Лекции по клинической иммунология и аллергологии_2014

Так, повышение температуры необходимо для того, чтобы активировать синтез белков теплового шока и тем самым повысить эффективность презентации антигенов клетками. Снижение аппетита и нарушение всасывания, вызванное ФНО-α, позволяет сэкономить энергию, которая была бы израсходована на обеспечение процессов пищеварения. Такие сосудистые реакции как головная боль и ознобы, а также тахикардия и тахипноэ обусловлены действием катехоламинов. Но, с другой стороны, сужение сосудов, вызываемое катехоламинами, является, своего рода, первичной профилактикой септического шока. Ускорение СОЭ обусловлено интенсивным образованием БОФ, в частности фибриногена. Запас фибриногена компенсирует повышенное его потребление и служит для профилактики синдрома ДВС. Лейкоцитоз в периферической крови,

вызванный действием провоспалительных цитокинов, обеспечивает поступление большего количества иммунных клеток в очаг воспаления.

Однако при сепсисе нейтрофильную инфильтрацию можно обнаружить в неинфицированных тканях далеко от первичного очага воспаления, это приводит к бесполезной утрате большого количества нейтрофилов.

Глюкокортикостероиды, выделяющиеся в кровоток под действием АКТГ,

индуцированного ИЛ-1, подавляют экспрессию эндотелиальными клетками молекул адгезии для лейкоцитов, что препятствует генерализованному выходу лейкоцитов в ткани и развитию лейкопении.

Роль врожденного иммунитета в защите от вирусной

инфекции

В развитии противовирусного врожденного иммунного ответа можно выделить две фазы. Первая фаза – это выработка интерферонов I класса

(ИФ-α и ИФ-β) в ответ на активацию TLR-3, 7, 8 и 9, а также цитоплазматических рецепторов RIG-1 и MDA-5. Вторая фаза – активация

91

натуральных/естественных киллеров (NK) вследствие действия на них выделенных интерферонов.

Т-киллеры, клетки адаптивного иммунитета, включаются в защиту позже, приблизительно на 3-4 сутки от начала инфекции, но действуют гораздо более эффективно. Если врожденный иммунитет только сдерживает инфекцию, то реакции адаптивного иммунного ответа могут привести к полной ее элиминации.

В случае инфицирования клетки вирусом, попавшие в цитоплазму нуклеиновые кислоты связываются специальными цитоплазматическими рецепторами – TLR-3, 7, 8 и 9, а также RIG-1 и MDA-5. Активация этих рецепторов приводит к передаче в ядро клетки сигнала, вызывающего экспрессию ряда генов, кодирующих цитокины, в том числе, интерфероны I

типа. Большинство клеток нашего организма в ответ на внедрение вирусов могут продуцировать интерфероны α и β. Однако некоторые клетки, в

частности, плазмоцитоидные дендритные клетки, при инфицировании вирусом синтезируют противовирусные интерфероны в 1000 раз большем количестве, чем все другие виды клеток.

Интерфероны I типа. Интерфероны играют важную роль в реализации неспецифической противовирусной защиты за счет следующих свойств:

активируют макрофаги, дендритные клетки и естественные киллеры.

Интерфероны α, β и некоторые цитокины (ИЛ-12), выделяемые макрофагами и дендритными клетками на ранних этапах встречи с инфекцией, усиливают киллерную активность NK в 25-100 раз;

индуцируют продукцию хемокинов CXCL9, CXCL10, CXCL11, которые привлекают натуральные киллеры, макрофаги и Т-лимфоциты, из кровяного русла к месту инфекции;

ИФ-β, действуя на неинфицированные вирусами клетки, побуждает их синтезировать ИФ-α;

увеличивают экспрессию молекул MHC класса I;

92

активируют практически в любых клетках гены факторов противовирусной защиты. Среди этих факторов лучше всего изучены

2',5'-олигоаденилатсинтетаза (ОАС), двухцепочная РНК-зависимая протеинкиназа (дцРНК-ПК) и белок Мх.

