14.7.2. Характеристика иммунокомпетентных клеток

Родоначальник всех клеток иммунной системы - стволовая кроветворная клетка. В эмбриональном периоде эти клетки локализуются в желточном мешке, печени, селезенке. В более поздний период эмбриогенеза они появляются в костном мозге и продолжают пролиферировать в пост-натальной жизни (рис. 14.12). Из СКК в костном мозге образуется клетка-предшественник лимфопоэза (лимфоидная мультипотентная родоначальная

Рис. 14.13. Развитие Т- и В-лимфоцитов (по Р. В. Петрову, с изменениями): СКК - стволовая клетка крови; Лск - лимфоидная стволовая клетка; пре-В - клетка-предшественник В-лимфоцитов с внутриклеточным IgM; Вл - В-лимфоцит с поверхностным IgM; М, G, D, А - поверхностные иммуноглобулины на дифференцирующихся В-лимфоцитах и плазматических клетках; Пк - плазматические клетки; IgM, IgG, IgA - иммуноглобулины, секретируемые плазмоцитами; пре-Тл - клетка-предшественник Т-лимфоцитов; Тл - Т-лимфоциты; ТГ - тими-ческие гормоны; Рэ - ретикулярная эпителиальная клетка; Тц - цитотоксический Т-лимфоцит; Тх - Т-хелпер; Тс - Т-супрессор

клетка), которая генерирует два типа клеток: пре-Т-клетки (предшественники Т-клеток) и пре-В-клетки (предшественники В-клеток) (рис. 14.13).

Согласно клонально-селекционной теории иммунитета, в органах кроветворения формируются многочисленные группы (клоны) лимфоцитов, генетически запрограммированные реагировать на один или несколько антигенов. Поэтому каждый конкретный антиген оказывает избирательное действие, стимулируя только те лимфоциты, которые могут связываться с данным антигеном. При первой встрече с антигеном (первичный ответ) лимфоциты стимулируются и подвергаютсятрансформации в бласт-ные формы, которые способны к пролиферации и дифференцировке в иммуноциты (бласттрансформация лимфоцитов - явление, впервые описанное А. А. Максимовым). В лимфоците хроматин ядра становится менее плотным, появляется ядрышко, увеличивается объем цитоплазмы, начинается синтез новых РНК и белков. Так возникают лимфобласты, которые делятся 2-4 раза в сутки в течение 3-5 сут. Из одной клетки возникают до 1000 дочерних клеток той же специфичности. Для развития специфического иммунитета требуется от 4 до 7 сут. В результате бласттрансформа-ции Т-лимфоцитов появляются: 1) Т-клетки-киллеры (цитотоксические) - основные эффекторные клетки иммунитета, они разрушают чужеродные

клетки-мишени и обеспечивают генетическое постоянство внутренней среды организма, защищая его от вторжения чужеродных клеток, новообразований, аутоиммунных заболеваний; 2) Т-клетки-хелперы, участвующие в процессах межклеточной кооперации с В-лимфоцитами, без чего невозможна трансформация В-лимфоцитов в плазмоциты; 3) Т-клетки-супрессоры, блокирующие антителообразование В-лимфоцитами при аутоиммунных реакциях; 4) клетки памяти - это лимфоциты, возвращающиеся в неактивное состояние, но несущие информацию (память) о встрече с конкретным антигеном. При повторном введении данного антигена они способны обеспечивать быстрый иммунный ответ большей интенсивности (вторичный ответ) вследствие усиленной пролиферации лимфоцитов и образования иммуноцитов. Эффекторные клетки имеют ограниченный срок жизни, и, когда антиген удален, большинство клеток подвергается апоптозу.

Естественные киллерные клетки

Среди лимфоцитов в крови, кроме Т-киллеров, имеются NK-клетки. Это большие лимфоциты диаметром 12-15 мкм, имеют дольчатое ядро и азурофильные гранулы (лизосомы) в цитоплазме. Клетки содержат гранулы с перфорином и гранзимами и убивают клетки-мишени сходным с Т-киллерами образом. Они распознают и уничтожают клетки, которые в данный момент не экспрессируют или содержат измененные молекулы ГКГ I. Мишенями для них являются зараженные вирусами, стареющие и опухолевые клетки, а также ткани трансплантата. Эти клетки образуют первую линию защиты против чужеродных клеток, действуют немедленно, быстро разрушая клетки. Т-киллеры образуют вторую линию защиты, так как для их развития из неактивных Т-лимфоцитов требуется время, поэтому они вступают в действие позже NK.

