3.11.4. Представление о клеточном и гуморальном иммунитете

Известно, что существуют две системы иммунитета. Если организм инфицируется бактериями, то основная нагрузка падает на В-систему иммунитета, то есть осуществляется так называемыйгуморальный иммунитет. Если же организм столкнулся с вирусами, то в работу вступает Т-система иммунитета. При этом разрушаются клетки, инфицированные вирусом (протекают реакцииклеточного иммунитета), а сам вирус нейтрализуется Ат.

Для того чтобы Аг был уничтожен, он должен быть распознан иммунокомпетентными клетками, то есть должно произойти иммунологическое распознавание, представляющее физическое взаимодействие колоссального количества разнообразных молекул Аг с антигенраспознающими рецепторами лимфоцитов. Каждому реально присутствующему Аг, способному попасть в организм, или присутствующему в нём, предназначен определенный лимфоцит и его клональные дочерние потомки. Иммунологическое распознавание – это уникальное свойство лимфоцитов, оно возникает в процессе лимфопоэза, в результате чего на лимфоците появляется особый рецептор для Аг.

На деструкцию и элиминациюАг лимфоциты (за исключением цитотоксических лимфоцитов – CTL) себя не тратят. Для этой цели они “нанимают” посредством цитокинов другие клетки: моноциты/макрофаги, нейтрофилы (микрофаги), базофилы, тучные клетки. Каждый вид из перечисленных клеток имеет свой набор соединений, способных разрушать и удалять антиген. Однако этот процесс не специфичен и осуществляется по отношению к любому Аг.Единственными же клетками иммунной системы являются лимфоциты.

3.11.5. Лимфоциты

Различные лимфоциты, имеющие одинаковое строение, отличаются по своим рецепторам, которые специфичны для определенного Аг (рис. 12). Кроме того, они различаются своими маркерами, которые представляют собой определенные молекулы, расположенные на мембране и получившие наименование CD(от англ. cluster designation илиcluster of differentiation). И, наконец, разным лимфоцитам присущ свой, строго определенный набор цитокинов.

Для каждой клетки нашего организма характерен свой кластер – СD. Последний может быть представлен одной полипептидной цепью, но может состоять из двух или трех полипептидных цепей.CDспособен выполнять роль рецептора, сигнальной или опорной (армирующей) молекулы. Кластеру по международной номенклатуре присваивается порядковый номер.

Лимфоциты делятся на Т-, В- и 0-лимфоциты.

3.11.5.1. Характеристика лимфоцитов

0-лимфоциты могут быть предшественниками Т- и В- лимфоцитов. Кроме того, к 0-лимфоцитам относятся натуральные киллеры илиNК-лимфоциты. Последние представляют собой крупные (большие) лимфоциты. Их кластером являетсяCD56+, СD16+и CD122+. Они могут убивать опухолевые клетки, а также клетки, пораженные некоторыми бактериями и вирусами. Однако их распознающие способности относительно невелики.NK-лимфоциты могут узнавать клетки, покрытые антителами. В то же время они являются главными защитниками от внутриклеточных микробов на стадии раннего индуцибильного ответа. УбиваютNK-лимфоциты клетку-мишень с помощью соединений, получивших наименованиеперфориныицитолизины. Перфорины «высверливают» отверстие в мембране клетки, а цитолизины, проникая через это отверстие внутрь клетки, приводят к её разрушению. Активируются NK-лимфоциты IL-2,TNFи If, которые выделяются Тх1. Такие лимфоциты получили наименованиелимфокинактивированныеклетки, илиЛАК. Активность их при этом резко возрастает. Кроме того, ЛАК сами способны выделять If, действующий на вирус и вызывающий фрагментацию ДНК.

За последнее время показано, что мощными активаторами NК-лимфоцитов, кроме If, является IL-12. Под воздействием IL-12 и Ifактивность NК-лимфоцитов по отношению к инфицированным клеткам возрастает в 100 раз.

Важной особенностью NK-лимфоцитов является способность продуцировать цитокины, обладающие хемокиновой активностью, – IL-3, IL-8, GM-CSF, If, Ifи др., что вовлекает фагоциты в борьбу с возбудителями воспалительных, инфекционных и других заболеваний. Отсюда ясно, что задолго до вступления в битву с микробами главных продуцентов If– Т-лимфоцитов –NK-клетки начинают вырабатывать и секретировать этот цитокин.