ОАС и дцРНК-ПК до момента инфицирования клетки вирусами находятся в неактивном состоянии и активируются только в присутствии вирусной РНК. В присутствии вирусных нуклеотидов ОАС катализирует образование аденинового тринуклеотида с особыми 2',5'-фосфодиэфирными связями (нуклеотиды в нуклеиновых кислотах обычно связаны в 3',5'

положении). Образовавшийся олигомер активирует эндорибонуклеазы,

разрушающие вирусные РНК. Активная дцРНК-ПК, подавляет функцию ядерного фактора NFκβ, eIF2, фактора активации транскрипции-3, в

результате чего угнетается процесс транскрипции и тем самым нарушается репликация вируса, кроме того дцРНК-ПК усиливает высвобождение p53,

который индуцирует апоптоз. Механизм противовирусной активности белков Мх1 и Мх2 пока недостаточно понятен. Только известно, что мыши с дефектными генами Mx очень восприимчивы к вирусу гриппа.

Таким образом, под действием ИФ-α неинфицированные соматические клетки приобретают средства защиты от вирусного инфицирования. В этих клетках активируются гены, продукты которых (ОАП, дцРНК-ПК и Мх)

вызывают разрушение мРНК и подавляют трансляцию вирусных протеинов,

тем самым защищая активированные интерфероном клетки от инфицирования. Именно этим обусловлено профилактическое применение интерферонов. Период полураспада защитных белков синтезированных под действием ИФ составляет 30-40 мин. Следовательно, после закапывания интерферона в нос противовирусная защита длится около 1,5-2 часов, что определяет кратность его применения.

Роль киллеров в противовирусной защите. Интерфероны увеличивают экспрессию молекул MHC класса I на всех типах клеток, что способствует презентации вирусных антигенов. Вирусные антигены в

93

составе молекул МНС I класса экспонируются на поверхности клетки,

инфицированной вирусами. Т-киллеры распознают комплекс вирусный антиген-МНС I и уничтожают презентирующие его клетки.

Известно, что некоторые внутриклеточные патогены способны блокировать экспрессию молекул МНС класса I, что приводит к нарушению презентации вирусного антигена. Обнаружением таких клеток занимаются естественные киллеры. Усиление экспрессии МНС I защищает нормальные неинфицированные клетки от естественных киллеров – чем больше молекул МНС I, тем сильнее защита от естественных киллеров.

Фибробласты и эпителиальные клетки в ответ на клеточный или метаболический стресс (при малигнизации или заражении вирусами и внутриклеточными бактериями) начинают синтезировать и экспрессировать на своей поверхности особые стресс-ассоциированные молекулы – MICA и MICB, являющиеся лигандами для активирующего киллинг рецептора

NKG2D. Рецептор NKG2D экспрессируют не только NK, но и γ:δ T-клетки, а

также активированные CD8 Т-клетки. Активация NKG2D рецепторов посредством молекул MIC-A и MIC-B играет большую роль в выявлении и уничтожении инфицированных клеток. Убитые киллерами, а также погибшие от повреждений, вызванных вирусами, клетки элиминируются макрофагами.

Минорные субпопуляции T- и В-лимфоцитов

В организме человека имеются минорные субпопуляции T- и В-

лимфоцитов (innate-like T-lymphocytes и B-lymphocytes), которые действуют как клетки врожденной иммунной системы.

γ:δ T-лимфоциты. Большинство Т-лимфоцитов представлено клетками адаптивного иммунного ответа, так называемыми α:β Т-лимфоцитами, γ:δ T-

клетки являются минорной субпопуляцией Т-лимфоцитов и относятся к врожденной иммунной системе. У γ:δ T-лимфоцитов имеется ряд отличий от

α:β Т-клеток. Так, Т-лимфоциты минорной субпопуляции, как правило,

находятся в эпителии. Примерно на 20 обычных эпителиоцитов приходится

94

одна γ:δ T-клетка. Эти лимфоциты имеют очень ограниченный репертуар антигенспецифичных рецепторов и, как правило, распознают антиген непосредственно, а не в комплексе с молекулами MHC. Антигенами,

активирующими γ:δ T-лимфоциты, являются молекулы, экспрессируемые клетками в ответ на стресс (белки теплового шока, молекулы MHC класса Ib,

неортодоксальные нуклеотиды и фосфолипиды). Основной задачей γ:δ T-

лимфоцитов является выявление в своем окружении и уничтожение инфицированных или поврежденных клеток, экспрессирующих стресс-

ассоциированные молекулы.

В1-лимфоциты. К другой группе лимфоцитов, имеющих ограниченный репертуар антигенраспознающих рецепторов, относят В1-лимфоциты. Эти клетки составляют только около 5% всех В-клеток. В отличие от В2-клеток В1-лимфоциты имеют фенотип CD5+. Преобладающей популяцией В-клеток в организме являются В2-лимфоциты, которые связаны с адаптивным иммунитетом.

В1-лимфоциты образуются в костном мозге, но на ранних этапах постнатального периода мигрируют в серозные полости, где сохраняют способность к самостоятельному возобновлению популяции. Они не нуждаются в «помощи» T хелперов и могут продуцировать антитела (но только IgM) очень быстро, буквально через сутки после встречи с инфекцией. После связывания BCR с антигеном В1-лимфоциты активируются, превращаются в плазматические клетки и начинают синтезировать IgM (в слизистой кишечника – IgA). Если паратопы IgG очень точно совпадают по форме и пространственному расположению электрических зарядов с соответствующими эпитопами (трехмерными структурами молекул на поверхности антигенов) и тем самым обеспечивают высокую силу связывания, то антигенсвязывающая поверхность IgM

относительно «упрощена», и благодаря этому может связывать различные более или менее подходящие по конфигурации эпитопы. Таким образом, у

иммуноглобулинов класса М за счет более низкой афинности достигается

95

более низкая специфичность, и тем самым расширяется спектр целевых антигенов. Это обеспечивает универсальность ответа. Кроме того, низкая афинность IgM за счет пентамерной структуры компенсируется высокой авидностью. IgM является самым сильным среди всех иммуноглобулинов активатором комплемента по классическому пути, что способствует быстрому развитию воспаления и существенно повышает эффективность фагоцитоза проникших микроорганизмов. Поскольку число В1-клеток ограничено, общее количество вновь синтезированного IgM невелико, однако локально в очаге воспаления, уже в первые сутки после попадания бактерий в слизистую оболочку, создается достаточно высокая его концентрация,

необходимая для сдерживания инфекции в начале заболевания.

Дополнительная информация

Значение паттерн распознающих рецепторов

У морского ежа Strongylocentrotus purpuratus в геноме имеется 222

различных гена TLRs, 200 генов NLRs, больше 200 генов рецепторов-

мусорщиков. Это позволяет ему распознавать очень широкий спектр патогенов. Вместе с тем морские ежи не способны синтезировать антитела и используют для защиты только механизмы врожденного иммунитета. С

появлением в процессе эволюции антигенспецифичных рецепторов и развитием более совершенного адаптивного иммунного ответа потребность в таком количестве PRRs отпала, «ненужные» рецепторы со временем были утрачены, а остались только наиболее «важные».

Значение тех или иных рецепторов особенно хорошо иллюстрируют случаи, когда этот рецептор отсутствует или, наоборот, проявляет избыточную активность вследствие полиморфизма генов его кодирующих.

Мутации в гене TLR-3, приводящие к потере функции рецептора,

способствуют развитию герпетического энцефалита.

96

Мутации, приводящие к утрате способности синтезировать TLR-4 не совместимы с жизнью. Но экспериментально установлено, что мыши лишенные TLR-4 устойчивы к липополисахарид (ЛПС) индуцированному

септическому шоку, но очень чувствительны к ЛПС-содержащим грамотрицательным бактериям, например к Salmonella typhimurium.

Мутации, вызывающие нарушение функции NOD2, приводят к потере способности клеток иммунной системы реагировать на мурамил дипептид бактериальной клеточной стенки, что проявляется уменьшением продукции дефензинов и других антибактериальных пептидов, в результате ослабевает барьерная функция кишечного эпителия и развивается болезнь Крона.

Активирующие функцию NOD2 мутации ассоциированы с синдром

Blau, который характеризуется спонтанным воспалением суставов, глаз и кожи. В результате таких мутаций рецептор генерирует сигнальный каскад в отсутствие лиганда, приводя к воспалению в отсутствие патогенов.

Подагра вызывается кристаллами уратов, депонированными в хрящевых тканях суставов. Теперь известно, что ураты активируют рецепторы NALP3,

которые в свою очередь индуцируют выброс провоспалительных цитокинов,

вызывающих проявления подагры.

Синдром наследственной периодической болезни, клинически проявляющийся беспричинными повышениями температуры тела (семейный холодовой аутовоспалительный синдром familial cold inflammatory syndrome

и синдром Muckle-Wells), связан с активирующей мутацией в NALP3.

Макрофаги пациентов с этими состояниями в результате конституционной активации NFκβ спонтанно продуцируют ИЛ-1β и ФНО-α.

Пресепсин

Определение молекул CD14 имеет важное значение в диагностике сепсиса. В настоящее время считается, что одним из наиболее точных маркеров сепсиса является пресепсин. Пресепсин представляет собой не связанную с мембраной молекулу CD14, выделяемую в циркуляцию

97

фагоцитами в результате фагоцитоза. Когда макрофаг связывает бактериальный липополисахарид, происходит активация TLR-4, связанная с ним молекула CD14 теряет свою трансмембранную часть, отсоединяется от клетки и становится свободной, растворимой. Однако, в эксперименте было показано, что введение животным только свободного липополисахарида не вызывает повышение пресепсина. Оказалось, что пресепсин это не целая, а

часть молекулы CD14. Небольшой фрагмент молекула CD14 утрачивает в результате действия особого фермента – катепсина, находящегося в фаголизосоме. Липополисахарид, в отсутствие самой бактерии, не вызывают активацию фагоцитоза, а значит фаголизосома, содержащая катепсин, не формируется, и пресепсин не образуется. В случае проникновения бактерий

(в том числе Гр+) образование пресепсина увеличивается в десятки и даже сотни раз, причем происходит это очень быстро, буквально в течение первых суток от начала заболевания и, по крайней мере, на неделю раньше, чем значимо повышается концентрация другого маркера септического процесса – прокальцитонина. Пресепсин может служить новым высокоспецифичным и высокочувствительным ранним маркером сепсиса, поскольку раньше и быстрее, чем другие известные маркеры, отражает его динамику.

Цитокины

Цитокины – разнообразные белки, участвующие в межклеточной передаче сигналов в ходе иммунного ответа. Можно выделить 3

относительно автономные группы клеток – продуцентов цитокинов:

моноциты/макрофаги, синтезирующие цитокины, участвующие в реакциях врожденного иммунитета; лимфоциты, цитокины которых обеспечивают развитие антигенспецифической составляющей иммунного ответа

(адаптивный иммунитет); стромальные соединительнотканные клетки,

которые вырабатывают цитокины, влияющие, преимущественно, на клеточную пролиферацию (гранулоцитарнрный колониестимулирующий фактор – Г-КСФ, гранулоцитарнрно-моноцитарный колониестимулирующий

98

фактор – Г-М-КСФ, моноцитарный колониестимулирующий фактор – М-

КСФ; ИФ-β, трансформирующий фактор роста – ТФРβ, ИЛ-6, 7, 8, 11),

Синтез цитокинов стромальными клетками стимулируют бактериальные продукты, это может приводить к формированию экстрамедуллярных очагов кроветворения.