Различают антигеннезависимую и антигензависимую дифференцировку и специализацию В- и Т-лимфоцитов.

Антигеннезависимая пролиферация и дифференцировка генетически запрограммированы на образование клеток, способных давать специфический тип иммунного ответа при встрече с конкретным антигеном благодаря появлению на плазмолемме лимфоцитов особых «рецепторов». Она совершается в центральных органах иммунитета (тимус, костный мозг или фабрициева сумка у птиц) под влиянием специфических факторов, вырабатываемых клетками, формирующими микроокружение (ретикулярная строма или эпителиальные клетки в тимусе). В этом случае развитие завершается образованием клеток, готовых к распознаванию антигенов, но еще не встречавшихся с ними. Такие лимфоциты называют «наивными».

Антигензависимая пролиферация и дифференцировка Т- и В-лимфоцитов происходят при встрече с антигенами в периферических лимфоидных органах, при этом образуются эффекторные клетки и клетки памяти.

Образующиеся Т-лимфоциты составляют пул долгоживущих, рецирку-лирующих лимфоцитов, а В-лимфоциты - короткоживущих клеток.

Взаимодействия клеток в гуморальном иммунном ответе. Гуморальный иммунный ответ обеспечивают макрофаги (антигенпрезентирующие клетки), Т-хелперы и В-лимфоциты.

Попавший в организм антиген поглощается макрофагом. Макрофаг расщепляет его на фрагменты, которые в комплексе с молекулами ГКГ класса II появляются на поверхности клетки. Такая обработка антигена макрофагом называетсяпроцессированием антигена.

Для дальнейшего развития иммунного ответа на антиген необходимо участие Т-хелпера (Тх), но прежде Тх должны быть активированы сами. Эта активация происходит тогда, когда антиген, обработанный макрофагом, распознается Тх. «Узнавание» Тх-клеткой комплекса «антиген + молекула ГКС II класса» на поверхности макрофага (т. е. специфичное взаимодействие рецептора этого Т-лимфоцита со своим лигандом) стимулирует секрецию интерлейкина-1 (ИЛ-1) макрофагом. Под воздействием ИЛ-1 активизируются синтез и секреция ИЛ-2 Тх-клеткой. Выделение Тх-клеткой ИЛ-2 стимулирует ее пролиферацию. Такой процесс может быть расценен как аутокринная стимуляция, так как клетка реагирует на тот агент, который сама синтезирует и секрети-рует. Увеличение численности Тх необходимо для реализации оптимального иммунного ответа. Тх активируют В-клетки путем секреции ИЛ-2.

Активация В-лимфоцита происходит также при прямом взаимодействии антигена с иммуноглобулиновым рецептором В-клетки (рис. 14.14). В-лимфоцит сам процессирует антиген и представляет его фрагмент в комплексе с молекулой ГКС II класса на клеточной поверхности. Этот комплекс узнает уже задействованный в иммунной реакции Тх.

Узнавание рецептором Тх-клетки комплекса антиген-молекула ГКГ II класса на поверхности В-лимфоцита приводит к секреции Тх-клеткой интерлейкинов - ИЛ-2, ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6, γ-интерферона (γ-ИФН), под действием которых В-клетка размножается и дифференцируется с образованием плазматических клеток и В-клеток памяти. Так, ИЛ-4 инициирует активацию В-клетки, ИЛ-5 стимулирует пролиферацию активированных В-клеток, ИЛ-6 вызывает созревание активированных В-клеток и превращение их в плазматические клетки, секретирующие антитела. Интерферон привлекает и активирует макрофаги, которые начинают более активно фагоцитировать и разрушать внедрившиеся микроорганизмы.

Передача большого количества переработанных макрофагом антигенов обеспечивает пролиферацию и дифференцировку В-лимфоцитов в направлении образования плазматических клеток, вырабатывающих специфические антитела на конкретный вид антигена.