Т-лимфоцитыделятся на 8 субпопуляций и еще на целый ряд минорных субпопуляций. Все Т-лимфоциты имеют на клеточной мембране молекулу СD3, которая состоит из 3 полипептидных цепей. Эти цепи армируют, т.е. укрепляют, специфические рецепторы по бокам на поверхности лимфоцита.

Т-лимфоциты делятся на Т-хелперы (Тh) и Т-киллеры (Тk).Параметры, определяющие Т-лимфоциты, следующие: состав ТсR (cell Receptor), мембранные молекулы CD4, CD8 и CD45, а также основные Т-клеточные цитокины.

Обучение незрелых Т-лимфоцитов осуществляется непосредственно в тимусе. Распознающий рецептор лимфоцитов формируется в процессе их дифференцировки, получившей наименование иммунопоэз. Последний для Т-лимфоцитов осуществляется в тимусе, а для В-лимфоцитов – в костном мозге. Следовательно, дифференцировка антигенраспознающих рецепторов, в том числе и к тем антигенам, которые в дальнейшем способны попасть в организм, происходит исключительно при взаимодействии со своими Аг.

Эта реакция осуществляется следующим образом. Незрелые Т-лимфоциты, или предшественники Т-лимфоцитов (CD4-, CD8-), лишенные не только специфических кластеров, но и Т-клеточных антигенраспознающих рецепторов (TcR), мигрируют в субкапсулярную зону тимуса. Здесь на поверхности лимфоцита появляются его маркеры и он становится CD4+, CD8+, т.е. приобретает маркеры или хелпера, или киллера. Но здесь не приобретается TcR. Этот рецептор начинает экспрессироваться лишь в корковой зоне тимуса. Строму коркового слоя составляют гигантские эпителиальные клетки, имеющие множество отростков, которые со всех сторон окружают тимоцит, за что они получили название«клетки-няньки».Из множества пришедших в кору тимуса лимфоцитов выживают лишь те, чьи рецепторы способны взаимодействовать с aнтигенамиMHC (HLA), обильно представленными на клетках-няньках. Те же клетки, которые по каким-либо причинам не способны связываться с АгMHС(не соответствует конформация рецептора), подвергаются апоптозу, или запрограммированной смерти. Таких приблизительно 95-98%. Выживают 2-5, максимум 7% лимфоцитов. Если рецептор способен реагировать с HLA-2, то появляются Тh (СD4+), если с HLA-1, то Тk (CD8+). По мере созревания Т-клеток, они продвигаются в мозговой слой, где встречаются с другими клетками стромы тимуса – дендритными, макрофагами, фибробластами. Все эти клетки вступают в контакты с мигрирующими тимоцитами и влияют на них своими биологически активными соединениями – цитокинами, гормонами, а также антигенами. На поверхностных мембранах этих клеток широко представлены антигеныMHC, с которыми комплексируются антигенные пептиды. Это могут быть фрагменты аутоантигенов. Предполагается, что узнавание «своего» происходит не всем рецептором, а лишь его частью. Оставшаяся часть рецептора будет контактировать с «чужим» Аг, с которым в дальнейшем лимфоцит встретится. Только в этом случае принцип двойного распознавания найдет свое воплощение.

Для выполнения основной своей функции Т-лимфоциты должны научиться распознавать собственные антигены MHC, специфичные для каждого индивидуума. Одновременно Т-лимфоциты не должны узнавать аутоантигенные пептиды самого организма, связанные с собственными антигенами HLA. Для этого в тимусе наряду с процессом созревания идут процессы селекции (отбора) нужных организму лимфоцитов.

Как же осуществляется такой отбор?

Если рецепторы тимоцита “узнают” свои собственные HLA, то они получают сигнал для дальнейшей дифференцировки. На границе коркового и мозгового слоя тимоциты встречаются с дендритными клетками и макрофагами. Эти клетки и должны презентировать антигенные пептиды в комплексе с HLA. В отличие от зрелого лимфоцита, который при встрече с антигенным пептидом, специфичным для его TcR, получает сигнал активации, незрелые тимоциты в тимусе получают сигнал к генетически запрограммированной смерти – апоптозу. В результате в кровоток поступают только такие Т-лимфоциты, которые распознают пептиды чужеродных Аг в комплексе с HLA и не распознают комплекс с собственными аутоантигенами.

