на В-клеточный путь развития
* незрелая В-клетка, представляет собой клеточную форму, завершающую костномозговое развитие, активно экспрессирует рецепторный мономерный IgМ и находится в стадии отбора на способность взаимодействовать с собственными антигенами
* зрелая В-клетка, представляет собой клеточный тип периферии, способный взаимодействовать только с чужеродными антигенами строго опредленной специфичности
* плазматическая клетка - окончательно зрелая, эффекторная, антителопродуцирующая клеточная форма, которая дифференцируется из зрелой В-клетки после ее стимуляции антигеном (т.е. в результате вторичного, или антигензависимого, лимфоцитопоэза).
Доантигенный лимфоцитопоэз В-лимфоцитов из стволовых кроветворных клеток осуществляется в красном костном мозге под прямым воздействием стромального микроокружения. Удаление стромальных элементов из клеточной культуры развивающихся В-лимфоцитов in vitro прерывает формирование В-лимфоцитов из стволовых клеток красного костного мозга; реконструкция же культуры восстанавливает процесс накопления В-клеток.
При этом участие ретикулярных клеток красного костного мозга в антигеннезависимой дифференцировке В-лимофцитов осуществляется 2-мя путями:
* прямым, происходящим на ранних этапах антигеннезависимой дифференцировки в результате непосредственного контакта ранних предшественников В-лимфоцитов с дендритными клетками стромы красного костного мозга
* опосредованным, реализующимся на поздних этапах антигеннезависимой дифференцировки В-лимфоцитов под воздействием ряда гуморальных факторов, продуцируемых стромальными элементами красного костного мозга.
Взаимодействие ранних предшественников В-клеток со стромальными клеточными элементами осуществляется с помощью адгезивных молекул. При этом первые контактные отношения между дендритными клетками и стволовой кроветворной клеткой или общим лимфоидным предшественником возникают в результате взаимодействия гиалуроновой кислоты, фиксированной на поверхности дендритных клеток, и рецептора CD44, находящегося на поверхности предшественников лимфоидных клеток. Рецептор CD44 представляет собой типичный адгезивный белок, экспрессирующийся на поверхности различных типов лейкоцитов и эритроцитов. Предполагают, что связывание рецептора CD44 предшественников В-лимфоцитов с гиалуроновой кислотой дендритных клеток не несет какой-либо прямой сигнальной функции, но стимулирует взаимодействие рецептора c-kit ранних про-В-клеток с рецептором SCF (от англ. strem-cell factor) дендртных клеток, в результате чего c-kit активируется и начинает проявлять тирозинкиназную активность, обеспечивая активацию кальцийзависимых фосфорилаз и связанное с этим фосфорилирование определенных внутриклеточных белков, в том числе ферментов репликации ДНК, что обуславливает усиление пролиферации и переход В-клеточных предшественников на более продвинутый путь дифференцировки - стадию поздних про-В-клеток. Кроме того, на стадии ранних про-В-клеток осуществляется реорганизация генов, кодирующих вариабельные домены тяжелой цепи мономерной формы IgM: начинается слияние генных сегментов D и J тяжелых цепей.
На стадии поздних про-В-клеток на их поверхности уже появляются рецепторы к интерлейкину-7, и дальнейшие этапы антигеннезависимой дифференцировки осуществляется с участием этого цитокина, продуцируемого дендритными клетками красного костного мозга. При этом активность интерлейкина-7, как ростового фактора, вполне достаточна для поддержания пролиферации и выживания развивающихся предшественников В-лимфоцитов. Зависимость же активации про-В-клеток от рецептора SCF дендритных клеток снижается и на стадии пре-В-клеток полностью прекращается. Контакт пре-В-клеток с дендритными клетками, в свою очередь, обеспечивается рецепторами адгезивного типа ICAM. На стадии поздних про-В-клеток начинается объединение реорганизованного DJ-локуса с одним из V-геном, которое завершается на этапе пре-В-клеток. На стадии пре-В-клеток, в свою очередь, происходит синтез тяжелых цепей μ-типа и их экспрессия на поверхность клетки. Выход μ-цепи на клеточную поверхность пре-В-клеток, по всей видимости, является сигналом для начала синтеза легких цепей. В случае же мутаций генов μ-цепи, делающих невозможным ее выход на клеточную поверхность, развитие заканчивается на стадии пре-В-клеток.
Реорганизация генов легких цепей иммуноглобулина начинается позднее по сравнению с таковой тяжелых цепей: происходит на стадии пре-В-клеток и завершается на заключительном этапе развития В-клеток в красном костном мозге - этапе незрелых В-клеток, в результате чего создаются условия для полноценного синтеза рецепторного IgM и его экспрессии на поверхность наивного В-лимфоцита.
В связи с тем, что реорганизация генных сегментов тяжелых и легких цепей иммуноглобулинов носит случайный характер, сформировавшиеся иммуноглобулиновые молекулы будут иметь широкую вариабельность по специфичности антигенсвязывающего участка. Но при этом в процессе реорганизации генома каждая отдельно взятая В-клетка приобретает способность синтезировать моноспецифические иммуноглобулины одной, случайносформированной специфичности. Случайность рекомбинационных процессов, обеспечивающих образование реорганизованных информационных локусов, кодирующих вариабельные домены тяжелой и легкой цепей определенной специфичности, предотвращает последующее формирование всех прочих потенциально возможных сочетаний генных сегментов, в результате чего на поверхности наивного В-лимфоцита экспрессируются молекулы рецепторного IgM строго определенной постоянной специфичности, обуславливающие его коммитированность по отношению к строго определенному антигенному эпитопу.