ИЛ-1β. Провоспалительный цитокин. Стимулируя выработку циклооксигеназы-2, повышает образование простагландина PgE и вызывает повышение температуры. Стимулирует выработку катехоламинов и глюкокортикостероидов, что проявляется сосудистыми реакциями. Вызывает выброс клеток из костномозгового депо. Стимулирует продукцию ИЛ-6.

Локально, активирует сосудистый эндотелий и лимфоциты, увеличивает доступ эффекторных клеток в место инфицирования, стимулирует апоптоз клеток, может вызвать деструкцию ткани.

ФНО-α. Провоспалительный цитокин. Стимулируя выработку циклооксигеназы-2, повышает образование простагландина PgE и вызывает повышение температуры. Подавляет аппетит, нарушает процессы всасывания в кишечнике. Вызывает вазодилятацию. Активирует сосудистый эндотелий и увеличивает сосудистую проницаемость, что ведет к увеличению поступления IgG, комплемента и клеток в ткани, увеличивает дренаж тканевой жидкости и лимфы в лимфатические узлы. Повышает свертываемость крови в сосудах в очаге воспаления, что препятствует распространению инфекции. Стимулирует пролиферацию фибробластов – способствует заживлению поврежденных тканей. Стимулирует миграцию дендритных клеток из периферических тканей в лимфатические узлы, где они созревают и превращаются из фагоцитирующих клеток в антигенпрезентирующие.

ИЛ-6. Провоспалительный цитокин. Стимулируя выработку циклооксигеназы-2, повышает образование простагландина PgE и вызывает повышение температуры. Индуцирует продукцию БОФ печенью при попадании в системный кровоток. Мощный активатор лимфоцитов и

99

стимулятор продукции антител. Индуцирует продукцию БОФ макрофагами,

эпителием и фибробластами локально в месте инфекции

ИЛ-8 (хемокин CXCL8). Хемоаттрактант – стимулирует выход нейтрофилов, базофилов и T клеток из сосудистого русла в очаг инфекции.

Активирует нейтрофилы и вызывает их дегрануляцию. Стимулируя ангиогенез, играет роль в процессах репарации.

ИЛ-12. Большинство эффектов ИЛ-12 связано с адаптивным иммунитетом. В рамках врожденного иммунного ответа активирует ЕK,

стимулируя выработку ими большого количества ИФ-γ. Индуцирует дифференциацию наивных CD4 T-клеток в T-хелперы 1 типа.

Строения клеточной стенки бактерий

По типу строения клеточной стенки бактерии делятся на 4 группы: Гр+

бактерии, Грбактерии, микобактерии и спирохеты.

Микробы всех типов обладают цитоплазматической мембраной и пептидогликановой клеточной стенкой. Грамотрицательные бактерии, кроме того имеют наружную мембрану, внешний слой которой содержит липополисахарид. Некоторые бактерии несут на своей поверхности фимбрии или жгутики, многие покрыты защитной капсулой – эти поверхностные структуры могут препятствовать фагоцитозу или действию комплемента, но они же являются мишенью для антител. Антитела к антигенам фимбрий,

некоторым капсульным антигенам и липотейхоевым кислотам блокируют прикрепление бактерий к плазматической мембране клеток хозяина.

Активированный антителами комплемент разрушает наружную мембрану Грбактерий. Антитела непосредственно блокируют белки бактериальной поверхности, ответственные за поглощение питательных веществ из внешней среды. Антитела к М-белкам и капсульным антигенам бактерий опсонизируют бактериальные клетки для фагоцитоза, осуществляемого при участии Fc- и С3-рецепторов фагоцитов.

100