Иногда Ат, образующиеся на внедрение какого-либо микроорганизма, оказываются способными реагировать также на компоненты своего организма, т.е. приобретают свойства аутоантител. Такая перекрестная реакция становится возможной из-за сходного строения отдельных участков молекул своего и чужого Аг (эпитопов). Это явление получило наименование молекулярной мимикриии наблюдается, например, при ревматизме, когда Ат, направленные против стрептококка, взаимодействуют и с нормальными Аг сердечной мышцы и суставов. Введение лекарственных средств или попадание вирусов может также приводить к реакции иммунной системы на аутоантигены клеточной мембраны, образующие комплексы с Аг лекарств или вирусов.

Недавно было показано, что при системной красной волчанке аутоантитела атакуют ДНК, РНК, гистоны и другие компоненты ядер. При этом оказалось, что ДНК-связывающие аутоантитела, образующиеся при волчанке, обладают способностью расщеплять ДНК, т.е. являются каталитическими антителами, или абзимами.Связанные с ядерными Аг антитела вместе с белками системы комплемента образуют крупные аутоиммунные комплексы, накопление которых приводит к патологическим реакциям.

В тимусе и в костном мозге Т-лимфоциты в процессе иммунопоэза приобретают хоминг-рецептор. По-видимому, в тимусе на Т-лимфоцитах появляется еще одинрецептор к хемокинам, соединениям, способствующим продвижению лимфоцитов к очагу воспаления. Однако роль хемокинов и рецепторов к ним на различных клетках более значительна, чем это предполагалось до сих пор. При выключении генов хемокинов, а также их рецепторов, нарушаются миграционные процессы самых различных клеток костного мозга, эмбриональных сосудов, формирующегося мозга и других органов. Мышиные эмбрионы при выключении указанных генов погибают на ранних стадиях внутриутробного развития; у них нарушается лимфогенез и гемопоэз, образование лимфоузлов и лимфоцитов, не формируются крупные сосуды желудочно-кишечного тракта, нарушается формирование мозжечка, позвоночного столба, а также возникает “рептильное” сердце (не происходит образование межжелудочковой перегородки).

Т-лимфоциты хелперы (СD4+) по продукции цитокинов распределяются на 3 субпопуляции или клона – Тh0, Тh1 и Тh2. Иногда выделяется чрезвычайно активная фракция Т-хелперов, обозначаемая как Тh3 (Г.А. Игнатьева).

Тh0секретируют различные цитокины, присущие другим клонам, однако интенсивность этого процесса невелика.

CD4+ дифференцируются вТh1под влияниемIL-12, продуцируемого макрофагами, иIf, синтезируемого и секретируемогоNK-клетками. Тh1 – единственные среди хелперов, образующие и секретирующие IL-2, IL-12, If, TNF, лимфотоксин и гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор – GM-CSM. Кроме того, они способны продуцировать IL-3. Благодаря этим цитокинам определяется и функция Тh1 – они стимулируют пролиферацию Т- и В-лимфоцитов, а также способствуют активации моноцитов/макрофагов, ибо Ifявляется самым сильным их активатором. Сами по себе Тh1 абсолютно безвредны для внедрившихся Аг, но они подключают к своему взаимодействию с Аг фагоцитоз и воспаление.

Тh2образуются из СD4+ (Th0) под влиянием IL-4, продуцируемого тучными клетками, базофилами, а возможно, и эозинофилами. Тh2 по ходу иммунного ответа продуцируют такие цитокины, как IL-3, IL-4, IL-5, IL-6, IL-9, IL-10, IL-13, IL-14, IL-16, GM-CSF. Эти лимфоциты ответственны за пролиферацию и развитие В-лимфоцитов. IL-5 является сильнейшим активатором для эозинофилов, тогда как IL-4 иIL-5 организуют защитную реакцию против паразитов. Тх2 относительно немного: если взять за 100% неразделенные по субпопуляциям лимфоциты, то в норме на Тh2 приходится не более 1-3%, а на Тh1 – до 20-40%. При аллергических заболеваниях число Тх2 резко возрастает и может достигать 90% в слизистых, а в крови – более 40%.

Тh3– к ним, по мнению Г.А. Игнатьевой, могут быть отнесены СD4+-лимфоциты, которые продуцируют в высокой концентрации IL-4 и IL-10, а также трансформирующий фактор роста бета (GTF). Последний является главным фактором, способствующим торможению иммунитета – его супрессии. В этом и заключается супрессорная функция лимфоцитов.

Из приведенных данных видно, что различные клоны хелперов способны продуцировать и секретировать одни и те же цитокины.