На заключительном этапе дифференцировки В-клеток в красном костном мозге происходит отбор тех из них, которые реагируют только на чужеродные антигены. Те же В-клетки, иммуноглобулиновые рецепторы которых способны взаимодействовать с собственными антигенами, либо погибают в результате апоптоза, либо приходят в состояние ареактивности (асинергии). При этом процесс, который разовьется в В-лимфоцитах, настроенных на собственные антигены, зависит от типа этих антигенов. В частности, при встрече наивных В-лимфоцитов с антигенами, находящимися на поверхности собственных дендритных клеток красного костного мозга (молекулами I класса МНС) развивается апоптоз, тогда как при встрече с растворимыми (гуморальными) антигенами - ареактивность (анергия) соотвествующих избирательно настроенных на эти антигены клонов В-клеток. В результате развития ареактивности В-клеток, настроенных на собственные растворимые антигены, несмотря на наличие на их поверхности антигенраспознающего рецептора, они не способны проходить антигензависимую дифференцировку под действием антигена, с которым познакомились в процессе своего развития.
Таким образом, процесс В-клеточного развития в красном костном мозге завершается формированием незрелой В-клетки, экспрессирующей поверхностный мономерный IgM определенной специфичности и подготовленной к миграции на периферию.
Оставшая после отрицательной селекции на аутореактивность популяция реактивных незрелых В-клеток на завершающем этапе антигеннезависимой дифференцировки подвергается дальнейшему превращению в зрелые В-клетки. При этом в зрелых В-лимфоцитах, кроме поверхностного мономерного IgM, выступающего в роли антигенраспознающего рецептора и экспрессирующегося еще у незрелых В-лимфоцитов, начинает экспрессироваться и IgD, служащий для взаимодействия между лимфоцитами. Сам процесс превращения незрелых В-клеток, имеющих на своей поверхности IgM определенной специфичности в зрелые, экспрессирующие IgM и IgD, занимает несколько дней. По завершении этого процесса образуются зрелые, но еще наивные (пока еще не способные к синтезу антител на экспорт) В-лимфоциты, которые покидают красный костный мозг и мигрируют по кровеносным сосудам в периферические лимфоидные органы, формируя лимфоидные фолликулы в соединительной ткани, лимфатических узлах и селезенке. При этом в неинкапсулированных лимфоидных фолликулах слизистых оболочек полых органов концентрируются преимущественно В-клетки, которые после активации антигеном соотвествующей специфичности продуцируют секреторный IgА, тогда как в лимфатических узлах и селезенке - В-клетки, продуцирующие после активации антигеном IgM (при первичном ответе) и IgG (при вторичном и последующих контактах с данным антигеном).
Мигрирующие на периферию В-клетки не остаются на месте постоянно и по истечении определенного времени пребывания в тех или иных лимфоидных структурах в случае необнаружения антигена, возвращаются вновь в сосудистое русло (вступают в процесс рециркуляции) и заносятся в другие лимфоидные структуры, где могут встретиться с соотвествующим антигеном, пройти процесс антигензависимой дифференцировки и превратиться в неподвижные, активно продуцирующие антитела определенной специфичности "на экспорт" плазматические клетки.
Среди зрелых В-клеток, заселяющих периферические лимфоидные структуры и рециркулирующих в сосудистом русле, имеется субпопуляция, отличающаяся от остальных наличием на своей поверхности рецептора CD5. Эти клетки возникают в эмбриональный период и сохраняются в постнатальном периоде (в том числе и во взрослом организме) благодаря способности к самообновлению. Вместе с тем, в постнатальном периоде формирование этих В-лимфоцитов из стволовой кроветворной клетки не происходит, а их присутствие у взрослых особей является своеобразной формой "онтогенетического атавизма". Одной из наиболее важных функциональных особенностей этих клеток, в отличие от остальных В-лимфоцитов, является низкая специфичность их антигенраспознающих иммуноглобулиновых рецепторов и способность реагировать в основном с общими полисахаридными антигенами бактерий. Реакция на общие бактериальные антигены, в свою очередь, имеет значение в раннем периоде формирования иммунитета как один из способов срочной мобилизации антибактериальной защиты.
3.2. Механизм активации наивных В-лимфоцитов и превращения их в зрелые антителопродуцирующие клетки
Как уже было отмечено ранее, вторичный лимфоцитопоэз В-лимфоцитов для полноценного своего развития требует стимуляции В-клетки двумя сигналами:
* специфическим антигеном, вступающим во взаимодействие с антигенраспознающим поверхностным рецептором В-лимфоцита. В качестве такого рецептора выступает мономерная форма IgМ, встроенная в мембрану наивного В-лимфоцита и ассоциированная со специальными вспомогательными белками (Igα и β)
* цитокинами, продуцируемыми CD4-Т-хелперами. При этом необходимо непосредственное взаимодействие В-лимфоцита с Т-хелпером соответствующей специфичности. Достигается такое взаимодействие между В-клеткой и Т-хелпером благодаря частичному преобразованию патогена внутри В-лимфоцита и последующей презентации его в иммуногенной форме Т-хелперу. Так, антигенраспознающий рецептор В-лимфоцита, образованный мономерным IgМ,
* с одной стороны, служит для распознавания специфического антигена и передачи сигнала о встрече с антигеном непосредственно внутрь клетки (в передаче сигнала об антигене внутрь клетки принимают участие вспомогательные белки - Igα и β, активирующие цитоплазматические тирозинкиназы),
* а, с другой, - выступает в качестве молекулярного фактора захвата антигена и переноса его в цитоплазму В-лимфоцита.
Внутри В-лимфоцита антиген подвергается частичному расщеплению до отдельных пептидов, которые объединяются с молекулами МНС II класса и в комплексе с ними выводятся на поверхность В-клетки. Иммуногенный комплекс "молекула МНС II класса - антигенная детерминанта" распознается специфическими рецепторами определенной наивной CD4-Т-клетки и обуславливает последующую дифференциацию этой клетки в Т-хелпер (тогда как распознавание CD4-Т-клеткой такого иммуногенного комплекса, ассоциированного с макрофагами или дендритными клетками, обуславливает ее дифференциацию в Т-клетку воспаления). Дифференцирующийся в результате стимуляции иммунным комплексом "молекула МНС II класса - антигенная детерминанта", расположенным на поверхности В-лимфоцита, Т-хелпер обеспечивает второй сигнал для активации В-клеток.