Т-супрессоры (Тс) подавляют способность лимфоцитов участвовать в выработке антител и таким образом обеспечивают иммунную толерантность, т. е. нечувствительность к определенным антигенам. Они регулируют количество образующихся плазматических клеток и количество антител, синтезируемых этими клетками. Оказалось, что тормозить выработку антител может и особая субпопуляция В-лимфоцитов, которые получили название В-супрессоров. Показано, что Т- и В-супрессоры могут действовать подавляюще также на реакции клеточного иммунитета.

Рис. 14.14. В-лимфоциты:

а - В-лимфоциты мыши с меченными ¹²⁵I антителами (стрелки) против иммуноглобулинов кролика (по Унанье); б - В-лимфоциты человека с иммуноглобулинами на поверхности плазмолеммы (стрелки), выявленные с помощью антисыворотки человека, меченной пероксидазой, увеличение 3000 (препарат В. П. Слюсарчука)

Дифференцировка клеток плазматического ряда

Этот процесс проходит в несколько этапов и продолжается в течение 1 сут. Из стимулированных В-лимфоцитов образуются В-лимфобласты, которые размножаются, часть из них приобретают способность к синтезу

Рис. 14.15. Дифференцировка плазмоцитов (по Вайсу):

1 - предшественник плазмоцита; 2 - плазмобласт; 3 - юный плазмоцит; 4 - плаз-моцит с расширенными цистернами эндоплазматической сети, содержащими иммуноглобулины (тельце Русселя); 5 - зрелый плазмоцит

антител и становятся плазмобластами, превращающимися в последующем в проплазмоциты и плазмоциты (рис. 14.15).

Плазмобласт (plasmoblastus) - крупная клетка, характеризуется наличием большого количества рибосом и небольшим числом уплощенных цистерн гранулярной эндоплазматической сети. Ядро содержит деконденсирован-ный хроматин (эухроматин) и одно-два больших ядрышка.

Проплазмоцит характеризуется меньшим размером, увеличением количества концентрически расположенных узких канальцев гранулярной эндо-плазматической сети. Ядро лежит эксцентрично, хроматин более компактный, зерна хроматина расположены группами около ядерной оболочки (имеет вид спиц колеса). Около ядра видна зона более светлой цитоплазмы, в которой расположен увеличенный комплекс Гольджи.

Плазмоцит (plasmocytus) характеризуется появлением большого количества расширенных цистерн гранулярной эндоплазматической сети, запол-

Рис. 14.16. Плазмоциты лимфатического узла кишечника после антигенной стимуляции. Иммуноцитохимическая реакция на иммуноглобулины. Электронная микрофотография, увеличение 6000 (препарат В. А. Шахламова): 1 - плазмоциты на различных стадиях синтеза иммуноглобулинов; 2 - осмиофиль-ный продукт реакции, маркирующий локализацию иммуноглобулинов в цистернах гранулярной эндоплазматической сети

ненных продуцируемыми клеткой иммуноглобулинами. Ядро компактное, расположенное эксцентрично.

Процесс плазмоцитогенеза сопровождается потерей способности клеток к делению и движению и уменьшением количества поверхностных иммуноглобулинов в плазмолемме. Продолжительность жизни плазмоцитов составляет несколько недель. Лимфобласты и незрелые плазматические клетки из лимфатических узлов, где они образуются, способны проникать в выносящие лимфатические сосуды и заселять соседние лимфатические узлы. Часть образованных из них мелких клеток, напоминающих по виду лимфоциты, проникают в кровеносные сосуды. Они имеют центрально расположенное ядро, окруженное узким ободком цитоплазмы, в которой видна хорошо развитая гранулярная эндоплазматическая сеть. Эти клетки получили название лимфоплазмоцитов.

Синтез иммуноглобулинов (антител) происходит при участии информационной РНК на рибосомах гранулярной эндоплазматической сети В-лимфоцитов и образуемых из них плазмоцитов. Синтезированные молекулы поступают в просвет цистерн. В В-лимфоцитах первые антитела выявляются в перинуклеарных цистернах. В процессе дальнейшей дифферен-цировки плазмоцитов антитела находятся во всех цистернах гранулярной эндоплазматической сети (рис. 14.16).

В зрелых плазмоцитах антитела в перинуклеарных пространствах отсутствуют и исчезают из некоторых цистерн гранулярной эндоплазматической сети. К полипептидным частям тяжелых цепей антител присоединяют-

ся углеводы (N-ацетил-гликозамин), и этот комплекс транспортируется в комплекс Гольджи, где и происходит присоединение дополнительных углеводов (галактоза). Из комплекса Гольджи антитела переносятся на поверхность клетки и выделяются. Наиболее раннее выделение антител на месте действия антигена осуществляется лимфоцитами. Плазмоциты начинают секретировать антитела несколько позднее, но в гораздо большем количестве. Один плазмоцит может продуцировать 3000 молекул антител в сутки. Часть иммуноглобулинов может депонироваться в растянутых цистернах гранулярной эндоплазматической сети.

Макрофаги

Макрофаги играют важную роль как в естественном, так и в приобретенном иммунитете организма. Участие макрофагов в естественном иммунитете выражается в их способности к фагоцитозу и в синтезе ряда активных веществ - пищеварительных ферментов, компонентов системы комплемента, фагоци-тина, лизоцима, интерферона, эндогенного пирогена и другие, являющихся основными факторами естественного иммунитета. Их роль в приобретенном иммунитете заключается в передаче антигена иммунокомпетентным клеткам (Ти В-лимфоцитам), в индукции специфического ответа на антигены. На мембране они несут молекулы ГКГ I и II классов. Распад поглощенных антигенов идет до пептидов. Пептиды объединяются с молекулами ГКГ II, выводятся на плазмолемму, где могут находиться длительное время. Расщепление фагоцитированного антигена до пептидов и появление их в комплексе с молекулами ГКГ на поверхности называется процессированием антигена. Такие комплексы представляются макрофагами Т-лимфоцитам.

Для оптимального развития иммунных реакций при действии большинства антигенов необходимо участие макрофагов как в первой индуктивной фазе иммунитета, когда они стимулируют лимфоциты, так и в его конечной фазе (продуктивной), когда они участвуют в выработке антител и разрушении антигена. Антигены, фагоцитированные макрофагами, вызывают более сильный иммунный ответ по сравнению с теми, которые не фагоцитированы ими. Блокада макрофагов введением в организм животных взвеси инертных частиц (например, туши) значительно ослабляет иммунный ответ. Макрофаги способны фагоцитировать как растворимые (например, белки), так и корпускулярные антигены. Корпускулярные антигены вызывают более сильный иммунный ответ.

Некоторые виды антигенов, например пневмококки, содержащие на поверхности углеводный компонент, могут быть фагоцитированы после предварительной опсонизации. Фагоцитоз значительно облегчается, если антигенные детерминанты чужеродных клеток опсонизированы, т. е. соединены с антителом или комплексом антитела и комплемента. Процесс опсонизации обеспечивается присутствием на плазмолемме макрофага рецепторов, которые связывают часть молекулы антитела (Fc-фрагмент) или часть комплемента. С плазмолеммой макрофага у человека непосредственно могут связываться только антитела класса IgG, когда они находятся в комбинации с соответствующим антигеном. IgM могут связываться с плазмо-

леммой макрофага в присутствии комплемента. Макрофаги способны «распознавать» растворимые антигены, например гемоглобин.

В коже, слизистых оболочках, В-зонах лимфатических узлов и селезенки имеются специализированные макрофагиорганизма (дендритные клетки), на поверхности многочисленных отростков которых сохраняются антигены, попадающие в организм и передающиеся соответствующим клонам В-лимфоцитов. В Т-зонах лимфоидных фолликулов расположеныинтерди-гитирующие клетки, влияющие на дифференцировку клонов Т-лимфоцитов. Дендритные клетки имеют длинные ветвящиеся отростки, проникающие между другими клетками, и имеют большую площадь поверхности, на которой могут удерживать антигены в течение нескольких лет. В отличие от макрофагов, их способность к фагоцитозу более слабая.

Одной из разновидностей дендритных клеток являются клетки Лангерганса кожи (внутриэпидермальные макрофаги) и слизистых оболочек. Током лимфы они переносятся в тимусзависимые (паракортикальные) зоны лимфатических узлов, а также в кортикомедуллярную зону тимуса. Здесь они оседают и называются интердигитирующими клетками.

Интерстициальные дендритные клетки обнаружены в большинстве органов (сердце, легких, печени, почках, пищеварительном тракте). При пересадках органов тканевые дендритные клетки мигрируют из трансплантата в регионарные лимфатические узлы и запускают реакцию отторжения трансплантата. Они могут циркулировать в крови, составляя 0,1 % лейкоцитов крови. Дендритные клетки, находящиеся в коже, слизистых оболочках и маргинальных зонах белой пульпы селезенки, относят к незрелым. Мигрируя в участки повреждения тканей, опухолевого роста или попадания микробов, они поглощают антигены и начинают созревать. Зрелые клетки мигрируют в Т-клеточные зоны лимфатических узлов или белой пульпы селезенки, становясь антигенпредставляющими дендритными клетками, активирующими Т-лимфоциты. Дендритные клетки костномозгового происхождения подразделяются на миелоидные и лимфоидные клетки. Кмиелоидным относят дендритные клетки, располагающиеся в коже, слизистых оболочках и в интерстиции органов.Лимфоидные дендритные клетки обнаружены в лимфатических узлах, селезенке и тимусе. В тимусе они отвечают за выбраковку Т-лимфоцитов, агрессивных к собственным антигенам (отрицательную селекцию).

В лимфоидных узелках лимфатических узлов, селезенки и лимфоидной ткани слизистых оболочек располагаются особыефолликулярные дендритные клетки (ФДК). На плазмолемме они несут множество рецепторов антител и комплемент и, в отличие от других дендритных клеток, не имеют молекул ГКГ II класса. ФДК специализируются на связывании и накоплении на плазмолемме комплексов антиген-антитело и представлении антигенов В-лимфоцитам. Они могут выделять цитокины, стимулирующие пролиферацию лимфоцитов. Эти клетки не мигрируют из мест своего расположения и, соединяясь отростками, образуют стабильную сеть.

Таким образом, макрофаги и их разновидности принимают непосредственное активное участие в кооперативном взаимодействии клеток (Т- и В-лимфоцитов) в иммунных реакциях организма (рис. 14.17, а, б).

Рис. 14.17. Взаимодействие клеток при развитии иммунных реакций. Электронные микрофотографии (препараты А. И. Радостиной):

а - кооперация лимфоцита с макрофагом, увеличение 6000; б - взаимодействие макрофага с тучной клеткой, увеличение 20 000. 1 - лимфоцит; 2 - макрофаг; 3 - тучная клетка; 4 - межклеточные контакты

Участие тучных клеток и эозинофилов в иммунных реакциях

При первичном и особенно при повторном введении антигенов наблюдаются увеличение числа тучных клеток, их контакт с макрофагами и массовая дегрануляция. Высказывается предположение, что дегрануляция обусловлена соединением антигена с антителами (IgE), фиксированными на плазмолемме. При этом выделяются содержащиеся в гранулах биологически активные вещества (гистамин, серотонин, гепарин), которые могут оказывать неспецифическое стимулирующее влияние на процессы пролиферации и дифференцировки иммунокомпетентных клеток Т- и В-лимфоцитов.

Появление в тканях избытка гистамина приводит к увеличению числа эозинофилов, которые участвуют в его разрушении. Введение в организм большинства антигенов сопровождается увеличением числа эозинофилов в тканях и регионарных лимфатических узлах. В ранней (индуктивной) фазе иммунной реакции, когда происходит «распознавание антигена», эозино-филы, как и тучные клетки, принимают участие в активизации макрофагов (см. рис. 14.17, б). В продуктивной фазе иммунитета (выработка антител) эозинофилы выполняют дезинтоксикационную функцию, участвуя в фагоцитозе и разрушении комплекса антиген-антитело.

Механизмы интеграции элементов иммунной системы

Иммунная система функционирует как единое целое благодаря наличию центральных нейрогуморальных и местных факторов, регулирующих процессы пролиферации и дифференцировки клеток, упорядоченную миграцию, осуществляемую через кровь и лимфу (рис. 14.18). В эмбриональном периоде происходит переключение кроветворения из желточного мешка в печень и далее в костный мозг. У взрослых основным поставщиком стволовых гемопоэтических клеток становится костный мозг, при этом в кровь мигрирует за 1 сут около 2 % всех стволовых клеток костного мозга. При действии антигенов их число увеличивается в десятки раз. Предполагают, что процесс миграции стволовых гемопоэтических клеток из костного мозга и их рециркуляция находятся под контролем гормонов гипофиза и надпочечников. Глюкокортикоидные гормоны коры надпочечников препятствуют избыточной миграции стволовых гемопоэтических клеток и тем самым предохраняют их от «перерасходования».

Циркуляция лимфоцитов зависит также от специфических взаимодействий между поверхностью лимфоцита и поверхностью специализированных эндотелиальных клеток, выстилающих посткапиллярные венулы с высоким эндотелием - HEV (hight endothelial venulae) во вторичных лим-фоидных органах: лимфоциты временно прикрепляются к ним, а затем мигрируют через посткапиллярные венулы (рис. 14.19). Моноклональные антитела, связываясь с поверхностью лимфоцитов и подавляя их способность присоединяться к специализированным эндотелиальным клеткам в срезах тканей, а также циркулировать in vivo, помогают определить различные «homing-рецепторы» на эндотелиоцитах, от которых зависят пути миграции лимфоцитов.

Рис. 14.18. Миграция и рециркуляция клеток в иммунной системе (схема): СК - стволовая клетка крови; JIT - лимфоцит тимуса; Тл - Т-лимфоцит; ЛБ - лимфоцит бурсы; Вл - В-лимфоцит; ВБ - В-бласт; ТБ - Т-бласт; ВП - В-лимфоциты памяти; ТП - Т-лимфоциты памяти; ТЭ, ВЭ - эффекторные Т- и В-лимфоциты; ПК - плазматическая клетка; IgA, IgG, IgM, IgE, IgD - иммуноглобулины

Рис. 14.19. Посткапиллярные венулы с высоким эндотелием (HEV). Электронные микрофотографии:

а, б - интактный лимфатический узел, увеличение 16 000 (препараты Т. И. Лебедевой); в - лимфатический узел после антигенной стимуляции (препарат А. С. Головацкого). 1 - эндотелиоциты; 2 - межклеточные контакты эндотелиоцитов; 3 - просвет венулы; 4 - лимфоцит, проходящий через эндотелиоцит

Рис. 14.19. Продолжение (обозначение см. «а», «б»)

Различают два типа миграции клеток иммунной системы: медленный и быстрый. Продолжительность медленной миграции измеряется неделями. Медленный тип миграции характерен для стволовых клеток и Т- и В-лимфоцитов, заселяющих периферические лимфоидные органы. Быстрый тип миграции (несколько часов) характерен для постоянно рециркулирую-щих долгоживущих лимфоцитов памяти. Они мигрируют из крови в периферические лимфоидные органы и из них обратно в кровь. Популяция быстро рециркулирующих лимфоцитов содержит главным образом Т-лимфоциты. Большинство медленно мигрирующих клеток относятся к В-клеткам. При остром иммунном ответе происходит миграция предшественников эффек-торных цитотоксических лимфоцитов и плазмоцитов через кровь и лимфу во все отделы иммунной системы и соединительную ткань, где обеспечиваются условия для иммунного ответа. Число рециркулирующих лимфоцитов в крови человека составляет около 10¹⁰.

Рециркулирующие лимфоциты представляют собой основную часть популяции малых лимфоцитов, большинство из которых являются долгоживу-щими Т-лимфоцитами; меньшее число составляют В-лимфоциты.

Рециркулирующие лимфоциты имеют оптимальную возможность встречи с любой чужеродной мишенью, которую они сами непосредственно уничтожают, вырабатывая антитела.

Лимфоциты при помощи рецепторов осуществляют «проверку» всех тканей организма, выявляя чужеродный материал. При попадании анти-

гена в периферические лимфоидные органы в зонах его расположения концентрируются Т-лимфоциты. В этих же зонах несколько позднее появляются В-лимфоциты. Происходит взаимодействие макрофагов, Ти В-лимфоцитов и кооперативное распознавание антигена, приводящее к дифференцировке из В-лимфоцитов клеток памяти и плазматических клеток, продуцирующих антитела.

Лимфоциты памяти живут в течение 20 лет и более. Приобретенное свойство памяти лимфоцитов наследуется.

Таким образом, процессы миграции и рециркуляции клеток иммунной системы обеспечивают поддержание генетической индивидуальности организма.