Следует также отметить, что один и тот же клон лимфоцитов вырабатывает цитокины, которые могут стимулировать деятельность этого же клона. Сказанное, в частности, относится к IL-4, который выделяется Тh2 и стимулирует их функцию. В то же время IL-4 тормозит функцию Тh1.

Дифференцировка Тh1 усиливается If, который вырабатывает этот клон хелперов.

СD8+– это Т-лимфоциты киллеры (Тk), или цитотоксические лимфоциты (CTL). Эти клетки также взаимодействуют с Аг, но для этого молекула СD8+ на клеточной мембране Т-лимфоцита должна вступить во взаимодействие с HLA 1 класса.

Следует обратить внимание, что молекулы МНС-Iспособны по своим биохимическим свойствам связать пептидные фрагменты Аг в цитозоле клетки. Это могут быть белки, которые синтезировались внутри клетки, а могут быть белки вирусов, бактерий, гельминтов, простейших, которые инфицировали клетку.

Тк способны действовать самостоятельно, без участия системы комплемента. Они распознают чужеродные Аг, синтезируемые или находящиеся внутри клетки, т.е. Аг любых вирусов и некоторых опухолевых клеток в комплексе с HLA 1 класса. Тк разрушают только те клетки-мишени, на мембране которых имеются Аг в связке сMHC-I. Механизм деструкции заключается в формировании пор, осмотическом лизисе и индукции апоптоза. Установлено, что один Тк способен лизировать несколько клеток мишеней со средней скоростью 4 клетки в час. Лизис осуществляется быстро и завершается в среднем за 1-3 часа. Процесс разрушения клеток мишеней протекает в 3 стадии: 1. Распознавание клеток мишеней и контакт с Тк – на это уходит не более 1 минуты. 2. Летальный удар – необратимая стадия, осуществляемая в среднем за 5 минут. 3. Гибель клетки мишени длится от нескольких минут до нескольких часов, но уже не требует присутствия Т-лимфоцита.

Существует несколько механизмов гибели клетки-мишени. Основной из них заключается в выделении CD8+особых литических белков, получивших наименованиеперфориныицитолизины.К цитолизинам, в частности, относится сериновые протеазы –гранзимы.И перфорины и цитолизины содержатся в лизосомах CTL. Попадают они в клетку-мишень (КМ) в стадии летального удара. Происходит это следующим образом. Перфорин и гранзимы покидают CTL по механизму экзоцитоза в сторону клетки-мишени. При этом молекулы перфорина встраиваются в мембрану КМ в форме мономера, а затем, полимеризуясь (проходя стадию полимеризации), образуют в ней поры. В сформированные перфорином отверстия в мембране в КМ проникают гранзимы. Кроме того, гранзимы способны поступать в КМ путём эндоцитоза.

Одним из механизмов, приводящих к гибели клетки-мишени под воздействием CTL,является запуск апопотоза. Благодаря взаимодействию так называемогоFasлиганда наCTL с молекулами Fas на клетке-мишени происходит активация цитоплазматических белков. Последние связываются с доменами смерти, вызывающими гибель клетки-мишени (см. 3.11.14).

Последующие процессы разрушения КМ под воздействием гранзимов и активации доменов смерти чрезвычайно сходны. В КМ происходит активация особых протеаз, подобных ферменту, разрушающих IL-1.

Недавно показано, что CTL содержат особый фермент, получивший название специфическая для Т-клеток протеиназа-1. Это сериновая протеиназа, также сконцентрированная в гранулах, способная разрушать мембрану клетки мишени.

К добавочным механизмам разрушения клетки мишени относятся механизмы килинга, осуществляемого с помощью фактора некроза опухолей (см. 3.11.7.1).

Т-лимфоциты (СD4,CD8) не нуждаются в сотрудничестве с МНС и локализуются в слизистых и коже. Эти лимфоциты способны распознавать непереработанные Аг и в довольно большом ассортименте. Дологое время предполагалось, что Траспознают так называемыесуперантигены.Известно, что некоторые бактерии и вирусы (стафилококки, стрептококки, ретровирусы) продуцируютсуперантигены– токсические белки, которые способны неспецифически стимулировать лимфоциты, вызывая мощный иммунный ответ. Если нормальные Аг активируют только один Т-лимфоцит из 10000, то суперантигены – 4 из 5, т.е. большое количество Т-лимфоцитов. Логично предположить, что среди них наверняка найдутся аутоиммунные и, будучи «злее и подвижнее» после воздействия суперантигена, они начнут разрушать ткани собственного организма. Такой механизм активации вовлечен, вероятно, в развитие ревматоидного артрита.