Вместе с тем, некоторые патогены могут самостоятельно индуцировать полноценный вторичный лимфоцитопоэз наивных В-лимфоцитов без участия Т-хелперов. Такие антигены получили название тимуснезависимых (T- independing antigens, TI antigens) и отличаются от остальных наличием в своем составе:
* либо специального митогенного участка, заменяющего сигнал от Т-хелперов,
* либо многократно повторяющихся одинаковой специфичности эпитопов, способных в результате многократного связывания с антигенраспознающими рецепторами наивного В-лимфоцита (многоточечного взаимодействия антигена с антигенраспознающими рецепторами наивного В-лимфоцита соответствующей специфичности) самостоятельно индуцировать его антигензависимый лимфоцитопоэз.
Тимуснезависимые антигены, в свою очередь, подразделяются на 2 класса, каждый из которых активирует В-клетки определенным "своим" способом. В частности, тимуснезависимые антигены первого класса имеют в своем составе митогенный участок, заменяющий сигнал от Т-хелперов, благодаря чему они способны непосредственно стимулировать пролиферацию В-клеток. Причем в случае высокой их концентрации в организме они индуцируют пролиферацию и дифференцировку всех В-клеток, независимо от специфичности их антигенраспознающих рецепторов. В связи с этим тимуснезависимые антигены первого класса получили название поликлональных активаторов, или В-клеточных митогенов. Примером таких антигенов могут служить липополисахариды бактерий. В случае высоких их концентраций в зараженном организме, когда не возникает конкуренции за специфическое взаимодействие между рецепторным IgМ и специфическим эпитопом TI-антигенов первого класса, наблюдается поликлональный ответ. В условиях, когда концентрация антигена незначительна, преимущество остается за клетками, способными к двойному распознаванию - как митогенного участка, так и антигенного эпитопа, что обуславливает клональную экспансию антигенспецифических наивных В-клеток. В случае обычного инфекционного процесса концентрация TI-антигенов первого класса незначительна, что обуславливает активацию только лишь тех наивных В-лимфоцитов, антигенраспознающие рецепторы которых проявляют специфичность в отношении эпитопных участков данных антигенов. В результате продуцируемые потомками таких В-лимфоцитов антитела будут взаимодействовать только с TI-антигеном первого класса. Такой ответ развивается к ряду внеклеточных инфекционных агентов, и формируется он быстрее, чем Т-зависимый иммунный ответ, поскольку не требует времени на созревание антигенспецифических Т-хелперов. Большая скорость такого ответа сопряжена с некоторым его несовершенством: он напоминает "скорую помощь" в самом начале развития инфекции. Несовершенство такого ответа, прежде всего, состоит в том, что TI-антигены первого класса, действуя самостоятельно, не способны индуцировать переключение синтеза антител с одного изотипа на другой, не оказывают влияния на повышение аффинности антител к антигенам, не создают клеток памяти, поскольку все эти процессы требуют участия Т-хелперов.
Тимуснезависимые антигены второго класса представлены молекулами, имеющими часто повторяющиеся идентичные эпитопные участки. К этому классу антигенов относятся полисахариды бактериальной стенки, высокополимерные высокомолекулярные белки (например, гемоцианин). Механизм активации наивных В-клеток такими антигенами связан с перекрестным сшиванием между повторяющимися эпитопами одинаковой специфичности и поверхностными рецепторными IgМ лимфоцита. До настоящего времени точно не выяснено является ли ответ наивных В-лимфоцитов на тимуснезависимые антигены второго класса полностью независимым от Т-хелперов. Вместе с тем, показано, что удаление из культуры клеток in vitro всех Т-клеток приводит к подавлению ответа на данные антигены, тогда как введение незначительного количества Т-клеток значительно усиливает иммунный ответ к данным антигенам. Вероятнее всего, наиболее ранний ответ к тимуснезависимым антигенам второго класса, проявляющийся в синтезе IgМ, формируется без помощи Т-хелперов, тогда как более поздний, характеризующийся переключением на синтез IgG, требует включения Т-хелперов.
Большинство антигенов относятся к категории тимусзависимых, т.е. для полноценной активации наивных В-лимфоцитов требуют участия Т-хелперов и непосредственного взаимодействия Т-хелпера с В-лимфоцитом. При этом В и Т-лимфоцит, совместно участвующие в реакции на определенный антиген, как правило, распознают разные его эпитопные участки. Явление распознавания В и Т-лимфоцитами разных эпитопов одного и того же антигена получило название сцепленного распознавания. Первоначально, В-лимфоцит своим антигенраспознающим рецептором (поверхностным IgМ) вступает во взаимодействие с нативным эпитопом, выходящим на поверхность антигена. После захвата антигена В-лимфоцитом и частичного расщепления высвобождаются какие-то пептидные фрагменты (эпитопы "линейного типа"), которые объединяются с собственными молекулами МНС II класса, выходят на поверхность В-лимфоцита и представляются для распознавания и антигензависимой активации наивных CD4-Т-клеток, дифференцирующихся в Т-хелперы. При этом секретируемые плазматической клеткой антитела будут проявлять специфичность только в отношении того "конформационного типа" эпитопа антигена, с которыми взаимодействуют антигенраспознающие рецепторы наивного В-лимфоцита, но не по отношению к эпитопам, распознаваемым Т-хелпером. Образующиеся антитела будут оказывать как нейтрализующее, так и опсонизирующее действие: с одной стороны, связываясь с антигеном, они экранируют его от проникновения в собственные клетки организма, а, следовательно, предотвращают дальнейшее заражение клеток, а, с другой, - путем присоединения к Fc-рецепторам фагоцитов облегчают фагоцитоз антигенов.
