Антигенпрезентирующие клетки (апк) в инициации иммунитета.

Макрофаги: роль в инициации клеточного иммунитета.

Макрофаги помимо участия в реакциях неспецифического иммунитета проявляют себя и в реакциях специфической иммунной защиты от инфекции в качестве антигенпрезентирующих клеток .

В процессе активации T-лимфоцитов , клетки, представляющие антиген в иммуногенной форме на своей поверхности (антигенпрезентирующие клетки), должны обладать, по крайней мере, двумя основными свойствами:

- способностью образовывать комплекс антигенного пептида с молекулами I или II классов МНС , что является первым сигналом к пролиферации и дифференцировке наивных T-клеток , и

- экспрессировать костимуляторы, обеспечивающие прохождение второго сигнала активации Т-клеток .

Макрофаги в состоянии покоя обладают очень незначительным количеством молекул MHC II класса и полностью лишены костимулятора В7 на своей поверхности. Выраженное представительство этих молекул на мембране макрофага начинается после захвата и внутриклеточного переваривания микроорганизмов.

Один из способов поглощения бактерий связан с рецепторами к маннозе , которые способны взаимодействовать с углеводами бактериальной стенки. Захваченные микроорганизмы деградируют в фаголизосомах , образуя отдельные пептиды, которые выносятся на клеточную поверхность в комплексе с молекулами MHC.

Именно в процессе внутриклеточного переваривания корпускулярого антигена происходит индукция синтеза и экспрессии на клеточной поверхности молекул MHC класса II и костимулятора В7. Факторами индукции, возможно, являются рецепторы клеточной поверхности, взаимодействующие с микроорганизмами, поскольку синтез В7 можно индуцировать простой инкубацией макрофагов с отдельными компонентами (углеводами, липополисахаридами) бактериальной стенки.

Индукция костимулирующей активности к общим микробным компонентам позволяет иммунной системе отличать бактериальные антигены от собственных антигенов организма или безвредных, хотя и чужеродных белков. Из практической работы известно, что получение иммунного ответа к некоторым белкам возможно только с использованием адъювантов , включающих убитые микроорганизмы или продукты их бактериальной стенки. Схема возможных отношений в данном случае выглядит следующим образом.

Если белковые антигены захватываются и презентируются макрофагами в отсутствие бактериальных компонентов, которые инициируют синтез В7 , то Т-клетка специфически распознает антиген, однако остается рефрактерной, так как отсутствует действие второго сигнала для запуска пролиферации и дифференцировки. Внесение в систему бактериальных компонентов - индукторов костимулятора В7 - обеспечивает полноценное включение в иммунный ответ Т-клеток. В условиях эксперимента аутоиммунное заболевание легко индуцируется смесью собственных тканевых антигенов с компонентами бактериальной стенки, иллюстрируя тем самым значение костимуляции в процессе разграничения "своего" от "чужого".

Понимание того факта, что запуск Т-клеточного ответа связан с двухсигнальной системой активации, внесло ясность в работу макрофагов в качестве "мусорщиков". Купферовские клетки печени и макрофаги селезенки постоянно захватывают и разрушают отжившие клетки этих органов. При этом в отсутствие бактериальных стимуляторов экспрессируемые на поверхности фагоцитирующих клеток собственные антигены как результат деградации захваченных отживших клеток не в состоянии развить аутоиммунный ответ.

В представленных примерах иммуногенность связана не со структурными особенностями антигена, а с реактивностью организма, с потенциальными возможностями его иммунокомпетентных клеток.

Дендритные клетки: роль в инициации иммунитета.