Однако к настоящему времени выяснено, что суперантигены распознаются лишь лимфоцитами, несущими в своем рецепторы -цепи и относящиеся к Тх. В связи со сказанным прежнее предположение о распознавании Т-лимфоцитами суперантигенов опровергается большинством исследователей.

Т-лимфоциты различают пищевые и инфекционные Аг. Такие лимфоциты могут работать как Тh1 или Тh2, или как CТL – в зависимости от условий. Как и СD8+, они способны продуцироватьIf. Вероятно, этим лимфоцитам принадлежит важная роль в развитии аутоиммунных заболеваний.

Следует, однако, заметить, что для возникновения аутоиммунных заболеваний необходима генетическая предрасположенность. Чувствительность к аутоиммунизации не зависит от какого-либо одного гена, а определяется сочетанием нескольких генов (около десяти), контролирующих как иммунный ответ, так и особенности структуры компонентов органа-мишени. Важная роль в формировании генетической предрасположенности принадлежит генам MHC(НLA). Особенно ярко такая связь выявлена для ревматоидного артрита и других заболеваний опорно-двигательной системы.

Среди В-лимфоцитоввыделяют 2 субпопуляции: В-1 и В-2.В-1 лимфоцитыдифференцируются вне костного мозга и продуцируют иммуноглобулины без взаимодействия с Т-лимфоцитами. Их иммуноглобулины всегда, или почти всегда относятся к классу М. Значительное число плазматических клеток желудочно-кишечного тракта, секретирующих IgA, имеет происхождение от В-1-лимфоцитов. В-1-лимфоциты широко распространены в брюшной полости, в небольшом количестве содержатся в селезенке и практически отсутствуют в лимфоузлах и пейеровых бляшках.В-2– это лимфоциты, прошедшие обучение в костном мозге и способные, после перехода в плазматические клетки, продуцировать иммуноглобулины всех классов. Параметры, отличающие В-лимфоциты, следующие: наличие кластеровCD19, CD20, СD22 и СD72, а также набор цитокинов. На поверхности макрофага В-лимфоциты распознают Аг с помощью своих антигенраспознающих рецепторов (поверхностных IgM) и тем самым подготавливают себя к продукции Ат.

В организме взрослого человека приблизительно 10¹³лимфоцитов, но только 1-2% находятся в циркуляции, остальные в лимфоидных (иммунных) органах, к которым относятся кроветворный костный мозг, тимус, селезенка, лимфоузлы и лимфоидные подсистемы барьерных тканей (слизистых и кожи).

На территории тимуса происходит дифференцировка более половины всех Т-лимфоцитов. В настоящее время установлено, что значительная часть Т-лимфоцитов дифференцируется экстратимически, преимущественно в стенке кишечника.

В кроветворном костном мозге осуществляется дифференцировка В-лимфоцитов (от слов Bursa– сумка или Bone marrow – костный мозг).

В результате пожизненно идущего лимфопоэза в организме человека формируется 10⁹вариантов клонов лимфоцитов.Каждый один клон лимфоцитов экспрессируетодинединственный вариант антигенсвязывающего рецептора, т.е. лимфоциты обладают специфичностью к Аг.

Из СD4+ тимоцитав дальнейшем получится какой-либо из 4 типов хелперов: Th0,Th1, Th2, Th3. Из СD8+ формируются цитотоксические лимфоциты (CTL или киллеры). Такие тимоциты мигрируют в ткани и там ждут встречи со своим Аг, тождественным или подобным тому, с которым этот тимоцит контактировал в период лимфопоэза в тимусе. После встречи с Аг в периферических тканях начинается второй этап дифференцировки Т-лимфоцитов –иммунопоэз.

Где же встречается лимфоцит с Аг?

Если Аг попадает извне во внутреннюю среду организма через покровные барьеры (кожа, слизистые), то встреча с ним происходит в регионарных лимфоузлах. Если Аг попадает через кровь, то таким органом является селезенка.

Время рециркуляции лимфоцитов приблизительно один час. За этот срок лимфоцит выходит из крови в ткани и возвращается снова в кровь. Через 1 лимфоузел за сутки проходит примерно 2510⁹лимфоцитов. При этом лимфоцит должен попасть в строго определенный лимфоузел или в строго определенную нелимфоидную ткань, для чего на лимфоците должны быть экспрессированы homing-рецепторы.