Мембранные и гуморальные активаторы для В-клеток, продуцируемые Т-хелперами. Т-хелперы, распознавшие комплекс антигенного пептида с молекулой МНС II класса на поверхности В-лимфоцита, активируют его к пролиферации и дифференцировке в зрелые антителопродуценты - плазматические клетки. При этом Т-хелперы после взаимодействия с В-лимфоцитом начинают экспрессировать мембранносвязанные и секреторные формы молекулярных активаторов. Наиболее важными эффекторными молекулами Т-хелперов на ранней стадии активации В-клеток является лиганд CD40, относящийся к семейству цитокинов ФНО (факторов некроза опухоли). Этот лиганд связывается с поверхностной молекулой В-лимфоцитов, аналогичной рецепторам к ФНО-α на поверхности макрофага. Вторым стимулирующим В-клетки фактором является интерлейкин-4, секретируемый Т-хелперами только после вступления их в контакт с В-лимфоцитами. Таким образом, подобно макрофагам, требующим для своей активации действия двух молекулярных сигналов, продуцируемых Т-клетками воспаления (поверхностного ФНО-α и интерферона ), для активации наивных В-клеток, кроме антигенной стимуляции, необходимо еще 2 стимулятора - CD40-лиганд на поверхности Т-хелперов и продуцируемый ими интерлейкин 4. Вместе с тем, если активация инфицированных макрофагов приводит к быстрому проявлению эффекторного их действия - разрушению патогенов, то начальный этап активации наивных В-клеток связан с рядом подготовительных процессов, и, в первую очередь, с клональной экспансией специфичных В-лимфоцитов, что обуславливает накопление клеток антигенспецифического клона, которые после завершения пролиферации переходят к дифференцировке в плазматические клетки, секретирующие антитела данной специфичности. При этом на заключительном этапе антигензависимой дифференцировки В-клеток определенный вклад в этот процесс вносят два дополнительных цитокина - интерлейкин-5 и интерлейкин-6, вырабатываемые Т-хелперами.
Переключение синтеза изотипов антител определенной специфичности при гуморальном иммунном ответе. По мере развития гуморального иммунного ответа синтез антител переключается с одного изотипа на другой при сохранении их исходной специфичности. Так, на ранних стадиях иммунного ответа доминирующим изотипом является IgМ, и в очень незначительном количестве представлен IgD. Позднее, по мере развития антителогенеза происходит замена синтеза IgМ на IgG, IgА и IgЕ. Замечено, что описанное переключение в синтезе изотипов антител не возможно при дефекте экспрессии CD40-лиганда, принимающего участие в контактном взаимодействии Т-хелперов с В-лимфоцитами. При подобной форме иммунодефицита наблюдается необычно высокое содержание IgМ в сыворотке крови на фоне отсутствия продукции иммуноглобулинов других изотипов. Активная продукция IgМ при недостаточной помощи Т-хелперов (вследствие дефицита CD40) может быть связана с ответом В-клеток на тимуснезависимые антигены. Таким образом, для сбалансированной продукции различных классов антител необходимо включение в антигензависимую активацию В-клеток Т-хелперов. При этом участие Т-хелперов в процессах переключения синтеза одних изотипов антител на другие такой же специфичности заключается в продукции ими определенных цитокинов, влияющих на данный процесс. Так, интерлейкин-4 способствует переключению синтеза IgМ на IgG1, ФНОβ - на IgG2b и IgА, интерлейкин-5 усиливает продукцию IgА, когда переключение в геноме для синтеза данного изотипа уже произошло под влиянием ФНОβ. Наряду с Т-хелперами, определенное участие в переключении синтеза изотипов антител принимают и Т-клетки воспаления посредством вырабатываемого ними интерферона , который преимущественно индуцирует синтез IgG2а и IgG3. При этом, в отличие от Т-хелперов, Т-клетки воспаления оказывают гораздо более слабое стимулирующее влияние на количественную продукцию антител плазматическими клетками.
Таким образом, участие Т-хелперов в гуморальном иммунном ответе имеет двойное проявление:
* во-первых, они инициируют пролиферацию и дифференцировку распознавших антиген В-лимфоцитов,
* во-вторых, Т-хелперы оказывают прямое действие на переключение синтеза антител с одного изотипа на другой.
Повышение аффинности антител в процессе формирования иммунного ответа. По мере развития иммунного ответа происходит не только переключение синтеза антител с одного изотипа на другой, но и повышается (в 2-3 раза) их аффинность (сродство) к антигенному эпитопу, индуцирующему их образование, а также снижается степень их гетерогенности. Одной из гипотез, пытающейся объяснить такой феномен, является гипотеза о гипермутабельности генов, контролирующих вариабельные домены иммуноглобулинов. Известно, что мутационный уровень для всех соматических клеток составляет замену одной из 1012 пар азотистых оснований ДНК при одном клеточном делении. Согласно гипермутационной теории частота замен азотистых оснований в генах, кодирующих вариабельные домены цепей иммуноглобулинов, составляет одну замену на 103 пар оснований при одном делении. При этом гипермутабельность не затрагивает гены, контролирующие константные регионы. Вместе с тем, такая гипотеза кажется умозрительной и не укладывается в современные концепции молекулярной генетики. Более вероятным выглядит представление о селекции антигенспецифических В-клонов. Согласно этому представлению на начальных этапах антигензависимого лимфоцитопоэза в реакцию распознавания антигена вступают клетки нескольких клонов, имеющих иммунноглобулиновые рецепторы, проявляющие сродство к данному антигенному эпитопу, но при этом несколько отличающиеся друг от друга строением антигенсвязывающего центра. В связи с этим пул специфических антител к данному антигенному эпитопу на ранних этапах иммунного ответа будет весьма гетерогенным. В последующем, клон В-лимфоцитов, проявляющий наиболее высокое сродство к антигенному эпитопу, будет обладать селективным преимуществом в размножении за счет большей энергии связи с антигеном, что и обеспечит ускоренное накопление высокоаффинных антител. Именно в этом клоне вступят в работу механизмы переключения синтеза IgМ на IgG и формирования клеток памяти. В связи с этим по мере развития антигензависимого В-лимфоцитопоэза увеличивается как аффинность антител к антигену, так и происходит преимущественное переключение на синтез IgG.