Не все патогены индуцируют синтез и экспрессию костимуляторов на поверхностимакрофагов . К этой категории возбудителей инфекционнного заболевания относятся, в частности, вирусы, которые в течение эволюции адаптировались к использованию биосинтетического аппарата клетки для своего воспроизведения. Кажется, что подобная эксплуатация клеток противоречит принципам "всеобщей" защищенности организма от чужеродных антигенов. Подобное несоответствие разрешается включением в противовирусную защиту дендритных клеток . Этот тип антигенпрезентирующих клеток обильно представлен в лимфоидной ткани и обладает выраженной и, что очень важно, постоянной экспрессией костимулятора В7 , молекул I и II классов МНС , а также адгезинов ICAM-1 , ICAM-3 , LFA-3 . Иначе, для дендритных клеток не требуется инициации поверхностных структур, принимающих участие в формировании Т-клеточного ответа . Подобная заданность иммунологически значимых молекул определяет защитный потенциал дендритных клеток. При этом они не обладают способностью к фагоцитозу , но легко усваивают белки и вирусные частицы посредством пиноцитоза . Экспонирование антигена B-клеткам происходит на фолликулярных дендритных клетках (ФДК). Моноциты , активированные in vitro гранулоцитарно-макрофагальным колониестимулирующим фактором и интерлейкином-4 , теряют способность к фагоцитозу и превращаются в АПК, приобретая морфологию дендритных клеток, и начинают экспрессировать белки MHC класса II.

Постоянная экспрессия молекул I и II классов MHC у этого типа клеток приводит к быстрому формированию иммуногенных комплексов вирусных пептидов с соответствующими молекулами. В результате создаются условия для включения в ответ наивных CD8 Т-клеток и наивных CD4 Т-клеток , дифференцирующихся в ТН1-клетки воспаления и хелперные ТН2-клетки .

Большинство вирусных белков локализуется в цитозоле клетки, где они разрушаются до отдельных пептидов в протеасомах ( рис. 9 ). Особенность локализации вирусных белков обеспечивает формирование комплекса c молекулами I класса MHC в эндоплазматическом ретикулуме и его последующий прямой транспорт к плазматической мембране.

Образование комплекса с некоторыми поверхностными вирусными белками имеет иной характер. Такие белки, оказавшись в эндоплазматических вакуолях , которые содержат молекулы II класса MHC , транспортируются к клеточной поверхности в составе этих вакуолей ( рис. 10 ). Комплекс вирусный пептид:молекулы II класса будет фактором включения в ответ Т-хелперов.

Таким образом, в целом, дендритные клетки играют основную роль в формировании и клеточного, и гуморального антивирусного иммунитета.

Рис. 9.

Этапы подготовки вирусных белков к взаимодействию с молекулами I класса главного комплекса гистосовместимости.

I этап - разрушение вирусных белков, находящихся в цитозоле, с помощью протеазного комплекса - протеосомы.

II этап - транспорт образовавшихся пептидов во внутреннее пространство эндоплазматического ретикулума с помощью ТАР-1 и ТАР-2, образующих гетеродимер на эндоплазматической мембране.

III этап - встреча транспортируемых пептидов с молекулами I класса МНС. Молекулы МНС стабилизированы специальным белком - калнексином. Взаимодействие пептида с молекулой I класса приводит к отсоединению калнексина. Образовавшийся комплекс пептид:молекула I класса готов к дальнейшему транспорту к плазматической мембране (ПМ).

IV этап - завершающий. Комплекс через аппарат Гольджи транспортируется к клеточной поверхности. Таким образом, вирусный пептид в комплексе с молекулой I класса МНС становится доступным (иммуногенным) для его распознавания Т-клеточными антигенраспознающими рецепторами.

Рис. 10.

Этапы подготовки антигенов бактерий и их токсинов к взаимодействию с молекулами II класса главного комплекса гистосовместимости.

I этап - поглощение бактерий или их токсинов фагоцитирующей, способной к презентации антигена клеткой и разрушение захваченного материала до отдельных пептидов в фаголизосомах.

II этап - во внутреннем пространстве эндоплазматического ретикулума происходит сборка молекул II класса, которые до встречи с пептидом комплексированы со специальным белком, получившим название инвариантной цепи (Ii). Этот белок защищает молекулу II класса от случайной встречи с бактериальными пептидами в эндоплазматическом ретикулуме. Комплекс молекулы II класса с Ii покидает эндоплазматический ретикулум в составе вакуоли.

III этап - вакуоль, содержащая комплекс молекулы II класса с Ii, сливается с фаголизосомой. Кислые протеазы фаголизосом разрушают Ii белок и таким образом снимают запрет на взаимодействие молекул II класса с бактериальными пептидами. Образовавшийся новый комплекс пептид:молекула II класса в составе секреторной вакуоли перемещается к мембране клетки. Результатом всех этих процессов является экспрессия чужеродного пептида в комплексе с молекулой II класса на клеточной поверхности, что и обеспечивает доступность бактериального пептида для антигенраспознающих рецепторов Т-клеток.

Клетки Лангерганса: роль в инициации иммунитета

Особое место в формировании иммунного ответа принадлежит клеткам Лангерганса . До недавнего времени эти клетки относили к тканевым макрофагам кожи. В настоящее время считается, что этот тип клеток функционально и морфологически следует относить к предшественникам дендритных клеток .

При проникновении патогена через поврежденный участок кожи среди прочих клеточных форм в реакцию изоляции микроорганизма вступают клетки Лангерганса, способные к фагоцитозу , но не экспрессирующие костимулятор В7 . Мигрируя по лимфатическим сосудам в ближайший лимфатический узел клетки оседают и трансформируются в типичные дендритные клетки с поверхностным корецептором В7, что создает условия для включения в иммунный ответ CD8 T-клеток и CD4 T-клеток .

Таким образом, функция этих клеток состоит в доставке антигена в регионарную лимфоидную ткань, последующей его обработке до иммуногенной формы и инициации как клеточного, так и гуморального иммунного ответа. 

B-лимфоциты: роль в инициации клеточного иммунитета.

Помимо макрофагов и дендритных клеток еще одним типом клеток, способным представлять антиген в иммуногенной форме для наивных T-клеток , являются В-лимфоциты .

Если макрофаги поглощают в основном бактерии, а дендритные клетки - различные вирусы, то объектом активности В-клеток являются белковые антигены , включая бактериальные токсины.

Потенциальную способность В-лимфоцитов выступать в качестве антигенпрезентирующих клеток в T-клеточном иммунном ответе определяют два основных свойства B-клеток:

- наличие поверхностных специфических иммуноглобулиновых рецепторов (sIg) и

- выраженная экспрессия молекул II класса МНС .

При этом у покоящихся В-клеток отсутствует третий обязательный компонент клеточной мембраны антигенпрезентирующих клеток - костимулятор В7 , однако он начинает экспрессироваться под влиянием компонентов бактериальных стенок, таких, например, как полисахариды.

Активация В-клеток начинается после взаимодействия поверхностных иммуноглобулинов с белковым антигеном (11 ).

Рис. 11.

В-лимфоцит как антигенпрезентирующая клетка.

1. Выраженная экспрессия поверхностного рецепторного иммуноглобулина (sIg) и молекул II класса МНС у В-клеток.

2. Взаимодействие sIg с антигеном (АГ). Обычными для В-клеток антигенами являются токсины бактерий.

3. Эндоцитоз В-клеткой комплекса антиген:sIg и презентация антигенного пептида с молекулами II класса МНС на клеточной поверхности.

4. Экспрессия ко-стимулятора В7 на поверхности В-клетки под влиянием бактериальных полисахаридов.

5. Заключительный этап процесса - формирование двухсигнальной системы активации Т-хелперов (ТH2) при их взаимодействии с В-клетками. Первый сигнал (1) образуется от взаимодействия ТКР ТН с комплексом антигенный пептид:молекула II класса МНС. Второй сигнал (2) развивается при взаимодействии индуцированного ко-стимулятора В7 с CD28 на ТН2.

В результате эндоцитоза образовавшегося комплекса и его деградации в лизосомальных вакуолях начинается экспрессия пептидных фрагментов белка в ассоциации с молекулами II класса МНС. Активный синтез этих молекул В-клетками обеспечивает выраженное представительство комплекса пептид:молекулы II класса на поверхности клетки. При этом в работу не включаются хелперные T-клетки , поскольку отсутствует экспрессия костимулятора В7 .

В условиях реального ответа к инфекционным агентам стимулятором синтеза В7 выступают компоненты клеточной стенки бактерий. Как только начинается экспрессия В7, специфически провзаимодействовавшие наивные Т-клетки вступают в процесс пролиферации и дифференцировки, образуя активные хелперные T-клетки (ТН2) . Включение в работу зрелых Т-хелперов создает условия для полноценного развития гуморального иммунного ответа.

Как и в случае с макрофагами, необходимость двойного сигнала для активации хелперных T-клеток является условием, контролирующим ответ В-клеток к собственным антигенам. При отсутствии инфекции специфическое взаимодействие наивной Т-клетки с В-лимфоцитом, экспрессирующим аутоантиген, приводит к анергии или гибелисоответствующего клона Т-клеток.

АПК в инициации иммунитета: заключительный обзор

Т-клеточный ответ примируется тремя типами антигенпрезентирующих клеток (АПК) ( табл. 3 ), каждый из которых адаптирован к обработке определенного класса антигенов :

- макрофагами , захватывающими и перерабатывающими до иммуногенной формы в основном бактерии и другие корпускулярные антигены;

- дендритными клетками , которые поглощают самые разнообразные вирусные частицы, и

- В-клетками , активность которых направлена на белковые антигены, включая бактериальные токсины.

Табл. 3 Основные характеристики антигенпрезентирующих клеток

Признаки	Макрофаги	Дендритные клетки	В-клетки
Характер взаимодействия с антигеном	фагоцитоз  +++	фагоцитоз тканевыми дендритными клетками  +++,  эндоцитоз вирусов  ++++	взаимодействие с антигенспецифическим рецептором (sIg).  ++++
Экспрессия молекул МНС	значительно усиливается бактериями и цитокинами  от ± до +++	постоянно представлены  ++++	постоянно представлены, возрастает при активации от +++  до ++++
Экспрессия костимулирующих молекул	индуцируется  от - до +++	постоянно представлены  ++++	индуцируется  от - до +++
Презентируемые антигены	бактерии	вирусы	токсины, вирусы, бактерии
Локализация антигенпрезенти- рующих клеток	лимфоидная ткань, соединительная ткань, полость тела	лимфоидная ткань, соединительная ткань, эпителий	лимфоидная ткань, периферическая кровь

Примечание: знак “+” - относительная сила проявления признака.

При этом, чтобы наивная T-клетка вышла в процесс своего развития до форм зрелых эффекторов, необходимы два сигнала от клеточной поверхности к геному. Связывание антигенраспознающего T-клеточного рецептора с комплексом антигенный пептид:молекулы I или II класса МНС и включение в комплексообразование корецепторов CD8 или CD4 обеспечивает формирование первого сигнала к пролиферации и дифференцировке T-клеток . Для полноценного развития специфического ответа необходим второй сигнал от клеточной поверхности к геному. Костимулятором в данном случае выступает молекула В7 , экспрессирующаяся на поверхности антигенпрезентирующей клетки . Рецептором для В7 на поверхности наивной Т-клетки является белок CD28 . Взаимодействие CD28:В7 обеспечивает формирование второго сигнала.

Помимо CD28 активированные наивные Т-клетки синтезируют и экспрессируют еще один белок с костимулирующей активностью - СTLA-4 , обладающей большей аффинностью в сравнении с В7. Совместное костимулирующее действие этих молекул оказывает больший эффект на развитие Т-клеток.

Отсутствие двойного сигнала для созревания T-клеточных эффекторов является препятствием для формирования ответа к собственным антигенам. Биологический смысл подобного явления понятен. Помимо внутритимусной отрицательной селекции аутореактивных клонов существует дополнительный заслон запрещенным клонам, действующий на периферии. Этот заслон создают макрофаги и B-клетки, у которых в условиях нормы отсутствует один из ключевых костимуляторов - B7.