Образование активных антителопродуцирующих клеток. В-лимфоциты в местах своей активации антигеном, происходящей с участием Т-хелперов, образуют светлые центры размножения, представляющие собой места пролиферации, трансформации и селекции В-клеточных клонов. При этом В-лимфоциты, активированные Т-хелперами в тимусзависимой зоне лимфоидных органов (в паракортикальной зоне лимфатических узлов, периартериальных влагалищах селезенки, на периферии лимфоидных фолликулов) либо сразу дифференцируются в плазматические клетки, продуцирующие ранние, суммарно низкоаффинные антитела, либо перемещаются в лимфоидные фолликулы и образуют в них светлые центры размножения. Внутри лимфоидного фолликула они, во-первых, подвергаются селекции на наличие высокоаффинных антигенраспознающих иммуноглобулиновых рецепторов и, во-вторых, завершают дифференцировку в плазмоциты, продуцирующие антитела высокой аффинности по отношению к антигенам. При этом часть В-клеток с высокоаффинными рецепторами трансформируется в В-клетки памяти.
Сам лимфоидный фолликул, характеризующийся преобладанием В-лимфоцитов над Т-клетками, а, следовательно, участвующий преимущественно в гуморальных иммунных реакциях, содержит покоящиеся В-клетки, плотно упакованные вокруг специализированных клеточных типов, называемых фолликулярными дендритными клетками. Дендритные клетки фолликула отличаются от дендритных клеток, активирующих Т-лимфоциты, по крайней мере, двумя признаками:
* они представляют на своей поверхности нативный чужеродный антиген и способны длительное время его сохранять
* они экспрессируют специализированную молекулу CD23, выступающую в роли лиганда для молекулы CR2, находящейся на поверхности В-лимфоцита. Взаимодействие между CD23 фолликулярных дендритных клеток и CR2 В-лимфоцитов принимает участие в селекции высокоаффинных В-клеток.
Проникшие в первичный (покоящийся) лимфоидный фолликул активированные В-клетки начинают интенсивно делиться, образуя бластные формы (т.н. центробласты). Собственно первичный лимфоидный фоликул, накопивший центробласты, гистологически определяется как центр размножения, или вторичный фолликул. Центробласты дифференцируются в центроциты, представляющие собой те же В-клетки, но прошедшие активацию Т-хелперами и бластную стадию развития. При этом присутствующий на поверхности фолликулярных дендритных клеток антиген выступает в качестве фактора отбора центроцитов на наличие у них высокоаффинных антигенраспознающих рецепторов; этот специфический отбор закрепляется формированием связи между молекулами CD23 фолликулярных дендритных клеток и CR2 В-лимфоцитов. В-клетки, не прошедшие отбор на высокое сродство к антигену, погибают (в связи с этим в активных лимфоидных фолликулах обнаруживаются и апоптические клетки). В-лимфоциты, прошедшие отбор на аффинность к антигену, начинают экспрессировать ген bcl-2+, продукт которого защищает их от апоптоза, и постепенно перемещаются на периферию центра размножения, где они дифференцируются либо в плазмоциты, активно продуцирующие антитела, либо в В-клетки памяти. Фактор, от которого зависит дифференцировка В-лимфоцитов либо в плазматические клетки, либо в В-клетки памяти окончательно не ясен. Вместе с тем, существует предположение, согласно которому взаимодействие только между CR2 В-лимфоцитов и лигандом CD23 дендритных клеток приводит к превращению центроцитов в плазмоциты, тогда как одновременный контакт с Т-хелперами, осуществляемый путем взаимодействия рецептора CD40 В-лимфоцита с CD40L Т-клетки, приводит к трансформации центроцитов в В-клетки памяти.
3.3. Эффекторная функция антител различных классов
Антитела проявляют высокую специфичность в отношении определенных антигенов, вызвавших их образование, и обеспечивают изоляцию и уничтожение патогена 3 основными способами:
* нейтрализацией
* опсонизацией
* активацией системы комплимента.
При этом независимо от принадлежности антител к тому или иному классу, все они характеризуются строгой специфичностью по отношению к антигену, вызвавшему их образование. Различия же по изотипам антител обусловлены особенностями строения константной части цепей их молекулы. Вместе с тем, именно константная область молекул антител в зависимости от конкретной иммунологической ситуации мобилизует комплекс реакций, направленных на завершение иммунного процесса - окончательную элиминацию патогена.
Распределение антител в организме. Местом продукции антител в организме является лимфоидная ткань, а основными воротами для проникновения инфекции - слизистые оболочки полых органов (дыхательной, мочеполовой, пищеварительной трубок) и кожа. Следовательно, места проникновения патогена в организм могут быть удалены от структур, продуцирующих антитела, в связи с чем антитела, для того чтобы попасть в очаг проникновения антигена, должны преодолеть эндотелиальные и эпителиальные барьеры. Способность проникать через такие барьеры является неодинаковой у антител различных классов, в связи с чем распределение различных классов антител в организме подчиняется определенной закономерности, и патоген в зависимости от места своего проникновения в организм сталкивается преимущественно с определенными изотипами антител.
При первичном попадании патогена в организм образуются IgМ (т.н. ранние антитела), которые характеризуются относительно низким сродством к антигенам в отличие от антител такой же специфичности, но других классов. Низкий аффинитет IgМ к антигенам обусловлен отсутствием их селекции в лимфоидной ткани, для осуществления которой требуется около 5-6 дней после вступления в реакцию активированных В-клеток. Между тем, низкая аффинность IgМ к антигенам компенсируется большим количеством (10 штук) и высокой подвижностью их антигенсвязывающих участков, что обеспечивает достаточно эффективное многоточечное взаимодействие IgМ с корпускулярными (в том числе с бактериальными) антигенами. Антитела класса М способны уничтожать антиген не только путем его нейтрализации, но и путем достаточно эффективной активации системы комплимента (всего один иммунный комплекс "IgМ-антиген" способен самостоятельно активировать фактор С1 системы комплемента, тогда как для активации одной молекулы данного фактора иммунными комплексами, образованными другими антителами, необходимо не менее 5-ти иммунных комплексов). Обычным "местом действия" IgМ является кровоток в связи с высокой молекулярной массой IgМ и обусловленными этим трудностями проникновения через эндотелий сосудов. Вместе с тем, при повышении проницаемости сосудов под влиянием вазоактивных веществ, образуемых в очаге воспаления, IgМ способен проникать в места локальной концентрации антигена.
Антитела других классов (G, А, Е) в связи с меньшими размерами и молекулярным весом в сравнении с IgМ, а также наличием специальных механизмов взаимодействия с эпителиальными клетками значительно легче преодолевают клеточные барьеры и достаточно широко распространяются по организму от мест синтеза. Кроме того, антитела этих классов проявляют гораздо более высокое сродство к антигену по сравнению с IgМ в связи с прохождением клонов плазматических клеток, их продуцирующих, селекции по наибольшему сродству к антигену. Эффективная продукция этих антител осуществляется с некоторой задержкой в сравнении с продукцией IgМ, поскольку переключение синтеза иммуноглобулинов с одного изотипа на другой и селекция клонов плазматических клеток по степени их сродства к антигену требует определенного времени. Вместе с тем, некоторая задержка в синтезе антител классов G, А, Е компенсируется их большей функциональной активностью, обусловленной повышением их аффинности и способности проникать через эпителиальные пласты.
Основным классом антител в крови и тканевой жидкости является IgG, который активно опсонизирует фагоцитоз корпускулярных антигенов и служит достаточно сильным активатором системы комплемента. IgG широко распространен в межклеточных щелях, где имеется доступ к вспомогательным клеткам и молекулам.
IgА преобладает на поверхности слизистых оболочек в связи с тем, что, являясь секреторным иммуноглобулином, секретируется в составе секретов большинства экзокринных желез. Вместе с тем, на поверхности слизистых оболочек вспомогательные клеточные и молекулярные элементы иммунной реактивности практически отсутствуют, и способность IgА обезвреживать патогенны обеспечивается их нейтрализацией.
IgЕ представлен в очень небольшим количестве в крови и внеклеточной жидкости. Его хвостовой (Fc-фрагмент) характеризуется цитофильностью по отношению к тучным клеткам и базофилам. Основным же местом локализации тучных клеток в организме является соединительная ткань кожи, слизистых оболочек и периваскулярная соединительная ткань. Способность IgЕ уничтожать патогены достигается благодаря активации иммунными комплексами IgЕ-антиген тучных клеток и базофилов, дегрануляция которых сопровождается выбросом медиаторов воспаления, запускающих воспалительную реакции и провоцирующих повышенную чувствительность аллергического типа к антигену в месте его проникновения в организм. Кроме того, медиаторы воспаления, высвобождаемые из тучных клеток, могут провоцировать кашель, рвоту и чихание, что дополнительно освобождает организм от патогена.
Транспорт антител через эпителиальные барьеры. Наиболее приспособлен для транспорта через эпителиальные барьеры слизистых оболочек IgА в связи с наличием специального механизма его секреции в составе секретов экзокринных желез. В частности, димер IgА, продуцируемый плазматическими клетками соединительной ткани слизистых оболочек, вступает в контакт со специальным рецептором, расположенным на базальной поверхности эпителиальных клеток, после чего такой комплекс фагоцитируется клеткой и в составе фагоцитарной вакуоли транспортируется к апикальной ее поверхности и путем экзоцитоза выводится за пределы секреторных клеток на поверхность эпителиальных пластов или в состав секретов экзокринных желез. За пределами секреторной клетки под действием определенных ферментов часть рецептора, ассоциированного с димерным IgА отщепляется, тогда как другая его часть (т.н. секреторный компонент) остается связанной с IgА и защищает его от разрушающего действия ферментов слизистой. Комплекс IgА-секреторный компонент осуществляет свою нейтрализующую функцию по отношению к антигенам непосредственно на поверхности слизистых оболочек.
Особую защитную функцию IgА материнского происхождения, поступающий с молоком при грудном вскармливании, выполняет у новорожденных, не имеющих еще собственных развитых механизмов гуморального иммунитета. При этом IgА, поступающий с материнским молоком оседает на внешних слизистых покровах преимущественно пищеварительной и отчасти дыхательной трубок и защищает их от антигенов, проникающих из внешней среды.
Другим важным классом антител, обеспечивающих пассивный иммунитет новорожденного, является IgG, который в период внутриутробного развития транспортируется в организм эмбриона через плаценту и попадает непосредственно в кровоток плода, откуда может диффундировать в соединительную ткань органов. При рождении ребенок имеет тот же набор специфических молекул IgG, что и его мать, который защищает его от патогенов, проникающих во внутреннее межклеточное пространство.
Способы уничтожения патогена антителами. Уничтожение антигенов иммуноглобулинами осуществляется 3 основными путями: нейтрализацией, опсонизацией и в результате активации системы комплемента.
Нейтрализация патогена антителом. Патогенез большинства инфекционных бактериальных заболеваний связан с активностью бактериальных токсинов, повреждающих и дезорганизующих функции соматических клеток. Например, дифтерийный токсин, подавляя синтез белка, приводит к гибели эпителиальных клеток и развитию миокардита. Холерный токсин активирует аденилатциклазу в эпителиальных клетках кишечника, что приводит к повышению уровня цАМФ и является причиной изменений в кишечном эпителии, влекущих за собой нарушение водно-солевого обмена. При этом начало процесса интоксикации связано со способностью токсинов взаимодействовать с соответствующими рецепторами на поверхности клеток-мишеней макроорганизма. Специфические же антитела, способные взаимодействовать с такими токсинами, связывая их, препятствуют их действию на определенные соматические клетки-мишени организма и развитию процесса интоксикации.
Для большинства токсинов способность адсорбироваться на соматических клетках организма и оказывать патологическое действие обусловлена определенными участками пептидного токсина. Это свойство токсинов используют для приготовления вакцин. Обработка нативного токсина тем или иным способом, при котором разрушается его участок, способный взаимодействовать с соматическими клетками организма-реципиента, приводит к уничтожению его патологического действия, но при этом сохранению антигенной активности, что обеспечивает получение безвредного иммунного материала.
Наряду с нейтрализующим влиянием антител на бактериальные токсины, они способны оказывать и нейтрализующее действии непосредственно на бактерии, их продуцирующие. При этом нейтрализующее действие антител на бактерии достигается благодаря их способности препятствовать продвижению возбудителей к местам своего оптимального существования. Так, многие возбудители инфекционных заболеваний (туберкулеза, лепры, чумы, туляремии) являются внутриклеточными патогенами, а других (например, гонореи) - локализуются на поверхности эпителиальных клеток. При проникновении таких возбудителей в организм они могут нейтролизоваться антителами еще до проникновения в поражаемые ими соматические клетки, что будет препятствовать развитию заболевания.
Нейтрализующее действие оказывают антитела и в отношении некоторых вирусов, связываясь с ними и препятствуя проникновению в поражаемые клетки. Например, вирус гриппа имеет поверхностный белок гемагглютин, который взаимодействуя с сиаловыми кислотами гликопротеинов, экспрессирующихся на поверхности эпителиальных клеток дыхательных путей, проникает в них. Препятствием к вирусному заражению эпителиальных клеток является секреторный IgА.
Опсонизация и разрушение антигенов антителами. Нейтрализация антигенов представляет лишь начальный этап освобождения организма от патогенов. Следующий, наиболее результат уничтожения антигенов связан с опсонизацией растворимых и корпускулярных антигенов, их захватом фагоцитирующими или иными иммунологически активными клетками и последующим внутриклеточным разрушением патогенов.
Процесс опсонизации осуществляется благодаря взаимодействию Fc-фрагментов антител, нагруженных антигенами (бактериями, вирусами, токсинами), с определенными рецепторами иммунологически активных клеток. Fc-рецепторы фагоцитов представляют собой семейство молекул, относящихся к суперсемейству иммуноглобулинов, каждый член которого распознает иммуноглобулин одного или нескольких родственных изотипов.
Участие фагоцитов в уничтожении иммунных комплексов. В организме даже при условии очень напряженного гуморального иммунного ответа количество специфических антител к тому или иному антигену всегда значительно меньше общего количества иммуноглобулинов, постоянно циркулирующих в крови и тканевой жидкости. В связи с этим должны существовать механизмы, дифференцирующие свободные иммуноглобулины от иммуноглобулинов, связавших антиген. При агрегировании нескольких антител на одном корпускулярном антигене на нем появляется несколько Fc-валентностей для взаимодействия с Fc-рецепторами фагоцитирующих клеток. При этом каждая отдельная связь Fc-фрагмента антител с соответствующим рецептором фагоцита, характеризующаяся низкоаффинным взаимодействием, неэффективна для провокации фагоцитарного захвата антигена. Вместе с тем, на бактериальных антигенах агрегирует значительное количество антител, в результате чего формируется много точек взаимодействия Fc-фрагментов иммуноглобулинов с Fc-рецепторами на поверхности фагоцитирующей клетки, что повышает авидность взаимодействия и, как следствие, предопределяет успешное прохождение фагоцитоза.
Другой механизм опсонизации фагоцитоза антителами связан с изменением конформации Fc-фрагмента антитела после взаимодействия его антигенсвязывающих центров с антигеном. Конформационная модификация Fc-фрагмента антитела приводит к повышению аффинности взаимодействия с фагоцитом, что облегчает фагоцитоз иммунных комплексов. Этот механизм особенно важен при фагоцитозе молекулярных антигенов (таких, как токсины бактерий).
Процесс поглощения антигена фагоцитами сопряжен с активацией внутриклеточных молекулярных механизмов разрушения нафагоцитированного материала, который происходит в фаголизосомах ферментативным и кислородзависимым путем. Кроме того, повреждающее действие на антигены оказывает само кислое содержимое фаголизосом (рН 3,5-4). Несмотря на эффективность фагоцитоза как комплексной реакции на антиген, в организме имеются дополнительные клеточные механизмы, также направленные на элиминацию чужеродных агентов.
Роль натуральных киллеров в уничтожении иммунных комплексов. При вирусной инфекции помимо Т-киллеров в реакцию уничтожения вирусинфицированных клеток могут вступать натуральные киллеры, на поверхности которых имеются Fc-рецепторы для антител класса G (G1, G3). Естественные киллеры своими Fc-рецепторами вступают во взаимодействие с иммунными комплексами "IgG-антиген", в качестве антигена в которых выступает вирусзараженная клетка. После взаимодействия с имунными комплексами естественные киллеры активируются и выделяют содержимое своих гранул, связанных с плазматической мембраной, на поверхность. В составе гранул естественных киллеров содержатся вещества, подобные таковым в гранулах Т-киллера, в частности, перфорин и гранзимы. Перфорин встравивается в мембрану антигена (вирусинфицированной клетки), образует в ней поры, предопределяя дальнейшее насасывание клеткой воды и ее гибель.
Роль тучных клеток в обезвреживании антигенов. Тучные клетки (аналоги базофилов крови) концентрируются главным образом в местах наиболее вероятной встречи с патогенами внешней среды (в соединительной ткани кожи, подслизистой дыхательной, пищеварительной и мочеполовой трубок, в периваскулярной соединительной ткани) и обеспечивают борьбу с патогенами, проникшими из окружающей среды через эпителиальные пласты внутрь организма. На поверхности тучных клеток содержаться Fc-рецепторы для IgЕ, проявляющие высокую аффинность к иммунноглобулинам этого класса. Между тем, высокая аффинность рецепторного взаимодействия Fc-рецепторов тучных клеток с IgЕ не является гарантией активации тучных клеток. Для активации тучных клеток необходимо еще и чтобы антиген за счет перекрестного сцепления с соседними IgЕ образовал агрегаты на поверхности тучной клетки. Только после образования антигенных агрегатов на поверхности тучных клеток происходит их активация, сопровождающаяся первоначальным выделением гистамина и гепарина. Данные медиаторы воспаления характеризуются кратковременным периодом жизни, но за время своего существования обуславливают локальное увеличение кровотока и проницаемости сосудов в месте активации тучных клеток проникшим патогеном, выявившим сродство к иммунноглобулинам класса Е. Возникающая реакция под действием гистамина и гепарина развивается очень быстро и проявляется в образованиии отека (вследствие усиленной эксудации плазмы), миграции лейкоцитов (прежде всего, нейтрофилов) в очаг инфицирования, развитии покраснения и зуда (в случае развертывания этих процессов в соединительной ткани кожи). Иными словами в очаге проникновения патогена благодаря активации тучных клеток имунными комплексами "IgЕ-антиген" инициируется острая воспалительная реакция, сама по себе носящая защитный характер и обеспечивающая локализацию и последующее уничтожение патогена.
Гистамин и гепарин характризуются небольшой продолжительностью жизни, и их количество в очаге проникновения патогена начинает снижаться сразу после дегрануляции тучных клеток. Между тем, за сравнительно короткий промежуток своего существования гистамин и гепарин успевают инициировать продукцию других медиаторов, в частности, лейкотриенов. Лейкотриены, подобно гистамину и гепарину, также проявляют вазоактивность, но при этом оказывают более выраженное влияние на сосудистый тонус и проницаемость. Кроме того, активированные тучные клетки синтезируют и секретируют ряд цитокинов, оказывающих влияние не только на течение воспалительной реакции, но и способствующих осуществлению антигензависимого лимфоцитопоэза. Так, тучные клетки вырабатывают ФНО-α и интерлейкин-4. ФНО-α обуславливает пролонгирование воспалительной реакции, что способствует локализации патогена в местах его проникновения в организм. Интерлейкин-4, необходим для завершения антигензависимой дифференцировки Т-хелперов, способствует повышению продукции IgE плазматическими клетками (что делает возможным поддержание активности тучных клеток в очаге воспаления благодаря дальнейшей их активации комплексами "IgЕ-антиген"), выступает в роли ростового фактора и для предшественников Т-киллеров (CD8 Т-клеток), способен активировать экспрессию молекул II класса в макрофагах (что способствует усилению их антигенпредставляющей функции), усиливает экспрессию рецепторов к Fc-фрагментам IgG в макрофагах, тем самым улучшая условия для фиксации иммунных комплексов на поверхности макрофагов и последующего их фагоцитоза.
Первоначально воспалительная реакция с участием IgE и тучных клеток рассматривалась как реакция аллергического типа, но в настоящее время становится понятным ее более широкое значение как фактора ограничения распространения патогена по организму и инициации его уничтожения.
Роль антител в активации системы комплимента для уничтожения антигенов. Одним из способов уничтожения антигенов антителами является активация системы комплемента. Иммунные комплексы, состоящие из антител, ассоциированных с определенными специфическими для них антигенами, способны активировать систему комплемента по классическому пути (активируя фактор С1). В результате активации системы комплемента образуются:
* опсонизирующий фагоцитоз фактор С3b, соединенный с патогеном и обладающий способность взаимодействовать с рецепторами фагоцитов (нейтрофилов и макрофагов). Данный фактор выступает в качестве связующего мостика между антигеном и фагоцитом, облегчая фиксацию антигена на поверхности фагоцита, что само по себе путем активации помембранного актомиозинового комплекса фагоцитов инициирует фагоцитоз
* медиаторы воспаления (короткие фрагменты системы комплемента, возникающие в результате ограниченного фагоцитоза копонентов этой системы, они проявляют вазоактивное и хемотаксическое действие, облегчая течение воспалительной реакции в месте проникновения патогена и соотвественно активации системы комплемента)
* мембранноатакующий комплекс, представленный несколькими молекулами фактора С9, встраивающимися в мембрану патогена и образующими поры, через которые происходит насасывание патогеном воды и вызванный этим его лизис.
Таким образом, активация иммунными комплексами (комплексами "антиген-антитело") системы комплемента предопределяет образование целого ряда защитных факторов, одни из которых (фактор С3b) увеличивают вероятность и эффективность фагоцитоза патогена, другие (короткие фрагменты компонентов системы комплимента) - способствуют развертыванию местной воспалительной реакции в очаге проникновения патогена, что обеспечивает его локализацию и последующее уничтожение, а третьи (встроенный в мембрану патогена фактор С9) - непосредственно уничтожают патоген.
Подводя итог клеточным механизмам специфического иммунного реагирования организма, необходимо отметить, что Т- и В-системы иммунитета, представленные в организме человека и животных, выполняют одну общую функцию - элиминацию чужеродных в антигенном отношении биологических структур, но реагируют главным образом на разные по своей природе антигены. Так, фунукция Т-системы направлена преимущественно на уничтожение клеточного антигенного материала (чужеродных трансплантатов, раковых и вирустрансформированных клеток), тогда как В-система действует по отношению к бактериальным антигенам (самим бактериям и молекулярным продуктам их жизнедеятельности). При этом подобная функциональная градация Т-и В-систем на основании природы обезвреживаемого антигенного материала является несколько условной. Ни одна из этих специфических систем иммунного реагирования не работает полностью автономно, доказывая относительность принципа "все или ничего" в живом организме. Так, в случае реакции макроорганизма против клеток трансплантата задействованы как определенные специфичные в отношении антигенов этих коеток Т-киллеры, так и специфические антитела. С другой стороны, антибактериальная активность В-системы реализуется в польной мере только при подключении к ответу Т-хелперов и Т-клеток воспаления.
В целом имунная форма защиты организма во всем многообразии клеточных и молекулярных "участников" иммунных реакций создает мощный заслон от любого чужеродного в антигенном отношении материала, с которым может столкнуться организм в процессе индивидуальной жизни.
Автор
burundukova93
Документ
Категория
Медицина и физиология
Просмотров
3 923
Размер файла
440 Кб
Теги
клеточная, иммунология
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа