7 Антигенраспознающие рецепторы

Т-клеток и молекулы МНС (Перев. А.Н. Маца)

114

Т-клеточные рецепторы

Антигены главного комплекса гистосовмести

114

мости (МНС)

118

Геномная организация МНС

123

8 Источники разнообразия антиген-

распознающих структур

(Перев. А.Н. Маца)

129

Теории образования антител

129

Вариабельность иммуноглобулинов

131

Рекомбинации генов lg

133

Соматический мутагенез

Разнообразие иммуноглобулинов у других

138

позвоночных

140

Гены константной области тяжелых цепей

142

Регуляция синтеза иммуноглобулинов

Гены антигенраспознающего Т-клеточного

144

рецептора

145

Масштабы разнообразия

146

9 Распознавание антигена

(Перев. А.Н. Маца)

149

Связывание антител с антигеном

150

Специфичность и аффинность антител

153

Структура антигенов

158

Распознавание антигена Т-клетками

159

Процессинг и презентация антигена Образование и строение комплекса

159

антигенный пептид-молекула МНС

161

10 Реакции клеточного иммунитета (Перев. А.Н. Маца)

168

Цитокины и их клеточные рецепторы

Защитные механизмы, независимые от

169

Т-клеток

175

Т-зависимый клеточный иммунный ответ

177

Цитотоксичность Т- и НК-клеток

179

Роль макрофагов в иммунном ответе

184

Образование гранулем

187

Иммунопатология

188

Сетевые взаимодействия цитокинов

189

11 Взаимодействие клеток при

гуморальном иммунном ответе

(Перев. Л. А. Певницкого)

194

Презентация антигена Т-клеткам

194

Взаимодействие В- и Т-клеток

Внутриклеточные сигналы при активации

199

лимфоцитов

204

Действие цитокинов на В- и Т-клетки Гуморальный иммунный ответ in vivo

207

210

17

Иммунитет к бактериальным и грибковым инфекциям

316

12

13

14

15

Развитие иммунной системы

В ОНТОГенезе (Перев. В. И. Кандрора)

Миелоидные клетки

Система комплемента

Лимфоидные клетки

Разнообразие специфичностей антител

Разнообразие классов антител

Образование В-клеток иммунологической памяти

Регуляция иммунного ответа

(Перев. Л.А. Певницкого)

Антиген как фактор иммунорегуляции

Антигенпрезентирующие клетки

Регуляторное влияние антител

Роль лимфоцитов в иммунорегуляции

Идиотипическая модуляция иммунного ответа

Нейроэндокринная регуляция иммунного ответа

Генетическая регуляция иммунного ответа

Иммунологическая

ТОЛераНТНОСТЬ (Перев. Л.А. Певницкого)

Введение

Экспериментальная индукция толерантности

Центральная тимическая толерантность

к аутоантигенам

Периферическая, или посттимическая, толерантность к собственным антигенам

Толерантность В-клеток к собственным антигенам

Толерантность, искусственно вызванная in vitro

Толерантность, искусственно вызванная in vivo

Индукция толерантности как возможное средство терапии

Эволюция иммунной системы

(Перев. В.И. Кандрора)

Иммунитет у беспозвоночных

Иммунитет у позвоночных

Лимфомиелоидные ткани у низших

позвоночных

Амфибии как модель для изучения онтогенеза иммунитета

216

216

219

220

231

232

234

237

237

239

240

242

245

246

247

258

258

260

260

264

267

270

272

274

275

276

285

294

299

18

19

20

(Перев. А.Н. Маца)

Иммунитет к бактериям

Иммунитет к грибам

Иммунитет к паразитарным

ИНВаЗИЯМ (Перев. М.А. Серовой)

Основные особенности паразитарных инвазий

Эффекторные механизмы

Т-лимфоциты выполняют основную роль в развитии иммунитета

Механизмы защиты от иммунного ответа

Иммунопатологические последствия паразитарных инвазий

Вакцины

{акцинация (Перев. А.Н. Маца)

Антигенные препараты, используемые как вакцины

Эффективность вакцин

Безвредность вакцин

Стоимость вакцинации

Современные вакцины

Адъюванты

Пассивная иммунизация

Неспецифическая иммунотерапия

Применение вакцин в противораковой терапии

Противозачаточные вакцины

Иммунология опухолей

(Перев. М.А. Серовой)

Опухоль как тканевой трансплантат

Иммунологический надзор

Опухолеассоциированные антигены, распознаваемые клетками иммунной системы

Опухолеассоциированные антигены, распознаваемые антителами

Иммунный ответ на опухоли у человека и механизмы, позволяющие опухолям «ускользать» от его действия

Иммунодиагностика

Иммунотерапия

316

332

335

336

339

342

349

358

359

361

362

367

368

369

369

372

373

374

374

374

376

376

376

378

380

382

385

385

16

Противовирусный иммунитет

(Перев. А.Н. Маца)305

Типы вирусных инфекций305

Врожденный антивирусный иммунитет306

Защитные механизмы с участием

Т- и В-клеток308

Стратегии обхода вирусами иммунологического

контроля310

Иммунопатология312

21

Первичная иммунологическая недостаточность (Перев. Л.А. Певницкого)

В-клеточная недостаточность

Т-клеточная недостаточность

Недостаточность белков системы комплемента

Дефекты фагоцитарных клеток

393

394

397

400

402

22

Вторичная иммунологическая недостаточность

(Перев. Л.А. Певницкого)

Иммунодефициты, вызываемые

405

лекарственными препаратами

405

Питание и иммунологическая реактивность

408

СПИД

411

23

Гиперчувствительность - тип 1

(Перев. В. И. Кандрора)

417

Гиперчувствительность 1 (немедленного) типа

418

Иммуноглобулины Е

419

Генетика аллергических реакций у человека Гены, регулирующие аллергенспецифичный

422

ответ, сцеплены с HLA

424

Тучные клетки

425

Кожные реакции

430

Реакции бронхов

431

Факторы, определяющие развитие аллергии

435

Гипотеза аллергического прорыва

437

Десенсибилизация

437

Положительная роль IgE

438

24

Гиперчувствительность - тип II

(Перев. В. И. Кандрора)

441

Механизмы повреждений

441

Реакции против клеток крови

444

Реакции против тканевых антигенов

451

25

Гиперчувствительность - тип III

(Перев. В. И. Кандрора)

455

Типы болезней иммунных комплексов

455

Механизмы гиперчувствительности III типа Экспериментальные модели болезней

456

иммунных комплексов

457

Персистенция комплексов

460

Отложение комплексов в тканях

465

Обнаружение иммунных комплексов

467

26

Гиперчувствительность - тип IV

(Перев. В. И. Кандрора)

472

Контактная гиперчувствительность

473

Гиперчувствительность туберкулинового типа

478

Гранулематозная гиперчувствительность

Клеточные реакции при гиперчувствительности

479

IV типа

480

Заболевания с гранулематозными реакциями

гиперчувствительности IV типа

482

27 Трансплантация и отторжение

488

(Перев. Л. А. Певницкого)

Трансплантационный барьер

489

Антигены гистосовместимости

490

Законы трансплантации

491

Роль Т-лимфоцитов в отторжении

трансплантата

492

Динамика отторжения

496

Предотвращение отторжения трансплантата

499

28 Аутоиммунные процессы и

аутоиммунные заболевания

508

(Перев. В. И. Кандрора)

Связь аутоиммунитета с патологией

508

Спектр аутоиммунных заболеваний

509

Генетические факторы

510

Патогенез

512

Этиология

517

Диагностическое и прогностическое

значение аутоантител

523

Лечение

523

29 Иммунологические методы 52?

(Перев. Л.А. Певницкого)

Взаимодействие антиген-антитело527

Получение чистых антител532

Определение комплемента539

Выделение популяций лимфоцитов539

Методы определения эффекторных клеток542

Трансгенные животные и направленная доставка генов544

Приложения (Перев. Л.А. Певницкого)

547

Приложение I: HLA-специфичности

547

Приложение Н:СО-маркеры

549

Приложение III: основные цитокины

554

Словарь терминов (Перев. Л.А. Певницкого)

556

Предметный указатель

566

Указатель латинских названий организмов

582

Список сокращений

АКТГ -

адренокортикотропный гормон

МКБ -

мембранный кофакторный белок

АЗКЦ

-

антителозависимая клеточная цитотоксич

Мф -

макрофаг

ность

НК

нормальная киллерная клетка

АОК

-

антителообразующая клетка

ОВИД -

общий вариабельный иммунодефицит

АПК

—

антигенпрезентирующая клетка

СКВ -

системная красная волчанка

ВЛХМ, или LCMV - вирус лимфоцитарного хориоме-

ткид -

тяжелый комбинированный иммуно

нингита

дефицит

ВЭБ, или

EBV - вирус Эпштейна-Барр

ТФР -

трансформирующий фактор роста

ВЭВ

-

высокозндотелиальные венулы (венулы с

ФДК -

фолликулярная дендритная клетка

высоким эндотелием)

ФНО -

фактор некроза опухолей

ГЗТ

-

гиперчувствительность замедленного типа

ИДК

-

интердигитатная дендритная клетка

в

В-клетка

ИЛ

—

интерлейкин

(САМ -

молекула межклеточной адгезии

ИФ

-

интерферон

LFA -

лейкоцитарный функциональный антиген

К

-

клетка-киллер

LTB -

лейкотриен В

КОЕ

-

колониеобразующая единица

МНС -

главный комплекс гистосовместимости

КСФ

-

колониестимулирующий фактор

Т

Т-клетка

ЛМК

-

лизирующий мембрану комплекс

ТкР -

Т-клеточный рецептор

лтс

-

лимфоидная ткань слизистых оболочек

Тс

супрессорная Т-клетка

МАСП

-

маннан-связывающая лектин-ассоциирован-

Тх

хелперная Т-клетка

ная сериновая протеиназа

тц -

цитотоксическая Т-клетка

Изображения-символы, принятые в книге

Общие сведения об иммунной системе

Иммунная система эволюционно формировалась для защиты макроорганизма от патогенных микробов. Одни из них, такие как вирусы, проникают внутрь клеток хозяина, другие, например многие бактерии, размножаются вне- клеточно в тканях или полостях тела.

В поддержании иммунитета принимают участие лимфоциты и фагоциты. Лимфоциты распознают антигены патогенных микроорганизмов. Фагоциты поглощают и разрушают самих возбудителей.

Иммунный ответ состоит из двух фаз. В ранней фазе происходит распознавание антигена специфически реагирующими лимфоцитами и их активация; в поздней (эффекторной) фазе эти лимфоциты осуществляют свою координирующую функцию в устранении источника чужеродных антигенов из организма.

Специфичность и память - это две основные характеристики приобретенного иммунитета. На повторную встречу с тем же самым антигеном иммунная система отвечает более эффективно.

Лимфоциты специализированы по функциям. В-клетки образуют антитела. Цитотоксиче

ские Т-лимфоциты уничтожают клетки, инфицированные вирусами. Хелперные Т-лимфоциты координируют иммунный ответ путем контактных межклеточных взаимодействий и выделения в межклеточную среду цитокинов, которые, например, помогают В-клеткам в образовании антител.

Антигены - это молекулы, распознаваемые рецепторами лимфоцитов. В-лимфоциты обычно распознают нерасщепленные молекулы антигена, тогда как Т-лимфоциты чаще всего способны распознавать антигенные молекулы только в виде фрагментов на поверхности других клеток.

Узнавание молекул антигена специфичными к нему лимфоцитами влечет за собой селективное размножение лимфоцитарных клонов; клональная экспансия сопровождается дифференциацией лимфоцитов на клетки-эффекторы и клетки иммунологической памяти.

При функционировании иммунной системы могут возникать нарушения, приводящие к иммунодефицитному состоянию или к гиперчувствительности, а также к аутоиммунным заболеваниям.

В окружающей нас среде присутствуют в огромном разнообразии патогенные микробы — вирусы, бактерии, грибы, простейшие — и многоклеточные паразиты. Они способны вызывать заболевания и, если размножаются при этом в тканях организма бесконтрольно, в конце концов приводят его к гибели. Однако в норме, благодаря иммунной системе, которая защищает нас от патогенных микробов, большинство инфекций протекает кратковременно и практически без нарушающих здоровье последствий.

Поскольку микроорганизмы существуют во множестве форм, организм располагает широким набором факторов противоинфекционной резистентности и форм иммунного ответа. Прежде всего, эффективной преградой для большинства возбудителей инфекций служат наружные покровы тела — через неповрежденную кожу может проникнуть лишь очень небольшое число видов возбудителей (рис. 1.1). Однако многие патоген

ные микробы способны проникать сквозь эпителий пищеварительной и мочеполовой систем, инфицировать носоглотку и легкие. Некоторые возбудители, например малярийный плазмодий и вирус гепатита В, вызывают инфекцию, только оказавшись непосредственно в крови.

Какая из форм иммунного ответа будет эффективной, зависит в значительной мере от локализации инфекции и типа возбудителя. Наиболее существенно при этом, проникают микробы внутрь клеток организма-хозяина или нет. Для того чтобы ликвидировать внутриклеточную инфекцию — такую вызывают все вирусы, некоторые бактерии и ряд паразитических простейших — иммунная система должна распознать и разрушить инфицированные клетки. В случае внеклеточного размножения инфицирующего агента в тканях, жидкостях или полостях организма — это характерно для многих бактерий и более крупных возбудителей — иммунный ответ совершенно

Внешняя защита

Лизоцим в слезной жидкости и других секретах Микробы- комменсалыКожафизический барьер, жирные кислоты, микробы- комменсалыЛизоцим в слезной жидкости и других секретах Микробы- комменсалыКожафизический барьер, жирные кислоты, микробы- комменсалыНизкий pH и микробы- комменсалы влагалищаНизкий pH и микробы- комменсалы влагалищаУдаление частиц с поверхности ' носовых раковин воздушным потокомБронхи-СЛИЗЬ, мерцательный эпителийПищевврительныйкислота, быстрое изменение pHУдаление частиц с поверхности ' носовых раковин воздушным потокомБронхи-СЛИЗЬ, мерцательный эпителийПищевврительныйкислота, быстрое изменение pH~ Микробы-комменсалыСмыв при мочеиспускании~ Микробы-комменсалыСмыв при мочеиспускании

Лизоцим в слезной жидкости и других секретах Микробы- комменсалы

Кожа

физический барьер, жирные кислоты, микробы- комменсалы

Лизоцим в слезной жидкости и других секретах Микробы- комменсалы

Кожа

физический барьер, жирные кислоты, микробы- комменсалы

Низкий pH и микробы- комменсалы влагалища

Низкий pH и микробы- комменсалы влагалища

Удаление частиц с поверхности ' носовых раковин воздушным потоком

Бронхи

-СЛИЗЬ, мерцательный эпителий

Пищевврительный

кислота, быстрое изменение pH

Удаление частиц с поверхности ' носовых раковин воздушным потоком

Бронхи

-СЛИЗЬ, мерцательный эпителий

Пищевврительный

кислота, быстрое изменение pH

~ Микробы-комменсалы

Смыв при мочеиспускании

~ Микробы-комменсалы

Смыв при мочеиспускании

Рис.1.1

Большинство возбудителей болезней не проникает во внутреннюю среду организма человека благодаря разнообразным физическим и биохимическим барьерам. Рост многих потенциально патогенных микроорганизмов эффективно подавляется (за счет конкуренции) микробами-комменсалами, к которым организм обладает устойчивостью.

иной. При развитии инфекции, однако, даже внутриклеточные возбудители, чтобы достичь соответствующих клеток-мишеней, передвигаются с током крови и тканевой жидкости, и в это время они уязвимы для тех факторов иммунной системы, которые в основном рассчитаны на внеклеточных возбудителей (рис. 1.2).

В этой главе приведены лишь самые основные сведения об иммунной системе и иммунологическом ответе. Подробнее эти вопросы рассмотрены в гл. 2—20. Различного рода нарушениям в деятельности иммунной системы, приводящим к иммунопатологическим реакциям, посвящена вторая половина книги. Важно, однако, отметить, что главная функция иммунной системы — это ликвидация инфекционных агентов и уменьшение причиняемого ими вреда.

ПРИОБРЕТЕННЫЙ И ВРОЖДЕННЫЙ ИММУНИТЕТ

Как правило, иммунный ответ заключается, во- первых, в распознавании возбудителя или иного чужеродного материала и, во-вторых, в развертывании цепи реакций, направленных на их устранение. В широком смысле все разнообразные формы иммунного ответа можно разделить на два типа — врожденные и приобретенные реак

ции. Основное различие между этими двумя типами иммуннореактивности состоит в том, что приобретенный иммунитет высокоспецифичен в отношении каждого конкретного возбудителя. Кроме того, повторная встреча с тем или иным патогенным микроорганизмом не приводит к изменениям врожденного иммунитета, но повышает уровень приобретенного: иммунная система как бы «запоминает» возбудителя, чтобы впоследствии предотвращать вызываемую им инфекцию. Например, у перенесших корь и дифтерию часто возникает пожизненный приобретенный иммунитет к этим заболеваниям. Две главные характеристики приобретенного иммунитета — специфичность и иммунологическая память.

Иммунный ответ осуществляют прежде всего лейкоциты, которые представлены несколькими разновидностями.

Фагоциты и врожденный иммунитет Одну из важных групп лейкоцитов составляют фагоцитирующие клетки: моноциты, макрофаги и полиморфноядерные нейтрофилы. Они способны связывать микроорганизмы на своей поверхности, а затем поглощать и уничтожать их. Эта функция основана на простых, неспецифических механизмах распознавания, позволяющих связывать самые разнообразные микробные продукты, и относится к проявлениям врожденного иммунитета. Фагоциты образуют первую линию защиты против инфекции.

Лимфоциты и приобретенный иммунитет Другая важнейшая группа лейкоцитов — это лимфоциты. Им принадлежит ведущая роль во всех реакциях приобретенного иммунитета, поскольку они специфически распознают конкретный возбудитель, где бы он ни находился, внутри или вне клеток, в тканевой жидкости или в крови. Существуют различные типы лимфоцитов, но основных популяций две: Т-лимфоциты (или Т-клетки) и В-лим- фоциты (или В-клетки). Последние противодействуют внеклеточным возбудителям и влиянию их продуктов, образуя антитела, молекулы которых способны специфически распознавать и связывать определенные молекулы-мишени — антигены. Антигенами могут служить молекулы на поверхности клеток микроорганизмов либо образуемые ими токсины. Т-лимфоциты, точнее разные их популяции вместе, обладают широким набором активностей. Одни Т-клетки участвуют в регуляции дифференцировки В-лимфоцитов и

Внутриклеточная и внеклеточная локализация патогенных организмовВнутриклеточная и внеклеточная локализация патогенных организмов

Внутриклеточная и внеклеточная локализация патогенных организмов

Внутриклеточная и внеклеточная локализация патогенных организмов

Рис. 1.2

Задача иммунной системы - распознавание возбудителей и ответ на инфекцию при любой ее локализации. Так, вирусам для размножения необходимо проникнуть в клетку. Внутриклеточную стадию развития имеют также простейшие, такие как малярийные паразиты (Plasmodium spp.) или трипаносомы (Trypanosoma cruzi, возбудитель болезни Чага- са), и бактерии, например Salmonella typhi. Некоторые паразитические простейшие (в том числе трипаносомы - возбудители африканской сонной болезни) паразитируют в крови, тогда как многие крупные многоклеточные паразиты - в тканях или полостях определенных органов (например, ленточные черви). Многие бактерии заселяют эпителиальные покровы и способны проникать во внутреннюю среду организма, чтобы размножаться в тканях.

Взаимодействие между лимфоцитами ифагоцитамиВзаимодействие между лимфоцитами ифагоцитамиРис.1.3В-лимфоциты выделяют антитела, взаимодействующие с патогенными микроорганизмами и продуктами их жизнедеятельности. Этим В-лимфоциты помогают в распознавании чужеродных антигенов фагоцитам, способным связывать антитела своими Fcy-рецепторами. Выделяемые Т-лимфоцитами цитокины активируют фагоцитарные клетки для разрушения поглощенного ими материала. В свою очередь мононуклеарные фагоциты могут представлять фрагментированный антиген Т-клеткам, вызывая тем самым их активацию.Рис.1.3В-лимфоциты выделяют антитела, взаимодействующие с патогенными микроорганизмами и продуктами их жизнедеятельности. Этим В-лимфоциты помогают в распознавании чужеродных антигенов фагоцитам, способным связывать антитела своими Fcy-рецепторами. Выделяемые Т-лимфоцитами цитокины активируют фагоцитарные клетки для разрушения поглощенного ими материала. В свою очередь мононуклеарные фагоциты могут представлять фрагментированный антиген Т-клеткам, вызывая тем самым их активацию.

Взаимодействие между лимфоцитами ифагоцитами

Взаимодействие между лимфоцитами ифагоцитами

Рис.1.3

В-лимфоциты выделяют антитела, взаимодействующие с патогенными микроорганизмами и продуктами их жизнедеятельности. Этим В-лимфоциты помогают в распознавании чужеродных антигенов фагоцитам, способным связывать антитела своими Fcy-рецепторами. Выделяемые Т-лимфоцитами цитокины активируют фагоцитарные клетки для разрушения поглощенного ими материала. В свою очередь мононуклеарные фагоциты могут представлять фрагментированный антиген Т-клеткам, вызывая тем самым их активацию.

Рис.1.3

В-лимфоциты выделяют антитела, взаимодействующие с патогенными микроорганизмами и продуктами их жизнедеятельности. Этим В-лимфоциты помогают в распознавании чужеродных антигенов фагоцитам, способным связывать антитела своими Fcy-рецепторами. Выделяемые Т-лимфоцитами цитокины активируют фагоцитарные клетки для разрушения поглощенного ими материала. В свою очередь мононуклеарные фагоциты могут представлять фрагментированный антиген Т-клеткам, вызывая тем самым их активацию.

образования антител. Другие взаимодействуют с фагоцитами, помогая им в разрушении поглощенных микробных клеток. Третья группа Т-лимфоцитов распознает и разрушает клетки, инфицированные вирусами.

Взаимодействие между лимфоцитами и фагоцитами Масштабы таких взаимодействий весьма значительны. Например, определенные типы фагоцитирующих клеток способны после захвата антигенов представлять их Т-лимфоцитам в форме, подходящей для распознавания. Этот процесс назван представлением (презентацией) антигена. Распознав антиген, Т-лимфоциты в свою очередь выделяют растворимые факторы (цитокины), которые активируют фагоциты и вызывают разрушение ими поглощенных микробов. При взаимодействии другого характера фагоциты используют образуемые В-лимфоцитами антитела для собственного более эффективного распознавания возбудителей (рис. 1.3). В результате иммунный ответ на инфекцию чаще всего складывается из различных взаимосвязанных эффектов как врожденного, так и приобретен-

ного иммунитета. На ранних стадиях инфекции доминируют механизмы врожденного иммунитета, но позднее лимфоциты начинают осуществлять специфический ответ, свойственный приобретенному иммунитету. При этом они «запоминают» возбудителя и если впоследствии организм вновь подвергается заражению этим микробом, они «вспоминают» его и осуществляют более эффективный и быстрый иммунный ответ.

КЛЕТКИ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ

В иммунном ответе участвует целый ряд клеток и выделяемых ими растворимых продуктов. Центральная роль всегда принадлежит лейкоцитам, однако другие клетки (например, тканевые) также вносят свой вклад, посылая сигналы лимфоцитам и отвечая на цитокины, выделяемые Т-клетками и макрофагами. На рис. 1.4 перечислены основные клетки и молекулы, принимающие участие в иммунологических реакциях организма.

Фагоциты поглощают антигены и патогенные микроорганизмы и разрушают их

Мононуклеарные фагоциты Наиболее важная группа способных к фагоцитозу и долгоживущих клеток — популяции мононуклеарных фагоцитов. Эти клетки, происходящие из стволовых клеток костного мозга, несут функцию захвата частиц, в том числе инфекционных агентов, с их поглощением и разрушением. Для выполнения этой функции фагоциты стратегически располагаются в тех тканях организма, где возможно попадание таких частиц. Например, клетки Купфера выстилают кровеносные синусоидальные капилляры печени, а синовиальными А-клетками выстланы полости суставов (рис. 1.5). Мононуклеарные фагоциты, циркулирующие с кровью, называются моноцитами. Из крови они мигрируют в ткани, где превращаются в тканевые макрофаги, способные весьма эффективно презентировать антигены Т-лимфоцитам. Однако наиболее важны для презентации антигена покоящимся Т-клеткам интердигитатные дендритные клетки (см. гл. 2).

Основные элементы иммунной системы

Лейкоциты

Другие

Клеткилимфоцитыфагоцитывспомогательные клетки

Большой гранулярный МононуклеарныйТканевые

В-клетка Т-клетка лимфоцит фагоцит Нейтрофил Эозинофил Базофил Тучная клетка Тромбоциты клетки

Растворимые днтителаЦитокины КомплементМедиаторыИнтерфероны,

медиеторывоспаленияцитокины

Рис. 1.4

Основные компоненты иммунной системы с указанием клеточного происхождения растворимых медиаторов иммунного ответа. Компоненты комплемента синтезируются преимущественно клетками печени и в некотором количестве мононуклеарными фагоцитами.

Каждый тип клеток образует и выделяет строго определенный набор цитокинов или медиаторов воспаления. Кроме того, существует два типа дендритных (разветвленных) клеток, которые имеют важное значение в презентации антигенов лимфоцитам.

Фагоциты моноцитарного ряда

Рис.1.5

Содержащиеся во многих органах фагоцитарные клетки происходят из моноцитов крови, производимых костным мозгом. Моноциты покидают кровеносное русло и в тканях становятся макрофагами. Местные фагоцитарные клетки различных тканей, ранее относимые к ретикулоэндотелиальной системе, тоже представляют собой, по-видимому, клетки моноцитарного ряда.

Полиморфноядерные нейтрофилы Вторая значительная группа фагоцитирующих клеток — это полиморфноядерные нейтрофильные гранулоциты, часто называемые просто нейтрофилами или ПМН (от англ. PMN — polymorphonuclear neutrophils). Нейтрофилы составляют большинство среди лейкоцитов крови и происходят от тех же ранних клеток-предшественников, что моноциты и макрофаги. Подобно моноцитам нейтрофилы мигрируют в ткани, отвечая на определенные стимулы, но в отличие от моноцитов относятся к короткоживущим клеткам, которые, поглотив чужеродный материал, разрушают его и затем погибают.

Лимфоциты представлены двумя большими популяциями - В-клетками и Т-клетка- ми, которые ответственны за специфическое распознавание антигенов

Специфическое иммунологическое распознавание патогенных организмов — это всецело функция лимфоцитов, поэтому именно они инициируют реакции приобретенного иммунитета. Все лимфоциты происходят из стволовых клеток костного мозга, но Т-лимфоциты затем развиваются в тимусе, тогда как В-лимфоциты продолжают свое развитие в красном костном мозге (у взрослых особей млекопитающих).

В-клетки Каждая В-клетка генетически запрограммирована на синтез поверхностного рецептора, специфичного к одному определенному антигену. Встретив и распознав этот антиген, В-клетки размножаются и дифференцируются в плазматические клетки, которые образуют и выделяют в растворимой форме большие количества таких рецепторных молекул, называемых антителами. Антитела представляют собой крупные гликопротеины и содержатся в крови и тканевой жидкости. Благодаря своей идентичности исходным рецепторным молекулам они взаимодействуют с тем антигеном, который первоначально активировал В-клетки.

Т-клетки Имеется несколько субпопуляций Т-клеток с различными функциями. Одни взаимодействуют с В-клетками, помогая им размножаться, созревать и образовывать антитела. Другие взаимодействуют с мононуклеарными фагоцитами, способствуя разрушению локализованных в них микроорганизмов. Обе эти субпопуляции Т-клеток названы хелперными Т-клетками (Тх). Третья субпопуляция Т-клеток осуществляет разрушение клеток организма, зараженных вирусами или иными внутриклеточно размножающимися патогенными микробами. Этот тип активности Т-клеток назван цитотоксичностью, а сами клетки соответственно цитотоксическими Т-лимфоцитами (Тц). Как правило, распознавание антигена Т-клетками происходит только при том условии, что он презентирован на поверхности других клеток в ассоциации (комплексе) с молекулами МНС. В распознавании участвует специфичный к антигену Т-клеточный рецептор (ТкР), функционально и структурно сходный с той поверхностной молекулой Ig. которая у В- клеток служит антигенсвязывающим рецепто-

Основные функции лимфоцитовОсновные функции лимфоцитовОбразование антителОбразование антителМикробы внутри макрофаговМикробы внутри макрофаговКлетки, инфицированные вирусами, и клетки некоторых опухолейКлетки, инфицированные вирусами, и клетки некоторых опухолей

Основные функции лимфоцитов

Основные функции лимфоцитов

Образование антител

Образование антител

Микробы внутри макрофагов

Микробы внутри макрофагов

Клетки, инфицированные вирусами, и клетки некоторых опухолей

Клетки, инфицированные вирусами, и клетки некоторых опухолей

Рис.1.6

В-клетки образуют антитела, а Т-хелперные (Тх) клетки - цитокины, регулирующие иммунный ответ. В стимуляции Тх для синтеза цитокинов участвуют клетки, презентирующие антиген (АПК) и выполняющие ту же функцию В-клетки. Активированные макрофаги приобретают способность уничтожать поглощенные ими микробы. Цитотоксические Т-лимфоциты (Тц) и большие зернистые (гранулярные) лимфоциты (БГЛ) могут распознавать и уничтожать клетки-мишени самого организма.

ром. Свои функции воздействия на другие клетки Т-лимфоциты осуществляют путем выделения растворимых белков — цитокинов, которые передают сигналы другим клеткам, или путем прямых межклеточных контактов. Основные функции лимфоцитов представлены на рис. 1.6.

Цитотоксические клетки распознают и уничтожают инфицированные клетки организма

Цитотоксичностью, направленной на другие клетки организма, обладает ряд клеток иммунной системы. Наиболее важны из них, вероятно, Тц-клетки.

Большие зернистые (гранулярные) лимфоциты (БГЛ) Эта популяция лимфоцитов, как и Т-клетки, способна распознавать те изменения клеточной поверхности, которые возникают при злокачественном перерождении или вирусной инфекции. Большие гранулярные лимфоциты поражают такие клетки-мишени, но кроме того, они в отличие от цитотоксических Т-лимфоцитов весьма эффективно распознают клетки, поверхность которых лишена вовсе или утратила частично свои молекулы МНС. Прежде цитотоксическое действие БГЛ рассматривали как активность нормальных киллерных (НК) клеток. Макрофаги и БГЛ распознают и уничтожают также некоторые клетки-мишени (или патогенные микроорганизмы),

если поверхность последних покрыта связавшимися с ней специфическими антителами.

Эозинофильные полиморфноядерные гранулоциты, или эозинофилы Специализированная популяция лейкоцитов, способных поражать крупные внеклеточные паразитические организмы, например шистосомы.

Все типы цитотоксических клеток поражают свои мишени, выделяя вблизи них содержимое внутриклеточных гранул и другие, не запасаемые в гранулах молекулы.

Вспомогательные клетки регулируют воспаление

Ряд других клеток иммунной системы участвует в воспалительной реакции, основная цель которой — привлечение лейкоцитов и растворимых медиаторов иммунитета к очагу инфекции (см. ниже).

Базофильные сегментоядерные гранулоциты и тучные клетки Эти клетки заполнены гранулами, в которых содержатся различные медиаторы, вызывающие при высвобождении воспаление в окружающей ткани. Выделение медиаторов происходит при активации базофилов и тучных клеток. Эти клетки могут также синтезировать и выделять ряд медиаторов, регулирующих иммунный ответ. Тучные клетки располагаются во всех тка-

нях вблизи кровеносных сосудов и воздействуют посредством некоторых своих медиаторов на клетки сосудистой стенки. Базофилы сходны по функциям с тучными клетками, но в отличие от них циркулируют с кровью.

Кровяные пластинки (тромбоциты) Эти клетки, активированные в процессе свертывания крови или под действием комплексов антиген—антитело, также выделяют медиаторы воспаления.

РАСТВОРИМЫЕ МЕДИАТОРЫ ИММУНИТЕТА

В развитии иммунного ответа участвует целый ряд молекул-посредников, в том числе выделяемые лимфоцитами антитела и цитокины, а также различные белки сыворотки, обычно содержащиеся в ней в низкой концентрации. Эти белки названы острофазными, так как их концентрация быстро нарастает при инфекционном процессе. Один из примеров — это С-реактивный белок (CRP), названный так за способность связываться с С-бел- ком пневмококков. Благодаря такому связыванию фагоциты начинают более активно поглощать пневмококки — процесс, называемый опсонизацией (см. рис. 1.10). В качестве опсонинов, т. е. опсонизирующих молекул, действуют главным образом антитела и компоненты комплемента.

Белки системы комплемента служат медиаторами фагоцитоза, регулируют воспалительную реакцию и, взаимодействуя с антителами, участвуют в иммунной защите организма

В систему комплемента входят около двух десятков сывороточных белков, общая функция которых состоит в регуляции воспаления. Компоненты комплемента взаимодействуют между собой и с другими элементами иммунной системы. Например, ряд микроорганизмов спонтанно активирует систему комплемента по так называемому альтернативному пути, представляющему собой механизм врожденного, неспецифического иммунитета. В результате с поверхностью микробов связываются компоненты комплемента, что приводит к поглощению этих возбудителей фагоцитами. Когда система комплемента принимает участие в реакциях специфического приобретенного иммунитета, ее обычно активируют по классическому пути антитела, связавшиеся с поверхностью клеток микроорганизма.

Активация комплемента — это каскад реакций, в котором каждый предшествующий компонент действует на последующий, подобно тому, как это происходит при свертывании крови. Как классический, так и альтернативный путь активации комплемента приводит к образованию белков или пептидных фрагментов, вызывающих следующие эффекты:

опсонизация микроорганизмов с последующим поглощением и внутриклеточным разрушением их фагоцитами;

привлечение фагоцитов к месту воспаления (хемотаксис);

усиление тока крови в месте активации и повышение проницаемости капилляров для компонентов плазмы;

повреждение собственных клеток организмов, грамотрицательных бактерий и вирусов или других микробов, вызвавших активацию комплемента; лизис возбудителя вследствие такого повреждения обеспечивает прекращение инфекции;

дополнительное выделение медиаторов воспаления из тучных клеток.

Эти функции системы комплемента схематически представлены на рис. 1.7 и подробно описаны в гл. 4.

Цитокины - разнообразные белки, осуществляющие передачу сигналов между лимфоцитами, фагоцитами и другими клетками организма

Цитокинами обобщенно называют большую группу соединений, участвующих в межклеточной передаче сигналов в ходе иммунного ответа. Все цитокины — это белки или пептиды; некоторые из них представляют собой гликопротеины. Цитокины подразделяют на несколько групп Так, цитокины, выделяемые лимфоцитами, часто называют лимфокинами. Основные группы цитокинов приведены ниже.

Интерфероны (ИФ) Эти цитокины особенно важны в сдерживании некоторых вирусных инфекций. Одну группу интерферонов (ИФа и ИФР) синтезируют клетки, инфицированные вирусами. Другой тип интерферона (ИФу) выделяют некоторые активированные Т-клетки. Интерфероны сообщают противовирусную устойчивость незаряженным тканевым клеткам (рис. 1.8). Они образуются на ранней стадии инфекции и созда-

Функции системы комплемента в антибактериальном иммунитете

Рис.1.7

1. Система комплемента способна без участия антител разрушать мембраны многих видов бактерий.

2. Продукты активации комплемента привлекают к месту реакции фагоциты (хемотаксис). 3. Покрывая в результате связывания поверхность бактерий (опсонизация), компоненты комплемента облегчают фагоцитам их распознавание и поглощение. Все эти реакции могут протекать за счет собственной способности комплемента к распознаванию микробных структур или с помощью антител, связавшихся с бактериями.

ют первую линию защиты против большинства вирусов.

Интерлейкины (ИЛ) Это большая группа цитокинов (от ИЛ-1 до ИЛ-17), синтезируемых в основном Т-клетками, но в некоторых случаях также мононуклеарными фагоцитами или другими тканевыми клетками. Интерлейкины обладают разнообразными функциями, но большинство их стимулирует другие клетки для деления или дифференцировки. Каждый интерлейкин действует на отдельную, ограниченную группу клеток, экспрессирующих специфичные для данного ИЛ рецепторы.

Колониестимулирующие факторы (КСФ) Эти цитокины участвуют в регуляции деления и диффе

ренцировки стволовых клеток костного мозга и клеток — предшественников лейкоцитов крови. Балансом различных КСФ в определенной мере обусловлено соотношение между различными типами образующихся в костном мозге лейкоцитов. Некоторые КСФ стимулируют дальнейшую дифференцировку клеток и вне костного мозга.

Другие цитокины Среди них значительную роль играют факторы некроза опухолей (ФНОа и ФНОР) и трансформирующий фактор роста Р (ТФРР). Они выполняют разнообразные функции, но особенно важны как медиаторы воспаления и цитотоксических реакций.

Антитела специфически связываются с антигеном и затем опосредуют вторичные эффекты

Антитела (Ат), называемые также иммуноглобулинами (Ig), — это семейство сывороточных белков, образуемых В-лимфоцитами. Как уже было отмечено выше, они представляют собой растворимую форму антигенсвязываюших В-клеточных рецепторов. Все поликлональные антитела дан-

Интерфероны

Рис.1.8

Инфицированные вирусом клетки способны синтезировать интерферон, одни - интерферон-а (ИФа), другие - интерферон-p (ИФР). Некоторые субпопуляции Т-лимфоцитов после активации антигеном образуют интерферон-у (ИФу): Воздействуя на другие клетки организма, интерфероны сообщают им устойчивость к вирусной инфекции. Интерферон-у оказывает также много других эффектов.

Антитело - гибкая соединительная молекула

Рис.1.9

Если микроб не обладает свойством активировать комплемент или связываться с фагоцитами, организм-хозяин образует против него антитела, которые как соединительные молекулы связывают микробные клетки с комплементом и фагоцитами. В организме человека могут синтезироваться несколько миллионов различных по специфичности антител, способных распознавать множество самых разнообразных инфекционных агентов. Например, изображенное на схеме антитело связывается своим антигенсвязывающим фрагментом (Fab) с микробом 1, но не с микробом 2. Fc-фрагмент антитела может активировать комплемент или связываться с рецепторами для Fc на клетках организма-хозяина, прежде всего на фагоцитах.

ного изотипа однотипны по строению молекулы, но различаются областью антигенсвязывающего центра. Как правило, каждое антитело может специфически связываться только с одним антигеном.

В то время как одна часть молекулы антитела (Fab-фрагмент) предназначена для связывания с антигеном, другая его часть (Fc-фрагмент) взаимодействует с различными элементами иммунной системы, например с фагоцитами или с одним из компонентов комплемента. Фактически, антитела действуют как молекулы-посредники.

вовлекающие различные элементы иммунной системы в распознавание патогенных микробов и продуктов их метаболизма (рис. /.9)

Та часть молекулы антитела, которая взаимодействует с клетками иммунной системы, названа Fc-фрагментом. Нейтрофилы, макрофаги и другие мононуклеарные фагоциты несут на своей поверхности рецепторы для Fc-фрагмента. Следовательно, если антитела связались с патогенным микроорганизмом, они могут своим Fc- фрагментом взаимодействовать и с фагоцитами. Благодаря этому клетки возбудителя будут поглощены (фагоцитированы) и разрушены фагоцитами. Антитела в данном случае действуют как опсонины. Кроме того, фагоциты распознают чужеродный материал, используя в качестве опсонина активированный компонент комплемен-

Опсонизация

ФагоцитФагоцитОпсонинОпсонинСвязываниеСвязываниеРис. 1.101. Фагоциты обладают способностью непосредственно, т. е. без участия опсонинов, связывать бактерии и другие микроорганизмы, но при активации микробами комплемента связывание намного усиливается.2. В этом случае бактерии взаимодействуют с СЗЬ, благодаря чему фагоциты получают возможность связывать их посредством рецепторов для СЗЬ. 3. Для фагоцитоза микробов, которые в полной мере или совсем не активируют комплемент, необходима опсонизация антителами (Ат), способными связываться с Fc- рецепторами на поверхности фагоцитов. 4. Антитела могут сами активировать комплемент, и если микробы опсонизированы не только антителами, но также СЗЬ, их связывание фагоцитами существенно возрастает.Рис. 1.101. Фагоциты обладают способностью непосредственно, т. е. без участия опсонинов, связывать бактерии и другие микроорганизмы, но при активации микробами комплемента связывание намного усиливается.2. В этом случае бактерии взаимодействуют с СЗЬ, благодаря чему фагоциты получают возможность связывать их посредством рецепторов для СЗЬ. 3. Для фагоцитоза микробов, которые в полной мере или совсем не активируют комплемент, необходима опсонизация антителами (Ат), способными связываться с Fc- рецепторами на поверхности фагоцитов. 4. Антитела могут сами активировать комплемент, и если микробы опсонизированы не только антителами, но также СЗЬ, их связывание фагоцитами существенно возрастает.

Фагоцит

Фагоцит

Опсонин

Опсонин

Связывание

Связывание

Рис. 1.10

1. Фагоциты обладают способностью непосредственно, т. е. без участия опсонинов, связывать бактерии и другие микроорганизмы, но при активации микробами комплемента связывание намного усиливается.

2. В этом случае бактерии взаимодействуют с СЗЬ, благодаря чему фагоциты получают возможность связывать их посредством рецепторов для СЗЬ. 3. Для фагоцитоза микробов, которые в полной мере или совсем не активируют комплемент, необходима опсонизация антителами (Ат), способными связываться с Fc- рецепторами на поверхности фагоцитов. 4. Антитела могут сами активировать комплемент, и если микробы опсонизированы не только антителами, но также СЗЬ, их связывание фагоцитами существенно возрастает.

Рис. 1.10

1. Фагоциты обладают способностью непосредственно, т. е. без участия опсонинов, связывать бактерии и другие микроорганизмы, но при активации микробами комплемента связывание намного усиливается.

2. В этом случае бактерии взаимодействуют с СЗЬ, благодаря чему фагоциты получают возможность связывать их посредством рецепторов для СЗЬ. 3. Для фагоцитоза микробов, которые в полной мере или совсем не активируют комплемент, необходима опсонизация антителами (Ат), способными связываться с Fc- рецепторами на поверхности фагоцитов. 4. Антитела могут сами активировать комплемент, и если микробы опсонизированы не только антителами, но также СЗЬ, их связывание фагоцитами существенно возрастает.

та (СЗЬ), но наиболее всего фагоцитоз эффективен в присутствии одновременно антител и комплемента (рис. I.10).

АНТИГЕНЫ

Первоначально термин антиген (от англ, ««//body generator) применяли для обозначения любой молекулы, индуцирующей образование В-клетками специфических антител Однако теперь этот термин имеет более широкий смысл, означая любую молекулу, которую могут специфически распознавать элементы системы приобретенного иммунитета, т. е. В-клетки или Т-клетки, либо и те и другие.

Молекулы антител связываются не со всей поверхностью инфекционного агента. В соответствии со своей специфичностью каждая из них взаимодействует с одним из многих видов антиген ных молекул на поверхности микробов. Против одного возбудителя может синтезироваться несколько различных по специфичности антител, связывающихся с разными антигенами на его поверхности. Антитела взаимодействуют с определенной областью молекулы антигена, названной эпитопом. Один антиген может иметь несколько различных или повторяющихся эпитопов (рис. 1.11). Антитела специфичны именно к эпитопам, а не ко всей молекуле антигена.

Механизмы, формирующие разнообразие ан тител, достаточное для связывания всех тех различных антигенов, с которыми организм может столкнуться в течение жизни, описаны в гл. 8

Распознавание антигена - основа приобретенного иммунитета

В распознавании антигенов участвуют, помимо антител и В-клеток, также Т-клетки, но эти последние распознают антигены в виде небольших полипептидных фрагментов, локализованных вначале внутриклеточно, а затем представленных на поверхности других клеток организма. Например, клетки, инфицированные вирусами, начинают экспрессировать на своей поверхности мелкие фрагменты вирусных белков, делая их легкораспознаваемыми для цитотоксических Т-кле- ток. Презентацию фрагментов антигена на клеточной поверхности осуществляет специализированная группа так называемых МНС-молекул, кодируемых набором генов главного комплекса гистосовместимости (МНС, от major Aistocompat-

АнтигеныАнтигеныАнтигенАнтигенАнтителоАнтителоРис.1.11Молекулы, вызывающие образование антител, называются антигенами. Каждая молекула антигена имеет набор антигенных детерминант, называемых эпитопами Эпитопы одного антигена (Аг1) обычно отличаются от эпитопов другого (Аг2). Некоторые антигены (АгЗ) имеют повторяющиеся эпитопы Стереохимическая конфигурация эпитопов распознается антителами и Т-клеточными рецепторами т. е. факторами приобретенного иммунитета. Каждая молекула антитела распознает не всю молекулу антигена, а один ее эпитоп. Даже самые простые по строению микроорганизмы обладают множеством различных антигенов белковой, липидной или углеводной природы.Рис.1.11Молекулы, вызывающие образование антител, называются антигенами. Каждая молекула антигена имеет набор антигенных детерминант, называемых эпитопами Эпитопы одного антигена (Аг1) обычно отличаются от эпитопов другого (Аг2). Некоторые антигены (АгЗ) имеют повторяющиеся эпитопы Стереохимическая конфигурация эпитопов распознается антителами и Т-клеточными рецепторами т. е. факторами приобретенного иммунитета. Каждая молекула антитела распознает не всю молекулу антигена, а один ее эпитоп. Даже самые простые по строению микроорганизмы обладают множеством различных антигенов белковой, липидной или углеводной природы.

Антигены

Антигены

Антиген

Антиген

Антитело

Антитело

Рис.1.11

Молекулы, вызывающие образование антител, называются антигенами. Каждая молекула антигена имеет набор антигенных детерминант, называемых эпитопами Эпитопы одного антигена (Аг1) обычно отличаются от эпитопов другого (Аг2). Некоторые антигены (АгЗ) имеют повторяющиеся эпитопы Стереохимическая конфигурация эпитопов распознается антителами и Т-клеточными рецепторами т. е. факторами приобретенного иммунитета. Каждая молекула антитела распознает не всю молекулу антигена, а один ее эпитоп. Даже самые простые по строению микроорганизмы обладают множеством различных антигенов белковой, липидной или углеводной природы.

Рис.1.11

Молекулы, вызывающие образование антител, называются антигенами. Каждая молекула антигена имеет набор антигенных детерминант, называемых эпитопами Эпитопы одного антигена (Аг1) обычно отличаются от эпитопов другого (Аг2). Некоторые антигены (АгЗ) имеют повторяющиеся эпитопы Стереохимическая конфигурация эпитопов распознается антителами и Т-клеточными рецепторами т. е. факторами приобретенного иммунитета. Каждая молекула антитела распознает не всю молекулу антигена, а один ее эпитоп. Даже самые простые по строению микроорганизмы обладают множеством различных антигенов белковой, липидной или углеводной природы.

ibility complex). Т-клетки распознают посредством своих антигенспецифичных рецепторов (ТкР) пептидные фрагменты антигена, связанные с этими МНС-молекулами (рис. 1.12).

Важно запомнить, что антиген — это инициатор и движущая сила всех реакций приобретенного иммунитета. Иммунная система возникла дня распознавания и разрушения чужеродных антигенов, а также устранения источника их образования — бактерий, инфицированных вирусом клеток и т. п. Когда антиген элиминирован, иммунный ответ прекращается

ИММУННЫЙ ОТВЕТ

Итак, любой иммунный ответ имеет две основные фазы:

распознавание антигена;

реакции, направленные на его устранение.

В реакциях приобретенного иммунитета распознавание антигена осуществляют лимфоциты, избирательно пролиферирующие благодаря клональной селекции.

Распознавание антигена Т-клеткой

МНС-молекула презентирующая антигенный пептид

Антигенный пептид, связанный с

МНС-молекулой

Т-клеточный рецептор, распознающий

МНС-молекулу и пептидный фрагмент антигена

Рис. 1.12

Т-клетки распознают антигены, вначале локализованные внутриклеточно, а затем появляющиеся на поверхности других клеток, например вирусные пептиды из инфицированных клеток. Распознование происходит путем специфического связывания с антигенными пептидами, презентированными на клеточной поверхности МНС-молекулами - продуктами генов главного комплекса гистосовместимости (МНС). Распознавание уникального комплекса антигенный пептид + МНС-молекула Т-клетки осуществляют посредством своих антигенспецифичных рецепторов (ТкР). В отличие от В-клеток, распознающих определенный участок молекулы антигена, Т-клетки распознают эпитоп, образованный аминокислотными остатками антигенного пептида и МКС-молекулы.

Клональная селекция - пролиферация клеток, связавших специфический антиген

Каждый лимфоцит (как В-, так и Т-популяции) генетически запрограммирован распознавать в основном только один антиген, но иммунная система в целом может специфически распознать многие тысячи разных антигенов. Поэтому лимфоциты, способные распознать тот или иной антиген, должны составлять лишь очень малую часть общей популяции. Как же в таком случае организм адекватно отвечает на инфекцию? Объяснение состоит в том, что антиген, связавшись с теми немногими клетками, которые способны его распознать, вызывает их быструю пролиферацию. В течение нескольких дней появляется достаточно клеток для адекватного иммунного ответа. Иными словами, сам антиген выбирает и спо

собствует образованию специфических клонов клеток, связывающих этот антиген (рис. 1.13}, — процессу, названному клональной селекцией и свойственному как В-, так и Т-клеткам.

Клональная селекция В-клетокКлональная селекция В-клетокРис. 1.13Каждая антителообразующая клетка (В-клетка) запрограммирована синтезировать антитела только одной специфичности. Они расположены на ее поверхности в виде антигенсвязывающих рецепторов. Антиген связывается только с теми В-клетками, которые несут соответствующий поверхностный рецептор - в нашем примере В-клетка 2. Это взаимодействие стимулирует пролиферацию таких клеток и их созревание в клетки, образующие антитела, а также в долгоживущие клетки иммунологической памяти, все с той же исходной специфичностью связывания антигена.Рис. 1.13Каждая антителообразующая клетка (В-клетка) запрограммирована синтезировать антитела только одной специфичности. Они расположены на ее поверхности в виде антигенсвязывающих рецепторов. Антиген связывается только с теми В-клетками, которые несут соответствующий поверхностный рецептор - в нашем примере В-клетка 2. Это взаимодействие стимулирует пролиферацию таких клеток и их созревание в клетки, образующие антитела, а также в долгоживущие клетки иммунологической памяти, все с той же исходной специфичностью связывания антигена.Кажется непостижимым, каким образом иммунная система может «предугадать» репертуар специфичностей антител, которые потребуются в течение будущей жизни индивида. На самом деле все обстоит иначе. Просто иммунная система производит антитела, способные распознать огромное разнообразие антигенов, еще до встречи с ними. Многие из этих антител никогда не будут востребованы для защиты данного индивида от инфекции. Однако бесчисленное множество па-

Клональная селекция В-клеток

Клональная селекция В-клеток

Рис. 1.13

Каждая антителообразующая клетка (В-клетка) запрограммирована синтезировать антитела только одной специфичности. Они расположены на ее поверхности в виде антигенсвязывающих рецепторов. Антиген связывается только с теми В-клетками, которые несут соответствующий поверхностный рецептор - в нашем примере В-клетка 2. Это взаимодействие стимулирует пролиферацию таких клеток и их созревание в клетки, образующие антитела, а также в долгоживущие клетки иммунологической памяти, все с той же исходной специфичностью связывания антигена.

Рис. 1.13

Каждая антителообразующая клетка (В-клетка) запрограммирована синтезировать антитела только одной специфичности. Они расположены на ее поверхности в виде антигенсвязывающих рецепторов. Антиген связывается только с теми В-клетками, которые несут соответствующий поверхностный рецептор - в нашем примере В-клетка 2. Это взаимодействие стимулирует пролиферацию таких клеток и их созревание в клетки, образующие антитела, а также в долгоживущие клетки иммунологической памяти, все с той же исходной специфичностью связывания антигена.

Рис. 1.14Электронно-микроскопическое изучение фагоцитоза. На микрофотографиях представлены последовательные стадии инвагинации мембраны и происходящей в результате этого интернализации материала. Фагоцит, связавшись с опсонизированной частицей, постепенно поглощает ее, выпуская псевдоподии (1-3). Затем псевдоподии сливаются (4), и микробная клетка оказывается заключенной в фагосому (5). (Фото любезно предоставлены д-ром A. Stevens и проф. J. Lowe.)Рис. 1.14Электронно-микроскопическое изучение фагоцитоза. На микрофотографиях представлены последовательные стадии инвагинации мембраны и происходящей в результате этого интернализации материала. Фагоцит, связавшись с опсонизированной частицей, постепенно поглощает ее, выпуская псевдоподии (1-3). Затем псевдоподии сливаются (4), и микробная клетка оказывается заключенной в фагосому (5). (Фото любезно предоставлены д-ром A. Stevens и проф. J. Lowe.)тогенных микроорганизмов и их способность к изменению своего антигенного состава в результате мутаций делает наличие всех этих антител необходимым — на случай, когда они могут понадобиться.

Рис. 1.14

Электронно-микроскопическое изучение фагоцитоза. На микрофотографиях представлены последовательные стадии инвагинации мембраны и происходящей в результате этого интернализации материала. Фагоцит, связавшись с опсонизированной частицей, постепенно поглощает ее, выпуская псевдоподии (1-3). Затем псевдоподии сливаются (4), и микробная клетка оказывается заключенной в фагосому (5). (Фото любезно предоставлены д-ром A. Stevens и проф. J. Lowe.)

Рис. 1.14

Электронно-микроскопическое изучение фагоцитоза. На микрофотографиях представлены последовательные стадии инвагинации мембраны и происходящей в результате этого интернализации материала. Фагоцит, связавшись с опсонизированной частицей, постепенно поглощает ее, выпуская псевдоподии (1-3). Затем псевдоподии сливаются (4), и микробная клетка оказывается заключенной в фагосому (5). (Фото любезно предоставлены д-ром A. Stevens и проф. J. Lowe.)

Лимфоциты, активированные связыванием антигена, вступают в цикл клеточного деления. Они экспрессируют новые рецепторы, позволяющие им реагировать на выделяемые другими клетками цитокины, которые служат сигналами к пролиферации. Лимфоциты могут также сами начать выделение цитокинов. Обычно они проходят ряд циклов деления, прежде чем дифференцируются в зрелые клетки, снова под действием цитокинов. Например, пролиферирующие В-клетки в итоге созревают в образующие антитела плазматические клетки. Даже после устранения инфекции сохраняется некоторая часть новообразованных лимфоцитов, способных вновь активироваться, если антиген встретится им повторно. Их называют клетками памяти, так как они хранят иммунологическую память относительно отдельных антигенов. Существованием клеток памяти и обусловлен долгосрочный иммунитет к тому или иному возбудителю.

Для устранения патогенных микроорганизмов существуют различные эффекторные механизмы иммунного ответа

Иммунная система располагает множеством механизмов для разрушения патогенных микробов, и каждый из них соответствует данному типу инфекции и конкретной стадии жизненного цикла возбудителя. Эти механизмы защиты часто называют эффекторными системами.

Нейтрализация При действии одной из самых простых эффекторных систем антителам достаточно только связаться с определенным возбудителем, чтобы оказать ему противодействие. Например, антитела к наружным белкам капсида некоторых риновирусов (вызывающих простудные заболевания) могут воспрепятствовать связыванию вирусных частиц с клетками организма и их инфицированию.

Фагоцитоз Гораздо чаше антитела реализуют свой эффект, активируя комплемент или действуя в качестве опсонинов, усиливающих поглощение микробов фагоцитами. Связавшись с опсонизированным микробом, фагоцитарная клет-

ка поглощает его, окружая выступающими псевдоподиями. Псевдоподии сливаются, и микроб оказывается заключенным (эндоцитированным, интернализованным) в фагосому (рис. 1.14). Перерабатывают фагоциты поглощенный материал по- разному. Макрофаги, например, восстанавливают молекулярный кислород с образованием бактерицидных реакционноспособных метаболитов кислорода, которые секретируются в фагосому. Нейтрофилы содержат лактоферрин, который хелатирует железо, лишая некоторые бактерии этого необходимого элемента питания. Наконец, с фагосомой сливаются гранулы и лизосомы, наполняя возникшую фаголизосому ферментами, разрушающими ее содержимое (рис. 1.15). Более полно механизмы фагоцитоза описаны в гл. 10 и 17.

Цитотоксические реакции и апоптоз Цитотоксические реакции — это эффекторные иммунные механизмы, направленные против целых клеток, обычно против тех, которые слишком крупны для фагоцитоза. Такая клетка-мишень распознается либо специфичными антителами, взаимодействующими с компонентами ее поверхности, либоТ-клетками посредством антигенспецифич- ных ТкР. В отличие от фагоцитоза, при котором содержимое лизосом изливается в фагосому, в цитотоксической реакции атакующая клетка направляет содержимое своих гранул наружу, к клетке-мишени. Гранулы цитотоксических Т-клеток содержат соединения, называемые перфоринами, которые способны создавать каналы в наружной мембране клеток-мишеней. (Подобно этому, антитела, связавшись с поверхностью клетки-мишени, могут привлечь комплемент для перфорирования ее цитоплазматической мембраны.) Некоторые цитотоксические клетки способны также своим сигналом включать программу саморазрушения клетки-мишени — процесс апоптоза.

ВОСПАЛЕНИЕ

Клетки иммунной системы в норме рассеяны по всем тканям тела, но если возникает очаг инфекции, эти клетки и их продукты выделения концентрируются именно в нем. Обеспечивающий это процесс называют воспалительной реакцией. Для воспаления характерны три основных проявления:

• увеличивается кровоснабжение инфицированной области;

Фагоцитоз

ОбразованиеОбразованиеФагоцитозФагоцитозСлияние лизосом с фагосомойСлияние лизосом с фагосомойВыброс продуктов лизиса микробаВыброс продуктов лизиса микробаРис. 1.15

Образование

Образование

Фагоцитоз

Фагоцитоз

Слияние лизосом с фагосомой

Слияние лизосом с фагосомой

Выброс продуктов лизиса микроба

Выброс продуктов лизиса микроба

Фагоциты поступают в очаг воспаления благодаря хемотаксису. Затем их поверхностные неспецифические рецепторы связываются с микробами, либо, если микробная поверхность опсонизирована фрагментом третьего компонента комплемента (СЗЬ) и/или антителами, связывание происходит с участием фагоцитарных рецепторов для СЗЬ и/или Fc (см. рис.

1.10). Когда в результате связывания фагоцит активируется, он окружает инфекционный агент псевдоподиями, заключая в фагосому; при этом происходит образование бактерицидных метаболитов кислорода. Как только микроб поступит внутрь клетки, лизосомы сливаются с фагосомой, образуя фаголизосому, в которой инфекционный агент уничтожается. Остатки микроба могут быть выделены клеткой наружу.

благодаря сокращению эндотелиальных клеток, возрастает проницаемость кровеносных капилляров; за счет этого из капилляров могут выходить более крупные, чем в обычном случае, молекулы и таким образом растворимые медиаторы иммунитета достигают очага инфекции;

лейкоциты мигрируют из венул в окружающие ткани. В самом раннем периоде воспаления в очаге инфекции больше всего нейтрофилов, но позднее к нему мигрируют также моноциты и лимфоциты.

Хемотаксис и миграция клеток Ключевой момент миграции клеток — это их прилипание (распластывание, адгезия) к сосудистому эндотелию воспаленных тканей в результате взаимодействия особых молекул на поверхности лейкоцитов и активированных эндотелиальных клеток (дне. 1.16). Проникнув в ткани, клетки мигрируют в направлении очага инфекции под влиянием химического притяжения, называемого хемотаксисом.

Фагоцитам свойственно активно мигрировать по градиенту концентрации определенных (хемотаксических) соединений. Особо сильный хемотаксис вызывается фрагментом одного из ком-

Рис. 1.16

На этой микрофотографии, полученной с помощью сканирующего электронного микроскопа, видны лейкоциты, прилипшие к стенке венулы в воспаленной ткани, (х 16 000. Фото любезно предоставлено проф. М. J. Karnovsky.)

понентов комплемента, С5а Vpuc. 1.17), привлекающего нейтрофилы и моноциты. При нанесении на кожу in vivo препарата очищенного С5а можно вскоре наблюдать прилипание нейтрофилов к эндотелию расположенных вблизи венул. Проскальзывая затем между эндотелиальными клетками, нейтрофилы проникают через базальную мембрану венул в ткани. Этот процесс, названный диапедезом, подробно описан в гл. 5.

ЗАЩИТА ОТ ВНЕКЛЕТОЧНОЙ И ВНУТРИКЛЕТОЧНОЙ ИНФЕКЦИИ

Иммунологические реакции на внеклеточную и внутриклеточную инфекцию принципиально различны. При реакции на патогенные микробы, размножающиеся внеклеточно, иммунная система стремится разрушить сами микроорганизмы и нейтрализовать токсическое действие продуктов их метаболизма. При реакции же на микробы, размножающиеся внутри клеток, возможны два альтернативных механизма — цитотоксическое действие Т-лимфоцитов, т. е. разрушение инфицированных клеток, либо активация Т-лимфоцитами этих клеток для уничтожения присутствующих в них микробов. Последнее происходит, например, когда Т-лимфоциты выделяют цитокины, стимулирующие разрушение макрофагами поглощенных микробов.

Поскольку для многих патогенных микроорганизмов характерны и внутриклеточная, и вне

клеточная стадии инфекции, в разные ее моменты эффективны различные механизмы иммунного ответа. Например, вирус полиомиелита распространяется с кровотоком, чтобы инфицировать клетки-мишени. На этой ранней стадии инфекции особенно эффективны специфичные антитела. Однако, чтобы ликвидировать развившуюся инфекцию, каждую клетку организма, инфицированную вирусом, должны уничтожить цитотоксические Т-лимфоциты. Следовательно, роль антител состоит в том, чтобы ограничить распространение инфекции и предупредить по-

Хемотаксис

Рис. 1.17

Инфекционный агент вызывает в зоне воспаления повреждение тканей и активацию комплемента. Это в свою очередь приводит к высвобождению медиаторов воспаления (например, одного из наиболее важных хемотаксических пептидов С5а - фрагмента пятого компонента комплемента). Медиаторы воспаления диффундируют к близлежащим венулам, где вызывают прилипание фагоцитов к эндотелию. Прилипшие фагоциты проникают своими псевдоподиями между эндотелиальными клетками и растворяют базальную мембрану. Затем они покидают кровеносные сосуды и движутся по градиенту концентрации хемотаксических медиаторов к зоне воспаления (хемотаксис).

Реакция на внеклеточные и внутриклеточные возбудители инфекции

Рис. 1.18

При разных типах инфекции эффективны различные эффекторные механизмы иммунного ответа, что проиллюстрировано здесь на примере вирусной инфекции. Антитела и комплемент способны блокировать внеклеточную фазу жизненного цикла вируса и стимулировать фагоцитоз вируса. Выделяемые инфицированными клетками интерфероны могут стать сигналом, вызывающим у незараженных клеток состояние противовирусной устойчивости. Вирусы размножаются только в живых клетках. Цитотоксические Т-клетки способны распознать и разрушить зараженные клетки, прежде чем произойдет массовая репликация вируса.

вторную инфекцию тем же вирусом, тогда как цитотоксические Т-клетки важны для воздействия на инфицированные клетки (рис. 1.18). Это важно учитывать при разработке эффективных вакцин.

ВАКЦИНАЦИЯ

Наиболее быстрое и успешное применение результаты иммунологических исследований нашли в области вакцинопрофилактики инфекций. Принцип вакцинации основан на двух ключевых характеристиках приобретенного иммунитета, а именно на иммунологической специфичности и памяти. Благодаря клеткам памяти иммунная система способна гораздо сильнее отвечать на повторную встречу с данным антигеном. Такой вторичный ответ развивается быстрее и более эффективен, чем первичный.

При создании вакцины необходимо так изменить сам микроб или его токсин, чтобы они стали безвредными, но при этом не потеряли антигенности. Это возможно, поскольку антитела и Т-клетки распознают отдельные участки антигенов, эпитопы, а не целый микроорганизм или токсин. Рассмотрим, например, вакцинацию против дифтерии. Бактерия — возбудитель дифтерии образует токсин, разрушающий многие, в том числе мышечные клетки. Этот токсин можно модифицировать путем обработки формальдегидом так, что он, сохранив эпитопы, утратит свою токсичность; полученный анатоксин используется как дифтерийная вакцина (j>uc. 1.19). Другой подход состоит в том что инфекционный агент, например вирус полиомиелита, аттенуируют (ослабляют) настолько, что он утрачивает патогенность, сохранив антигенность. Проблемы вакцинации более подробно рассмотрены в гл. 19.

Принцип вакцинации

Рис. 1.19

Принцип вакцинации, иллюстрируемый на примере иммунизации дифтерийным анатоксином. Путем химической модификации дифтерийный токсин превращают в анатоксин, сохранивший эпитопы токсина, но утративший токсичность. Вакцинация таким анатоксином вызывает первичное образование антител к эпитопам токсина. В случае последующего естественного заражения дифтерией токсин рестимулирует В-клетки памяти, вызывая вторичное, более быстрое и усиленное образование антител, нейтрализующих токсин.

ИММУНОПАТОЛОГИЯ

Из описанного выше иммунная система предстает как безусловное благо и исключительно полезное приобретение, поскольку при недостатке любой ее функции организм подвергается серьезной угрозе инфекции, несмотря на способность других компонентов системы частично восполнять такую недостаточность. Совершенно очевидно также, что иммунная система в ее современной форме сформировалась в результате филогенетического развития, происходившего под сильным давлением отбора, связанного с патогенными микробами. Однако в некоторых случаях иммунная система сама вызывает заболевания или иные нежелательные последствия (рис. 1.20).

Патология иммунной системы может развиваться по одному из трех направлений.

Парадоксальная реакция на собственные антигены: аутоиммунопатология В норме иммунная система распознает все чужеродные антигены и реагирует против них, при этом ткани собственного тела она распознает как «свое», не давая на них никакой реакции. Механизмы, позволяющие отличать «свое» от «не-своего», описаны в гл. 14. Если же происходит реакция иммунной системы на компоненты собственного организма, возникает аутоиммунное заболевание, например ревматоидный артрит и гемолитическая анемия (см. гл. 28).

Неэффективный иммунный ответ: иммунодефицит Недостаток функции любого элемента иммунной системы лишает организм способности адекватно сопротивляться инфекции. Эта форма патологии названа иммунодефицитом (иммунологической недостаточностью). Некоторые виды подобной патологии относятся к наследственным нарушениям и начинают проявляться вскоре после рождения, тогда как другие — это приобретенные формы иммунодефицита, например вызванные, подобно синдрому приобретенного иммунодефицита (СПИД), инфекцией (см. гл. 21-22).

Иммунный ответ чрезмерной интенсивности: гиперчувствительность Иногда иммунологические реакции несоразмерны тому нарушению, которое может вызвать патогенный агент. Кроме того, иммунная система способна давать ответ и на совсем безвредные антигены, например на питательные вещества. Подобные иммунные реакции могут причинить больший вред, чем патогенный

Рис.1.20

Известны три основные формы патологии иммунной системы: гиперчувствительность, иммунодефицит и аутоиммунопатология. Первые две формы обусловлены соответственно чрезмерно сильным либо слишком слабым иммунным ответом. Причина аутоиммунопатологии лежит в неспособности отличать «свое» от «не- своего» при иммунологическом распознавании.

микроб или антиген, и в этом случае мы говорим о гиперчувствительности (см. гл. 23—26). Например, поверхностные компоненты пыльцы растений у некоторых индивидов распознаются как антигены, вызывая симптомы сенной лихорадки или бронхиальной астмы.

Наконец, в медицинской практике встречаются ситуации, когда иммунная система функционирует нормально, но нежелателен иммунный ответ, связанный с применением специфических методов лечения. Наиболее важное значение это имеет при переливании крови и пересадке органов и тканей. В этих случаях необходимо тщательно подбирать совместимые с реципиентом донорские ткани, так чтобы компоненты донорской крови или трансплантата не вызывали атаку иммунной системы реципиента. Однако эти проблемы — всего лишь малая плата за обладание важнейшей системой организма, которая жизненно необходима для защиты человека от инфекции.

Вопросы для размышления

■ В клинической практике иногда встречаются больные с генетически обусловленным дефектом созревания лимфоцитов. Как, по-вашему, он будет проявляться?

Почему иммунная система формировалась с образованием такого множества разнообразных механизмов защиты от микробов?

Организм может синтезировать антитела, которые не распознают ни один из известных возбудителей. Какое это дает преимущество?

При исследовании иммунологических функций индивида часто необходимо выделить из крови лимфоциты или фагоциты. Каковы (в общих чертах) функции этих клеток?

Клетки, осуществляющие иммунный ответ

Многие виды клеток различного происхождения предназначены для выполнения специализированных функций в иммунном ответе.

В- и Т-лимфоциты экспрессируют на своей поверхности антигенсвязывающие рецепторы и другие молекулы (маркеры), необходимые для осуществления разнообразных функций.

Для Т-клеточного ответа требуется представление антигенов антигенпрезентирующими клетками. В-клетки способны распознавать нативные антигены, не процессированные и не представленные другими клетками.

Различные функциональные субпопуляции Т-лимфоцитов проявляют хелперную, супрессивную или цитотоксическую активность.

Фагоцитарные клетки, несущие специфические поверхностные маркеры, циркулируют с кровотоком (моноциты и гранулоциты) и присутствуют в тканях (например, клетки Купфера в печени).

Эозинофилы, базофилы, тучные клетки и тромбоциты принимают участие в воспалительной реакции.

Происхождение клеток, осуществляющих иммунный ответПроисхождение клеток, осуществляющих иммунный ответРис. 2.1Все клетки гемопоэтического происхождения образуются из плюрипотентных стволовых клеток, дающих начало клеткам двух основных направлений кроветворения: лимфоидного и миелоидного. В зависимости от микроокружения клетка-предшественник лимфоидного ряда может дифференцироваться либо в Т-, либо в В-клетку. У млекопитающих Т-клетки созревают в тимусе, тогда как В-клетки развиваются сначала в печени плода, а после рождения - в костном мозге. Точное происхождение отдельных видов антигенпрезентирующих клеток (АПК) остается пока неизвестным, хотя в общем все они образуются из гемопоэтических стволовых клеток. Нормальные клетки-киллеры (НК) происходят, вероятно, из общих предшественников лимфоидных клеток, созревающих в печени плода, а после рождения в костном мозге. Предшественники клеток миелоидного ряда дифференцируются в зрелые (коммитированные) клетки, изображенные слева. Эозинофилы, нейтрофилы и базофилы объединены под групповым названием гранулоциты.Рис. 2.1Все клетки гемопоэтического происхождения образуются из плюрипотентных стволовых клеток, дающих начало клеткам двух основных направлений кроветворения: лимфоидного и миелоидного. В зависимости от микроокружения клетка-предшественник лимфоидного ряда может дифференцироваться либо в Т-, либо в В-клетку. У млекопитающих Т-клетки созревают в тимусе, тогда как В-клетки развиваются сначала в печени плода, а после рождения - в костном мозге. Точное происхождение отдельных видов антигенпрезентирующих клеток (АПК) остается пока неизвестным, хотя в общем все они образуются из гемопоэтических стволовых клеток. Нормальные клетки-киллеры (НК) происходят, вероятно, из общих предшественников лимфоидных клеток, созревающих в печени плода, а после рождения в костном мозге. Предшественники клеток миелоидного ряда дифференцируются в зрелые (коммитированные) клетки, изображенные слева. Эозинофилы, нейтрофилы и базофилы объединены под групповым названием гранулоциты.

Происхождение клеток, осуществляющих иммунный ответ

Происхождение клеток, осуществляющих иммунный ответ

Рис. 2.1

Все клетки гемопоэтического происхождения образуются из плюрипотентных стволовых клеток, дающих начало клеткам двух основных направлений кроветворения: лимфоидного и миелоидного. В зависимости от микроокружения клетка-предшественник лимфоидного ряда может дифференцироваться либо в Т-, либо в В-клетку. У млекопитающих Т-клетки созревают в тимусе, тогда как В-клетки развиваются сначала в печени плода, а после рождения - в костном мозге. Точное происхождение отдельных видов антигенпрезентирующих клеток (АПК) остается пока неизвестным, хотя в общем все они образуются из гемопоэтических стволовых клеток. Нормальные клетки-киллеры (НК) происходят, вероятно, из общих предшественников лимфоидных клеток, созревающих в печени плода, а после рождения в костном мозге. Предшественники клеток миелоидного ряда дифференцируются в зрелые (коммитированные) клетки, изображенные слева. Эозинофилы, нейтрофилы и базофилы объединены под групповым названием гранулоциты.

Рис. 2.1

Все клетки гемопоэтического происхождения образуются из плюрипотентных стволовых клеток, дающих начало клеткам двух основных направлений кроветворения: лимфоидного и миелоидного. В зависимости от микроокружения клетка-предшественник лимфоидного ряда может дифференцироваться либо в Т-, либо в В-клетку. У млекопитающих Т-клетки созревают в тимусе, тогда как В-клетки развиваются сначала в печени плода, а после рождения - в костном мозге. Точное происхождение отдельных видов антигенпрезентирующих клеток (АПК) остается пока неизвестным, хотя в общем все они образуются из гемопоэтических стволовых клеток. Нормальные клетки-киллеры (НК) происходят, вероятно, из общих предшественников лимфоидных клеток, созревающих в печени плода, а после рождения в костном мозге. Предшественники клеток миелоидного ряда дифференцируются в зрелые (коммитированные) клетки, изображенные слева. Эозинофилы, нейтрофилы и базофилы объединены под групповым названием гранулоциты.

Предшественниками клеток иммунной системы служат плюрипотентные стволовые клетки, которые проходят два основных пути дифференцировки (.рис. 2.1):

лимфопоэз — образование лимфоцитов;

миелопоэз — образование фагоцитов (моноцитов, макрофагов и гранулоцитов), а также других клеток.

Лимфоциты могут относиться кТ-,В-и НК-клеткам

Две главные популяции лимфоцитов названы Т-клетками и В-клетками. Т-клетки развиваются из своих предшественников в тимусе, тогда как В-клетки у млекопитающих сначала дифференцируются в печени плода, а после рождения — в красном костном мозге. У птиц дифференцировка В-клеток происходит в уникальном для этого класса позвоночных органе — фабрициевой сумке. Органы, где происходит дифференцировка лимфоцитов, относятся к центральным, или первичным, лимфоидным органам. Именно в них предшественники В- и Т-лимфоцитов приобретают способность распознавать антигены благодаря экспрессии антигенспецифичных поверхностных рецепторов.

Лимфоциты третьей популяции, не экспрессирующие антигенсвязывающих рецепторов, названы нормальными (естественными) клетками- киллерами (НК). Они происходят из предшественников лимфоидных клеток в костном мозге и функционально отличаются от Т- и В-клеток своей способностью лизировать in vitro клетки определенных опухолевых линий (но не свежеудаленных опухолей) без предварительной иммунизации. Морфологически это большие зернистые (гранулярные) лимфоциты (БГЛ) (см. ниже).

В качестве фагоцитов могут функционировать моноциты/макрофаги или полиморфноядерные гранулоциты

Подобно лимфоцитам, фагоциты также представлены двумя популяциями: моноцитами/макро- фагами и полиморфноядерными гранулоцитами. У последних ядро неправильной формы, сегментированное (полиморфное). В зависимости от характера окрашивания цитоплазматических гранул кислыми и основными красителями гранулоциты относят к нейтрофилам, базофилам или эозинофилам. Эффекторные функции этих трех типов клеток различны. Наиболее многочисленны нейтрофилы, называемые также полиморфноядерными нейтрофилами (ПМН) и составляющие большинство лейкоцитов (белых кровяных телец) в циркулирующей крови (примерно 60—70% у взрослого человека).

Вспомогательные клетки (А-клетки)

Кроме лимфоцитов и фагоцитов, к компонентам иммунной системы относится ряд вспомогательных клеток.

Антигенпрезентирующие клетки (АПК) — представляют антигены Т- и В-клеткам.

Тромбоциты — участвуют в свертывании крови и в воспалительных реакциях.

Тучные клетки, структурно и функционально сходные с базофильными полиморфноядерными гранулоцитами, — принимают участие в определенных типах воспаления (см. гл. 23).

Эндотелиальные клетки — экспрессируют молекулы, способные узнавать циркулирующие с кровотоком лейкоциты, обеспечивая таким образом их адгезию — прилипание, а также распределение в сосудистом ложе.

ЛИМФОИДНЫЕ КЛЕТКИ

Ежесуточно в первичных (центральных) лимфоидных органах — тимусе и постнатальном костном мозге — образуется значительное количество лимфоцитов. Часть этих клеток мигрирует из кровотока во вторичные лимфоидные ткани — селезенку, лимфатические узлы и лимфоидные образования слизистых оболочек. В организме взрослого человека содержится примерно 1012 лимфоидных клеток и лимфоидная ткань в целом составляет приблизительно 2% общей массы тела. При этом на лимфоидные клетки приходится примерно 20% циркулирующих с кровотоком лейкоцитов. Многие зрелые лимфоидные клетки относятся к долгоживущим и могут многие годы существовать в качестве клеток иммунологической памяти.

Лимфоциты морфологически разнообразны

В обычном мазке крови лимфоциты различаются как по размерам (диаметр 6—10 мкм), так и по морфологии. Варьирует соотношение величина ядра : величина цитоплазмы (Я:Ц), а также форма самого ядра. В цитоплазме некоторых лимфоцитов могут содержаться азурофильные гранулы (j)uc. 2.2).

При световой микроскопии мазков крови, окрашенных, например, гематологическим красителем Гимза, можно обнаружить два морфологически различных типа циркулирующих лимфоцитов: первый — относительно мелкие клетки, в типичном случае лишенные гранул, с высоким соотношением Я:Ц — и второй — более крупные клетки с меньшим соотношением Я:Ц, содержащие в цитоплазме гранулы и известные как большие гранулярные лимфоциты. (Не следует путать БГЛ с гранулоцитами, моноцитами или их пред-

Рис. 2.2

Морфологическое разнообразие лимфоцитов.

1. Малый лимфоцит имеет округлое ядро, высокое ядерноцитоплазматическое (Я:Ц) соотношение и не содержит гранул в цитоплазме. 2. Большой гранулярный лимфоцит имеет меньшее соотношение Я : Ц, вогнутое ядро и азурофильные гранулы в цитоплазме. Окраска по Гимзе. (Фото любезно предоставлено fl- ром A. Stevens и проф. J. Lowe.)

шественниками, также содержащими азурофильные гранулы.)

Покоящиеся Т-клетки крови Большая часть их экспрессирует «Р-Т-клеточные рецепторы («Р-Т- клетки; см. ниже) и может иметь один из двух описанных выше типов морфологии. Большинство (95%) хелперных Т-клеток (Тх) и часть (50%) цитотоксических Т-лимфоцитов (Тц) относятся к малым лимфоцитам, лишенным гранул и имеющим высокое соотношение Я:Ц. Кроме того, в их цитоплазме присутствуют особая структура, названная тельцем Голла, — скопление первичных лизосом возле липидной капли. Тельце Голла легко выявить при электронной микроскопии (рис. 2.3) или цитохимически, методом определения лизосомных ферментов. Менее 5% Тх-кле- ток и примерно половина Тц имеют другой тип морфологии, характерный для БГЛ, с рассеянными по цитоплазме первичными лизосомами и хорошо развитым комплексом Гольджи (рис. 2.4). Интересно, что у мыши нет цитотоксических Т- клеток, сходных по морфологии с БГЛ.

Признаки больших гранулярных лимфоцитов свойственны также еще одной субпопуляции Т- лимфоцитов, а именно Т-клеткам с уб-рецепто- рами (уЗ-Т-клетки). В лимфоидных тканях эти

клетки имеют дендритную (ветвистую) морфологию (рис. 2.5); при культивировании in vitro они способны прикрепляться к подложке, принимая в результате разнообразную форму (рис. 2.6).

Неактивированные В-клетки крови Эти клетки не содержат тельца Голла и морфологически не сходны с большими гранулярными лимфоцитами; их цитоплазма в основном заполнена рассеянными монорибосомами (рис. 2.7). В кровотоке иногда можно наблюдать активированные В-клетки с развитым шероховатым эндоплазматическим ретикулумом (рис. 2.8).

Рис. 2.3

Ультраструктура негранулярных Т-клеток. На электронной микрофотографии видно характерное для морфологии большинства покоящихся Т-клеток тельце Голла (ТГ). Оно состоит из первичных лизосом и липидной капли (показана стрелкой), х 10 500. Врезка: В световом микроскопе при окраске на неспецифические эстеразы тельце Голла выглядит как гомогенное пятно, х 400. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Cells: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.

Рис. 2.4Ультраструктура гранулярных Т-клеток. Для этих клеток характерно наличие рассеянных по цитоплазме и частично сосредоточенных вблизи хорошо развитого комплекса Гольджи (КГ) электроноплотных, не содержащих пероксидазу гранул (первичных лизосом, ПЛ) и большое количество митохондий (М). х 10 000. Врезка: Для световой микроскопии гранулы в Т-клетках можно выявить цитохимически с помощью метода выявления кислой фосфатазы, х 400. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Cells: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.Рис. 2.4Ультраструктура гранулярных Т-клеток. Для этих клеток характерно наличие рассеянных по цитоплазме и частично сосредоточенных вблизи хорошо развитого комплекса Гольджи (КГ) электроноплотных, не содержащих пероксидазу гранул (первичных лизосом, ПЛ) и большое количество митохондий (М). х 10 000. Врезка: Для световой микроскопии гранулы в Т-клетках можно выявить цитохимически с помощью метода выявления кислой фосфатазы, х 400. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Cells: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.Рис. 2.5Дендритная морфология yS-T-клеток в ткани миндалин. Эти у8-Т-клетки расположены преимущественно в межфолликулярных Т-зависимых зонах. Заметна их разветвленная форма. Окраска с применением у8-Т-специфичных моноклональных антител, конъюгированных с флуорохромом и пероксидазой. х900. ^Eur. J. Immunol. 1991. 21: 173. Фото любезно предоставлено д-ром A. Favre.)Рис. 2.5Дендритная морфология yS-T-клеток в ткани миндалин. Эти у8-Т-клетки расположены преимущественно в межфолликулярных Т-зависимых зонах. Заметна их разветвленная форма. Окраска с применением у8-Т-специфичных моноклональных антител, конъюгированных с флуорохромом и пероксидазой. х900. ^Eur. J. Immunol. 1991. 21: 173. Фото любезно предоставлено д-ром A. Favre.)

Рис. 2.4

Ультраструктура гранулярных Т-клеток. Для этих клеток характерно наличие рассеянных по цитоплазме и частично сосредоточенных вблизи хорошо развитого комплекса Гольджи (КГ) электроноплотных, не содержащих пероксидазу гранул (первичных лизосом, ПЛ) и большое количество митохондий (М). х 10 000. Врезка: Для световой микроскопии гранулы в Т-клетках можно выявить цитохимически с помощью метода выявления кислой фосфатазы, х 400. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Cells: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.

Рис. 2.4

Ультраструктура гранулярных Т-клеток. Для этих клеток характерно наличие рассеянных по цитоплазме и частично сосредоточенных вблизи хорошо развитого комплекса Гольджи (КГ) электроноплотных, не содержащих пероксидазу гранул (первичных лизосом, ПЛ) и большое количество митохондий (М). х 10 000. Врезка: Для световой микроскопии гранулы в Т-клетках можно выявить цитохимически с помощью метода выявления кислой фосфатазы, х 400. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Cells: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.

Рис. 2.5

Дендритная морфология yS-T-клеток в ткани миндалин. Эти у8-Т-клетки расположены преимущественно в межфолликулярных Т-зависимых зонах. Заметна их разветвленная форма. Окраска с применением у8-Т-специфичных моноклональных антител, конъюгированных с флуорохромом и пероксидазой. х900. ^Eur. J. Immunol. 1991. 21: 173. Фото любезно предоставлено д-ром A. Favre.)

Рис. 2.5

Дендритная морфология yS-T-клеток в ткани миндалин. Эти у8-Т-клетки расположены преимущественно в межфолликулярных Т-зависимых зонах. Заметна их разветвленная форма. Окраска с применением у8-Т-специфичных моноклональных антител, конъюгированных с флуорохромом и пероксидазой. х900. ^Eur. J. Immunol. 1991. 21: 173. Фото любезно предоставлено д-ром A. Favre.)

НК-клетки Нормальные киллерные клетки, подобно уб-Т-клеткам и одной из субпопуляний Тц, имеют морфологию БГЛ. Однако при этом в их цитоплазме больше азурофильных гранул, чем у гранулярных Т-клеток.

Лимфоциты экспрессируют особые у каждой субпопуляции поверхностные маркеры

На поверхности лимфоцитов (как и других лейкоцитов) присутствует множество разнообраз-

Рис. 2.6

Морфологические изменения клонированных у8- Т-клеток при культивировании in vitro. 1. Клетки прилипают к подложке таким же образом, как макрофаги. х 6000. 2. Клетки вытягиваются, образуя уропо- ды с выступающими на полюсах филоподиями, х 2000.

. На концах филоподий формируются участки адгезивного контакта. х20 000. Eur. J. Immunol. 1991.21:

73. Фото любезно предоставлено д-ром G. Arancia и д-ром W. Malorni.

Рис. 2.7

Ультраструктура покоящихся В-клеток. В цитоплазме таких клеток отсутствуют тельца Голла и гранулы, но имеются рассеянные рибосомы (Р) и канальцы шероховатого эндоплазматического ретикулума (ЭР). После активации в В-клетках происходит ассоциация комплекса Гольджи с лизосомами, х 11 500.

Рис. 2.8

Ультраструктура В-лимфобластов. Главный признак активации В-клеток - развитие структур для синтеза иммуноглобулинов: шероховатого эндоплазматического ретикулума (ЭР), свободных полирибосом и комплекса Гольджи (КГ), который принимает участие в гликозилировании иммуноглобулинов, х 7500.

ных молекул, которые могут служить метками (маркерами) различных сублолуляций. Значительная часть этих клеточных маркеров в настоящее время легко идентифицируется с помощью специфических моноклональных антител. Разработана систематизированная номенклатура маркерных молекул; в ней группы моноклональных антител, каждая из которых специфически связывается с определенной маркерной молекулой, обозначены символом CD (Cluster Designation — групповая метка). За основу CD-номенклатуры принята специфичность прежде всего мышиных моноклональных антител к лейкоцитарным антигенам человека. В создании этой классификации участвуют многие специализированные лаборатории разных стран. Для ее обсуждения проведена серия международных рабочих встреч, на которых удалось определить характерные наборы образцов моноклональных антител, связывающихся с различными популяциями лейкоцитов, а также молекулярные массы выявляемых при этом маркеров. Моноклональные антитела совпадающей специфичности связывания объединяют в одну группу, присваивая ей номер в системе CD. Однако в последнее время принято таким образом обозначать не группы антител, а маркерные молекулы, распознаваемые данными

антителами (Перечень CD-маркеров приведен в приложении.)

В дальнейшем молекулярные маркеры стали классифицировать в соответствии с информацией, которую они несут об экспрессирующих их клетках, например:

популяционные маркеры, которые служат характерным признаком данного питопоэтиче- ского ряда, или линии; пример — маркер СОЗ. выявляемый только на Т-клетках;

дифференцировочные маркеры, экспрессируемые временно, в процессе созревания; пример — маркер CD1, который присутствует на развивающихся тимоцитах, но не на зрелых Т-клетках;

маркеры активации, такие как CD25 — низкоаффинный Т-клеточный рецептор для фактора роста (ИЛ-2), экспрессируемый только на Т-клетках, активированных антигеном.

Иногда такой подход к классификации маркеров весьма полезен, однако не всегда он возможен. У некоторых популяций клеток маркер активации и маркер дифференцировки — это одна и та же молекула. Например, CD10, присутствующий на незрелых В-клетках, исчезает при созревании, но появляется вновь при активации (см. рис. 12.14).

Кроме того, маркеры активации могут постоянно присутствовать на клетках в низкой концентрации, но в более высокой — после активации. Так, под действием ИФу возрастает экспрессия молекул главного комплекса гистосовместимости (МНС) класса II на моноцитах.

Клеточные маркеры образуют несколько семейств Компоненты клеточной поверхности относятся к различным семействам, гены которых произошли, вероятно, от нескольких предковых. Маркерные молекулы из разных семейств различаются по структуре и образуют следующие основные группы:

суперсемейство иммуноглобулинов, включающее молекулы, близкие по строению к антителам; к нему относятся CD2, СОЗ, CD4, CD8, CD28, молекулы МНС классов I и II, а также многие другие;

семейство интегринов — гетеродимерных молекул, образованных а- и P-цепями; существует несколько подсемейств интегринов; все члены одного подсемейства имеют общую P-цепь, но разные, уникальные в каждом случае, «-цепи; в одном из подсемейств (Р2-ин- тегрины) P-цепь представляет собой маркер СО 18. В комбинации с CD1 la, CD! 1 b, CD11с или «О он образует соответственно лимфоцитарные функциональные антигены LFA-1, Mac-1 (CR3) и р!50, 95 (CR4) и молекулы клеточной поверхности aDp7, часто выявляемые на лейкоцитах. У второго подсемейства (Р]- интегрины) P-цепь представляет собой маркер CD29; в сочетании с различными «-цепями он образует маркеры поздней стадии активации (VLAs, от very late antigens);

селектины (Е, L и Р), экспрессируемые налей- коцитах (L) или на активированных клетках эндотелия (Ей Р). Они обладают лектиноподобной специфичностью в отношении сахаров в составе высокогликозилированных мембранных гликопротеинов; к селектинам относится, например, CD43;

протеогликаны (типичный маркер — CD44), имеющие ряд глюкозаминогликановых участков связывания; пример — хондроитинсульфат. Другие семейства клеточных маркеров — это суперсемейство рецепторов для фактора некроза опухолей (ФНО) и фактора роста нервов (ФРН), суперсемейство лектинов С-типа, включающее, например, CD23, а также суперсемейство многодоменных трансмембранных рецепторных белков, в которое входит рецептор для ИЛ-6.

Следует подчеркнуть, что маркеры, экспрессируемые лимфоцитами, можно обнаружить и на клетках иных линий. Так, CD44 часто выявляется на клетках эпителия. Молекулы клеточной поверхности можно выявить с помощью флуоресцирующих антител, используемых в качестве зондов (рис. 2.9). На этом подходе основан метод проточной иммунофлуоресцентной цитометрии, позволяющей сортировать и подсчитывать клетки в зависимости от их размеров и параметров флуоресценции (см. гл. 29). С помощью этого метода удается проводить детальную сортировку популяций лимфоидных клеток.

Т-клетки

Т-клетки различаются по своим антигенраспознающим рецепторам

Маркером, характеризующим линию Т-клеток, служит Т-клеточный рецептор для антигена (ТкР). Имеется два различных типа ТкР, и тот и другой — гетеродимеры из двух соединенных дисульфидными связями полипептидных цепей. ТкР первого типа образован цепями « и р, второго типа, сходный по структуре — цепями у и 8. Оба рецептора ассоциированы на клеточной поверхности с пятью полипептидами СОЗ-комплекса, образуя вместе с ним рецепторный комплекс Т- клетки (ТкР—СОЗ-комплекс, см. гл. 7). Пример-

Иммунофлуоресцентное выявление Т-клеточных маркеров

Мышиные моноклональные антитела к специфическому антигену цитотоксических Т-лимфоцитов (Тц) (например, к CD8) связываются именно с Тц, а не с хел- перными Т-клетками (Тх). Связавшиеся антитела легко выявить с помощью конъюгированных с флуорохромом антител к иммуноглобулинам мыши. Этот метод позволяет идентифицировать и определять количество Т-клеток, относящихся к разным субпопуляциям.

но 90—95% Т-клеток в крови представляют собой «р-Т-клетки, остальные 5—10% — у8-Т-клетки.

аР-Т-клетки различаются в свою очередь по экспрессии CD4 или CD8

«Р-Т-клетки подразделяются на две различные, неперекрывающиеся субпопуляции: клетки одной из них несут маркер CD4 и в основном «помогают» в осуществлении иммунного ответа или «индуцируют» его (Тх), клетки другой несут маркер CD8 и обладают преимущественно цитотоксической активностью (Тц). Т-клетки CD4+ распознают антигены, к которым они специфичны, в ассоциации с молекулами МНС класса И, тогда как Т-клетки CD8+ способны узнавать антигены в ассоциации с молекулами МНС класса I (см. гл. 7). Таким образом, возможность взаимодействия Т-клетки с клеткой другого типа зависит (ограничена, или рестриктирована) от присутствия на первой маркера CD4 или CD8 (рис. 2.10). Небольшая часть «Р-Т-клеток не экспрессирует ни CD4, ни CD8. Подобным же обра-

Функционально различные субпопуляции Т-клеток

Рис. 2.10

Т-клетки экспрессируют либо у8-, либо сф-ТкР, и подразделяются на субпопуляции CD4+ и CD8+, распознающие пептиды антигена в ассоциации с молекулами МНС класса I или II соответственно. Т-клетки CD4+ можно далее разделить на субпопуляции Тх1 и Тх2 по набору образуемых ими цитокинов. Четких данных о различии цитокиновых профилей у у8-Т-клеток и у оф-Т-клеток CD8+ не получено.

зом «дважды отрицательны» большинство циркулирующих у8-Т-клеток, хотя некоторые из них все же несут CD8. Напротив, большая часть у8-Т- клеток в тканях экспрессирует этот маркер.

а]3- Т-клетки CD4+ и CD8+ подразделяются на функционально различные субпопуляции

Как отмечено выше, примерно 95% Т-клеток CD4+ и 50% Т-клеток CD8+ морфологически представляют собой малые негранулярные лимфоциты. Эти популяции можно дифференцировать дальше по фенотипической экспрессии CD28 и CTLA-4 на функционально различные субпопуляции. Экспрессируемый Т-клетками CD4+ маркер CD28 обеспечивает передачу кос- тимулирующего сигнала активации при распознавании антигена. (В отсутствие такого сигнала контакт ТкР с антигеном может вызывать анергию.) Лигандами CD28 служат молекулы В7-1 (CD80) и В7-2 (CD86) на АПК. Гомологичную CD28 молекулу CTLA-4 Т-клетки CD4+ начинают экспрессировать после активации. CTLA-4 связывается с теми же лигандами, что и CD28, тем самым ограничивая активацию (см. гл. 11). Кроме того, «р-Т-клетки экспрессируют различные изоформы общего лейкоцитарного антигена, CD45. Считается, что CD45RO, а не CD45RA, связан с клеточной активацией. Для выделения функционально различных субпопуляций сф-Т- клеток используют также другие критерии, в частности экспрессию клеточных маркеров нормальных киллерных клеток (CD56, CD57 и CDllb/CD18), выявляемых на 5—10% циркулирующих Т-клеток. Эти клетки образуют ИЛ-4, но не ИЛ-2, и дают слабый пролиферативный ответ на антигены и митогены.

aP-T-лимфоциты можно классифицировать также по профилю цитокинов

Функциональное разнообразие Т-клеток можно продемонстрировать, анализируя профили секреции цитокинов разными клонами Т-хелперов. У мыши и человека идентифицировано по две группы Т-клеточных СВ4+-клонов. Субпопуляция Тх1 секретирует ИЛ-2 и ИФу, а субпопуляция Тх2 — ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6 и ИЛ-10 (рис. 2.10; см. также гл. И). Клетки Тх1 принимают участие в активации цитотоксических Т-клеток и в местных воспалительных реакциях. Следовательно, они важны для противодействия организма внутриклеточной вирусной, бактериальной или паразитарной инфекции. Клетки же Тх2 более эф-

фективны в стимуляции В-клеток к пролиферации и образованию антител, поэтому их функции связаны в первую очередь с защитой организма от микробов, размножающихся внеклеточно (гуморальный иммунитет).

Перечень основных маркеров «р-Т-клеток человека и мыши представлен на рис. 2. / /.

у5- Т-клетки - обычный компонент слизистых оболочек и эпидермиса у мыши

уб-Т-клетки относительно часто встречаются в эпителии слизистых оболочек, но представляют лишь минорную субпопуляцию среди циркулирующих Т-клеток. У мыши почти все внутриэпителиальные лимфоциты относятся к уб-Т-клет- кам, экспрессирующим CD8 - маркер, который отсутствует на большинстве циркулирующих у8- Т-клеток. Как установлено, уб-Т-клетки CD8+ обладают особым репертуаром Т-клеточных рецепторов, специфичных к определенным бактериальным и вирусным антигенам (суперантигенам). Согласно современной точке зрения, эти клетки могут играть важную роль в защите слизистых оболочек организма от инфекции.

Т-клетки обладают рядом общих маркеров

с клетками других линий

До сих пор мы описывали клеточные маркеры и антигенспецифичные рецепторы, характерные

Поверхностные маркеры Т-клеток человека и мыши

Рис. 2.11

К настоящему времени молекулярный маркер CD7 выявлен только у человека, тогда как Thy-1 - только у мыши. Другие маркеры, указанные в квадратных скобках, - это мышиные эквиваленты маркеров человека. Большинство маркеров относится к иммуноглобулиновому суперсемейству молекул межклеточной адгезии.

для отдельных субпопуляций Т-лимфоцитов. Однако ряд молекул экспрессируется на поверхности всех Т-клеток («пан-Т-клеточные маркеры»), а также на клетках других линий. Хороший пример — рецепторы для эритроцитов барана (CD2). В норме молекула CD2, связываясь с соответ т вуюшими лигандами, принимает участие в процессе активации Т-клеток вместе с ТкР — CD3- комплексом и другими гликопротеинами в составе мембран. Вместе с тем CD2 выявляется также у 75% НК-клеток CD3- Другая участвующая в Т- клеточной активации молекула — это маркер CD5, экспрессируемый на всех Т-клетках и на одной из субпопуляций В-клеток. Молекула CD5 может связываться с CD72, но вопрос о ее роли в качестве физиологического лиганда В-клеток остается открытым. Маркер CD7 присутствует почти на всех НК- и Т-клетках. Полный перечень Т-клеточных CD-маркеров, часть которых экспрессируется и на других клетках гемопоэтического происхождения, приведен в приложении. Т-клетки мыши экспрессируют маркеры, сходные с обнаруженными на Т-клетках человека.

Супрессорные 7-клетки

Получены очевидные функциональные доказательства существования антигенспецифичных супрессорных Т-клеток (Тс), однако эти клетки, по-видимому, не составляют отдельной субпопуляции Т-клеток с исключительно супрессивной функцией. Доказано также, что Т-клетки. как CD4 , так и CD8+. способны подавлять иммунный ответ либо путем прямого цитотоксического действия на антигенпрезентирующие клетки, либо путем выделения «супрессивных» цитокинов (см. гл. 11), либо путем передачи сигнала отрицательной регуляции (при связывании CTLA-4 с его лигандами; см. выше), либо посредством идиотип-антиидиотипических сетевых взаимодействий (см. гл. 13).

В-клетки

з*з*От 5 до 15% циркулирующих с кровью лимфоидных клеток — это В-лимфоциты, выявляемые по наличию поверхностных иммуноглобулинов (Ig). Молекулы Ig синтезируются конститутивно; они встроены в цитоплазматическую мембрану клетки и функционируют как антигенспецифичные рецепторы. Такие рецепторы можно определить на клеточной поверхности, используя меченные флуорохромом антитела к иммуноглобулину.

з*

з*

Рис. 2.12

В-клетки, окрашенные для выявления поверхностного иммуноглобулина. Окрашенные флуоресцирующими антителами к IgM на холоде В-клетки дают кольцеобразную флуоресценцию в ультрафиолетовом свете. Инкубация при 37 °C с этими антителами приводит к перераспределению (кэппингу) флуоресцентной метки на один из полюсов клетки (см. врезку). хЗОО. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi С.Е. et al. 1988. Atlas of Blood Cells: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.

Иммунофлуоресцентная окраска кольцеобразно охватывает В-клетку (рис. 2.12). Бивалентные антитела к иммуноглобулину, взаимодействуя с рецепторами, вызывают их перекрестное связывание с образованием иммуноглобулиновых «пятен» неправильной формы на клеточной поверхности. При повышении температуры большинство этих пятен активно перемещается по поверхности клетки и собирается на одном из ее полюсов в виде «колпачка» (рис. 2.12; врезка). За этим процессом, названным кэппингом, следует погружение (интернализация) молекул иммуноглобулина внутрь клетки, где они подвергаются расщеплению. Кэппинг можно также наблюдать с другими поверхностными гликопротеинами и не только на В-клетках.

«Рецепторный комплекс» В-клеток

Большинство В-клеток периферической крови человека экспрессирует на своей поверхности иммуноглобулины двух изотипов - IgM и IgD (см. гл. 6). На каждой отдельной В-клетке анти- генсвязывающие центры у этих изотипов идентичны. Менее 10% В-клеток циркулирующей

крови экспрессируют IgG, IgA и IgE, но в определенных областях тела такие клетки встречаются с большей частотой; например, В-клеток, несущих IgA, много в слизистой оболочке кишечника. Ассоциируя с другими молекулами на поверхности В-клеток, иммуноглобулин образует антигенрас- познаюший рецепторный комплекс В-клетки. К этим другим, «вспомогательным» молекулам относятся соединенные дисульфидными связями гетеродимеры, состоящие из Iga (CD79a) и IgP (CD79b). Эти гетеродимеры, взаимодействуя (подобно составным частям ТкР—СВЗ-комилекса Т-клеток) с трансмембранными сегментами иммуноглобулинового рецептора, участвуют в процессе активации В-клеток.

Другие В-клеточные маркеры и субпопуляции

Ряд других молекулярных маркеров экспрессируется на В-клетках и мыши, и человека (рис. 2.13). Большая часть В-клеток несет на поверхности антигены МНС класса II, которые важны для кооперативных (контактных) взаимодействий с Т- клетками. У мыши это антигены 1-А или 1-Е, у

Поверхностные маркеры циркулирующих В-клеток человека и мыши

Рис. 2.13

Среди В-клеточных маркеров человека и мыши много гомологичных; они показаны одним цветом. Маркеры человека, эквивалентные мышиным, указаны в квадратных скобках. Маркер В220 ранее обозначали Lyb- 5. Цепи Iga и IgP, взаимодействуя с поверхностным иммуноглобулином (sig), образуют рецепторный комплекс В-клетки. Номера по классификации CD приведены в скобках после функционального названия.

человека — HLA-DP, HLA-DQ и HLA-DR . Выявляемые почти на всех В-клетках рецепторы для компонентов комплемента СЗЬ (CR1, CD35) и C3d (CR2, CD21) вовлечены в процессы клеточной активации и, вероятно, «хоминга». Взаимодействие CD19/CD21 с комплексом комплемент + антиген играет роль в активации В-клеток при участии антигенсвязывающего рецептора антител. На В-клетках имеются также Fc-рецепторы для экзогенного IgG (FcyRl 1, CD32), передающие сигналы отрицательной регуляции для В-клеток.

Основные маркеры, используемые в настоящее время для идентификации В-клеток человека, — это CD19, CD20 и CD22. Известны также другие В-клеточные маркеры человека — CD72 и CD78. Маркер CD72 обнаружен и на В-клетках мыши (Lyb-2) вместе с В220, представляющим собой высокомолекулярную (220 кДа) изоформу маркера CD45 (Lyb-5). Существенная роль в контактных взаимодействиях междуТ- и В-клетками принадлежит маркеру CD40 (см. рис. 11.5).

В-клетки можно разделить на две субпопуляции: В-1 (Мас-1+, CD23) и В-2 (Мас-1-, CD23+). Большинство В-1-клеток экспрессирует маркер CD5 (Lyl), первоначально обнаруженный только наТ-клетках. Функция CD5 для В-клеток человека пока неизвестна; этот маркер ассоциирован с В-клеточным рецептором и может участвовать в регуляции процесса активации В-клеток. В-1-клетки спонтанно синтезируют так называемые нормальные антитела к определенным бактериальным антигенам, а также к аутоантигенам, таким как ДНК, Fc-фрагмент IgG, фосфолипиды и белки цитоскелета. У человека В-1-клетки особенно часто выявляются в крови новорожденных, у мыши — преимущественно в перитонеальной полости. По некоторым данным, они проходят особый путь дифференцировки, отличающийся от созревания «обычных» В-клеток, которые относятся к субпопуляции В-2.

Кроме общего с Т-клетками маркера CD5, В- клетки имеют общие маркеры с другими клетками, например маркер CD40, который присутствует на некоторых дендритных клетках.

Нормальные (естественные) клетки-киллеры

Клетки, названные нормальными киллерами (НК), составляют до 15% лимфоцитов крови; они не экспрессируют ни Т-клеточных, ни В-клеточ- ных антигенсвязывающих рецепторов.

Фенотипические маркеры НК-клеток

Большинство антигенов, выявляемых на поверхности НК с помощью моноклональных антител, присутствует также на Т-клетках и на моноци- тах/макрофагах. Основные маркеры НК-клеток человека с указанием их перекрестной специфичности перечислены на рис. 2.14. В очищенных лимфоцитарных популяциях НК-клетки чаще всего выявляют с использованием моноклональных антител к CD16 (FcyRIIl). Маркер CD16 участвует в одном из механизмов активации НК и экспрессируется также нейтрофилами, некоторыми разновидностями макрофагов и уб-Т-клеток.

У гранулоцитов маркер CD 16 связан с цитоплазматической мембраной посредством фосфа- тидилинозитолгликана, тогда как НК, макрофаги и уб-Т-клетки экспрессируют трансмембранную форму этой маркерной молекулы. Другой важный для идентификации маркер НК — это CD56, представляющий собой гемофильную молекулу межклеточной адгезии (N-CAM) из суперсемейства иммуноглобулинов. У человека лимфоциты, лишенные CD3, но экспрессирующие по одному или оба маркера CD56 и CD16, вероятнее всего относятся к НК, хотя и тот, и

Поверхностные маркеры НК человека

Маркер

Экспрессия на других клетках

CD16 (FcyRIIl)

Малая часть Т-клеток, гранулоциты, некоторые макрофаги

CD11b

Гранулоциты, моноциты, некоторые Т- и В-клетки

CD2

Все Т-клетки

CD7

Все Т-клетки

CD8

Некоторые Т-клетки

CD56

Малая часть Т-клеток

CD57

Некоторые Т-клетки

ИЛ-2Р (P-цепь)

Покоящиеся и активированные Т-клетки

РИК

Некоторые Т-клетки

РАК

?

‘Экспрессия на 10-

-80% НК

Рис. 2.14

Ни один из этих маркеров не специфичен только для НК. (РИК - рецепторы для ингибиторов киллерных клеток; РАК - рецепторы для активаторов киллерных клеток.)

другой маркеры присутствуют и у небольшой части Т-клеток. Неактивированные НК экспрессируют. кроме того, P-цепь рецептора к ИЛ-2 (рецептор средней аффинности с мол. массой 70 кДа) и передающую сигнал у-пепь, общую для рецепторов, связывающих ИЛ-2 и другие цитокины. Разумеется, прямая стимуляция интерлейкином-2 вызывает активацию НК. Представляет интерес тот факт, что рецептор с мол. массой 70 кДа экспрессируется также на всех Т-клетках. имеющих морфологию БГЛ, а именно на у8-Т- клетках и на части «Р-Т-клеток CD8+. Под влиянием ИЛ-2 все эти клетки, включая НК, приобретают неспецифическую цитотоксическую активность, превращаясь в клетки, известные под общим названием активированные лимфокином киллерные клетки (ЛАК). ЛАК-клетки проявляют цитотоксическое действие на свежевыделенные клетки опухолей, причем спектр их мишеней гораздо шире, чем у неактивированных НК.

По сравнению с НК человека НК мыши содержат в цитоплазме меньше азурофильных гранул, которые, однако, у них гораздо крупнее. Перечень фенотипических маркеров НК мыши представлен на рис. 2.15.

Функции нормальных клеток-киллеров

Функция НК - распознавание и уничтожение клеток некоторых опухолей (рис. 2.16). а также клеток, инфицированных вирусами. Механизм распознавания полностью пока неясен. Субпо-

Поверхностные маркеры НК мыши

МаркерЭкспрессия на других клетках

Thy-1*Т-клетки

Lyb-5 (В220)В-клетки

NK1.1Субпопуляция Т-клеток

2В4Активированные Т-клетки

Некоторые т-клетки,

FCyRIII*гранулоциты, некоторые

моноциты/макрофаги

Asialo-GM1-

CR3 (CD11b, CD18)Гранулоциты, моноциты

Ly49a, Ly49cТ-клетки

Экспрессия на некоторых но не на всех НК-клетках мыши

Рис. 2.15

Почти все молекулярные маркеры НК-клеток мыши экспрессируются и на других клетках, однако выявлены и НК-специфичные маркеры.

Рис. 2.16

Нормальная клетка-киллер (НК) атакует клетку- мишень (М). х 4500. (Фото любезно предоставлено д-ром G. Arancia и Malorni, Рим.)

пуляции НК экспрессируют молекулы суперсемейства иммуноглобулинов, регулирующие их цитотоксическую активность. Продукты некоторых аллелей HLA класса 1 могут защищать клетки-мишени от НК, продукты других же, напротив, усиливают их цитолитическое действие. Так, например, некоторые экспрессируемые клеткой- мишенью молекулы HLA класса 1 (А, В и С), связавшись с «рецепторами для ингибиторов кил- лерных клеток» (РИК; например, р58 или р70) на НК, предотвращают цитолиз. Экспрессируемые НК «рецепторы для активаторов киллерных клеток» (например, р50.1, 50.2, 50.3) также могут связываться с продуктами различных аллелей HLA на клетках-мишенях. Эти взаимодействия сами по себе или вместе с другими, в частности со связыванием CD2/LFA-1, вызывают активацию НК. Например, клетки К562, используемые обычно для изучения функции НК, не экспрессируют молекулы HLA и, следовательно, не имеют лигандов для РИК. Однако они обладают LFA-1, что достаточно для осуществления НК- клетками, несущими CD2, своего действия. Каждая нормальная киллерная клетка несет по крайней мере один РИК, специфичный к собственным антигенам МНС, поэтому аутологичные НК не поражают собственные нормальные клетки. Уничтожение этих клеток нормальными киллерами возможно при модификации РИК-специ- фичных HLA-лигандов в случае спонтанной ма- лигнизации или вирусной инфекции.

Нормальные клетки-киллеры способны также поражать клетки-мишени, нагруженные антителами IgG, при участии своих рецепторов для IgG (FcyRIII, или CD16). Эта активность названа антителозависимой клеточноопосредованной цитотоксичностью (АЗКЦ). Активированные НК выделяют у-интерферон (ИФу) и другие цитокины (в частности, ИЛ-1 и ГМ-КСФ), которые могут играть важную роль в регуляции гемопоэза и иммунного ответа.

Активация В- и Т-клеток

В- и Т-клетки активируются, связываясь со специфическими антигенами. Т-клеткам для этого требуется «увидеть» антиген связанным с молекулами МНС на антигенпрезентирующих клетках, тогда как В-клетки могут связываться с нативными антигенами, но для активации им необходима помощь Т-клеток (в случае некоторых полимерных антигенов или митогенных по своей природе молекул эта помощь В-клеткам не требуется).

Помимо специфичного связывания антигена рецепторами, для эффективной активации Т- и В-клеток необходимо межклеточное взаимодействие с участием других компонентов поверхности, например, в случае Т-клеток, CD28 (см. гл. 11). Индуцированная антигеном активация и дифференцировка Т- и В-клеток обычно происходит в лимфоидных тканях и может быть воспроизведена in vitro при культивировании лимфоцитов в присутствии активирующего агента. Такими агентами могут служить:

антиген, распознаваемый поверхностным ан- тигенсвязывающим рецептором клетки;

моноклональные антитела к ТкР — СВЗ-комп- лексуи

лектины [например, фитогемагглютинин (ФГА), конканавалин А (КонА) и митоген лаконоса].

Лектины — это белки растительного и бактериального происхождения, связывающие углеводы. Некоторые из них способны активировать лимфоциты, перекрестно взаимодействуя с ВкР или ТкР, и служить митогенами (индукторами пролиферации). Считается, что митогенная стимуляция лимфоцитов in vitro довольно близко воспроизводит активацию специфическими антигенами. Лектины ФГА и КонА стимулируют Т-лимфоциты мыши и человека. Бактериальный липополисахарид (Л ПС) стимулирует В-клетки мыши, а мито-

Рис. 2.17

Бласттрансформация лимфоцитов, индуцированная митогеном или антигеном. Представленные на фотографии Т- и В-клетки человека активированы митогеном лаконоса. 1. Усиление базофилии цитоплазмы и увеличение объема клеток. 2. При клеточном делении происходит конденсация хромосом, и они становятся хорошо видны. Окраска по Гимза, х 1500. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi С.Е. et al. 1988. Atlas of Blood Cells: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.

ген лаконоса вызывает пролиферацию и В-, и Т-клеток человека (^рис. 2.17).

Исследования in vitro с применением этих агентов показали, что активация Т- и В-клеток вызывает синтез цитокинов и рецепторов для них. Взаимодействие цитокинов с рецепторами индуцирует вступление клеток в цикл деления (пролиферация) и их последующее созревание с образованием эффекторных клеток или клеток иммунологической памяти. В условиях in vitro клетки памяти рециркулируют и в итоге расселяются по Т- и В-зависимым областям лимфоидных тканей, где они в дальнейшем остаются, сохраняя готовность к ответу при новой встрече с тем же антигеном.

Сигнал активации передают «вторые посредники»

В результате взаимодействия покоящихся лимфоцитов с антигеном индуцируется цепь биохимических процессов, приводящих к образованию внутри В- или Т-клетки «вторых посредников». Эти посредники ответственны за последующие изменения на уровне генов. Существует несколько основных механизмов активации лимфоцитов, но до конца они пока не ясны. Как в Т-, так и в В-клетках в передаче сигнала активации участвует гуанозинтрифосфат-связывающий (ГТФ- зависимый) белок (G-белок), который стимулирует метаболизм фосфатидилинозитола. В результате образуются два вторых посредника —

Рис. 2.19Центральная клетка лимфоидного фолликула.Видна развитая цитоплазма, содержащая полирибосомы (Р) и несколько канальцев шероховатого эндоплазматического ретикулума (ЭР), однако стопки цистерн (параллельные ряды ЭР) отсутствуют. Заметно крупное эксцентрично расположенное ядрышко (Я), прилегающее к оболочке ядра. Возможно, такие клетки представляют собой В-клетки иммунологической памяти. Сходную морфологию имеют клетки некоторых лимфом, называемых центробластными или цент- роцитарными. х 8500.Рис. 2.19Центральная клетка лимфоидного фолликула.Видна развитая цитоплазма, содержащая полирибосомы (Р) и несколько канальцев шероховатого эндоплазматического ретикулума (ЭР), однако стопки цистерн (параллельные ряды ЭР) отсутствуют. Заметно крупное эксцентрично расположенное ядрышко (Я), прилегающее к оболочке ядра. Возможно, такие клетки представляют собой В-клетки иммунологической памяти. Сходную морфологию имеют клетки некоторых лимфом, называемых центробластными или цент- роцитарными. х 8500.

Рис. 2.19

Центральная клетка лимфоидного фолликула.

Видна развитая цитоплазма, содержащая полирибосомы (Р) и несколько канальцев шероховатого эндоплазматического ретикулума (ЭР), однако стопки цистерн (параллельные ряды ЭР) отсутствуют. Заметно крупное эксцентрично расположенное ядрышко (Я), прилегающее к оболочке ядра. Возможно, такие клетки представляют собой В-клетки иммунологической памяти. Сходную морфологию имеют клетки некоторых лимфом, называемых центробластными или цент- роцитарными. х 8500.

Рис. 2.19

Центральная клетка лимфоидного фолликула.

Видна развитая цитоплазма, содержащая полирибосомы (Р) и несколько канальцев шероховатого эндоплазматического ретикулума (ЭР), однако стопки цистерн (параллельные ряды ЭР) отсутствуют. Заметно крупное эксцентрично расположенное ядрышко (Я), прилегающее к оболочке ядра. Возможно, такие клетки представляют собой В-клетки иммунологической памяти. Сходную морфологию имеют клетки некоторых лимфом, называемых центробластными или цент- роцитарными. х 8500.

инозитол-1,4,5-трифосфат (IP3) и диацилглице- рол (ДАГ). Посредник IP3 индуцирует выход ионов Са2+ из внутриклеточных депо, а ДАГ активирует протеинкиназу С, которая вместе с другими киназами фосфолирует ряд компонентов плазматической мембраны, что приводит к появлению факторов транскрипции и последующей экспрессии определенных генов. Таким образом, сразу после контакта Т-лимфоцитов с антигеном на их поверхности экспрессируется ряд молекул, в том числе gp39 и рецептор для ИЛ-2. Дальнейшие межклеточные взаимодействия с участием этих молекул вызывают пролиферацию и дифференцировку лимфоцитов.

Дифференцировка В-клеток приводит к образованию плазматических клеток и клеток иммунологической памяти

После активации митогеном или антигеном Т- и В-клетки претерпевают характерные ультрастру- ктурные изменения, превращаясь в лимфобласты (рис. 2.8 и 2.18). Впоследствии многие В- лимфобласты созревают в антителообразующие клетки (АОК), которые in vivo развиваются затем в окончательно дифференцированные плазматические клетки. В некоторых В-лимфобластах не образуется цистерн шероховатого эндоплазматического ретикулума (ЭР). Такие клетки присутствуют в центрах размножения внутри лимфоидных фолликулов; они названы центральны-

Рис. 2.18Ультраструктура Т-лимфобластов. Т-лимфобла- сты, возникающие из Т-лимфоцитов после стимуляции антигеном или митогеном, - это крупные клетки с развитой цитоплазмой, содержащие разнообразные органеллы, в том числе митохондрии (М) и свободные полирибосомы. Лимфобласты могут быть «негранулярными» (1) или гранулярными (2) в зависимости от присутствия или отсутствия электроноплотных гранул (Г). В цитоплазме гранулярного лимфобласта видны также липидные капли (ЛК), х 3200.Рис. 2.18Ультраструктура Т-лимфобластов. Т-лимфобла- сты, возникающие из Т-лимфоцитов после стимуляции антигеном или митогеном, - это крупные клетки с развитой цитоплазмой, содержащие разнообразные органеллы, в том числе митохондрии (М) и свободные полирибосомы. Лимфобласты могут быть «негранулярными» (1) или гранулярными (2) в зависимости от присутствия или отсутствия электроноплотных гранул (Г). В цитоплазме гранулярного лимфобласта видны также липидные капли (ЛК), х 3200.ми клетками фолликула, или центроцитами (рис. 2.19).

Рис. 2.18

Ультраструктура Т-лимфобластов. Т-лимфобла- сты, возникающие из Т-лимфоцитов после стимуляции антигеном или митогеном, - это крупные клетки с развитой цитоплазмой, содержащие разнообразные органеллы, в том числе митохондрии (М) и свободные полирибосомы. Лимфобласты могут быть «негранулярными» (1) или гранулярными (2) в зависимости от присутствия или отсутствия электроноплотных гранул (Г). В цитоплазме гранулярного лимфобласта видны также липидные капли (ЛК), х 3200.

Рис. 2.18

Ультраструктура Т-лимфобластов. Т-лимфобла- сты, возникающие из Т-лимфоцитов после стимуляции антигеном или митогеном, - это крупные клетки с развитой цитоплазмой, содержащие разнообразные органеллы, в том числе митохондрии (М) и свободные полирибосомы. Лимфобласты могут быть «негранулярными» (1) или гранулярными (2) в зависимости от присутствия или отсутствия электроноплотных гранул (Г). В цитоплазме гранулярного лимфобласта видны также липидные капли (ЛК), х 3200.

Как показывает световая микроскопия, цитоплазма плазматических клеток базофильна, т. е. обладает сродством к основным красителям. Это свойство цитоплазмы объясняется присутствием в ней больших количеств РНК, обеспечивающей синтез антител на рибосомах шероховатого ЭР (рис. 2.20). С помошью электронного микроскопа в плазматических клетках можно наблюдать параллельные ряды шероховатого ЭР (рис. 2.21). Эти клетки редко появляются в кровотоке, составляя не больше 0,1% циркулирующих лимфоцитов. В норме плазматические клетки встречаются только во вторичных лимфоидных органах и тканях, и, кроме того, их довольно много в красном костном мозге. Антитела, образуемые одной плазматической клеткой, обладают одной антигенной специфичностью и принадлежат к одному изотипу иммуноглобулинов. Их можно вы-

Рис. 2.20Морфология плазматических клеток. Для зрелой плазматической клетки характерны эксцентричное расположение ядра и развитая базофильная цито плазма базофилия обусловлена высоким содержанием РНК, необходимой для синтеза белка). В несколько более светлой околоядерной области расположен комплекс Гольджи. Окрашивание по Маю-Грюнваль- ду-Гимзе. х 1000. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Ceils: Function and Pathology. Vol. II. 2nd end. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.Рис. 2.20Морфология плазматических клеток. Для зрелой плазматической клетки характерны эксцентричное расположение ядра и развитая базофильная цито плазма базофилия обусловлена высоким содержанием РНК, необходимой для синтеза белка). В несколько более светлой околоядерной области расположен комплекс Гольджи. Окрашивание по Маю-Грюнваль- ду-Гимзе. х 1000. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Ceils: Function and Pathology. Vol. II. 2nd end. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.Рис. 2.22Рис. 2.22Иммунофлуоресцентное окрашивание иммуноглобулина в цитоплазме плазматических клеток.

Рис. 2.20

Морфология плазматических клеток. Для зрелой плазматической клетки характерны эксцентричное расположение ядра и развитая базофильная цито плазма базофилия обусловлена высоким содержанием РНК, необходимой для синтеза белка). В несколько более светлой околоядерной области расположен комплекс Гольджи. Окрашивание по Маю-Грюнваль- ду-Гимзе. х 1000. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Ceils: Function and Pathology. Vol. II. 2nd end. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.

Рис. 2.20

Морфология плазматических клеток. Для зрелой плазматической клетки характерны эксцентричное расположение ядра и развитая базофильная цито плазма базофилия обусловлена высоким содержанием РНК, необходимой для синтеза белка). В несколько более светлой околоядерной области расположен комплекс Гольджи. Окрашивание по Маю-Грюнваль- ду-Гимзе. х 1000. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Ceils: Function and Pathology. Vol. II. 2nd end. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.

Рис. 2.22

Рис. 2.22

Фиксированные плазматические клетки человека окрашены меченными флу ресцеином антителами к IgM человека (зеленое свечение) и меченными родамином антителами к IgG человека (красное свечение). Видна интенсивная внутрицитоплазматическая флуоресценция. Разный характер окраски двух плазматических клеток свидетельствует о том, что в норме каждая из них образует антитела только одного класса или подкласса (изотипа), х 1500. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Cells: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.

явить в цитоплазме этих клеток с помощью меченных флуорохромом антиглобулиновых антител (рис. 2.22). Плазматические клетки имеют ко-

роткую продолжительность жизни; просуществовав лишь несколько дней, они погибают в процессе апоптоза (рис. 2.23).

Рис. 2.21

Ультраструктура плазматической клетки. Видны характерные параллельные ряды шероховатого эндоплазматического ретикулума (ЭР). В зрелых клетках цистерны ЭР заполнены иммуноглобулинами. Видны также митохондрии (М). х 5000. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Ceils: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.

Рис. 2.23

Апоптотическая гибель плазматической клетки.

Плазматические клетки живут недолго и погибают в результате апоптоза (запрограмированного самоуничтожения). Видны характерные для апоптоза изменения ядерного хроматина, х 5000.

Маркеры активации на лимфоцитах

Активация Т- и В-клеток вызывает синтез de novo ряда поверхностных маркеров и увеличение экспрессии других.

К этим маркерам активации относятся молекулы межклеточной адгезии, обеспечивающие более эффективное взаимодействие активированных клеток с другими, а также рецепторы факторов роста и дифференцировки, необходимые для постоянной пролиферации и созревания клеток. Один из них — рецептор для ИЛ-2 (ИЛ-2Р), экспрессируемый Т-клетками после активации; он состоит из трех субъединиц. В состоянии покоя Т-клетки постоянно экспрессируют у-цепь (CD134) этого рецептора, а некоторые из них (БГЛ) образуют также его P-цепь (CD122). Активация вызывает синтез а-субъединицы ИЛ-2Р (CD25) и образование гетеротримерного высокоаффинного ИЛ-2Р Временно активация Т-кле- ток вызывает также экспрессию gp39 (CD40L) и рецепторов трансферрина (CD71, важен для пролиферации), CD38 и CD69. Эти маркеры появляются в ранней фазе онтогенеза Т-клеток, но исчезают в ходе внутритимусного развития (см. гл. 12). Поздними маркерами активации Т-клеток человека служат молекулы МНС класса 11 (на Т- клетках мыши не выявляются) На Т-клетках, в частности Т-клетках иммунологической памяти, экспрессируется как поздний маркер активации CD29 (Pl-цепь VLA). Поэтому функцию «памяти» субпопуляции Т-клеток CD4+CD29+ можно интерпретировать как индуцированное активацией увеличение числа различных молекул межклеточной адгезии, которые облегчают взаимодействие этих Т-клеток с другими, если организм встречается с данным антигеном вновь.

К маркерам активации В-клеток относятся высокоаффинный ИЛ-2Р и другие рецепторы для факторов роста и дифферецировки, таких как ИЛ-3, ИЛ-4, ИЛ-5 и ИЛ-6 (см. гл. 10). Все эти рецепторы изучены методами молекулярного клонирования и секвенирования. Кроме того, на активированных В-клетках экспрессируются рецепторы трансферрина (CD71) и в повышенной концентрации мембранные антигены МНС класса И. Экспрессируемый на активированных В- клетках человека и мыши маркер CD23 (FceRII, низкоаффинный рецептор для IgE) участвует в индукции клеточного деления. Маркер CD38 отсутствует на зрелых В-клетках человека, но обнаруживается на конечной стадии дифференцировки плазматических клеток и клеток центров раз

множения, а также на В-клетках очень ранних стадий созревания. Молекулы специфического плазмоцитарного антигена-1 найдены на В-клетках человека только в плазмоцитарной стадии их дифференцировки. Клетки иммунологической памяти, выявляемые в центрах размножения внутри вторичных лимфоидных фоликулов (см. гл. 12), не экспрессируют ни IgD, ни CD22.

К маркерам активации НК-клеток относятся молекулы МНС класса И.

МОНОНУКЛЕАРНЫЕ ФАГОЦИТЫ

Система мононуклеарных фагоцитов выполняет две основные функции, осуществляемые двумя разными типами клеток костномозгового происхождения:

«профессиональными» макрофагами, главная роль которых — устранение корпускулярных антигенов, и

антигенпрезентирующими клетками (АПК), роль которых заключается в поглощении, процессинге и представлении антигена Т-клеткам. (Ранее тканевые макрофаги вместе с эндотелиальными клетками функционально объединяли под названием ретикулоэндотелиальная система.) Макрофаги присутствуют во многих органах (рис. 2.24) и могут быть выявлены, например у мыши, путем введения в вену мельчайших частиц угля, которые оказываются локализованными в фагоцитах (рис. 2.25).

Миелоидные предшественники в костном мозге дифференцируются в промоноциты, а затем в зрелые моноциты, поступающие в кровь (см. гл. 12). Клетки этого циркулирующего пула мигрируют через стенки сосудов в различные органы, где превращаются в макрофаги. По сравнению с лимфоцитами моноциты человека — это более крупные клетки (диаметром 10—18 мкм) с характерным подковообразным ядром и азуро- фильными гранулами в цитоплазме (рис. 2.26). При электронно-микроскопическом исследовании ультраструкгуры моноцитов обнаружены ее особенности — складчатость наружной мембраны, развитый комплекс Гольджи и большое количество лизосом в цитоплазме (рис. 2.27). Эти лизосомы содержат пероксидазу и несколько кислых гидролаз, необходимых для внутриклеточного разрушения микробных клеток.

Моноциты и макрофаги способны прочно прилипать к поверхности стекла и пластика, а также активно фагоцитировать микроорганизмы

и даже опухолевые клетки in vitro. При связывании специализированных моноцитарных рецепторов с микробными клетками происходит их адгезия и поглощение моноцитами. Эти рецепторы взаимодействуют с определенными углеводами в составе клеточных стенок микробов либо с IgG и компонентами комплемента, опсонизировавшими их поверхность.

Молекулярные маркеры моноцитов и макрофагов

У моноцитов и макрофагов человека и мыши имеются маннозил-фукозильные рецепторы, связывающиеся с этими сахарами на поверхно

Система мононуклеарных фагоцитовСистема мононуклеарных фагоцитовРис. 2.24В систему мононуклеарных фагоцитов входят моноциты крови, оседлые фагоциты тканей и макрофаги, прикрепленные к эндотелиальной выстилке кровеносных капилляров. Оседлые макрофаги печени известны как клетки Купфера, в то же время при локализации в почках они названы интрагломерулярными мезангиальными клетками. Альвеолярные макрофаги иРис. 2.24В систему мононуклеарных фагоцитов входят моноциты крови, оседлые фагоциты тканей и макрофаги, прикрепленные к эндотелиальной выстилке кровеносных капилляров. Оседлые макрофаги печени известны как клетки Купфера, в то же время при локализации в почках они названы интрагломерулярными мезангиальными клетками. Альвеолярные макрофаги ифагоциты серозных полостей (например, перитонеальные) относятся к «блуждающим». Мозговая микроглия - это клетки, проникшие в нервную ткань в момент рождения и дифференцировавшиеся в фиксированные фагоциты. (Реальные соотношения размеров клеток на схеме не соблюдены.)фагоциты серозных полостей (например, перитонеальные) относятся к «блуждающим». Мозговая микроглия - это клетки, проникшие в нервную ткань в момент рождения и дифференцировавшиеся в фиксированные фагоциты. (Реальные соотношения размеров клеток на схеме не соблюдены.)сти микробов или дефектных клеток организма- хозяина, например старых эритроцитов. К рецепторам углеводной специфичности относятся также N-ацетилглюкозаминовые рецепторы и рецепторы, распознающие клеточный детрит. Удаляемые моноцитами и макрофагами апоптотич- ные клетки распознаются, в частности, фосфатидилсериновыми рецепторами. Кроме того, моно- циты/макрофаги экспрессируют CD14 — рецептор для липополисахаридсвязывающего белка, который в норме содержится в сыворотке и связывается с грамотрицательными бактериями. На поверхности моноцитов/макрофагов имеется также три разновидности рецепторов для Fc- фрагмента IgG:

Система мононуклеарных фагоцитов

Система мононуклеарных фагоцитов

Рис. 2.24

В систему мононуклеарных фагоцитов входят моноциты крови, оседлые фагоциты тканей и макрофаги, прикрепленные к эндотелиальной выстилке кровеносных капилляров. Оседлые макрофаги печени известны как клетки Купфера, в то же время при локализации в почках они названы интрагломерулярными мезангиальными клетками. Альвеолярные макрофаги и

Рис. 2.24

В систему мононуклеарных фагоцитов входят моноциты крови, оседлые фагоциты тканей и макрофаги, прикрепленные к эндотелиальной выстилке кровеносных капилляров. Оседлые макрофаги печени известны как клетки Купфера, в то же время при локализации в почках они названы интрагломерулярными мезангиальными клетками. Альвеолярные макрофаги и

фагоциты серозных полостей (например, перитонеальные) относятся к «блуждающим». Мозговая микроглия - это клетки, проникшие в нервную ткань в момент рождения и дифференцировавшиеся в фиксированные фагоциты. (Реальные соотношения размеров клеток на схеме не соблюдены.)

фагоциты серозных полостей (например, перитонеальные) относятся к «блуждающим». Мозговая микроглия - это клетки, проникшие в нервную ткань в момент рождения и дифференцировавшиеся в фиксированные фагоциты. (Реальные соотношения размеров клеток на схеме не соблюдены.)

Рис. 2.25

Введенные в вену частицы локализуются в ретикулоэндотелиальной системе. В вену мыши ввели мельчайшие частицы угля и спустя 5 мин животное умертвили. Уголь накопился в органах, богатых моно- нуклеарными фагоцитами, - в легких (Л), печени (П) селезенке (С) и на стенке кишечника (СК). Слева - контрольная мышь (нормальная окраска внутренних органов).

FcyRI (CD64); присутствует на клетках человека и обладает высокой аффинностью; гомологичен рецепторам FcyRI 1а мыши;

FcyRII (CD32); обладает средней аффинностью и эквивалентен FcyRllb/1 мыши;

FcyRIII (CD16), присутствует у одной из суб

популяций моноцитов, обладает низкой аффинностью, эквивалентен FcyRI0 мыши.

Рис. 2.26Морфология моноцита. Моноциты крови крупнее большинства циркулирующих лимфоцитов и имеют характерное подковообразное ядро. Окрашивание по Гимзе, х 1200.Рис. 2.26Морфология моноцита. Моноциты крови крупнее большинства циркулирующих лимфоцитов и имеют характерное подковообразное ядро. Окрашивание по Гимзе, х 1200.Рис. 2.27Ультраструктура моноцита - подковообразное ядро (Я), пиноцитарные везикулы (ПВ), лизосомные гранулы (Г), митохондрии (М) и изолированные цистерны эндоплазматического ретикулума (ЭР), х 8000. (Фото любезно предоставлено д-ром В. Nichols; J. Cell. Biol. 1971. 50:498).Рис. 2.27Ультраструктура моноцита - подковообразное ядро (Я), пиноцитарные везикулы (ПВ), лизосомные гранулы (Г), митохондрии (М) и изолированные цистерны эндоплазматического ретикулума (ЭР), х 8000. (Фото любезно предоставлено д-ром В. Nichols; J. Cell. Biol. 1971. 50:498).Вероятно, эти виды Fc-рецепторов выполняют различные функции, среди которых — индукция внеклеточной цитотоксичности и фагоцитоза опсонизированных микробов. Для поглощения последних важен также рецептор комлемента CR1 (СЗЬ-рецептор, CD35; см. гл. 4). В активации и адгезии обычно участвуют рецептор для комплемента CR3 (СЗЫ-рецепторы, CD11 b/CD 18, Мас- 1, присутствующие прежде всего на активированных макрофагах), а также «лейкоцитарный функциональный антиген» LFA-1 (CD1 la/CD18), р!50,95 (CD11C/CD18) и aDp, Маркеры LFA-1 и р 150,95, обнаруженные в цитоплазматических везикулах макрофагов, экспрессируются сразу же после активации. На поверхности определенной части моноцитов и макрофагов присутствуют белки МНС класса II, необходимые для презентации антигенов Т-клеткам. Активированные макрофаги экспрессируют также низкоаффинный рецептор для Fc-фрагмента IgE (FceRII, CD23). Кроме того, на макрофагах человека обнаружены маркеры CD13, CD15, CD68 и VLA-4 (CD29/CD49d). Необходимо отметить, что ни один из названных выше маркеров не специфичен только для моноцитов и макрофагов человека, но все же наиболее надежный признак этих клеток — FcyRI. В то же время у мыши к макро-

Рис. 2.26

Морфология моноцита. Моноциты крови крупнее большинства циркулирующих лимфоцитов и имеют характерное подковообразное ядро. Окрашивание по Гимзе, х 1200.

Рис. 2.26

Морфология моноцита. Моноциты крови крупнее большинства циркулирующих лимфоцитов и имеют характерное подковообразное ядро. Окрашивание по Гимзе, х 1200.

Рис. 2.27

Ультраструктура моноцита - подковообразное ядро (Я), пиноцитарные везикулы (ПВ), лизосомные гранулы (Г), митохондрии (М) и изолированные цистерны эндоплазматического ретикулума (ЭР), х 8000. (Фото любезно предоставлено д-ром В. Nichols; J. Cell. Biol. 1971. 50:498).

Рис. 2.27

Ультраструктура моноцита - подковообразное ядро (Я), пиноцитарные везикулы (ПВ), лизосомные гранулы (Г), митохондрии (М) и изолированные цистерны эндоплазматического ретикулума (ЭР), х 8000. (Фото любезно предоставлено д-ром В. Nichols; J. Cell. Biol. 1971. 50:498).

Основные поверхностные маркеры моноцитов и макрофагов человека и мыши

CD11a/CD18

CD32 (FcyRII)

CD11b/CD18 (CR3)

CD35 (CR1)

CD11c/CD18

CD36

«D/CD18

CD64(FcyRL

CD13

CDw65

CD14

CD68

CD15

МФР

CD16 (FcyRIII)

FcyRllb 'c*

CD17

FcyRlo*

CD25(a-ueni ИЛ-2Р)

F40/80*

CD31

МНС класса II

‘Исключительно на клетках мыши

Рис. 2.28

На клетках мыши не удалось пока идентифицировать ряд CD-молекул, эквивалентных маркерам человека. (МФР - рецептор для маннозил-фукозильных остатков.)

фаг-специфичным маркерам относятся F480 (160 кДа), рецептор к эритроцитам барана (SER; не путать с CD2 !) и рецептор к эритробластам (EbR). Основные маркеры моноцитов и макрофагов человека и мыши перечислены на рис. 2.28.

Помимо всех упомянутых выше молекулярных маркеров, моноциты и макрофаги имеют также рецепторы к цитокинам, таким как ИЛ-2, ИЛ-4 и ИФу. Поэтому функциональная активность этих клеток может быть усилена Т-клеточ- ными цитокинами через указанные рецепторы. Активированные таким образом моноциты и макрофаги сами продуцируют цитокины, в том числе ИФ, ИЛ-1 и ФНОа (см. гл. 10), и, кроме того, компоненты комплемента, простагландины, реакционноспособные метаболиты кислорода и оксид азота NO. Подобно нейтрофилам, моноциты и, в меньшей степени, зрелые макрофаги содержат пероксидазу, разлагающую пероксид водорода.

АНТИГЕНПРЕЗЕНТИРУЮЩИЕ КЛЕТКИ

Клетки, представляющие антиген (АПК), — это гетерогенная популяция лейкоцитов с весьма выраженной иммуностимулирующей активностью. Определенные АПК играют центральную роль в индукции функциональной активности Тх-кле-

ток, некоторые взаимодействуют с другими клетками иммунной системы.

АПК локализованы преимущественно в коже, лимфатических узлах, селезенке, эпителиальном и субэпителиальном слоях большинства слизистых оболочек и в тимусе (рис. 2.29). Относящиеся к ним клетки Лангерганса из кожи и других плоскоэпителиальных покровов тела мигрируют в виде «вуалевидных» клеток по афферентным лимфатическим сосудам в паракортикальные области регионарных лимфоузлов. Там они взаимодействуют с многочисленными Т-клетками и представляют собой уже интердигитатные (переплетенные) клетки (ИДК) (рис. 2.30). Такая миграция обеспечивает эффективный механизм доставки антигенов из кожи и слизистых оболочек к Тх-клеткам лимфоузлов. На этих АПК обильно экспрессированы белки МНС класса II, необходимые для презентации антигена хелперным Т-клеткам.

Фолликулярные дендритные (разветленные) клетки (ФДК), презентирующие антигены В-клеткам, содержатся в первичных и вторичных фолликулах В-клеточных областей лимфоузлов, селезенки и лимфоидной ткани слизистых оболочек (ЛТС). Прочно соединяясь десмосомами отростков и образуя стабильную сеть, они не мигрируют из мест своего расположения. ФДК не экспрессируют белки МНС класса II, но связывают антигены посредством рецепторов к компонентам комплемента (CD21 и CD35), ассоциированным в данном случае с иммунными комплексами (иккосомами). Кроме того, ФДК экспрессируют рецепторы для Ес. Недавно в центрах размножения внутри вторичных В-клеточных фолликулов обнаружен другой вид АПК — дендритные клетки центров размножения, которые в отличие от ФДК экспрессируют белки МНС класса II и способны к миграции. В центре размножения они взаимодействуют с Т-клетками.

АПК присутствуют в тимусе, представляя собой здесь, как и в лимфоузлах, интердигитатные клетки; особенно велико их содержание в мозговой зоне тимуса. В этом органе, которому принадлежит основная роль в размножении и созревании Т-клеток, ИДК, по-видимому, ответственны за устранение Т-клеток, реагирующих на собственные антигены организма. Данный процесс назван отрицательной селекцией (см. гл. 12 и 14).

Большинство АПК образуется в костном мозге, хотя их гемопоэтический предшественник остается неизвестным. Например, через 100 сут по-

Антигенпрезентирующие клетки

КожаКожаКлетка ЛангергансаКлетка ЛангергансаМигрирующая вуалевидная клеткаМигрирующая вуалевидная клеткаМакрофаг Фолликулярная дендритная клетка центра размножения Интердигитатная дендритная клеткаВенула с высоким эндотелиемМакрофаг Фолликулярная дендритная клетка центра размножения Интердигитатная дендритная клеткаВенула с высоким эндотелием

Кожа

Кожа

Клетка Лангерганса

Клетка Лангерганса

Мигрирующая вуалевидная клетка

Мигрирующая вуалевидная клетка

Макрофаг Фолликулярная дендритная клетка центра размножения Интердигитатная дендритная клетка

Венула с высоким эндотелием

Макрофаг Фолликулярная дендритная клетка центра размножения Интердигитатная дендритная клетка

Венула с высоким эндотелием

Рис. 2.29

Антигенпрезентирующие клетки (АПК) костномозгового происхождения выявляются главным образом в лимфоидной ткани, коже и слизистых оболочках. В эпидермисе они имеют вид клеток Лангерганса с характерными, напоминающими теннисные ракетки, бербековыми гранулами в цитоплазме. Эти клетки, богатые белками МНС класса II и нагруженные процессированным антигеном, мигрируют по афферентным лимфатическим сосудам (при этой локализации их называют вуалевидными клетками) в паракорти- кальные (Т-зависимые) области регионарных лимфоузлов. Здесь уже как интердигитатные клетки они контактируют с Т-клетками и презентируют им антиген. Экспонирование антигена В-клеткам происходит на фолликулярных дендритных клетках (ФДК) в центрах размножения внутри В-клеточных фолликулов. В качестве АПК действуют также некоторые макрофаги наружной кортикальной области и краевого синуса лимфоузлов. В тимусе АПК представлены интердигитат- ными (переплетенными отростками) клетками мозговой зоны.

еле трансплантации костного мозга (см. гл. 27) все клетки Лангерганса в коже реципиента имеют донорское происхождение. Моноциты, активированные in vitro гранулоцитарно-макрофагальным колониестимулирующим фактором и интерлейкином-4, теряют способность к фагоцитозу и

превращаются в АПК, приобретая морфологию дендритных клеток и начиная экспрессировать белки МНС класса II. Относительно ФДК первичных и вторичных лимфоидных фолликулов предполагается, что они имеют мезенхимное, а не костномозговое происхождение.

Рис. 2.30

Ультраструктура интердигитатной дендритной клетки (ИДК) в Т-зависимой области лимфоузла крысы. Характерные особенности: плотный контакт с плазматической мембраной окружающих Т-клеток, хорошо развитая эндосомная система в цитоплазме при отсутствии характерных для кожных клеток Лангерганса бербековых гранул. Т - ядро Т-клетки; И - ядро ИДК; М - мембрана ИДК. х 2000. (Фото любезно предоставлено д-ром В. Balfour.)

Маркеры различных антигенпрезентирующих клеток

Рис. 2.31

Клетки Лангерганса (КЛ), интер- дигитатные клетки (ИДК), дендритные клетки центров размножения (ДКЦР) и В-клетки обильно экспрессируют белки МНС класса II для взаимодействия с Т-клетками CD4+. Некоторые АПК экспрессируют также CD4, становясь потенциальным объектом для заражения вирусом иммунодефицита человека (см. гл. 22). Макрофаги синтезируют слишком мало белков МНС класса II, чтобы презентировать антигены, и поэтому функционируют в основном как фагоцитарные клетки. Фолликулярные дендритные клетки (ФДК), локализованные в первичных и вторичных фолликулах, не экспрессируют белки МНС класса II, но богаты FcyR, CR1 и CR2, что позволяет им связывать иммунные комплексы (ик- косомы) и представлять содержащийся в комплексах антиген В-клеткам. (НСЭ - неспецифические эстеразы.)

Клеточный маркер

7 е f

^ В

клетки Лангерганса

интердигитат- ные клетки

интердигитат- ные клетки центров размножения

дендритные клетки центров рвзм- ножения

В-клетки

макрофаги

МНС II

+

-

+

+

+

FcyR(CD32)

FcyR(CD64)

-

+

+

+

+ +

CD35 (CR1)

+

-

+

+

+

+

CD21

-

Много

Мало

+

+

CD2

-

-

+

-

-

С 04

+

-

-

+

-

+

С01а

+

-

-

-

-

-

CD40

?

Много

+

Мало

Много

+

НСЭ

-

-

-

-

+

Фагоцитоз

-

-

-

-

+

"Лип клеток

Классические В-клетки обильно экспрессируют белки МНС класса II (особенно после активации) и способны, следовательно, расщеплять и представлять специфические антигены активиро

ванным Т-клеткам (см. гл. 11). Некоторые маркеры различных видов АПК приведены на рис. 2.31.

Не относящиеся к иммунной системе клетки организма в норме не экспрессируют белков

МНС класса II, но при индукции цитокинами, такими как И Фу и ФНОа, некоторые типы соматических клеток, например кератиноциты, тиро- циты и эндотелиоциты, способны синтезировать продукты МНС класса И и презентировать антигены. Индукция этой «неуместной» экспрессии, вероятно, представляет собой элемент патогенеза аутоиммунных заболеваний и хронических воспалительных процессов.

ПОЛИМОРФНОЯДЕРНЫЕ ГРАНУЛОЦИТЫ, ТУЧНЫЕ КЛЕТКИ И ТРОМБОЦИТЫ

Полиморфноядерные гранулоциты (часто называемые просто гранулоцитами) — это в основном нейтрофилы (ПМН), которые высвобождаются костным мозгом со скоростью примерно 7 млн/мин. По сравнению с моноцитами и макрофагами, которые могут сохраняться месяцы или годы, гранулоциты — короткоживущие (всего 2—3 сут) клетки. Они составляют 60—70% общего числа лейкоцитов крови и содержатся также в тканях. Подобно моноцитам, ПМН могут прилипать к эндотелиальным клеткам, выстилающим кровеносные сосуды («краевое стояние») и покидать кровоток, протискиваясь между эндотелиальными клетками (см. рис. 1.17). Этот процесс известен как диапедез. Адгезию ПМН вызывают хемоаттрактанты (хемокины), такие как ИЛ-8 (см. гл. 5), и опосредуют гранулоцитарные рецепторы, взаимодействующие с лигандами на эндотелиальных клетках.

Гранулоциты не обладают какой-либо «врожденной» антигенной специфичностью, но им принадлежит важнейшая роль (обычно вместе с антителами и комплементом) в острой защитной воспалительной реакции на инфекцию. Главная функция этих клеток — фагоцитоз. Их значение становится очевидным на примере больных с пониженным содержанием гранулоцитов в крови или в случаях редко встречающегося наследственного иммунодефицита, при котором ПМН не способны мигрировать из сосудов в ответ на хемотаксический стимул: обе ситуации характеризуются повышенной восприимчивостью к инфекции.

Нейтрофилы

Эти лейкоциты составляют более 95% циркулирующих гранулоцитов; для них характерны мно-

Рис. 2.32

Морфология нейтрофила. Зрелый нейтрофил с дольчатым (сегментированным) ядром в мазке крови. Четкое выявление в одной из таких клеток конденсированного хроматина в виде «барабанной палочки», представляющего собой инактивированную Х-хромо- сому, свидетельствует о принадлежности крови лицу женского пола. Окрашивание по Гимзе, х 1500. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Ceils: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.

годольчатое (сегментированное) ядро и диаметр 10—20 мкм (рис. 2.32 и 2.33).

Хемотаксис нейтрофилов вызывают фрагменты белков, образующиеся в результате активации комплемента (например, С5а), факторы фибринолитической и кининовой систем, а также продукты лейкоцитарного, тромбоцитарного и бактериального происхождения. Под действием хемотаксических стимулов происходят «краевое стояние» (прилипание к эндотелиальным клеткам) и диапедез нейтрофилов. Подробно этот процесс описан в гл. 5.

Нейтрофилы обладают большим набором антибиотических белков, которые хранятся в гранулах двух типов (рис. 2.33). Первичные (азуро- фильные) гранулы — это лизосомы, содержащие кислые гидролазы, миелопероксидазу и мурамидазу (лизоцим). Во вторичных (специфических) гранулах дополнительно к лизоциму обнаружен лактоферрин. Кроме ферментов и лактоферрина, в этих гранулах содержатся в высоких концентрациях антибиотические белки — дефензины, се- процидины, кателицидины и белок, индуцирую-

Рис. 2.33Ультраструктура нейтрофила. Цитоплазма содержит первичные (П) и вторичные (В) гранулы. Первичные (более электроноплотных) гранул гораздо меньше. Ядро (Я) сегментированное, стрелками указаны поры в ядерной оболочке, х 17 500. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Cells: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.Рис. 2.33Ультраструктура нейтрофила. Цитоплазма содержит первичные (П) и вторичные (В) гранулы. Первичные (более электроноплотных) гранул гораздо меньше. Ядро (Я) сегментированное, стрелками указаны поры в ядерной оболочке, х 17 500. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Cells: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.щий проницаемость бактериальных клеток. Фагоцитированные нейтрофилами микробы находятся в вакуолях (называемых фагосомами), которые сливаются с лизосомами, превращаясь в фаголизосомы (рис. 2.34).При активации иммунными комплексами, опосредованной Fcy-рецепторами, нейтрофилы способны также высвобождать содержимое гранул и цитотоксические соединения во внеклеточное пространство. Вполне вероятно, что именно этот механизм лежит в основе патогенеза болезней иммунных комплексов (гиперчувствительность III типа; см. гл. 25).ЭозинофилыЭозинофилы крови человека обычно содержат двухдольчатое ядро и множество цитоплазматических гранул, которые окрашиваются кислыми красителями, например эозином (рис. 2.35). Среди лейкоцитов крови здорового, не страдающего аллергией человека на эозинофилы приходится 2—5%. Они, по-видимому, способны фагоцитировать и уничтожать поглощенные микробные клетки, хотя это и не относится к их прямымщий проницаемость бактериальных клеток. Фагоцитированные нейтрофилами микробы находятся в вакуолях (называемых фагосомами), которые сливаются с лизосомами, превращаясь в фаголизосомы (рис. 2.34).При активации иммунными комплексами, опосредованной Fcy-рецепторами, нейтрофилы способны также высвобождать содержимое гранул и цитотоксические соединения во внеклеточное пространство. Вполне вероятно, что именно этот механизм лежит в основе патогенеза болезней иммунных комплексов (гиперчувствительность III типа; см. гл. 25).ЭозинофилыЭозинофилы крови человека обычно содержат двухдольчатое ядро и множество цитоплазматических гранул, которые окрашиваются кислыми красителями, например эозином (рис. 2.35). Среди лейкоцитов крови здорового, не страдающего аллергией человека на эозинофилы приходится 2—5%. Они, по-видимому, способны фагоцитировать и уничтожать поглощенные микробные клетки, хотя это и не относится к их прямымРис. 2.34Нейтрофил, фагоцитировавший клеткиEscherichia coli (Е). В фаголизосомах видны многочисленные клетки этой бактерии. Нейтрофил почти полностью дегранулирован, и только отдельные лизосомы (указаны стрелками) еще находятся в процессе слияния с фагосомами, х 15 000. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Cells: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.Рис. 2.34Нейтрофил, фагоцитировавший клеткиEscherichia coli (Е). В фаголизосомах видны многочисленные клетки этой бактерии. Нейтрофил почти полностью дегранулирован, и только отдельные лизосомы (указаны стрелками) еще находятся в процессе слияния с фагосомами, х 15 000. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Cells: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.

Рис. 2.33

Ультраструктура нейтрофила. Цитоплазма содержит первичные (П) и вторичные (В) гранулы. Первичные (более электроноплотных) гранул гораздо меньше. Ядро (Я) сегментированное, стрелками указаны поры в ядерной оболочке, х 17 500. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Cells: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.

Рис. 2.33

Ультраструктура нейтрофила. Цитоплазма содержит первичные (П) и вторичные (В) гранулы. Первичные (более электроноплотных) гранул гораздо меньше. Ядро (Я) сегментированное, стрелками указаны поры в ядерной оболочке, х 17 500. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Cells: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.

щий проницаемость бактериальных клеток. Фагоцитированные нейтрофилами микробы находятся в вакуолях (называемых фагосомами), которые сливаются с лизосомами, превращаясь в фаголизосомы (рис. 2.34).

При активации иммунными комплексами, опосредованной Fcy-рецепторами, нейтрофилы способны также высвобождать содержимое гранул и цитотоксические соединения во внеклеточное пространство. Вполне вероятно, что именно этот механизм лежит в основе патогенеза болезней иммунных комплексов (гиперчувствительность III типа; см. гл. 25).

Эозинофилы

Эозинофилы крови человека обычно содержат двухдольчатое ядро и множество цитоплазматических гранул, которые окрашиваются кислыми красителями, например эозином (рис. 2.35). Среди лейкоцитов крови здорового, не страдающего аллергией человека на эозинофилы приходится 2—5%. Они, по-видимому, способны фагоцитировать и уничтожать поглощенные микробные клетки, хотя это и не относится к их прямым

щий проницаемость бактериальных клеток. Фагоцитированные нейтрофилами микробы находятся в вакуолях (называемых фагосомами), которые сливаются с лизосомами, превращаясь в фаголизосомы (рис. 2.34).

При активации иммунными комплексами, опосредованной Fcy-рецепторами, нейтрофилы способны также высвобождать содержимое гранул и цитотоксические соединения во внеклеточное пространство. Вполне вероятно, что именно этот механизм лежит в основе патогенеза болезней иммунных комплексов (гиперчувствительность III типа; см. гл. 25).

Эозинофилы

Эозинофилы крови человека обычно содержат двухдольчатое ядро и множество цитоплазматических гранул, которые окрашиваются кислыми красителями, например эозином (рис. 2.35). Среди лейкоцитов крови здорового, не страдающего аллергией человека на эозинофилы приходится 2—5%. Они, по-видимому, способны фагоцитировать и уничтожать поглощенные микробные клетки, хотя это и не относится к их прямым

Рис. 2.34

Нейтрофил, фагоцитировавший клетки

Escherichia coli (Е). В фаголизосомах видны многочисленные клетки этой бактерии. Нейтрофил почти полностью дегранулирован, и только отдельные лизосомы (указаны стрелками) еще находятся в процессе слияния с фагосомами, х 15 000. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Cells: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.

Рис. 2.34

Нейтрофил, фагоцитировавший клетки

Escherichia coli (Е). В фаголизосомах видны многочисленные клетки этой бактерии. Нейтрофил почти полностью дегранулирован, и только отдельные лизосомы (указаны стрелками) еще находятся в процессе слияния с фагосомами, х 15 000. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Cells: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.

функциям. Гранулы зрелых эозинофилов — это окруженные мембранами клеточные органеллы с «кристалловидной» сердцевиной, заметные на фоне окружающего матрикса благодаря их высокой электронной плотности (рис. 2.36).

Определенные стимулы вызывают дегрануляцию эозинофилов, т. е. слияние гранул с цитоплазматической мембраной и высвобождение их содержимого во внеклеточную среду. Реакция дегрануляции — это один из механизмов использования эозинофилами токсичного содержимого своих гранул для уничтожения крупных мишеней (например, шистосомул), которые не поддаются фагоцитозу (рис. 2.37). Другой механизм состоит в образовании токсичных реакционноспособных метаболитов кислорода. Оба механизма, вероятно, составляют основу противогельминтозного иммунитета, в котором, как предполагается, эозинофилам принадлежит особая роль (см. гл. 18).

Привлечение эозинофилов к месту инвазии паразита происходит за счет высвобождения Т-клетками, тучными клетками и базофилами особых продуктов, таких как анафилактический

Рис.2.35Морфология эозинофила. Видны двухдольчатое ядро и эозинофильные гранулы в цитоплазме. Окраска по Гимзе, х 1000. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Ceils: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.Рис.2.35Морфология эозинофила. Видны двухдольчатое ядро и эозинофильные гранулы в цитоплазме. Окраска по Гимзе, х 1000. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Ceils: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.Рис.2.37Уничтожение шистосомулы эозинофилом.Эозинофил (ЭО) прикрепился к опсонизированной IgG молодой особи Schistosoma mansoni (Ш). В области контактов можно заметить электроноплотный материал (указан стрелками), содержащий главный основный белок и катионный белок эозинофилов, х 19 000. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Cells: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.Рис.2.37Уничтожение шистосомулы эозинофилом.Эозинофил (ЭО) прикрепился к опсонизированной IgG молодой особи Schistosoma mansoni (Ш). В области контактов можно заметить электроноплотный материал (указан стрелками), содержащий главный основный белок и катионный белок эозинофилов, х 19 000. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Cells: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.Рис. 2.36Ультраструктура эозинофила человека. Зрелый эозинофил содержит в цитоплазме гранулы (Г) с кристалловидной сердцевиной. Я - ядро; ЭР - эндоплазматический ретикулум; П - ядерные поры, х 17 500. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Ceils: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.Рис. 2.36Ультраструктура эозинофила человека. Зрелый эозинофил содержит в цитоплазме гранулы (Г) с кристалловидной сердцевиной. Я - ядро; ЭР - эндоплазматический ретикулум; П - ядерные поры, х 17 500. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Ceils: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.

Рис.2.35

Морфология эозинофила. Видны двухдольчатое ядро и эозинофильные гранулы в цитоплазме. Окраска по Гимзе, х 1000. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Ceils: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.

Рис.2.35

Морфология эозинофила. Видны двухдольчатое ядро и эозинофильные гранулы в цитоплазме. Окраска по Гимзе, х 1000. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Ceils: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.

Рис.2.37

Уничтожение шистосомулы эозинофилом.

Эозинофил (ЭО) прикрепился к опсонизированной IgG молодой особи Schistosoma mansoni (Ш). В области контактов можно заметить электроноплотный материал (указан стрелками), содержащий главный основный белок и катионный белок эозинофилов, х 19 000. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Cells: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.

Рис.2.37

Уничтожение шистосомулы эозинофилом.

Эозинофил (ЭО) прикрепился к опсонизированной IgG молодой особи Schistosoma mansoni (Ш). В области контактов можно заметить электроноплотный материал (указан стрелками), содержащий главный основный белок и катионный белок эозинофилов, х 19 000. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Cells: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.

Рис. 2.36

Ультраструктура эозинофила человека. Зрелый эозинофил содержит в цитоплазме гранулы (Г) с кристалловидной сердцевиной. Я - ядро; ЭР - эндоплазматический ретикулум; П - ядерные поры, х 17 500. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Ceils: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.

Рис. 2.36

Ультраструктура эозинофила человека. Зрелый эозинофил содержит в цитоплазме гранулы (Г) с кристалловидной сердцевиной. Я - ядро; ЭР - эндоплазматический ретикулум; П - ядерные поры, х 17 500. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Ceils: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.

фактор хемотаксиса эозинофилов (ФХЭ-А). В нашем примере они связываются с поверхностью шистосомул, опсонизированной специфичными антителами изотипа IgG или IgE, и в процессе дегрануляции выделяют токсин, названный главным основным белком. Этот токсин содержится в кристалловидной сердцевине эозинофильной гранулы; матрикс гранулы содержит другое токсическое вещество — катионный белок эозинофилов. Эозинофилы выделяют также гистамина- зу и арилсульфатазу, которые инактивируют продукты выделения тучных клеток — гистамин и фактор анафилаксии, вызывающий замедленную реакцию (ФЗР-А). Таким образом, выделяемые эозинофилами продукты подавляют воспалительную реакцию и, в частности, миграцию гранулоцитов в очаг инвазии.

Базофилы и тучные клетки

Базофилы присутствуют в циркулирующей крови в очень незначительном количестве, менее 0,2% общего числа лейкоцитов (рис. 2.38). Тучные клетки вовсе не встречаются в циркуляции и по ряду свойств отличаются от базофилов.

Известны два вида тучных клеток — тучные клетки слизистых оболочек и тучные клетки соединительной ткани. Пролиферация первых, в отличие от вторых, зависит, по-видимому, от Т- клеток. Оба вида тучных клеток видны при свето-

Рис. 2.38

Морфология базофила. В мазке крови, окрашенном по Райту, виден типичный базофильный гранулоцит с темно-лиловыми гранулами, х 1000.

Рис. 2.40

Ультраструктура базофила. Видны сегментирова- ное ядро (Я) и крупные цитоплазматические гранулы (Г), х 11 000. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi С.Е. et al. 1988. Atlas of Blood Cells: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.

вой микроскопии препаратов, окрашенных основными красителями (рис. 2.39). В цитоплазме зрелых базофилов крови присутствуют неравномерно распределенные и окруженные мембранами гранулы (рис. 2.40). Гранулы базофилов и тучных клеток содержат гепарин, ФЗР-А, гистамин и ФХЭ-А.

Рис.2.39

Соединительнотканная тучная клетка человека на гистологическом срезе. Видна темно-голубая цитоплазма с лиловыми гранулами. Окрашивание альциа- новым синим и сафранином, х 600. (Фото любезно предоставлено д-ром T.S. Огг.)

Часто тот или иной аллерген (антиген, ставший причиной аллергической реакции) служит стимулом дегрануляции тучных клеток или базофилов. Для этого он должен перекрестно «сшить» соседние молекулы IgE, связанные с высокоаффинными рецепторами для IgE (FceRI) на плазматической мембране тучной клетки или базофила. В результате дегрануляции происходит мгновенное высвобождение всего содержимого гранул. Сначала гранулы сливаются между собой внутри цитоплазмы, затем их содержимое выбрасывается из клетки (рис. 2.41). Секретируемые в результате дегрануляции медиаторы, например гистамин, вызывают патологические проявления аллергии, но, с другой стороны, играют положительную роль в антипаразитарном иммунитете, усиливая воспалительную реакцию. Функциональные маркеры гранулоцитов и тучных клеток приведены на рис. 2.42.

Тромбоциты (кровяные пластинки)

Тромбоциты, кроме свертывания крови, участвуют также в иммунном ответе, в частности воспалительных реакциях. Они образуются из костномозговых мегакариоцитов и содержат гранулы (рис. 2.43). У взрослого человека ежесуточно появляются 10*1 новых тромбоцитов; в среднем 30% этих клеток депонируются в селезенке. Тромбо-

Рис. 2.41

Дегрануляция тучной клетки. Прежде чем произойдет выброс содержимого гранул, они сливаются одна с другой внутри цитоплазмы (указано стрелками).

х 5000. По Zucker-Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Cells: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.

циты экспрессируют белки МНС класса 1, рецепторы для IgG (FcyRII; CD32) и низкоаффинные рецепторы для IgE (FceRII; CD23). Кроме того, мегакариоциты и тромбоциты несут рецепторы для фактора VIII свертывания крови и другие функционально важные молекулы, такие как комплекс GpIIb/IIIa (CD41) и комплекс Gplb/Gplx (CD42). Первый из них — это цитоад- гезин, ответственный за связывание с фибрино-

Рис. 2.43

Ультраструктура тромбоцита. На срезе кровяной пластинки видны два типа гранул (Г) и пучки микротрубочек (МТ) на полюсах < 42 000. По Zucker- Franklin D., Greaves M.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Cells: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Milan: E.E. Ermes, Philadelphia: Lea and Febiger.

геном, фибронектином и витронектином. Оба эти комплекса представляют собой еще и рецепторы для фактора Виллебранда. Имеется также дополнительный рецептор к витронектину, CD51. И рецепторы, и молекулы адгезии важны для активации тромбоцитов. В случае повреждения эндотелия они прилипают к субэпителиальной поверхности поврежденной сосудистой стенки, образуя агрегаты. При этом из тромбоцитарных гранул двух типов высвобождается их содержимое, в том числе серотонин и фибриноген, что приводит к повышению проницаемости капилляров, активации комплемента и, вследствие этого, к привлечению лейкоцитов.

Функциональные маркеры гранулоцитов и тучных клеток

Тип клеток

Поверхностные марке, ы

Гранулы

C5aR

CR1 (CD35)

CR3 (CD11b)

LFA-1 (С011а)

VLA-4 (CD49d)

FcyRII CD32)

FcyRIII (CD16)

FceRI

FceRII (CD23)

пероксидаза

кислая фосфатаза

щелочная фосфатаза

Нейтрофилы

4

4

4*

4-

4-

4-

4-

-

-

4

4

4

Эозинофилы

+

4

4-

4-

4-

4-

4

-

4

4

4

Базофилы

4

4

4-

4-

4-

4

4

-

4

Тучные клетки

4*

4

4-

4-

НД

4

4

-

4

+

Рис. 2.42

Нейтрофилы, эозинофилы, базофилы и тучные клетки отвечают хемотаксисом на С5а и, следовательно, имеют к нему рецепторы. Все эти клетки обладают также рецепторами к СЗ и экспрессируют молекулы межклеточной адгезии - LFA-1 (CD11а) и VLA-4 (CD49d). Кроме того, они экспрессируют FcyRII (CD32) и FcyRIII (CD 16). Из этих клеток только базофилы и тучные клетки имеют высокоаффинный ре

цептор для IgE (FceRI). На отдельных гранулоцитах выявляются некоторые другие гликопротеины, в том числе CD13 и CD14 (экспрессируемые слабо). Кроме того, все эти клетки несут гликолипидные молекулы, такие как гаптен группового антигена крови Льюис X (CD15) и лактозилцерамид (CD17). Гранулы клеток разных типов различаются по составу ферментов. НД - нет данных.

опросы для размышления

Какие существуют функциональные субпопуляции Т-лимфоцитов и чем они различаются?

Почему необходимо такое множество различных клеток, участвующих в иммунном ответе?

Какие молекулы используются лимфоцитами а) в качестве антигенсвязывающих рецепторов и б) для взаимодействия между собой и другими клетками? Как называются различные семейства этих молекул?

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Levy О. Antibiotic proteins of polymorphonuclear leukocytes. Eur. J. Haematol. 56: 263-77, 1996.

Moller G. (ed.). Accessory molecules in the immune response. Immunol. Rev. 153: 1996.

Peters J.H., Gieseler R., Thiele B., Steinbach F. Dendritic cells: from ontogenetic orphans to myelomonocytic descendants. Immunol. Today 17: 273-8, 1996.

Playfair J. H.L. Immunology at a glance, 6th edn. Oxford: Blackwell Scientific Publications. 1996.

Razin E., Pecht I., Rivera J. Signal transduction in the

activation of mast cells and basophils. Immunology Today 16: 370-3, 1995.

Reth M. The В-cell antigen receptor complex and coreceptors. Immunol. Today 16: 310-13, 1995.

Roitt I.M. Essential Immunology, 9th ednd. Oxford: Blackwell Scientific Publications, 1997.

Romagnani S. Lymphokine production by human T cells in disease states. Annu. Rev. Immunol. 12: 227-57, 1994.

Wardlaw A.J., Moqbel R., Kay A.B. Eosinophils: biology and role in disease. Adv. Immunol. 60:151-266,1995.

Лимфоидные органы и ткани относятся либо к первичным (центральным), либо ко вторичным (периферическим). Первичные лимфоидные органы - это тимус и красный костный мозг.

Лимфоциты дифференцируются из стволовых лимфоидных клеток в первичных лимфоидных органах и мигрируют для выполнения своих функций во вторичные лимфоидные органы и ткани.

Вторичные лимфоидные органы - это селезенка и лимфатические узлы; кроме того, в слизистых оболочках присутствуют участки вторичной лимфоидной ткани (лимфоидные образования), формирующие единую систему - лимфоидную ткань слизистых оболочек (ЛТС).

Иммунный ответ на антигены, поступающие в организм через слизистые оболочки, начинается с примирования лимфоцитов, главным образом в пейеровых бляшках.

Разные лимфоидные органы защищают различные системы организма: селезенка отвечает на антигены, циркулирующие в крови; лимфоузлы реагируют на антигены, поступающие по лимфатическим сосудам, ЛТС защищает слизистые оболочки.

Лимфоциты в большинстве не оседлые, а циркулирующие клетки; они постоянно мигрируют из кровотока в лимфоидные ткани и вновь поступают в кровь через грудной лимфатический проток.

Клетки, участвующие в иммунном ответе, для наиболее эффективного функционирования действуют в составе специализированных тканей и органов, образующих вместе лимфоидную систему.

ЛИМФОИДНЫЕ ТКАНИ ВХОДЯТ В СОСТАВ ПЕРВИЧНЫХ И ВТОРИЧНЫХ ЛИМФОИДНЫХ ОРГАНОВ И ОБРАЗОВАНИЙ

Функциональные клетки лимфоидной системы представлены лимфоцитами, вспомогательными клетками (макрофаги и антигенпрезентирующие клетки) и в некоторых тканях эпителиальными клетками. Все эти клетки функционируют в составе либо обособленных, окруженных капсулой лимфоидных органов, либо диффузных образований. Основные лимфоидные органы и ткани подразделяют на первичные (центральные) и вторичные (периферические) Vpuc. 3.7)

Первичные лимфоидные органы

Первичные лимфоидные органы служат основным местом развития лимфоцитов. Здесь лимфоциты дифференцируются из стволовых лимфоидных клеток, размножаются и созревают в функциональные клетки. У млекопитающих Т-клетки созревают в тимусе, а В-лимфоциты — в печени плода и в костном мозге (см. гл. 12). Пти

цы имеют особое место образования В-клеток — фабрициеву сумку. Именно в первичных лимфоидных органах формируется репертуар специфичностей лимфоцитарных антигенсвязываюших рецепторов и лимфоциты приобретают, таким образом, способность распознавать любые антигены, с которыми организм может столкнуться в течение жизни. Далее эти клетки подвергаются отбору на толерантность к аутоантигенам, после чего уже в периферических лимфоидных органах или образованиях распознают только чужеродные антигены. В тимусе, кроме того, Т-клетки «учатся» узнавать собственные молекулы МНС (см. гл. 12). Вместе с тем известно, что некоторые типы лимфоцитов развиваются вне первичных лимфоидных органов

Вторичные лимфоидные органы

Вторичные лимфоидные органы и образования представлены селезенкой, лимфатическими узлами и лимфоидной тканью слизистых оболочек, включая миндалины глоточного кольца и пейеровы бляшки подвздошной кишки. Вторичная лимфоидная ткань — это то микроокружение, в котором лимфоциты могут взаимодействовать с антигенами, между собой и со вспомогательными клетками. Для возникающего здесь иммунного ответа необходимы фагоцитирующие макрофаги, антигенпрезентирующие клетки, а также зрелые Т- и В-лимфоциты.

Основные лимфоидные органы и образования

Первичныелимфоидные органы

Вторичные лимфоидные органы и образованияВторичные лимфоидные органы и образованияТимусТимусКрасный костный мозгКрасный костный мозгКрасный костный мозгСелезенкаКрасный костный мозгСелезенкаЛимфоидные образования в бронхахЛимфоидные образования в бронхахЛимфатические узлыЛимфатические узлыТУдиночные лимфо- I идные фолликулы |ТУдиночные лимфо- I идные фолликулы |Брыжеечные лимфатические узлыБрыжеечные лимфатические узлыПейеровы бляшкиПейеровы бляшкиПимфоидные образования в органах мочеполовой системыПимфоидные образования в органах мочеполовой системыЛимфвтические узлыЛимфвтические узлыРис. 3.1

Вторичные лимфоидные органы и образования

Вторичные лимфоидные органы и образования

Тимус

Тимус

Красный костный мозг

Красный костный мозг

Красный костный мозг

Селезенка

Красный костный мозг

Селезенка

Лимфоидные образования в бронхах

Лимфоидные образования в бронхах

Лимфатические узлы

Лимфатические узлы

ТУдиночные лимфо- I идные фолликулы |

ТУдиночные лимфо- I идные фолликулы |

Брыжеечные лимфатические узлы

Брыжеечные лимфатические узлы

Пейеровы бляшки

Пейеровы бляшки

Пимфоидные образования в органах мочеполовой системы

Пимфоидные образования в органах мочеполовой системы

Лимфвтические узлы

Лимфвтические узлы

Первичные лимфоидные органы - это тимус и костный мозг, в которых созревают Т- и В-клетки соответственно. Клеточный и гуморальный иммунные ответы возникают во вторичных (периферических) лимфоидных органах и образованиях. Вторичные лимфоидные органы можно классифицировать в соответствии с теми областями (системами) организма, иммунную защиту которых они обеспечивают. Селезенка отвечает преимущественно на антигены, циркулирующие в кровотоке. В лимфоузлах развиваются иммунные реакции на антигены, поступающие с лимфой, т. е. проникшие через кожу (подкожные лимфоузлы) или через слизистые оболочки (лимфоузлы внутренних органов). Миндалины, пейеровы бляшки и другие лимфоидные образования слизистой оболочки (голубые прямоугольники) реагируют на антигены, преодолевшие ее поверхностные барьеры. Красный костный мозг функционирует и как первичный, и как вторичный лимфоидный орган.

ПЕРВИЧНЫЕ ЛИМФОИДНЫЕ ОРГАНЫ

Тимус - место размножения и созревания Т-клеток

У млекопитающих тимус (вилочковая железа) состоит из двух долей и расположен в грудной полости, над сердцем и крупными кровеносными сосудами. Каждая его доля состоит из долек, разделенных между собой соединительнотканными перегородками. Внутри каждой дольки лимфоидные клетки (тимоциты) образуют наружную,

корковую зону (кортекс) и внутреннюю, мозговую зону (медуллу) (рис. 3.2). В плотно заполненной корковой зоне преобладают относительно незрелые пролиферирующие тимоциты; в мозговой зоне находятся их более зрелые формы, в расположении которых виден градиент клеточной дифференцировки от корковой зоны к мозговой. Созревшие тимоциты мозговой зоны экспрессируют маркер CD44, отсутствующий на кортикальных тимоцитах. Этот маркер представляет собой рецептор, связывающий гиалуронат и другие компоненты внеклеточного матрикса соединительной ткани; он выявляется на всех циркулирующих, но не на оседлых лимфоцитах. Основу структуры тимусных долек составляет сеть эпителиальных клеток, которым принадлежит существенная роль в дифференцировке костномозговых предшественников тимоцитов, приводящей к образованию зрелых Т-лимфоцитов.

В тимусных дольках различают три типа эпителиальных клеток

По взаиморасположению, структуре, функции и фенотипу (набору) маркеров можно выделить не менее трех типов эпителия тимусной дольки. Основу корковой зоны образует сеть кортикальных эпителиальных клеток, и, кроме того, в ней присутствуют эпителиальные клетки-няни; в мозговой зоне эпителиальные клетки расположены

Рис. 3.2

Разделение тимуса на дольки (гистологический срез). На срезе видны две основные зоны дольки - наружная, корковая (К), содержащая незрелые клетки, и внутренняя, мозговая (М) с более зрелыми клетками. В мозговой зоне находятся также тельца Гассаля (Г). Окрашивание гематоксилином/эозином. х 25. (Фото любезно предоставлено д-ром A. Stevens и проф. J. Lowe.)

Рис. 3.3

Возрастная атрофия тимуса. Инволюция лимфоидной ткани с замещением ее жировой (ЖТ). Корковая зона дольки (К) почти исчезла, а уменьшенная мозговая (М) еще видна. (Фото любезно предоставлено д-ром A. Stevens и проф. J. Lowe.)

главным образом в виде плотных скоплений — кластеров (см. гл. 12). Помимо этих клеток, в корковой же зоне, преимущественно на переходе ее в мозговую, присутствуют разветвленные клетки, переплетенные отростками — дендритные интердигитатные клетки, ИДК — и макрофаги (и те и другие костномозгового происхождения). Поступление клеток в тимус и их выход из него происходит по дольковым венулам с высоким эндотелием (ВЭВ). Все эпителиальные клетки, ИДК и макрофаги экспрессируют на поверхности молекулы МНС, важные для развития и отбора Т-клеток.

Мозговая зона тимусных долек содержит тельца Гассаля (тельца вилочковой железы). Функция их остается неизвестной; как установлено, они состоят из деградирующих эпителиальных клеток, богатых высокомолекулярными кератинами.

Тимус млекопитающих претерпевает по мере созревания и старения организма обратное развитие (рис. 3.3). У человека оно начинается в период полового созревания и продолжается до конца жизни. Возрастная инволюция прежде всего захватывает корковую зону долек вплоть до полного ее исчезновения, при сохранности мозговой зоны. Атрофия корковой зоны обусловлена чувствительностью кортикальных тимоцитов к кортикостероидным гормонам надпочечников. Например, атрофию тимуса вызывают все состо

яния, сопряженные с повышенной секрецией стероидов, в частности беременность и стресс. Однако генерация Т-клеток в тимусе может происходить и у взрослого индивида, хотя с низкой частотой.

Участки размножения и созревания В-клеток

Развитие В-клеток происходит в печени плода, а после рождения - в костном мозге

В-клетки образуются из стволовых клеток в островках гемопоэтической ткани печени и костного мозга плода, а также постнатального костного мозга (рис. 3.4). Кроме развивающихся В-клеток, в постнатальном костном мозге присутствуют зрелые плазматические и Т-клетки. Следовательно, у человека костный мозг функционирует и как важный вторичный лимфоидный орган.

У птиц дифференцировка В-клеток происходит в фабрициевой сумке, складки которой содержат лимфоидные фолликулы, имеющие корковую и мозговую зоны.

ВТОРИЧНЫЕ ЛИМФОИДНЫЕ ОРГАНЫ И ОБРАЗОВАНИЯ

Из первичных лимфоидных органов образовавшиеся здесь лимфоциты перемещаются во вторичные, периферические лимфоидные ткани —

Рис. 3.4

Красный костный мозг. В биоптате между костными пластинками - трабекулами (Т) - видна гемопоэтическая ткань (ГТ). Определенное пространство занято также жировыми клетками (ЖК). (Фото любезно предоставлено д-ром A. Stevens и проф. J. Lowe.)

плотно структурированные, инкапсулированные органы (селезенка и лимфатические узлы) и бес- капсульные скопления. Не окруженные капсулой островки лимфоидной ткани, расположенные большей частью в слизистых оболочках, названы лимфоидной тканью слизистых оболочек (ЛТС).

Функции лимфоидной ткани слизистых оболочек отличаются от функций других органов лимфоидной системы в иммунном ответе

Селезенка отвечает на антигены, находящиеся в крови (в случае удаления этого органа у больного повышается восприимчивость к возбудителям, проникшим в кровоток). Лимфатические узлы защищают организм от антигенов, проникающих через кожу или слизистые оболочки и затем транспортируемых с лимфой по лимфатическим сосудам. Иммунный ответ на проникшие такими путями антигены складывается из секреции антител в кровоток и из местных клеточных реакций. В отличие от этого лимфоидная ткань слизистых оболочек защищает именно слизистые. В ЛТС происходит примирование, т. е. первый контакт иммунных клеток с антигеном, поступающим с поверхности эпителия. Лимфоидная ткань присутствует в слизистой оболочке кишечника, дыхательных путей (в частности, бронхов) и мочеполовых путей. Основной эффекторный механизм местного иммунного ответа на уровне слизистой оболочки - это секреция и транспорт секреторных антител класса IgA (slgA) непосредственно на поверхность ее эпителия. Не удивительно, что большая часть лимфоидной ткани организма (>50%) находится в слизистых оболочках и особенно обильно представлена в кишечнике, поскольку через слизистые оболочки и проникают в основном антигены извне. Нотой же причине антитела IgA представлены в организме в наибольшем количестве относительно других изотипов антител.

Инкапсулированные вторичные лимфоидные органы

Селезенка

Селезенка расположена в левом верхнем квадранте брюшной полости, позади желудка и вплотную к диафрагме. У взрослого человека она имеет размеры примерно 13 х 8 см и массу

Рис. 3.5

Гистологический срез селезенки, демонстрирующий ретикулярную строму красной пульпы. Окрашивание на ретикулин позволяет выявить кольцеобразно расположенные ретикулиновые волокна (К), которые поддерживают эндотелиальные клетки венозных синусоидов. Стенка этих сосудов образована несплошным слоем базальной мембраны - между эндотелиальными клетками имеются щели, которые обеспечивают свободное протекание плазмы в просвет сосуда, а также избирательный переход клеточных элементов из тяжей красной пульпы (КТ), х 125.

180—250 г. Снаружи селезенка покрыта соединительнотканной капсулой из пучков коллагеновых волокон, которые проникают в паренхиму органа, образуя короткие перекладины (трабекулы). Вместе с ретикулярной стромой они создают структурный каркас для массы заполняющих селезенку разнообразных клеток (рис. 3.5). В селезенке различают два основных типа ткани: красную пульпу и белую пульпу (мякоть).

Белая пульпа Белая пульпа состоит из лимфоидной ткани, образующей вокруг центральных артериол периартериолярные лимфоидные «муфты» (ПАЛМ) (рис. 3.6). В ПАЛМ имеются Т- и В-клеточные области: Т-клетки непосредственно окружают центральную артериолу, тогда как В-клетки могут образовывать первичные, «не- стимулированные» фолликулы (агрегаты никогда не встречавшихся с антигеном лимфоцитов) или вторичные, «стимулированные» фолликулы, содержащие центры размножения с клетками иммунологической памяти (рис. 3.6и 3.7). В центрах размножения присутствуют также фолликулярные дендритные клетки и фагоцитирующие макрофаги. В краевой зоне, расположенной над мантией, локализованы специализированные макрофаги и субпопуляции В-клеток, отвечающих на тимус-независимые антигены II типа, например на полисахариды (см. гл. 11). Макро-

Рис. 3.6

Гистологический срез селезенки (лимфоидная ткань белой пульпы). Вторичный лимфоидный фолликул с центром размножения (ЦР) и мантией (М) окружен краевой зоной (КЗ) и красной пульпой (КП). Вблизи от фолликула проходит артериола (А), вокруг которой расположена периартериолярная лимфоидная муфта (ПАЛМ), состоящая в основном из Т-кле- ток. Краевая зона имеется лишь на одной стороне вторичного фолликула. (Фото любезно предоставлено проф. I. Maclennan.)

фаги и фолликулярные дендритные клетки в селезенке презентируют антигены В-клеткам. По входящим в краевую зону капиллярным ответвлениям центральной артериолы В-клетки и другие лимфоциты могут свободно поступать в ПАЛМ и покидать ее. Отдельные субпопуляции лимфоцитов, в частности созревающие плаз- мобласты, могут проходить через краевую зону в красную пульпу по сосудистым перемычкам.

Красная пульпа Эта ткань образована венозными синусоидами и клеточными тяжами (ретикулум), пространство между которыми заполняют оседлые макрофаги (рис. 3.8), эритроциты, тромбоциты, гранулоциты, лимфоциты и многочисленные плазматические клетки. Отметим, что помимо своих иммунологических функций селезенка выполняет функцию депонирования тромбоцитов, эритроцитов и гранулоцитов. В ней также разрушаются отжившие тромбоциты и эритроциты. Этот процесс, называемый гемокатерезом, протекает в красной пульпе. Осуществление депонирования и гемокатереза обеспечено особым строением кровеносной системы в селезенке (рис. 3.7). Окруженные ПАЛМ центральные артерио

лы оканчиваются капиллярами, которые свободно открываются в тяжах красной пульпы. Вследствие этого циркулирующие клетки, достигнув тяжей, задерживаются в них. Здесь макрофаги распознают и фагоцитируют отжившие тромбоциты и эритроциты. Не поглощенные и не разру-

Строение лимфоидной ткани в селезенке

Центр размноженияЦентр размноженияСелезеночные тяжи (красной пульпы)Селезеночные тяжи (красной пульпы)Вторичный фолликулВторичный фолликулПАЛМ(белая пульпа)ПАЛМ(белая пульпа)Краевая зонаКраевая зонаЦентральная артериолаЦентральная артериолаКапсулаКапсулаВенозный синусоидКраевая зонаВенозный синусоидКраевая зонаПАЛМ (белая пульпа)ПАЛМ (белая пульпа)Пульпарная венаПульпарная венаВенозный синусоид красной пульпыВенозный синусоид красной пульпы

Центр размножения

Центр размножения

Селезеночные тяжи (красной пульпы)

Селезеночные тяжи (красной пульпы)

Вторичный фолликул

Вторичный фолликул

ПАЛМ

(белая пульпа)

ПАЛМ

(белая пульпа)

Краевая зона

Краевая зона

Центральная артериола

Центральная артериола

Капсула

Капсула

Венозный синусоид

Краевая зона

Венозный синусоид

Краевая зона

ПАЛМ (белая пульпа)

ПАЛМ (белая пульпа)

Пульпарная вена

Пульпарная вена

Венозный синусоид красной пульпы

Венозный синусоид красной пульпы

Рис. 3.7

Белая пульпа состоит из периартериолярных лимфоидных муфт (ПАЛМ), многие из которых содержат лимфоидные фолликулы. Она окружена краевой зоной, заполненной многочисленными макрофагами, антигенпрезентирующими клетками, медленно рециркулирующими В-лимфоцитами и нормальными киллерными клетками. В красной пульпе расположены венозные каналы (синусоиды), разделенные селезеночными тяжами. Кровь поступает в ткани селезенки по трабекулярным артериям, дающим начало ветвистым центральным артериолам. Часть этих артериол оканчивается в белой пульпе и питает центры размножения и краевую зону фолликула, но большинство достигает краевой зоны или соседних с нею участков. Некоторые ветви артериол заходят непосредственно в красную пульпу, оканчиваясь в селезеночных тяжах. Из венозных синусоидов кровь собирается в пульпарные вены, затем в трабекулярные вены и из них в селезеночную вену.

Рис. 3.8

Венозные синусоиды и тяжи красной пульпы. Им- муноферментное окрашивание катепсина D выявляет макрофаги в стенках синусоида (С) и в селезеночных тяжах (СТ). (Фото любезно предоставлено д-ром А.

Stevens и проф. J. Lowe.)

шенные клетки крови возвращаются в кровоток, протискиваясь сквозь несплошную эндотелиальную выстилку венозных синусоидов (рис. 3.8) через щели между клетками, свободно пропускающие поток плазмы.

Лимфоузлы и лимфатическая система

Лимфатические узлы составляют часть системы, которая «вылавливает» антигены из тканевой жидкости и лимфы во время ее протекания от периферии к грудному протоку через главные лимфатические коллекторы (рис. 3.9). Лимфоузлы обычно расположены в местах разветвления лимфатических сосудов. В стратегических пунктах системы — шейной, подмышечной и паховой областях, средостении и брюшной полости — они образуют скопления, собирающие лимфу из соответствующих поверхностных и глубоких областей тела. Лимфоузлы, расположенные поверхностно и называемые подкожными, защищают кожу. Висцеральные (глубокие) лимфоузлы осуществляют защиту слизистых оболочек дыхательных путей, пищеварительного тракта и мочеполовых путей.

Лимфатические узлы человека — это образования округлой или бобовидной формы, диаметром 2—8 мм, с углублением для входа и выхода кровеносных сосудов, называемым воротами. Лимфа поступает в узел по нескольким приносящим (афферентным) лимфатическим сосудам и

выходит из него по единственному выносящему (эфферентному) лимфатическому сосуду через ворота. Снаружи лимфоузел покрыт капсулой из коллагеновых волокон (Рис. 3.10). Радиально расположенные перегородки — трабекулы — вместе с тяжами ретикулярного остова поддерживают заполняющие узел разнообразные клетки. В лимфоузле различают В-клеточную корковую область, или кортекс, Т-клеточную (паракорти- кальную) область и центральную (мозговую) область (рис. 3.11 и 3.12). Последняя образована клеточными тяжами, содержащими Т- и В-лим- фоциты, плазматические клетки и макрофаги.

Паракортикальная область содержит много переплетенных отростками (интердигитатных) клеток, экспрессирующих в большом количестве

Лимфатическая система

Рис. 3.9

Лимфоузлы находятся в местах слияния лимфатических сосудов и образуют сеть, которая собирает и фильтрует интерстициальную тканевую жидкость. Они подразделяются на подкожные и висцеральные, т. е. дренирующие глубокорасположенные ткани и внутренние органы тела. В конечном итоге лимфа достигает грудного лимфатического протока, впадающего в левую подключичную вену, и таким образом возвращается в кровоток.

Рис. 3.10

Гистологический срез лимфоузла. Лимфоузел окружен соединительнотканной капсулой и имеет три основные области: В-клеточную корковую, или кор- текс (К), Т-клеточную паракортикальную (П) и мозговую (М), образованную тяжами лимфоидной ткани (Т- и В-клеточная область, богатая плазматическими клетками и макрофагами). Окрашивание гематокси- лином/эозином. х 10. По Zucker-Franklin D., Greaves V.F., Grossi G.E. et al. 1988. Atlas of Blood Cells: Function and Pathology. Vol. II. 2nd edn. Philadelphia: Lea and Febiger.

поверхностные антигены МНС класса II. Эти клетки собираются здесь, мигрируя из кожи (клетки Лангерганса) или из слизистых оболочек (дендритные клетки) и транспортируя при этом в лимфоузлы процессированные антигены из наружных покровов тела и слизистых оболочек (рис. 3.13). Основная масса лимфоидной ткани лимфатического узла сосредоточена в корковой и паракортикальной областях. Мозговая область образована тяжами, которые разграничивают лимфатические (мозговые) синусы, собирающие лимфу в краевой синус и далее в выносящий лимфатический сосуд (рис. 3.12). Вдоль синусов, большей частью в мозговой области, расположены клетки, фагоцитирующие детрит. В процессе протекания лимфы через лимфоузел из приносящих лимфатических сосудов в выносящий, эти фагоцитарные клетки вылавливают из нее корпускулярные антигены и транспортируют их в собственно лимфоидную ткань лимфатического узла.

В корковой области содержатся скопления В-клеток, образующих первичные и вторичные

фолликулы, тогда как в паракортикальной области находятся главным образом Т-клетки. Вследствие этого после инъекции любого Т-зависимо- го антигена в кожу или слизистую оболочку (см. гл. 11) в паракортикальной области лимфоузла, дренирующего место введения, наблюдается активная пролиферация Т-клеток. Еще одно доказательство именно такой локализации Т-клеток демонстрируют больные с наследственной аплазией тимуса (синдром Ди Джорджи), у которых паракортикальные области лимфоузлов содержат меньше клеток, чем в норме. Подобные явления наблюдаются у неонатально тимэктомированных или наследственно бестимусных (голых) мышей и крыс.

Центры размножения можно обнаружить во вторичных фолликулах лимфоузлов, стимулированных антигеном. Они сходны с центрами размножения в В-клеточных областях селезеночных ПАЛМ и ЛТС. Большие и малые клетки фолликулярных центров размножения названы цент- робластами и центроцитами. У пролиферирующих В-клеток в центрах размножения ядро имеет характерную расщепленную форму, что служит

Рис. 3.11

Гистологическая структура лимфоузла. Видны корковая (К), паракортикальная (П) и мозговая (М) области. Срез окрашен для выявления локализации Т-клеток. Больше всего их в паракортикальной области и некоторое количество присутствует в центре размножения (ЦР) вторичного лимфоидного фолликула, в корковой области и мозговых тяжах (МТ). (Фото любезно предоставлено д-ром A. Stevens и проф. J. Lowe.)

Схема строения лимфоузлаСхема строения лимфоузлаПодкапсульный (краевой) синусПодкапсульный (краевой) синусВенула с высоким эндотелиемВенула с высоким эндотелиемПервичный фолликулПервичный фолликулЦентр размножения вторичного фолликулаЦентр размножения вторичного фолликулаПриносящий (афферентный) лимфатический сосудПриносящий (афферентный) лимфатический сосудКапсула из коллагеновых волоконКорковая областьПаракортикальная областьМозговая областьВоротаВыносящий (эфферентный] лимфатический сосудАртерияКапсула из коллагеновых волоконКорковая областьПаракортикальная областьМозговая областьВоротаВыносящий (эфферентный] лимфатический сосудАртерияМозговыеМозговыеТребекулаТребекулаРис. 3.13Разветвленные, переплетенные отростками (дендритные интердигитатные) клетки (ИДК) в паракортикальной области лимфоузла контактируют между собой и с Т-лимфоцитами. (Фото любезно предоставлено д-ром A. Stevens и проф. J. Lowe.)Рис. 3.13Разветвленные, переплетенные отростками (дендритные интердигитатные) клетки (ИДК) в паракортикальной области лимфоузла контактируют между собой и с Т-лимфоцитами. (Фото любезно предоставлено д-ром A. Stevens и проф. J. Lowe.)Рис. 3.12

Схема строения лимфоузла

Схема строения лимфоузла

Подкапсульный (краевой) синус

Подкапсульный (краевой) синус

Венула с высоким эндотелием

Венула с высоким эндотелием

Первичный фолликул

Первичный фолликул

Центр размножения вторичного фолликула

Центр размножения вторичного фолликула

Приносящий (афферентный) лимфатический сосуд

Приносящий (афферентный) лимфатический сосуд

Капсула из коллагеновых волокон

Корковая область

Паракортикальная область

Мозговая область

Ворота

Выносящий (эфферентный] лимфатический сосуд

Артерия

Капсула из коллагеновых волокон

Корковая область

Паракортикальная область

Мозговая область

Ворота

Выносящий (эфферентный] лимфатический сосуд

Артерия

Мозговые

Мозговые

Требекула

Требекула

Рис. 3.13

Разветвленные, переплетенные отростками (дендритные интердигитатные) клетки (ИДК) в паракортикальной области лимфоузла контактируют между собой и с Т-лимфоцитами. (Фото любезно предоставлено д-ром A. Stevens и проф. J. Lowe.)

Рис. 3.13

Разветвленные, переплетенные отростками (дендритные интердигитатные) клетки (ИДК) в паракортикальной области лимфоузла контактируют между собой и с Т-лимфоцитами. (Фото любезно предоставлено д-ром A. Stevens и проф. J. Lowe.)

Под капсулой, образованной коллагеновыми волокнами, находится подкапсульный синус, выстланный эндотелием и макрофагами. По приносящим лимфатическим сосудам из межклеточного пространства окружающих тканей и смежных лимфоузлов в него поступают лимфоциты и антигены. Корковая область заполнена в основном В-клетками, образующими первичные, а чаще всего вторичные (т. е. содержащие центры размножения) фолликулы. Паракортикальная область содержит главным образом Т-клетки. Каждый лимфоузел снабжен собственными артерией и веной. Поступление лимфоцитов из кровотока происходит в паракортикальной области по функционально специализированным венулам с высоким эндотелием (ВЭВ). В мозговой области содержится не только большая часть плазматических клеток лимфоузла, но также Т- и В -клетки, образующие тяжи лимфоидной ткани. Лимфоциты покидают лимфоузел через выносящий лимфатический сосуд.

ценным признаком для дифференциальной диагностики некоторых злокачественных лимфопролиферативных заболеваний, таких как цент- робластно-центроцитарные лимфомы, возникающие из этих клеток.

Центры размножения окружены мантией из лимфоцитов (рис. 3.14). На В-клетках в зоне мантии сопряженно экспрессируются (коэкспрес- сия) поверхностные IgM и IgD (рис. 3.15). Мантия большинства вторичных фолликулов имеет утолщение (корону) со стороны капсулы лимфоузла (рис. 3.15). Кроме В-клеток, во вторичных фолликулах содержатся фолликулярные денд-

Рис. 3.14

Структура вторичного фолликула лимфатического узла. Крупный центр размножения (ЦР) окружен мантией (М).

ритные клетки (ФДК) (рис. 3.16), некоторое количество макрофагов (рис. 3.17) и небольшое число Т-клеток CD4+, которые взаимодействуют

с дендритными клетками центров размножения (см. гл. 2). Все перечисленные клетки вместе со специализированными макрофагами краевого синуса способствуют, по-видимому, возникновению В-клеточного иммунного ответа, в частности развитию иммунологической В-клеточной памяти — одной из главных функций центров

Рис. 3.15

Распределение В-клеток в корковой области лимфоузла. Иммуногистохимическое окрашивание поверхностных иммуноглобулинов выявило В-клетки, в наибольшем числе сконцентрированные во вторичном фолликуле - центре размножения (ЦР) и мантии (М), а также между фолликулом и капсулой узла, в подкапсульной зоне (ПК). Некоторое количество В- клеток присутствует в паракортикальной области (П), состоящей в основном из Т-клеток (см. рис. 3.17).

размножения (более подробно клеточное строение центра размножения изложено в гл. 12).

Лимфоидная система слизистых оболочек

Лимфоидная ткань слизистых оболочек

Скопления бескапсульной лимфоидной ткани можно обнаружить в собственной пластинке сли-

Рис. 3.16

Срез вторичного лимфоидного фолликула, демонстрирующий сеть из дендритных клеток (окрашивание с помощью конъюгированных с ферментом моноклональных антител, специфичных к ФДК).

Рис. 3.17Макрофаги центра размножения. Иммунофермент- ное окрашивание, специфичное для катепсина D, выявило несколько макрофагов, локализованных в центре размножения (ЦР) вторичного фолликула. В случае, когда эти клетки фагоцитируют апоптотичные В- лимфоциты, их называют макрофагами, содержащими окрашенные тельца (остатки В-клеточных ядер) (МСОТ).Рис. 3.17Макрофаги центра размножения. Иммунофермент- ное окрашивание, специфичное для катепсина D, выявило несколько макрофагов, локализованных в центре размножения (ЦР) вторичного фолликула. В случае, когда эти клетки фагоцитируют апоптотичные В- лимфоциты, их называют макрофагами, содержащими окрашенные тельца (остатки В-клеточных ядер) (МСОТ).Рис. 3.18Структура язычной миндалины. Язычная миндалина расположена в задней трети языка и состоит из скоплений лимфоидной ткани (Л), которая содержит крупные вторичные фолликулы и ассоциирована со слизистой оболочкой, образующей в этом участке глубокие щелеподобные инвагинации (стрелка). Вокруг миндалины видны содержащие слизь слюнные железы (СЖ). Такую же структуру имеют все прочие миндалины. (Фото любезно предоставлено д-ром A. Stevens и проф. J. Lowe.)Рис. 3.18Структура язычной миндалины. Язычная миндалина расположена в задней трети языка и состоит из скоплений лимфоидной ткани (Л), которая содержит крупные вторичные фолликулы и ассоциирована со слизистой оболочкой, образующей в этом участке глубокие щелеподобные инвагинации (стрелка). Вокруг миндалины видны содержащие слизь слюнные железы (СЖ). Такую же структуру имеют все прочие миндалины. (Фото любезно предоставлено д-ром A. Stevens и проф. J. Lowe.)зистых оболочек и в подслизистой ткани желудочно-кишечного тракта, дыхательных и мочеполовых путей (рис. 3.7). Лимфоидные клетки образуют в них одиночные или агрегированные скопления с центрами размножения (вторичные фолликулы). Так, в миндалинах человека, где содержание лимфоидной ткани значительное, часто присутствуют крупные вторичные фолликулы; они перемежаются Т-клеточными зонами, через

Рис. 3.17

Макрофаги центра размножения. Иммунофермент- ное окрашивание, специфичное для катепсина D, выявило несколько макрофагов, локализованных в центре размножения (ЦР) вторичного фолликула. В случае, когда эти клетки фагоцитируют апоптотичные В- лимфоциты, их называют макрофагами, содержащими окрашенные тельца (остатки В-клеточных ядер) (МСОТ).

Рис. 3.17

Макрофаги центра размножения. Иммунофермент- ное окрашивание, специфичное для катепсина D, выявило несколько макрофагов, локализованных в центре размножения (ЦР) вторичного фолликула. В случае, когда эти клетки фагоцитируют апоптотичные В- лимфоциты, их называют макрофагами, содержащими окрашенные тельца (остатки В-клеточных ядер) (МСОТ).

Рис. 3.18

Структура язычной миндалины. Язычная миндалина расположена в задней трети языка и состоит из скоплений лимфоидной ткани (Л), которая содержит крупные вторичные фолликулы и ассоциирована со слизистой оболочкой, образующей в этом участке глубокие щелеподобные инвагинации (стрелка). Вокруг миндалины видны содержащие слизь слюнные железы (СЖ). Такую же структуру имеют все прочие миндалины. (Фото любезно предоставлено д-ром A. Stevens и проф. J. Lowe.)

Рис. 3.18

Структура язычной миндалины. Язычная миндалина расположена в задней трети языка и состоит из скоплений лимфоидной ткани (Л), которая содержит крупные вторичные фолликулы и ассоциирована со слизистой оболочкой, образующей в этом участке глубокие щелеподобные инвагинации (стрелка). Вокруг миндалины видны содержащие слизь слюнные железы (СЖ). Такую же структуру имеют все прочие миндалины. (Фото любезно предоставлено д-ром A. Stevens и проф. J. Lowe.)

Рис. 3.19Одиночный лимфоидный фолликул в толстой кишке. Этот узелок лимфоидной ткани расположен в слизистой оболочке и в подслизистой основе кишечной стенки (стрелка). (Фото любезно предоставлено д-ром A. Stevens и проф. J. Lowe.)Рис. 3.19Одиночный лимфоидный фолликул в толстой кишке. Этот узелок лимфоидной ткани расположен в слизистой оболочке и в подслизистой основе кишечной стенки (стрелка). (Фото любезно предоставлено д-ром A. Stevens и проф. J. Lowe.)Рис. 3.20Лимфоидные узелки в червеобразном отростке у человека. 1. Аппендикс десятилетнего ребенка; крупные лимфоидные узелки в слизистой оболочке, распространяющиеся в подслизистую основу.2. Аппендикс мужчины 36 лет; заметно существенное сокращение лимфоидной ткани с фактически полным исчезновением фолликулов - возрастная атрофия лимфоидной ткани, характерная не только для червеобразного отростка. (Фото любезно предоставлено fl- ром A. Stevens и проф. J. Lowe.)Рис. 3.20Лимфоидные узелки в червеобразном отростке у человека. 1. Аппендикс десятилетнего ребенка; крупные лимфоидные узелки в слизистой оболочке, распространяющиеся в подслизистую основу.2. Аппендикс мужчины 36 лет; заметно существенное сокращение лимфоидной ткани с фактически полным исчезновением фолликулов - возрастная атрофия лимфоидной ткани, характерная не только для червеобразного отростка. (Фото любезно предоставлено fl- ром A. Stevens и проф. J. Lowe.)которые проходят венулы с высоким эндотелием. Миндалины, названные в соответствии с их расположением нёбными, глоточными (аденоиды) и язычными, образуют кольцо Вальдейера (рис. 3.1). Гистологический срез язычной миндалины представлен на рис. 3.18. Аналогичные лимфоидные образования прилежат к слизистой оболочке, выстилающей бронхи и мочеполовые пути. Сами слизистые оболочки пищеварительной, дыхательной и мочеполовой систем содержат дендритные клетки, необходимые для поглощения, процессинга и транспорта антигенов в регионарные лимфоузлы. Скопления лимфоидной ткани, расположенные в собственной пластинке слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта, часто распространяются в подслизистый слой. Они имеют форму одиночных фолликулов (рис. 3.19) или сгруппированных узелков, как, например, в червеобразном отростке слепой кишки (рис. 3.20). Пейеровы бляшки обычно встречаются в нижней части подвздошной кишки. Покрывающий их эпителий кишечника (эпителий, ассоциированный с фолликулами) способен транспортировать антигены и микробы в лимфоидную ткань. Эту специализированную функцию выполняют особые эпителиальные клетки, рассеянные среди энтероцитов; они названы М-клетка- ми, поскольку их обращенная в просвет кишечника поверхность образует многочисленные микроскладки (рис. 3.21). В базолатеральной облас

Рис. 3.19

Одиночный лимфоидный фолликул в толстой кишке. Этот узелок лимфоидной ткани расположен в слизистой оболочке и в подслизистой основе кишечной стенки (стрелка). (Фото любезно предоставлено д-ром A. Stevens и проф. J. Lowe.)

Рис. 3.19

Одиночный лимфоидный фолликул в толстой кишке. Этот узелок лимфоидной ткани расположен в слизистой оболочке и в подслизистой основе кишечной стенки (стрелка). (Фото любезно предоставлено д-ром A. Stevens и проф. J. Lowe.)

Рис. 3.20

Лимфоидные узелки в червеобразном отростке у человека. 1. Аппендикс десятилетнего ребенка; крупные лимфоидные узелки в слизистой оболочке, распространяющиеся в подслизистую основу.

2. Аппендикс мужчины 36 лет; заметно существенное сокращение лимфоидной ткани с фактически полным исчезновением фолликулов - возрастная атрофия лимфоидной ткани, характерная не только для червеобразного отростка. (Фото любезно предоставлено fl- ром A. Stevens и проф. J. Lowe.)

Рис. 3.20

Лимфоидные узелки в червеобразном отростке у человека. 1. Аппендикс десятилетнего ребенка; крупные лимфоидные узелки в слизистой оболочке, распространяющиеся в подслизистую основу.

2. Аппендикс мужчины 36 лет; заметно существенное сокращение лимфоидной ткани с фактически полным исчезновением фолликулов - возрастная атрофия лимфоидной ткани, характерная не только для червеобразного отростка. (Фото любезно предоставлено fl- ром A. Stevens и проф. J. Lowe.)

ти М-клеток имеются глубокие инвагинации плазматической мембраны — карманы, в которых располагаются В- и Т-лимфоциты, дендритные клетки и макрофаги (рис. 3.22). Антигены и микробы подвергаются трансцитозу в эти карманы и далее в организованную субэпителиальную лимфоидную ткань слизистой оболочки. М-клетки встречаются не только в участках пейеровых бляшек, но и в других лимфоидных образованиях слизистых оболочек.

При местном гуморальном иммунном ответе на уровне слизистой оболочки происходит образование антител в основном изотипа IgA. Секреторные IgA — это антитела, способные проникать через мембраны эпителиальных клеток для обеспечения защиты от патогенных микробов (рис. 3.23).

Лимфоциты слизистых оболочек

Дополнительно к организованной лимфоидной ткани, образующей единую систему ЛТС, в слизистой оболочке желудка, кишечника, верхних и нижних дыхательных путей и некоторых других органов присутствует множество рассеянных лимфоцитов и плазматических клеток. Лимфоциты обнаруживаются в соединительной ткани собственной пластинки и в эпителиальной выстилке.

Среди лимфоцитов собственной пластинки (ЛСП) преобладают активированные Т-клетки, но в значительном количестве присутствуют так-

Строение пейеровой бляшки

Центр размножения

Рис. 3.21

Куполообразный выступ, образуемый слизистой оболочкой кишечника, на участке, лишенном ворсинок. Поверхностный эпителий в этом участке, называемый эпителием, ассоциированным с фолликулами (ЭАФ), содержит М-клетки. В глубине слизистой оболочки расположено скопление вторичных лимфоидных фолликулов с крупными центрами размножения. Окружающие тимус-зависимые межфолликулярные зоны содержат интердигитатные клетки и венулы с высоким эндотелием. Область купола между ЭАФ и фолликулами заполнена преимущественно В-клетками, большинство которых относится к клеткам иммунологической памяти.

же активированные В-клетки и плазмоциты. Эти плазматические клетки секретируют антитела преимущественно изотипа IgA, транспортируемые через клетки эпителия и высвобождаемые в просвет органа (рис. 3.23).

Внутриэпителиальные лимфоциты (ВЭЛ) представлены в основном Т-клетками, отличными по фенотипу от ЛСП (рис. 3.24).

Большинство ЛСП и ВЭЛ относятся к клеткам иммунологической памяти, несущим маркер CD45RO. Они слабо отвечают на стимуляцию антителами к СОЗ, но чувствительны к другим механизмам активации, например опосредованным CD2 или CD28.

Покоящиеся Т-клетки периферической крови не экспрессируют интегриновую a-цепь HML-1 (СОЮЗ), но стимуляция фитогемагглютинином (ФГА) индуцирует ее синтез. Антитела к этой це

пи митогенны для тех же клеток и вызывают у них экспрессию а-пепи низкоаффинных рецепторов ИЛ-2 (CD25). Полипептид HML-1 — это a-цепь из семейства интегринов, образующая при взаимодействии с Р7-пепью гетеродимер aHML-l-P7 — интегрин, который синтезируют ВЭЛ и другие активированные лимфоциты.

Внутриэпителиальные лимфоциты выделяют ряд цитокинов, в том числе ИФу и ИЛ-5. Одна из функций ВЭЛ состоит, предположительно, в иммунологическом надзоре, направленном на устранение мутантных или инфицированных вирусами клеток.

ЦИРКУЛЯЦИЯ ЛИМФОЦИТОВ

Миграция лимфоцитов из первичных во вторичные лимфоидные ткани уже описана выше. Ока-

Схематическое изображение М-клетки кишечного ЭАФ

ЭнтероцитВ- и Т-лимфоциты

Дендритная клетка

Рис. 3.22

Во внутриклеточном кармане находятся лимфоциты и нередко макрофаги (Мф). Эндоцитированные М-клет- кой антигены попадают через этот карман в субэпителиальную лимфоидную ткань. (ЭАФ - эпителий, ассоциированный с фолликулами.)

Транспорт антител IgA через эпителийслизистой оболочки

Базальная сторона эпителияБазальная сторона эпителияСторона эпителия, обращенная в просвет органаСторона эпителия, обращенная в просвет органа

Базальная сторона эпителия

Базальная сторона эпителия

Сторона эпителия, обращенная в просвет органа

Сторона эпителия, обращенная в просвет органа

Рис. 3.23

Димеры IgA (slgA), выделяемые плазматическими клетками в собственной пластинке слизистой оболочки кишечника, связываются поли-1д-рецепторами на базальной стороне эпителия. Затем комплексы slgA-рецептор путем эндоцитоза и переноса через клетку в транспортных везикулах (с мембраной которых они связаны) доставляются на поверхность эпителия, обращенную в просвет кишечника. Здесь транспортные везикулы сливаются с плазматической мембраной клеток эпителия, высвобождая димеры IgA с присоединенным секреторным компонентом (фрагмент рецептора) в просвет, где секреторный компонент предохраняет димеры IgA от расщепления протеолитическими ферментами.

Рис. 3.24

Фенотипические маркеры лимфоцитов собственной пластинки слизистой оболочки кишечника (ЛСП) в основном сходны с маркерами лимфоцитов периферической крови. Значительная часть внутриэпителиальных лимфоцитов (ВЭЛ) относится к уЗ-Т-клеткам, многие из которых экспрессируют CD8, вероятно как маркер активации.

Фенотипические различия между ЛСП и ВЭЛ человека

Тип клетки

сф-ТкР

у8-ТкР

CD4

CD8

Лимфоциты собственной пластинки

>95%

<5%

70%

30%

Внутриэпителиальные лимфоциты

60 90%

10-40%

<10%

70%

завшись во вторичных лимфоидных органах и образованиях, многие лимфоциты не остаются в них, а перемещаются из одного лимфоидного органа в другой по кровеносным и лимфатическим сосудам (рис. 3.25).

Лимфоциты выходят из кровотока в лимфоидную ткань через стенки венул с высоким эндотелием Некоторые лимфоциты переходят из кровотока в лимфоидную ткань через обычные посткапиллярные венулы, однако у большинства млекопитающих этот переход осуществляется преимущественно через специализированные участки венозного русла — венулы с высоким эндотелием, или высокоэндотелиальные венулы (ВЭВ) (рис. 3.26 и

3.27). В лимфоузлах эти сосуды находятся главным образом в паракортикальной области и иногда в корковой, но не в мозговой. Вместе с тем часть лимфоцитов, в первую очередь Т-клетки, поступают в регионарный лимфоузел из дренируемой им области по приносящим лимфатическим сосудам, а не по ВЭВ. Тем же путем в лимфоузлы поступает большинство антигенов. Венулы с высоким эндотелием обнаружены не только в лимфоузлах, но и в ЛТС, а также в тимусе.

Венулы с высоким эндотелием

управляют циркуляцией лимфоцитов

Эти венулы выстланы кубическими эндотелиальными клетками, которые в отличие от покоящих-

Циркуляция лимфоцитов в организмеЦиркуляция лимфоцитов в организме

Циркуляция лимфоцитов в организме

Циркуляция лимфоцитов в организме

Рис. 3.25

Лимфоциты из кровотока проникают в лимфоузлы и в ЛТС через специализированный высокий эндотелий посткапиллярных венул (ВЭВ); затем они покидают лимфоидную ткань по выносящим лимфатическим сосудам и, пройдя сквозь другие лимфоузлы, возвращаются в кровоток по грудному протоку, впадающему у человека в левую подключичную вену. В селезенке лимфоциты входят в белую пульпу через краевые зоны; затем, попав в синусоиды красной пульпы, покидают орган через селезеночную вену.

Рис. 3.26

Венула с высоким эндотелием (ВЭВ) в паракорти- кальной области лимфоузла. Лимфоциты выходят из кровотока через высокий эндотелий (ВЭВ) и проникают в лимфоузел. Окрашивание гематоксилином/эо- зином. х 200. (Фото любезно предоставлено д-ром A. Stevens и проф. J. Lowe.)

Рис. 3.27

Электронная микрофотография венулы с высоким эндотелием в паракортикальной области лимфоузла. Вблизи базальной мембраны виден лимфоцит (ЛИМ), покидающий просвет (Пр) венулы, которая снаружи частично охвачена адвентициальной клеткой (АК). х 1600.

ся плоских клеток эндотелиальной выстилки обычных венул экспрессируют при активации разнообразные молекулы межклеточной адгезии. Один из механизмов активации клеток эндотелия опосредован локально синтезируемыми цитокинами, такими как ИФу, ИЛ-1 и ФИО.

Эндотелий обычных венул может превращаться в кубический в участках хронического воспаления, например в коже или в синовиальных оболочках, где ВЭВ в норме отсутствуют. Появившиеся ВЭВ направляют в очаг воспаления специализированные субпопуляции Т-лимфоцитов. Активированные кубические эндотели- оциты экспрессируют ряд молекул межклеточной адгезии из суперсемейства иммуноглобулинов [ 1САМ-1 (CD54), ICAM-2 (CD102) и VCAM- 1 (CD106)] или из семейства селектинов, в том числе Е-селектин [ELAM-1 (CD62E)] и Р-селек- тин (CD62P). Р-селектин хранится в тельцах Вей- беля—Палада эндотелиальных клеток кровеносных капилляров и при активации быстро доставляется на поверхность эндотелиоцита (см. гл. 5). Ведущая роль в прилипании лимфоцитов к эндотелию принадлежит CD44 — белку с мол. массой 90 кДа, который экспрессируют все лейкоциты. Предположительно, между лимфоцитами и эндотелием возникают специфические лиганд-рецеп- торные взаимодействия, в результате которых лимфоциты направляются в определенные ткани-мишени. Это происходит за счет экспрессии эндотелием специфичных для данного органа «адрессинов», например MAdCAM-1 на эндоте- лионитах в кишечнике и VCAM-1 на эндотелиальных клетках в других органах. Для избирательного органоспецифического распределения лимфоцитов важны также особые молекулы «хоминга» (от англ, homing — возврат). Например, решающее значение для возвращения лимфоцитов в лимфоидную ткань кишечника имеют их интегрины а4Р7, которые связываются с адресси- нами MAdCAM-1 на эндотелиальных клетках ВЭВ в пейеровых бляшках. У мышей, дефектных по гену Р7, образование лимфоидной ткани кишечника существенно нарушено.

Благодаря рециркуляции любой антиген экспонируется множеству лимфоцитов

Из лимфоузлов лимфоциты возвращаются в кровоток по выносящим лимфатическим сосудам,

через грудной проток и подключичную вену. Ежечасно в рециркуляцию вовлекается 1—2% лимфоцитов. В итоге этот процесс позволяет множеству антигенспецифичных лимфоцитов встретиться с соответствующими антигенами, проникшими в их микроокружение в периферических лимфоидных органах. Особая важность рециркуляции становится очевидной, если вспомнить, что лимфоидные клетки моноспеци- фичны, и лишь ограниченное число лимфоцитов способно распознавать каждый конкретный антиген.

В норме рециркуляция лимфоцитов через лимфоузлы происходит постоянно, но если в лимфоидную ткань ранее сенсибилизированного к тому или иному антигену животного повторно попадает данный антиген, рециркуляция прекращается приблизительно на 24 ч. Временная остановка рециркуляции обусловлена в этом случае избирательной задержкой антигенспецифичных лимфоцитов в лимфоузлах, дренирующих место проникновения антигена. Например, образовавшиеся в результате контакта с антигеном лимфобласты уже не рециркулируют, оставаясь, по-видимому, в участке встречи с антигеном.

Лимфоидная ткань, ассоциированная со слизистыми оболочками, отличается как система от других лимфоидных органов в том числе и тем, что лимфоциты ЛТС возвращаются в процессе рециркуляции главным образом в эту ткань. Так, лимфоциты, стимулированные в пейеровых бляшках, проходят через регионарные лимфоузлы в кровоток, а затем возвращаются «домой», в собственную пластинку слизистой оболочки кишечника ^рис. 3.28). Такая специфическая рециркуляция объясняется тем, что эти лимфоциты эспрессируют молекулы «возврата домой», которые связываются со специфическими молекулами адгезии — адрессинами — на поверхности эндотелиоцитов. Адрессины экспрессирует только эндотелий венул лимфоидной ткани слизистых оболочек, но не ВЭВ обычных лимфоузлов (см. выше), что и обеспечивает избирательную рециркуляцию. По той же причине стимуляция антигеном в области слизистой оболочки (в том или ином участке организма) вызывает системное образование антител преимущественно в ЛТС.

Рециркуляция лимфоцитов в системелимфоидных тканей слизистых оболочек

Рис. 3.28

Лимфоидные клетки, активированные антигеном в пейеровых бляшках (или в лимфоидных образованиях, ассоциированных с бронхами и другими слизистыми оболочками) через регионарные лимфоузлы и затем по грудному протоку мигрируют в кровяное русло, из которого вновь возвращаются в собственную пластинку (СП) эпителия кишечника и других слизистых оболочек, вблизи места антигенного примирова- ния или на значительном удалении от него. Таким образом лимфоциты, стимулированные на слизистой оболочке в одной из частей тела, могут избирательно распределяться по системе ЛТС. Избирательность расселения достигается благодаря экспрессии особых молекул межклеточной адгезии на лимфоцитах и на клетках ВЭВ слизистых оболочек.

Вопросы для размышления

■ Почему млекопитающие нуждаются в столь высокоспециализированной лимфоидной системе, тогда как более примитивные животные способны выживать без нее?

■ Насколько важна рециркуляция лимфоцитов в системе лимфоидной ткани слизистых оболочек и какие молекулы обеспечивают ее избирательность?

■ В чем сходство и различия между лимфоидной тканью слизистых оболочек и остальными органами лимфоидной системы? Важна ли для вы

живания одна из этих частей лимфоидной системы более, чем другая?

■ Чем лимфоидная система отличается от любой другой системы организма, например от дыхательной или репродуктивной? (Возможно, для ответа вам понадобится освежить знания о различных системах организма по учебнику физиологии.)

■ Какие вспомогательные клетки присутствуют в лимфоидных тканях и в чем их функции? В чем состоят функции первичных и вторичных лимфоидных органов и образований?

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Butcher Е.С., Picker L.J. 1996. Lymphocyte homing and homeostasis. Science 272: 6—66.

Hogg N., Berlin C. 1995. Structure and function of adhesion receptors in leukocyte trafficking. Immunol. Today 16: 327-330.

Kuby J. 1997. Immunology. 3rd edn. Cells and Organs

of the Immune System. New York: W.H. Freeman and Co. 47-83.

Playfair J.H.L. Immunology at a Glance. 6th edn. Oxford: Blackwell Scientific Publications, 1996.

Roitt I.M. Essential Immunology. 9th edn. Oxford: Blackwell Scientific Publications, 1997.

Система комплемента - это одна иэ основных систем врожденного иммунитета, функция которой состоит в том, чтобы отличать «свое» от «не-своего». Такая дифференциация осуществляется благодаря присутствию на собственных клетках организма регуляторных молекул, подавляющих активацию комплемента.

Существует два главных пути (механизма) активации комплемента - классический и альтернативный. При классической активации происходит связывание иммунных комплексов с Clq, что соединяет приобретенный иммунитет (антитела) с врожденным (комплемент).

В плазме крови постоянно происходит «холостая» активация СЗ, приводящая к фиксации небольшого числа его молекул на поверхности как «своего», так и «не-своего». На поверхности собственных клеток регуляторные белки вызывают разрушение связавшихся молекул СЗ и подавляют дальнейшую активацию комплемента. На чужеродных структурах, лишенных регуляторных белков, напротив, начинается альтернативная активация комплемента.

Наличие внутренней тиоэфирной связи в белках СЗ и С4 позволяет им ковалентно взаимодействовать с гидрокси- и аминогруппами других молекул. Образование этой связи составляет ключевой момент локальной активации комплемента в очагах воспаления.

При активации комплемента действуют два механизма усиления. Первый известен как «запуск ферментного каскада». «Пусковым сигналом» служит связывание небольшого числа молекул C1q, вызывающее затем последовательную активацию ряда зимогенов (проферментов), которые расщепляют уже значительно большее число молекул СЗ.

Второй механизм усиления - это действующая по принципу положительной обратной связи «петля усиления». Расщепление небольшого количества молекул СЗ с образованием СЗЬ способствует появлению фермента СЗ-конвертазы, который расщепляет гораздо больше СЗ. На собственных клетках организма имеются молекулы, подавляющие действие этой петли усиления путем расщепления СЗЬ на неактивные продукты. На чужеродных структурах действие «петли усиления» не встречает препятствий.

Эффекторные механизмы системы комплемента делятся на пять групп в зависимости от функции: 1) опсонизация микробов для поглощения их фагоцитами; 2) непосредственное уничтожение микроорганизмов путем лизиса; 3) активация и хемотаксическое привлечение лейкоцитов в очаг воспаления; 4) процессинг (специфическое расщепление) иммунных комплексов; 5) индукция специфических антител путем, во-первых, усиленной локализации антигенов на поверхности В-лимфоцитов и антигенпрезентирующих клеток и, во-вторых, снижения порога активации В-лимфоцитов.

Патогенные микробы вырабатывают механизмы, позволяющие им избежать уничтожения системой комплемента, а в некоторых случаях даже использовать ее для усиления своей патогенности.

Система комплемента может участвовать в патогенезе заболевания, если происходит ее генерализованная активация in vivo или активация на собственных тканях в результате связывания комплемента аутоантителами.

ВВЕДЕНИЕ

Термин «комплемент» первоначально применил Эрлих для описания «дополнительной», присутствующей в сыворотке активности, без которой специфичные антитела не могут лизировать бактерии. Открытие этой термолабильной активности в сыворотке крови обычно приписывают

Борде (1895), хотя нечто подобное несколькими годами раньше описал Наттолл. В 1907 г. Феррата, диализуя сыворотку против подкисленной воды, установил, что белки комплемента можно разделить на две фракции: выпадающие в осадок эуглобулины и водорастворимую альбуминовую фракцию (псевдоглобулины). Активность комплемента проявлялась только в присутствии обеих

фракций, названных тогда средней и концевой частями, а позднее — С'1 и С'2 компонентами. В последующем Сакс и Омороков обнаружили, что яд кобры инактивирует другой компонент комплемента (С'З), а Гордон установил, что следующий компонент (С'4) разрушается аммиаком. Последовательность открытия перечисленных компонентов комплемента не соответствует очередности их вступления в реакцию активации системы, и этим объясняется кажущаяся нелогичность ее современной номенклатуры.

Сложная номенклатура системы комплемента

Белки классического пути активации и лизирующего мембрану комплекса обозначены каждый своим номером и вступают в реакцию активации в следующем порядке: Clq, Clr, Cis, С4, С2, СЗ, С5, С6, С7, С8, С9. Среди них много предшественников ферментов — проферментов, которые приобретают активность только после расщепления. Обозначение активного фермента отличается от обозначения его неактивного предшественника надбуквенной чертой, например Clr. Продукты расщепления обозначаются так же, как исходные компоненты комплемента, но с добавлением строчных букв — обычно для меньшего фрагмента — «а», а для большего — «Ь», например СЗа и СЗЬ. Из этого правила имеется одно исключение: С2Ь означает меньший, а С2а — больший фрагмент С2.

Белки альтернативного пути активации называют факторами и обозначают однобуквенными символами. В тексте слово фактор обычно сокращается до первой буквы F или вовсе опускается, и в результате фактор В может быть обозначен аббревиатурой FB или просто В. Регуляторные белки чаще всего обозначают аббревиатурами названий их функциональной активности: например, белок, ускоряющий диссоциацию СЗ-кон- вертазы классического пути, имеет символ DAF (decay accelerating factor), или, по-русски, ФУД (фактор ускорения диссоциации).

Клеточные рецепторы, связывающие компоненты комплемента, названы по аббревиатурам своих лигандов (например, С5а-рецептор) или как маркерные молекулы в номенклатуре CD-системы. Отдельно пронумерованы рецепторы для главных фрагментов СЗ как рецепторы комплемента типов 1, 2, 3 и 4 (CR1, CR2, CR3 и CR4). К сожалению, в результате этого некоторые рецеп

торы в современной литературе имеют по три синонима, например СЗЬ-рецептор = CR1 = CD35.

Белки системы комплемента относятся к различным суперсемействам

Белки, объединенные в одно суперсемейство — например иммуноглобулинов (см. гл. 6) — имеют много общих структурных и функциональных свойств. В систему комплемента входят белки, относящиеся к нескольким суперсемействам.

Классификация белков комплемента по суперсемействам позволяет лучше понять их структурные и функциональные взаимосвязи

Поясним это на примере суперсемейства регуляторных белков комплемента, называемых также регуляторами активации комплемента. К ним относятся:

фактор Н — белок плазмы крови с молекулой удлиненной конфигурации;

С4-связь ваюший белок [Cd-bp (binding protein)] — гептамерный белок плазмы, молекула которого имеет паукообразную форму;

фактор, ускоряющий диссоциацию СЗ-кон- вертазы (ФУД, CD55), — белок клеточной мембраны, закрепленный в ней на своеобразной гликофосфолипидной «ножке»;

мембранный кофакторный белок (МКБ, CD46) — трансмембранный белок, действующий как кофактор расщепления СЗЬ:

рецепторы комплемента 1 типа (CR1, CD35) и 2 типа (CR2, CD21) — клеточные рецепторы, имеющие трансмембранные домены.

Семейство регуляторных белков комплемента кодирует группа тесно сцепленных генов, расположенных в хромосоме 1. При очевидных различиях структуры все эти белки содержат одинаковый домен, состоящий примерно из 60 аминокислотных остатков и названный коротким общим повтором. Этот домен может много раз встречаться в структуре каждой молекулы, образуя ее каркас и, возможно, определяя специфичность связывания. Синтез этих белков кодируют гомологичные, тандемно расположенные экзоны.

Составляющие это семейство шесть белков выполняют также ряд общих функций в активации комплемента: фактор Н, С4-Ьр, ФУД, МКБ и CR1 подавляют образование комплексов С4Ь2а и СЗЬВЬ, т. е. СЗ-конвертаз классического и альтернативного путей активации. Некоторые из

этих белков имеют и другие общие функции, но не идентичные, а лишь частично перекрывающиеся. Такие функции включают: подавление связывания С2 с С4Ь и фактора В с СЗЬ, индукцию диссоциации С2а от С4Ь и ВЬ от СЗЬ, действие в качестве кофакторов фактора I — фермента, ответственного за катаболизм СЗЬ и С4Ь.

Следует отметить, что короткие общие повторы имеются и в других белках, которые, однако, не взаимодействуют с белками комплемента; это рецептор для ИЛ-2, Р2-гликопротеин I и фактор XIII системы свертывания крови.

Структура большинства белков комплемента «мозаичнв»

Молекулярная основа родства белков внутри разных семейств становится яснее благодаря клонированию их генов. По современным представлениям, в ходе эволюции происходила многократная дупликация экзонов и их «перетасовка» между различными генами. Находясь одновременно в составе разных генов, эти дуплицированные сегменты ДНК эволюционировали параллельно и во многих случаях сохранили сходные последовательность и функцию, хотя в ряде случаев активность утрачена или приобретена новая.

Многие белки комплемента представляют собой «мозаику» из продуктов экзонов, относящихся к генам разных суперсемейств. Так, Cis, фермент классического пути, содержит участки аминокислотной последовательности из сериновой эстеразы и рецептора для липопротеинов низкой плотности, а также короткий общий повтор, встречающийся в суперсемействе регуляторных белков комплемента. Точно так же, С6, С7, С8 и С9 — компоненты лизирующего мембрану комплекса — имеют общие свойства с перфорином цитотоксических Т-лимфоцитов и катионным белком эозинофилов.

Активация комплемента - один из главных эффекторных механизмов воспаления

Система комплемента относится к факторам врожденного иммунитета и включает в себя ряд белков, действующих последовательно, т. е. каскадом. в котором каждый фермент катализирует активность следующего. Наиболее важный компонент комплемента — это СЗ, присутствующий в плазме крови в той же концентрации (1—2 мг/мл), что и некоторые иммуноглобулины.

Два главных пути активации комплемента от

ражают особенности его участия в реакциях врожденного и приобретенного иммунитета. Классический путь связан с приобретенным иммунитетом, поскольку белок Clq взаимодействует с антителами, образовавшими комплекс с антигеном. Альтернативный путь активации комплемента относится к механизмам врожденного иммунитета, начинаясь иммунонеспецифическим связыванием СЗЬ с поверхностью микроорганизма.

Активность отдельных компонентов комплемента in vivo можно проиллюстрировать на примерах расстройств, вызванных недостаточностью этих белков (см. гл. 21). У таких больных наблюдается повышенная восприимчивость к рецидивирующим гнойным бактериальным инфекциям, а также к заболеваниям, для которых характерно повышенное образование аутоантител и иммунных комплексов. Эти наблюдения свидетельствуют о необходимости комплемента как для антибактериальной защиты, так и для устранения иммунных комплексов, которые иначе способны вызывать аутоиммунные заболевания и болезни иммунных комплексов (см. гл. 25).

В результате активации комплемента при воспалении происходят:

опсонизация микроорганизмов и иммунных комплексов;

активация лейкоцитов;

лизис клеток-мишеней (рис. 4.7).

Опсонизация Это стимуляция фагоцитоза в результате прикрепления белков комлемента к поверхности мишеней (микробов, иммунных комплексов и др.). Обладая рецепторами к опсонизирующим белкам, фагоцитарные клетки связывают мишени, что вызывает активацию фагоцитов и эндоцитоз или фагоцитоз мишеней.

Активация лейкоцитов Полиморфноядерные гранулоциты и макрофаги обладают специфическими рецепторами к мелким фрагментам белков комплемента, образующимся на поверхности мишеней в результате каскада протеолитических реакций. Диффундируя в окружающую среду, эти фрагменты привлекают фагоциты (направленное движение клеток, или хемотаксис) и, связываясь с ними, вызывают их активацию.

Лизис клеток-мишеней Протеолитический каскад комплемента завершается погружением гидрофобного «зонда» в липидный бислой мембраны

ФагоцитФагоцитОпсонизацияОпсонизацияТри главные функции комплементав воспалительном процессе

Фагоцит

Фагоцит

Опсонизация

Опсонизация

АКТИВАЦИЯ КОМПЛЕМЕНТА

Существует три пути (механизма) активации комплемента: классический, лектиновый и альтернативный. Все они ведут к образованию кон- вертазы, расщепляющей СЗ на СЗа и СЗЬ, — центральный момент любого из каскадов комплемента (рис. 4.2).

Конвертаза классического и лектинового путей представляет собой комбинацию фрагментов С4 и С2 — С4Ь2а, тогда как конвертаза альтернативного пути — это комплекс СЗ с FB — СЗЬВЬ. Фрагмент СЗЬ, который отщепляют от СЗ обе конвертазы, связывается с мембраной мишени и становится фокусом дополнительного образова-

Клетка-мишеньФагоцит

Рис. 4.1

1. Опсонизация («одевание») комплементом микроорганизмов и иммунных комплексов для их распознавания клетками, экспрессирующими рецепторы комплемента. 2. Лизис клеток-мишеней. 3. Активация фагоцитов, включая макрофаги и нейтрофилы.

Сопоставление классического и альтернативногопутей активации комплемента

клетки-мишени и ее последующим осмотическим разрывом и лизисом.

Комплемент способен отличать «свое» от «не-своего» Относясь к факторам врожденного иммунитета, комплемент реализует механизмы, позволяющие отличать «свое» от «не-своего». Ключевой момент этой функции заключается в немедленном связывании СЗЬ со всеми чужеродными объектами, будь то микроорганизмы или иммунные комплексы; поверхность собственных клеток организма защищена особыми молекулами, которые весьма эффективно ограничивают отложение СЗЬ.

Рис. 4.2

Активация комплемента как по классическому, так и по альтернативному пути приводит к появлению СЗ- конвертазы, которая превращает СЗ в СЗЬ, и эта конверсия - центральное событие всего каскада. В свою очередь, СЗЬ активирует цепочку концевых компонентов комплемента (С5-С9), образующих литический комплекс. При активации по классическому пути сначала антиген связывается со специфическими антителами и только затем происходит фиксация СЗ. В альтернативной активации антитела не участвуют. Она начинается ковалентным связыванием СЗЬ с гидроксильными группами на цитоплазматической мембране микробной клетки. Активация по альтернативному пути служит механизмом неспецифического врожденного иммунитета, тогда как классический путь представляет собой связующее звено между врожденным и приобретенным иммунитетом, появившееся в филогенезе сравнительно недавно.

ния СЗЬ — эта ступень каскада получила название петля усиления.

Присоединяя дополнительно молекулу СЗЬ, обе СЗ-конвертазы могут превращаться в конвер- тазу С5, которая функционирует как катализатор на первой ступени каскада, ведущего к образованию лизирующего мембрану комплекса.

Классический путь активации комплемента чаще всего запускается иммунными комплексами

Зависимая от антител активация комплемента развертывается в основном по классическому пути (рис. 4.3); роль первого ферментного комплекса в нем выполняет белок С1.

Активацию инициирует связывание С1 с антителами в составе иммунных комплексов

Ферментный комплекс С1 состоит из 5 молекул — одной Clq, двух С1г и двух Cis; их соединение зависит от Са2+ (рис. 4.4). Первая ступень каскада активации по классическому пути — это связывание антитела не менее чем с двумя из шести сферических доменов молекулы Clq. В этом вы- сокоавидном связывании участвуют Сн2-доме- ны (части Fc-областей) агрегированных молекул IgG в составе комплекса с антигеном. Молекулы Clq могут также связываться СнЗ-доменами не-

агрегированной молекулы IgM, конформация которой изменилась с «плоской» на «сложенную» в результате образования комплекса с антигеном.

Предполагается, что многоточечное связывание сферических доменов Clq с входящими в иммунные комплексы молекулами IgG или IgM ведет к изменению конформации всего комплекса С1, вызывая автокаталитическую самоакти- вацию сначала одной, а затем и другой молекул С1г с превращением их в две молекулы активного фермента С 1г, которые расщепляют обе молекулы Cis с образованием соответственно двух молекул Cis, обладающих активностью сериновой эстеразы.

Лектиновый путь активации комплемента почти идентичен классическому, но запускается независимо от антител

Белок Clq относится к семейству кальций-зави- симых лектинов, названных коллектинами (коллагеновые лектины). В это же семейство белков входят маннан-связывающий лектин (МСЛ), называемый иначе маннан-связывающим белком (МСБ), конглютинин и легочные поверхностноактивные белки А и D. Сывороточный МСЛ может связываться с концевыми маннановыми группами на поверхности клеток бактерий, приобретая за счет этого способность к взаимодейст-

Активаторы комплемента

Иммуноглобулины

Микроорганизмы

вирусы

бактерии

Прочие

прочие

Класси-ческий путь

Комплексы IgM. IqG1 ,lgG2 или lgG3с антигеном

Ретровирусы мыши,вирус везикулярногостоматита

Полианионы, в час ости связанные с катионами, РО43-

Микоплазмы (ДНК, липидА, кардиолипин), 8042" (декстран ульфат, гепарин, хондроитинсульфат)

ГЛектиновыйпутьГЛектиновыйпутьБиополимеры с многочисленными концевыми остатками маннозыБиополимеры с многочисленными концевыми остатками маннозы

Г

Лектиновыйпуть

Г

Лектиновыйпуть

Биополимеры с многочисленными концевыми остатками маннозы

Биополимеры с многочисленными концевыми остатками маннозы

Многие грам- положительныеи грамотрицат льные бактерии

Альтерна-тивный путь

Комплексы IgG, IgA или IgE с антигеном (менее эффективны, чем при активации по классическому пути)

Клетки, инфицирован-Многие грам-Трипаносомы,

ные некоторымиположительные илейшмании,

вирусами (например,грамотрицательныемногие грибы

вирусом Эпштейна-бактерии

Барр)

Декстрансульфат, гетерологичные эритроциты,полисахариды (например, агароза).

Рис. 4.3

В таблице перечислены основные активаторы комплемента по классическому, лектиновому и альтернативному механизмам.

1Субъединица C1q

Коллаген- подобные последовательности (по 80 ами-" нокислотных остатков в каждой цепи) *—

Рецептор к lg

С-концевая глобулярная головка

Тройная спираль (по 200 аминокислотных остатков в каждой цепи)

Структура С1

Рис. 4.4

Каждая субъединица C1q имеет Y-образную форму, при этом обе ветви Y оканчиваются сферическими головками (1). Молекула С1 q образована тремя такими субъединицами, соединенными вместе (2, 3). Субъединица состоит из шести, а целая молекула Clq из 18 полипептидных цепей. Сферические головки субъединиц служат рецепторами для Fc-области IgG и образуют кольцо по периметру молекулы Clq. Пары

молекул С1г и С1з, объединенные в одну структурную единицу (4, 5), располагаются поперек молекулы C1q (6). Каталитические участки С1г и Cis находятся рядом в центре кольца. Взаимное сцепление всех единиц комплекса С1 зависит от Са2+. [3 и 5 по Ross G.D. (см. дополнит, лит.); фото любезно предоставлены д-ром N. Hughes-Jones.]

вию с двумя маннан-связывающими лектин-ас- социированными сериновыми протеиназами, МАСП1 и МАСП2, гомологичными по структуре С1г и Cis. Это взаимодействие подобно взаимодействию ClqcCIrHClsii приводит к независимой от антител активации комплемента по классическому пути.

Кроме того, Clq связывается непосредственно, т. е. без участия антител, с некоторыми микробами, в частности с микоплазмами и рядом ретровирусов (но не ВИЧ).

Под действием С1 происходит расщепление С4 с образованием активированного С4Ь

Белок С4 комплемента содержит внутреннюю тиоэфирную связь, участок расположения которой высокогомологичен тиоэфир-содержашему участку СЗ (см. ниже). При растеплении С4 под действием Cis возникает два фрагмента: С4а. обладающий слабой анафилатоксической активностью, и более крупный (нестабильный, промежуточный), С4Ь*. (Звездочка указывает на нестабильное состояние молекулы, в которой активи-

рован участок связывания.) В течение нескольких миллисекунд С4Ь* подвергается атаке расположенных в непосредственной близости нуклеофильных групп. Большинство молекул С4Ь* гидролизуется с образованием инактивированного 1С4Ь. Однако С4Ь* может образовывать ковалентные связи с амино- или гидроксигруппами молекул клеточной мембраны, превращаясь в связанный на поверхности С4Ь.

Известны два изотипа С4 — С4А и С4В. Их кодируют расположенные тандемно гены главного комплекса гистосовместимости. Активированный С4А взаимодействует преимущественно с аминогруппами, а С4В — с гидроксируппами, образуя соответственно амидные и эфирные связи. Таким образом, С4А связывается в основном с белками, а С4В с углеводами.

В результате присоединения С2 к связанному на клеточной поверхности С4Ь образуется СЗ-конвертаза классического пути

Связанный на клеточной поверхности С4Ь становится, в свою очередь, участком связывания для профермента С2. Связанный С2 служит субстратом для Cis, который расщепляет его с освобождением С2Ь, при этом более крупный фрагмент, С2а, остается присоединенным к С4Ь, в результате чего образуется С4Ь2а — ферментный комплекс, называемый СЗ-конвертазой классического пути.

Образующийся под действием СЗ-конвертазы белок СЗЬ может ковалентно связываться с молекулами клеточной поверхности

Полипептид СЗ относится к белкам с необычными посттрансляционными изменениями структуры. Расположенные на близком расстоянии остатки цистеина и глутамина образуют за счет элиминации аммиака метастабильную внутреннюю тиоэфирную связь. Электрофильная (акцептирующая электроны) карбонильная группа (—С+=0) этого тиоэфира чувствительна к атаке нуклеофильных групп (доноры электронов), в том числе амино- и гидроксигрупп приближающихся белковых и углеводных молекул. Таким образом, СЗ способен ковалентно связываться с этими молекулами (рис. 4.5).

Протеолитическое отщепление СЗа от N-koh- ца ос-цепи СЗ под действием СЗ-конвертазы приводит к конформационному изменению оставшейся части молекулы (т. е. СЗЬ*), делающему внутреннюю тиоэфирную связь весьма неста-

Дестабилизация тиоэфирной связи в молекуле СЗ

Рис. 4.5

а-Цепь молекулы СЗ содержит тиоэфирную связь, образованную остатками цистеина и глутамина. В результате расщепления СЗ на СЗа и СЗЬ* эта связь становится нестабильной и чувствительной к нуклеофильной атаке —ОН- и — МН2-групп (доноров электронов), что позволяет СЗЬ ковалентно связываться с белками и углеводами.

бильной. Она становится новым участком связывания внутри СЗЬ*, способным очень активно взаимодействовать с находящимися вблизи нуклеофильными группами. Как и в случае С4Ь*, большая часть молекул СЗЬ* подвергается гидролизу, однако некоторые молекулы связываются с белками и углеводами, находящимися в непосредственной близости от места активации. Поскольку СЗ-конвертаза обычно образуется на чужеродной поверхности или на иммунных комплексах, СЗЬ накапливается в основном там же. Затем связанный СЗЬ становится фокусом дальнейшей активации комплемента по так называемой петле усиления альтернативного пути (см. ниже) (рис. 4.6).

Активация комплемента по классическому пути тонко регулируется

Существует два механизма регуляции классического пути активации комплемента в жидкой фазе. Первый — это действие С1-ингибитора, т. е. ингибитора сериновых протеиназ (серпина), связывающего и инактивирующего С1г и Cis.

Второй механизм состоит в подавлении образования СЗ-конвертазы классического пути, С4Ь2а. В жидкой фазе так действуют фактор I и

В результате связывания C1q с иммунными комплексами происходит каталитическая самоактивация С1г и активация C1s. Затем С1з расщепляет С4 с освобождением С4а; фрагмент С4Ь* остается при этом на месте и немедленно связывается с расположенными вблизи белками или углеводами. Связавшийся таким образом с клеточной поверхностью С4Ь в свою очередь связывает С2 (в присутствии Мд2+). Затем C1s отщепляет от образовавшегося комплекса С2Ь, при

этом С2а остается связанным. (Напомним, что вопреки общему принципу обозначения фрагментов, С2а - это больший фрагмент. Внесены предложения об изменении номенклатуры и принятии более четкой системы обозначений, однако в этой книге еще использованы данные ранее обозначения.) Комплекс С4Ь2а - это СЗ-конвертаза классического механизма. Здесь и в последующих диаграммах в этой главе все ферментативные реакции обозначены красными стрелками.

Стимуляция диссоциации (ФУД, CR1)Стимуляция диссоциации (ФУД, CR1)Стимуляция катаболизма (CR1.MKB)Стимуляция катаболизма (CR1.MKB)

Стимуляция диссоциации (ФУД, CR1)

Стимуляция диссоциации (ФУД, CR1)

Стимуляция катаболизма (CR1.MKB)

Стимуляция катаболизма (CR1.MKB)

С4-связывающий белок (С4-Ьр), вместе расщепляющие С4Ь. Кроме того, С4-Ьр вызывает диссоциацию С4Ь2а на С2а и С4Ь.

Активация по классическому пути регулируется также путем подавления взаимодействия комплемента с поверхностью клеток хозяина. Ингибирование осуществляют регуляторные белки комплемента: фактор, ускоряющий диссоциацию СЗ-конвертазы (ФУД, CD55), рецепторы комплемента 1 типа (CR1, CD35) и мембранный кофакторный белок (МКБ, CD46). Эти белки действуют следующим образом (j>uc. 4.7):

подавляют связывание С2 с С4Ь (ФУД или CR1);

вызывают и ускоряют диссоциацию С4Ь2а на С2а и С4Ь (ФУД и CR1);

действуют как кофакторы, стимулируя катаболизм С4Ь под действием фактора I (МКБ или CR1).

Существует самопроизвольная активация комплемента по альтернативному пути

«Холостая» альтернативная активация комплемента постоянно поддерживает в плазме крови небольшую концентрацию СЗЬ*

Внутренняя тиоэфирная связь в нативной молекуле СЗ чувствительна к спонтанному гидролизу

Регуляция активности СЗ-конвертаз

Ингибированиеассоциации(ФУД, CR1)

Рис. 4.7

Фактор, ускоряющий диссоциацию СЗ-конвертазы (ФУД), и CR1 ингибируют связывание С2 с С4Ь и вызывают распад уже образовавшегося комплекса С4ЬС2а. Белок CR1 и мембранный кофакторный белок (МКБ) индуцируют расщепление С4Ь под действием фактора I (FI). Эти молекулы регулируют также взаимодействие СЗЬ с фактором В.

Рис. 4.8В результате гидролиза тиоэфирной связи в молекуле нативного СЗ этот компонент превращается в C3i [СЗ(Н2О)], который в присутствии Мд2+ связывается с фактором В. Возникший комплекс в результате расщепления фактора В фактором D превращается в жидкофазную СЗ-конвертазу, которая может уже непосредственно расщеплять нативный СЗ на СЗа и СЗЬ.Рис. 4.8В результате гидролиза тиоэфирной связи в молекуле нативного СЗ этот компонент превращается в C3i [СЗ(Н2О)], который в присутствии Мд2+ связывается с фактором В. Возникший комплекс в результате расщепления фактора В фактором D превращается в жидкофазную СЗ-конвертазу, которая может уже непосредственно расщеплять нативный СЗ на СЗа и СЗЬ.с превращением в активированную форму — C3i. (Эта постоянная, происходящая на низком уровне, самопроизвольная активация СЗ в плазме крови называется «холостой».) Образующийся C3i связывает фактор В с образованием C3iB (рис. 4.8). [Аналогичным образом, С2 связывается с С4Ь (рис. 4.9).] Связанный фактор В расщепляется фактором D с высвобождением Ва. Оставшийся комплекс C3iBb представляет собой жидкофазную СЗ-конвертазу альтернативного пути (рис. 4.8), расщепляющую СЗ на СЗа и СЗЬ. Запуск петли усиления альтернативного пути связанным на поверхности аутологичных клеток СЗЬ предотвращают регуляторные белки комплемента.

Рис. 4.8

В результате гидролиза тиоэфирной связи в молекуле нативного СЗ этот компонент превращается в C3i [СЗ(Н2О)], который в присутствии Мд2+ связывается с фактором В. Возникший комплекс в результате расщепления фактора В фактором D превращается в жидкофазную СЗ-конвертазу, которая может уже непосредственно расщеплять нативный СЗ на СЗа и СЗЬ.

Рис. 4.8

В результате гидролиза тиоэфирной связи в молекуле нативного СЗ этот компонент превращается в C3i [СЗ(Н2О)], который в присутствии Мд2+ связывается с фактором В. Возникший комплекс в результате расщепления фактора В фактором D превращается в жидкофазную СЗ-конвертазу, которая может уже непосредственно расщеплять нативный СЗ на СЗа и СЗЬ.

Поскольку СЗ-конвертаза альтернативного пути действует в жидкой фазе, большая часть образовавшегося в результате ее активности СЗЬ* гидролизуется и инактивируется водой. Однако в случае контакта с чужеродной поверхностью, в частности с мембраной бактериальной клетки, СЗЬ* ковалентно связывается и инициирует действие петли усиления альтернативного пути. Общая схема взаимодействия компонентов комплемента при активации по классическому, лек- тиновому и альтернативному механизмам представлена на рис. 4.9.

На поверхности микробной клетки СЗЬ защищен от протеолиза

Поверхности, интенсивно активирующие комплемент, названы защитными (рис. 4.12), поскольку связанный с ними СЗЬ защищен от протеолиза. Чужеродная поверхность, подобная мембране бактериальной клетки, «защищает» СЗ, поскольку, связавшись с ней, он проявляет более высокую аффинность к фактору В, чем к фактору Н, и образует, вероятно, более стабильную конвер- тазу. Кроме того, на чужеродной поверхности отсутствуют регуляторные белки организма-хозяина, ингибирующие активацию комплемента.

Хотя не совсем ясно, каковы конкретные структурные характеристики, необходимые для того, чтобы поверхность быта защитной, особое значение имеет, по-видимому, ее углеводный состав. Например, присутствие кислых сахаров, в частности сиаловой кислоты, способствует, по- видимому, защите мембраны собственных клеток организма от повышенного отложения СЗЬ.

За первоначальным прикреплением одной молекулы СЗЬ к «защитной» поверхности следует стадия амплификации, в результате которой в том же месте фиксируется много дополнительных молекул СЗЬ. Ключевым моментом для быстрого накопления СЗЬ служит образование мембраносвязанной СЗ-конвертазы.

Аналогичные этапы активации комплемента по классическому,пектиновому и альтернативному механизмам

Рис. 4.9

Как классический,так и альтернативный путь активации комплемента приводит к появлению СЗ- конвертазы: С4Ь2а и СЗЬВЬ соответственно. Классический путь начинается с активации Cis комплексом антиген-антитело и последующего расщепления активированным Cis компонентов С4 и С2. фрагменты меньшего размера, С4а и С2Ь, высвобождаются, а более крупные образуют С4Ь2а. Компоненты С4 и С2 могут быть активированы также МАСП (ман- нан-связывающей лектин-ассоци- ированной сериновой протеиназой) - белком лектинового пути, аналогичным С1в, и МСЛ (сывороточным маннан-связывающим лектином). На первых этапах альтернативного пути возникший в результате «холостой» активации и связавшийся с поверхностью белок СЗЬ соединяется с фактором В, от которого фактор D отщепляет меньший фрагмент - Ва. Больший фрагмент В, т. е. ВЬ, ос-

тается связанным с СЗЬ, образуя СЗЬВЬ - СЗ-конвертазу, которая расщепляет дополнительное количество молекул СЗ (механизм положительной обратной связи). Поверхность, активирующая комплемент (например, микроорганизмов), стабилизирует СЗЬ, обеспечивая его связывание с фактором В. Это способствует даль

нейшей альтернативной активации комплемента. СЗ-конвертазы классического и альтернативного путей могут дополнительно присоединять СЗЬ, образуя ферментные комплексы, называемые С5- конвертазами (С4Ь2аЗЬ и СЗЬВЬЗЬ соответственно), которые активируют следующий компонент системы комплемента - С5.

Рис. 4.10

Фрагмент СЗЬ может образовываться по действием СЗ-конвер- тазы классического (С4Ь2а) или альтернативного (СЗЬВЬ) пути. Образовавшийся СЗЬ связывается с фактором В в Мд2+-зави- симый комплекс (СЗЬВ), на который воздействует фактор D. Последний отшепляет от фактора В фрагмент Ва, и комплекс превращается в СЗ-конвертазу альтернативного пути (СЗЬВЬ), которая в свою очередь, действуя на все новые молекулы СЗ, может дать добавочное количество СЗЬ. Так функционирует механизм положительной обратной связи («петля»), усиливая первоначальную активацию комплемента.

Петля усиления - это механизм положительной обратной связи в активации комплемента по альтернативному пути

Связанный с поверхностью СЗЬ присоединяет фактор В. Образовавшийся СЗЬВ становится субстратом для фактора D — сериновой эстеразы, отщепляющей от фактора В небольшой фрагмент, Ва.Остающийся на поверхности комплекс СЗЬВЬ весьма быстро диссоциирует, если не будет стабилизирован в результате связывания пропердина (Р) с образованием комплекса СЗЬВЬР, представляющего собой связанную с поверхностью СЗ-конвертазу альтернативного пути.

Комплекс СЗЬВЬР расщепляет много все новых молекул СЗ. Поскольку конвертаза локализована на «защитной» поверхности, образующиеся молекулы СЗЬ* будут связываться именно там, а не в каком-либо ином месте (рис. 4.10).

Отметим, что петля усиления функционирует и в том случае, когда СЗЬ фиксируется на поверхности в результате классической (зависимой от антител) активации комплемента.

Активацию комплемента по альтернативному пути, включая петлю усиления, контролируют регуляторные белки

Альтернативная активация в жидкой фазе, когда СЗЬ не связан с поверхностью, жестко регулируется белками, подобными или идентичными тем, которые «сдерживают» классическую активацию

комплемента. Гомологичный С4-связывающему белку фактор Н, ген которого входит в кластер RCA, вызывает диссоциацию ВЬ из его комплексов с C3i или СЗЬ, а также действует в качестве кофактора при катаболизировании C3i и СЗЬ с участием фактора I (j>uc. 4.11).

Регуляция механизма усиления чрезвычайно важна для организма. Если она не функционирует, усиление (как циклический процесс, протекающий по принципу положительной обратной связи) идет до полного расщепления всех молекул СЗ. (Впервые это наблюдали у больного с на-

Рис. 4.11

Фактор I расщепляет СЗЬ в трех участках, высвобождая СЗс и оставляя связанным с поверхностью C4dg - фрагмент a-цепи СЗ. Два первых расщепления, дающие промежуточный продукт, iC3b, стимулирует фактор Н, МКБ или CR1. Расщепление в третьем участке стимулируется CR1.

следственным дефицитом регуляторного фермента — фактора I. В отсутствие фактора I петля усиления действует вплоть до превращения всех молекул СЗ сыворотки больного в СЗЬ.)

На мембранах собственных клеток организма как ФУД, так и CR1 ускоряют диссоциацию комплекса СЗЬВЬ с высвобождением СЗЬ. И CR1, и МКБ действуют как кофакторы расщепления СЗЬ фактором I (см. рис. 4.7). Полностью аналогичным образом ФУД, МКБ и CR1 регулируют активность С4Ь2а (СЗ-конвертазы классического пути), когда она связана с клеточными мембранами.

Таким образом, судьба связанного на поверхности СЗЬ — это наиболее важный этап в том неспецифическом механизме, с помощью которого система комплемента отличает «свое» от «не- своего». Для связанного СЗЬ существуют две возможности.

Усиление: СЗЬ связывает фактор В с образованием конвертазы, которая вызывает фиксацию все новых молекул СЗЬ на той же самой поверхности.

Подавление: СЗЬ расщепляется фактором I при участии одного из трех кофакторов: фактора Н (из плазмы), CR1 или МКБ (связанного на поверхности).

Какая из этих возможностей реализуется, зависит от природы поверхности, связавшей СЗЬ (.рис. 4.12). Присутствие на аутологичной (в частности, клеточной) поверхности собственных молекул, таких как ФУД, CR1 и МКБ, эффективно ограничивает образование СЗ-конвертаз. Напротив, чужеродная поверхность, например мембрана бактериальной клетки, обеспечивает «защиту» для СЗЬ, так как именно на ней фактор В имеет большую аффинность к СЗЬ, чем фактор Н. В результате фиксация всего нескольких молекул СЗЬ приводит к образованию относительно стабильной СЗ-конвертазы альтернативного пути — СЗЬВЬР, ферментного комплекса, который вызывает связывание все новых молекул СЗЬ в том же участке.

Конечная фаза активации комплемента - это образование лизирующего мембрану комплекса

Рис. 4.12Активация комплемента по альтернативному пути зависит от наличия «защитных» поверхностей, т. е. поверхностей, способных защитить связанный с ними СЗЬ от протеолиза. С фиксированным на такой компле- мент-активирующей поверхности СЗЬ связывается фактор В; образующаяся в результате СЗ- конвертаза альтернативного пути (СЗЬВЬ) инициирует действие петли усиления. В отличие от этого на поверхности собственных клеток и тканей организма СЗЬ предпочтительно связывает фактор Н и инактивируется фактором I. Следовательно, от связывания фактора В или К зависит развитие реакций альтернативного пути. Кроме того, на мембране собственных клеток присутствует несколько регуляторных белков, подавляющих активацию комплемента (см. рис. 4.7 и 4.14).Рис. 4.12Активация комплемента по альтернативному пути зависит от наличия «защитных» поверхностей, т. е. поверхностей, способных защитить связанный с ними СЗЬ от протеолиза. С фиксированным на такой компле- мент-активирующей поверхности СЗЬ связывается фактор В; образующаяся в результате СЗ- конвертаза альтернативного пути (СЗЬВЬ) инициирует действие петли усиления. В отличие от этого на поверхности собственных клеток и тканей организма СЗЬ предпочтительно связывает фактор Н и инактивируется фактором I. Следовательно, от связывания фактора В или К зависит развитие реакций альтернативного пути. Кроме того, на мембране собственных клеток присутствует несколько регуляторных белков, подавляющих активацию комплемента (см. рис. 4.7 и 4.14).Каскад реакций активации комплемента завершается образованием литического комплекса (лизирующий, или атакующий, мембрану комплекс, ЛМК) в результате ферментативного расщепления С5 — белка, гомологичного СЗ и С4, но не содержащего внутренней тиоэфирной связи.

Рис. 4.12

Активация комплемента по альтернативному пути зависит от наличия «защитных» поверхностей, т. е. поверхностей, способных защитить связанный с ними СЗЬ от протеолиза. С фиксированным на такой компле- мент-активирующей поверхности СЗЬ связывается фактор В; образующаяся в результате СЗ- конвертаза альтернативного пути (СЗЬВЬ) инициирует действие петли усиления. В отличие от этого на поверхности собственных клеток и тканей организма СЗЬ предпочтительно связывает фактор Н и инактивируется фактором I. Следовательно, от связывания фактора В или К зависит развитие реакций альтернативного пути. Кроме того, на мембране собственных клеток присутствует несколько регуляторных белков, подавляющих активацию комплемента (см. рис. 4.7 и 4.14).

Рис. 4.12

Активация комплемента по альтернативному пути зависит от наличия «защитных» поверхностей, т. е. поверхностей, способных защитить связанный с ними СЗЬ от протеолиза. С фиксированным на такой компле- мент-активирующей поверхности СЗЬ связывается фактор В; образующаяся в результате СЗ- конвертаза альтернативного пути (СЗЬВЬ) инициирует действие петли усиления. В отличие от этого на поверхности собственных клеток и тканей организма СЗЬ предпочтительно связывает фактор Н и инактивируется фактором I. Следовательно, от связывания фактора В или К зависит развитие реакций альтернативного пути. Кроме того, на мембране собственных клеток присутствует несколько регуляторных белков, подавляющих активацию комплемента (см. рис. 4.7 и 4.14).

Прежде чем подвергнуться расщеплению С5- конвертазой. С5 избирательно связывается с СЗЬ в ее составе. С5-конвертаза классического пути — это трехмолекулярный комплекс, С4Ь2аЗЬ, в котором СЗЬ, ковалентно присоединенный к С4Ь, обладает более высокой константой связывания с С5, чем СЗЬ, связанный с другими молекулами клеточной поверхности. С5-конвертаза альтернативного пути представляет собой также трехмолекулярный комплекс — СЗЬВЬЗЬ, в котором один СЗЬ ковалентно связан с другим. При расщеплении С5 высвобождается небольшой пептидный фрагмент С5а — высокоактивный анафи- латоксин.

Лизирующий мембрану комплекс образуется путем неферментативной сборки С5Ь-9

Рис. 4.131. Компонент С5Ь связывает С6 и С7 с образованием гидрофобного комплекса С5Ь67, особый участок которого фиксируется на плазматической мембране вблизи локуса активации комплемента. Затем к комплексу присоединяется С8, который проникает через мембрану. После этого в нее встраивается и полимеризуется ряд молекул С9, завершая образование лизирующего мембрану комплекса (ЛМК). 2 и 3. Электронные микрофотографии лизирующего мембрану комплекса. Похожий на воронку канал (3) в лецитиновой липосомной мембране, возникший в результате встраивания в нее комплекса С5Ь-9 человека, х 234 000. (Фото любезно предоставлены проф. J. Tranum-Jensen и д-ром S. Bhakdi.)Рис. 4.131. Компонент С5Ь связывает С6 и С7 с образованием гидрофобного комплекса С5Ь67, особый участок которого фиксируется на плазматической мембране вблизи локуса активации комплемента. Затем к комплексу присоединяется С8, который проникает через мембрану. После этого в нее встраивается и полимеризуется ряд молекул С9, завершая образование лизирующего мембрану комплекса (ЛМК). 2 и 3. Электронные микрофотографии лизирующего мембрану комплекса. Похожий на воронку канал (3) в лецитиновой липосомной мембране, возникший в результате встраивания в нее комплекса С5Ь-9 человека, х 234 000. (Фото любезно предоставлены проф. J. Tranum-Jensen и д-ром S. Bhakdi.)Формирование лизирующего мембрану комплексаФормирование лизирующего мембрану комплексаПоследующее формирование ЛМК происходит без участия ферментов. Компонент С5Ь связывается с С6 с образованием С5Ь6, который взаимодействует с С7, образуя комплекс С5Ь67 (.рис. 4.13). В результате связывания С7 гидрофильный С5Ь6 превращается в гидрофобный комплекс С5Ь67, способный преимущественно встраиваться в липидный бислой. К этому комплексу присоединяется С8 и затем последовательно до 14 мономеров С9. В результате формируется литический «зонд», или порообразующая молекула, первые электронные микрофотографии которой

Рис. 4.13

1. Компонент С5Ь связывает С6 и С7 с образованием гидрофобного комплекса С5Ь67, особый участок которого фиксируется на плазматической мембране вблизи локуса активации комплемента. Затем к комплексу присоединяется С8, который проникает через мембрану. После этого в нее встраивается и полимеризуется ряд молекул С9, завершая образование лизирующего мембрану комплекса (ЛМК). 2 и 3. Электронные микрофотографии лизирующего мембрану комплекса. Похожий на воронку канал (3) в лецитиновой липосомной мембране, возникший в результате встраивания в нее комплекса С5Ь-9 человека, х 234 000. (Фото любезно предоставлены проф. J. Tranum-Jensen и д-ром S. Bhakdi.)

Рис. 4.13

1. Компонент С5Ь связывает С6 и С7 с образованием гидрофобного комплекса С5Ь67, особый участок которого фиксируется на плазматической мембране вблизи локуса активации комплемента. Затем к комплексу присоединяется С8, который проникает через мембрану. После этого в нее встраивается и полимеризуется ряд молекул С9, завершая образование лизирующего мембрану комплекса (ЛМК). 2 и 3. Электронные микрофотографии лизирующего мембрану комплекса. Похожий на воронку канал (3) в лецитиновой липосомной мембране, возникший в результате встраивания в нее комплекса С5Ь-9 человека, х 234 000. (Фото любезно предоставлены проф. J. Tranum-Jensen и д-ром S. Bhakdi.)

Формирование лизирующего мембрану комплекса

Формирование лизирующего мембрану комплекса

получили Хамфри и Дурмашкин (рис. 4.13). Хотя после присоединения С8 к С5Ь67 комплекс уже проявляет незначительную литическую активность, полное ее развитие зависит от полимеризованного С9. (Отметим, что комплекс С5Ь6789 обычно обозначают аббревиатурой С5Ь—9; подобным же образом могут обозначаться и предшествующие продукты сборки, например, С5Ь—8.)

Полимеризация гидрофобных молекул для образования пор в мембране — это обычный механизм клеточной цитотоксичности. Т-лимфоциты поражают клетки-мишени, погружая в их мембрану порообразуюшие молекулы, названные перфоринами (см. гл. 9). Перфорины структурно гомологичны С9; подобные же молекулы найдены в гранулах эозинофилов (катионные белки эозинофилов). Некоторые бактериальные токсины, например стрептолизин О, также представляют собой порообразуюшие молекулы.

Образование лизирующего мембрану комплекса регулируется для сдерживания «реактивного лизиса»

Сформированный гидрофобный комплекс С5Ь67 способен самопроизвольно внедряться в мембраны других клеток, расположенных вблизи от клеточной поверхности, где происходит первичная активация комплемента. Этот процесс «реактивного лизиса» в отсутствие регуляции способен принести вред собственным тканям организма.

Комплекс С5Ь67 может быть инактиаироаан а жидкой фазе

Ряд белков может угнетать «реактивный лизис» путем связывания с С5Ь67 в жидкой фазе, прежде чем произойдет его фиксация на мембранах собственных клеток организма. Из таких белков в плазме крови в наибольшей концентрации содержится S-белок, или витронектин. Образуемый им комплекс SC5667 лишен способности внедряться в двойной липидный слой; такая способность отсутствует также и у комплекса С5Ь678, поскольку он связывается с липопротеинами низкой плотности (ЛПНП). если присоединение С8 к С5Ь67 происходит в жидкой фазе.

Мембрана клеток организма-хозяина содержит белки, защищающие ее от лизиса под действием ЛМК Эритроциты, как в свое время было установлено, легко лизируются гетерологичным комплементом и труднее — гомологичным. Основа такой ви-

CD59 подавляет связывание С9 с С5Ь-8

Рис. 4.14

Белок CD59, связываясь с С8 в составе комплекса С5Ь-8, блокирует присоединение С9 и тем самым - формирование ЛМК.

довой рестрикции стала понятной после открытия особых мембранных белков, которые защищают клетки собственного организма от лизиса под действием ЛМК. Два таких белка уже подробно изучены.

Первый из них — это CD59, заякоренный гли- кофосфолипидной «ножкой» в мембранах многих клеток белок. Он связывается с С8 в составе комплекса С5Ь—8 и подавляет погружение и развертывание С9 в клеточной мембране (рис. 4.14).

Второй белок — фактор гомологичной рестрикции (ФГР), проявляющий ту же активность, что и CD59, но при этом более слабый ингибитор внедрения в мембрану С9. ФГР (мол. масса 65 кДа) также связан с мембраной гликофосфолипидом; его аминокислотная последовательность пока не установлена.

Примечательно, что клетки, имеющие ядро, в частности клетки собственной иммунной системы организма, более эритроцитов устойчивы к комплемент-зависимому лизису благодаря способности активно удалять ЛМК путем эндоцито- за и экзоцитоза тех фрагментов мембраны, в которые он проник.

РЕЦЕПТОРЫ КОМПЛЕМЕНТА

Многие образующиеся в процессе активации фрагменты белков комплемента взаимодействуют со специфическими рецепторами на поверх-

ности клеток иммунной системы. Благодаря этому реализуются физиологические эффекты комплемента, в том числе фагоцитоз опсонизированных им частиц и активация обладающих такими рецепторами клеток.

Известно четыре типа рецепторов, ковалентно связывающих фрагменты СЗ

Три субкомпонента СЗ (иногда называемых опсонизирующими фрагментами) — СЗЬ, iC3b и C3dg — связываются с мембранами клеток-мишеней. Для них на поверхности клеток имеется четыре типа рецепторов, названных рецепторами комплемента 1, 2, 3 и 4 типов (CR1, CR2, CR3 и CR4); их клеточное распределение и лиганды представлены на рис. 4.15.

CR1 в качестве рецептора для СЗЬ и iC3b физиологически многофункционален

Первой реакцией, классифицированной как комплемент-зависимое клеточное связывание, был феномен, названный позже иммуноадгези-

Клеточные рецепторы для фрагментов СЗ

Рецептор

Лиганды

Распределение по клеткам

CR1 (CD35)

C3b>iC3b

С4Ь

В-клетки, нейтрофилы, моноциты, макрофаги, эритроциты, фолликулярные дендритные клетки, эпителий почечных клубочков

CR2 (CD21)

iC3b, C3dg, вирус Эпштейна- Барр, а-интерферон

В-клетки, фолликулярные дендритные клетки, эпителий шейки матки и носоглотки

(CD18/CD11b)

iC3b, зимозан, некоторые бактерии, фибриноген, фактор X, ICAM-1

Моноциты, макрофаги, нейтрофилы, НК-клетки, фолликулярные дендритные клетки

CR4 (р150-95) (CD16/CD11C)

iC3b, фибриноген

Нейтрофилы, моноциты, тканевые макрофаги

Рис. 4.15

Клеточные рецепторы для фрагментов СЗ. Рецептор CR1 связывает СЗЬ прочнее, чем iC3b. Эти рецепторы позволяют клеткам поглощать частицы или иммунные комплексы, предварительно связавшиеся с соответствующим фрагментом СЗ.

Опсонизацияи фагоцитоз

Рис. 4.16

Этапы поглощения частицы на примере микробной клетки, опсонизированной СЗЬ или С4Ь.

ей. В этой реакции трипаносомы или другие микробы, опсонизированные антителами и комплементом, прилипают к тромбоцитам грызунов или к эритроцитам приматов.

Иммуноадгезия происходит при участии CR1 (называемого также рецептором иммуноадгезии, рецептором СЗЬ/С4Ь или CD35). Предполагает-

ся, что он предназначен для выполнения следующих четырех физиологических функций:

участие в эндоцитозе или фагоцитозе в качестве рецептора (к опсонизирующим фрагментам СЗ) на нейтрофилах, моноцитах и макрофагах, примированных (подготовленных) соответствующим образом (рис. 4.16);

участие в качестве кофактора в расщеплении СЗЬ и iC3b фактором I до СЗс и C3dg; при расщеплении СЗЬ до iC3b фактор Н как кофактор, видимо, важнее CR1, но последний, вероятно, служит единственным кофактором дальнейшего расщепления iC3b и в этой своей роли защищает собственные клетки организма от лизиса комплементом;

«вылавливание» из плазмы опсонизированных комплементом иммунных комплексов или бактерий и доставка их к фиксированным моно- нуклеарным фагоцитам (рис. 4.17); для выполнения этой функции CR1 экспрессирован на эритроцитах или тромбоцитах (в зависимости от вида);

участие в качестве рецептора вместе с CR2 в активации комплементом В-лимфоцитов.

Рецептор CR2 участвует в активации В-лимфоцитов, а также связывает вирус Эпштейна-Барр

Рецептор CR2 (CD21), экспрессируемый В-лим- фоцитами, фолликулярными ветвистыми (денд-

Рис. 4.17

Иммуноадгезия. На этой микрофотографии видны опсонизированные антителами и комплементом бактерии (окраска флуоресцеином) на поверхности эритроцитов человека. Адгезия обусловлена связыванием фиксированных на бактериях СЗЬ, iC3b и С4Ь с эритроцитарным CR1. (Фото любезно предоставлено проф. G.D. Ross.)

ритными) клетками и эпителиальными клетками определенного типа, связывает iC3b, C3dg, ИФа и вирус Эпштейна—Барр (ВЭБ). На В-клетках CR2, по-видимому, функционирует как вспомогательный рецептор при специфическом иммунном ответе. Связывание с ним iC3b или C3dg снижает порог сигнала для активации В-клеток, происходящей в результате связывания антигена с их антигенспецифичными рецепторами (мембраносвязанные антитела). Иммунные комплексы, в которых антитела и субкомпоненты комплемента образуют перекрестные связи с антигеном, гораздо эффективнее активируют В-клетки, чем сам по себе антиген.

Главная физиологическая активность CR2, связанная с цитопатологией, состоит в том, что он служит рецептором для ВЭБ. Распределение вируса по тканям in vivo соответствует локализации клеток, несущих CR2; вероятно, ВЭБ проникает в клетки, связываясь с CR2 без участия комплемента.

CR3 и CR4 относятся к суперсемейству лейкоцитарных р2-интегринов - молекул межклеточной адгезии Лейкоцитарные интегрины — это гетеродимеры, образованные обшей P-цепью (CD 18) и одной из трех различных a-цепей (CDlla, CDllb или CDllc). Интегрин CD18/1 la известен как LFA-1 — функциональный лимфоцитарный антиген 1 ти

па; интегрин CD18/11b называют также CR3, а CD18/11с — CR4 (он известен и как р 150, 95).

Интегрины, к которым относятся три указанные молекулы, образуют суперсемейство структурно родственных, локализованных на клеточной поверхности рецепторов и молекул адгезии. В него входят, например, рецепторы к фибронектину и витронектину (S-белку), а также тромбоцитарный рецептор для фибриногена. Связывание этих рецепторов с их лигандами зависит от кальция.

CR3 (CD18/11b) — присутствует на клетках миелоидного ряда и служит важным рецептором и молекулой межклеточной адгезии. Этот белок опосредует фагоцитоз частиц, опсонизированных iC3b, и функционирует, кроме того, как лектин, способный связывать некоторые углеводы. Ряд видов дрожжей, включая Saccharomyces cerevisiae, непосредственно связывается с CR3 без участия комплемента, как и другие микробы, например Staphdococcus epidermidis и Histoplasma capsulatum. Другими лигандами для CR3 служат фибриноген, гемокоагуляционный фактор X и молекула межклеточной адгезии 1.

CR4(p150-95, CD18/11c) — наименее изученный рецептор данной группы. Установлено, однако, что в присутствии Са2+ он связывает iC3b. Кроме того, известно, что этот интегрин связывается с фибриногеном и участвует в прилипании моноцитов и нейтрофилов к эндотелию. Он присутствует на клетках как миелоидного, так и лимфоидного ряда и обильно экспрессирован на поверхности тканевых макрофагов, где функционирует, по-видимому, как необходимый рецептор для частиц, опсонизированных iC3b.

Клеточные рецепторы для субкомпонентов СЗа и С5а относятся к родопсиновому суперсемейству рецепторов, связывающих G-белок

Мелкие фрагменты белков комплемента. СЗа и С5а, называемые анафилатоксинами, способны запускать дегрануляцию тучных клеток. Они действуют, связываясь со специфическими рецепторами, которые имеются на всех клетках миелоидного ряда (нейтрофилах, эозинофилах, базофилах и тучных клетках, моноцитах и макрофагах).

Рецепторы к СЗа и С5а входят в родопсиновое суперсемейство рецепторов, связывающих G-

белки. Для этих рецепторов характерна извитая структура с семью гидрофобными трансмембранными доменами, гомологичная структуре некоторых рецепторов, опосредующих хемотаксические сигналы, в том числе N-формилметионино- вого рецептора (f-met-leu-phe), связывающего бактериальные пептиды, и рецепторов для хемо- кинов — ИЛ-8 и RANTES L

Связанный с рецептором С5а подвергается поглощению клеткой и расщеплению на неактивные пептидные фрагменты; в этом состоит важный механизм регуляции и ограничения активности анафилатоксина.

Другие рецепторы комплемента связываются с коллектинами

Среди клеточных рецепторов идентифицирован мембранный белок с мол. массой 70 кДа, связывающий коллагеноподобную часть молекулы Clq (рис. 4.4) и другие молекулы из семейства колле- ктинов, например маннан-связывающий лектин (МСЛ). Этот рецептор обнаружен на полиморфноядерных гранулоцитах, моноцитах, макрофагах, В-клетках, тромбоцитах и эндотелии. Его физиологическая функция неясна, но, по всей вероятности, он может способствовать поглощению иммунных комплексов, опсонизированных Clq, или бактерий, нагруженных МСЛ.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ КОМПЛЕМЕНТА

Биологические активности системы комплемента можно подразделить на полезные для организма-хозяина и вредные.

Основные полезные эффекты комплемента:

содействие в уничтожении микроорганизмов;

интенсивное удаление иммунных комплексов;

индукция и усиление гуморального иммунного ответа.

Система комплемента может вызывать повреждение клеток и тканей собственного организма в следующих случаях:

если происходит ее генерализованная массированная активация, например при септицемии, вызванной грамотрицательными бактериями;

RANTES — Regulated on Activation, Normal T-cell Expressed and Secreted — хемокин, выделяемый неимунными Т-клетками при активации; мол. масса 7,8—8,7 кДа; хемоаттрактант для моноцитов и Т- клеток фенотипа CD4+/CD45RO+. — Прим, перев.

если ее активация происходит в очаге тканевого некроза, в частности при инфаркте миокарда;

если активация происходит при аутоиммунной реакции в тканях.

Комплемент способствует уничтожению микроорганизмов

Усиление ликвидации микробов достигается несколькими путями, включая:

образование анафилатоксинов, которые повышают проницаемость стенок сосудов, облегчая тем самым поступление в очаг инфекции других защитных факторов воспалительной реакции;

опсонизация микробов для усиления фагоцитоза;

внедрение лизирующего мембрану комплекса в мембрану микробных клеток.

Анафилатоксины - сильные индукторы воспаления

Активация системы комплемента приводит к образованию анафилатоксинов СЗа и С5а, физиологическая роль которых состоит в привлечении клеток воспалительного экссудата в очаг воспаления, а также в активации их эффекторных механизмов.

Системное введение С5а или генерализованная внутрисосудистая активация комплемента (например, при сепсисе, вызванном грамотрицательными бактериями), может привести к сердечно-сосудистому коллапсу и бронхоспазму — т. е. к состоянию, напоминающему анафилаксию (отсюда название анафилатоксины).

Активности Оба С5а служит сильным активатором всех типов клеток миелоидного ряда (рис. 4.18). Этот анафилатоксин вызывает хемокинез и хемотаксис нейтрофилов, их дегрануляцию, а также вспышку клеточного дыхания с образованием кислородных радикалов. Кроме того, С5а вызывает метаболизирование арахидоновой кислоты, входящей в состав мембран, с образованием простагландинов и эйкозаноидов. При этом возрастает также поверхностная экспрессия молекул межклеточной адгезии, что способствует прилипанию клеток к сосудистому эндотелию (рис. 4.18). У моноцитов и макрофагов С5а вызывает аналогичные реакции и, кроме того, секрецию ИЛ-1 и ИЛ-6, а у базофилов и тучных клеток — дегрануляцию с высвобождением гистамина и других вазоактивных медиаторов.

Биологические эффекты С5а и С5а-минус-АгдБиологические эффекты С5а и С5а-минус-АгдРис. 4.18Анафилатоксин С5а вызывает 1) активацию нейтрофилов, 2) повышенную экспрессию ими молекул межклеточной адгезии, 3) эмиграцию нейтрофилов и хемотаксис, 4) активацию моноцитов и 5) дегрануляцию тучных клеток, в результате которой происходит сокращение гладкой мускулатуры и повышение проницаемости сосудов.Рис. 4.18Анафилатоксин С5а вызывает 1) активацию нейтрофилов, 2) повышенную экспрессию ими молекул межклеточной адгезии, 3) эмиграцию нейтрофилов и хемотаксис, 4) активацию моноцитов и 5) дегрануляцию тучных клеток, в результате которой происходит сокращение гладкой мускулатуры и повышение проницаемости сосудов.Активируя эти клетки, С5а опосредованно влияет на кровеносные сосуды, повышая их проницаемость, и на гладкую мускулатуру, вызывая ее сокращение. Кроме того, С5а может действовать синергично с другими медиаторами воспаления, например, вместе с ИФу или эндотоксином стимулировать секрецию ИЛ-1 моноцитами.

Биологические эффекты С5а и С5а-минус-Агд

Биологические эффекты С5а и С5а-минус-Агд

Рис. 4.18

Анафилатоксин С5а вызывает 1) активацию нейтрофилов, 2) повышенную экспрессию ими молекул межклеточной адгезии, 3) эмиграцию нейтрофилов и хемотаксис, 4) активацию моноцитов и 5) дегрануляцию тучных клеток, в результате которой происходит сокращение гладкой мускулатуры и повышение проницаемости сосудов.

Рис. 4.18

Анафилатоксин С5а вызывает 1) активацию нейтрофилов, 2) повышенную экспрессию ими молекул межклеточной адгезии, 3) эмиграцию нейтрофилов и хемотаксис, 4) активацию моноцитов и 5) дегрануляцию тучных клеток, в результате которой происходит сокращение гладкой мускулатуры и повышение проницаемости сосудов.

Время полужизни С5а Присутствие С5а в кровотоке весьма кратковременно, как и следует ожидать для столь мощного медиатора воспаления. Содержащийся в крови фермент карбоксипептидаза N отщепляет от С5а С-концевой остаток аргинина, в результате чего все биологические активности этого эффектора, за исключением хемотаксической, существенно ослабевают. Затем происходит связывание его рецептором для С5а, интернализация и быстрое внутриклеточное расщепление протеазами на неактивные фрагменты.

Активность СЗа По сравнению с С5а этот субкомпонент комплемента обладает гораздо меньшей активностью и связывается с иным клеточным рецептором. Он вызывает слабую агрегацию нейтрофилов и вспышку клеточного дыхания, но в противоположность С5а не обладает хемотаксической активностью.

Отметим, что образование анафилатоксинов происходит в результате активации не только комплемента, но и других ферментных систем, которые непосредственно расщепляют СЗ, С4 и С5. К таким ферментам относятся плазмин, ка- ликреин, тканевые и лейкоцитарные (лизосом- ные) протеазы (в частности, эластаза нейтрофилов), а также протеолитические ферменты микробного происхождения, например гингипаин-1 из бактерии Porphyromonas gingivalis, которая встречается при патологии периодонта.

Фиксированные СЗЬ и С4Ь действуют как опсонины, усиливая фагоцитоз

Ковалентно связываясь с поверхностью бактерий и иммунными комплексами, СЗЬ и С4Ь делают их лигандами для рецепторов комплемента на фагоцитарных клетках. Тем самым они обеспечивают очистку крови от бактерий и иммунных комплексов. Связывание СЗЬ и С4Ь с рецепторами комплемента на поверхности нейтрофилов, моноцитов и макрофагов может вызывать, кроме стимуляции фагоцитоза, экзоцитоз гранул, содержащих протеолитические ферменты, и образование свободных кислородных радикалов в результате вспышки клеточного дыхания (j)uc. 4.19).

Роль СЗ в уничтожении бактерий

Рис. 4.19

Компонент СЗ, связанный с бактериальной клеткой в виде СЗЬ или iC3b, 1) взаимодействует с CR1 эритроцитов, на которых бактерии транспортируются кровотоком, 2) служит «причалом» для лизирующего мембрану комплекса на поверхности бактериальных клеток, 3) «сшивает» рецепторы комплемента на фагоцитах, 4) активирует фагоциты, стимулируя фагоцитоз, вспышку клеточного дыхания и бактерицидную активность.

Недостаточность комплемента ассоциирована с подверженностью инфекционным заболеваниям Физиологическая роль комплемента в опсонизации и бактериолизе становится совершенно ясной, если проанализировать две формы его наследственной недостаточности. Недостаточность компонентов классического пути и СЗ и недостаточность семейства рецепторов CR3/CR4/LFA-1 ассоциированы с частым возникновением инфекций, вызываемых гноеродными бактериями. Тот факт, что дефицит опсонинов либо рецепторов приводит к одинаковым последствиям, убедительно свидетельствует о важной роли комплемента в уничтожении этих бактерий путем фагоцитоза и внутриклеточного разрушения.

В отличие от этого недостаточность компонентов ЛМК ассоциирована почти исключительно с повышенной восприимчивостью к заражению Neisseria meningitidis. Можно предполагать, что устойчивость организма в отношении этой бактерии, которая способна выживать внутри фагоцитов, основана на комплемент-зависимом бактериолизе в плазме крови.

Менее важен, по-видимому, комплемент для противовирусной зашиты, в которой решающая роль принадлежит Т-клеткам. Недостаточность комплемента обычно не сопровождается повышенной восприимчивостью к вирусным инфекциям.

Лизирующий мембрану комплекс принимает также участие в воспалительной реакции

Согласно традиционному представлению, ЛМК уничтожает любую клетку, образуя поры в мембране и вызывая ее лизис. Однако не так давно было установлено, что содержащие ядро клетки, например клетки иммунной системы организма, относительно устойчивы к литическому действию ЛМК; отчасти это обусловлено присутствием на мембране регуляторных молекул типа CD59, но, кроме того, и способностью этих клеток устранять путем эндоцитоза или экзоцитоза те участки своей плазматической мембраны, в которые проник ЛМК. Даже в случае сублетального воздействия ЛМК вызванное им изменение структуры мембранного бислоя может стимулировать клетки иммунной системы (в зависимости от их тканевого происхождения) к высвобождению и метаболизированию арахидоновой кислоты, усилению окислительного метаболизма, дегрануляции или секреции цитокинов. Эти реакции, возможно, важны для усиления воспаления в участках активации комплемента.

Патогенные микроорганизмы противодействуют эффектам комплемента

Взаимодействие между системой комплемента и микробами можно рассматривать как фактор продолжающейся эволюционной межвидовой борьбы. По мере развития системы комплемента, вероятно под давлением отбора, связанного главным образом с инфекционными заболеваниями, у микробов в свою очередь появились механизмы выхода из-под удара комплемента и даже «использования» этой системы для развития инфекции. Фактически, патогенные микробы патоген-

ны именно благодаря своей способности обходить в известной мере механизмы зашиты организма от инфекции.

Грамотрицательные бактерии экспонируют связывающие СЗЬ и ЛМК структуры, на которых бактериолитическая активность комплемента лишена эффективности

Наружный слой клеточной стенки большинства грамотрицательных бактерий содержит липополисахарид (Л ПС) с длинными О-специфически- ми боковыми полисахаридными цепями, выступающими из мембраны наружу. Они эффективно активируют комплемент, но локализуют ковалентное связывание СЗ и фиксацию ЛМК на таком удалении от цитоплазматической мембраны бактериальной клетки, при котором опсонизация и лизис невозможны. В подобных случаях в качестве фактора приобретенного иммунитета могут функционировать только бактерицидные антитела. Они активируют комплемент в непосредственной близости к тем участкам бактериальной поверхности, где его опсонизирующий и литический эффекты могут реализоваться.

Некоторые бактерии имеют наружный покров, устойчивый к опсонизации

Ряд микроорганизмов устойчив к действию комплемента за счет присутствия на их поверхности молекул, препятствующих альтернативной активации комплемента и усилению фиксации СЗ. Например, штаммы патогенных грамположи- тельных бактерий отличаются от своих непатогенных аналогов наличием богатой сиаловыми кислотами капсулы, на которой СЗЬ связывает фактор Н, а не фактор В, в результате чего подвергается расщеплению.

Микробы могут экспрессировать молекулы, подавляющие активацию комплемента

Другая стратегия обхода микробами действия комплемента — это экспрессия ингибиторов, подобных тем, которыми обладает организм-хозяин. Известны присутствующие на поверхности бактериальных клеток молекулы с Ес-рецептор- ными свойствами, например стафилококковый белок А и Fc-рецептор, имеющийся у многих герпесвирусов. Недавно обнаружена также экспрессия рецептора (гликопротеин-С) для комплемента вирусом простого герпеса. Грибы Candida albicans экспрессируют молекулы, подобные CR2 и CR3 и имеющие даже антигенное сходство с CR3

человека. Все эти молекулы способны защитить микроорганизмы от обычных последствий связывания антител и комплемента. Так, IgG или СЗ, связавшись с рецепторами на поверхности микробов, могут утратить способность к взаимодействию с Fc-рецепторами на фагоцитарных клетках. Еще один стратегический путь заключается в экспрессии регуляторных молекул, подавляющих активацию комплемента. Так, например, трипаносомы образуют ФУД- и СО59-подобные молекулы, тогда как шистосомы просто адсорбируют ФУД организма-хозяина, достигая той же цели.

Некоторые вирусы используют систему комплемента для усиления своего патогенного действия

Наиболее важная стадия в патогенезе вирусных инфекций — это проникновение возбудителя в клетки организма-хозяина. Как установлено, некоторые вирусы используют связанные с клеточными мембранами компоненты комплемента в качестве рецепторов для усиления проникновения в клетку. Так, вирус Эпштейна—Барр использует CR2, вирус кори — мембранный кофакторный белок (МКБ, CD46), а ряд эховирусов — фактор, ускоряющий диссоциацию СЗ-конверта- зы (ФУД, CD55).

Проникновению ряда других вирусов в клетки может способствовать их связывание с антителами и СЗЬ в жидкой фазе. В частности, в результате взаимодействия с антителами усиливается поглощение клетками флавивирусов (в том числе вируса денге) при участии макрофагальных Ес- рецепторов, а связывание СЗ с вирусными частицами способствует поглощению вируса Западного Нила (также флавивируса) при участии CR3.

Комплементу принадлежит важная вспомогательная роль в индукции иммунного ответа

Система комплемента облегчает контакт и взаимодействие антигенпрезентирующих клеток и В- клеток с антигеном (рис. 4.20). Например, от комплемента зависит необходимая для формирования В-клеток памяти локализация иммунных комплексов в центрах размножения внутри лимфоузлов.

На В-клетках и АПК выявлены следующие рецепторы комплемента:

В-клетки: CR1, связывающий СЗЬ и iC3b, а также CR2, связывающий iC3b и C3dg;

моноциты и макрофаги: CR1 и CR3;

фолликулярные дендритные клетки (единственный тип клеток, обладающий всеми тремя рецепторами): CR1, CR2 и CR3.

Лица с наследственным дефицитом СЗ страдают лишь умеренным нарушением продукции антител. Однако у морских свинок, дефицитных по С2, СЗ или С4, наблюдается заметное угнетение первичного и вторичного иммунных ответов на малые дозы Т-зависимых антигенов. Эти факты свидетельствуют о вспомогательной (но не решающей) роли комплемента в эффективной индукции образования антител.

Комплемент участвует в процессинге иммунных комплексов

В 1940-х гг. Гейдельбергером было установлено, что комплемент препятствует формированию решетчатой структуры преципитирующих комплексов антиген—антитела. На структуру и размеры иммунных комплексов влияют многие факторы, включая следующие:

концентрация реагентов (антител и антигена);

аффинность антител к гомологичному антигену;

валентность как антител, так и антигена (чем выше валентность, тем крупнее образующиеся комплексы).

Активация комплемента по классическому пути подавляет образование преципитатов иммунных комплексов в плазме крови. Подобным же образом, активация по альтернативному пути может вызвать растворение иммунных комплексов, уже образовавших преципитаты в плазме, а также в тканях. Растворение происходит в результате ковалентного включения СЗ в решетчатую структуру иммунного преципитата: СЗ разрушает связь антител с эпитопами антигена, ограничивая тем самым возможность образования крупных агрегатов (см. гл. 25).

Активация комплемента иммунными комплексами в норме физиологически полезна, так как связанные с СЗ комплексы эффективно удаляются из тканей и кровотока моноцитами и прочими фагоцитарными клетками (рис. 4.20). Однако в некоторых случаях интенсивное образование иммунных комплексов продолжается хронически, и тогда активация ими комплемента имеет вредные последствия; в частности это про-

Роль СЗ в процессинге иммунных комплексовРоль СЗ в процессинге иммунных комплексов1. Уменьшение размеров агрегата1. Уменьшение размеров агрегата2. Связывание с эритроцитарным CR1 и доставка к мононуклеарным фагоцитам2. Связывание с эритроцитарным CR1 и доставка к мононуклеарным фагоцитамРис. 4.20Компонент СЗ связывается с иммунными комплексами и благодаря этому 1) уменьшает размеры иммунных агрегатов решетчатой структуры, 2) опосредует связывание циркулирующих иммунных комплексов с CR1 на эритроцитах, которые транспортируют эти комплексы в кровотоке, 3) способствует поглощению иммунных комплексов фиксированными мононукле- арными фагоцитами и тем самым разрушению антигена и 4) способствует локализации антигена в виде иммунных комплексов на В-лимфоцитах и антигенпрезентирующих клетках, в том числе на специализированных фолликулярных (дендритных) клетках лимфоузлов.Рис. 4.20Компонент СЗ связывается с иммунными комплексами и благодаря этому 1) уменьшает размеры иммунных агрегатов решетчатой структуры, 2) опосредует связывание циркулирующих иммунных комплексов с CR1 на эритроцитах, которые транспортируют эти комплексы в кровотоке, 3) способствует поглощению иммунных комплексов фиксированными мононукле- арными фагоцитами и тем самым разрушению антигена и 4) способствует локализации антигена в виде иммунных комплексов на В-лимфоцитах и антигенпрезентирующих клетках, в том числе на специализированных фолликулярных (дендритных) клетках лимфоузлов.

Роль СЗ в процессинге иммунных комплексов

Роль СЗ в процессинге иммунных комплексов

1. Уменьшение размеров агрегата

1. Уменьшение размеров агрегата

2. Связывание с эритроцитарным CR1 и доставка к мононуклеарным фагоцитам

2. Связывание с эритроцитарным CR1 и доставка к мононуклеарным фагоцитам

Рис. 4.20

Компонент СЗ связывается с иммунными комплексами и благодаря этому 1) уменьшает размеры иммунных агрегатов решетчатой структуры, 2) опосредует связывание циркулирующих иммунных комплексов с CR1 на эритроцитах, которые транспортируют эти комплексы в кровотоке, 3) способствует поглощению иммунных комплексов фиксированными мононукле- арными фагоцитами и тем самым разрушению антигена и 4) способствует локализации антигена в виде иммунных комплексов на В-лимфоцитах и антигенпрезентирующих клетках, в том числе на специализированных фолликулярных (дендритных) клетках лимфоузлов.

Рис. 4.20

Компонент СЗ связывается с иммунными комплексами и благодаря этому 1) уменьшает размеры иммунных агрегатов решетчатой структуры, 2) опосредует связывание циркулирующих иммунных комплексов с CR1 на эритроцитах, которые транспортируют эти комплексы в кровотоке, 3) способствует поглощению иммунных комплексов фиксированными мононукле- арными фагоцитами и тем самым разрушению антигена и 4) способствует локализации антигена в виде иммунных комплексов на В-лимфоцитах и антигенпрезентирующих клетках, в том числе на специализированных фолликулярных (дендритных) клетках лимфоузлов.

исходит при подостром бактериальном эндокардите и системной красной волчанке.

Комплемент способствует развитию некоторых заболеваний

Системная активация комплемента приводит к образованию больших количеств анафилатоксинов

В определенных условиях активация комплемента in vivo играет вредную, а не полезную роль

Комплемент в патогенезе заболеваний

Рис. 4.21

Активация комплемента может вызвать патологические реакции в результате 1) системного образования анафилатоксинов (например, при септицемии, вызванной грамотрицательными бактериями), 2) внедрения лизирующего мембрану комплекса в мембраны собственных клеток организма (при этом происходит активация клеток и высвобождение метаболитов арахидоновой кислоты, входящей в состав мембран) и 3) фиксации СЗ (привлекающего и активирующего тканевые и циркулирующие лейкоциты) на иммунных комплексах, локализованных в тканях.

(рис. 4.21\ Например, шок при бактериемии, вызванной грамотрицательными бактериями, отчасти обусловлен системной активацией комплемента эндотоксином. Возникающие при этом в больших количествах СЗа и С5а вызывают активацию и дегрануляцию нейтрофилов, базофилов и тучных клеток. Внутрисосудистая агрегация нейтрофилов приводит к диссеминированному свертыванию крови и задержке образовавшихся микроэмболов в капиллярах легких, где продукты лейкоцитарного происхождения (включая эластазу и свободные радикалы) могут вызвать

синдром «шокового легкого». Он характеризуется интерстициальным отеком легкого вследствие повреждения мелких сосудов, образованием нейтрофильного экссудата в альвеолах и артериальной гипоксемией.

Искусственное кровообращение через аппараты сердце—легкие или купрофановые диализаторы может стать причиной экстракорпоральной активации комплемента, которая сопровождается временной лейкопенией, примерно такой же, как при агрегации нейтрофилов в легких.

Тканевой некроз активирует комплемент

Повреждение ткани вследствие ишемического некроза способно вызвать локальную активацию комплемента и интенсивную фиксацию ЛМК на клеточной мембране. О возможной патофизиологической роли активации комплемента в этом случае свидетельствуют данные экспериментального моделирования инфаркта миокарда, при котором снижение концентрации комплемента уменьшает масштабы повреждения ткани. Подобный же эффект, как установлено недавно, вызывает введение растворимого рекомбинантного CR1.

Активация комплемента вследствие образования иммунных комплексов in vivo - возможная причина повреждения тканей

Активация комплемента имеет существенное значение в патогенезе тканевой деструкции при заболеваниях, обусловленных образованием иммунных комплексов. Формирование таких комплексов возможно в тканях, например в почечных клубочках при нефропатии, вызванной образованием аутоантител к гломерулярной базальной мембране, или на концевых пластинках двигательных нейронов при злокачественной миастении с образованием аутоантител к холинорецеп- торам (см. гл. 24). В других случаях циркулирующие иммунные комплексы могут отлагаться в стенках кровеносных сосудов (см. гл. 25). Например, при бактериальном эндокардите инфицированный сердечный клапан представляет собой источник образования иммунных комплексов, которые оседают в почках или других участках микрососудистого русла.

При болезнях иммунных комплексов комплемент провоцирует воспаление главным образом двумя следующими путями:

с СЗЬ и С4Ь, фиксированными на иммунных комплексах, связываются лейкоциты, активи-

руемые и привлекаемые в места отложения этих комплексов образовавшимися здесь ана- филатоксинами; так начинается повреждение тканей при синдроме Гудпасчера и для подавления воспалительной реакции на экспериментальных моделях этого заболевания достаточно уменьшить содержание в крови комплемента или нейтрофилов;

ЛМК (лизирующий мембрану комплекс) повреждает клеточную мембрану и стимулирует при этом образование простагландинов из арахидоновой кислоты. Этим обусловлено

повреждение тканей при мембранозном нефрите, который в эксперименте удается вызвать антителами к субэпителиальным антигенам. Воспалительную реакцию в этом случае не подавляет устранение нейтрофилов, однако она почти полностью отсутствует у животных, дефицитных по С5. Базальная мембрана, вероятно, служит физическим барьером на пути миграции нейтрофилов, поэтому наблюдаемая высокая протеинурия обусловлена только фиксацией лизируюшего мембрану комплекса.

Вопросы для размышления

Каков механизм защиты тканей организма от повреждения собственной системой комплемента?

С чего начинается активация комплемента?

Как может повлиять наследственная недостаточность фактора Н на систему комплемента ребенка? Какие заболевания возможны у таких детей?

В чем состоят эффекторные механизмы системы комплемента?

Что представляет собой внутренняя тиоэфирная связь в структуре СЗ и С4? Каково ее значение для системы комплемента?

Чем обусловлена та избирательность, благодаря которой активация комплемента происходит на поверхности чужеродных клеток, а не собственных клеток организма?

Как взаимодействуют между собой система комплемента и микробы?

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Ahearn J.M., Fischer М.В., Croix D. et al. 1996. Disruption of the Cr2 locus results in a reduction in B-1a cells and in an impaired В cell response to T- dependent antigen. Immunity 4: 251-262.

Aulak K.S., Donaldson V.H., Coutinho M. et al. 1993. C1-inhibitor: structure/function and biologic role. Behring Inst. Mitt. 93: 204-213.

Bkakdi S., Tranum Jensen J. 1991. Complement lysis: a hole is a hole. Immunol. Today 12: 318-320.

Campbell R.D., Law S.K.A., Reid K.B.M. et al. 1988. Structure, organization and regulation of the complement genes. Annu Rev. Immunol. 6: 161-195.

Colten H.R., Rosen F.S. 1992. Complement deficiencies. Annu. Rev. Immunol. 10: 809-834.

Cooper N.R. 1985. The classical complement pathway: activation and regulation of the first complement component. Adv. Immunol. 37: 151-216.

Davies K.A., Schifferli J.A., Walport M.J. 1994. Complement deficiency and immune complex disease. Springer Semin. Immunopathol. 15: 397-416.

Dodds A.W., Ren X.D., Willis A.C. et al. 1996. The reaction mechanism of the internal thioester in the human complement component C4. Nature 379: 177-179.

Esser A.F. 1991. Big MAC attack: complement proteins cause leaky-patches. Immunol. Today 12:316-318.

Parries T.C., Atkinson J.P. 1991. Evolution of the complement system. Immunol. Today 12: 295-300.

Fearon D.T., Locksley R.M. 1996. The instructive role of nnate immunity in the acquired immune response. Science 272: 50-53.

Frank M.M. 1992. The mechanism by which microorganism avoid complement attack. Curr. Opion. Immunol. 4: 14-19.

Frank M.M., Fries L.F. 1991. The role of complement in inflammation and phagocytosis. Immunol. Today 12: 322-326.

Gerard C., Gerard N.P. 1994. C5a anaphylatoxin and its seven transmembrane-segment receptor. Annu. Rev. Immunol. 12: 775-808.

Holmskov U., Mathotra R., Sim R.B. et al. 1994. Collectins: collagenous C-type lectins of the innate immune defense system. Immunol. Today 14:67-74.

Hourcade D., Holers V.M., Atkinson J.P. 1989. The regulators of complement activation (RCA) gene cluster. Adv. Immunol. 45: 381-416.

Joiner K.A. 1988. Complement evasion by bacteria and parasites. Annu. Rev. Microbiol. 42: 201-230.

Kinoshita T., Inoue N., Takeda J. 1996. Role of phos- phatidylinositol-linked proteins in paroxysmal nocturnal hemoglobinuria pathogenesis. Annu. Rev. Med. 47: 1-10.

Lachmann P.J., Walport M.J. 1987. Deficiency of the effector mechanisms of the immune response and autoimmunity. In: Whelan J. (ed.). Autoimmunity and Autoimmune Diseases. Chichester: Wiley, 149-171.

Liszewski M.K., Parries T.C , Lublin D.M. et al. 1996. Control of the complement system. Adv. Immunol. 61:201-283.

Moffitt M.C., Frank M.M. 1994. Complement resistance in microbes. Springer Semin. Immunopathol. 15: 327-344.

Morgan B.P. 1995. Complement regulatory molecules: application to therapy and transplantation. Immunol. Today 16: 257-259.

Morgan B.P., Meri S. 1994. Membrane proteins that protect against complement lysis. Springer Semin. Immunopathol. 15: 369-396.

Morgan B.P., Walport M.J. 1991. Complement deficiency and disease. Immunol. Today 12: 301-306.

Muller-Eberhard N.J. 1986. The membrane attack complex of complement. Annu. Rev. Immunol. 4:503-528.

Muller-Eberhard H.J., Schreiber R.D. 1980. Molecular biology and chemistry of the alternative pathway of complement. Adv. Immunol. 29: 1-53.

Reid K.B.M., Day A.J. 1989. Structure-function relationships of the complement components. Immunol. Today 10: 177-180.

Reid K.B.M., Porter R.R. 1981. The proteolytic activation systems of complement. Annu. Rev. Biochem. 50:433-464.

Reid K.B.M., Turner M.W. 1994. Mammalian lectins in activation and clearance mechanisms involving the complement system. Springer Semin. Immunopathol. 15: 307-326.

Ross G.D. (ed.) 1986. Immunobiology of the Complement System. New York: Academic Press.

Smith G.L. 1994. Virus strategies for evasion of the host response to infection. Trends Microbiol. 2: 81-88.

Walport M.J. 1993. Inherited complement deficiency - clues to the physiological activity of complement in vivo. Q.J. Med. 86: 355-358.

Walport M.J., Lachmann P.J. 1993. Complement. In: Lachmann P.J., Peters D.K., Rosen F.S., Walport M.J. (eds.). Clinical Aspects of Immunology, Sth edn. Oxford: Blackwell Scientific Press., 347-375.

Воспаление - это реакция организма, обеспечивающая привлечение лейкоцитов и растворимых компонентов плазмы в очаги инфекции или повреждения ткани. К его основным проявлениям относятся повышение кровенаполнения капилляров и их проницаемости для сывороточных макромолекул, а также усиленная миграция лейкоцитов в направлении воспалительного очага через эндотелий расположенных поблизости сосудов.

Миграция лейкоцитов представляет собой сложный процесс, который зависит от особенностей данной популяции мигрирующих клеток, уровня активации клеток и характера их взаимодействия с эндотелием в разных участках сосудистого русла.

Путь миграции частично определяется уровнем активации клеток: покоящиеся или еще не встречавшие антиген лимфоциты имеют тенденцию мигрировать через венулы с высоким эндотелием в лимфоидные ткани, тогда как активированные лимфоциты - в очаги воспаления.

Молекулы адгезии, регулирующие миграцию лейкоцитов, по структурным признакам относятся к разным, но родственным семействам, в том числе к суперсемейству иммуноглобулинов (эндотелиальные молекулы клеточной адгезии), семейству селектинов или семейству интегринов. В эндотелиальных клетках синтез молекул адгезии индуцируют цитокины. Экспрессия лейкоцитарных молекул адгезии зависит от популяции клеток и стадии их дифференцировки.

Хемотаксические молекулы определяют направление миграции лейкоцитов и, кроме того, инициируют этот процесс при контакте лейкоцитов с поверхностью эндотелия.

Медиаторы воспаления, выделяемые тучными клетками, тромбоцитами и лейкоцитами при иммунологических реакциях организма или повреждении тканей, действуют совместно с продуктами активации ферментных систем плазмы, осуществляя регуляцию проницаемости и кровенаполнения сосудов.

В норме лейкоциты, циркулирующие с кровью, мигрируют по всем тканям организма, но при этом каждая их популяция имеет свой особый характер миграции. Кроме того, путь миграции зависит от стадии дифференцировки и уровня активации клеток:

фагоциты, в том числе нейтрофилы и моноциты, покинув костный мозг, мигрируют в те периферические ткани организма, где имеются очаги воспаления; для нейтрофилов это путешествие в одном направлении, но моноциты, превратившись в макрофаги, могут вернуться во вторичные лимфоидные ткани и функционировать там в качестве антигенпрезентирующих клеток (АПК):

непримированные (не контактировавшие с антигеном) лимфоциты мигрируют из тимуса и костного мозга во вторичные лимфоидные ткани; после активации антигеном Т-клетки стремятся проникнуть в очаг воспаления (рис. 5.1), тогда как В-клетки и Т-клетки иммунологической памяти расселяются по соседним лимфоидным органам и образованиям.

дендритные клетки, в частности кожные клетки Лангерганса, представляют собой потомство костномозговых стволовых клеток, заселившее вторичные лимфоидные ткани; захватив антиген, они могут мигрировать в регионарные лимфоузлы, чтобы презентировать его Т-клеткам CD4+.

Миграция лимфоцитов позволяет каждой «горстке» лимфоцитов, специфичных к какому-либо отдельному антигену, встретиться именно с ним. Пути оттока лимфы и перемещения клеток обеспечивают встречу лимфоцитов, АПК и поступающего из инфицированных и воспаленных тканей антигена в лимфатических узлах; антигены, проникшие в кровоток, задерживаются селезенкой. Во вторичных лимфоидных тканях происходит первоначальная клональная экспансия анти- генспецифичных лимфоцитов, после чего они поступают в циркуляцию через выносящие лимфатические сосуды (рис. 5.2). Дальнейшая миграция их из кровотока зависит от экспрессии на клетках эндотелия молекул адгезии; например, при появлении таких молекул на эндотелии в

время появления — все это зависит от природы антигена и от участка организма, где развертывается иммунологическая реакция. Обычно первыми в очаг острого воспаления, вызванного инфекцией, прибывают нейтрофилы, преобладающие затем в нем в течение нескольких суток. На вторые сутки в очаг начинают поступать мононуклеарные фагоциты и лимфоциты. Позже прибывают обычно Т-клетки CD8+ и немногочисленные В-клетки. Обратное развитие острой реакции зависит от того, удалось ли организму освободиться от антигена или инфекции. Если не удалось, острая воспалительная реакция переходит в хроническую, при которой в очаге мало нейтрофилов, но в значительном количестве накапливаются Т-клетки CD4+ и мононуклеарные

Рециркуляция лимфоцитов и антигенпрезентирующих клетокРециркуляция лимфоцитов и антигенпрезентирующих клетокРис. 5.2Непримированные лимфоциты мигрируют из первичных лимфоидных тканей, в частности из костного мозга, во вторичные, например в селезенку и лимфоузлы. Антигенпрезентирующие клетки (АПК), в том числе дендритные (ветвистые) клетки и мононуклеарные фагоциты, также происходят из стволовых костномозговых клеток. АПК проникают в различные ткани организма, захватывают там антиген и доставляют его в лимфоидные ткани для презентации Т- и В-клеткам. Затем примированные лимфоциты, покинув лимфоидную ткань, скапливаются преимущественно в очагах инфекции и воспаления.Рис. 5.2Непримированные лимфоциты мигрируют из первичных лимфоидных тканей, в частности из костного мозга, во вторичные, например в селезенку и лимфоузлы. Антигенпрезентирующие клетки (АПК), в том числе дендритные (ветвистые) клетки и мононуклеарные фагоциты, также происходят из стволовых костномозговых клеток. АПК проникают в различные ткани организма, захватывают там антиген и доставляют его в лимфоидные ткани для презентации Т- и В-клеткам. Затем примированные лимфоциты, покинув лимфоидную ткань, скапливаются преимущественно в очагах инфекции и воспаления.

Рециркуляция лимфоцитов и антигенпрезентирующих клеток

Рециркуляция лимфоцитов и антигенпрезентирующих клеток

Рис. 5.2

Непримированные лимфоциты мигрируют из первичных лимфоидных тканей, в частности из костного мозга, во вторичные, например в селезенку и лимфоузлы. Антигенпрезентирующие клетки (АПК), в том числе дендритные (ветвистые) клетки и мононуклеарные фагоциты, также происходят из стволовых костномозговых клеток. АПК проникают в различные ткани организма, захватывают там антиген и доставляют его в лимфоидные ткани для презентации Т- и В-клеткам. Затем примированные лимфоциты, покинув лимфоидную ткань, скапливаются преимущественно в очагах инфекции и воспаления.

Рис. 5.2

Непримированные лимфоциты мигрируют из первичных лимфоидных тканей, в частности из костного мозга, во вторичные, например в селезенку и лимфоузлы. Антигенпрезентирующие клетки (АПК), в том числе дендритные (ветвистые) клетки и мононуклеарные фагоциты, также происходят из стволовых костномозговых клеток. АПК проникают в различные ткани организма, захватывают там антиген и доставляют его в лимфоидные ткани для презентации Т- и В-клеткам. Затем примированные лимфоциты, покинув лимфоидную ткань, скапливаются преимущественно в очагах инфекции и воспаления.

Рис. 5.1

Взаимодействие лимфоцитов с эндотелием.

. Активированная антигеном Т-клетка, связавшаяся in vitro с эндотелием сетчатки. Мигрируя по эндотелию, она прилипает к его поверхности и затем выпускает псевдоподии, нащупывая подходящую для перемещения точку. Сканирующая электронная микроскопия (фото любезно предоставлено д-ром

J.Greenwood). 2. Лимфоцит, прилипший к эндотелию мозгового сосуда вблизи межэндотелиоцитарного соединения (экспериментальный аллергический энцефаломиелит). Вслед за прилипанием происходит трансэндотелиальная миграция лимфоцита в очаг воспаления. Просвечивающая электронная микроскопия (фото любезно предоставлено д-ром С. Hawkins).

очаге воспаления их распознают рецепторы активированных лимфоцитов или фагоцитов и в результате там и накапливаются эти клетки. Весь комплекс реакций, возникающих в тканях в ответ на повреждение или инфекцию, назван воспалением. Для воспаления характерны три основных признака:

усиленное кровоснабжение воспаленной области, способствующее доставке в нее лейкоцитов и растворимых компонентов плазмы;

повышенная проницаемость капилляров и вследствие этого экссудация белков плазмы (антител, комплемента, кининогенов и др.), необходимых для сдерживания инфекции;

усиленная миграция лейкоцитов.

При иммунологической реакции на антиген различные популяции мигрирующих клеток появляются в ткани, как правило, поочередно (фазовая смена). Тип клеток, присутствующих в каждый данный момент, преобладание тех или иных и

Рис. 5.3Три стадии миграции нейтрофилов. 1. Полиморфноядерным лейкоцит прилипает к эндотелию капилляра. 2. Лейкоцит проникает между эндотелиальными клетками. 3. Нейтрофил, проходящий сквозь клеткуРис. 5.3Три стадии миграции нейтрофилов. 1. Полиморфноядерным лейкоцит прилипает к эндотелию капилляра. 2. Лейкоцит проникает между эндотелиальными клетками. 3. Нейтрофил, проходящий сквозь клеткуэндотелия. Иногда этот процесс в целом называют «диапедезом». х 4000. (Фото любезно предоставлены д-ром I. Jovis.)эндотелия. Иногда этот процесс в целом называют «диапедезом». х 4000. (Фото любезно предоставлены д-ром I. Jovis.)

Рис. 5.3

Три стадии миграции нейтрофилов. 1. Полиморфноядерным лейкоцит прилипает к эндотелию капилляра. 2. Лейкоцит проникает между эндотелиальными клетками. 3. Нейтрофил, проходящий сквозь клетку

Рис. 5.3

Три стадии миграции нейтрофилов. 1. Полиморфноядерным лейкоцит прилипает к эндотелию капилляра. 2. Лейкоцит проникает между эндотелиальными клетками. 3. Нейтрофил, проходящий сквозь клетку

эндотелия. Иногда этот процесс в целом называют «диапедезом». х 4000. (Фото любезно предоставлены д-ром I. Jovis.)

эндотелия. Иногда этот процесс в целом называют «диапедезом». х 4000. (Фото любезно предоставлены д-ром I. Jovis.)

фагоциты. Реакции на паразитарные инвазии (например, заражение шистосомами) нередко сопровождаются эозинофильной инфильтрацией. Эозинофилы вместе с базофилами и макрофагами преобладают также в инфильтрате тканей бронхиальной стенки после астматических приступов.

МИГРАЦИЯ КЛЕТОК

В миграции лейкоцитов выделяют две главные стадии. Первая — это прилипание (адгезия) циркулирующих клеток к сосудистому эндотелию с последующим проникновением между эндотели- оцитами или сквозь них (рис. 5.3). На второй стадии лейкоциты, преодолевшие эндотелий, мигрируют в направлении очага инфекции или воспаления, привлекаемые хемотаксическими стимулами. Эти процессы регулируются присутствующими на поверхности мигрирующих клеток белками (которые взаимодействуют с эндотелием, тканевыми клетками или внеклеточным матриксом), а также растворимыми сигнальными молекулами — хемокинами и другими хемоаттрактантами.

Пути клеточной миграции разнообразны и зависят не только от типа клетки, но и от стадии ее дифференцировки или уровня активации. Помимо этих факторов, существуют влияющие на миграцию особенности сосудистого эндотелия в разных участках организма. Так, венулы с высоким эндотелием (высокоэндотелиальные венулы, ВЭВ), характерные для вторичной лимфоидной ткани, по строению совершенно отличны от ве

нул нелимфоидных тканей (см. гл. 3). Эндотелий мелких сосудов в различных нелимфоидных тканях морфологически чрезвычайно разнообразен, и к тому же любая местная воспалительная реакция приводит к изменениям в экспрессии ряда его поверхностных молекул. От всех этих факторов зависит, клетки какого типа окажутся способными проникнуть сквозь эндотелиальную выстилку. Как правило, на миграцию лейкоцитов через эндотелий влияют 1) величина поверхностного заряда взаимодействующих клеток, 2) сила гемодинамического смыва в сосудистом русле и 3) экспрессия комплементарного набора молекул адгезии на поверхности как лейкоцитов, так и эндотелиальных клеток. Поэтому лейкоциты мигрируют из кровеносного русла через стенку именно венул, где поверхностный заряд эндоте- лиоцитов самый низкий, гемодинамический смыв незначителен, а молекулы клеточной адгезии экспрессируются избирательно (рис. 5.4).

Лимфоцитарная миграция в лимфоидную ткань отличается от миграции в очаги воспаления

Для разных стадий жизненного цикла лимфоцитов характерны различные пути миграции. Например, неактивированные Т-клетки имеют тенденцию проникать через ВЭВ во вторичные лимфоидные ткани, тогда как активированные мигрируют в очаги воспаления. К тому же наблюдается избирательная миграция в определенные участки организма: лимфоциты, выделенные из

Миграция лейкоцитов через эндотелий

Рис. 5.4

Лейкоциты, циркулирующие в сосудистом русле, способны взаимодействовать с эндотелием венул при участии целого ряда поверхностных молекул клеточной адгезии. В венулах сила гемодинамического смыва незначительна, поверхностный заряд эндотелия низкий и экспрессия молекул адгезии происходит избирательно. При адекватной стимуляции лейкоцитов за адгезией следует миграция.

пейеровых бляшек, при введении в кровь вновь локализуются в кишечнике, а лимфоциты селезенки возвращаются в нее же.

Миграция лимфоцитов из кровотока в лимфоузлы, пейеровы бляшки и лимфоидную ткань слизистых оболочек происходит через ВЭВ (см. гл. 3). Именно через стенки этих венул выходит из кровотока до 25% лимфоцитов, поступающих в лимфоузел по кровеносным сосудам. В противоположность этому через обычный эндотелий венул (в других тканях) проникает при каждом цикле лишь ничтожная часть циркулирующих лимфоцитов. Тем не менее эта слабая миграция крайне важна, так как позволяет лимфоцитам осуществлять «надзор» за всеми тканями организма; при развитии воспаления она многократно усиливается.

Венулы с высоким эндотелием выполняют, таким образом, особо важную роль в рециркуляции лимфоцитов. В норме ВЭВ присутствуют только во вторичных лимфоидных тканях, но могут возникать и в очагах хронического воспаления. Кроме характерной кубовидной формы, к особенностям эндотелиоцитов ВЭВ относится экспрессия различных наборов сульфатированных и обильно гликозилированных молекул меж

клеточной адгезии, которые связываются с циркулирующими Т-клетками, направляя их тем самым из кровотока в лимфоидную ткань. Эти молекулы адгезии отличаются от тех, которые регулируют миграцию лимфоцитов в очаг острого воспаления. При этом в разных лимфоидных тканях (пейеровых бляшках, лимфоузлах слизистых оболочек и др.) на эндотелии ВЭВ экспрессированы различные молекулы клеточной адгезии. Ранее эти молекулы адгезии были названы сосудистыми адрессинами (см. стр. 89); их экспрессия на эндотелии различных ВЭВ обеспечивает возвращение лимфоцитов в собственную лимфоидную ткань.

Миграцию регулирует ряд факторов, как эндотелиального, так и лейкоцитарного происхождения

Миграция лейкоцитов зависит от присутствия молекул адгезии на поверхности как эндотелия, так и лейкоцитов, от подвижности самих клеток и от наличия хемотаксических агентов. Для объяснения сложного и изменчивого характера клеточной миграции необходимо учитывать множество влияющих на нее факторов. К ним относятся:

характер активации мигрирующих лимфоцитов или фагоцитов: экспрессия молекул адгезии и их функциональная аффинность варьируют в зависимости от типа клеток и от того, активированы они антигеном, цитокинами или межклеточными взаимодействиями;

типы молекул адгезии, экспрессируемых сосудистым эндотелием: они определяются тем, в какой анатомической области проходит сосуд и был ли эндотелий активирован цитокинами;

присутствие специфичных хемотаксических молекул и цитокинов в тканях: для разных популяций лейкоцитов характерны различные специализированные рецепторы, поэтому каждый хемотаксический агент избирательно привлекает только определенный тип клеток.

Прежде чем рассматривать участие молекул адгезии в лейкоцитарной миграции, необходимо познакомиться с их разнообразием и межклеточным распределением.

МОЛЕКУЛЫ МЕЖКЛЕТОЧНОЙ АДГЕЗИИ

Молекулы межклеточной адгезии — это связанные с плазматической мембраной белки, которые

обеспечивают механическое взаимодействие клеток друг с другом. Часто это молекулы, пронизывающие мембрану и присоединенные к цитоскелету; с их помощью клетки при движении могут подтягиваться к другим клеткам или перемещаться по внеклеточному матриксу. Во многих случаях отдельная молекула межклеточной адгезии способна взаимодействовать не с одним, а с несколькими лигандами, для чего служат разные участки связывания. Хотя связывание индивидуальных молекул адгезии со своими лигандами обычно происходит с низким сродством, авид- ность взаимодействия может быть довольно высокой, за счет того что молекулы адгезии расположены на поверхности клеток компактными «пятнами», или кластерами, и образуют участки многоточечного связывания.

Адгезия клеток одного типа к клеткам другого типа может изменяться в результате увеличения числа молекул адгезии на клеточной поверхности либо при изменении их аффинности и/или авид- ности (рис. 5.5). Существуют два механизма уве-

Нарастание лейкоцитарной адгезии

Рис. 5.5

Четыре механизма для усиления связывания лейкоцитов с эндотелием. 1. Многие лейкоциты обладают внутренними запасами молекул адгезии, которые могут быстро доставляться на поверхность. 2. Эндотелиальные клетки в очагах воспаления способны синтезировать молекулы межклеточной адгезии de novo.

3. В результате активации клеток возможно возрастание аффинности связывания, например LFA-1.4. Перераспределение молекул адгезии на клеточной поверхности приводит к образованию высокоавидных участков связывания. В реальных условиях клетки одновременно используют несколько механизмов и после первоначального межклеточного взаимодействия аффинность связывания молекул адгезии может существенно изменяться.

личения числа молекул адгезии на поверхности клеток: у многих клеток большие запасы этих молекул хранятся во внутриклеточных везикулах, которые способны через несколько минут после активации устремляться к поверхности цитоплазматической мембраны; другой механизм состоит в синтезе таких молекул de novo и переносе их на поверхность (эти процессы занимают, как правило, несколько часов).

Число известных молекул межклеточной адгезии, имеющих значение для лейкоцитарной миграции, ошеломляюще велико. Тем не менее все их можно распределить по четырем семействам структурно родственных молекул. Миграция клеток — это сложный процесс, в котором на разных стадиях принимают участие несколько наборов молекул адгезии.

Некоторые эндотелиальные молекулы адгезии относятся к иммуноглобулиновому суперсемейству

К суперсемейству иммуноглобулинов принадлежит ряд молекул адгезии эндотелиальных клеток, в том числе молекула межклеточной адгезии I типа (1САМ-1, от англ, intercellular adhesion molec- ula-1) и 2 типа (ICAM-2), молекула адгезии сосудистого эндотелия 1 гипа (VCAM-1, от от англ, vascular cellular adhesion molecula-1) и молекула адгезии ВЭВ лимфоидных образований в слизистых оболочках, названная ранее адрессином 1 типа — MAdCAM-1 (от от англ, mucosal adressin САМ-1). Экспрессия этих молекул на эндотелии сосудов может быть постоянной или индуци- бельной. 1САМ-1 имеет пять внеклеточных доменов, из которых два N-концевых структурно гомологичны двум внеклеточным доменам 1САМ-2. В составе VCAM-1 шесть внеклеточных доменов; эти же данные присутствуют в структуре MAdCAM-1 (рис. 5.6).

В адгезии лейкоцитов к эндотелию и внеклеточному матриксу участвуют интегрины

Интегрины — это обширная группа молекул межклеточной адгезии, которые присутствуют на поверхности различных клеток, в том числе лейкоцитов. Все белки, входящие в это крупное семейство, состоят из двух нековалентно связанных полипептидных цепей (а и Р); обе цепи пронизывают клеточную мембрану. Семейство интегри-

Молекулы адгезии эндотелиальных клеток

Рис. 5.6

Схематическое изображение эндотелиальных молекул межклеточной адгезии ICAM-1, ICAM-2, VCAM-1 и MAdCAM-1 с lg-подобными доменами. Их лиганды, входящие в семейство интегринов, приведены в верхней части рисунка. В структуре MAdCAM-1 имеется также обильно гликозилированный сегмент, который связывает L-селектин.

нов делят на три основные подсемейства по типу P-цепи (Р|, р2 или р3). Тип «-цепи. соединенной с 0-цепью, оказался не так важен для функциональной активности, как предполагали первоначально. В основном Р]-интегрины участвуют в связывании клеток со структурами внеклеточного матрикса, 02-интегрины — в адгезии лейкоцитов к эндотелию или другим клеткам иммунной системы, а 03-интегрины (цитоадгезины) — в слипании тромбоцитов с нейтрофилами в очагах воспаления или местах повреждения сосудов. Из этой простой схемы имеется, однако, несколько исключений и, кроме того, описаны дополнительные 0-цепи (например, 07). Каждая 0-цепь может ассоциировать с одной из различных «-цепей, в результате чего образуются разнообразные молекулы адгезии. Способность интегринов связываться со своими лигандами зависит от двухвалентных катионов. Например, LFA-l («l02-mh- тегрин) в норме экспрессирован на лейкоцитах в низкоаффинном состоянии, но при повышении концентрации Mg2+ становится высокоаффинным. При повышении концентрации Са2+ интсг-

рины на поверхности клеток перераспределяются, формируя высокоавидные «пятна». Некоторые интегрины, важные для миграции, указаны на рис. 5.7.

Селектины - группа лейкоцитарных и эндотелиальных молекул межклеточной адгезии, которые связываются с углеводами

Группа селектинов включает Е-селсктин, Р-селе- ктин и L-селектин, экспрессируемые на эндотелии, тромбоцитах и некоторых типах лейкоцитов соответственно (рис. 5.8). Молекулы селектинов пронизывают мембрану и имеют ряд внеклеточных доменов, гомологичных доменам регуляторных белков комплемента, например фактору Н.

Интегрины

VLA-1 аф.

?

Т-клетки, фиброблас ы

VLA-2 а2Р,

Коллаген

Активированные Т-кЛетки, тромбоциты

VLA-3 а3р,

Ламинин, коллаген, фибронектин

Почка, щитовидная железа

VLA-4 адР,

VCAM-1 .фибронектин

Лимфоциты, некоторые типы фагоцитов

VLA-5 а5р,

Фибронектин

Некоторые типы лейкоцитов, тромбоциты

VLA-6 a.gPj

Ламинин

Многие типы клеток

LPAM-1 а4р7

MAdCAM-1 (VCAM-1)

Некотор ге субпопуляции | Т-клеток

LFA-1 аф2

ICAM-1, ICAM-2 (ICAM-3)

Большинство типов лейкоцитов

CR3 амр2

C3b,C4b, ICAM-1

Мононуклеарные фагоциты, нейтрофилы

CR4 пуР2

C3b, C4b, ICAM-1 ?

Макрофаги

Рис. 5.7

Вверху схематически изображена молекула интегри- на, состоящая из двух нековалентно связанных поли- пептидных цепей. В таблице указаны свойства некоторых интегринов, опосредующих связывание (прилипание) лейкоцитов с сосудистым эндотелием или внеклеточным матриксом.

Селектины

Углеводные лиганды, экспрессируемые на следующих клетках

лейкоцитылейкоцитырецептора ФРЭрецептора ФРЭромбг>циты,клеткиэндотелия нейтрофилы

лейкоциты

лейкоциты

рецептора ФРЭ

рецептора ФРЭ

клетки ВЭВ и эндотелияклетки ВЭВ и эндотелияДоменССРДоменССРР-селектин тромбоциты, эндотелийР-селектин тромбоциты, эндотелийЕ-селектин эндотелииЕ-селектин эндотелииL-селектин лейкоцитыL-селектин лейкоцитыРис. 5.8

клетки ВЭВ и эндотелия

клетки ВЭВ и эндотелия

ДоменССР

ДоменССР

Р-селектин тромбоциты, эндотелий

Р-селектин тромбоциты, эндотелий

Е-селектин эндотелии

Е-селектин эндотелии

L-селектин лейкоциты

L-селектин лейкоциты

Строение трех селектинов. Концевой лектиновыи домен каждого из них связывается с углеводными лигандами клеток, указанных вверху. Селектины имеют также и другие общие структурные характеристики.

Внеклеточная часть их молекул содержит также домен, близкий по структуре рецептору для фактора роста эпидермиса (ФРЭ). и N-концевой домен, обладающий лектиноподобными свойствами, т. е. связывающий углеводные остатки (отсюда название < селектины»), Соответственно этому в состав лигандов, с которыми связываются селектины, входят углевоты.

Лиганды селектинов - это углеводные компоненты различных гликопротеинов лимфоцитарной и эндотелиальной поверхности

Углеводные лиганды для селектинов встречаются в структуре разнообразных белков. Так, многочисленные О-связанные углеводные остатки, которые служат лигандами для лимфоцитарного L-селектина, содержит гликопротеин Sgp-200, экспрессируемый на эндотелии ВЭВ. (Вследствие связывания L-селектина с этими углеводными остатками лимфоциты из кровотока направляются в периферические лимфоузлы.) L- селектины могут также связываться с углеводами в составе MAdCAM-1, который экспрессирован на ндотелии ВЭВ лимфоидных образований в слизистых оболочках. Эти гликопротеины, названные в соответствии с их функцией сосуди

стыми адрессинами, присутствуют главным образом на клетках ВЭВ в лимфоидных тканях, но могут быть индуцированы при хроническом воспалении и в других участках организма )рис. 5.9).

Е- и Р-селектины, экспрессируемые на активированных эндотелиоцитах, связываются с сиа- лированной формой углеводной детерминанты Lex (групповой антиген крови системы Льюис — Lewis-X), ассоциированной с белком CD 15, который присутствует на лейкоцитах многих субпопуляций. В результате этого связывания движение лейкоцитов с током крови прекращается и наступает первая фаза миграции крис. 5.10).

МЕХАНИЗМЫ КЛЕТОЧНОЙ МИГРАЦИИ

Выход лейкоцитов из сосудистого русла через эндотелий происходит в несколько этапов (первые три из них показаны на рис. 5.10).

Краевое стояние: движение лейкоцитов по венуле замедляется и они катятся по эндотелию. Это обусловлено в основном взаимодействием селектинов с углеводными лигандами.

Активация: остановленные лейкоциты подвергаются воздействию цитокинов, хемотаксических агентов, компонентов поверхности эндотелия и внеклеточною матрикса. Эти факторы

Рис. 5.9

Адрессины слизистых оболочек на поверхности эндотелия. Электронная микрофотография среза мозга при хроническом экспериментальном рецидивирующем аллергическом энцефаломиелите у мышей линии Biozzi АВ/Н, вызванном иммунизацией основным белком миелина. Срез окрашен для выявления MAdCAM-1 (темная кайма, указанная стрелкой), экспрессированного на поверхности эндотелия в просвете мозгового сосуда. (Фото любезно предоставлено д-ром J.K. O’Neill и д-ром С. Butter с разрешения издательства; Immunology, 1991; 72: 520-525.)

Трехфазная модель адгезии лейкоцитов к эндотелию

Активация

3

Прикрепление

1

Краевое стояние

Качение

Хемокины о

Актива- / ция ин- ■' тегринов •

Остановленный лейкоцит

> 7

.-': CR3 LFA-1 itlCAM-1

-CDI5

-Е-сеилек-

Рис. 5.10

Три фазы адгезии лейкоцитов на примере нейтрофила (у лейкоцитов других типов и в иных ситуациях действуют другие наборы молекул межклеточной адгезии). 1. Краевое стояние: связывание лейкоцитарного CD15 с Е-селектином приводит к замедлению и к постепенной остановке нейтрофила, когда он катится по эндотелию.

2. Активация: задержанный нейтрофил активируется, непосредственно взаимодействуя с компонентами поверхности клеток эндотелия или с хемокинами и другими хемотаксическими молекулами, присутствующими на эндотелии. 3. Прикрепление: активация мобилизует лейкоцитарные интегрины (CR3 и LFA-1) для связывания с 1САМ-1, экспрессия которой на поверхности эндотелия индуцируется при активации.

Прямаях сигнализация

Миграция лейкоцитов к очагу воспаления Нейтрофилы появляются в очаге острого воспаления на его ранней стадии, и отчасти это обусловлено индукцией цитокинами экспрессии Е-селектина на поверхности эндотелия в этой области. Стимуляция клеток эндотелия in vitro такими цитокинами, как, например, фактор некроза опухолей а (ФНОа) или интерлейкин I (ИЛ-1) индуцирует жспрессию Е-селектина спустя 4—12 ч, а через 24 ч она прекращается (рис. 5. / /); аналогичным образом in vivo эта молекула межклеточной адгезии появляется на ранней стадии воспалительной реакции. Клетки, трансфицированные геном Е-селектина, экспрессируют его в значительном количестве, приобретая при этом выраженную способность свя бывать нейтрофилы. Все эти данные указывают, что остановка нейтрофилов при участии Е-селектина — это первая необходимая стадия их миграции.

Важную роль в миграции нейтрофилов, лимфоцитов и моноцитов выполняют также экспрессируемые на лейкоцитах Р2-интегрины LFA-I и CR3, которые связываются с эндотелиальными молекулами межклеточной адгезии из суперсемейства иммуноглобулинов. Так, LFA-1 связывается с (САМ-1 и (САМ-2 на эндотелии сосудов. В

Экспрессия и индукция молекул адгезии на эндотелииЭкспрессия и индукция молекул адгезии на эндотелииРис. 5.11Динамика экспрессии различных молекул межклеточной адгезии на клетках эндотелия пупочной вены человека после стимуляции ФНОа in vitro.Рис. 5.11Динамика экспрессии различных молекул межклеточной адгезии на клетках эндотелия пупочной вены человека после стимуляции ФНОа in vitro.

Экспрессия и индукция молекул адгезии на эндотелии

Экспрессия и индукция молекул адгезии на эндотелии

Рис. 5.11

Динамика экспрессии различных молекул межклеточной адгезии на клетках эндотелия пупочной вены человека после стимуляции ФНОа in vitro.

Рис. 5.11

Динамика экспрессии различных молекул межклеточной адгезии на клетках эндотелия пупочной вены человека после стимуляции ФНОа in vitro.

способны активировать клетку и включить программу ее миграции.

В результате прикрепления лейкоцитов и мобилизации интегринов повышается аффинность лейкоцитарных интегринов, которые взаимодействуют с эндотелиальными молекулами межклеточной адгезии и активируют клетку для миграции.

Миграция: при участии нового набора молекул адгезии лейкоциты связываются с базальной мембраной эндотелия и проникают сквозь нее.

Лизис: мигрирующие клетки выделяют ферменты, лизирующие коллаген и другие компоненты базальной мембраны эндотелия; это позволяет лейкоцитам проникнуть в ткань.

Молекулы межклеточной адгезии регулируют прилипание лейкоцитов и прохождение их через эндотелий

Для каждого типа перемещения клеток характерно участие специфического набора молекул адгезии и хемотаксических агентов.

культуре клетки эндотелия конститутивно синтезируют ICAM-2; в связи с этим высказано предположение, что именно данный белок определяет фоновый уровень связывания лимфоцитов с эндотелием различных типов in vivo. Например, уровень экспрессии ICAM-2 на эндотелии мозговых сосудов в норме относительно низок и этому соответствует весьма незначительная трансэндотелиальная миграция лимфоцитов. Напротив, экспрессия ICAM-1, в норме низкая на поверхности эндотелия, может быть резко повышена цитокинами (ФНОа, ИЛ-1 или И Фу, в зависимости от вида животных). В условиях in vitro индуцированная экспрессия ICAM-1 наблюдается в период 8—96 ч после стимуляции (рис. 5.11), что соответствует более позднему прибытию в очаг воспаления in vivo лимфоцитов и моноцитов. Роль CR3 в привлечении фагоцитов показали опыты in vivo с использованием антител ан- ти-СКЗ, которые, как было при этом установлено, подавляют миграцию данных клеток. У больных с дефицитом лейкоцитарной адгезии, подверженных в результате слабого накопления фагоцитов тяжелым инфекционным заболеваниям, отмечена недостаточность всех р2-интег- Phhob(LFA-1, CR3, CR4). Следует отметить, что CR3 и LFA-1 связываются с разными участками ICAM-1.

Экспрессия VCAM-1, как и ICAM-1, индуцируется в области воспаления, причем in vitro индукция этих двух молекул происходит синхронно (рис. 5.11). (VCAM-1 связывается с интегрином а4рр который экспрессируют лимфоциты некоторых субпопуляций, а также опосредует избирательную адгезию базофилов и эозинофилов, играя тем самым важную роль в аллергических реакциях.) Вместе с тем механизмы индукции Е-се- лектина, ICAM-1 и VCAM-1 у разных популяций лимфоцитов и клеток эндотелия на различных участках сосудистого русла тонко различаются. Эго обеспечивает точную настройку миграции лейкоцитов сквозь эндотелий при воспалении и последовательное прибытие в очаг различных клеточных популяций. Прилипание лимфоцитов к эндотелию можно подавить антителами к молекулам межклеточной адгезии лимфоцитов или эндотелия либо растворимыми препаратами самих этих молекул. Именно на таком подходе основан новый способ лечения болезней иммунологического патогенеза.

Нормальная миграция лейкоцитов Описанные выше молекулы, регулирующие миграцию клеток в область воспаления, необходимо отличать от молекул, ответственных за нормальную миграцию лимфоцитов. Непримированные лимфоциты экспрессируют L-селектин, обеспечивающий связывание с углеводными лигандами на эндотелии ВЭВ (и принимающий участие в прилипании к эндотелию) в лимфоидных образованиях слизистых оболочек и в периферических лимфоузлах. Останавливаясь, например, в пейеровой бляшке, они могут связываться при участии ин- тегрина а4р7 с MAdCAM-1 на поверхности эндотелия. Поскольку интегрин а4р7 обеспечивает миграцию лимфоцитов в лимфоидную ткань слизистых оболочек, а интегрин а4р| — связывание с VCAM-1 на активированном эндотелии или с фибронектином во внеклеточном матриксе, экспрессия той или другой из этих молекул означает различное направление миграции — не- примированных лимфоцитов в нормальную лимфоидную ткань или активированных Т-клеток в очаг воспаления.

Взаимодействие лейкоцитов с внеклеточным матриксом Пройдя сквозь эндотелий сосуда и проникнув в ткань, лейкоциты неминуемо должны взаимодействовать с белками внеклеточного матрикса (коллаген, ламинин, фибронектин и др.), а также с клетками ткани. Покинувшие кровеносный сосуд лимфоциты сразу теряют в результате энзиматического расщепления уже ненужный им L-селектин. Происходит смена функционального фенотипа: циркулировавшая клетка становится приспособленной к перемещению в тканях.

Многие из молекул лейкоцитарной поверхности, обеспечивающих взаимодействие с внеклеточным матриксом, входят в группу р| интегри- нов; они названы «очень поздними антигенами» (very late antigens, VLA), поскольку впервые были идентифицированы на поверхности Т-клеток в поздней стадии активации. Теперь все р|-интег- рины называют VLA, хотя большинство их присутствует не только на лимфоцитах. Эта группа включает рецепторы для коллагена (VLA-2 и VLA-3), ламинина (VLA-3 и VLA-6) и фибронектина (VLA-3, VLA-4 и VLA-5). Сам факт появления некоторых из этих молекул, означающий отдаленный результат активации лимфоцитов, свидетельствует о выполнении клетками некой про-

граммы дифференцировки, в которой взаимодействие с внеклеточным матриксом — это один из наиболее поздних этапов.

Хемотаксические молекулы стимулируют лейкоциты к миграции и определяют ее направление

Интегрины, с помощью которых лейкоциты проникают сквозь эндотелий, присутствуют на клеточной поверхности или, прежде чем попасть на нее, сохраняются во внутриклеточных гранулах; при этом большинство из них неактивно и для функционирования нуждается в исходящем от эндотелия сигнале активации. Сигнальные молекулы могут быть продуктами самого эндотелия или осевшими на нем пептидами, которые выделяет подлежащая ткань. Многие из сигнальных молекул обладают также хемотаксическими свойствами; в том числе это С5а, лейкотриен-В4 и разнообразные низкомолекулярные цитокины, получившие общее название «хемокины» ^рис. 5.12).

Хемотаксическую активность клеток следует отличать от хемокинетической: хемотаксис — это направленная миграция клеток по градиенту концентрации хемотаксических молекул, а хемо- кинез — беспорядочное перемещение клеток. В основе направленной миграции лежит способность клетки отвечать на градиент концентрации хемотаксического медиатора при величине этого градиента между ее ведущим и концевым полюсами не менее 0,1% . Хемокинез связан с усилением общей подвижности клеток под действием того или иного медиатора, например гистамина.

Хемокины Это группа хемотаксических гепарин- связывающих молекул, в которую входят не менее 25 низкомолекулярных цитокинов, в частности ИЛ-8 и RANTES '. Хемокины высвобождаются в очаге воспаления и могут связываться на поверхности эндотелия, взаимодействуя с сульфатными группами присутствующего на нем гепарина. Многие из этих цитокинов связывает также антиген DARC — групповой антиген крови системы Даффи, избирательно экспрессируемый

1 RANTES — Regulated on Activation, Normal T-cell Expressed and Secreted — хемокин, выделяемый неиммунными Т-клетками при активации; мол. масса 7,8—8,7 кДа; хемоаттрактант для моноцитов и Т-кле- гок CD4+/CD45RO+. — Прим иереи.

Хемотаксические молекулы

Фактор Характеристика Источник Действие на

С5аПептид из 77 М-концевой

аминокислотных фрагме it остатковa-цепи С5

Формил Мет-Трипептид с N-Прокариоты

Леи -Фенконцом,блоки-

if.Met Leu-Phe)рованнымНейтрофилы,

метиониномэозинофилы, макрофаги

ЛейкотриенПродукт метабо-Тучные клетки

В4лизированиябазофилы,

арахидоновой макрофаги кислоты по лип- окси еназному пути

Хемоки ы Белки 10 кДа Различные Избира ельное

(ИЛ-8, MIP-a,популяциипривле :ение

MIP-1 В,леи! оцитовра; ных популяций

RANTES и др.)леи оцитов

Рис. 5.12

Молекулы, вызывающие хемотаксис разных популяций лейкоцитов в зависимости от экспрессии на их поверхности специфических рецепторов. Некоторые из этих хемокинов оказывают на клетки хемотаксическое действие, другие - только активирующее.

на эндотелии венул. Связанные с поверхностью эндотелия хемокины могут вызывать повышение авидности интегринов на лейкоцитах в фазе «краевого стояния», остановленных при участии селектинов. Большинство хемокинов синтезируется лейкоцитами, однако ИЛ-8 и хемотаксический для макрофагов белок 1 (МСР-1. от англ, macrophage chemotactic protein-1) продуцирует, например, культура клеток эндотелия, причем активация этих клеток цитокинами, способствующими развитию воспаления, усиливает синтез. Хемокины и другие хемотаксические молекулы, рассматриваемые ниже, воздействуют на клетки посредством «змеевидных» рецепторов, обладающих семью трансмембранными сегментами. Различные змеевидные рецепторы (разной специфичности) избирательно распределены среди отдельных популяций лейкоцитов, чем отчасти можно объяснить избирательность действия различных хемокинов, например тот факт, что макрофагальный воспалительный белок ]р (М1Р-1Р) стимулирует исключительно Т-клетки CD8+. Некоторые хемокины только активируют клетки, другие проявляют в первую очередь хемотаксические свойства, третьи сочетают обе функции. С чем связана необходимость в таком разнообразии хемокинов, неясно, но можно предполагать, что за счет этого разнообразия возможна избиратель-

ная регуляция перемещения лейкоцитов как у поверхности эндотелия, так и в тканях.

Другие хемотаксические молекулы Ряд белков вызывает хемотаксис нейтрофилов и макрофагов (рис. 5. /2). Эти клетки имеют рецепторы для пептидов. блокированных на N-конце формилмети- онином, в частности рецептор, связывающий трипептид f.Met-Leu-Phe (f.MLP). Поскольку при трансляции всех белков у прокариот в отличие от эукариот инициаторной аминокислотой служит метионин, он и выполняет роль простого специфического сигнала присутствия бактерий, по направлению к которым должны устремиться фагоциты. Нейтрофилы и макрофаги имеют также рецепторы для С5а и лейкотриена В4. Оба эти хемоаттрактанта образуются в очаге воспаления: С5а — в результате активации комплемента, лейкотриен LTB4 — при активации разнообразных клеток, чаше всего макрофагов и тучных. Кроме того, хемотаксис фагоцитов вызывают молекулы, образуемые системой свертывания крови, прежде всего фибриновый пептид В и тромбин.

Клетки, прибывшие в очаг воспаления первыми, способны в результате активации вызвать следующую волну лейкоцитарной миграции. Так, активированные моноциты выделяют ИЛ-8, который может вызвать хемотаксис нейтрофилов и базофилов. Подобно этому, активация макрофагов приводит к метаболизированию арахидоновой кислоты с образованием и выделением лейкотриена В4.

ВОСПАЛЕНИЕ

Воспаление — это реакция организма на внедрение инфицирующего агента, введение антигена или физическое повреждение тканей. Помимо усиления клеточной миграции, описанного выше, воспаление вызывает приток различных растворимых молекул из плазмы крови. В противоположность лейкоцитам, которые мигрируют через эндотелий венул, молекулы плазмы крови попадают в воспалительный экссудат главным образом из капилляров, где кровяное давление выше. Этот процесс обеспечивается двумя механизмами:

усилением кровенаполнения капилляров в области воспаления и

увеличением проницаемости капилляров.

Проницаемость капилляров повышается вслед-

Медиаторы воспаления

Медиатор

Происхождение

Эффекты

Гистамин

Тучные клетки, базофилы

Повышение проницаемости сосудов сокращение гладких мышц, хемокинез

5-гидрокси- триптамин (серотонин

Тромбоциты, тучные клетки (у грызунов)

Повышение проницаемости сосудов, сокращение гладких мышц

Фактор активации тромбоцитов

Базофилы нейтрофилы макрофаги

Высвобождение медиаторов из тромбоцитов, повышение проницаемости сосудов сокращение гладких мышц, активация нейтрофилов

Хемотаксический фактор для нейтрофилов

Тучные клетки

Хемотаксис нейтрофилов

ИЛ-8

Моноциты и лимфоциты

Привлечение полиморфноядер ных гранулоцитов и моноцитов

СЗа

СЗ (компонент комплемента)

Дегрануляция тучных клеток, сокращение гладких мышц

С5а

С5 (компонент комплемента)

Дегрануляция тучных клеток хемотаксис нейтрофилов и макрофагов активация нейтрофилов сокращение гладких мышц, повышение проницаемости капилляров

Брадикинин

Кининовая система (кининоген)

Расширение сосудов сокращение гладких мышц, повышение проницаемости капилляров, боль

Фибринопептиды и продукты распада фибрина

Система свертывания крови

Повышение проницаемости сосудов, хемотаксис нейтрофилов и макрофагоа

Простагландин Е2(ПГЕ2)

Циклооксигеназным путь метаболизма арахидоновой кислоты в тучных клетках

Расширение сосудов, усиление повышенной гистамином и брадикинином проницаемости сосудов

Лейкотриен Вд

Липоксигеназный путь метаболизма арахидоновой кислоты в тучных клетках

Хемотаксис нейтрофилов, синергичное с ПГЕ2 действие, повышающее проницаемость сосудов

Лейкотриен D4

Липоксигеназный путь метаболизма арахидоновой кислоты

Сокращение гладких мышц, повышение проницаемости сосудов

Рис. 5.13

Основные медиаторы воспаления, регулирующие кровенаполнение и проницаемость сосудов или миграцию лейкоцитов.

ствие втягивания (ретракции) клеток эндотелия и, возможно, также усиления транспорта везикул сквозь эндотелий. Это обеспечивает поступление в очаг воспаления более крупных молекул, чем

те, которые обычно могут проникать сквозь эпителий. Таким образом в очаг воспаления поступают антитела, компоненты комплемента и другие ферментные системы плазмы крови.

Воспаление регулируется хемокинами, ферментными системами плазмы, цитокинами, а также продуктами метаболизма тучных клеток, тромбоцитов и лейкоцитов

Развитие воспалительного процесса происходит при участии 1) хемокинов, 2) продуктов активации ферментных систем плазмы и 3) вазоактивных медиаторов, выделяемых лейкоцитами (рис. 5.13). Воспалительные реакции разного типа регулируются различными медиаторами. Немедленный ответ зависит от быстродействующих вазоактивных аминов и продуктов кининовой системы (см. ниже). Позднее привлечение и активация лейкоцитов происходят под действием вновь синтезированных медиаторов, таких как лейкотриены.

Достигая очага инфекции или воспаления, лейкоциты ранней волны миграции выделяют медиаторы, которые обеспечивают дальнейшее накопление и активацию клеток. Однако роль главного регулятора воспалительных реакций, инициированных иммунной системой, как и иммунного ответа вообще, принадлежит самому антигену. Поэтому очаг хронической инфекции или аутоиммунных реакций (где антиген не удается устранить окончательно) существенно отличается по клеточному составу инфильтрата от очагов воспаления, быстро освобождаемых от антигена.

Ферментные системы плазмы Существенная роль в гемостазе и регуляции воспаления принадлежит четырем главным ферментным системам плазмы крови: системе свертывания, системе фибринолиза (плазминовая система), системе кининов и системе комплемента. Система комплемента опосредует многообразные взаимодействия между иммунным ответом и воспалением (см. гл. 4). К кининовой системе относятся медиаторы брадикинин и лизилбрадикинин (каллидин). Брадикинин — это функционально весьма сильный вазоактивный нонапептид, вызывающий увеличение просвета венул и сосудистой проницаемости, а также сокращение гладких мышц. Он образуется в результате активации фактора Хагемана (XII), относящегося к системе

Иммунный ответ при остром воспалении

Рис. 5.14

Приобретенный иммунитет влияет на воспалительные процессы через систему комплемента. Антигены (например, микробного происхождения) стимулируют В-клетки для продукции антител, в том числе IgE, связывающихся с тучными клетками, а также IgG и IgM, активирующих комплемент. Кроме того, комплемент может активироваться и без участия антител (в част ности, микробами) по альтернативному пути. Сенсибилизированные антителами тучные клетки, встретившись с антигеном, выделяют из своих гранул медиаторы и эйкозаноиды (продукты метаболизма арахидоновой кислоты, такие как простагландины и лейкотриены). Вместе с комплементом (который непосредственно своими субкомпонентами СЗа и С5а может вызывать дегрануляцию тучных клеток) эти медиаторы индуцируют ограниченный очаг воспаления, способствуя накоплению в нем лейкоцитов и продуктов активации ферментных систем плазмы.

свертывания крови, тогда как для образования каллидина необходимы активация плазминовой системы или участие ферментов, выделяемых поврежденными тканями.

Вспомогательные клетки воспаления К ним относятся тучные клетки, базофилы и тромбоциты; все эти клетки служат важным источником вазоактивных медиаторов — гистамина и 5-гидрокси- триптамина (серотонина), вызывающих вазодилатацию и увеличение проницаемости сосудов. Многие из провоспалительных эффектов СЗа и С5а обусловлены их способностью вызывать высвобождение содержимого гранул из тучных клеток. Об этом свидетельствует факт подавления данных эффектов антигистаминными препаратами. Кроме того, тучные клетки и базофилы могут стать непосредственной причиной воспаления, вызванного специфическим иммунным ответом, так как IgE сенсибилизирует их для дегрануляции при встрече с антигеном. Взаимодействие между механизмами приобретенного иммунитета и воспаления схематично представлено на рис. 5.14. Тучные клетки служат также важным источником медленнореагирующих медиаторов воспаления, в том числе лейкотриенов, простагландинов и тромбоксанов (см. гл. 23).

Тромбоциты, как и тучные клетки, могут быть активированы продуктами иммунной системы — иммунными комплексами или фактором активации тромбоцитов, выделяемым нейтрофилами, базофилами и макрофагами. Предполагается, что этот механизм важен в реакциях гиперчувствительности II и III типов.

Цитокины Подобно другим медиаторам, цитокины служат для межклеточной сигнализации при развитии воспалительного процесса. На его начальных стадиях местные тканевые клетки могут выделять такие цитокины, как ИЛ-1 и ИЛ-6. Как только в очаге воспаления появляются лимфоциты и мононуклеарные фагоциты, они могут, активируясь под действием антигена, выделять свои собственные цитокины (ИЛ-1, ФИО, ИЛ-4, ИФу), которые, воздействуя на эндотелий местных сосудов, дополнительно усиливают клеточную миграцию. Другие цитокины, например ИЛ-8, могут оказывать хемотаксическое или активирующее действие на прибывающие клетки.

опросы для размышления

Если бы вы смогли удалить из генома лабораторной мыши ген, кодирующий VCAM-1, какое действие это оказало бы на миграцию лимфоцитов и нейтрофилов?

Если в пластырную основу добавить очищенный С5а, как это повлияет на циркуляцию лейкоцитов, кровоток и сосудистую проницаемость в месте наложения такого пластыря? Каков будет механизм вызванных эффектов?

Лекарственное средство индометацин подавля

ет образование простагландинов и лейкотриенов. Какое, по-вашему, действие оно оказывает на воспалительный процесс и за счет какого механизма?

■ Вы исследуете процессы хронического отторжения почечных аллотрансплантатов. Какие из следующих молекул адгезии целесообразно выявлять на клетках эндотелия: Р-селектин, Е-селек- тин, VLA-4, ICAM-1, ICAM-2, LFA-1, MAdCAM-1, и почему?

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Baggiolini М., Dewald Р., Moser В. 1977. Human chemokines: an update. Annu. Rev. Immunol. 15: 675-705.

Davies P., Bailey P.J., Goldenberg M.M. et al. 1984. The role of arachidonic acid oxygenation products in pain and inflammation. Annu. Rev. Immunol. 2: 335-358.

Ebnet K., Kaldjian E.P., Anderson A.O. et al. 1996. Orchestrated information transfer underlying leuko

cyte endothelial interactions. Annu. Rev. Immunol. 14: 155-177.

Hemler M.E. 1990. VLA proteins in the integrin family: structures, functions and their role on leucocytes. Annu. Rev. Immunol. 8: 365-400.

Hynes R.O. 1992. Integrins: versatility, modulation and signalling in cell adhesioin. Cell 69: 11-25.

Lub M., van Kooyk Y., Figdor C.G. 1996. Ins and outs of LFA-1. Immunol. Today 16: 479-483.

Male D.K. 1996. Cell traffic and inflammation. In: Male D.K., Cooke A., Owen M., Trowsdale J., Champion B.R. (eds). Advanced Immunology. 3rd edn. London: Mosby.

Proud D., Kaplan A.P. 1988. Kinin formatiion: mechanism and role in inflammatory disorders. Annu. Ref. Immunol. 6: 49-83.

Shimizu Y., Newman W., Gopal T.V. et al. 1991. Four molecular pathways of T cell adhesion to

endothelial cells. Roles of LFA-1, VCAM-1 and ELAM-1 and changes of pathway hierarchy under different activatiion conditions. J. Cell. Biol. 113: 1203-1212.

Springer T.A. 1990. Adhesion receptors in the immune system. Nature 346: 425-434.

Springer T.A. 1994. Traffic signals for lymphocyte recirculation and leycocyte emigration: the multistep paradigm. Ce//76: 301-314.

Антитела и клеточные рецепторы для них

Циркулирующие антитела распознают антиген в крови и в тканевой жидкости.

У большинства видов млекопитающих пять классов антител - IgG, IgA, IgM, IgD и IgE.

Основная структурная единица иммуноглобулинов состоит из двух легких и двух тяжелых цепей. Классы различаются между собой тяжелыми цепями. IgA и IgM - это олигомеры основной четырехцепочечной единицы.

Цепи иммуноглобулинов свернуты в несколько глобулярных структур, называемых доменами; легкие цепи образуют по два домена, тяжелые - четыре или пять в зависимости от класса 1g.

С помощью протеолитических ферментов можно получать фрагменты иммуноглобулинов для исследовательских либо медицинских целей. Папаин расщепляет молекулу IgG на три фрагмента - два антигенсвязывающих (Fab) и один Fc; пепсин отщепляет крупный F(ab')2" фрагмент, содержащий оба антигенсвязывающих центра.

Антигенсвязывающие центры образованы гипервариабельными (V) участками цепей 1g. В V-доменах любой легкой или тяжелой цепи имеется по три таких участка. Свертывание це

пей в домены приводит к тому, что гипервариабельные участки группируются на выступающих частях молекулы, образуя два антигенсвязывающих центра в каждой четырехцепочечной единице.

Все антитела несут две функции. Кроме связывания антигена, они осуществляют одну или несколько эффекторных функций. Структурные участки молекулы иммуноглобулина, ответственные за эффекторную активность (например, за активацию комплемента или связывание с клетками), пространственно удалены от антигенсвязывающих центров и находятся главным образом в Fc-области.

Рецепторы для иммуноглобулинов присутствуют на поверхности мононуклеарных лейкоцитов, нейтрофилов, нормальных клеток-киллеров, эозинофилов, базофилов и тучных клеток. Взаимодействуя с Fc-областью иммуноглобулинов разных изотипов, рецепторы стимулируют, например, фагоцитоз, противоопухолевую цитотоксическую активность и дегрануляцию тучных клеток Большинство Fcy-рецепторов относится к молекулам иммуноглобулинового суперсемейства и имеет два или три внеклеточных имму- ноглобулин-подобных домена.

Основная функция специфического иммунного ответа — это специфическое распотнавание чужеродных антигенов. В распознавании участвуют молекулы двух разных типов — иммуноглобулины и Т-клеточные рецепторы антигенов (ТкР) Крис. 6.IY Структурное разнообразие этих молекул (см. гл. 8), благодаря которому они способны распознавать множество самых разных антигенов, возникает в результате многочисленных генных рекомбинаций. Т-клеточные рецепторы подробно рассмотрены в гл. 7.

Иммуноглобулины представляют собой группу гликопротеинов, которые содержатся в плазме крови и в тканевой жидкости у всех млекопитающих. Некоторые иммуноглобулиновые молекулы структурно связаны с плазматической мембраной В-клеток и функционируют как антиген- специфичные рецепторы. Другие (антитела) присутствуют в плазме или в лимфе как свобод

ные молекулы. Синтез антител осуществляют В-клетки, но для этого необходим контакт с антигеном и вызванное им созревание В-клеток в антителообразующие клетки (АОК). К АОК относятся, в частности, секретирующие значительные количества антител плазматические клетки (так первоначально гистологи назвали АОК, выявляемые в крови и тканях). Мембраносвязанные иммуноглобулины незрелых В-клеток (предшественников) имеют ту же самую анти- генсвязывающую специфичность, что и антитела, образуемые зрелыми АОК.

ИММУНОГЛОБУЛИНЫ -

ОСОБОЕ СЕМЕЙСТВО БЕЛКО

У большинства высших млекопитающих обнаружено пять классов иммуноглобулинов — IgG, IgA, IgM, IgD и IgE, которые различаются по раз-

Молекулы, распознающие антиген(принцип строения)

Антитело в структуре В-клеточного антиген- р.п ПО м..»кш,е О ре и ОраАнтитело в структуре В-клеточного антиген- р.п ПО м..»кш,е О ре и ОраТ-клеточный антигенраспознающий р.цел юрТ-клеточный антигенраспознающий р.цел юрРис. 6.1

Антитело в структуре В-клеточного антиген- р.п ПО м..»кш,е О ре и Ора

Антитело в структуре В-клеточного антиген- р.п ПО м..»кш,е О ре и Ора

Т-клеточный антигенраспознающий р.цел юр

Т-клеточный антигенраспознающий р.цел юр

Антигенраспознающие рецепторы Т- и В-клеток происходят, вероятно, от общего филогенетического предшественника и принадлежат к иммуноглобулиновому суперсемейству. Основную часть В-клеточного рецептора образуют две одинаковых тяжелых (Н) и две одинаковых легких (L) цепи. С основной частью рецептора непосредственно связаны дополнительные компоненты (Iga и IgP), по-видимому, соединяющие его с путями внутриклеточной передачи сигнала. Циркулирующие антитела структурно подобны основной части этих В-клеточных рецепторов, но лишены их трансмембранных и внутрицитоплазматических сегментов. Антигенсвязывающий центр Т-клеточного рецептора состоит из одной a-цепи и одной p-цепи (или одной у- и одной 8-цепи), которые ассоциированы с 4 структурно отличными от них трансмембранными пептидами (у, 8, е и у.

мерам молекул, заряду, аминокислотному составу и содержанию углеводов.

Помимо различий между классами, существует и весьма значительная гетерогенность в пределах каждого класса. Так, по электрофоретическим свойствам иммуноглобулины настолько разнообразны, что встречаются во всех фракциях нормальной сыворотки, от а до у (рис. 6.2).

Иммуноглобулины - бифункциональные молекулы

Каждый иммуноглобулин выполняет две функции. Одна область его молекулы предназначена

для связывания с антигеном, другая осуществляет так называемые эффекторные функции. К ним относится связывание иммуноглобулина с тканями организма, различными клетками иммунной системы, определенными фагоцитарными клетками и первым компонентом комплемента (Clq) при активации этой системы по классическому пути.

Принадлежность иммуноглобулина к определенному классу и подклассу определяется структурой тяжелой цепи

Основная структурная единица иммуноглобулина любого класса состоит из двух одинаковых легких и двух одинаковых тяжелых полипептид- ных цепей, удерживаемых вместе дисульфидными связями (рис. 6.3). От типа тяжелых цепей зависит принадлежность молекулы иммуноглобулина к тому или иному классу и подклассу. Так, у человека четыре подкласса IgG (IgGl, lgG2, lgG3 и IgG4) имеют тяжелые цепи соответственно yl,

Распределение основных изотиповиммуноглобулинов

Рис. 6.2

Электрофореграмма сыворотки крови человека, показывающая распределение четырех основных классов иммуноглобулинов. В электрическом поле происходит разделение сывороточных белков соответственно заряду их молекул на фракции a1, а2, Р и у в зависимости от подвижности. (IgE по подвижности сходен с IgD, но из-за низкой концентрации в сыворотке не представлен здесь количественно.) Класс IgG наиболее гетерогенен по заряду молекул; другие классы иммуноглобулинов имеют более узкий интервал подвижности, главным образом в р- и «быстрой» у-об- ласти электрофореграммы.

Структура основной четырехцепочечной единицыиммуноглобулиновых молекулСтруктура основной четырехцепочечной единицыиммуноглобулиновых молекулРис. 6.3Основная структурная единица иммуноглобулинов состоит из двух одинаковых легких и двух одинаковых тяжелых полипептидных цепей, соединенных вместе дисульфидными связями (красные линии). Обратите внимание на положение аминоконцевых (N) и карбок- сиконцевых (С) участков пептидных цепей.Рис. 6.3Основная структурная единица иммуноглобулинов состоит из двух одинаковых легких и двух одинаковых тяжелых полипептидных цепей, соединенных вместе дисульфидными связями (красные линии). Обратите внимание на положение аминоконцевых (N) и карбок- сиконцевых (С) участков пептидных цепей.

Структура основной четырехцепочечной единицыиммуноглобулиновых молекул

Структура основной четырехцепочечной единицыиммуноглобулиновых молекул

Рис. 6.3

Основная структурная единица иммуноглобулинов состоит из двух одинаковых легких и двух одинаковых тяжелых полипептидных цепей, соединенных вместе дисульфидными связями (красные линии). Обратите внимание на положение аминоконцевых (N) и карбок- сиконцевых (С) участков пептидных цепей.

Рис. 6.3

Основная структурная единица иммуноглобулинов состоит из двух одинаковых легких и двух одинаковых тяжелых полипептидных цепей, соединенных вместе дисульфидными связями (красные линии). Обратите внимание на положение аминоконцевых (N) и карбок- сиконцевых (С) участков пептидных цепей.

у2, уЗ и у4; все они выявляются иммунохимически как у-цепи, но незначительно отличаются друг от друга.

К 1, 2, 3 и 4 подклассам IgG относится соответственно около 66%, 23%, 7% и 4% общего числа молекул этого класса. Известны также два подкласса IgA (IgAl и lgA2), но подклассов IgM, IgD и IgE человека пока не обнаружено. Разнообразие классов и подклассов иммуноглобулинов обусловлено изотипической изменчивостью их молекул.

В процессе эволюции подклассы иммуноглобулинов возникли, по-видимому, позже классов. Поэтому подклассы IgG человека очень сильно отличаются от четырех подклассов IgG, идентифицированных у мыши.

У каждого класса иммуноглобулинов свой набор функций

Все иммуноглобулины — это гликопротеины; содержание углеводов в них варьирует от 2—3% у IgG до 12—14% у IgM, IgD и IgE. Физико-химические свойства иммуноглобулинов приведены на рис. 6.4.

IgG Это главный изотип 1g нормальной сыворотки человека; на его долю приходится 70—75% общего количества сывороточных иммуноглобулинов. Молекула IgG представляет собой четырех-

СвойстваИзотип иммуноглобулинаlgG1igG2lgG3lgG4IgMlgA1lgA2slgAIgDIgEТяжелая цепь71Y2Ya74|i«1«2«i/«28EСредняя конц. в сыворотке, мг/мл9310,51.53.00.50,050,030,00005Коэф, седиментации7S7S7S7S19S7S7Si11S7S8SМол. масса (х103>146146170146970160160385184188Время полужизни, сут21207211066932Внутрисосудистый пул, %45454545804242Следы7550Содержание у леводов, %2-32-32-32-3127-117-117 119-1412СвойстваИзотип иммуноглобулинаlgG1igG2lgG3lgG4IgMlgA1lgA2slgAIgDIgEТяжелая цепь71Y2Ya74|i«1«2«i/«28EСредняя конц. в сыворотке, мг/мл9310,51.53.00.50,050,030,00005Коэф, седиментации7S7S7S7S19S7S7Si11S7S8SМол. масса (х103>146146170146970160160385184188Время полужизни, сут21207211066932Внутрисосудистый пул, %45454545804242Следы7550Содержание у леводов, %2-32-32-32-3127-117-117 119-1412Физико-химические свойства иммуноглобулинов человекаФизико-химические свойства иммуноглобулинов человека

Свойства

Изотип иммуноглобулина

lgG1

igG2

lgG3

lgG4

IgM

lgA1

lgA2

slgA

IgD

IgE

Тяжелая цепь

71

Y2

Ya

74

|i

«1

«2

«i/«2

8

E

Средняя конц. в сыворотке, мг/мл

9

3

1

0,5

1.5

3.0

0.5

0,05

0,03

0,00005

Коэф, седиментации

7S

7S

7S

7S

19S

7S

7S

i

11S

7S

8S

Мол. масса (х103>

146

146

170

146

970

160

160

385

184

188

Время полужизни, сут

21

20

7

21

10

6

6

9

3

2

Внутрисосудистый пул, %

45

45

45

45

80

42

42

Следы

75

50

Содержание у леводов, %

2-3

2-3

2-3

2-3

12

7-11

7-11

7 11

9-14

12

Свойства

Изотип иммуноглобулина

lgG1

igG2

lgG3

lgG4

IgM

lgA1

lgA2

slgA

IgD

IgE

Тяжелая цепь

71

Y2

Ya

74

|i

«1

«2

«i/«2

8

E

Средняя конц. в сыворотке, мг/мл

9

3

1

0,5

1.5

3.0

0.5

0,05

0,03

0,00005

Коэф, седиментации

7S

7S

7S

7S

19S

7S

7S

i

11S

7S

8S

Мол. масса (х103>

146

146

170

146

970

160

160

385

184

188

Время полужизни, сут

21

20

7

21

10

6

6

9

3

2

Внутрисосудистый пул, %

45

45

45

45

80

42

42

Следы

75

50

Содержание у леводов, %

2-3

2-3

2-3

2-3

12

7-11

7-11

7 11

9-14

12

Физико-химические свойства иммуноглобулинов человека

Физико-химические свойства иммуноглобулинов человека

Рис. 6.4

Иммуноглобулины каждого класса - IgG, IgM, IgA, IgD и IgE - имеют свой характерный тип тяжелой цепи - у, ц, а, 8 и е соответственно. Внутри некоторых классов существуют разные варианты тяжелых цепей, определяющие разделение класса на подклассы. Например, пул IgG человека включает четыре подкласса, различия между которыми состоят в строении у-цепи. Классы (изотипы) иммуноглобулинов различаются по свойствам. Примечательно, что в выделениях организма IgA представлен секреторной формой (slgA) - димером, соединенным с дополнительной пептидной цепью (она названа секреторным компонентом). Концентрация slgA в сыворотке крови очень низка, тогда как в кишечном соке может быть весьма значительной.

цепочечный мономер с коэффициентом седиментации 7S и мол. массой 146 кДа. При этом белки lgG3 несколько крупнее белков других подклассов из-за слегка большей по размерам уЗ- цепи. Иммуноглобулины класса G равномерно распределены между внутри- и внесосудистым пулами и составляют большинство антител вторичного иммунного ответа, а также основную часть антитоксинов. Кроме того, именно (материнские) IgG обеспечивают невосприимчивость ребенка к инфекциям в первые несколько месяцев жизни. У человека антитела всех подклассов IgG проникают через плаценту в организм плода, создавая напряженный пассивный иммунитет на весь неонатальный период. У млекопитающих тех видов, для которых характерна передача материнского иммуноглобулина потомству только после рождения, например у свиньи, IgG, поступающий с молоком, избирательно проникает из желудочно-кишечного тракта в кровоток новорожденного

1дМ К этому классу относится примерно 10% общего пула иммуноглобулинов сыворотки. Молекула IgM представляет собой пентамер основной четырехцепочечной единицы. Отдельная тяжелая цепь имеет мол. массу ~65 кДа, а вся молекула — 970 кДа. Антитела этого класса содержатся преимущественно во внутрисосудистом п>ле иммуноглобулинов и доминируют в качестве «ранних» антител, чаше всего при иммунном ответе на сложные по антигенному составу патогенные микроорганизмы.

IgA Белки этого класса составляют 15—20% общего количества иммуноглобулинов в сыворотке человека, где они более чем на 80% представлены в виде мономера — четырехцепочечной единицы. Однако в сыворотке большинства других млекопитающих IgA присутствует большей частью в полимерной форме, чаше всего как димер четырехцепочечной единицы. IgA — это главный класс иммуноглобулинов серозно-слизистых секретов, таких как слюна, молозиво и молоко, а также отделяемого слизистой оболочки дыхательных и мочеполовых путей.

Секреторные IgA (slgA) относятся к подклассу IgA I или lgA2 и представлены в основном димерной формой с коэффициентом седиментации I IS и мол. массой 385 кДа. Они присутствуют в большом количестве в серозно-слизистых секретах, где связаны с другим белком, называемым секреторным компонентом.

IgD Этот класс составляет менее 1 % всех иммуноглобулинов плазмы, но обильно представлен на мембране многих В-клеток. Биологическая роль данного класса иммуноглобулинов до конца не известна. Предположительно он участвует в антиген-зависимой дифференцировке лимфоцитов.

IgE Концентрация этого класса иммуноглобулинов в сыворотке исчезающе мала, но он выявляется на поверхностной мембране базофилов и тучных клеток у любого человека. Кроме того, IgE сенсибилизированы клетки слизистых оболочек, в частности носовой полости, бронхов и конъюнктивы. Возможно, IgE имеют существенное значение в ангигельминтозном иммунитете, однако в развитых странах с ними чаще всего связан патогенез аллергических заболеваний, например бронхиальной астмы и сенной лихорадки.

СТРОЕНИЕ АНТИТЕЛ

Основная четырехцепочечная структурная единица (мономер) иммуноглобулиновых молекул (.рис. 6.5) образована полипептилными цепями двух разных типов. Меньшие по размерам (легкие. L — от англ, light) цепи имеют мол. массу 25 кДа и одинаковы у всех классов, тогда как более крупные (тяжелые, Н — от англ, heavy) цепи, мол массой 50—77 кДа, структурно различны у разных классов и подклассов иммуноглобулинов. Поли- пептидные цепи удерживаются вместе ковалентными и нековалентными связями.

Каждая цепь содержит вариабельную и константную области

У большинства позвоночных легкие цепи существуют в двух различных изотипических формах, обозначенных каппа (к) и лямбда (X). В молекуле иммуноглобулина могут объединяться пары легких и тяжелых цепей любого типа, но обе цепи в паре относятся к одному типу.

Как установили Хильшманн, Крейг и др. (1965 г.), легкие цепи состоят из двух различных областей. С-концевая половина (приблизительно 107 аминокислотных остатков) цепи одинакова (константна) у легких цепей всех типов (исключая некоторые аллотипические и изотипические варианты, см. ниже); она названа константной, или Cl-областью (от англ, constant light chain). В то же время N-концевая половина этой цепи имеет множество вариантов аминокислот-

Общая схема строения lgG1

Рис. 6.5

N-концевой последовательности как легких (L), так и тяжвлых (Н) цепей lgG1 свойственна вариабельность (V), поэтому эти области названы соответственно Vl и Vh. Остальные части молекулы имеют относительно неизменную (константную - С) структуру. Константная область легкой цепи обозначается Cl. Константная область тяжелой цепи подразделяют еще на три структурно обособленные области - Сн1, Сн2 и СнЗ. И вариабельные, и константные облас и легких и тяжелых цепей образуют стабилизированные внутрицепочеч- ными дисульфидными связями (показаны красным цветом) глобулярные структуры, называемые доменами. Антигенсвязывающие центры молекулы иммуноглобулина образованы вариабельными доменами Vl и Vh. Отрезок тяжелой цепи между доменами Сн1 и Сн2 называют «шарнирной» областью; она обладает гибкостью, которая позволяет обоим антигенсвязываю- щим центрам функционировать независимо один от другого. За исключением домена Сн2, домены одной тяжелой цепи тесно прилежат к гомологичным (V и С) доменам легкой цепи и к СнЗ-области другой тяжелой цепи (см. рис. 6.7). К Сн2-доменам присоединяются углеводные компоненты.

ной последовательности, из за чего названа вариабельной, или Vi-областью (от variable light chain).

Молекулы IgG имеют «типичную» для антител структуру

В качестве «типичного» антитела можно рассматривать молекулу IgG (рис. 6.5). В ней имеется две внутрипепочечные дисульфидные связи в каждой легкой цепи — по одной в вариабельной и константной областях (рис. 6.6) — и четыре таких связи в каждой тяжелой (у) цепи, которая вдвое

длиннее легкой. Каждая дисульфидная связь замыкает пептидную петлю из 60—70 аминокислотных остатков; при сравнении аминокислотных последовательностей этих петель выявляется удивительно высокая степень их гомологии. В основном поэтому каждая полипептидная цепь иммуноглобулина образует несколько глобулярных доменов с весьма сходной вторичной и третичной структурой. Это иллюстрирует на примере легкой цепи рис. 6.6.

Пептидная петля, замкнутая дисульфидной связью, — это центральная часть «домена», в котором всего насчитывается примерно 110 аминокислотных остатков. Как в легких, так и в тяжелых цепях первые от N-конца домены образованы соответственно вариабельными областями Vl и Vh (рис. 6.7). Тяжелые цепи IgG, IgA и IgD имеют еще три домена — Сн1, Сн2 и Сн8, составляющих константную область. В цепях риг непо-

Стереотипная пространственная укладка легкойцепи иммуноглобулинов

Рис. 6.6

Легкая цепь иммуноглобулина стереотипно свертывается так, что ее прямолинейные полипептидные отрезки формируют два домена - вариабельный и константный, располагаясь в них параллельно продольной оси домена и образуя два слоя со взаимно противоположным направлением аминокислотной последовательности. В пространство между слоями обращены многочисленные гидрофобные боковые цепи аминокислот. Один из слоев в каждом домене сформирован четырьмя отрезками полипептидной цепи (отмечены белыми стрелками), другой - тремя (отмечены черными стрелками); эти два слоя соединены одной дисульфидной связью (красная полоса). Отрезки Vi-домена уложены так, что гипервариабельные участки выступают на поверхность тремя отдельными (но пространственно сближенными) петлями. В каждом гипервариабельном участке указан номер позиции одного из аминокислотных остатков.

Структура lgG1

Рис. 6.7

Модель молекулы IgGl с изображением глобулярных доменов тяжелой (Н) и легкой (L) цепей. Обратите внимание на взаимное сближение доменов СнЗ и разделение доменов Сн2, между которыми расположены углеводные компоненты (показаны синим). На этом рисунке (а также на рис. 6.10) дисульфидные связи между Н- и L-цепями не показаны.

срсдственно за Сн1 следует один дополнительный домен (см. рис. 6.10), поэтому С-концевые домены тяжелых цепей IgM и IgE (обозначаемые Ср4 и Се4) гомологичны СнЗ-домену IgG (СуЗ).

По данным рентгеноструктурного анализа удалось реконструировать а-углеродный скелет и построить компьютерные модели целых молекул IgG (рис. 6.8). Модельные IgG имеют вид Y- и Т- образных структур, и аналогичные формы IgG выявлены с помощью электронной микроскопии.

В Fab-области молекулы иммуноглобулина гомологичные домены легких и тяжелых цепей располагаются парами (как показано на рис. 6.7)\ СуЗ-домены двух тяжелых цепей также образуют пару, но Су2-домены разделены углеводными компонентами.

Несмотря на структурное сходство гомологичных доменов, междоменные взаимодействия в

разных парах существенно различаются. Например, вариабельные домены контактируют друг с другом слоями, состоящими из трех сегментов цепи, а константные — слоями из четырех сегментов (схему двуслойной укладки сегментов легкой цепи в двух ее доменах см. на рис. 6.6). Модель молекулы IgGl, представленная на рис. 6.7, в общем адекватно отражает структуру элементарных единиц в составе иммуноглобулинов всех изотипов, однако каждый класс и подкласс имеет свои характерные отличия в деталях строения.

IgG Четыре подкласса IgG человека лишь слегка различаются по аминокислотной последовательности тяжелых цепей. Этими различиями, отно-

Рис. 6.8

Компьютерная модель lgG1 человека, построенная по данным рентгеноструктурного анализа белка Dob, лишенного шарнирной области. Молекулы белков такого типа не обладают гибкостью, характерной для нормальных молекул IgG человека. Именно жесткость их структуры позволяет получить при анализе более высокое разрешение. Одна тяжелая цепь окрашена синим, другая - красным, а обе легкие цепи - зеленым цветом. Углеводные цепи, присоединяющиеся к полипептидным в Fc-части молекулы, показаны бирюзовым цветом. Согласно этой модели, Су2-домены весьма слабо взаимодействуют друг с другом, а СуЗ- домены довольно сильно. (По David R. Davies et al. 1977. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 74. Компьютерная графика получена с использованием системы, разработанной Richard J. Feldmann (Национальные институты здоровья, США).

Структура lgG3 человекаСтруктура lgG3 человекаРис. 6.9Схематическое изображение молекулы lgG3 человека. Обратите внимание на удлиненную шарнирную область тяжелых цепей.Рис. 6.9Схематическое изображение молекулы lgG3 человека. Обратите внимание на удлиненную шарнирную область тяжелых цепей.

Структура lgG3 человека

Структура lgG3 человека

Рис. 6.9

Схематическое изображение молекулы lgG3 человека. Обратите внимание на удлиненную шарнирную область тяжелых цепей.

Рис. 6.9

Схематическое изображение молекулы lgG3 человека. Обратите внимание на удлиненную шарнирную область тяжелых цепей.

положение разных частей молекулы IgM, принявшей «крабовидную» конфигурацию, по-види- мому, связано с активацией ею комплемента.

Молекулу IgM характеризуют еще два свойства: многочисленные присоединенные к р-цепи олигосахариды и добавочная пептидная J-цепь (от англ, joining — соединение), которая предположительно принимает участие в полимеризации мономерных единиц, предшествующей выходу IgM из синтезирующей его клетки. J-цепь представляет собой полипептид из 137 аминокислотных остатков, образующий домен иммуноглобулинового типа. Каждая молекула IgM содержит только одну J-цепь. Она соединена дисульфид ными связями с С-концевыми. состоящими из 18 аминокислотных остатков пептидами тяжелых цепей отдельных мономеров (дисульфидную

Структура IgM человекаСтруктура IgM человекаРис. 6.10Тяжелые цепи IgM пространственно свертываются с образованием пяти доменов, причем СрЗ- и Сц4-до- мен каждой цепи соединен дисульфидной связью с аналогичным доменом соседнего мономера. Показаны также участки присоединения углеводных боковых цепей (синим цветом) и возможное расположение J- цепи. В молекуле IgM нет протяженных шарнирных областей, однако они способны изгибаться в области Сц2-доменов.Рис. 6.10Тяжелые цепи IgM пространственно свертываются с образованием пяти доменов, причем СрЗ- и Сц4-до- мен каждой цепи соединен дисульфидной связью с аналогичным доменом соседнего мономера. Показаны также участки присоединения углеводных боковых цепей (синим цветом) и возможное расположение J- цепи. В молекуле IgM нет протяженных шарнирных областей, однако они способны изгибаться в области Сц2-доменов.

Структура IgM человека

Структура IgM человека

Рис. 6.10

Тяжелые цепи IgM пространственно свертываются с образованием пяти доменов, причем СрЗ- и Сц4-до- мен каждой цепи соединен дисульфидной связью с аналогичным доменом соседнего мономера. Показаны также участки присоединения углеводных боковых цепей (синим цветом) и возможное расположение J- цепи. В молекуле IgM нет протяженных шарнирных областей, однако они способны изгибаться в области Сц2-доменов.

Рис. 6.10

Тяжелые цепи IgM пространственно свертываются с образованием пяти доменов, причем СрЗ- и Сц4-до- мен каждой цепи соединен дисульфидной связью с аналогичным доменом соседнего мономера. Показаны также участки присоединения углеводных боковых цепей (синим цветом) и возможное расположение J- цепи. В молекуле IgM нет протяженных шарнирных областей, однако они способны изгибаться в области Сц2-доменов.

сящимися в основном к шарнирной области, обусловлены изотипические вариации расположения и числа межцепочечных дисульфидных связей. Из четырех подклассов наиболее выраженной структурной особенностью — удлиненной шарнирной областью — обладает lgG3, чем объясняется его более высокая мол. масса и, отчасти, повышенная биологическая активность Крис. 6.9).

1дМ У человека IgM обычно обнаруживается в виде пентамера основной четырехцепочечной структурной единицы {рис. 6.10). Отличие его р- цепи от у-цепей IgG состоит в иной аминокислотной последовательности и наличии дополнительного константного домена с С-концевым пептидом из 18 аминокислотных остатков. Субъединицы пентамера соединены дисульфидными связями между СрЗ-доменами и, вероятно, между С-концевыми пептидами. По данным электронной микроскопии молекула IgM имеет плотно сложенный центр, от которого расходятся пять ветвей.

На микрофотографиях антитела IgM, связавшиеся с бактериальным жгутиком (или с полио- вирусным вирионом, как на рис. 6.11), видны в «крабовидной» конфигурации. Такая форма молекулы IgM свидетельствует о том, что тяжелые цепи в области между Ср 2 и СрЗ могут легко изгибаться, хотя по структуре эта область не гомологична шарнирной области IgG. Взаимное рас

Рис. 6.11Электронные микрофотографии молекул IgM.1. Молекула IgM оленя в растворе принимает характерную форму звезды. х195 ООО. (Фото любезно предоставлено д-рами Е. Holm и Nielson Р. Storgaard и проф. S.-E. Svehag.) 2. Связавшаяся с полиовирус- ным вирионом молекула IgM кролика (под стрелкой) в «крабовидной» конфигурации; частично видна центральная округлая часть молекулы, х 190 000. (Фото любезно предоставлено д-ром В. Chesebro и проф.S.-E. Svehag.)Рис. 6.11Электронные микрофотографии молекул IgM.1. Молекула IgM оленя в растворе принимает характерную форму звезды. х195 ООО. (Фото любезно предоставлено д-рами Е. Holm и Nielson Р. Storgaard и проф. S.-E. Svehag.) 2. Связавшаяся с полиовирус- ным вирионом молекула IgM кролика (под стрелкой) в «крабовидной» конфигурации; частично видна центральная округлая часть молекулы, х 190 000. (Фото любезно предоставлено д-ром В. Chesebro и проф.S.-E. Svehag.)

Рис. 6.11

Электронные микрофотографии молекул IgM.

1. Молекула IgM оленя в растворе принимает характерную форму звезды. х195 ООО. (Фото любезно предоставлено д-рами Е. Holm и Nielson Р. Storgaard и проф. S.-E. Svehag.) 2. Связавшаяся с полиовирус- ным вирионом молекула IgM кролика (под стрелкой) в «крабовидной» конфигурации; частично видна центральная округлая часть молекулы, х 190 000. (Фото любезно предоставлено д-ром В. Chesebro и проф.

S.-E. Svehag.)

Рис. 6.11

Электронные микрофотографии молекул IgM.

1. Молекула IgM оленя в растворе принимает характерную форму звезды. х195 ООО. (Фото любезно предоставлено д-рами Е. Holm и Nielson Р. Storgaard и проф. S.-E. Svehag.) 2. Связавшаяся с полиовирус- ным вирионом молекула IgM кролика (под стрелкой) в «крабовидной» конфигурации; частично видна центральная округлая часть молекулы, х 190 000. (Фото любезно предоставлено д-ром В. Chesebro и проф.

S.-E. Svehag.)

ной конфигурации J-цепью и секретируемые субэпителиальными плазматическими клетками слизистых оболочек, при прохождении через эпителиальный покров активно связывают секреторный компонент. Он способствует доставке антител slgA в выделения организма, а также защищает эти антитела от протеолиза.

Преобладающий подкласс IgA, как в сыворотке, так и в выделениях организма (носовой секрет, слюна, слезы, молоко), — это IgAl (~90% и 70—95% соответственно). Однако в просвете толстой кишки около 60% IgA составляет подкласс IgA2. Многие бактерии в микрофлоре верхних дыхательных путей, приспособленные к условиям обитания, выделяют протеазы, расщепляющие IgAl.

igD К IgD относится меньше 1% иммуноглобулинов сыворотки. Этот белок гораздо более чувствителен к протеолизу, чем IgGI, lgG2, IgA или IgM и, кроме того, проявляет тенденцию к спон-

Структура 1дА1 человекаСтруктура 1дА1 человекаРис. 6.12Доменная структура 1дА1 и вероятное расположение углеводных цепей (показаны синим). Отмечен «хвостовой» пептид из 18 аминокислотных остатков на С- конце (общий признак с IgM) и шарнирная область.Рис. 6.12Доменная структура 1дА1 и вероятное расположение углеводных цепей (показаны синим). Отмечен «хвостовой» пептид из 18 аминокислотных остатков на С- конце (общий признак с IgM) и шарнирная область.

Структура 1дА1 человека

Структура 1дА1 человека

Рис. 6.12

Доменная структура 1дА1 и вероятное расположение углеводных цепей (показаны синим). Отмечен «хвостовой» пептид из 18 аминокислотных остатков на С- конце (общий признак с IgM) и шарнирная область.

Рис. 6.12

Доменная структура 1дА1 и вероятное расположение углеводных цепей (показаны синим). Отмечен «хвостовой» пептид из 18 аминокислотных остатков на С- конце (общий признак с IgM) и шарнирная область.

связь образует остаток цистеина в предпоследней позиции). Имеется наблюдение, что в клетках, секретирующих IgM преимущественно в форме гексамера, отсутствуют свободные J-цепи.

IgA Состоящая из 472 аминокислотных остатков a-цепь свертывается с образованием четырех доменов: Vh, Cal, Ca2 и СаЗ (рис. 6.12). Аналогично IgM тяжелая цепь IgA содержит дополнительный С-концевой пептид из 18 аминокислотных остатков с остатком цистеина в предпоследней позиции. Этот остаток способен ковалентно взаимодействовать с J-цепью, соединяющей две молекулы с образованием димера. На электронных микрофотографиях димеры IgA выглядят как двойные Y-формы, что свидетельствует о соединении двух мономерных субъединиц конец-в-ко- нец и об участии в этом соединении С-кониевых областей СаЗ (рис. 6.13).

Секреторный IgA (slgA) представлен главным образом димерной формой с коэффициентом седиментации 11S (мол. масса 380 кДа). Полностью собранная молекула состоит из двух мономеров IgA. одного секреторного компонента (мол. масса 70 кДа) и одной J-цепи (мол. масса 15 кДа) (рис. 6.14). Как все эти пептидные цепи связаны между собой, до конца не ясно. В противоположность J-цепи секреторный компонент синтезируется не в плазматических, а в эпителиальных клетках. Молекулы IgA, удерживаемые в димер-

Рис. 6.13

Электронные микрофотографии димерных молекул IgA человека. Сдвоенные Y-формы свидетельствуют о соединении двух мономерных субъединиц ко- нец-в-конец в области СаЗ-домена. х 250 000. (Фото любезно предоставлено проф. S.-E. Svehag.)

тайному протеолизу. По-видимому, его 8-цепи удерживаются вместе всего одной дисульфидной связью и соединены с большим количеством уг- леводых (олигосахаридных) цепей (рис. 6.15).

1дЕ Молекула IgE (рис. 6.16) состоит из более крупных (по сравнению с другими изотипами) Е-цепей (72,5 кДа), содержащих большее число аминокислотных остатков (приблизительно 550) и образующих пять доменов (Vh, Се1, Се2, СеЗ, и Се4).

МЕЖДУ МОЛЕКУЛАМИ АНТИТЕЛ ВОЗМОЖНЫ ИЗОТИПИЧЕСКИЕ, АЛЛОТИПИЧЕСКИЕ И ИДИОТИПИЧЕСКИЕ РАЗЛИЧИЯ В АМИНОКИСЛОТНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

Изотипические различия Гены изотипических вариантов антител в норме присутствуют в геноме всех представителей данного вида. Например, в геноме каждого человека имеются одновременно гены у!-, у2-, уЗ-, у4-, ц-, «1-, «2-, 8-, Е-, к- и X- цепей, представляющих собой поэтому изотипы.

Аллотипические различия Они отражают генетические различия между особями одного вида, в том числе по аллелям данного локуса. Например, у человека вариант IgG3 с остатком фенилаланина в 436 позиции уЗ-цепи, названный G3m(b°), встречается не у всех индивидов, т. е. представляет собой аллотип. Чаше всего аллотипы различаются константной областью тяжелых цепей.

Структура секреторного IgA (slgA) человека

Рис. 6.14

Секреторный компонент, вероятно, обвивается вокруг димера slgA, присоединяясь двумя дисульфидными связями к Са.2-домену одного из мономеров. J-цепь необходима для соединения двух мономеров вместе.

Идиотипические различия Существование разных идиотипов антител обусловлено различиями в аминокислотной последовательности вариабельных доменов, и особенно их гипервариабельных участков. Эти же области определяют специфичность антигенсвязывающего центра антител. Индивидуальные (частные) идиотипы антител

Рис. 6.15Доменная структура IgD с типичным для этого изотипа большим числом олигосахаридных цепей. Отмечена шарнирная область и короткие С-концевые октапептиды.Рис. 6.15Доменная структура IgD с типичным для этого изотипа большим числом олигосахаридных цепей. Отмечена шарнирная область и короткие С-концевые октапептиды.Структура IgE человекаСтруктура IgE человекаРис. 6.16Молекула IgE может расщепляться под действием ферментов на фрагменты F(ab')2, Fc и Fc'. Шарнирная область отсутствует.Рис. 6.16Молекула IgE может расщепляться под действием ферментов на фрагменты F(ab')2, Fc и Fc'. Шарнирная область отсутствует.Отдельные эффекторные функции антител человека, относящихся к разным изотипамОтдельные эффекторные функции антител человека, относящихся к разным изотипамобычно характерны для разных клонов В-клеток. Однако иногда у различных В-клеточных клонов идиотипы антител могут быть общими (перекре- стнореагируюшими или повторяющимися).

Рис. 6.15

Доменная структура IgD с типичным для этого изотипа большим числом олигосахаридных цепей. Отмечена шарнирная область и короткие С-концевые октапептиды.

Рис. 6.15

Доменная структура IgD с типичным для этого изотипа большим числом олигосахаридных цепей. Отмечена шарнирная область и короткие С-концевые октапептиды.

Структура IgE человека

Структура IgE человека

Рис. 6.16

Молекула IgE может расщепляться под действием ферментов на фрагменты F(ab')2, Fc и Fc'. Шарнирная область отсутствует.

Рис. 6.16

Молекула IgE может расщепляться под действием ферментов на фрагменты F(ab')2, Fc и Fc'. Шарнирная область отсутствует.

Отдельные эффекторные функции антител человека, относящихся к разным изотипам

Отдельные эффекторные функции антител человека, относящихся к разным изотипам

ЭФФЕКТОРНЫЕ ФУНКЦИИ АНТИТЕЛ

Основная, первичная функция антител — связывание с антигеном. В некоторых случаях оно непосредственно ведет к достижению эффекта, например обеспечивая нейтрализацию бактериального токсина или предотвращая проникновение вируса в клетки. Однако чаше взаимодействие антител с антигеном остается безрезультатным, пока они не осуществят свои вторичные, «эффекторные» функции (см. рис. 6.17 и 6.18).

Один из наиболее важных эффекторных механизмов действия IgG 1 и lgG3 состоит в активации системы комплемента — группы особых сывороточных белков, принимающих участие в воспалительных реакциях (см. гл. 5). Связываясь с

Эффекторные функцииЭффекторные функцииИзотип иммуноглобулина lgG1 lgG2 lgG3 lgG4 IgM IgA IgD IgE

Эффекторные функции

Эффекторные функции

Связывание комплемента no классическому пути Проникновение через плаценту

Связывание со стафилококковым белком А

Связывание со стрептококковым белком G

Рис. 6.17

Осуществление эффекторных функций антител связано с различными участками Fc-области их молекул. В переносе IgG через плаценту у человека и через кишечный эпителий у грызунов участвует рецепторная молекула, подобная молекулам МНС класса I (см. рис. 6.23).

антигеном. IgM, IgGI и lgG3 способны активировать каскад протеолитических реакций, осуществляемых системой комплемента. Менее эффективен в этом отношении lgG2; антитела же lgG4, IgA, IgD и IgE не активируют комплемент.

РецепторИзотип иммуноглобулинаlgG1 lgG2 lgG3 lgG4 IgM 1дА1 lgA2 slgA IgD IgEРецепторИзотип иммуноглобулинаlgG1 lgG2 lgG3 lgG4 IgM 1дА1 lgA2 slgA IgD IgEОтдельные примеры связывания иммуноглобулинов человека с клеточными рецепторамиОтдельные примеры связывания иммуноглобулинов человека с клеточными рецепторамиМоно-FcyRI++-4-4-+++------FcyRllaклетки+FcyRllla+-+-------FcpR-__-+-____FceRII________++FcaR-----++++++--НейтрофилыFc/Rlla+—+———————FcyRIlb+-+-FcaR-----++++++--ТучныеFceRIклетки/базофилыМоно-FcyRI++-4-4-+++------FcyRllaклетки+FcyRllla+-+-------FcpR-__-+-____FceRII________++FcaR-----++++++--НейтрофилыFc/Rlla+—+———————FcyRIlb+-+-FcaR-----++++++--ТучныеFceRIклетки/базофилыРис. 6.18Становятся известны все новые представители гетерогенного семейства рецепторных молекул, способных связывать иммуноглобулины (здесь приведены лишь отдельные примеры). Рецептор FcgR экспрессируют активированные В-клетки, но не Т-клетки и моноциты. Рецептор FceRII экспрессируют, кроме клеток, указанных в таблице, эозинофилы, тромбоциты, Т-клет- ки и В-клетки.Рис. 6.18Становятся известны все новые представители гетерогенного семейства рецепторных молекул, способных связывать иммуноглобулины (здесь приведены лишь отдельные примеры). Рецептор FcgR экспрессируют активированные В-клетки, но не Т-клетки и моноциты. Рецептор FceRII экспрессируют, кроме клеток, указанных в таблице, эозинофилы, тромбоциты, Т-клет- ки и В-клетки.К эффекторным функциям иммуноглобулинов относится также их избирательное взаимодействие с различными типами клеток при участии специальных рецепторов клеточной поверхности (рис. 6.18).

Рецептор

Изотип иммуноглобулина

lgG1 lgG2 lgG3 lgG4 IgM 1дА1 lgA2 slgA IgD IgE

Рецептор

Изотип иммуноглобулина

lgG1 lgG2 lgG3 lgG4 IgM 1дА1 lgA2 slgA IgD IgE

Отдельные примеры связывания иммуноглобулинов человека с клеточными рецепторами

Отдельные примеры связывания иммуноглобулинов человека с клеточными рецепторами

Моно-

FcyRI

++

-4-4-+++------

FcyRlla

клетки

+

FcyRllla

+

-+-------

FcpR

-

__-+-____

FceRII

________++

FcaR

-

----++++++--

Нейтрофилы

Fc/Rlla

+

—+———————

FcyRIlb

+

-+-

FcaR

-

----++++++--

Тучные

FceRI

клетки/

базофилы

Моно-

FcyRI

++

-4-4-+++------

FcyRlla

клетки

+

FcyRllla

+

-+-------

FcpR

-

__-+-____

FceRII

________++

FcaR

-

----++++++--

Нейтрофилы

Fc/Rlla

+

—+———————

FcyRIlb

+

-+-

FcaR

-

----++++++--

Тучные

FceRI

клетки/

базофилы

Рис. 6.18

Становятся известны все новые представители гетерогенного семейства рецепторных молекул, способных связывать иммуноглобулины (здесь приведены лишь отдельные примеры). Рецептор FcgR экспрессируют активированные В-клетки, но не Т-клетки и моноциты. Рецептор FceRII экспрессируют, кроме клеток, указанных в таблице, эозинофилы, тромбоциты, Т-клет- ки и В-клетки.

Рис. 6.18

Становятся известны все новые представители гетерогенного семейства рецепторных молекул, способных связывать иммуноглобулины (здесь приведены лишь отдельные примеры). Рецептор FcgR экспрессируют активированные В-клетки, но не Т-клетки и моноциты. Рецептор FceRII экспрессируют, кроме клеток, указанных в таблице, эозинофилы, тромбоциты, Т-клет- ки и В-клетки.

КЛЕТОЧНЫЕ РЕЦЕПТОРЫ ДЛЯ АНТИТЕЛ

Существует три типа рецепторов клеточной поверхности для IgG

Клеточные рецепторы для IgG опосредуют ряд эффекторных функций антител. Перекрестная сшивка антигеном антител 1g, связанных с рецепторами, инициирует ту или иную биологическую активность клетки, причем разные рецепторы могут индуцировать одни и те же активности, среди которых главные — фагоцитоз, зависимая от антител клеточная цитотоксичность, высвобождение медиаторов и презентация антигена.

На поверхности клеток выявлены к настоящему времени три группы рецепторов IgG человека: FcyRI (CD64), FcyRII (CD32) и FcyRIII (CD16). Все они имеют внеклеточные домены, в значительной степени гомологичные V-областям иммуноглобулинов, т. е. относятся к иммуноглобулиновому суперсемейству молекул, как и специфичный для IgA рецептор FcaR.

Свойства и распределение рецепторов для IgG

Рецептор FcyRI (CD64) на клетках человека связывает с высоким сродством (IO8—IO9 М"1) моно

мерный IgG и имеет более ограниченное распространение, чем другие рецепторы.

Рецептор FcyRII (CD32) экспрессируют очень многие клетки, часто как единственный рецептор Ig. Он связывает с низким сродством (<107 NT1) IgG, причем только в составе иммунных комплексов или агрегатов.

Рецептор FcyRIII (CD16) обильно гликозилирован и экспрессируется в формах с мол. массой от 50 до 80 кДа. В форме FcyRI Па его экспрессируют макрофаги, НК-клетки и некоторые Т-клетки; эта форма связывает мономерный, а также включенный в иммунный комплекс IgG с аффинностью 3 х IO7 М"1. В форме FcyRI ПЬ, связанной с клеточной мембраной посредством GPI (фосфатидилинозитолгли- кан), этот рецептор экспрессируют только гранулоциты; FcyRI ПЬ связывает IgG с низким сродством (<107 М"1).

Дополнительное разнообразие клеточных рецепторов для IgG Три типа Fcy-рецепторов встречаются в 12 различных изоформах, и, кроме того, описан генетический полиморфизм для FcyRII и FcyRIII. Наряду с этой внутренней гетерогенностью существует, как установлено, и другая, обусловленная экспрессией данных рецепторов на клеточной поверхности в виде комплексов с полипеп- тидными цепями иного происхождения. Два типа таких цепей идентифицированы. Они соединяются с рецепторами разных типов:

Примеры фагоцитарных рецепторов,взаимодействующих с иммуноглобулинами

Рис. 6.19

Структура Fcy-рецепторов человека: FcyRI (экспрессируется моноцитами), FcyRlla (экспрессируется моноцитами и нейтрофилами), FcyRllla (экспрессируется моноцитами и связан с поверхностью клетки как обычный трансмембранный белок) и FcyRlllb (экспрессируется нейтрофилами и «заякорен» в клеточной мембране фосфатидилинозитолгликаном [GPI]). Каждый тип рецепторов входит в иммуноглобулиновое суперсемейство молекул и имеет два или три внеклеточных иммуноглобулин-подобных домена. Как теперь известно, некоторые рецепторы представляют собой комплексы из различных субъединиц, соединенных дисульфидными связями. Рецепторы FcyRI и FcyRI11 ассоциированы с димером у-цепи, первоначально описанным в составе высокоаффинного комплекса FceRI (см. рис. 6.20). Рецептор FcyRllla ассоциирован с димером фцепи, ранее обнаруженным в составе комплекса TkP-CD3. В ассоциации с FcyRllla могут быть как гомодимерные (у-у или ^-Q, так и гетеродимерные (y-Q субъединицы. По-видимому, они важны для экспрессии на поверхности и для передачи сигнала через мембрану. При взаимодействии с иммуноглобулином FcyRI, вероятно, связывается со структурным участком вокруг остатка лейцина в позиции 235 домена Сн2. Такой структурный мотив присутствует в тяжелых цепях IgG 1, lgG3 и lgG4.

FcyRI, аналогично FceRI, образует комплекс с димером изу-цепей, соединенных дисульфидной связью,

FcyRI I la может ассоциировать с теми же димерами у-цепи, либо с димерами ^-цепи (из ТкР- комплекса), либо с гетеродимерами из у- и i^- цепей.

Ассоциированные цепи, вероятно, обеспечивают экспрессию рецепторов на плазматической мембране и, кроме того, важны, по-видимому, для передачи сигнала внутрь клетки. В случае Fcylllb, заякоренного в мембране при помощи GPI, вероятно нет необходимости ни в у-, ни в i^- цепях (рис. 6.19).

Клеточные Fc-рецепторы для IgE

Рис. 6.20

Согласно этой модели, FceRI состоит из четырех компонентов: одной a-цепи с двумя петлями, которые замкнуты дисульфидными связями и напоминают иммуноглобулиновые, одной p-цепи с двумя внеклеточными сегментами и двух расположенных поблизости у-цепей, соединенных дисульфидной связью (красная полоска). Решающее значение в связывании FceRI с IgE имеет a-цепь. Гипотетическая модель FceRII основана на данных секвенирования и гомологии с животными лектинами. При протеолизе этих рецепторов образуется несколько типов IgE-связывающих факторов, в том числе растворимые молекулы CD23 (мол. массой 25 кДа), имеющие лектиновый домен. Судя по выраженному увеличению экспрессии FceRII на лимфоцитах, культивируемых в присутствии IgE, этот иммуноглобулин ингибирует протеолиз рецепторов.

IgE связывается с двумя различными клеточными Fce-рецепторами

В настоящее время известны два различных клеточных рецептора для IgE (рис. 6.20). На тучных клетках и базофилах обнаружен высокоаффинный «классический» рецептор FceRI, относящийся к иммуноглобулиновому суперсемейству молекул. Существенно отличный от него низкоаффинный Fc-рецептор для IgE выявлен на лейкоцитах, в том числе и на лимфоцитах. Низкоаффинный рецептор не принадлежит к иммуноглобулиновому суперсемейству, но в значительной степени гомологичен некоторым лектинам животных, например лектину, связывающему маннозу.

FceRI - высокоаффинный клеточный рецептор к IgE Молекула FceRI образована 4 полипептидными цепями (см. рис. 6.20). Входящая в ее состав гликозилированная а-цепь (45 кДа) экспонирована над поверхностью клетки. Антитела к а-цепи способны блокировать связывание IgE с этим рецептором и самостоятельно индуцировать высвобождение гистамина из лейкозных базофилов крысы. Углеводные компоненты a-цепи, вероятно, защищают ее (как и в случае многих других белков клеточной поверхности) от действия сывороточных протеаз, но не имеют значения для связывания IgE и обусловленного IgE высвобождения гистамина.

Одна Р-цепь (33 кДа) и две соединенные дисульфидной связью у-цепи (9 кДа) — это важные компоненты ару2-рецепторной единицы. Они необходимы для экспрессии рецептора на поверхности клетки и, вероятно, для трансмембранной передачи сигнала.

Рецептор FceRI взаимодействует с С-конце- вой частью тяжелых цепей IgE, а именно с Се2- и/или СеЗ-доменами. Это связывание высокоспецифично и характеризуется очень высокой константой (~Ю|0 М"1). Однако ни взаимодействие рецептора с одновалентным IgE, ни связывание специфического лиганда одной молекулой IgE, по-видимому, не активирует тучные клетки или базофилы, поскольку при этом не происходит высвобождения гистамина. Для начала дегрануляции необходимо, чтобы несколько соединенных с клеточной поверхностью молекул IgE были перекрестно связаны антигеном или другими лигандами, вызывающими дегрануляцию.

Углеводные компоненты молекулы IgE, вероятно, не участвуют во взаимодействии с FceRI; они важны для секреции IgE В-клетками.

Раньше считалось, что высокоаффинные рецепторы для IgE имеются только на тучных клетках и базофилах, но недавно установлено, что они могут присутствовать также на клетках Лангерганса и на стволовых клетках.

FceRII - низкоаффинный клеточный рецептор для IgE Лимфоцитарный FceRII человека, или антиген CD23 (45 кДа), содержит типичный для мембраносвязанной молекулы трансмембранный домен, но расположен в мембране необычно — «вверх ногами», т. е. С-концом снаружи клетки (рис. 6.20). В отличие от других Fc-рецепторов он относится не к иммуноглобулиновому суперсемейству молекул, а к филогенетически более древнему суперсемеиству животных лектинов.

К настоящему времени идентифицированы, клонированы и секвенированы две формы FceRII человека, одинаковые по структуре внеклеточных доменов, но различные в N-концевой, цитоплазматической области. Рецептор FceRI 1а постоянно присутствует в норме на В-клетках, тогда как экспрессия FceRIlb индуцируется цитокином ИЛ-4 на Т-клетках, В-клетках, моноцитах и эозинофилах. Часто эта экспрессия бывает повышенной на В-клетках и моноцитах у больных экземой и на лимфоцитах при сенной лихорадке.

АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ И ФУНКЦИИ АНТИТЕЛ

Получение протеолитических фрагментов для анализа структуры и функции антител

Растительная протеаза папаин расщепляет молекулу IgG в шарнирной области между Cyl- и Су2- доменами на два идентичных антигенсвязываю- щих фрагмента Fab (от antigen binding fragment) и один способный кристаллизоваться фрагмент, Fc (от crystallisable fragment). Изучение этих фрагментов существенно помогло установлению структуры и функций антител, поскольку дало возможность отделить область Fab, взаимодействующую с антигеном, от области Fc, ответственной за эффекторные функции, например за фиксацию комплемента, связывание с моноцитами или проникновение через плаценту.

При продолжительном папаиновом гидролизе от Fc-фрагмента отщепляется фрагмент Fc', состоящий из двух неполных СуЗ-доменов. Некоторые из основных точек ферментативного расщепления IgG 1-молекулы человека представлены на рис. 6.21.

Ферментативное расщепление lgG1 человекаФерментативное расщепление lgG1 человекаРис. 6.21Пепсин расщепляет тяжелую цепь IgG 1 человека в позициях 234 и 333 с образованием фрагментов F(ab')2 и pFc'. Дальнейший гидролиз пепсином приводит к распаду центральной части молекулы на низкомолекулярные пептиды. Папаин расщепляет молекулу lgG1 в шарнирной области тяжелых цепей (в позиции 224) на два Fab-фрагмента и один Fc-фрагмент. Повторное воздействие папаином на Fc-фрагмент приводит к разрушению пептидной связи в позициях 341 и 433 с освобождением Fc'.Рис. 6.21Пепсин расщепляет тяжелую цепь IgG 1 человека в позициях 234 и 333 с образованием фрагментов F(ab')2 и pFc'. Дальнейший гидролиз пепсином приводит к распаду центральной части молекулы на низкомолекулярные пептиды. Папаин расщепляет молекулу lgG1 в шарнирной области тяжелых цепей (в позиции 224) на два Fab-фрагмента и один Fc-фрагмент. Повторное воздействие папаином на Fc-фрагмент приводит к разрушению пептидной связи в позициях 341 и 433 с освобождением Fc'.

Ферментативное расщепление lgG1 человека

Ферментативное расщепление lgG1 человека

Рис. 6.21

Пепсин расщепляет тяжелую цепь IgG 1 человека в позициях 234 и 333 с образованием фрагментов F(ab')2 и pFc'. Дальнейший гидролиз пепсином приводит к распаду центральной части молекулы на низкомолекулярные пептиды. Папаин расщепляет молекулу lgG1 в шарнирной области тяжелых цепей (в позиции 224) на два Fab-фрагмента и один Fc-фрагмент. Повторное воздействие папаином на Fc-фрагмент приводит к разрушению пептидной связи в позициях 341 и 433 с освобождением Fc'.

Рис. 6.21

Пепсин расщепляет тяжелую цепь IgG 1 человека в позициях 234 и 333 с образованием фрагментов F(ab')2 и pFc'. Дальнейший гидролиз пепсином приводит к распаду центральной части молекулы на низкомолекулярные пептиды. Папаин расщепляет молекулу lgG1 в шарнирной области тяжелых цепей (в позиции 224) на два Fab-фрагмента и один Fc-фрагмент. Повторное воздействие папаином на Fc-фрагмент приводит к разрушению пептидной связи в позициях 341 и 433 с освобождением Fc'.

Связывание антителами разнообразных антигенов обеспечивают гипервариабельные последовательности антигенраспоз- нающих центров

Аминокислотная последовательность некоторых коротких участков вариабельной области тяжелых и легких цепей чрезвычайно изменчива. В легких цепях эти сегменты, названные гипервариабельными, находятся вблизи 30, 50 и 95 позиций (рис. 6.22). Их называют также участками, определяющими комплементарность (CDRs, от complementarity determining regions), поскольку именно они образуют антигенсвязываюшие центры молекулы антитела. Последовательности между гипервариабельными сегментами названы

Вариабельность аминокислот V-области легкихцепей иммуноглобулина

Другой фермент, часто применяемый в структурно-функциональных исследованиях, — пепсин.Он расщепляет молекулу IgG на два крупных фрагмента — F(ab')2, включающий в себя целиком обе Fab-части, соединенные в шарнирных областях тяжелых цепей, и pFc', который соответствует двум СуЗ-доменам этой молекулы.

Молекулу IgG расщепляют и многие другие ферменты. Так, кратковременное воздействие трипсином на обработанные кислотой Fc-фрагменты позволяет выделить Су2-домен для последующего структурно-функционального сопоставления его с другими субфрагментами молекулы IgG, в частности с pFc'.

Рис. 6.22

Вариабельность рассчитывают путем сопоставления последовательностей многих отдельных легких цепей, как отношение числа различных аминокислотных остатков, обнаруженных в данной позиции, к частоте наиболее часто встречающегося остатка. Участки наибольшей вариабельности, из которых три относятся к Vi-домену, названы гипервариабельными. В некоторых последовательностях были обнаружены дополнительные остатки (в позициях, указанных стрелками), но здесь они не учтены (для повышения сопоставимости). Темно-желтым цветом отмечены участки гипервариабельности (CDR), красным - наиболее гипервариабельные позиции, желтым - четыре каркасных участка (FR). (Иллюстрация любезно предоставлена проф. Е.А. Kabat.)

каркасными (FR, от framework regions). В V-области каждой легкой и тяжелой цепи имеется по три CDR (CDRl—CDR3) и по четыре FR (FR1-FR4). Молекулярная основа гипервариабельности рассмотрена в гл. 8.

Вариабельные области легких и тяжелых цепей пространственно свернуты так, что гипервариабельные участки находятся близко друг к другу и образуют на поверхности молекулы структуру, связывающую антиген. Такие сегменты располагаются чаше всего на изгибах пептидной цепи (см. рис. 6.6).

В структуре антител идентифицировано много участков, отвечающих за эффекторные функции

Если локализация антигенсвязывающих центров была установлена очень быстро, то последовательности, ответственные за большинство эффекторных функций, долгое время не удавалось точно локализовать. Некоторые предварительные данные были получены в опытах по ингибированию функциональной активности антител их субфрагментами, образующимися при ферментативном расщеплении, однако дело продвигалось медленно, пока не стало возможным применение метода сайт-направленного мутагенеза, который позволяет вызывать избирательно замену различных аминокислотных остатков в известной пептидной последовательности и таким образом определять значение различных остатков для осуществления функции.

Прежде всего этот метод был использован для изучения механизма активации комплемента антителами IgG. К тому времени уже было известно, что Clq (субкомпонент С!) взаимодействует с Су2-доменом IgG. С помощью сайт-направленного мутагенеза удалось выявить участок связывания Clq — боковые цепи трех аминокислотных остатков в Су2-домене, Glu-318, Lys-320 и Lys-322. Эта последовательность, по-видимому, типична для участков взаимодействия молекул IgG с Clq.

В случае IgM механизм активации комплемента, вероятно, иной. Свободный циркулирующий IgM в звездообразной конфигурации не способен, очевидно, активировать комплемент, но приобретает эту способность после связывания с антигеном. По предположению Файнстайна и др. (1986), при связывании с полимерным или перекрестносвязанным антигеном Р(аЬ')2-единицы IgM отклоняются от плоскости своего исходного

положения так. что пентамер приобретает «крабовидную» конфигурацию, вполне различимую при электронной микроскопии (см. рис. 6.77). Эти конформационные изменения, вероятно, обнажают кольцо сайтов для связывания Clq. скрытых при звездообразной конфигурации пентамерной молекулы IgM из-за тесного сближения соседних мономеров. Участок связывания Clq (предположительно остатки His 430, Asp/Gly 432 и Pro 436) находится в СцЗ-домене, причем его структурная локализация аналогична локализации возможного сайта той же специфичности в Су2-домене.

Молекулы IgG взаимодействуют с разнообразными клеточными Fc-рецепторами. По данным исследований с применением сайт-направленного мутагенеза, высокоаффинный рецептор FcyRI на моноцитах связывается со структурным мотивом у-цепи, расположенным вокруг остатка лейцина в позиции 235, между Су2-доменом и шарнирной областью.

Не так давно раскрыт механизм взаимодействия IgG материнского молока с FcRn (рецептор, подобный молекуле МНС класса 1), экспрессированным на кишечном эпителии новорожденного крысенка (см. рис. 6.23); предполагается, что он близок к механизму связывания материнского IgG человека с hFcRn — плацентарным аналогом FcRn. Сайт в составе Fc, связывающий

Рис. 6.23

Основные взаимодействия между FcRn кишечного эпителия новорожденного крысенка (домены «2, «2, аЗ и Р2т, окрашенные в красный, зеленый, фиолетовый и серый цвета соответственно) и Fc-частью IgG материнского молока (домены - Сн2 и СнЗ, окрашенные синим и желтым). Главные контактные остатки FcRn - 90 в а-домене, 113-119 и 131-135 в а2-доме- не, 1-4 и 86 в р2т-домене - изображены в виде глобулярных структур. (С разрешения по Ravetch, Margulies, 1994)

Рис. 6.24Предполагаемая локализация в IgE человека сайта связывания с рецептором FceRI тучных клеток. Домены Се2, СеЗ и Се4 расположены в этом порядке сверху вниз Связывающийся пептид (изображен белым), по-видимому, начинается остатком глутамина в позиции 301 и оканчивается остатком аргинина в позиции 376. (С разрешения по Helm et al., 1988.)Рис. 6.24Предполагаемая локализация в IgE человека сайта связывания с рецептором FceRI тучных клеток. Домены Се2, СеЗ и Се4 расположены в этом порядке сверху вниз Связывающийся пептид (изображен белым), по-видимому, начинается остатком глутамина в позиции 301 и оканчивается остатком аргинина в позиции 376. (С разрешения по Helm et al., 1988.)Рис. 6.25Предполагаемая локализация в IgE человека сайта связывания с рецептором FceRII В-клеток. Домены Се2, СеЗ и Се4 расположены в этом порядке сверху вниз. Для связывания основное значение предположительно имеют остатки от лизина-367 до валина-370 включительно (СеЗ-домен) в обеих Е-цепях (с одной стороны они указаны стрелкой, с другой отмечены белым цветом). (С разрешения по Vercelli et al., 1989.)Рис. 6.25Предполагаемая локализация в IgE человека сайта связывания с рецептором FceRII В-клеток. Домены Се2, СеЗ и Се4 расположены в этом порядке сверху вниз. Для связывания основное значение предположительно имеют остатки от лизина-367 до валина-370 включительно (СеЗ-домен) в обеих Е-цепях (с одной стороны они указаны стрелкой, с другой отмечены белым цветом). (С разрешения по Vercelli et al., 1989.)FcRn, находится на стыке доменов Сн2 и СнЗ. перекрывая участок взаимодействия со стафилококковым белком А. Вероятно, основное функциональное значение в этом участке имеют три или четыре остатка гистидина: по-видимому, от них зависит связывание IgG с FcRn при pH 6,5 (pH долока, поступившего в просвет кишечника) и его высвобождение при pH 7,5 (pH крови).

Рис. 6.24

Предполагаемая локализация в IgE человека сайта связывания с рецептором FceRI тучных клеток. Домены Се2, СеЗ и Се4 расположены в этом порядке сверху вниз Связывающийся пептид (изображен белым), по-видимому, начинается остатком глутамина в позиции 301 и оканчивается остатком аргинина в позиции 376. (С разрешения по Helm et al., 1988.)

Рис. 6.24

Предполагаемая локализация в IgE человека сайта связывания с рецептором FceRI тучных клеток. Домены Се2, СеЗ и Се4 расположены в этом порядке сверху вниз Связывающийся пептид (изображен белым), по-видимому, начинается остатком глутамина в позиции 301 и оканчивается остатком аргинина в позиции 376. (С разрешения по Helm et al., 1988.)

Рис. 6.25

Предполагаемая локализация в IgE человека сайта связывания с рецептором FceRII В-клеток. Домены Се2, СеЗ и Се4 расположены в этом порядке сверху вниз. Для связывания основное значение предположительно имеют остатки от лизина-367 до валина-370 включительно (СеЗ-домен) в обеих Е-цепях (с одной стороны они указаны стрелкой, с другой отмечены белым цветом). (С разрешения по Vercelli et al., 1989.)

Рис. 6.25

Предполагаемая локализация в IgE человека сайта связывания с рецептором FceRII В-клеток. Домены Се2, СеЗ и Се4 расположены в этом порядке сверху вниз. Для связывания основное значение предположительно имеют остатки от лизина-367 до валина-370 включительно (СеЗ-домен) в обеих Е-цепях (с одной стороны они указаны стрелкой, с другой отмечены белым цветом). (С разрешения по Vercelli et al., 1989.)

Для идентификации сайтов молекулы IgE, связывающихся с FceRI тучных клеток или с FceRII В-клеток, были применены методы генетической инженерии. Синтез рекомбинантных пептидов, соответствующих тем или иным отрезкам после

довательности Е-цепи, и сопоставление их ингибирующего влияния на взаимодействие IgE с клеточными рецепторами позволили установить, что связывание IgE с FceRI, по-видимому, опосредовано пептидом из 76 остатков между Се2 и СеЗ (рис. 6.24). тогда как FceRII, вероятно, распознает структуру, состоящую из аминокислотных остатков СеЗ-домснов обеих Е-цепей (рис. 6.25).

Получены также некоторые данные о топографии взаимодействий между Fc-частью молекулы IgG и белком A Staphylococcus aureus. Сайт связывания находится, предположительно, в области соединения доменов Су2 и СуЗ IgG.

Вопросы для размышления

■ Молекулы антител структурно различны в так называемых константных областях. Как проявляется это разнообразие и какое преимущество оно дает организму?

■ Предполагается, что иммуноглобулины происходят филогенетически от некого белка-предшественника, соответствующего одному домену. Каким образом генные дупликации, создавая мультидоменный белок, способствовали формированию функционально полноценной молекулы?

■ Идентифицировано большое семейство разнообразных Fcy-рецепторов. Объясните, исходя из общей схемы их строения, как можно было бы усилить иммуноглобулин-рецепторные взаимодействия?

■ Как методы молекулярной биологии помогают картировать структурные сайты иммуноглобулинов, ответственные за эффекторные функции? Насколько они эффективнее методов, применявшихся в прошлом?

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Burmeister W.P., Huber А.Н., Bjorkman P.J. 1994. Crystal structure of the complex of rat neonatal Fc receptor with Fc. Nature 372: 379.

Burton D.R. 1990. Antibody: the flexible adaptor molecule. Trends. Biochem. Sci. 15: 64-69.

Conrad D.H. 1990. The low affinity receptor for IgE. Annu. Rev. Immunol. 8: 623-645.

Davies A.C., Schulman M.J., 1989. IgM - molecular requirements for its assembly and function. Immunol. Today 10: 118-122, 127-128.

Davies D.R., Metzger H. 1984. Structural basis of antibody function. Ann. Rev. Immunol. 1: 87-117.

Doncan A.R., Winter G. 1988. The binding site of C1q on IgG. Nature 332: 738-740.

Duncan A.R., Woof J.M., Partridge L.J. et al. 1988. Localization of the binding site for the human high- affinity Fc receptor on IgG. Nature 332: 563-564.

Feinstein A., Richardson N., Taussig M.J. 1986. Immunglobulin flexibility in complement activation. Immunol. Today 7: 169-173.

Hahn G.S. 1982. Antibody structure, function and active sites. In: Ritzman S.E. (ed.). Physiology of Immunoglobulins: Diagnostic and Clinical Aspects. Alan Liss. New York, Inc., 193-304.

Helm B., Marsh P., Vercelli D. etal. 1988. The mast cell binding site on human immunoglobulin E. Nature 331:180-183.

Kerr M.A. 1990. The structure and function of Human IgA. Biochem. J. 271: 285-296.

Kilian M., Russell M.W. 1994. Function of mucosal immunoglobilins. In: Ogra P., Mestecky J., Lamm M.E et al., (eds). Handbook of Mucosal Immunology. San Diego, Academic Press. 127-137.

Moller G. (ed.) 1977. Immunoglobulin D: structure, synthesis, membrane representation and function, Immunol. Rev. 37.

Moller G. (ed.) 1978. Immunoglobulin E. Immunol. Rev. 41.

Moller G. (ed.) 1992. Fc receptors. Immunol. Rev. 125.

Moller G. (ed.) 1993. The В-cell antigen receptor complex. Immunol. Rev. 132.

Nisonoff A. 1984. Introduction to Molecular Immunology. 2nd edn, Sinauer Associates Inc., Baltimore, 326.

Perkins S.J., Nealis A.S., Sutton B.J. et al. 1991. Solution structure of human and mouse immunoglobulin M by synchrotron X-ray scattering and molecular graphics modelling. J. Mol. Biol. 221: 1345-1366.

Ravetch J.V., Kinet J.-P. 1991. Fc receptors. Ann. Rev. Immunol. 9: 457-492.

Ravetch J.V., Margulies D.H. 1994. New tricks for old molecules. Nature 372: 323-324.

Shakib F. (ed.) 1990. The human IgG subclasses. Molecular analysis of structure, function, and regulation. Pergamon Press, Oxford.

Story C.M., Mikulska J.E., Simister N.E. 1994. A major histocompatability complex Class l-like Fc receptor cloned from human placenta: possible role in transfer of immunoglobilin G from mother to fetus. J. Exp. Med. 180: 2377-2381.

Underdown B.J., Schiff J.M. 1986. Immunoglobulin A: strategic defence initiative at the mucosal surface. Annu. Rev. Immunol. 4: 389-417.

Van de Winkel J.G.J., Capel P.J.A. 1993. Human IgG Fc receptor heterogeneity: molecular aspects and clinical implications. Immunol. Today 14: 215-221.

Vercelli D., Helm B., Marsh P. et al. 1889. The В cell binding site on human immunoglobulin E. Nature 338: 649-651.

Williams A.F., Barclay A.N. 1988. The immunoglobulin superfamily-domains for cell surface recognition. Annu. Rev. Immunol. 6: 381-405.

ОБРАЩЕНИЕ В INTERNET

Страница информационных ресурсов об антителах

http://www-chem.ucsd.edu/faculty/goodman/antibody.html/ab page.html

Антигенраспознающие рецепторы Т-клеток и молекулы МНС

Антигенраспознающий Т-клеточный рецептор - это гетеродимерный (оф или уб) гликопротеин, благодаря которому Т-клетки способны распознавать разнообразные антигены. На поверхности Т-клеток он ассоциирован с полипеп- тидным комплексом, имеющим групповое название СОЗ.

Главный комплекс гистосовместимости (МНС) кодирует два набора высокополиморфных белков клеточной поверхности, названных молекулами МНС класса I и класса II. аР-ТкР распознает процессированный антиген в виде пептидных фрагментов, связанных с молекулами МНС класса I или II. При этом и молекула МНС, и фрагмент антигена контактируют с ТкР.

Укладка полипептидных цепей молекулы МНС обеспечивает образование полости, в которой связываются пептидные фрагменты процессированного антигена для их презентации Т-клеткам. Молекулы класса I способны связывать пептиды из 8-9 аминокислотных остатков, молекулы класса II - несколько более длинные.

Карманы антигенсвязывающей полости могут вмещать пептиды различной структуры в зависимости от гаплотипа МНС. Высокий полиморфизм молекул МНС, а также способность каждой АПК экспрессировать несколько разных молекул МНС обеспечивают возможность презентации Т-клеткам множества самых различных антигенных пептидов.

Т-КЛЕТОЧНЫЕ РЕЦЕПТОРЫ

Специфическое распознавание антигена Т-лимфоцитами — это центральный момент запуска и регуляции эффективного иммунного ответа. От выяснения природы выполняющих данную функцию Т-клеточных рецепторов зависит решение многих принципиальных проблем иммунологии.

Т-клеточные рецепторы (ТкР) были выявлены и получены в очищенном виде (с применением соответствующих антирецепторных антител) как некие специфичные для каждого отдельного клона Т-клеток поверхностные структуры. Первоначально ТкР был обозначен ар, поскольку, как выяснилось, он представляет собой гетеродимер из одной a-цепи и одной p-цепи, соединенных дисульфидной связью. В исследованиях другого направления из библиотек комплементарных ДНК (кДНК) были выделены гены, предположительно предназначенные для кодирования цепей ТкР — каждая пара таких генов экспрессировалась клетками лишь одного определенного клона. Последовательность аминокислот, предсказанная на основе нуклеотидной последовательности этих генов, совпала с данными секвенирования фрагмента а- и P-цепей ТкР, выделенных с использованием моноклональных антител. Таким образом, двумя альтернативными методическими подходами была идентифициро

вана одна и та же структура. В дальнейшем были обнаружены и выделены также ТкР другой разновидности. обозначенные уб.

Как ар-, так и у8-форма Т-клеточного рецептора находится в ассоциации с СОЗ-комплексом

На клеточной поверхности и аР-, и уб-формы ТкР располагаются непосредственно рядом с по- липептидным комплексом, имеющим групповое название CD3. Это соседство необходимо для экспрессии всего рецепторного комплекса на поверхности клеток. Полипептиды CD3 имеют одинаковую аминокислотную последовательность у всех Т-клеток и, следовательно, ассоциируя с ТкР, не могут добавить разнообразия рецепторным комплексам. Вероятнее всего, через них происходит передача сигналов, возникающих в результате распознавания антигена гетеродимером ТкР. Комплекс CD3 состоит из четырех инвариантных полипептидов, обозначаемых у, б, € и £. В результате альтернативного сплайсинга вместо ^-цепи может экспрессироваться полипептид т] (также идентифицированный). Строение Т-клеточного рецепторного комплекса схематически представлено на рис. 7.7.

Полипептиды у, б, и €, входящие в состав CD3, кодируются тремя тесно сцепленными генами, весьма близки по аминокислотной после-

Т-клеточный рецепторный комплексТ-клеточный рецепторный комплекс

Т-клеточный рецепторный комплекс

Т-клеточный рецепторный комплекс

Рис. 7.1

Каждая а- и 0-цепь (или у- и 8-цепь) в составе ТкР имеет по одному наружному V- и С-домену, трансмембранный сегмент, содержащий положительно заряженные аминокислотные остатки, и короткий цитоплазматический «хвост». Цепи соединены между собой дисульфидной связью, которую образуют их С-домены вблизи клеточной мембраны. Каждый из полипептидов, входящих в состав СОЗ, у, 8 и е, имеет наружный С-домен. подобный иммуноглобулиновым, трансмембранный сегмент, содержащий отрицательно заряженный аминокислотный остаток, и длинный цитоплазматический хвост. С комплексом СОЗ ассоциирован также димер ^, дд или ^д. Получен ряд доказательств существования полного рецепторного комплекса ТкР/СОЗ в виде димера на поверхности Т-клетки. Предполагается, что заряды трансмембранных сегментов важны для сборки и экспрессии комплекса. На схеме представлена такая укладка цепей, при которой заряды противоположных знаков нейтрализованы.

довательности и относятся к суперсемейству иммуноглобулинов. Каждый из них имеет внеклеточный домен и следующий за ним трансмембранный сегмент, а также цитоплазматический хвост из 40 или большего числа аминокислотных остатков, последовательность которых высококонсервативна. Примечательная особенность трансмембранных сегментов состоит в том, что каждый из них содержит одну отрицательно заряженную (полярную) аминокислоту и не является, таким образом, полностью неполярным.

Ген CD3 £, в отличие от комплекса генов CD3 убе, расположен в другой хромосоме, и между полипептидами £ и убе имеются существенные структурные различия. Представляющие собой продукты альтернативного сплайсинга полипептиды £ и т] содержат небольшой внеклеточный домен, состоящий всего из девяти аминокислотных остатков, трансмембранный сегменте одним отрицательно заряженным остатком и длинный цитоплазматический хвост, который в С-конце-

вой части у полипептида д на 42 аминокислотных остатка длиннее, чем у полипептида £. Полипептиды CD3 £ и т] существуют в виде трех димеров — ^-£, Т]-Т] и ^-т], в которых цепи соединены дисульфидной связью.

Стехиометрия (состав и соотношение структурных компонентов) Т-клеточного рецепторного комплекса и предполагаемый механизм взаимодействия полипептидов CD3 с оф- или уб-гете- родимером рассмотрены ниже.

Антигенраспознающий центр ТкР образован цепями оф- или уб-гетеродимера

В состав комплекса оф-ТкР входит гетеродимер из двух соединенных дисульфидной связью по- липептидных цепей - ос (40—50 кДа) и Р (35—47 кДа). Модель этого гетеродимера представлена на рис. 7.1. Внеклеточная часть каждой из его цепей свернута в два иммуноглобулин-подобных домена, содержащих примерно по 110 аминокис-

лотных остатков. Цепи «заякорены» в клеточной мембране своими трансмембранными сегментами, имеющими короткий цитоплазматический хвост. У человека за счет дополнительного N-концевого углеводного компонента а-цепи имеют большую мол. массу, чем P-цепи. Функция этих углеводных компонентов пока неясна.

N-концевые домены а- и p-цепей, подобно вариабельным доменам иммуноглобулинов, характеризуются выраженным разнообразием аминокислотной последовательности. Каждый такой домен кодируют гены, образованные в результате рекомбинации V-, D- и J-сегментов в случае 13- цепей и V- и J-сегментов в случае ct-цепей (см. гл. 8). В аминокислотной последовательности V-доменов ТкР обнаружены области повышенной вариабельности, которые соответствуют гипервариабельным участкам цепей 1g, известным также как участки, определяющие комплементарность (CDRs, от complementarity-determining regions).

Соединяющая а- и P-цепи дисульфидная связь образуется в участке между константным доменом и трансмембранным сегментом каждого мономера. Характерная особенность обеих цепей — это наличие в трансмембранном сегменте положительно заряженных аминокислотных остатков (см. рис. 7.1\ имеющих весьма существенное значение при сборке и внутриклеточном транспорте рецепторного комплекса Т-клеток.

С помощью рентгеноструктурного анализа установлена трехмерная структура двух известных разновидностей ТкР. оф-Форма ТкР, распознающая антиген в комплексе с молекулой МНС класса 1, изображена на рис. 7.2. Общая схема укладки а- и P-цепей, образующих ТкР, очень напоминает укладку Fab-фрагмента молекулы антитела. Значение такой структуры ТкР для распознавания антигена рассмотрено в гл. 9.

Структура рецепторного комплекса Т-клетки

Стехиометрия и характер взаимодействия субъединиц, образующих компоненты рецепторного комплекса Т-клетки, остаются предметом многостороннего изучения. С помощью мутационного анализа in vitro установлено, что заряженные аминокислотные остатки в составе трансмембранных участков полипептидных цепей имеют решающее значение для сборки и экспрессии полного рецепторного комплекса на поверхности клетки. Как предполагается, при сборке воз-

Рис. 7.2

Трехмерная структура «0-формы ТкР - «скелетно-ленточная» двухцепочечная модель. В синий цвет окрашена a-цепь (аминокислотные остатки 1-213), в зеленый - 0-цепь (аминокислотные остатки 3-247).

Стрелками изображены антипараллельные тяжи 0-структуры, обозначенные строчными буквами латинского алфавита, как это общепринято для описания пространственной укладки иммуноглобулинов. Четыре внутридоменные и одна С-концевая межцепочечная дисульфидные связи показаны лиловым цветом, атомы серы - желтыми шариками.

Гипервариабельные области отмечены цифрами от 1 до 4 на каждой цепи. (По Garcia, Degano, Stanfield et al. 1996. An «0 T cell receptor structure at 2.5 A and its orientation in the TCR-MHC complex. Science 1996; 274: 209-19.)

никают ионные или водородные связи внутри липидного бислоя, в частности между щелочными аминокислотными остатками а- и Р-цепей ТкР и комплементарными им кислыми остатками в составе полипептидов CD3.

Иммуноглобулин-подобные внеклеточные домены полипептидных цепей ТкР («Р или уб) и CD3 (у, б и е). по-видимому. также ассоциируют между собой. При этом V-домены а- и Р-цепей ТкР объединяются почти таким же образом, как Ун и VL-домены в молекуле иммуноглобулина, пространственно сближая шесть своих гипервариабельных участков, чтобы образовать антиген- связывающий центр (рис. 7.2). В отличие от иммуноглобулина, антигенраспознающий центр ТкР связывает не только антиген, но и участки презентирующей его молекулы МНС.

Комплекс TkP/CD3 на поверхности Т-клетки представляет собой, вероятно, структуру более высокого порядка по сравнению с образующими его компонентами. Как показали стехиометрические исследования, в зрелом состоянии он содержит две копии полипептида CD3e, причем эти полипептиды присутствуют в соотношении I: I с «р-гетеродимером. Судя по этому, а также по результатам определения мол. массы солюбилизированного ТкР/СВЗ-комплекса, наиболее вероятен следующий его состав: (сф)2, у, 8, е2, ^7- Именно такая модель представлена на рис. 7.1 в точном соответствии с распределением зарядов противоположных знаков на трансмембранных сегментах полипептидных цепей.

уб- и оф-формы ТкР весьма сходны по структуре

По общему строению уб-форма ТкР очень близка к своему сф-двойнику. Каждая цепь состоит из внеклеточных V- и С-доменов, трансмембранного сегмента, содержащего положительно заряженные аминокислотные остатки, и короткого цитоплазматического хвоста.

У человека структура уб-формы ТкР вариабельна в большей степени, чем у мыши, а сами цепи у и б могут соединяться дисульфидной связью, образуя димер, либо существовать в виде несвязанных мономеров; наличие дисульфидной связи обусловлено присутствием экзона Су2, а не C6I, поскольку лишь в последовательности Су2 имеется цистеин. (О формировании генов ТкР см. в гл. 8.) В результате дупликации или трипли- кации экзона Су2 мол. масса у-цепей ТкР может

иметь различную величину. Биологическое значение связанных с этим структурных различий остается неясным. Пока не опубликовано сообщений о существовании лишенной дисульфидной связи уб-формы ТкР у мыши.

Т-клетки, несущие сф- или уб-рецептор, распределены по тканям организма различным образом

Анатомическая локализация Т-клеток различается в зависимости от того, какой разновидностью ТкР они обладают. Форму сф несет большинство ТкР-экспрессируюших тимоцитов и свыше 95% периферических Т-клеток. Форму уб, напротив, несут Т-клетки, встречающиеся только в определенных тканях организма: они составляют небольшую долю Т-клеток тимуса и вторичных лимфоидных органов, но при этом значительную часть Т-клеток эпителиальных покровов, например эпидермиса (у мыши, но не у человека), а также эпителия, выстилающего слизистую оболочку кишечника, матки и языка.

В каждой эпителиальной ткани Т-клетки, несущие уб-форму ТкР, относятся к отдельной субпопуляции, отличающейся по структуре этого рецептора, а именно по V-области его у- и б-це- пей. Дифференциальная экспрессия V-генов в уб-Т-клетках различных субпопуляций возникает, по всей вероятности, в онтогенезе. Например, у мышиуб-Т-клетки, заселяющие кожу (дендритные эпидермальные клетки), экспрессируют только УуЗ- и Уб1-области (см. гл. 8), тогда как на внутриэпителиальных лимфоцитах желудочнокишечного тракта выявляются, за редким исключением лишь Уу5-области (чаще всего в комбинации с V64-, V65-, V66- или Уб7-областью). Считается, что эти субпопуляции могут возникать на определенных стадиях созревания Т-клеток в тимусе.

Распознавание антигена уб-Т-клетками

Природа антигенных структур, распознаваемых (связываемых) уб-Т-клетками, остается предметом споров. Установлено, что эти клетки способны распознавать самые разнообразные антигены, например N-формилированные бактериальные пептиды и аутоантигены — белки теплового шока — или неклассические (дополнительные) антигены МНС класса I, такие как продукты TL-локуса у мыши или молекулы CDI у человека. Некото-

рые yb-T-клетки человека и мыши распознают также классические антигены МНС классов 1 и 11, но данных о том, что это общее свойство всей популяции таких клеток, почти нет.

В общем, уЗ-Т-клетки могут выполнять существенную роль в противоинфекционном иммунитете, распознавая бактериальные пептиды (презентированные, вероятно, на неклассических антигенах МНС), или белки, (например, теплового шока), которые синтезируются клетками организма в очаге бактериальной инфекции. В сущности, эти клетки создают первую линию зашиты, сдерживая распространение инфекции до тех пор, пока не разовьется иммунный ответ, основанный на распознавании антигена «Р-Т- клетками в комплексе с молекулами МНС.

АНТИГЕНЫ ГЛАВНОГО КОМПЛЕКСА ГИСТОСОВМЕСТИМОСТИ (МНС)

Генетические локусы, ответственные за отторжение чужеродных (т. е. отличных от своих) тканей, образуют в хромосоме область, названную главным комплексом гистосовместимости (МНС, от англ, major histocompatibility complex). Высокополиморфные поверхностные клеточные структуры, которые принимают участие в реакциях отторжения, называются антигенами МНС. поскольку первоначально они были идентифицированы с использованием аллоантител. полученных при иммунизации мышей одной инбредной

линии клетками мышей других линии, отличающихся только по генам МНС. Впоследствии (благодаря кроссинговерам в пределах М НС у мышей инбредных линий) удалось получить антитела, специфичные к продуктам разных областей этого комплекса, и применить эти антитела для его подробного картирования. Аналогичный серологический подход позволил выявить продукты генов МНС у человека, относящиеся к системе лейкоцитарных антигенов (HLA. от англ, human leucocyte antigens). Такое название продуктов МНС человека обусловлено способом их идентификации: они выявляются как антигены, связывание с которыми аллоантител вызывает компле- мент-зависимое разрушение лейкоцитов. Хотя эти молекулы и названы антигенами, они проявляют антигенность только в том случае, когда распознаются иммунной системой не собственного, а генетически иного организма, например при аллотрансплантации органов.

Организация МНС у мыши и человекаОрганизация МНС у мыши и человекаКласс IКласс IКласс IIIКласс IIIКласс IКласс IКомплекс Н-2 мышиКомплекс Н-2 мышиКласс IIКласс IIКомплекс HLA человекаКомплекс HLA человекаЦентромера ◄Центромера ◄► Теломера► ТеломераРис. 7.3Взаимное расположение областей МНС, а также их главных генов у мыши и человека. Характерное для человека расположение локусов, при котором гены класса II локализованы между центромерой и генамиРис. 7.3Взаимное расположение областей МНС, а также их главных генов у мыши и человека. Характерное для человека расположение локусов, при котором гены класса II локализованы между центромерой и генамикласса I, обнаружено у всех до сих пор изученных видов млекопитающих. МНС мыши и человека занимают в хромосоме области длиной 3000-4000 т.п.н.класса I, обнаружено у всех до сих пор изученных видов млекопитающих. МНС мыши и человека занимают в хромосоме области длиной 3000-4000 т.п.н.Порядок расположения генов МНС человека и мыши схематично представлен на рис. 7.3. Кодируемые этими генами молекулы относятся к трем классам (I, 11 и 111). Между молекулами первых двух классов имеются выраженные структурные различия; но при этом по общему плану строения все они однотипны, несмотря на существование в МНС весьма значительного числа разных генов классов 1 и 11. В то же время между продуктами генов класса 111, с одной стороны, и классов 1 и II. с другой, не найдено никакого функцио-

Организация МНС у мыши и человека

Организация МНС у мыши и человека

Класс I

Класс I

Класс III

Класс III

Класс I

Класс I

Комплекс Н-2 мыши

Комплекс Н-2 мыши

Класс II

Класс II

Комплекс HLA человека

Комплекс HLA человека

Центромера ◄

Центромера ◄

► Теломера

► Теломера

Рис. 7.3

Взаимное расположение областей МНС, а также их главных генов у мыши и человека. Характерное для человека расположение локусов, при котором гены класса II локализованы между центромерой и генами

Рис. 7.3

Взаимное расположение областей МНС, а также их главных генов у мыши и человека. Характерное для человека расположение локусов, при котором гены класса II локализованы между центромерой и генами

класса I, обнаружено у всех до сих пор изученных видов млекопитающих. МНС мыши и человека занимают в хромосоме области длиной 3000-4000 т.п.н.

класса I, обнаружено у всех до сих пор изученных видов млекопитающих. МНС мыши и человека занимают в хромосоме области длиной 3000-4000 т.п.н.

нального или структурного сходства. Группа из более чем 20 генов класса 111 вообще функционально обособлена — некоторые из этих генов, например, кодируют белки системы комплемента (С4, С2, фактор В) и молекулы, участвующие в процессинге антигена. Поэтому в данной главе мы рассмотрим гены лишь тех локусов МНС, которые участвуют в активации Т-лимфоцитов, т. е. генов классов I и II, а также их продуктов.

Структура молекул МНС класса I

Схематичное изображение молекулы МНС класса I представлено на рис. 7.4. Она состоит из одной гликозилированной тяжелой цепи (45 кДа), нековалентно связанной с Р2-микроглобулином (12 кДа) — полипептидом, который встречается также в свободной форме в сыворотке крови.

Тяжелая цепь молекул МНС класса / имеет три внеклеточных домена

Тяжелая цепь молекул МНС класса 1 состоит из внеклеточной части (образующей три домена, которые обозначены, начиная с М-конца, а,, а2 и а3), трансмембранного сегмента и цитоплазматического хвостового домена. Каждый из трех внеклеточных доменов содержит примерно 90 аминокислотных остатков, и все их вместе можно отделить от клеточной поверхности путем обработки папаином (протеолиз). В а,- и а2-доме- нах имеется по одной внутрицепочечной дисульфидной связи, замыкающей петлю из 63 и 86 аминокислотных остатков соответственно. Домен (х3 гомологичен по аминокислотной последовательности С-доменам иммуноглобулинов. В зависимости от вида и гаплотипа внеклеточная часть тяжелых цепей молекул МНС класса 1 в разной степени гликозилирована. Трансмембранный сегмент состоит из 25 преимущественно гидрофобных аминокислотных остатков и пронизывает липидный бислой, вероятнее всего, в «-спиральной конформации. Гидрофильный цитоплазматический домен из 30—40 остатков может быть фосфорилирован in vivo.

Р2-Микроглобулин необходим для экспрессии молекул МНС класса I

У человека р7-микроглобулин (Р7т) имеет неизменную последовательность, но у мыши встречается в двух формах, различающихся одной аминокислотной заменой в позиции 85. По структуре этот белок соответствует С-домену иммуноглобу-

Рис. 7.4

Три внеклеточных глобулярных домена (ар а2 и а3) показаны темно-зеленым цветом. С а3-доменом тесно ассоциирован Р2-микроглобулин (белок, который кодируется геном, расположенным вне МНС). Трехмерная структура р2-микроглобулина (показана серым) стабилизирована внутрицепочечной дисульфидной связью (показана красным) и напоминает иммуноглобулиновый домен. Участки аминокислотной последовательности, специфичные для каждого индивида и поэтому несущие аллоантигенные детерминанты, имеются в а, - и а2-доменах. В а2-домене к поли- пептидной цепи присоединен углеводный компонент (СНО). Папаин расщепляет молекулу вблизи наружной поверхности цитоплазматической мембраны.

линов. Молекула р7т способна также нековалентно взаимодействовать с неклассическими молекулами класса 1. например с продуктами генов CD1 (расположенных в хромосоме 1) у человека и с рецепторами к Fc, которые служат для переноса IgG материнского молока через кишечный эпителий у новорожденных крысят. Р,-Ми- кроглобулин необходим для экспрессии на по-

верхности клеток всех молекул МНС класса I — у мутантных мышей, лишенных р2т, они не экс~ прессируются.

а,- и а2-домены тяжелой цепи класса / образуют полость для связывания процессированного антигена По данным рентгеноструктурного анализа удалось установить трехмерную структуру внеклеточной части (домены «,, «2, аз и Р?т) нескольких молекул МНС класса I человека (рис. 7.5). Как и предполагалось, укладка «3- и р7т-доме- нов подобна иммуноглобулиновой. Однако взаимодействие Р2т, при его угловом расположении под доменами ct[ и «2, с доменом «3 иное, чем между константными доменами в молекулах антител.

Внеклеточные домены молекулы МНС класса I

Рис. 7.5

Полипептидный остов внеклеточной части молекулы HLA-A2. Каждый из трех доменов тяжелой цепи взаимодействует с Р2т. Ясно видна антигенсвязывающая полость, сформированная доменами а1 и а2.

Верхняя поверхность молекулы HLA-A2

Рис. 7.6

Структура антигенсвязывающей полости в молекуле HLA-A2. Примерно с этой стороны ее «видит» Т-кле- точный антигенраспознающий рецептор. Тяжелая цепь, свертываясь в домены at и а2, формирует в каждом из них по четыре антипараллельные 0-складки и переходит в длинную а-спираль. Сблизившись, эти домены образуют один общий 0-слой из восьми складок, покрытый сверху «-спиралями. Позиции наиболее вариабельных аминокислотных остатков выделены цветом. Пять таких остатков, выделенных розовым цветом на центральных 0-складках в полости между двумя спиральными сегментами, могут образовывать контакт со связанными там антигенными пептидами. Шесть вариабельных остатков (также отмеченных розовым цветом) расположены на стороне спиралей, обращенной внутрь полости. Другие три вариабельных остатка (показаны желтым) находятся на стороне спиралей, обращенной кверху, и предположительно могут вступать в прямое взаимодействие с ТкР. Вариабельные остатки, показанные темно-зеленым, занимают позиции, не влияющие на связывание антигенных пептидов. (По Bjorkman et al., 1987, с изменениями.)

Домены «| и «2 вместе образуют платформу из восьми антипараллельных Р-складок, поддерживающую две также антипараллельные «-спирали (рис. 7.6}. Внутри «2-домена N-концевая Р-складка соединяется с «-спиралью дисульфидной связью.

«-Спирали «]- и «2-доменов разделяет удлиненная полость. В первом исследовании методом рентгеноструктурного анализа в такой полости

молекулы HLA-A2 была обнаружена диффузная «избыточная электронная плотность», указавшая на то, что эта полость служит местом связывания процессированного антигена. В пользу данной точки зрения говорит и то. что большинство вариабельных аминокислотных остатков, определяющих полиморфизм молекул класса I и входящих в структуру их Т-клеточных эпитопов, расположено именно в этой полости или поблизости от нее (см. рис. 7.6).

Изменение аминокислотной последовательности в молекулах МНС класса / разной специфичности сопровождается изменением формы антигенсвязывающей полости

Структурная основа связывания антигенных пептидов молекулами МНС класса I стала гораздо понятнее при сравнении молекул HLA-A2 и HLA-Aw68. Их аминокислотные последовательности различаются в 13 позициях: по шести замен имеет каждый из доменов «| и а2 и по одной — домены а3 (в позиции 245, определяющей взаимодействие с CD8). Десять вариабельных остатков «]- и а2~доменов расположены в той части тяжелой цепи, которая образует дно и боковую стенку антигенсвязывающей полости (рис. 7.7). За счет различий в аминокислотной последовательности сравниваемые молекулы HLA существенным образом различаются между собой конфигурацией антигенсвязывающей полости; соответственно различаются по строению и связываемые ими пептиды. Следует отметить, что данная полость — это не простое углубление с гладкими стенками, а структура сложной формы, имеющая на внутренней поверхности ряд субцентров связывания в виде складок и карманов, где возможно взаимодействие с боковыми цепями аминокислотных остатков (рис. 7.8). Например, боковые цепи или концы антигенных пептидов могут заполнить два кармана, которые открываются под спиралью абдомена. В зависимости от аминокислотных замен в образующих полость поли- пептидных последовательностях пространственное расположение этих карманов может изменяться (см. рис. 7.8). Такими изменениями определяются различия между молекулами МНС класса I по аффинности связывания антигенных пептидов; от величины этой аффинности зависит, в свою очередь, произойдет ли иммунный ответ на данный антиген.

HLA-A2 и HLA-AW68

Рис. 7.7

Молекулы HLA-2A и HLA-Aw68 различаются по 13 аминокислотным остаткам, 12 из которых находятся в доменах а1 и а2. Десять вариабельных остатков, занимающих позиции на внутренних стенках антигенсвязывающей полости, показаны цветом (9 желтым, 1 розовым). (По Parham, 1989, с изменениями.)

HLA-AW68 и HLA-A2

Рис. 7.8

Контурное изображение тех полостей, в которых происходит связывание пептидов чужеродного антигена молекулами HLA-A2 и HLA-Aw68. Показаны карманы, в которые предположительно погружаются аминокислотные остатки связанных антигенных пептидов.

Структура молекул МНС класса II

По общему строению молекулы класса 11 подобны молекулам класса 1

Продукты МНС-генов класса II (А и Е у мыши и DR, DQ и DP у человека) — это гетеродимерные

гликопротеины, состоящие из тяжелой (а) и легкой (Р) полипептидных цепей. а-Цепи имеют мол. массу 30—34 кДа, Р-цепи - от 26 до 29 кДа в зависимости от локуса кодирующего их гена. Ряд фактов указывает на близкое сходство а- и Р-це- пей по общему строению.

Внеклеточная часть обеих цепей свернута в два домена (а( и а2 или Р| и Рт) и соединена коротким пептидом с трансмембранным сегментом (длиной примерно 30 аминокислотных остатков), который переходит в цитоплазматический домен, содержащий примерно I0—15 остатков.

Подобно а3-домену класса I и р2т, домены а2 и Р2 класса II имеют структурные характеристики константных доменов иммуноглобулинов. Дисульфидная связь внутри Р|-домена замыкает петлю из 64 аминокислотных остатков. Межцепочечные различия по мол. массе у продуктов МНС класса II обусловлены главным образом разной степенью гликозилирования: домены аг а2 и Р| N-гликозилированы, а Р2 нет.

С продуктами МНС класса II связаны коре- цепторные молекулы CD4. Результаты мутационного анализа HLA-DR1 указывают на то, что CD4 присоединяется к р3-домену. Предположительно ассоциация CD4 с ТкР-комплек- сом важна для мобилизации киназы p56lck, которая связывается с цитоплазматическим сегментом CD4 и индуцирует тем самым активацию Т-клеток.

Антигенсвязывающая полость молекул МНС класса II вмещает более длинные пептиды Трехмерная структура молекул HLA-DRI, установленная с помощью рентгеноструктурного анализа, оказалась подобной структуре молекул HLA класса I (рис. 7.9) при одном существенном отличии: антигенсвязывающая полость молекул HLA-DRI сформирована не двумя доменами одной a-цепи, каку молекул класса I, а двумя доменами разных цепей «Р-гетеродимера. Как и в случае молекул класса I, здесь антигенные пептиды связываются в развернутой конформации.

Рис. 7.9

«Ленточные» схемы внеклеточных доменов в молекулах антигенов гистосовместимости: 1) HLA-Aw68 (класс I), 2) HLA-DR1 (класс II). В антигенсвязываю- щей полости каждой молекулы виден занимающий ее антигенный пептид. Схемы отражают сходство трехмерной структуры молекул классов I и II. (С разрешения по Stern, Wiley . 1994.

Однако в структуре молекул класса II полость больше открыта, поэтому в ней могут поместить ся более длинные пептиды (рис. 7.10 и 7.11). Структурные особенности антигенсвязывающего

Внеклеточные домены молекул антигенов гистосовместимости

HLA-Aw68 (класс I)

HLA-ОЙ! (класс II)

Антигенсвязывающие центры молекулкласса I (Н-2КЬ) и класса II (HLA-DR1)

Рис. 7.10

Антигенсвязывающие полости (центры) молекул класса I (Н-2КЬ) и класса II (HLA-DR1), показанные как диаграммы расположения а-углеродных атомов (вид сверху). Можно заметить явное сходство между центрами обеих молекул при наличии определенных различий, часть из которых касается предпочтительной длины связываемого антигенного пептида (8-10 аминокислотных остатков у молекул класса I и более 12 аминокислотных остатков у молекул класса II). (С разрешения по Stern , Wiley, 1994.)

центра (полости) молекул класса II были выявлены путем рентгеноструктурного анализа комплексов HLA-DR1 с пептидом вируса гриппа (см. рис. 7.11). Внутри антигенсвязывающего центра ясно видны карманы, в которых размешаются пять боковых цепей связанного вирусного пептида; наличием этих карманов объясняется антигенсвязыва- ющая специфичность молекул HLA-DR1.

ГЕНОМНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ МНС

Локусы класса I у мыши

Для МНС мыши принято обозначение Н-2. Области Н-2, в которых расположены гены классов I и II, обозначены буквами, например область локализации генов МНС класса I — Н-2К. Сами гены МНС, а также их локусы высокополиморфны — разные линии мышей различаются как по

Водородные связи с основной цепьюантигенного пептида

Рис. 7.11

Образование водородных связей между основной цепью антигенного пептида и молекулами класса I (HLA- В27) и класса II (HLA-DR1 ).(По характеру межмолекулярных взаимодействий подобного рода оба класса молекул МНС существенно различаются.) Главное различие между двумя классами состоит в том, что устойчивые водородные связи в случае молекул класса I сосредоточены на концах антигенного пептида, а в случае молекул класса II распределены по всей его длине. (С разрешения по Stern , Wiley, 1994.)

структуре этих генов, так и по числу их аллелей в локусах. Поэтому различным комплексам Н-2 даются еще и надстрочные буквенные обозначения, например гаплотип мышей линии BALB/c обозначен H-2d.

МНС мыши (Н-2) содержит три локуса класса I, но разные гаплотипы различаются по числу генов класса I

Гаплоидный геном мыши содержит около 30 генов класса I, но разные линии мышей могут различаться по числу этих генов. Гены класса I, кодирующие классические, выявляемые в сероло-

Гены класса I мышиГены класса I мышиРис. 7.12Порядок расположения генов МНС класса I в хромосоме у мышей двух гаплотипов: BALB/c (H-2d) и В10 (Н-2Ь). Между областями Н-2К и H-2D расположены гены классов II и III. Чтобы аллели одного локуса разныхРис. 7.12Порядок расположения генов МНС класса I в хромосоме у мышей двух гаплотипов: BALB/c (H-2d) и В10 (Н-2Ь). Между областями Н-2К и H-2D расположены гены классов II и III. Чтобы аллели одного локуса разныхгаплотипов расположить один под другим, на линейных картах произвольно сделаны разрывы, показанные фигурным краем. В области Tia локализованы многочисленные гены класса I с неизвестной функцией.гаплотипов расположить один под другим, на линейных картах произвольно сделаны разрывы, показанные фигурным краем. В области Tia локализованы многочисленные гены класса I с неизвестной функцией.гических тестах антигены гистосовместимости, находятся в локусах Н-2К, H-2D и H-2L. Функциональное значение большинства остальных генов класса I, картированных в локусах Qa, Tia и М Vpuc. 7.12), остается пока неясным, хотя известно, что посредством молекул Qa можно вызвать активацию Т-клеток.

Гены класса I мыши

Гены класса I мыши

Рис. 7.12

Порядок расположения генов МНС класса I в хромосоме у мышей двух гаплотипов: BALB/c (H-2d) и В10 (Н-2Ь). Между областями Н-2К и H-2D расположены гены классов II и III. Чтобы аллели одного локуса разных

Рис. 7.12

Порядок расположения генов МНС класса I в хромосоме у мышей двух гаплотипов: BALB/c (H-2d) и В10 (Н-2Ь). Между областями Н-2К и H-2D расположены гены классов II и III. Чтобы аллели одного локуса разных

гаплотипов расположить один под другим, на линейных картах произвольно сделаны разрывы, показанные фигурным краем. В области Tia локализованы многочисленные гены класса I с неизвестной функцией.

гаплотипов расположить один под другим, на линейных картах произвольно сделаны разрывы, показанные фигурным краем. В области Tia локализованы многочисленные гены класса I с неизвестной функцией.

Строение области Н-2К одинаково у всех до сих пор изученных линий мышей. В ней расположены два гена класса I, названные К и К2 (см. рис. 7.12). Ген Н-2К кодирует антиген Н-2К, который экспрессируется и серологически выявлен на клетках большинства типов, тогда как характер экспрессии гена Н-2К2 варьирует в зависимости от линии.

В гаплотипах H-2d и Н-2Ь область H-2D/H-2L содержит разное число генов класса I (см. рис. 7.12). У мышей BALB/c (гаплотип H-2d) в этой области картированы пять таких генов. Два из них кодируют серологически выявляемые антигены H-2Dd и H-2Ld. Три остальных гена класса I локализованы в участке хромосомы между генами H-2Dd и H-2Ld (расположенными соответственно проксимально и дистально) и названы D2d, D3d и D4d. Функция их неизвестна. В то же время у мышей В10 (гаплотип Н-2Ь) в области H-2D идентифицирован только один ген класса I.

Гены локусов Qa, Tia и М кодируют «неклассические» молекулы МНС класса I

Продукты генов, расположенных в локусах Qa, Tia и М, по структуре сходны с описанными выше молекулами класса I, поэтому их называют иногда «неклассическими» молекулами класса I. Локус Qa занимает участок длиной примерно

200 т.п.н. дистальнее области H-2D/L (см. рис. 7.12) и содержит гены серологически выявляемых специфичностей Qa-2, 3, 4 и 5, а также кластер, включающий от 8 (BALB/c) до 10 (В 10) генов класса I.

В локусе Т1а, который первоначально считали местом расположения генов, кодирующих только антигены TL (от англ, thymus leukaemia), т. е. антигены клеток тимуса и Т-клеточных лейкозов, впоследствии было обнаружено множество генов класса I и большое число структурных различий между гаплотипами Н-2Ь и H-2d (линии В10 и BALB/c соответственно) (см. рис. 7.12). Расположенный между областями К и А район М содержит ряд идентифицированных недавно генов класса I, названных Ml—М7, с низкой степенью полиморфизма.

МНС человека содержит три локуса класса I

У человека область генов класса I содержит три локуса, названных HLA-A, HLA-B и HLA-C, и занимает участок длиной более 1500 т.п.н. (рис. 7.13). Гены каждого локуса кодируют тяжелые цепи «классических» антигенов МНС класса I. При более детальном изучении данной области вне этих локусов были найдены многочисленные дополнительные гены, кодирующие белки МНС класса I. Это гены локусов HLA-E, HLA-F и HLA-G. Продукт гена HLA-G экспрессируется, как установлено, на клетках плаценты во вневор- синочном цитотрофобласте, защищая их предположительно от материнских НК-клеток (см. гл. 10). Другие гены класса I — возможные аналоги

Гены класса I человекаГены класса I человекаРис. 7.13В хромосоме человека гены класса I расположены ближе к теломере, чем гены классов II и III. В дополнение к генам классических трансплантационных антигенов (HLA-A, HLA-B и HLA-C) в этом участке иденРис. 7.13В хромосоме человека гены класса I расположены ближе к теломере, чем гены классов II и III. В дополнение к генам классических трансплантационных антигенов (HLA-A, HLA-B и HLA-C) в этом участке идентифицировано несколько «класс l-подобных» генов, вероятно, эквивалентных мышиным генам области Tla/Qa. Здесь же содержится ряд других генов, отлич ных от генов класса I.тифицировано несколько «класс l-подобных» генов, вероятно, эквивалентных мышиным генам области Tla/Qa. Здесь же содержится ряд других генов, отлич ных от генов класса I.мышиных генов Qa, Tia и М — локализованы вблизи локусов HLA-G и HLA-A.

Гены класса I человека

Гены класса I человека

Рис. 7.13

В хромосоме человека гены класса I расположены ближе к теломере, чем гены классов II и III. В дополнение к генам классических трансплантационных антигенов (HLA-A, HLA-B и HLA-C) в этом участке иден

Рис. 7.13

В хромосоме человека гены класса I расположены ближе к теломере, чем гены классов II и III. В дополнение к генам классических трансплантационных антигенов (HLA-A, HLA-B и HLA-C) в этом участке иден

тифицировано несколько «класс l-подобных» генов, вероятно, эквивалентных мышиным генам области Tla/Qa. Здесь же содержится ряд других генов, отлич ных от генов класса I.

тифицировано несколько «класс l-подобных» генов, вероятно, эквивалентных мышиным генам области Tla/Qa. Здесь же содержится ряд других генов, отлич ных от генов класса I.

Гены класса II обнаружены в области Н-21

У мыши а- и P-цепи молекул класса II кодируются отдельными генами, расположенными в области I комплекса Н-2 (j)uc. 7.14). Так, цепи а и Р молекулы А кодируются генами Аа и АЬ, а те же цепи молекулы Е — генами Еа и ЕЬ соответственно. (В обозначении гена сначала указывают локус, а затем кодируемую цепь.) Белковые продукты нескольких других клонированных генов а и b класса II идентифицировать не удалось. Один из них, РЬ, — это псевдоген, а два других, ОЬ и ЕЬ2, возможно несут ту или иную функцию. Последние два гена проявляют низкую степень поли

морфизма и определенно транскрибируются, но, неясно, происходит ли их трансляция.

Область Н-21 почти полностью картирована. Проксимально она соседствует в хромосоме с областью H-2Rk, гены которой кодируют молекулы класса I. У мышей гаплотипов b, s, f и q не наблюдается экспрессии молекул класса II, кодируемых генами субрайона I-Е. При гаплотипах b и s отсутствует транскрипция гена Еа, но определяется нормальная цитоплазматическая концентрация цепей Ер. У мышей гаплотипов f и q не образуются цепи Еа и Ер.

Гены класса II человека расположены в области HLA-D

Гены классов I и II человека и мышиГены классов I и II человека и мышиРис. 7.14Порядок расположения генов МНС у мыши и челове- гены. Экспрессируемые гены классов I и II отмечены ка. Прерывистыми линиями соединены гомологичные оранжевым цветом, псевдогены - желтым.Рис. 7.14Порядок расположения генов МНС у мыши и челове- гены. Экспрессируемые гены классов I и II отмечены ка. Прерывистыми линиями соединены гомологичные оранжевым цветом, псевдогены - желтым.Гены области HLA-D кодируют не менее шести вариантов а- и десяти вариантов P-цепей, обра-

Гены классов I и II человека и мыши

Гены классов I и II человека и мыши

Рис. 7.14

Порядок расположения генов МНС у мыши и челове- гены. Экспрессируемые гены классов I и II отмечены ка. Прерывистыми линиями соединены гомологичные оранжевым цветом, псевдогены - желтым.

Рис. 7.14

Порядок расположения генов МНС у мыши и челове- гены. Экспрессируемые гены классов I и II отмечены ка. Прерывистыми линиями соединены гомологичные оранжевым цветом, псевдогены - желтым.

зуюших молекулы класса II (см. рис. 7.14). Эти гены занимают три локуса — DR, DQ и DP. К продуктам их экспрессии относится большинство молекул класса II у человека. Идентифицированы также дополнительные гены класса II, расположенные вне этих локусов. Локус DR содержит один ген a-цепи (DRA) и до девяти генов Р-це- пей (DRBI-9), включая псевдогены. Известно несколько вариантов расположения генов внутри этого локуса. В каждом из локусов DQ и DP имеется по одному экспрессируемому гену а- и Р-це- пей и дополнительная пара аналогичных генов, функциональных или нефункциональных.

Как и в аналогичных молекулах мыши, «-цепи DR, DQ и DP человека в составе молекулы связаны с P-цепями, кодируемыми преимущественно генами того же самого локуса. С помощью специфических антител обнаружено, что при образовании молекул HLA-DP класса II соединяются продукты генов DPA1 и DPB1. Подобно этому, гены DQA1 и DQB1 кодируют антигены HLA-DQ.

Организация и протяженность области DRB варьирует в зависимости от гаплотипа )рис. 7.15),

Число локусов DRB различно в разных гаплотипах

Рис. 7.15

Число локусов DRB различно в разных гаплотипах. Показано их расположение для гаплотипов DR1, DR10, DR103 (верхняя линия), DR15 и DR16 (вторая сверху линия) и т. д. Из этих локусов не все служат матрицами для синтеза мРНК DRP-цепей.

как и число экспрессируемых вариантов р-цепей. Локус DRB2 представляет собой псевдоген. Гены DRBI, DRB3 и DRB4 обычно функциональны, тогда как DPA2, DPB2 и DQB3 — это чаше всего псевдогены и поэтому они не экспрессируются. Гены DNA, DOB и DQA2 могут быть функциональными.

Область HLA-D содержит также гены белков, участвующих в презентации антигена, но не экспрессируемых на клеточной поверхности. Эти гены и их продукты рассмотрены в гл. 9.

Методами картирования длинных участков ДНК удалось выяснить порядок расположения всех идентифицированных генов класса II в области HLA-D. Вся эта область составляет отрезок ДНК длиной примерно 1000 т.п.н. Линейное расположение и ориентация гомологичных локусов класса II у человека и мыши совпадают.

Полиморфные участки молекул МНС сосредоточены в основном в области антигенсвязывающего центра

Уникальная особенность МНС — это чрезвычайный полиморфизм (структурная вариабельность) кодируемых его генами молекул. Однако не все продукты МНС полиморфны в одинаковой степени. Антигены Qa, Tia и М, близкие по структуре к молекулам класса I, гораздо менее полиморфны, чем классические антигены классов I и II. Перечень специфичностей антигенов НГА классов I и II, а также аллелей каждого локуса НГА приведен в приложении Г

Структурные различия между вариантами молекулы данного класса касаются в основном определенных участков полипептидных цепей; например, у молекул класса I они сосредоточены в доменах «| и «2. Домен а3, по-видимому, более консервативен.

Степень изменчивости молекул класса II зависит от локуса и может различаться у разных цепей; например, исключительным полиморфизмом обладают цепи DRp, DQP и в несколько меньшей степени DPp. Цепи DQ« вариабельны, тогда как DRa считаются инвариантными, a DPa имеют лишь две аллельные формы. В аутбредных популяциях у носителей двух гаплотипов МНС могут экспрессироваться гибридные молекулы класса II с цепями разных гаплотипов, что вносит дополнительное структурное разнообразие.

Большинство вариабельных аминокислотных остатков в антигенах МНС классов I и II сосредо-

точено в верхней части молекулы, где она образует глубокую полость для связывания чужеродного пептида. Более того, почти все позиции аминокислотных замен собраны вместе на дне этой полости или на обращенных внутрь полости

сторонах а-спиралей. Функциональный смысл такого скопления вариабельных остатков (в отношении распознавания антигена Т-клетками) подробнее рассмотрен в гл. 9.

Вопросы для размышления

В антигенсвязывающую полость молекулы класса I помещается пептид из 8-9 аминокислотных остатков. Существует ли причина, по которой у человека не могло бы быть молекул МНС, вмещающих пептиды из 3 или 30 остатков?

Определение трехмерной структуры молекул классов I и II позволило понять механизм связывания ими антигенных пептидов. В связи с этим высказано предположение, что иммунный ответ можно усиливать или подавлять, вводя в организм пептиды, которые связываются с молекулами МНС. Каким образом знание механизма связывания могло бы помочь в создании лекарственных препаратов из таких пептидов?

В отличие от В-клеточного рецептора ТкР обычно обладает низким сродством к антигену и распознает его только в комплексе с молекулами МНС класса I или II. Во взаимодействиях Т-клеток с клетками-мишенями ключевая роль принадлежит также вспомогательным молекулам клеточной поверхности, выполняющим ряд функций. Какие процессы, кроме распознавания антигена, происходят в том случае, когда Т-клетка вступает в контакт с инфицированной вирусом клеткой-мишенью?

По сравнению с молекулами класса I антиген- связывающая полость молекул класса II может вмещать пептид большей длины. Какое этим создается преимущество?

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Bentley G.A., Mariuzza R.A. 1996. The structure of the T cell antigen receptor. Annu. Rev. Immunol. 15: 563-590.

Bjorkman P.J., Parham P. 1990. Structure, function and diversity of Class I major histocompatibility complex molecules. Annu. Rev. Biochem. 59: 253-288.

Bjorkman P.J., Saper M.A., Samraoui B. et al. 1987. The structure of the human Class I histocompatibility antigen HLA-A2. Nature 329: 506-512.

Bjorkman P.J., Samraoui B., Bennett W.S. et al. 1987. The foreign antigen binding site and T-cell recognition regions of Class I histocompatibility antigens. Nature 329: 512-516.

Bodmer J.G., Marsh S.E., Albert E.D. et al. 1994. Nomenclature for factors of the HI_A system, 1994. Tissue Antigens 44: 1-18.

Brenner M.B., MacLean J., Dialynas D.P. et al. 1986. Identification of a putative second T-cell receptor. Nature 322: 145-149.

Brown J.H., Jardetzky T.S., Gorga J.C. et al. 1993. Three-dimensional structure of the human class II histocompatibility antigen HLA-DR1. Nature 364: 33-39.

Carosella E.D., Dausset J., Kirzenbaum H. 1996. HLA- G revisited. Immunol. Today 17: 407-409.

Clevers H., Alarcon B., Wileman T. et al. 1988. The T- cell receptor/CD3 complex: a dynamic protein ensemble. Annu. Rev. Immunol. 6: 629-662.

Garcia K.C., Degano M., Stanfield R.L. et al. 1996. An c<p T cell receptor structure at 2.5A and its orientation in the TCR-MHC complex. Science 274: 209-219.

Garratt T.P.J., Saper M.A., Bjorkman P.J. et al. 1989. Specificity pockets for the side chains of peptide antigens in HLA-w68. Nature 342: 692-696.

Green N.M. 1991. The semiotics of charge. Nature 351: 349.

Hass W., Pereira P., Tonegawa S. 1993. Gamma/delta cells. Annu. Rev. Immunol. 11: 637-685.

Koop B.F., Hood L. 1994. Striking sequence similarity over almost 100 kilobases of human and mouse T- cell receptor DNA. Nat. Genet. 7: 48-53.

Lefranc М.-P., Rabbitts T.N. 1989. The human T-cell receptor у (TRG) genes. Trends. Biochem. Sci. 14: 214-218.

Madden D.R., Gorga J.C., Strominger L. et al. 1991. The structure of HLA-B27 reveals nonamer self-pep- tides bound in an extended conformation. Nature 353: 321-325.

Manolios N., Letourneur F., Bonifacino J.S. et al. 1991. Pairwise cooperative and inhibitory interactions describe the assembly and probable structure of the T-cell antigen receptor. EMBOJ. 10: 1643-1651.

Neefjes J.J., Momburg F., Hamerling B.J. 1993. Selective and ATP-dependent translocation of peptides by the МНС-encoded transporter. Science 261:769-771

Powis S.H., Trowsdale J. 1994. Human major histocompatibility complex genes. Behring Inst. Mitt. 94: 17-25.

Raulet D.H. 1994. How yS T cells make a living. Curr. Biol. 4: 246-251.

Salter R.D., Benjamin R .J., Wesley P.K. et al. 1990. A

binding site for the T-cell co-receptor CD8 on the a3 domain of HLA-A2. Nature 345: 41-46.

Sloan-Lancaster J., Allen P.M. 1996. Altered peptide- ligand induced partial T cell activation: molecular mechanisms and role in T cell biology. Annu. Rev. Immunol. 14: 1-27.

Stern L.J., Wiley D.C. 1994. Antigenic peptide binding by class I and class II histocompatibility proteins. Structure 2: 245-61.

Stern L.J., Brown J.H., Jardetzky T.S. et al. 1994. Crystal structure of the human class II MHC protein HLA-DR1 complexed with an influenza virus peptide. Nature 368: 215-221.

Weiss A., Littman D.R. 1994. Signal transduction by lymphocyte antigen receptor. Cell 76: 263-274.

Williams A.F., Barclay A.N. 1988. The immunoglobulin superfamily - domains for cell surface recognition. Annu. Rev. Immunol. 6: 381-405.

Источники разнообразия антигенраспознающих структур

Благодаря огромному разнообразию антител, синтезируемых В-клетками, и антигенраспознающих рецепторов, экспрессируемых Т-клетка- ми, иммунная система способна распознавать множество различных антигенов и отвечать на них.

Молекула иммуноглобулина состоит из тяжелых и легких цепей; легкие цепи могут относиться к к- или Х-типу. Общее количество возможных вариантов антигенсвязывающих центров рассчитывается как произведение чисел различных тяжелых и легких цепей.

Легкие цепи иммуноглобулинов кодируются генными сегментами V и J; в кодировании тяжелых цепей также участвуют сегменты V и J, но дополнительное разнообразие вносят сегменты D.

Рекомбинации ограниченного числа генных сегментов V, D и J создают бесконечное число вариабельных доменов разной специфичности.

После антигенной стимуляции в генах легких и тяжелых цепей иммуноглобулинов происходят точечные соматические мутации. Гены Т-клеточных рецепторов при этом не подвергаются изменениям.

В кодировании ТкР участвуют четыре группы генов: гены аир экспрессирует большинство периферических Т-клеток, а гены у и 5 - одна из субпопуляций Т-клеток тимуса и небольшая часть периферических Т-клеток.

Разнообразие ТкР, подобно разнообразию антител, создается в результате рекомбинаций между генными сегментами V, D и J, происходящих в каждом из локусов а-, Р-, у- или 5-цепей с небольшими различиями в механизмах.

Рекомбинацию генных сегментов V, D и J, кодирующих иммуноглобулины и Т-клеточные рецепторы, регулируют (по крайней мере отчасти) два активирующих ее гена (RAG-1 и RAG-2).

Кроме простых перестановок генных сегментов V, D и J в создании разнообразия иммуноглобулинов и ТкР имеют значение вставки добавочных нуклеотидов («N-региональная» вариабельность), изменение позиций стыковки генных сегментов и рамок считывания сегментов D.

Переключение изотипа иммуноглобулинов обусловлено рекомбинацией VDJ-генов с различными С-генами и дифференциальным сплайсингом РНК.

Способность иммунной системы распознавать антигены целиком зависит от антител, синтезируемых В-клетками, и антигенсвязывающих рецепторов, экспрессируемых Т-клетками. Обе эти клеточные популяции способны распознать множество разнообразных антигенов, но разными путями. Хотя антитела отличаются от Т-клеточных рецепторов (ТкР), разнообразие антигенной специфичности тех и других формируют весьма сходные механизмы, которые и будут рассмотрены в данной главе.

Благодаря своему поразительному разнообразию по специфичности центров связывания антигена антитела обеспечивают распознавание миллионов различных антигенов, встречающихся в окружающей среде. Кроме того, у антител каждого класса имеется характерная эффекторная область молекулы: например, IgE может связываться с Fc-рецепторами тучных клеток, тогда как IgG способен присоединяться к фагоцитам. Подсчитано, что структурных вариантов антител

в организме образуется гораздо больше, чем всех прочих белков вместе взятых. Число синтезируемых организмом вариантов антител фактически превышает количество генов в нашем геноме. Как может возникать разнообразие такого масштаба? Первоначальные представления о процессах образования антител с годами существенно изменились, но все же вызывает удивление, как удалось Эрлиху в начале столетия своей гипотезой боковых цепей вплотную приблизиться к современным взглядам (.рис. 8.1). Его идея о селекции антигеном клеток, образующих антитела, почти совпадает с современной клонально-селекционной теорией, исключая размещение нескольких рецепторов разной специфичности на одной и той же клетке.

ТЕОРИИ ОБРАЗОВАНИЯ АНТИТЕЛ

В послеэрлиховский период представления об образовании антител утратили первоначальную

Рис. 8.1

Предложенная Эрлихом теория боковых цепей.

Эрлих предположил, что соединение антигена с уже имеющимся рецептором на поверхности В-клетки (теперь известно, что это мембраносвязанный иммуноглобулин) заставляет ее синтезировать и секретировать повышенное количество таких рецепторов. Хотя, как показано на рисунке, Эрлих считал, что одна клетка способна производить антитела, связывающие более чем один тип антигена, тем не менее он предвосхитил и клонально-селекционную теорию иммунитета, и фундаментальное представление о существовании рецепторов к антигену еще до контакта с ним иммунной системы.

простоту. Необходимость их пересмотра возникла в связи с тем, что химики научились синтезировать новые, отсутствующие в природе органические соединения и, как показал Ландштейнер, иммунная система оказалась способной отвечать образованием специфических антител на каждое из них. Сама возможность появления в результате естественного отбора в клетках иммунной системы тех генов, которые необходимы для образования антител ко всем этим новым, синтетическим веществам, казалась невероятной. В итоге появилась инструктивная гипотеза образования антител, согласно которой антиген, воздействуя

на гибкую молекулу иммуноглобулина («инструктируя»), формирует в ней комплементарный себе центр связывания. Стремительный прогресс молекулярной биологии в 50—60-х гг. сделал инструктивную гипотезу образования антител неприемлемой, так как стало очевидным, что механизма «инструктирующего» действия антигена просто не существует. На новом витке развития научной мысли предпочтение вновь завоевали селекционные идеи. Почти одновременно Ерне и Бернетом была выдвинута клонально-селекционная теория, утверждавшая, что каждый лимфоцит образует иммуноглобулины только одной специфичности и что антиген выбирает и стимулирует клетки, несущие специфичные именно к нему антитела.

Однако еще оставался без ответа вопрос об источниках разнообразия антител. Теоретическое допущение о существовании своего особого гена для антител каждой из множества специфичностей немедленно открыло другую проблему. Половина аминокислотной последовательности любой легкой и четверть любой тяжелой цепи имму ноглобулинов всегда вариабельна, а остальная часть константна. Каким образом в случае предполагаемого множества генов антител возможно сохранение неизменной последовательности в константных областях иммуноглобулиновых цепей? На этот вопрос ответили Драйер и Беннетт, предположив, что вариабельные и константные области кодируются отдельными генами, причем существует множество генов для вариабельных (V) и один или весьма ограниченное число генов для константных (С) областей. Теперь оставалось только объяснить источник многообразия вариабельных областей! Основой для этого стала идея соматического мутагенеза, согласно которой из относительно небольшого числа гаметных генов (гены зародышевой линии) в течение жизни индивида возникает множество модифицированных, т. е. подвергшихся мутациям генов. Кроме того, было высказано предположение, что полный V-ген может появляться в результате рекомбинации ряда генных сегментов. При разрезании и соединении фрагментов ДНК между ними могут встраиваться добавочные нуклеотиды, создавая дополнительную вариабельность, названную N-региональной, поскольку новая нуклетидная последовательность отличается от гаметной. Вместо мутаций источником разнообразия вариабельных областей могла бы служить, как предполагалось, генная конверсия с участием набора

псевдогенов. В итоге было определено пять возможных источников разнообразия антигенраспознающих структур:

множественность гаметных генов V-областей;

соматический мутагенез;

соматические рекомбинации между сегментами, образующими потный V-ген;

генные конверсии;

вставки добавочных нуклеотидов.

Сегодня известно, что у млекопитающих для создания разнообразия антител могут действовать все эти пять механизмов (рис. 8.2). Примечательно, что акулы располагают значительным числом кодирующих антитела генов и «не испытывают необходимости» в соматических рекомбинациях, тогда как у курицы число гаметных генов антител ограниченно и для этого вида характерен высокий уровень генной конверсии (см. гл. 15)

ВАРИАБЕЛЬНОСТЬ ИММУНОГЛОБУЛИНОВ

Молекулы иммуноглобулинов состоят из легких и тяжелых полипептидных цепей. Легкие цепи относятся к к- или Х-типу. Теоретически любая

легкая цепь может объединяться с любой тяжелой, поэтому количество возможных антигенсвя- зывающих центров разной специфичности равно произведению числа цепей одного типа и числа цепей другого. Например, если имеется Ю4 различных легких цепей, способных объединиться с любой из Ю4 разных тяжелых цепей, то вполне возможно появление Ю8 молекул антител различной специфичности. У каждого типа цепей существует свой собственный механизм увеличения многообразия, поскольку они кодируются генами, локализованными в разных хромосомах (рис. 8.3).

Полиморфизм иммуноглобулинов проявляется как вариабельность разных частей их молекул (рис. 8.4.). Рассмотрим вначале идиотипическую вариабельность, обусловленную разнообразием структуры антигенсвязывающих центров.

Источники разнообразия антителИсточники разнообразия антителРис. 8.2Пять возможных источников структурного разнообразия V-областей Н- и L-цепей иммуноглобулинов.1. Многочисленность гаметных генов. Имеется большое число отдельных неперестроенных генов (V1-Vn), каждый из которых кодирует V-домен отдельной специфичности.2. Соматический мутагенез. В онтогенезе В-клеток в результате мутаций гаметного V-гена в разных В-кле- точных клонах возникают различные V-гены.3. Соматическая рекомбинация. В онтогенезе В-клеток происходит рекомбинация ряда генных сегментов (J1 —Jn), соединяющихся с основной частью V-гена. В результате синтезируется белок, отдельные элементыРис. 8.2Пять возможных источников структурного разнообразия V-областей Н- и L-цепей иммуноглобулинов.1. Многочисленность гаметных генов. Имеется большое число отдельных неперестроенных генов (V1-Vn), каждый из которых кодирует V-домен отдельной специфичности.2. Соматический мутагенез. В онтогенезе В-клеток в результате мутаций гаметного V-гена в разных В-кле- точных клонах возникают различные V-гены.3. Соматическая рекомбинация. В онтогенезе В-клеток происходит рекомбинация ряда генных сегментов (J1 —Jn), соединяющихся с основной частью V-гена. В результате синтезируется белок, отдельные элементыкоторого кодируются разными генными сегментами.4. Генная конверсия. Отрезки ДНК, принадлежащие ряду псевдо-У-генов, могут копироваться в функциональном V-гене, меняя его исходную нуклеотидную последовательность.5. Вставка добавочных нуклеотидов. При рекомбинации перед соединением вырезанных V- и J-сегментов ДНК возможно встраивание между ними добавочных нуклеотидов, кодирующих дополнительные аминокислотные остатки V-областей.которого кодируются разными генными сегментами.4. Генная конверсия. Отрезки ДНК, принадлежащие ряду псевдо-У-генов, могут копироваться в функциональном V-гене, меняя его исходную нуклеотидную последовательность.5. Вставка добавочных нуклеотидов. При рекомбинации перед соединением вырезанных V- и J-сегментов ДНК возможно встраивание между ними добавочных нуклеотидов, кодирующих дополнительные аминокислотные остатки V-областей.Все эти пять механизмов служат источниками разнообразия антител у млекопитающих.Все эти пять механизмов служат источниками разнообразия антител у млекопитающих.By и Кэботом был проведен анализ аминокислотных последовательностей большого числа легких и тяжелых цепей различных по специфичности антител. Источником идентичных иммуноглобулинов служили миеломы (моноклональные В-клеточные опухоли). Результаты показа-

Источники разнообразия антител

Источники разнообразия антител

Рис. 8.2

Пять возможных источников структурного разнообразия V-областей Н- и L-цепей иммуноглобулинов.

1. Многочисленность гаметных генов. Имеется большое число отдельных неперестроенных генов (V1-Vn), каждый из которых кодирует V-домен отдельной специфичности.

2. Соматический мутагенез. В онтогенезе В-клеток в результате мутаций гаметного V-гена в разных В-кле- точных клонах возникают различные V-гены.

3. Соматическая рекомбинация. В онтогенезе В-клеток происходит рекомбинация ряда генных сегментов (J1 —Jn), соединяющихся с основной частью V-гена. В результате синтезируется белок, отдельные элементы

Рис. 8.2

Пять возможных источников структурного разнообразия V-областей Н- и L-цепей иммуноглобулинов.

1. Многочисленность гаметных генов. Имеется большое число отдельных неперестроенных генов (V1-Vn), каждый из которых кодирует V-домен отдельной специфичности.

2. Соматический мутагенез. В онтогенезе В-клеток в результате мутаций гаметного V-гена в разных В-кле- точных клонах возникают различные V-гены.

3. Соматическая рекомбинация. В онтогенезе В-клеток происходит рекомбинация ряда генных сегментов (J1 —Jn), соединяющихся с основной частью V-гена. В результате синтезируется белок, отдельные элементы

которого кодируются разными генными сегментами.

4. Генная конверсия. Отрезки ДНК, принадлежащие ряду псевдо-У-генов, могут копироваться в функциональном V-гене, меняя его исходную нуклеотидную последовательность.

5. Вставка добавочных нуклеотидов. При рекомбинации перед соединением вырезанных V- и J-сегментов ДНК возможно встраивание между ними добавочных нуклеотидов, кодирующих дополнительные аминокислотные остатки V-областей.

которого кодируются разными генными сегментами.

4. Генная конверсия. Отрезки ДНК, принадлежащие ряду псевдо-У-генов, могут копироваться в функциональном V-гене, меняя его исходную нуклеотидную последовательность.

5. Вставка добавочных нуклеотидов. При рекомбинации перед соединением вырезанных V- и J-сегментов ДНК возможно встраивание между ними добавочных нуклеотидов, кодирующих дополнительные аминокислотные остатки V-областей.

Все эти пять механизмов служат источниками разнообразия антител у млекопитающих.

Все эти пять механизмов служат источниками разнообразия антител у млекопитающих.

Хромосомная локализация генов МНС иантигенсвязывающих рецепторов

Пептид

Мышь

Человек

IqH

12

14(15,16)

X

16

22

к

6

2

а-цепьТкР

14

14

Р-цепьТкР

6

7

у-цепь ТкР

13

7

6-цепь ТкР

14

14

МНС

17

6

Р2-Микроглобулин

2

15

Рис. 8.3

Числа означают номера хромосом, в которых локализованы гены, кодирующие различные полипептиды иммуноглобулинов, ТкР и продуктов МНС человека и мыши. Заметьте, что все локусы располагаются совершенно раздельно, за исключением локуса 8-цепей ТкР, локализованного среди генов локуса а-цепей ТкР.

Вариабельность структуры иммуноглобулинов

1. Изотипическая 2. Аллотипическая 3. Идиотипическая

Рис. 8.4

Все иммуноглобулины построены из разного количества сходных четырехцепочечных единиц и могут иметь варианты трех типов:

1. Изотипические варианты, обусловленные экспрессией гаметных генов, присутствующих у всех особей данного вида и кодирующих тяжелые (д, 8, у, е, а) и легкие (к и X) цепи, а также «каркасные» аминокислотные остатки в составе их V-областей (подгруппы).

2. Аллотипические варианты, обусловленные внутривидовой аллельной изменчивостью.

3. Идиотипические варианты, представляющие разнообразие антигенсвязывающих центров (паратопов) и обусловленные, в частности, изменчивостью гипервариабельных участков V-областей.

ли. что вариабельность легких цепей Х-типа обусловлена аминокислотными заменами в трех гипервариабельных участках, окруженных относительно неизменными «каркасными» остатками. Позднее, когда было установлено, что именно эти гипервариабельные участки контактируют с антигеном, они были названы участками, «определяющими комплементарность» (CDR, от англ, complementarity-determining regions).

Варибельность легких цепей 1-типа

Замены относительно последовательности, принятой за прототип Х-цепи

Позиция 0255075100

Рис. 8.5

Аминокислотная последовательность семи мышиных миеломных Х1 -белков. В позициях, окрашенных желтым цветом, находятся те же аминокислотные остатки, что и в последовательности, принятой за прототип (МОРС 104Е). Красным цветом отмечены позиции, в которых имеются замены. Справа указано число специфических нуклеотидных замен в ДНК, которые требуются, чтобы получить наблюдаемые изменения в аминокислотной последовательности. В нижней части рисунка помещен график вариабельности аминокислотных остатков в разных позициях легких цепей (по Кэботу и By), рассчитанной как частное от деления числа различных остатков в данной позиции на частоту наиболее часто встречающегося остатка (ср. гл. 6). В некоторых цепях были обнаружены дополнительные остатки (в позициях, указанных стрелками), но здесь для лучшей сопоставимости они опущены.

Вариабельность тяжелых цепей

Вариабель-150 ность тяжелых цепей 1QQ

50

_ XiwUj ^ gj| V_ XiwUj ^ gj| V0

_ XiwUj ^ gj| V

_ XiwUj ^ gj| V

020406080100120

Позиция

Рис. 8.6

График By и Кэбота, показывающий, что вариабельные аминокислотные остатки сосредоточены в трех участках V-области тяжелых цепей.

Вначале были изучены CDR мыши — вида, особенность которого состоит в ограниченном разнообразии Х-цепей (их содержат менее 5% антител) из-за весьма малого числа VX-генов. Так, например, из 19 Х-цепей, для которых была определена аминокислотная последовательность, 12 оказались идентичными, а 7 остальных отли

чались одна от другой и от последовательности, принятой за прототип, всего лишь несколькими остатками (рис. 8.5).

Вариабельные остатки в составе тяжелых цепей подобным же образом сосредоточены в трех гипервариабельных участках (CDR), с обеих сторон окруженных почти неизменными «каркасными» участками (рис. 8.6), которые по сходству или идентичности можно разделить на группы (рис. 8.7).

РЕКОМБИНАЦИИ ГЕНОВ 1д

Ген, кодирующий V-домен легкой цепи, образуется в результате рекомбинации V- и J-сегментов

Рис. 8.7Аминоконцевая последовательность (позиции 1-65) попавших в группу VhIII тяжелых цепей шести миеломных белков человека сопоставлена на диаграмме с последовательностью TEI, принятой за прототип. Остатки, идентичные прототипу, окрашены желтым цвеРис. 8.7Аминоконцевая последовательность (позиции 1-65) попавших в группу VhIII тяжелых цепей шести миеломных белков человека сопоставлена на диаграмме с последовательностью TEI, принятой за прототип. Остатки, идентичные прототипу, окрашены желтым цветом, а отличающиеся в тех же позициях - темно-красным. Большинство различий между тяжелыми цепями, относящимися к одной группе, сосредоточено в участках, определяющих комплементарность - CDR-1 и CDR-2. Участок CDR-3 на рисунке не показан.том, а отличающиеся в тех же позициях - темно-красным. Большинство различий между тяжелыми цепями, относящимися к одной группе, сосредоточено в участках, определяющих комплементарность - CDR-1 и CDR-2. Участок CDR-3 на рисунке не показан.Возможность изучения генов антител появилась благодаря разработке технологии рекомбинантных ДНК. С помощью этого метода было установлено, что константные и вариабельные области легких цепей кодируются двумя отдельными сегментами ДНК. В клетках, совсем не образующих антитела, эти генные сегменты расположены в отдаленных один от другого участках хромосомы, но при синтезе антител они оказываются в непо-

Рис. 8.7

Аминоконцевая последовательность (позиции 1-65) попавших в группу VhIII тяжелых цепей шести миеломных белков человека сопоставлена на диаграмме с последовательностью TEI, принятой за прототип. Остатки, идентичные прототипу, окрашены желтым цве

Рис. 8.7

Аминоконцевая последовательность (позиции 1-65) попавших в группу VhIII тяжелых цепей шести миеломных белков человека сопоставлена на диаграмме с последовательностью TEI, принятой за прототип. Остатки, идентичные прототипу, окрашены желтым цве

том, а отличающиеся в тех же позициях - темно-красным. Большинство различий между тяжелыми цепями, относящимися к одной группе, сосредоточено в участках, определяющих комплементарность - CDR-1 и CDR-2. Участок CDR-3 на рисунке не показан.

том, а отличающиеся в тех же позициях - темно-красным. Большинство различий между тяжелыми цепями, относящимися к одной группе, сосредоточено в участках, определяющих комплементарность - CDR-1 и CDR-2. Участок CDR-3 на рисунке не показан.

средственной близости. Однако даже в полностью дифференцированной В-клетке два этих сегмента непосредственно не соединяются — они разделены участком длиной примерно 1500 п.н. Между сегментами V и С в неперестроенной хромосоме, а также вплотную к сегменту V после внутрихромосомной рекомбинации располагается короткий участок ДНК, известный как соединительный сегмент] (отангл.joining). (J-сегмент не следует путать с J-цепью в молекулах IgM и димерного IgA.)

Система генов, кодирующих легкие цепи Генный Ук-сегмент кодирует V-область легких цепей с I по 95 позицию, а Зк-сегмент — остальную часть V-области (рис. 8.8). В геноме человека обнаружен лишь один ген константной области легких цепей к-типа и 76 Ук-сегментов, из которых только 35 потенциально способны функционировать, 16 имеют минорные дефекты, а 25 представляют собой псевдогены. В результате рекомбинации ДНК в процессе дифференцировки лимфоидных клеток один из V-сегментов соединяется с одним из пяти 3-сегментов. Впоследствии это может дать не менее 150 (т. е. 30 х 5) разных вариабельных областей к-цепей. Каждому У- сегменту предшествует участок ДНК, кодирующий короткий сигнальный (лидерный) пептид, который состоит из гидрофобных аминокислотных остатков и служит «опознавательным знаком» синтезируемой цепи для направления ее в эндоплазматический ретикулум, где лидерный

пептид отщепляется. Далее начинается внутриклеточный процессинг молекулы иммуноглобулина с образованием его секретируемой формы и ее движение по пути выделения из клетки.

Локус генов легких Х-цепей у человека содержит набор V-генов и семь С-генов, причем каждый С-ген сопровождается расположенным рядом с ним 3-геном. Несмотря на это отличие от локуса к-цепей, процесс рекомбинации V—J в локусе Х-цепей в общем весьма сходен с аналогичным процессом в локусе к-цепей (рис. 8.9).

После рекомбинации сегментов V и J между перестроенными УЗ-генами и С-геном еще сохраняется интрон (некодируюшая промежуточная последовательность). Весь этот отрезок ДНК (от лидерной последовательности до З'-конца С-гена, включая интроны) полностью транскрибируется в гетерогенную ядерную РНК (гяРНК) — предшественник мРНК, из которого после удаления интронов и соединения экзонов образуется молекула мРНК, способная транслироваться в белок.

Ген, кодирующий V-домен тяжелой цепи, образуется в результате рекомбинации V-, D- и J-сегментов

Вариабельные области тяжелых цепей, как и легких, кодируются генными сегментами V и J. Дополнительный вклад в разнообразие антител вносит третий генный сегмент, D (от англ, diversity — разнообразие) (рис. 8.10). Он высоко-

Рис. 8.8

В процессе созревания пре-В- клетки один сегмент из группы VK-сегментов (Х/1-Х/п) гаметной ДНК в результате рекомбинаций сближается с Одним из пяти Jk- сегментов (JK1-JK5). В зрелой В-клетке перестроенный сегмент ДНК транскрибируется в первичный РНК-транскрипт, который содержит длинную промежуточную последовательность добавочных J-сегментов и интроны. Путем сплайсинга (объединения) экзонов первичный РНК-транскрипт превращается в зрелую мРНК, которая транслируется в рибосомах в каппа (к)- цепи. Перестройка генов представлена здесь лишь одним из многих возможных типов рекомбинаций.

Рис. 8.9

В ходе дифференцировки В- клетки один из гаметных VX-cer- ментов соединяется с одним из J-сегментов, образуя ген V-J Перестроенный таким образом ген транскрибируется в первичный РНК-транскрипт, содержащий интроны (некодирующие сегменты), экзоны (кодирующие белок) и полиаденилатный «хвост» (поли-А). В результате сплайсинга из первичного РНК- транскрипта вырезаются интроны, а экзоны образуют молекулу мРНК, с которой затем транслируется белок.

вариабелен по нуклеотидной последовательности и по числу кодонов. В молекулах антител к декстрану он определяет два аминокислотных остатка; в антителах к фосфорилхолину — вставку до восьми дополнительных аминокислотных остатков, в антителах к левану этот участок аминокислотной последовательности полностью отсутствует. Несколько соединенных последовательно D-сегментов могут образовать увеличенную D- область с тремя потенциальными рамками считывания без стоп-кодонов, что дополнительно увеличивает разнообразие тяжелых цепей. В гаметных генах к настоящему времени идентифицировано всего 30 D-сегментов. Как установлено, 14-я хромосома содержит 87 VH-сегментов, из которых не менее 32 — псевдогены. Примечательно, что дополнительные, «безродные» Ун- и D-сегменты были найдены в 15 и 16 хромосомах; некоторые из них, возможно, функциональны,

но пока еще нет доказательств их вклада в разнообразие тяжелых цепей. Рекомбинационное соединение сегментов V, D и J — это основной источник гипервариабельности тяжелых цепей в третьем участке, определяющем комплементар- ность, — CDR-3, который представляет собой существенную часть антигенсвязываюшего центра. При иммунном ответе на некоторые антигены, например декстраны, почти все различия между молекулами антител разной специфичности касаются именно CDR-3.

Перестройка и экспрессия генов V-областей происходит по особой программе в раннем периоде внутриутробного развития

При иммунизации животных внутриутробно или сразу после рождения способность к ответу на

V-D-J-рекомбинация у человека

Рис. 8.10В локусе генов тяжелых цепей путем соединения трех сегментов ДНК образуется экзон V-D-J, кодирующий Х/н-домен. Из 80 Х/н- генов около 50 функциональны, а остальные - псевдогены. При рекомбинации V-гена с одним из 30 D-сегментов и с одним из шести J-сегментов в В-клетке образуется функциональный ген V-D-J.Рис. 8.10В локусе генов тяжелых цепей путем соединения трех сегментов ДНК образуется экзон V-D-J, кодирующий Х/н-домен. Из 80 Х/н- генов около 50 функциональны, а остальные - псевдогены. При рекомбинации V-гена с одним из 30 D-сегментов и с одним из шести J-сегментов в В-клетке образуется функциональный ген V-D-J.D1-D30 JH1-JH6D1-D30 JH1-JH6Функциональный ген V-D-JФункциональный ген V-D-JВ-клеточная (перестроенная) ДНКВ-клеточная (перестроенная) ДНКПоследовательность >гаметной ДНК в направлении к Сн-генамПоследовательность >гаметной ДНК в направлении к Сн-генам

Рис. 8.10

В локусе генов тяжелых цепей путем соединения трех сегментов ДНК образуется экзон V-D-J, кодирующий Х/н-домен. Из 80 Х/н- генов около 50 функциональны, а остальные - псевдогены. При рекомбинации V-гена с одним из 30 D-сегментов и с одним из шести J-сегментов в В-клетке образуется функциональный ген V-D-J.

Рис. 8.10

В локусе генов тяжелых цепей путем соединения трех сегментов ДНК образуется экзон V-D-J, кодирующий Х/н-домен. Из 80 Х/н- генов около 50 функциональны, а остальные - псевдогены. При рекомбинации V-гена с одним из 30 D-сегментов и с одним из шести J-сегментов в В-клетке образуется функциональный ген V-D-J.

D1-D30 JH1-JH6

D1-D30 JH1-JH6

Функциональный ген V-D-J

Функциональный ген V-D-J

В-клеточная (перестроенная) ДНК

В-клеточная (перестроенная) ДНК

Последовательность >гаметной ДНК в направлении к Сн-генам

Последовательность >гаметной ДНК в направлении к Сн-генам

10-877

каждый антиген развивается четко определенным, вероятно запрограммированным, образом. Согласно этой программе, у человека первыми используются V-сегменты, ближайшие к J-cer- ментам, причем интересно, что среди таких сегментов V61 представляет собой единственный участок консервативной последовательности. У всех приматов, чьи Ун-гены удалось изучить, этот генный сегмент представлен единственной копией без внутривидовых вариантов, а различия между человеком и другими приматами касаются только 2 % нуклеотидов.

Фетальный репертуар специфичностей сверхшироко представлен в аутоантителах как свидетельство того, что аутоиммунопатология отчасти может быть следствием задержанной перестройки гаметных V-генов. Подобным образом неперестроенные V-сегменты обильно представлены в незрелых В-клетках лимфом; 20 таких V-cer- ментов выявлены в 85 % случаев хронического лимфолейкоза.

Нуклеотидные последовательности, примыкающие к неперестроенным V-, D- и J-генам, управляют их рекомбинацией

Рекомбинация генных сегментов — это ключевой момент формирования функциональных генов вариабельных областей легких и тяжелых цепей. В настоящее время уже известен тонкий механизм этих генных перестроек и идентифицированы специфические нуклеотидные последовательности, действующие в этом процессе в качестве сигнальных (RSS, от англ, recombination signal sequences) (рис. 8.11).

Сигнальная последовательность, расположенная ниже (с З'-стороны) V- и D-сегментов, состоит из гептамера CACAGTG (или его аналога), следующего за ним спейсера неконсервативной структуры из 12 нуклеотидов и соседнего со спейсером наномера АСАААААСС или его аналога. Сигнальная последовательность, примыкающая непосредственно (с 5'-стороны) ко всем гаметным D- и J-сегментам, состоит из наномера, расположенного выше него неконсервативного спейсера из 23 нуклеотидов и — еше выше — гептамера. Следующие за Vl-, Ун- и D-cer- ментами гептамеры и наномеры комплементарны аналогичным последовательностям, предшествующим Jl-, D- и JH-сегментам, и вступают с ними в рекомбинацию. Спейсер из 12 нуклеотидов соответствует приблизительно одному, а из

Рекомбинация генных сегментов

1 Каппа-цепь1 Каппа-цепьТяжелая цепьТяжелая цепь

1 Каппа-цепь

1 Каппа-цепь

Тяжелая цепь

Тяжелая цепь

■ Зкзоны□Аденин

□ Интроны: негомологичныеоГуанин

последовательности

■ ЦитозиноТимин

Рис. 8.11

Рекомбинация заключается в сплайсинге (соединении) сегментов V и J (например, в случае легких к-це- пей) (1) или в сплайсинге V, D и J (в случае тяжелых цепей) (2). Ей способствует узнавание белками RAG-1 и RAG-2 нуклеотидной последовательности интронов на З'-конце V- и D-сегментов и на 5'-конце J- и D-сегментов. Спейсеры из 12 и 23 нуклетидов имеют неконсервативную последовательность, но фиксированную длину, соответствующую примерно одному и двум виткам двойной спирали ДНК соответственно. Благодаря этому гептамеры и наномеры обеих спиралей идут рядом, что позволяет им одновременно взаимодействовать с белками RAG.

23 — двум виткам спирали ДНК.

Рекомбинационный процесс регулируют (по крайней мере отчасти) два гена, активирующих рекомбинацию (RAG-1 и RAG-2, от англ, recombination-activating genes). У мышей, лишенных этих генов, не образуются Т-клеточные рецепторы и иммуноглобулины и поэтому отсутствуют зрелые Т- и В-клетки. На уровень экспрессии генов RAG-1 и RAG-2 влияет интерлейкин- 7 (ИЛ-7) — цитокин, выделяемый стромальны-

ми клетками костного мозга. Очищенные белки RAG-1 и RAG-2, воздействуя на синтетические фрагменты ДНК, содержащие гептамеры и наномеры вместе со спейсерами из 12 и 23 нуклеотидов, как на субстрат, способны вызывать образование синаптического комплекса из двух RSS. Сначала белок RAG-1 связывается с наномером, а неспособный прямо связаться с ДНК белок RAG-2 присоединяется к комплексу RAG- 1/ДНК непосредственно рядом со спейсером из 12 нуклеотидов. После этого между спейсерами из 12 и 23 нуклеотидов возникает синапс (связывание), по-видимому, как результат взаимодействия между комплексами RAG-1—наномер—спейсер (23 н.) и RAG-2—RAG-1—наномер—спейсер (12 н.). После связывания происходит направляемое гептамерами расщепление ДНК на границах между ними и соединяющимися генными сегментами V—(D)—J.

Расщепление ДНК начинается с надреза цепи на границе между 5'-концом сигнального гептамера и функциональным геном. Затем белки RAG углубляют первоначальный надрез до полного разрыва обеих цепей с образованием «шпильки» на конце функционального гена, что in vitro вполне доступно для наблюдения. Проследить этот процесс in vivo труднее, поскольку шпильки еще до соединения генных сегментов часто подвергаются дальнейшим изменениям

Рис. 8.12

а. После образования синаптического комплекса сигнальные последовательности рекомбинации (RSS) соединяющихся генных сегментов вырезаются вместе с промежуточным участком ДНК и затем (6), соединяясь противоположными концами, замыкаются в кольцо. в. Концы двух цепей двойной спирали каждого функционального гена соединяются ковалентно, принимая форму, напоминающую шпильку для волос. Для удаления «шпилек» эндонуклеаза надрезает одну из цепей ДНК в любой точке (г). Разрывы в нуклеотидной последовательности восполняются путем синтеза ДНК, и два конца «сшиваются» таким образом вместе (д). Расщепление одной из цепей ДНК вызывает образование палиндромных последовательностей (П), увеличивающих длину области соединения (голубой квадрат). Дополнительное разнообразие создается путем добавления нуклеотидов (N-региональная вариабельность) с помощью концевой дезоксинуклеоти- дил-трансферазы; в частности, это обнаружено при перестройке генов тяжелых цепей, но может происходить также при синтезе одной из подгрупп легких цепей (е).

(рис. 8.12).

ююНебольшие отклонения в позициях соединения генных сегментов при рекомбинации служат еше одним источником разнообразия антител. На-Небольшие отклонения в позициях соединения генных сегментов при рекомбинации служат еше одним источником разнообразия антител. На-Механизм V-D-рекомбинацииМеханизм V-D-рекомбинацииМесто сшивки генных V- и J-сегментов может незначительно варьировать

ю

ю

Небольшие отклонения в позициях соединения генных сегментов при рекомбинации служат еше одним источником разнообразия антител. На-

Небольшие отклонения в позициях соединения генных сегментов при рекомбинации служат еше одним источником разнообразия антител. На-

Механизм V-D-рекомбинации

Механизм V-D-рекомбинации

Разнообразие легких цепей за счет вариабельности рекомбинации

Рис. 8.13

В результате рекомбинационной вариабельности одни и те же гаметные Vk21- и Л-сегменты кодируют три разных белка - РС2880, РС6684 и РС7940. Благодаря рекомбинации, затронувшей конец кодона ССС, 95 и 96 позиции в белке PC 2880 занимают остатки пролина и триптофана соответственно. Рекомбинация одного нуклеотида, расположенного ниже кодона ССС, вызывает появление в указанных позициях белка РС6684 остатков пролина и аргинина. После рекомбинации двух нуклеотидов, расположенных ниже конца \/к21 -сегмента, в этих позициях белка PC 7940 находятся 2 остатка пролина.

пример, последний кодон Ук-сегмента обычно кодирует 95-й, а первый Зк-триплет — 96-й аминокислотный остаток легкой к-цепи, но иногда 96-й остаток кодируется составным триплетом, у которого второй и третий нуклеотиды (или только третий) принадлежат первому Зк-триплету. а первый (либо первый и второй) — относится к интрону на З'-конце Ук-сегмента (рис. 8.13). что вы

зывает вариации аминокислотной последовательности. Разумеется, для синтеза функционально полноценной легкой цепи необходима правильная рамка считывания; если при рекомбинации генных сегментов произойдет ее сдвиг, синтезируемые антитела могут быть неактивными.

Подобная погрешность соединения наблюдается и при рекомбинации генных сегментов D и J тяжелой цепи; отклонения могут достигать 10 нуклеотидов (рис. 8.14). Кроме того, возможна вставка еще нескольких нуклеотидов между сегментами D и Jh, а также между сегментами Ун и D, при участии концевой дезоксинуклеотидил- трансферазы без какой-либо матрицы (рис. 8.12). Добавлением таких «N-нуклеотидов» создается дополнительное аминоконцевое разнообразие антител. У мышей активность концевой дезокси- нуклеотидил-трансферазы с возрастом повышается, приводя к накоплению длинных N-сегментов у взрослых животных. В результате рекомбинационная вариабельность D-участка может быть настолько высокой, что изменяются все до одного генные D-сегменты.

При тяжелом комбинированном иммунодефиците (SC1D, от англ, severe combined immune deficiency) из-за дефекта рекомбинаций V-(D)-J не образуются функциональные Т- или В-клетки.

СОМАТИЧЕСКИЙ МУТАГЕНЕЗ

Мутации генов тяжелых и легких цепей происходят после антигенной стимуляции

Разнообразие тяжелых цепей вследствие вариабельной рекомбинацииРазнообразие тяжелых цепей вследствие вариабельной рекомбинацииVHDJHVHDJHРис. 8.14Нуклеотидная последовательность (1) кодирующих генов сопоставлена с аминокислотной последовательностью (2) тяжелых цепей трех образцов антител к фосфорилхолину. Вариабельные рекомбинации между гамет- ными Vh-, D- и Jh-сегментами вызывают вариации аминокислотных последовательностей (показано коричневым цветом). В некоторых случаях (пример - белок М167), по-видимому, происходит вставка добавочных кодонов. При этом, однако, общая рамка считывания не сдвигается, так как число вставленных нуклеотидов кратно трем.Рис. 8.14Нуклеотидная последовательность (1) кодирующих генов сопоставлена с аминокислотной последовательностью (2) тяжелых цепей трех образцов антител к фосфорилхолину. Вариабельные рекомбинации между гамет- ными Vh-, D- и Jh-сегментами вызывают вариации аминокислотных последовательностей (показано коричневым цветом). В некоторых случаях (пример - белок М167), по-видимому, происходит вставка добавочных кодонов. При этом, однако, общая рамка считывания не сдвигается, так как число вставленных нуклеотидов кратно трем.Соматические мутации, которые могут происхо-

Разнообразие тяжелых цепей вследствие вариабельной рекомбинации

Разнообразие тяжелых цепей вследствие вариабельной рекомбинации

VHDJH

VHDJH

Рис. 8.14

Нуклеотидная последовательность (1) кодирующих генов сопоставлена с аминокислотной последовательностью (2) тяжелых цепей трех образцов антител к фосфорилхолину. Вариабельные рекомбинации между гамет- ными Vh-, D- и Jh-сегментами вызывают вариации аминокислотных последовательностей (показано коричневым цветом). В некоторых случаях (пример - белок М167), по-видимому, происходит вставка добавочных кодонов. При этом, однако, общая рамка считывания не сдвигается, так как число вставленных нуклеотидов кратно трем.

Рис. 8.14

Нуклеотидная последовательность (1) кодирующих генов сопоставлена с аминокислотной последовательностью (2) тяжелых цепей трех образцов антител к фосфорилхолину. Вариабельные рекомбинации между гамет- ными Vh-, D- и Jh-сегментами вызывают вариации аминокислотных последовательностей (показано коричневым цветом). В некоторых случаях (пример - белок М167), по-видимому, происходит вставка добавочных кодонов. При этом, однако, общая рамка считывания не сдвигается, так как число вставленных нуклеотидов кратно трем.

дить в течение всей жизни индивида, служат дополнительным источником разнообразия антител. Эта идея была убедительно аргументирована еше много лет назад. Как отмечено выше (рис. 8.5), большинство легких Х1-цепей мыши имеет почти идентичную последовательность с несколькими заменами в CDR, дающими в обшей сложности восемь вариантов последовательности. Однако в гаметном геноме мыши был найден лишь один-единственный УХ I-сегмент, кодирующий основную аминокислотную последовательность, принятую за прототип. Следовательно, все варианты легких XI-цепей должны появляться не иначе, как в результате соматических мутации в виде замен отдельных нуклеотидов. Продукты соматических мутаций были выявлены также среди легких цепей к-типа и тяжелых цепей определенных изотипов.

Дополнительным аргументом в пользу идеи соматического мутагенеза как источника разнообразия антител стали результаты изучения семейства генов, кодирующих антитела к фосфорилхолину. Из 19 полностью секвенированных Ун-сегментов 10 имели идентичную, принятую за «прототип», нуклеотидную последовательность, а у остальных девяти обнаружилось от 1 до

8 замен. В гаметном геноме была найдена лишь одна последовательность, принятая за прототип, что однозначно указывает на соматические мутации как на причину появления других ее вариантов (рис. 8.15). Примечательно, что все возникшие в результате соматических мутаций варианты V-областей были обнаружены только в составе молекул IgA и IgG, поэтому можно предполагать, что они каким-то образом связаны с пере ключением изотипа иммуноглобулинов. Вероятно, благодаря лучшей комплементарности в отношении антигена мутантные последовательности имеют селективные преимущества. При оценке связывания с фосфорилхолином варианты, появившиеся в результате соматических мутаций, проявляют более высокую аффинность, чем антитела, кодируемые гаметным Ун-сегмен- том.

Известно, что участок ДНК, кодирующий вариабельные области молекул иммуноглобулинов, может проявлять повышенную подверженность мутациям. Например, Ун-гены двух разных образцов антител к фосфорилхолину идиотипа Т15 имеют по сравнению с гаметной последовательностью многочисленные нуклеотидные замены (3,8 % мутировавших нуклетидов в Ун-гене белка

Соматический мутагенез

■ Каркасный Каркасный участокHV1 участокHV2Каркасный участок

Позиция J 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

^ьпГ" ЕЩ16ЩЩ^№®1@^ЯХ01№ВВ!ИВ1№ИЕ^^

IGM

НРСМ11

НРСМ2|"

нрсмз!"

HPCM4I--—-

HPCM5I

IgG

HPCGB^~ fl

hpcgi11ИВ

HPCG121$

hpcgi з г :.~ т ।."

HPCG1418Z1

1—

Рис. 8.15

Аминокислотная последовательность Ун-областей моноклональных антител к фосфорилхолину (по пять образцов IgM и IgG) сопоставлена с первичной структурой продукта гаметного УнТ 15-гена. Позиции, в которых остатки в той и другой последовательности одинаковы, окрашены желтым и темно-желтым цветом;

аминокислотные замены окрашены розовым; указаны также гипервариабельные участки (HV1, HV2). Как можно заметить, мутационные замены аминокислотных остатков произошли только в молекулах IgG, как в гипервариабельных, так и в «каркасных» участках Ун- областей.

Рис. 8.16Гены, кодирующие синтез двух образцов моноклональных антител идиотипа Т15 к фосфорилхолину. Черными вертикальными линиями указаны позиции, в которых обнаружены замены нуклеотидов (мутации) по сравнению с гаметной последовательностью. Значительное число мутаций имеется в интронах и экзонах обоих генов, но особенно их много во втором гипервариабельном участке - HV2. В отличие от этого в генах константных областей мутаций не обнаружено.Рис. 8.16Гены, кодирующие синтез двух образцов моноклональных антител идиотипа Т15 к фосфорилхолину. Черными вертикальными линиями указаны позиции, в которых обнаружены замены нуклеотидов (мутации) по сравнению с гаметной последовательностью. Значительное число мутаций имеется в интронах и экзонах обоих генов, но особенно их много во втором гипервариабельном участке - HV2. В отличие от этого в генах константных областей мутаций не обнаружено.

Рис. 8.16

Гены, кодирующие синтез двух образцов моноклональных антител идиотипа Т15 к фосфорилхолину. Черными вертикальными линиями указаны позиции, в которых обнаружены замены нуклеотидов (мутации) по сравнению с гаметной последовательностью. Значительное число мутаций имеется в интронах и экзонах обоих генов, но особенно их много во втором гипервариабельном участке - HV2. В отличие от этого в генах константных областей мутаций не обнаружено.

Рис. 8.16

Гены, кодирующие синтез двух образцов моноклональных антител идиотипа Т15 к фосфорилхолину. Черными вертикальными линиями указаны позиции, в которых обнаружены замены нуклеотидов (мутации) по сравнению с гаметной последовательностью. Значительное число мутаций имеется в интронах и экзонах обоих генов, но особенно их много во втором гипервариабельном участке - HV2. В отличие от этого в генах константных областей мутаций не обнаружено.

Множественность гаметных У-генов

V-J- и V-D-J-рекомбинации

Добавочные М-нуклеотиды

Генная конверсия

б.Ошибка рекомбинационных соединений

Соматические точечные мутации

Свободное сочетание легких и тяжелых цепей

Рис. 8.17

Каждый из источников разнообразия антител может функционировать совместно с любым другим, поэтому возможности увеличения вариантов специфичности возрастают на каждом следующем этапе продукции иммуноглобулинов.

М167). Мутации были найдены как в интронах, так и в экзонах Ун-гена. но не в соседних участках ДНК, что указывает на особую мутабиль- ность всей области V-генов (pwc, 8.16). Их соматические мутации происходят в центрах размножения В-клеток в лимфоидной ткани, и там же антиген определяет селекцию (выживание и размножение) клеток, образующих высокоаффинные антитела. Полнее этот процесс изложен в гл. 11. Он зависит как от Т-клеток, так и от клеточных элементов самих центров размножения. У бестимусных мышей отсутствуют Т-клетки и центры размножения и в связи с этим нет увеличения (созревания) аффинности антител к антигену. У лягушек имеются Т-клетки, но не образуются центры размножения, и (как у бестимусных мышей) отсутствует созревание аффинности антител.

Итак, разнообразие антител возникает в результате действия нескольких механизмов. Первый — это появление многочисленных У-генов при рекомбинации V-, J- и D-сегментов. Дополнительное разнообразие возникает вследствие неточности соединения генных сегментов. Заслуживает внимания тот факт, что первый и второй гипервариабельные участки У-областей полностью кодируются гаметными последовательностями нуклеотидов. Широкое разнообразие CDR-2 исходно закодировано в геноме, вариабельность CDR-1 создается соматическим мута

генезом, a CDR-3 — в основном рекомбинациями. Поскольку теоретически любая легкая цепь может образовать пару с любой тяжелой, их комбинирование почти беспредельно увеличивает разнообразие антител (рис. 8.17). Вероятно, лишь менее 5 % совокупной вариабельности нуклеотидных последовательностей обусловлено соматическим гипермутированием. Однако до 90 % В- клеток экспрессируют Ун-гены, претерпевшие соматические мутации.

РАЗНООБРАЗИЕ ИММУНОГЛОБУЛИНОВ У ДРУГИХ ПОЗВОНОЧНЫХ

Иммуноглобулины акул имеют ограниченный репертуар специфичности

Расширение репертуара специфичности антител имело решающее значение в эволюции позвоночных, причем у разных групп животных оно было достигнуто различными путями. Так например, у пластиножаберных рыб, к которым относятся акулы и скаты, разнообразие генов тяжелых цепей создается примерно так же, как и разнообразие легких цепей Х-типа у мыши. Основная единица Ун—DhI—Dh2—Jh—Сн в геноме этих рыб повторена многократно, но, за исключением перестроек внутри каждой такой единицы, все формы свободной рекомбинации между различными генными сегментами отсутствуют.

Это приводит к существенному ограничению репертуара специфичности антител.

держащем до 100 Ун-псевдогенов, принимающих участие в конверсии.

У курицы крайне ограниченный репертуар генов lg расширяется за счет генной конверсии

В отличие от акул у курицы число генов, кодирующих иммуноглобулины, крайне ограниченно. Для легких цепей имеется лишь по одному V-, J- и С-сегменту и в кодировании тяжелых цепей участвуют также всего по одному V- и J-сегменту. Правда, у этого вида найдено около 16 Он-сег- ментов, но все они весьма сходны по последовательности нуклеотидов и мало увеличивают разнообразие антител. Несмотря на столь жесткие ограничения, для курицы характерна способность к иммунному ответу на весьма широкий спектр антигенов и к синтезу антител с разнообразной аминокислотной последовательностью.

Выше функционального VL-гена расположен участок ДНК, содержащий 25 нуклеотидных последовательностей, похожих на Vl, но лишенных лидерного экзона, промоторов и характерных, необходимых для V—J -рекомбинаций, последовательностей гептамер—спейсер—наномер. Эти псевдогены не остаются неиспользованными; они участвуют в генной конверсии, при которой происходит вставка фрагментов псевдогена в функциональный VL-ген. Этот процесс протекает непрерывно, как многочисленные акты конверсии, на протяжении жизни В-клетки даже после того, как она покинет фабрициеву сумку.

Аналогичный механизм расширения репертуара действует в локусе генов тяжелых цепей, со-

Генная конверсия может служить механизмом расширения репертуара специфичности антител у кролика

Кроличьи иммуноглобулины всегда представляли собой загадку, особенно в отношении механизма, регулирующего экспрессию их аллотипов. У кролика имеется довольно много Ун-генов, однако более чем в 80 % В-клеток используется лишь один Ун-ген, расположенный ближе всего к D-сегменту. Как установлено недавно, в качестве источника разнообразия на основе этого единственного гена у кролика может действовать механизм генной конверсии.

Псевдогены могут участвовать в повышении разнообразия антител у человека

Некоторые V- и J-сегменты генов lg человека также представляют собой псевдогены. Однако возможная роль генной конверсии в формировании перестроенных У-генов — это пока лишь предмет гипотез и исследований.

У овцы и коровы разнообразие антител создается соматическими мутациями

У жвачных животных в течение всей жизни происходит экспрессия единственного семейства Ун-генов, однако благодаря интенсивному со-

Рис.8.18

У мыши гены константной области расположены на 8,5 т.п.н. ниже перестроенных сегментов V-D-J. Перед каждым С-геном, за исключением С8, расположены (один или несколько) участки переключения (красные кружки), повторяющие нуклеотидную последовательность, которая предшествует 5'-концу Ср- гена. Эти участки переключения позволяют любому из С-генов рекомбинироваться с генами V-D-J. Пе

Гены константной области lg мыши

рестройки С8-генов, по-видимому, происходят с участием тех же участков переключения, что и в случае Ср-генов, но при образовании РНК для IgD транскрипт Ср-гена вырезается из первичного РНК-транскрипта. В нижнем ряду на развернутых схемах организации генов Ср и Су2а показаны интроны, расположенные

между экзонами для каждого домена (С1, С2 и т. д.). Гены Су также имеют отдельный экзон, кодирующий шарнирную область у-цепи (Н), и во всех этих генах содержится один или несколько дополнительных экзонов, необходимых для кодирования мембраносвязанной формы иммуноглобулина (М).

«Созревание» иммунного ответа и переключение изотипа

1. Первичная иммунизация вызывает образование антител преимущественно изотипа IgM; повторное введение антигена стимулирует образование антител в основном изотипа IgG. Механизм переключения изотипа схематично представлен справа. 2. При первичном ответе рекомбинированный участок V-D-J считывается вместе с Ср-геном. После удаления интронов при процессинге первичного РНК-транскрипта обра

IgM

’Созревание» Е^)

IgG

Первичный транскрипт

V-D-J

Y3

zj 6 ^Утрата генов

мРНК

зуется мРНК для секретируемой формы IgM. В процессе «созревания» иммунного ответа происходит переключающая изотип рекомбинация между участком Sp и расположенным ниже С геном (в данном случае Су 3) Разделяющий их участок ДНК образует петлю, а затем вырезается. В результате происходит утрата генов Ср и Об, а два участка переключения (Sp и Sy 3) соединяются.

матическому мутагенезу достигается их разнообразие.

ГЕНЫ КОНСТАНТНОЙ ОБЛАСТИ ТЯЖЕЛЫХ ЦЕПЕЙ

Для кодирования иммуноглобулинов всех классов используется один и тот же набор генов вариабельной области. «Переключение» изотипа в зрелой клетке, образующей антитела, заключается всего лишь в смене функционального гена константной области. Это удалось выяснить при анализе двойных миелом, в сыворотке носителей которых одновременно содержатся моноклональные антитела двух изотипов. Например, у больного множественной миеломой были обнаружены IgM и IgG с идентичными легкими цепями и Ун-областями — IgG отличались от IgM только заменой цепей р на у. Подобно этому, на поверхности одного лимфоцита часто одновременно присутствуют IgM и IgD и, несмотря на разные изотипы, эти мембраносвязанные иммуноглобулины имеют идентичные антигенсвязы- ваюшие центры

Все гены константной области расположены в хромосоме ниже J-сегментов. У мыши имеется по одному гену константной области для каждого класса иммуноглобулинов — IgM, IgE, IgD и IgA (Ср, Се, С8, и Са) — и для каждого из подклассов

IgG (Cyl, Су2а, Су2Ь и СуЗ) (рис. 8.18). За исключением С8, перед каждым С-геном расположена последовательность переключения, S (от англ, switch) (рис. 8.19).

Расположение С-генов локуса IgH человека и порядок их переключения представлены на рис. 11.23.

Переключение изотипа может происходить либо в результате рекомбинации генов, либо вследствие дифференциального сплайсинга мРНК

Переключение изотипа, весьма существенное для «созревания» иммунного ответа, могут предварять или сопровождать соматические мутации генов иммуноглобулинов. Вначале полностью транскрибируется весь отрезок ДНК, включающий рекомбинированный Ун-ген, а также Ср- и С8-гены; затем из первичного транскрипта в результате дифференциального сплайсинга могут образоваться молекулы мРНК двух разных типов — с последовательностями, комплементарными одному и тому же Ун-гену, но разным С-генам - Ср или С8. Высказано предположение, что так иногда транскрибируются и намного более длинные отрезки ДНК, после чего путем дифференциального сплайсинга формируются мРНК для других изотипов Ige одинаковыми Ун-областями (рис.

Переключение изотипапутем дифференциального сплайсинга

Рис. 8.20

Некоторые В-клетки образуют антитела нескольких изотипов, используя один длинный первичный РНК- транскрипт. Здесь представлен транскрипт, содержащий последовательности Ср и С8. От расположения полиаденилатных участков (которое может быть различным) зависит вид дифференциального сплайсинга, создающего мРНК для синтеза либо IgD (вверху), либо IgM (внизу). Дополнительные полиаденилатные участки в пределах этой же области РНК-транскрипта определяют форму, мембраносвязанную или секретируемую, в которой будет транслирован иммуноглобулин.

8.20). Подобный процесс наблюдается в клетках, одновременно синтезирующих IgM и IgE.

Наиболее часто механизмом переключения изотипа служит рекомбинация между S-участками (путем образования петли ДНК и ее последующего вырезания), в результате которой другой С-ген занимает место рядом с перестроенным геном V-D—J (рос. 8.19 и 11.23).

Образование мембраносвязанной и секретируемой форм иммуноглобулинов определяется дифференциальным сплайсингом РНК-транскриптов для тяжелых цепей

Мембраносвязанная форма иммуноглобулина (антигенраспознающий рецептор) идентична его секретируемой форме (антитело), за исключением того, что содержит добавочную С-кониевую последовательность в составе тяжелой цепи. Поэтому мембраносвязанные иммуноглобулины несколько крупнее своих растворимых аналогов. Дополнительная аминокислотная последовательность пронизывает клеточную мембрану и «заякоривает» молекулу в липидном бислое. На

пример, в случае мембраносвязанного IgM между расположенными по две стороны мембраны гидрофильными аминокислотными остатками находятся гидрофобные (липофильные) остатки (j)uc. 8.21), которые предположительно образуют внутри мембраны а-спиральный участок цепи. Мембраносвязанные иммуноглобулины существуют только в форме основной четырехцепочечной единицы; их молекулы не полимеризуются.

Синтез двух форм иммуноглобулинов возможен благодаря дифференциальной транскрип-

Секретируемые и мембраносвязанные IgM у мыши

Рис. 8.21

До 556 позиции С-концевые аминокислотные последовательности у-цепей секретируемого и мембраносвязанного IgM идентичны. После 556 остатка у-цепь секретируемого IgM насчитывает 20, а мембраносвязанного - 41 остаток. У секретируемой формы к остатку аспарагина в 563 позиции присоединена углеводная единица, а остаток цистеина в 575 позиции участвует в образовании межцепочечного дисульфидного мостика. Мембраносвязанная форма IgM содержит расположенный между заряженными (гидрофильными) остатками участок из 26 гидрофобных аминокислотных остатков (с 568 по 595), который способен двумя витками а-спирали проникать сквозь клеточную мембрану. Короткий положительно заряженный хвостовой сегмент тяжелой цепи погружен в цитоплазму.

Мембраносвязанная и секретируемая формы IgMМембраносвязанная и секретируемая формы IgMТранскрипцияТранскрипцияПроцессингПроцессингполи-Аполи-АТрансляцияТрансляцияПервичный РНК- транскриптZZZZПервичный РНК- транскриптZZZZмРНКмРНКСекретируемый IgMСекретируемый IgMПроцессПроцессБелокБелокМембраносвязанный IgMМембраносвязанный IgMполи-Аполи-АН4 М МН4 М МРис. 8.22Схематическое изображение части генных элементов, кодирующих IgM. Показаны экзоны для доменов СрЗ и Ср4 (НЗ и Н4), а также для трансмембранного и цитоплазматического сегментов (М) p-цепи мембраносвязанного IgM. На З'-конце экзона Н4 и дополнительного трансмембранного сегмента М имеется не- транслируемая последовательность (показана серым цветом). S - стоп- кодоны. Транскрипция ДНК может происходить двумя путями. Если она заканчивается на S, транскрипт с полиаден платным хвостом (поли- А) в результате процессинга превращается в мРНК секретируемой формы IgM. Если транскрипция идет дальше, включая экзоны трансмембранных сегментов, то при последующем процессинге транскрипта будут удалены кодоны С-конце- вых аминокислот и стоп-кодон Н4. В результате транслируемый белок будет иметь иную С-концевую последовательность.Рис. 8.22Схематическое изображение части генных элементов, кодирующих IgM. Показаны экзоны для доменов СрЗ и Ср4 (НЗ и Н4), а также для трансмембранного и цитоплазматического сегментов (М) p-цепи мембраносвязанного IgM. На З'-конце экзона Н4 и дополнительного трансмембранного сегмента М имеется не- транслируемая последовательность (показана серым цветом). S - стоп- кодоны. Транскрипция ДНК может происходить двумя путями. Если она заканчивается на S, транскрипт с полиаден платным хвостом (поли- А) в результате процессинга превращается в мРНК секретируемой формы IgM. Если транскрипция идет дальше, включая экзоны трансмембранных сегментов, то при последующем процессинге транскрипта будут удалены кодоны С-конце- вых аминокислот и стоп-кодон Н4. В результате транслируемый белок будет иметь иную С-концевую последовательность.ции гаметного С-гена (рис. 8.22). Считается, что тип РНК-транскрипта зависит от полиаденилат- ной (поли-А) последовательности, неточный механизм этой регуляции неизвестен.

Мембраносвязанная и секретируемая формы IgM

Мембраносвязанная и секретируемая формы IgM

Транскрипция

Транскрипция

Процессинг

Процессинг

поли-А

поли-А

Трансляция

Трансляция

Первичный РНК- транскрипт

ZZZZ

Первичный РНК- транскрипт

ZZZZ

мРНК

мРНК

Секретируемый IgM

Секретируемый IgM

Процесс

Процесс

Белок

Белок

Мембраносвязанный IgM

Мембраносвязанный IgM

поли-А

поли-А

Н4 М М

Н4 М М

Рис. 8.22

Схематическое изображение части генных элементов, кодирующих IgM. Показаны экзоны для доменов СрЗ и Ср4 (НЗ и Н4), а также для трансмембранного и цитоплазматического сегментов (М) p-цепи мембраносвязанного IgM. На З'-конце экзона Н4 и дополнительного трансмембранного сегмента М имеется не- транслируемая последовательность (показана серым цветом). S - стоп- кодоны. Транскрипция ДНК может происходить двумя путями. Если она заканчивается на S, транскрипт с полиаден платным хвостом (поли- А) в результате процессинга превращается в мРНК секретируемой формы IgM. Если транскрипция идет дальше, включая экзоны трансмембранных сегментов, то при последующем процессинге транскрипта будут удалены кодоны С-конце- вых аминокислот и стоп-кодон Н4. В результате транслируемый белок будет иметь иную С-концевую последовательность.

Рис. 8.22

Схематическое изображение части генных элементов, кодирующих IgM. Показаны экзоны для доменов СрЗ и Ср4 (НЗ и Н4), а также для трансмембранного и цитоплазматического сегментов (М) p-цепи мембраносвязанного IgM. На З'-конце экзона Н4 и дополнительного трансмембранного сегмента М имеется не- транслируемая последовательность (показана серым цветом). S - стоп- кодоны. Транскрипция ДНК может происходить двумя путями. Если она заканчивается на S, транскрипт с полиаден платным хвостом (поли- А) в результате процессинга превращается в мРНК секретируемой формы IgM. Если транскрипция идет дальше, включая экзоны трансмембранных сегментов, то при последующем процессинге транскрипта будут удалены кодоны С-конце- вых аминокислот и стоп-кодон Н4. В результате транслируемый белок будет иметь иную С-концевую последовательность.

РЕГУЛЯЦИЯ СИНТЕЗА ИММУНОГЛОБУЛИНОВ

Очевидна сложность внутриклеточной регуляции синтеза иммуноглобулинов. На первой его стадии генный сегмент D сближается с сегментом J и затем к ним присоединяется сегмент V. У пре- В-клеток полностью собранные ц-цепи обнаружены в цитоплазме. Эти вновь синтезированные тяжелые цепи сохраняют связь с белками B1P/GRP78 эндоплазматического ретикулума, пока не соединятся с легкими цепями. Пре-В- клетки не образуют легких цепей, но синтезируют небольшие количества сходных с ними псевдоцепей (Х5 и VpreB у мыши, 14,1 и VpreB у человека), которые ассоциируют с ц-цепями. В результате на клеточную поверхность транспортируется небольшое количество IgM-подобных молекул, функция которых еще неясна. Известно, однако, что у мышей, неспособных синтезировать легкие псевдоцепи, существенно снижено количество В-клеток. Присутствующие в цитоплазме пре-В-

клеток ц-цепи стимулируют рекомбинацию сегментов V—J в локусе к-цепей, а затем (если необходимо) и в локусе Х-цепей. Предполагается, что стимуляция рекомбинаций в указанных локусах то материнской, то отцовской хромосомы повторяется периодически, пока либо не появится функциональный рекомбинированный ген V-области легкой цепи, либо не истощится генетический материал, либо не будет устранена сама В- клетка. Если не учитывать возможные соматические мутации, рекомбинантные V-гены легких цепей в дальнейшем существенно не меняются. Однако В-клетке еще предстоит переключение Сн-генов для синтеза иммуноглобулинов разных изотипов и переход после активации на продукцию его секретируемой формы. Факты и гипотезы, касающиеся биосинтеза иммуноглобулинов, представлены на рис. 8.23.

Цепи иммуноглобулинов транслируются в рибосомах и переносятся через мембрану эндоплазматического ретикулума

Прежде чем начнется синтез антител, первичный транскрипт РНК должен освободиться от интронов путем сплайсинга. В начале и в конце каждо-

Сводная схема образования иммуноглобулинов

Рис. 8.23

Стадии образования иммуноглобулинов в В-клетках. В пре-В-клетках периодически инициируются попытки рекомбинации D- и J-сегментов, а затем V-сегмента для получения функционального V-D-J-гена тяжелой цепи, который транскрибируется вместе с Ср- и 08- генами и транслируется в р- и 8-цепи мембраносвязанных lg. В свою очередь p-цепи индуцируют рекомбинации в локусах легких цепей. Клетка пытается создать функциональные цепи, используя локусы то материнской, то отцовской хромосомы, пока не достигнет успеха или не кончатся неперестроенные наборы генных сегментов. Невозможность синтеза функционального иммуноглобулина приводит к устранению данного клона В-клеток. Зрелые В-клетки экспрессируют мембраносвязанные IgM и IgD. После первичной антигенной стимуляции эти клетки способны синтезировать секретируемый IgM; после иммунизации Т-за- висимым антигеном В-клетки могут с помощью Т-кле- ток переключаться на синтез IgG, IgA или IgE. На этой стадии часто возникают соматические мутации V-re- нов.

го интрона находятся особые нуклеотидные последовательности РНК. названные донорным и акцепторным контактами. Предполагается, что они взаимодействуют друг с другом и с ядерными рибонуклеопротеинами и в результате происходит вырезание интронов с последующей сшивкой разрыва для восстановления непрерывности цепи мРНК. Конечно, очень важно, чтобы этот

процесс осуществлялся точно, без сдвига рамки считывания.

Матричная (информационная) РНК иммуноглобулиновых цепей транслируется на рибосомах, и новосинтезированные полипептиды направляются в эндоплазматический ретикулум, где легкие и тяжелые цепи образуют молекулу ан- гитела (рис. 8.24}. Мембраносвязанная и секреторная формы иммуноглобулина процессируются по-разному для правильной внутриклеточной сортировки, механизм которой пока полностью не выяснен, и достижения места назначения.

ГЕНЫ АНТИГЕНРАСПОЗНАЮЩЕГО Т-КЛЕТОЧНОГО РЕЦЕПТОРА

Структуры ТкР, связывающие антиген и молекулы МНС, кодируются четырьмя различными группами генов. Гены а- и 0-цепей экспрессируются большинством периферических Т-клеток, тогда как гены у- и 8-цепей — одной из субпопуляций тимоцитов и одной минорной популяцией периферических Т-клеток. Две пары цепей (ос/Р или у/8) в ассоциации с цепями у, 8, е, и £ поли- пептидного комплекса CD3 образуют полный ТкР (см. гл. 7).

Общий порядок расположения генов ТкР в хромосоме удивительно напоминает расположение генов тяжелых цепей иммуноглобулинов. Интересно, что 8-гены ТкР со всеми своими наборами D-, J- и С-сегментов располагаются среди a-генов (рис. 8.25}.

Разнообразие генов ТкР создается рекомбинациями V-D-J с небольшими различиями для каждого локуса

Генные сегменты, кодирующие ос-цепи, расположены на первый взгляд просто. Сложность состоит только в том, что между V- и J-локусами а-не- пей находятся V-, D- nJ-локусы 8-цепей. Подобно V-областям к-цепей иммуноглобулинов, V- области a-цепей ТкР кодируются геном, возникающим в результате рекомбинаций Vet- и Ja- сегментов. Степень вариабельности ос-цепей существенно увеличена за счет необычайно большого числа Jot-сегментов.

Локус 0 включает два комплекта D-, J- и С- сегментов. Большинство Vp-сегментов сгруппировано вместе, но один (Vpi4) удален на З'-конец локуса. Тандемные дупликации генных Dp-, jp- и CP-сегментов, по-видимому, возникли в до-

вольно ранний период эволюции млекопитающих, так как они имеются как у мыши, так и у человека. Широкое разнообразие P-цепей возникает в процессе рекомбинаций, поскольку к всевозможным перестройкам V—D—J добавляются варианты сочетаний V—J и V—D—D—J. Использование всех трех рамок считывания D-сегментов дополнительно увеличивает разнообразие.

Порядок расположения генных сегментов в локусе у-цепей у мыши и человека весьма различен. Мышиный локус удивительно напоминает локус легких цепей иммуноглобулинов — он содержит четыре Су-гена (включая один псевдоген), каждый из которых может сочетаться с одним J-сегментом и присоединять от одного до четырех Vy-сегментов. В локусе у-цепей нет ни одного D-сегмента. У человека имеется восемь Vy- сегментов, за которыми по направлению вверх (5') следуют три Jy-сегмента, Cyl-ген, два добавочных Jy-сегмента и Су2-ген. Существенный вклад в разнообразие у-цепей вносят погрешности соединений V- и J-сегментов между собой и

Синтез секретируемого иммуноглобулина

вставки добавочных нуклеотидов в местах такого соединения.

Локус 8-цепей (он был открыт при изучении а-локуса) организован довольно просто и содержит только пять V8-, два D8- и шесть JS-сегментов, однако расчетное число вариантов 8-цепей, которые могут появляться в результате неточности соединения, вставок добавочных нуклеотидов и использования всех трех рамок считывания D-сегментов, достигает 1014.

Гены ТкР имеют, по-видимому, одинаковый с В-клеточными lg-генами механизм рекомбинаций, поскольку фланкирующие сигнальные последовательности рекомбинации (гептамер — 12- или 23-нуклеотидный спейсер — наномер) тех и других сходны. И в В-, и в Т-клетках действуют подобные или идентичные ферменты рекомбинации; генные Dp- и jp-сегменты ТкР, экспериментально трансфицированные в В-клетки, могут и в них рекомбинировать адекватным образом. Существенный вклад в разнообразие ТкР вносит заметно развитая «N-региональная» вариабельность.

Такой важный источник разнообразия иммуноглобулинов, как соматический мутагенез, не оставляет последствий в генах ТкР. Вероятно, это обусловлено тем, что Т-клетки должны распознавать продукты МНС и поддерживать толерантность к собственным антигенам организма.

Рис. 8.24

Матричная РНК для тяжелой цепи секретируемой формы 1д покидает ядро и поступает в цитоплазму, где связывается с рибосомой (1). Транслированная на рибосоме лидерная (сигнальная) последовательность (L) синтезируемого полипептида связывается с частицей, узнающей сигнал (SRP, от англ, signal recognition particle), которая блокирует дальнейшую трансляцию (2). Комплекс SRP-рибосома мигрирует к эндоплазматическому ретикулуму (ЭР), на мембране которого SRP взаимодействует с присоединяющим белком (3). Трансляция при этом может продолжаться, и синтезируемая цепь проникает сквозь мембрану внутрь ЭР (4). Лидерная последовательность в просвете ЭР отщепляется, и готовая цепь объединяется с другими Н- и L-цепями в субъединицу молекулы иммуноглобулина (5). Группа ферментов (Е^ присоединяет к иммуноглобулину углеводы (показаны синим) и одновременно от ЭР отделяется транспортный пузырек (6). В комплексе Гольджи другая группа ферментов (Е2) модифицирует углеводные единицы иммуноглобулина, и затем полностью готовая молекула секретируется из клетки путем обратного пиноцитоза (7).

Гены Т-клеточного рецептора

Vp(~20)DpiJp1(7)Dp2

i11r11

Gn W VP2 | VpnJ (d| J J J _ J J J СМ У

Jp2(7)

«ч?епеи^ ~ ** У J>i - C,1 ~<A м-р H jtf :-' / A- Qg ^ - v^ / h IM - л - СИ "

T LAwl ICrl g|■

Рис. 8.25

По механизму рекомбинаций гены ТкР сходны с генами тяжелых цепей иммуноглобулинов. На рисунке представлено расположение генов в локусах а-, 8-, ри у-цепей Т-клеточного рецептора мыши. Гены 8-це

пей размещаются среди генов a-цепей. В локусе р- цепей имеются два кластера тандемных дупликаций J-сегментов. Последние сегменты каждого jp-кластера и \/уЗ-сегмент - это псевдогены.

МАСШТАБЫ РАЗНООБРАЗИЯ

Репертуар специфичности ТкР создается благодаря простым комбинациям V-, D- и J-сегментов, вставкам добавочных нуклеотидов («М-реги- ональная вариабельность»), варьированию позиций при стыковке генных сегментов и рамок считывания D-сегментов. В частности непостоянно число нуклеотидов, разделяющих после рекомбинации гаметные V- и J-сегменты; оно соответствует примерно 6—15 аминокислотным остаткам V-области p-цепей и 3—7 остаткам V-области а- цепей. Ханкапиллер и Худ рассчитали, что за счет этого может возникать до 4,4 • 1013 различных

форм Vp- и 8,5 • 1012 Va-генов. Если лишь 1 % из них кодирует жизнеспособные белки, то, согласно тем же расчетам, возможно появление 2,9 • 1022 рецепторов разной специфичности. Предположим, что 99% из них должно быть устранено из- за комплементарности к аутоантигенам или иных дефектов. Но все же число потенциальных ТкР у мыши остается равным примерно 2,9 • 1020. Поскольку за время жизни особи тимус покидает не более 109 Т-клеток, возникает вопрос: насколько случайна специфичность их рецепторов? В этом же смысле загадочен репертуар специфичности иммуноглобулинов, так как его расчетное разнообразие на много порядков превышает общее число образующихся В-клеток.

Вопросы для размышления

Каким образом ограниченное число генов может кодировать антитела и рецепторы для почти бесконечного числа антигенов?

Что такое соматические мутации и как они могут способствовать или препятствовать иммунному ответу?

Сравните индивидуальный и популяционный полиморфизм антител и продуктов МНС.

Как микробы могли влиять на эволюцию иммунной системы?

Если животное лишено активирующих рекомбинацию генов (RAG-1 и RAG-2), как это отражается на иммунной системе в целом и на формировании разнообразия антител?

Какие изменения, ведущие к повышению (созреванию) аффинности антител, происходят в генах lg после антигенной стимуляции? Каков механизм селекции генов с полезными мутациями? Что происходит с клонами клеток, гены которых несут бесполезные мутации?

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Appasamy Р.М., Kenniston T.W. Jr., Weng Y. et al. 1993. Interleukin 7-induced expression of specific T cell receptor gamma variable regions in murine fetal liver culture. J. Exp. Med. 178: 2201-2206.

Austen B.M., Westwood O.M.R. Protein Targeting & Secretion. Oxford: IRL Press, 1991.

Berens S.J., Wylie D.E., Lopez O.J. 1997. Use of a single Vh family and long CDR3s in the variable region of cattle Ig heavy chains. Internat. Imunnol. 9: 189-199.

Blackwell T.K., Alt F.W. 1989. Mechanism and developmental program of immunoglobilin gene rearrangement in mammals. Annu. Rev. Genet. 23: 605-636.

Brack C., Hirama M., Lenhard-Schuller R. etal. 1978. A complete immunoglobulin gene is created by somatic recombination. Cell 15: 1-14.

Chang В , Gasali P. 1994. The CDR-1 sequences of major proportion of human germline Ig Vh genes are inherently susceptible to amino acid replacement. Immunol. Today 15: 367-373.

Davis M.M., Bjorkman P.J. 1988. T-cell antigen receptor genes and T-cell recognition. Nature 334: 395-402.

Difilppantonio M.J., McMahan C.J., Estman Q.M. et al. 1996. Schatz D.G, RAG-1 mediates signal sequence recognition and recruitment of RAG-2 in V(D)J recombination. Cell 87 ; 253-262.

Haas W., Pereira P., Tonegawa S. 1993. Gamma/Delta cells. Annu. Rev. Immunol. 11: 637-685.

Harriman W., Volk H., Defanoux N. et al. 1993. Immunoglobulin class switch recombinations. Annu.

Rev. Immunol. 11: 361-384.

Hiom K., Gellert M. 1997. A stable RAG1-RAG2-DNA complex that is active in V(D)J cleavage. Cell 88: 65-72.

Honjo T., Alt F.W. Immunoglobilin Genes. London: Academic Press, 1995.

Hunkapiller T., Hood L. 1990. Diversity of the immunoglobulin gene superfamily. Adv. Immunol. 44: 1-63.

Leiden J.M. 1993. Transcriptional regulation of N cell receptor genes. Annu. Rev. Immunol. 11: 539-570.

Lewis S.M. 1994. The mechanism of V(D)J joining: lessons from molecular, immunological and comparative analyses. Adv. Immunol. 56: 27-150.

Owen M.J., Lamb J.R. Immune Recognition. Oxford: IRL Press, 1988.

Pascual V., Capra J.D. 1991. Human immunoglobulin heavy-chain variable region genes: organization, polymorphism and expression. Adv. Immunol. 49: 1-74.

Rast J.P., Anderson M.R., Strong S.J. et al. 1997. a, p, Y and 8 T cell antigen receptor genes arose early in vertebrate phylogeny. Immunity 6: 1-11.

Spanopoulou E., Zaitseva F., Wang F. et al. 1996. The homeodomain region of Rag-1 reveals the parallel mechanisms of bacterial and V(D)J recombination. Cell 87: 263-276.

Wu T.T., Kabat E.A. 1970. An analysis of the sequences of the variable regions of Bence Jones proteins and myelome light chains and their implications for antibody complementarity. J. Exp. Med. 132: 211-250.

Антитела высокоспецифичны по отношению к трехмерной конформации эпитопов антигена, вызвавшего их образование.

Аффинность (сродство) антитела - мера прочности связи антигенсвязывающего центра молекулы антитела с отдельным эпитопом антигена. Функциональная аффинность, или авид- ность, взаимодействия антител с антигеном определяется также числом антигенсвязывающих центров в молекуле антитела и их способностью связываться с многочисленными эпитопами данного антигена.

Т-клетки распознают связанные (презентируемые) другими клетками антигены в ассоциации с молекулами МНС класса I или класса II. Пептидные фрагменты процессированных антигенов связываются в специальной полости молекул МНС.

Молекулы МНС класса I и класса II презентируют пептиды соответственно эндогенных и экзогенных антигенов. В зависимости от своего происхождения процесированные антигены встречаются и связываются с молекулами МНС в различных внутриклеточных органеллах.

Антигенные пептиды, связываемые молеку

лами МНС класса I, образуются в цитоплазме в результате расщепления антиген $ органеллами, названными протеазомами. Движение этих пептидов по эндоплазматическому ретикулуму обеспечивают транспортные белки из суперсемейства «АВС». Комплекс из трех компонентов - тяжелая цепь класса I - Р2-мик- роглобулин - пептид - перемещается на клеточную поверхность.

Антигенные пептиды, связываемые молекулами МНС класса II, образуются из поглощенных путем эндоцитоза экзогенных антигенов, в результате их процессинга в эндосомах или лизосомах. Молекулы МНС класса II в составе комплекса с инвариантной (li) поли- пептидной цепью транспортируются через комплекс Гольджи в эндосомы, где утрачивают li- цепь в результате диссоциации и присоединяют антигенные пептиды.

Комплексы антигенных пептидов с молекулами МНС, экспонированные на клеточной поверхности, могут распознаваться специфическими рецепторами Т-клеток. Однако для последующей активации Т-клеток требуется ряд дополнительных взаимодействий с участием вспомогательных молекул.

Антитела и антигенраспознаюшие рецепторы Т- клеток обладают рядом общих свойств. В составе тех и других имеются константные (С) и вариабельные (V) домены; кроме того, сходным образом происходит рекомбинация генных V, D- и J- сегментов, кодирующих V-домены этих молекул (см. гл. 8). Тем не менее механизмы распознавания антигена В- и Т-клетками совершенно различны. Антитела способны распознавать антигены и в растворе, и на поверхности клеток, но всегда в нативной конформации. Для распознавания же антигена рецепторами Т-клеток обязательно требуется его ассоциация с молекулами МНС на клеточной поверхности. Часто антиген, распознаваемый Т-клетками, подвергается предварительному расщеплению, или, иначе, определенному процессингу, и в результате детерминанта, которую распознает ТкР, представляет собой лишь небольшой фрагмент исходного антигена.

Еще одно отличие антител от ТкР заключается в том, что первые существуют в двух формах — в виде В-клеточных антигенсвязывающих рецепторов и в виде выделяемых клеткой молекул, а ТкР — это всегда сложный комплекс белков клеточной мембраны. Секретируемые клеткой антитела чаше всего представляют собой бифункциональные молекулы: их V-домены предназначены для связывания с антигенами, тогда как С-доме- ны взаимодействуют с рецепторами на клетках организма-хозяина или с компонентами комплемента.

В этой главе рассмотрено строение антигенсвязывающих центров молекул антител и ТкР, а также их взаимодействие со специфическими антигенами или комплексами антиген—МНС. Избирательность таких взаимодействий лежит в основе специфичности приобретенного иммунитета.

СВЯЗЫВАНИЕ АНТИТЕЛ С АНТИГЕНОМ

Между антителом и антигеном образуется множество нековалентных связей

Методом рентгеноструктурного анализа V-доменов установлено, что на концах Fab-ветвей молекул антител сосредоточены гипервариабельные участки полипептидной цепи (см. гл. 6 и 8). Отдельные аминокислотные остатки в этих участках специфически взаимодействуют с эпитопами антигена (рис. 9.1). Каркасные остатки в тех же участках, обычно не принимающие участия в связывании антигена, имеют весьма существенное значение для укладки V-домена, которая обеспечивает адекватную конформацию анти- генсвязывающего центра.

При контакте специфических антител с антигеном между аминокислотными остатками анти- генсвязывающего центра и эпитопом антигена образуются многочисленные нековалентные связи. По сравнению с ковалентными связями силы нековалентного межмолекулярного взаимодействия (водородные связи, электростатические, ван-дер-ваальсовы и гидрофобные взаимодействия) по отдельности весьма слабы, однако при большом числе слабых взаимодействий суммарная энергия связывания получается значительной.

Антигенсвязывающий центр антитела

Рис. 9.1

Молекула антигена попадает в полость между легкой и тяжелой цепями антитела - антигенсвязывающий центр. Примером такого взаимодействия может служить связывание у-гидроксилированной формы витамина К с иммуноглобулином G (миеломный белок NEW). Поданным рентгеноструктурного анализа, с антигеном контактируют 10-12 аминокислотных остатков, расположенных в гипервариабельных участках тяжелой и легкой цепей; на рисунке эти остатки обозначены цифрами, указывающими их позиции.

Конформации антигенсвязывающего центра антитела и антигена-мишени комплементарны

Сила нековалентной связи зависит прежде всего от расстояния (d) между взаимодействующими химическими группами. При электростатических взаимодействиях она пропорциональна 1/d2, а при ван-дер-ваальсовых — 1/d7, т. е. становится значительной только при тесном сближении молекул (рис. 9.2). Для связывания антигенной детерминанты (эпитопа) с антигенсвязывающим центром антитела (паратопом) (рис. 9.3) требуется взаимное притяжение атомных групп на участках молекул антигена и антитела, контактирующих благодаря соответствию (комплементар- ности) конформаций эпитопа и паратопа, и одновременное образование в результате несколь-

Рис. 9.2

Для возникновения сил связывания (между антителом и антигеном) требуется тесное сближение взаимодействующих атомных групп. Водородные связи образуются за счет водородных мостиков между такими группами. Электростатическое взаимодействие возникает вследствие притяжения противоположно заряженных атомных групп, расположенных на боковых цепях связывающихся белков. Ван-дер-ваальсовы связи обусловлены взаимодействием между электронными оболочками молекул (в данном случае между индуцированными колебательными диполями). Гидрофобное взаимодействие, способное обеспечивать до 1 /2 общей энергии связи между антигеном и антителом, - это сильное притяжение в воде между неполярными (гидрофобными) группами, которое почти полностью устраняет их контакт с водой. В зависимости от типа связи различаются величины оптимального для связывания расстояния между взаимодействующими группами.

Хорошее и плохое пространственное соответствие

Рис. 9.3

Соответствие конформации антигенсвязывающего центра антитела конформации антигенной детерминанты благоприятствует возникновению сил межмолекулярного притяжения и одновременно в большой степени препятствует возникновению сил отталкивания. При неполном соответствии конформаций, напротив, силы отталкивания преобладают. Если электронные оболочки эпитопов и паратопов перекрываются, возникают значительные силы отталкивания, превышающие любые слабые силы притяжения.

ких нековалентных связей. При определенном уровне комплементарности величина энергии притяжения становится достаточной, чтобы не происходило термодинамического разрыва связей. В то же время при перекрывании электронных оболочек молекул антигена и антитела между ними возникают силы отталкивания, величина которых обратно пропорциональна 12-й степени величины межмолекулярного расстояния: F °° 1/d12. Именно действием этих сил обусловлена специфичность антител к данному антигену (т. е. способность различать антигены), поскольку любое искажение идеально комплементарных конформаций вызывает снижение обшей энергии связывания вследствие нарастания сил отталкивания и уменьшения сил притяжения (рис. 9.5).

При изучении взаимодействия между лизоцимом и Fab-фрагментом антилизоцимных антител было обнаружено, что поверхности эпитопа и па- ратопа комплементарны, причем и за пределами гипервариабельных участков. В общей сложности 17 аминокислотных остатков молекулы антитела контактируют с 16 остатками в молекуле лизоцима (рис. 9.4). В формирование антигенсвязы-

Рис. 9.4

Иммунный комплекс, образованный Fab-фрагментом антилизоцимного антитела с лизоцимом (объемная модель). Вверху: лизоцим (показан зеленым цветом) связан с гипервариабельными участками тяжелой (синий цвет) и легкой (желтый цвет) цепей Fab-фрагмента антитела D1.3. В центре: диссоциированный комплекс; принадлежащий лизоциму остаток глутамина в позиции 121, отмеченный красным цветом, погружается в центр полости между тяжелой и легкой цепями антитела. Внизу: те же молекулы, но повернутые на 90°, чтобы были видны контактирующие друг с другом аминокислотные остатки антитела и антигена. (С разрешения по R. J. Poljak. 1986. Science 1986; 233: 747-753.)

ваюшего центра вносят вклад все гипервариабельные участки легкой и тяжелой цепей иммуноглобулина, но, по-видимому, важнее других

при этом участок CDR-3, кодируемый V—D—J- сегментом гена тяжелой цепи. Вероятно, это обусловлено его большей вариабельностью за счет рекомбинации V-, D- и 1-сегментов.

Аффинность антитела - это прочность связи одного антигенсвязывающего центра с индивидуальным эпитопом антигена

Аффинностью, или сродством, антител к антигену называют силу их взаимодействия (прочность связи) — результирующую перечисленных выше сил притяжения и отталкивания (рис. 9.5). Взаимодействие антигенсвязывающего центра с антигеном можно исследовать термодинамическим методом. Для измерения аффинности отдельного антигенсвязывающего центра используют моновалентный антиген, или, точнее, изолированную антигенную детерминанту (гаптен). Поскольку нековалентные связи между паратопами и эпитопами способны диссоциировать, образование иммунных комплексов — процесс обратимый, применив к нему закон действующих масс, можно определить константу равновесия К, которая собственно и представляет собой константу аффинности (сродства) (рис. 9.6).

Авидность антител - это суммарная сила взаимодействия антитела с антигеном

Основная единица молекул иммуноглобулинов, состоящая из 4 полипептидных цепей, содержит

Аффинность антител

Рис. 9.5

Аффинность антитела к антигену - это результирующая возникающих между ними сил притяжения и отталкивания. Высокоаффинные антитела точно комплементарны по конформации антигену, а низкоаффинные, напротив, неточно.

Расчет аффинности антител

Рис. 9.6

Все реакции антиген-антитело обратимы. Поэтому они описываются законом действующих масс, что позволяет рассчитать аффинность антител как константу равновесия, К. (Квадратные скобки означают концентрацию реагентов.)

два антигенсвязывающих центра, поэтому антитела потенциально поливалентны по отношению к антигену. Кроме того, сами антигены могут быть моновалентны (например, гаптены) или поливалентны (в частности, микробные клетки). В отличие от аффинности как меры сродства между отдельной антигенной детерминантой и анти- генсвязывающим центром сила взаимодействия поливалентных антител с поливалентным антигеном названа авидностью. Она зависит от сродства индивидуальных антигенсвязывающих центров к детерминантам данного антигена, но всегда больше их арифметической суммы, если с антигеном могут связаться оба центра. Поливалентность антигена и антител существенно усиливает прочность их соединения, поскольку для диссоциации иммунных комплексов необходим разрыв сразу всех связей (рис. 9.7). Применительно к физиологическим условиям более адекватно рассматривать авидность, а не аффинность антител, поскольку природные антигены обычно поливалентны. Однако для изучения иммунохимиче- ских аспектов взаимодействия антител с антигеном требуется точное измерение аффинности антител к гаптенам.

Кинетика реакций антиген-антитело

Величины аффинности антител относятся к условиям равновесия. Аффинность отражает способность антител формировать стабильные иммунные комплексы. Однако для проявления многих биологических активностей антител су-

Аффинность и авидностьАффинность и авидностьIgGIgGigGigGАнтителаАнтитела22Эффективная валентность антителЭффективная валентность антителВалентность антигена11ппКонствнта равновесия, л/моль10410410710"Увеличение аффинности за счет мультивалентности--103 кратное107-кратноеХарактер связыванияАффинностьАффинностьАвидностьАвидностьСобственнвя аффинностьФункциональная аффинностьВалентность антигена11ппКонствнта равновесия, л/моль10410410710"Увеличение аффинности за счет мультивалентности--103 кратное107-кратноеХарактер связыванияАффинностьАффинностьАвидностьАвидностьСобственнвя аффинностьФункциональная аффинностьРис. 9.7Если судить по величине константы равновесия, поливалентное связывание антител с антигеном (функциональная аффинность, или авидность) значительно прочнее простого моновалентного связывания (собственно аффинности, константа которой принята в данном случае произвольно за 104 л ■ моль-1). Раньше этот феномен называли усиливающим эффектом поливалентности; благодаря такому эффекту энергия связывания увеличивается, например, в случае IgG в 103 раз при участии в нем обоих антигенсвязывающих центров молекулы и в случае IgM в 107 раз.Рис. 9.7Если судить по величине константы равновесия, поливалентное связывание антител с антигеном (функциональная аффинность, или авидность) значительно прочнее простого моновалентного связывания (собственно аффинности, константа которой принята в данном случае произвольно за 104 л ■ моль-1). Раньше этот феномен называли усиливающим эффектом поливалентности; благодаря такому эффекту энергия связывания увеличивается, например, в случае IgG в 103 раз при участии в нем обоих антигенсвязывающих центров молекулы и в случае IgM в 107 раз.

Аффинность и авидность

Аффинность и авидность

IgG

IgG

igG

igG

Антитела

Антитела

2

2

Эффективная валентность антител

Эффективная валентность антител

Валентность антигена

11

п

п

Конствнта равновесия, л/моль

104

104

107

10"

Увеличение аффинности за счет мультивалентности

-

-

103 кратное

107-кратное

Характер связывания

Аффинность

Аффинность

Авидность

Авидность

Собственнвя аффинность

Функциональная аффинность

Валентность антигена

11

п

п

Конствнта равновесия, л/моль

104

104

107

10"

Увеличение аффинности за счет мультивалентности

-

-

103 кратное

107-кратное

Характер связывания

Аффинность

Аффинность

Авидность

Авидность

Собственнвя аффинность

Функциональная аффинность

Рис. 9.7

Если судить по величине константы равновесия, поливалентное связывание антител с антигеном (функциональная аффинность, или авидность) значительно прочнее простого моновалентного связывания (собственно аффинности, константа которой принята в данном случае произвольно за 104 л ■ моль-1). Раньше этот феномен называли усиливающим эффектом поливалентности; благодаря такому эффекту энергия связывания увеличивается, например, в случае IgG в 103 раз при участии в нем обоих антигенсвязывающих центров молекулы и в случае IgM в 107 раз.

Рис. 9.7

Если судить по величине константы равновесия, поливалентное связывание антител с антигеном (функциональная аффинность, или авидность) значительно прочнее простого моновалентного связывания (собственно аффинности, константа которой принята в данном случае произвольно за 104 л ■ моль-1). Раньше этот феномен называли усиливающим эффектом поливалентности; благодаря такому эффекту энергия связывания увеличивается, например, в случае IgG в 103 раз при участии в нем обоих антигенсвязывающих центров молекулы и в случае IgM в 107 раз.

СПЕЦИФИЧНОСТЬ И АФФИННОСТЬ АНТИТЕЛ

Реакциям антиген—антитело свойственна высокая специфичность. Например, противокоревые антитела связываются с вирусами кори и создают иммунитет к этому заболеванию, но не способны связаться с вирусами других видов, в частности с вирусами полиомиелита, и не защищают от них организм. Специфичность антисыворотки суммарно отражает специфичность содержащихся в ней антител, в популяции которых может присутствовать множество паратонов, способных связываться с различными эпитопами или даже с разными частями одного и того же эпитопа (рис. 9.8). Однако, если антиген А имеет общие эпитопы с антигеном Б, часть антител, специфичных к А, будет реагировать также и с Б. Этот феномен назван перекрестной реактивностью.

Антитела распознают наружную конформацию антигенов

Антитела распознают, разумеется, не отдельные химические группы, а пространственную форму эпитопов (рис. 9.9), причем с поразительной специфичностью, улавливая, кроме различий в распределении зарядов, в оптической и стереоизо-

Специфичность, перекрестная реактивность и отсутствие реакцииСпецифичность, перекрестная реактивность и отсутствие реакцииРис. 9.8Специфичность антисыворотки отражает специфичность содержащихся в ней отдельных молекул антител (например, антител анти-Х, анти-Y и анти-Z к эпитопам X, Y и Z, встречающимся на разных антигенных молекулах). Антиген А (АгА) и антиген Б (АгБ) обладают общим эпитопом Y. Антисыворотка против АгА (ан- ти-XYZ) не только специфически связывается с АгА, но и перекрестно реагирует с АгБ (благодаря распознаванию эпитопов Y и X'), но не дает реакции с АгВ, поскольку он не имеет общих эпитопов с АгА.Рис. 9.8Специфичность антисыворотки отражает специфичность содержащихся в ней отдельных молекул антител (например, антител анти-Х, анти-Y и анти-Z к эпитопам X, Y и Z, встречающимся на разных антигенных молекулах). Антиген А (АгА) и антиген Б (АгБ) обладают общим эпитопом Y. Антисыворотка против АгА (ан- ти-XYZ) не только специфически связывается с АгА, но и перекрестно реагирует с АгБ (благодаря распознаванию эпитопов Y и X'), но не дает реакции с АгВ, поскольку он не имеет общих эпитопов с АгА.

Специфичность, перекрестная реактивность и отсутствие реакции

Специфичность, перекрестная реактивность и отсутствие реакции

Рис. 9.8

Специфичность антисыворотки отражает специфичность содержащихся в ней отдельных молекул антител (например, антител анти-Х, анти-Y и анти-Z к эпитопам X, Y и Z, встречающимся на разных антигенных молекулах). Антиген А (АгА) и антиген Б (АгБ) обладают общим эпитопом Y. Антисыворотка против АгА (ан- ти-XYZ) не только специфически связывается с АгА, но и перекрестно реагирует с АгБ (благодаря распознаванию эпитопов Y и X'), но не дает реакции с АгВ, поскольку он не имеет общих эпитопов с АгА.

Рис. 9.8

Специфичность антисыворотки отражает специфичность содержащихся в ней отдельных молекул антител (например, антител анти-Х, анти-Y и анти-Z к эпитопам X, Y и Z, встречающимся на разных антигенных молекулах). Антиген А (АгА) и антиген Б (АгБ) обладают общим эпитопом Y. Антисыворотка против АгА (ан- ти-XYZ) не только специфически связывается с АгА, но и перекрестно реагирует с АгБ (благодаря распознаванию эпитопов Y и X'), но не дает реакции с АгВ, поскольку он не имеет общих эпитопов с АгА.

щественное значение имеет, по-видимому, кроме аффинности, кинетика реакции с антигеном.

Кинетически связывание антител с антигеном характеризуется константами скоростей прямой (ассоциация) и обратной (диссоциация) реакций, соответственно К, 2 (моль-1, с-1) и К2 । (с-1). В условиях равновесия отношение этих двух констант скоростей дает константу равновесия. которая характеризует аффинность данного образца антител. Прежде считалось, что различия между антителами по аффинности проявляются в первую очередь различиями в скорости диссоциации иммунных комплексов, но совсем недавно было обнаружено, что скорость ассоциации также зависит от аффинности.

В исследованиях последних лет удалось выяснить, что при «созревании» гуморального иммунного ответа происходит отбор В-клеток по способности быстро связывать антиген (кинетическая селекция) и по прочности связывания антигена (термодинамическая селекция).

н*

Рис. 9.9

Антисыворотка, полученная при иммунизации животных мета-аминобензолсульфонатом в качестве гаптена, была исследована в реакции связывания с орто- и пара-изомерами того же гаптена, а также с тремя изомерами (орто-, мета- и пара-) двух различных, но химически родственных антигенов - аминобензолар- соната и аминобензолкарбоксилата. Антисыворотка специфически реагирует с гаптеном, сульфонатная группа которого находится в мета-положении, но дает также перекрестную (хотя и слабую) реакцию с ортоизомером того же гаптена. Еще более слабые перекрестные реакции наблюдаются с гаптеном, имеющим арсенатную или карбоксилатную группу в мета-, но не в орто- или пара-положении. В отличие от сульфонатной группы, арсенатная группа крупнее по размерам и имеет дополнительный атом водорода, тогда как карбоксилатная группа меньше той и другой. Эти данные свидетельствуют о том, что для связывания антител с антигеном важна не только его конфигурация, но и отдельные содержащиеся в его молекуле химические группы.

мерии, также и минимальные различия в первичной аминокислотной последовательности (в случае белковых антигенов) (рис. 9.10}. Вследствие столь тонкой специфичности большая часть антител способна связываться только с нативными (не денатурированными) антигенами или с такими фрагментами антигена, которые сохраняют третичную структуру, необходимую для множественных взаимодействий при образовании связи между паратопом и эпитопом.

В связи с этим в иммунологических исследованиях при получении специфических антител могут возникать затруднения. Для упрощения работы часто в качестве антигена используют специально синтезированный короткий полипептид известной первичной структуры, поскольку это легче, чем путем очистки получить достаточное количество нативного антигена. Однако антитела, образующиеся в результате иммунизации синтетическими пептидами, часто не обладают требуемой специфичностью и аффинностью к антигену в его нативной форме.

Модифицируя гены, можно получать антитела заданной конструкции

Благодаря достижениям молекулярной биологии стало возможным получать моноклональные антитела (мАт) заданной специфичности, аффинности и изотипа и, более того, конструировать гены антител, содержащие V-гены мыши и С-ге- ны человека. Иммунизируя мышей, можно вызвать образование антител нужной специфичности, а затем придать им видовую антигенность антител человека. Благодаря весьма низкой чужеродности таких мАт для человека они могут использоваться в клинике. Еще более изощренные методы конструирования позволяют дополнять каркас V-домена антител, получаемых от животных одного вида, набором участков, опре-

Конфигурационная специфичность

Рис. 9.10

В молекуле лизоцима имеются внутрицепочечные дисульфидные связи (показаны красными полосками), благодаря которым полипептид образует петли. Антисыворотки к целой молекуле лизоцима (антилизоцим- ная) и к одной из пептидных петель («антипетлевая») различают оба эти антигена, но не реагируют с тем же пептидом в незамкнутой (восстановленной) форме. Этим подтверждается значение третичной структуры антигена как фактора, определяющего специфичность антител.

деляющих комплементарность (CDR, см. гл. 8), из антител животных другого вида. Можно даже производить замены определенных аминокислотных остатков в антигенсвязывающем центре для увеличения аффинности антител (рис. 9.11).

Полифункциональные антиген- связывающие центры могут быть одновременно комплементарны различным эпитопам

Не так давно было обнаружено, что одно и то же антитело может быть комплементарно к нескольким различным антигенным детерминантам. Они конкурируют за связывание с этим антителом и, по-видимому, занимают различные участки полости, образуемой антигенсвязывающим центром (рис. 9.12).

Специфичность популяции поликлональных антител к данному антигену (А) не означает, что каждый вид входящих в нее антител взаимодействует исключительно с А. Просто большая часть

этих антител обладает полифункциональным активным центром, способным связывать А, и суммарная реактивность в отношении А существенно превышает реактивность в отношении прочих антигенов. Иными словами, специфичность (поликлональных) антител может быть популяционным феноменом — усредненной характеристикой всех антител, содержащихся в антисыворотке (рис. 9.13).

Высокоаффинные антитела часто эффективнее низкоаффинных

Реконструированные антителаРеконструированные антителаРис. 9.11Мышиные V-гены можно соединить с С-генами человека и ввести продукт рекомбинации в геном клетки, которая в результате будет синтезировать химерные «мышино-человеческие» антитела (1). Другой вариант конструирования антител заключается в присоединении к каркасу V-области легкой цепи гипервариабельРис. 9.11Мышиные V-гены можно соединить с С-генами человека и ввести продукт рекомбинации в геном клетки, которая в результате будет синтезировать химерные «мышино-человеческие» антитела (1). Другой вариант конструирования антител заключается в присоединении к каркасу V-области легкой цепи гипервариабельных участков (CDR) нужной структуры (2). Кроме того, аффинность антигенсвязывающего центра можно изменить, вызвав точечную мутацию в том участке ДНК, который кодирует гипервариабельные петли \/н-доме- на (в данном случае показана замена фенилаланина на лизин) (3).ных участков (CDR) нужной структуры (2). Кроме того, аффинность антигенсвязывающего центра можно изменить, вызвав точечную мутацию в том участке ДНК, который кодирует гипервариабельные петли \/н-доме- на (в данном случае показана замена фенилаланина на лизин) (3).Аффинность связывания антител с антигеном представляет не только теоретический интерес. От нее, как и от авидности, зависят физиологические и патологические эффекты антител. Высокоаффинные антитела гораздо активнее низкоаффинных в ряде биологических реакций (рис. 9.14). В экспериментах на животных иммунные комплексы, содержащие низкоаффинные антитела, длительно персистируют в циркуляции и

Реконструированные антитела

Реконструированные антитела

Рис. 9.11

Мышиные V-гены можно соединить с С-генами человека и ввести продукт рекомбинации в геном клетки, которая в результате будет синтезировать химерные «мышино-человеческие» антитела (1). Другой вариант конструирования антител заключается в присоединении к каркасу V-области легкой цепи гипервариабель

Рис. 9.11

Мышиные V-гены можно соединить с С-генами человека и ввести продукт рекомбинации в геном клетки, которая в результате будет синтезировать химерные «мышино-человеческие» антитела (1). Другой вариант конструирования антител заключается в присоединении к каркасу V-области легкой цепи гипервариабель

ных участков (CDR) нужной структуры (2). Кроме того, аффинность антигенсвязывающего центра можно изменить, вызвав точечную мутацию в том участке ДНК, который кодирует гипервариабельные петли \/н-доме- на (в данном случае показана замена фенилаланина на лизин) (3).

ных участков (CDR) нужной структуры (2). Кроме того, аффинность антигенсвязывающего центра можно изменить, вызвав точечную мутацию в том участке ДНК, который кодирует гипервариабельные петли \/н-доме- на (в данном случае показана замена фенилаланина на лизин) (3).

Специфичность антисывороткиСпецифичность антисывороткиПолифункциональные антигенсвязывающие центрыПолифункциональные антигенсвязывающие центрыРис. 9.12Один и тот же антигенсвязывающий центр способен соединяться с несколькими разными антигенными детерминантами. Например, в антигенсвязывающем центре антител 460 имеются две ниши, расположенные на расстоянии 1,2—1,4 нм, одна из которых связывает менадионовую (витамин К3), а другая - динитро- фенильную (ДНФ) гаптенную группу. Это связывание происходит конкурентно, т. е. связывание одного гаптена исключает последующее связывание другого. Антигенсвязывающие центры, способные взаимодействовать с несколькими антигенными детерминантами, названы полифункциональными.Рис. 9.12Один и тот же антигенсвязывающий центр способен соединяться с несколькими разными антигенными детерминантами. Например, в антигенсвязывающем центре антител 460 имеются две ниши, расположенные на расстоянии 1,2—1,4 нм, одна из которых связывает менадионовую (витамин К3), а другая - динитро- фенильную (ДНФ) гаптенную группу. Это связывание происходит конкурентно, т. е. связывание одного гаптена исключает последующее связывание другого. Антигенсвязывающие центры, способные взаимодействовать с несколькими антигенными детерминантами, названы полифункциональными.AntigenAntigenВ-клеточные рецепторы связьвают антигенВ-клеточные рецепторы связьвают антигенСпецифичность антителСпецифичность антителанти-А_ анти-С анти-0 анти-Еанти-F внти-G анти-Нанти-А_ анти-С анти-0 анти-Еанти-F внти-G анти-НРис. 9.13Специфичность антисыворотки как популяционный феномен. Отдельно взятый антиген А (АгА) может связаться с рецепторами разных В-клеток, специфичными не только кА, но и к другим антигенам (С, D, Е, F и т. д.), т. е. обладающими полифункциональными активными центрами. Каждая В-клетка, активированная АгА, образует антитела, специфичные не только к АгА, но и к другим антигенам. Однако благодаря тому, что все активированные В-клетки специфичны к АгА, но не все из них специфичны к другим антигенам, концентрация антител к АгА будет высокой, а к другим антигенам - низкой.Рис. 9.13Специфичность антисыворотки как популяционный феномен. Отдельно взятый антиген А (АгА) может связаться с рецепторами разных В-клеток, специфичными не только кА, но и к другим антигенам (С, D, Е, F и т. д.), т. е. обладающими полифункциональными активными центрами. Каждая В-клетка, активированная АгА, образует антитела, специфичные не только к АгА, но и к другим антигенам. Однако благодаря тому, что все активированные В-клетки специфичны к АгА, но не все из них специфичны к другим антигенам, концентрация антител к АгА будет высокой, а к другим антигенам - низкой.СпецифичностьантисывороткиСпецифичностьантисывороткиоткладываются на базальной мембране капилляров почек, нарушая их функцию. В то же время иммунные комплексы, образованные высокоаффинными антителами, намного быстрее выводятся из кровотока и локализуются в мезангии почечных клубочков, мало влияя на их функцию.

Специфичность антисыворотки

Специфичность антисыворотки

Полифункциональные антигенсвязывающие центры

Полифункциональные антигенсвязывающие центры

Рис. 9.12

Один и тот же антигенсвязывающий центр способен соединяться с несколькими разными антигенными детерминантами. Например, в антигенсвязывающем центре антител 460 имеются две ниши, расположенные на расстоянии 1,2—1,4 нм, одна из которых связывает менадионовую (витамин К3), а другая - динитро- фенильную (ДНФ) гаптенную группу. Это связывание происходит конкурентно, т. е. связывание одного гаптена исключает последующее связывание другого. Антигенсвязывающие центры, способные взаимодействовать с несколькими антигенными детерминантами, названы полифункциональными.

Рис. 9.12

Один и тот же антигенсвязывающий центр способен соединяться с несколькими разными антигенными детерминантами. Например, в антигенсвязывающем центре антител 460 имеются две ниши, расположенные на расстоянии 1,2—1,4 нм, одна из которых связывает менадионовую (витамин К3), а другая - динитро- фенильную (ДНФ) гаптенную группу. Это связывание происходит конкурентно, т. е. связывание одного гаптена исключает последующее связывание другого. Антигенсвязывающие центры, способные взаимодействовать с несколькими антигенными детерминантами, названы полифункциональными.

Antigen

Antigen

В-клеточные рецепторы связьвают антиген

В-клеточные рецепторы связьвают антиген

Специфичность антител

Специфичность антител

анти-А

_ анти-С анти-0 анти-Е

анти-F внти-G анти-Н

анти-А

_ анти-С анти-0 анти-Е

анти-F внти-G анти-Н

Рис. 9.13

Специфичность антисыворотки как популяционный феномен. Отдельно взятый антиген А (АгА) может связаться с рецепторами разных В-клеток, специфичными не только кА, но и к другим антигенам (С, D, Е, F и т. д.), т. е. обладающими полифункциональными активными центрами. Каждая В-клетка, активированная АгА, образует антитела, специфичные не только к АгА, но и к другим антигенам. Однако благодаря тому, что все активированные В-клетки специфичны к АгА, но не все из них специфичны к другим антигенам, концентрация антител к АгА будет высокой, а к другим антигенам - низкой.

Рис. 9.13

Специфичность антисыворотки как популяционный феномен. Отдельно взятый антиген А (АгА) может связаться с рецепторами разных В-клеток, специфичными не только кА, но и к другим антигенам (С, D, Е, F и т. д.), т. е. обладающими полифункциональными активными центрами. Каждая В-клетка, активированная АгА, образует антитела, специфичные не только к АгА, но и к другим антигенам. Однако благодаря тому, что все активированные В-клетки специфичны к АгА, но не все из них специфичны к другим антигенам, концентрация антител к АгА будет высокой, а к другим антигенам - низкой.

Специфичностьантисыворотки

Специфичностьантисыворотки

Аффинность антител к большинству Т-зави- симых антигенов нарастает в ходе иммунного ответа. Ее увеличения можно достичь также особыми способами иммунизации. Например, субпопуляция высокоаффинных антител в сыворотке увеличится, если антиген вводить вместе с И Фу (рис. 9.15). Ряд иммуноадъювантов стимулирует образование антител, но лишь некоторые способны повысить их аффинность. Поскольку от этого свойства зависит эффективность антител, ИФу вполне пригоден для использования в качестве адъюванта в составе вакцин.

Определение аффинности антител

Существует ряд методов определения аффинности антител и авидности ангисывороток. Проце-

Преимущества высокоаффинных антителвыявл ются в следующих реакциях

Гемагглютинация

Гемолиз

Связывание комплемента

Пассивная кожная анафилаксияБактерицидная активностьНейтрализация токсинов

Опсонизация

Иммунная элиминация антигена

Повреждение мембран

Нейтрализация вирусов

Защита от бактерий и вирусовИнактивация ферментовРазрушение О+-эритроцитов in vivo

Рис. 9.14

Биологические реакции, в которых высокоаффинные антитела эффективнее низкоаффинных.

«Созревание» аффинности антител in vivo

Рэнкин сроки

аффинностиаффинности

Рис. 9.15

Мышей опытной группы иммунизировали антигеном вместе с 30 000 ЕД ИФу (Аг + ИФу), а контрольной - только антигеном (Аг). Аффинность образующихся антител определяли на ранних и поздних сроках после иммунизации. В сыворотке мышей опытной группы независимо от сроков взятия крови выявлялось больше высокоаффинных антител (темно-голубые столбики), чем в сыворотке контрольной группы. (По Holland, Holland and Steward, 1990. Clin. Exp. Immunol. 82: 221-226.)

дура каждого из них заключается в том, чтобы создать условия, в которых взаимодействие антител с антигеном достигает равновесия: Ат + Аг <=> АтАг, а затем, не нарушая этого равновесия, измерить концентрации свободного и связанного антигена. Сделать это можно по-разному, например отделяя свободный антиген от связанного с помощью таких методов, как диализ, гель-фильтрация, центрифугирование или избирательное осаждение, либо определяя изменения флуоресценции антигена или антител после образования иммунного комплекса.

Используя полученные данные для расчета по формуле закона действующих масс, можно вы

числить константу равновесия (аффинности). К: [АтАг]

[Ат] [Аг] ,

где [АтАг] — концентрация иммунных комплексов, [Аг] — концентрация свободного антигена и [Ат] — концентрация незанятых антигенсвязыва- ющих центров в условиях равновесия. Если половина антигенсвязывающих центров связана с антигеном и, следовательно, [Ат] равна [АтАг], значение К равно 1/|Аг]. Иными словами, для связывания 50 % активных центров в случае высокоаффинных антител (т. е. имеющих высокую К) достаточно низкой концентрации антигена, а в случае низкоаффинных антител нужна его высокая концентрация.

Распределение содержащихся в антисыворотке антител по аффинности отличается от нормального

В реакциях взаимодействия фермента с субстратом константа равновесия (К) неизменна при различных концентрациях субстрата. При связывании же антител с гомологичным антигеном дело обстоит иначе — популяция поликлональных антител гетерогенна по этой константе, т. е. по величине аффинности. Ранее предполагалось, что в любой антисыворотке количественное распределение антител по аффинности имеет характер нормального (Гауссова) распределения. Как геперь установлено, это предположение было ошибочным. Графический анализ данных по аффинности для реакции между антисывороткой и антигеном показывает, что распределение антител по аффинности не соответствует нормальному (рис. 9.16). Однако среднюю аффинность популяции антител в данной антисыворотке (Ко) можно определить с хорошим приближением как величину, обратную такой концентрации свободного антигена, которая необходима для насыщения половины всех антигенсвязывающих центров антител: Kq = 1/[Агсвоб ].

Гетерогенность популяции антител по аффинности трудно оценить экспериментальными методами Гетерогенность популяции антител по аффинности невозможно точно описать математической формулой, поскольку нельзя с уверенностью предполагать характер их распределения по этой величине в каждой отдельной антисыворотке — соответствует ли он нормальному, асимметрич-

Гетерогенность антисывороткипо аффинности к антигену

Рис. 9.16

Гистограмма типичного распределения антител по аффинности в антисыворотке к данной антигенной детерминанте в сравнении с однородной по аффинности популяцией моноклональных антител к той же детерминанте. В отличие от поликлональных все моноклональные антитела характеризуются одинаковой аффинностью. Распределение поликлональных антител, содержащихся в антисыворотке, по аффинности отличается от нормального.

ному, би- или полимодальному. Для определения такой гетерогенности используется довольно сложный компьютерный анализ кривых связывания, основанный надопущении, что распределение соответствует нормальному. Описан, однако, и простой экспериментальный подход для ее оценки, не основанный на таком допущении. Согласно этой методике, в панели для микротитрования, лунки которых предварительно нагружены, т. е. покрыты, иммобилизованным антигеном, вносят раствор исследуемых антител в известной концентрации и серийные разведения (растворы последовательно уменьшающихся концентраций) свободного антигена, подавляющего связывание антител с антигеном, иммобилизованным на поверхности лунок. Затем рассчитывают в процентах подавление связывания для каждого разведения свободного антигена и определяют молярную концентрацию, обеспечивающую 50 % подавление (10 5). Выразив результаты в процентилях, строят гистограмму и анализируют по ней разброс значений аффинности.

Математической величиной для его выражения может служить индекс Шаннона, высокие значения которого свидетельствуют о широком диапазоне аффинности в популяции антител, а низкие соответственно об узком диапазоне.

СТРУКТУРА АНТИГЕНОВ

Число различных по специфичности антител, которые могут продуцироваться в ответ на введение любого антигена, весьма велико, так как все антигены представляют собой трехмерные структуры, экспонирующие В-клеткам самые разнообразные конфигурации. Один и тот же антиген часто способен связывать разные по специфичности антитела перекрывающимися эпитопами своей поверхности. Подобно этому различные антитела могут связываться одним и тем же участком молекулы антигена, но не одним и тем же эпитопом.

Иммунодоминантные эпитопы расположены на выступающих, гибких частях молекулы антигена

Организм способен образовать антитела почти к любой части молекулы антигена, но при нормальном иммунном ответе этого обычно не происходит. Как правило, некоторые эпитопы антигена обладают особой антигенностью, и большинство антител образуется именно к ним. Эти эпитопы, названные иммунодоминантными, почти всегда расположены на выступающих частях молекулы антигена, в частности представляют собой полипептидные петли, не имеющие жесткой третичной структуры.

В некоторых случаях иммунодоминантные эпитопы локализованы в наиболее пластичных частях молекулы антигена. В связи с этим возникло предположение, что исходные конфигурации взаимодействующих молекул антигена и антитела не точно комплементарны друг другу. Определенная пластичность, присущая эпитопу антигена и гипервариабельным участкам молекулы антитела, по всей вероятности, способствует достижению оптимального уровня энергии связывания. Это, в частности, достоверно подтвердили результаты рентгеноструктурного анализа комплексов, образованных Fab-фрагментами антител с нейраминидазой вируса гриппа, использованной в качестве антигена. Параметры и функциональное значение взаимной комплементарности

для связывания антител с антигеном рассмотрены выше (рис. 9.2, 9.3 и 9.4).

РАСПОЗНАВАНИЕ АНТИГЕНА Т-КЛЕТКАМИ

Т-клетки распознают антиген, связанный другими клетками и представленный на их поверхности в ассоциации (комплексе) с молекулами МНС класса I или II, функционирующими как «системы наведения» для Т-клеток. Необходимость ассоциации с молекулами МНС называют иначе МНС-рестрикцией. Принцип такой рестрикции (ограничения) наиболее очевидно выявляется при Т-клеточном иммунном ответе на экспериментальную вирусную инфекцию у мы-

МНС-рестрикция цитотоксической активности Т-клеток

Рис. 9.17

Рестриктированное по гаплотипу поражение инфицированных вирусом клеток-мишеней цитотоксическими Т-лимфоцитами (Тц). Мышей гаплотипа Н-2Ь прими- ровали вирусом, после чего из селезенки выделяли Тц и определяли их способность поражать инфицированные тем же вирусом клетки-мишени гаплотипов Н-2Ь и Н-2к. Тц поражают клетки-мишени Н-2Ь, но не Н-2к, т е. Т-клетки распознают специфическую структуру, возникающую в результате ассоциации продукта класса I Н-2К (или H-2D) с вирусным антигеном (например, комплекс вирус/Н-2К). В контрольном эксперименте клетки-мишени обоих гаплотипов обработаны антителами, распознающими отпочковывающийся вирус и не ограниченными в своем эффекте гаплотипом. В результате противовирусные антитела и комплемент поражают инфицированные клетки-мишени независимо от гаплотипа.

ши (рис. 9.17). Цитотоксические Т-лимфоциты (Тц) зараженного животного способны поражать инфицированные вирусом клетки-мишени того же самого, но не иного Н-2-гаплотипа.

Преимущество такой системы двойного распознавания чужеродных антигенов состоит в том, что свободный (не ассоциированный с молекулами МНС) вирус не может полностью заблокировать все специфичные к нему Тц-рецеп- торы. Еще более важно, что благодаря МНС-ре- стрикции Т-клетки способны отличать эндогенные антигены от экзогенных.

На сходных принципах рестриктированного по МНС распознавания основано функционирование хелперных Т-клеток (Тх). Они распознают антиген, например на макрофагах и В-клетках, в ассоциации с молекулами МНС класса II, которые служат для передачи сигналов распознавания между антигенпрезентирующими клетками (в частности, макрофагами) и Тх.

ПРОЦЕССИНГ И ПРЕЗЕНТАЦИЯ АНТИГЕНА

Презентации антигенов Т-клеткам предшествует процессинг

Циркулирующие антитела и реакции клеточного иммунитета, как правило, специфичны в отношении разных детерминант одного и того же антигена. Например, у мыши В-клетки распознают аминоконцевые эпитопы глюкагона, тогда как Т- клетки — его карбоксиконцевые детерминанты

Т-клеточные эпитопы отличаются от В-клеточных

Глюкагон N|l

17118

29]

Образование антител

+ + +

+

Бласт- трансформация лимфоцитов

-

+++

ГЗТ-ответ

+

++ +

Рис. 9.18

Различные формы иммунного ответа при иммунизации двумя пептидами, из которых состоит молекула глюкагона. Антитела (В-клеточный ответ) направлены преимущественно к эпитопам N-концевого пептида, тогда как С-концевой пептид (позиции 18-29) стимулирует Т-клеточный ответ, в частности бласттранс- формацию лимфоцитов in vitro и гиперчувствительность замедленного типа (ГЗТ) in vivo

Распознаваемые Т-клетками пептиды белка-репрессора бактериофага XРаспознаваемые Т-клетками пептиды белка-репрессора бактериофага X

Распознаваемые Т-клетками пептиды белка-репрессора бактериофага X

Распознаваемые Т-клетками пептиды белка-репрессора бактериофага X

Рис. 9.19

Различия между пептидными фрагментами одного и того же белкового антигена, распознаваемыми Т-клетками мышей разных гаплотипов (т. е. носителями разных молекул МНС класса II) Животных иммунизировали белком-репрессором бактериофага X, получали Т-клеточные гибри- домы и определяли их способность распознавать набор перекрывающихся пептидных фрагментов этого белка. Позиции антигенных пептидов отмечены темно-голубым цветом. Один из пептидов всегда иммунодоми- нантен, хотя для некоторых линий мышей антигенными были несколько пептидов. (По Roy S. etal., 1989).

(рис. 9.18). Это происходит благодаря тому, что презентируются не интактные молекулы антигена, а их фрагменты (продукты расщепления, или процессинга — переработки) в ассоциации с продуктами МНС на клеточной поверхности. Клетки, процессирующие антиген для презентации — это либо специализированные антигенпрезентирующие клетки (АПК), способные стимулировать пролиферацию Т-клеток, либо инфицированные вирусами клетки организма, которые затем становятся мишенями для Тц.

Процессинг антигена заключается в его расщеплении на пептидные фрагменты. Подавляющее большинство эпитопов, распознаваемых Т-клетками, представляет собой фрагменты пептидной цепи, часто недоступные для иммунного распознавания в составе молекул интактного белка. Только малая часть пептидных фрагментов белкового антигена способна связаться с соответствующей молекулой МНС. Более того, разные молекулы МНС связывают различные наборы пептидов. Например, Тх-клетки мышей разных гаплотипов (т. е. носителей различных молекул МНС) распознают разные пептиды вирусного антигена (рис. 9.19). Эти различия распознавания обусловлены главным образом способностью данного пептида связываться с определенной молекулой МНС класса II.

Перед связыванием с молекулами МНС белковые антигены расщепляются на пептиды

Процессинг антигенов, в результате которого образуются пептиды, способные связаться с моле

кулами МНС, происходит во внутриклеточных органеллах антигенпрезентирующих клеток (рис. 9.20). Для целей исследования процесс расщепления антигена можно исключить, использовав в качестве антигенов синтетические пептиды. Применение именно таких легкосинтезируемых пептидов с известной аминокислотной последо-

Процессингантигена

Рис. 9.20

Экзогенные антигены захватываются антигенпрезентирующими клетками, а затем расщепляются их протеолитическими фрагментами в специализированных внутриклеточных компартментах. Антигенные пептиды образуют комплекс с молекулами МНС класса II в везикулах, которые, направляясь к поверхности клетки, движутся навстречу эндоцитарным везикулам.

Пептиды, распознаваемые Т-клетками, в составе белков

Белок - источник пептидов

Участок аминокислотной поеледовател ьности

Миоглобин

69-78

102-118

132-145

Гемагглютинин вирусе гриппа

109-119

130-140

302 313

Поверхностный антиген вируса гепатита В

38-52 95-109 140-154

Продукт гена npe-S вируса гепатита В

120-132

Белок 1 (VP1) вируса ящура

141-160

Предшественник гликопротеинаGвируса бешенства

32-44

Рис. 9.21

В таблице представлены распознаваемые Т-клетками пептиды ряда белков. Чтобы активировать Т-клетки, можно использовать синтетические пептиды, повторяющие полную аминокислотную последовательность соответствующего белка, но часто для активации достаточно воздействия лишь одного или нескольких отдельных фрагментов его цепи.

вательностью позволило идентифицировать эпитопы, распознаваемые Т-клетками разной специфичности (рис. 9.21). Аминокислотные замены в различных позициях дали возможность выяснить сравнительное значение того или иного аминокислотного остатка в составе определенных эпитопов. Кроме того, с помощью пептидов известной структуры была доказана способность молекул МНС классов I и II к прямому связыванию фрагментов антигена. Путем сравнения эффектов аминокислотных замен, т. е. их влияния на МНС-связывание и Т-клеточную реактивность, удалось установить, какие именно аминокислотные остатки контактируют с молекулой МНС и с Т-клеточным рецептором. Например, фрагмент, состоящий из остатков 52—61 поли- пептидной цепи лизоцима яичного белка, распознают Н-2-1Ак-рестриктированные Т-клетки. Этот пептид связывается с молекулами IAk, и, как установлено, в его взаимодействии с продуктами МНС класса II принимают участие три аминокислотных остатка, в то время как три других остатка осуществляют контакт с ТкР.

ОБРАЗОВАНИЕ И СТРОЕНИЕ КОМПЛЕКСА АНТИГЕННЫЙ ПЕПТИД-МОЛЕКУЛА МНС

Полость в молекуле МНС, где происходит связывание антигенных пептидов, имеет разнообразные карманы и щели, а также выступающие и утопленные участки поверхности. Их тонкая топология отчасти зависит от «выстилающих» эту полость аминокислотных остатков и поэтому различается у молекул МНС разных гаплотипов. Параметры связывания пептида с молекулой МНС зависят от природы его боковых цепей и от взаимной комплементарности контактирующих участков обоих партнеров ассоциации. Определенная часть боковых цепей пептида не участвует во взаимодействии с молекулой МНС и предназначена для контакта с ТкР (см. гл. 7).

Образование комплексов из антигенных пептидов и молекул МНС происходит в специализированных внутриклеточных органеллах, при этом взаимодействие с молекулами класса I и класса II происходит в различных участках клетки.

Пептиды удерживаются в предназначенной для их связывания полости молекулы МНС особыми якорными аминокислотными остатками

Пептидные фрагменты, появившиеся в результате процессинга антигена и экспонируемые затем АПК в ассоциации с молекулами МНС, можно получить в виде очищенных препаратов и секве- нировать. Среди них встречаются не только пептиды из поглощенного клеткой чужеродного антигена (например, вирусных частиц), но и собственные пептиды организма, отщепившиеся в АПК или эндоцитированные ею из внеклеточной жидкости. Анализ (путем очистки и секвенирования) этих собственных пептидов, элюированных из комплексов с молекулами МНС класса I, показал, что они состоят из девяти аминокислотных остатков; при этом удалось точно установить структуру ряда таких пептидов и идентифицировать характерные аминокислотные остатки — один на С-конце и другой ближе к N-концу. Этими характерными структурными мотивами различаются пептиды, связываемые молекулами класса I разных гаплотипов (рис. 9.22).

Значение этих консервативных остатков стало очевидным при анализе трехмерной структуры некоторых молекул МНС класса I, позволившем составить довольно ясную картину расположе-

Антигенные пептиды, элюированные из комплекса с молекулами МНС класса I

Рис. 9.22

Аллоспецифичные структурные мотивы в молекулах пептидов, элюированных из комплексов с молекулами МНС класса I гаплотипа Н-2КЬ или H-2Kd. Молекулы МНС выделяли методом иммунопреципитации. Связанные с ними пептиды были очищены и секвенирова- ны. «Якорные» аминокислотные остатки, наиболее часто встречающиеся в определенных позициях, определены как доминантные, а встречающиеся лишь относительно часто - как функциональные. В позициях без указания определенной аминокислоты с равной вероятностью встречается несколько различных остатков. Для обозначения аминокислот использован однобуквенный код. Вверху изображены пептидсвя- зывающие полости (вид сверху) двух молекул МНС класса I разных гаплотипов. Позиции якорных остатков в составе пептида, связанного с молекулой МНС каждого гаплотипа, выделены цветом.

ния антигенного пептида в пептидсвязываюшей полости. Установлено, что края этой полости смыкаются в ее торцах и пептид в виде развернутой (не образующей а-спирали) цепи из девяти аминокислотных остатков своими N-концом и С-концом упирается в тот и другой торец. Часть боковых групп антигенного пептида погружается в карманы, образованные вариабельной областью тяжелой цепи молекулы МНС класса I, и между аминокислотными остатками этой молекулы и пептида по всей его длине образуются многочисленные водородные связи. Например, остатки тирозина, часто встречающиеся на N-конце пептида, взаимодействуют подобным образом с консервативным остатком лизина молекулы МНС класса I, стабильно удерживая ан

тигенный пептид в ее пептидсвязывающей полости. При этом центральная часть пептида выступает из полости, презентируя свои эпитопы Т-клеточным рецепторам. Эти данные согласуются с тем фактом, что характерные структурные мотивы, связываемые молекулами МНС класса 1, найдены на концах антигенных пептидов.

При анализе трехмерной структуры молекул МНС класса II была обнаружена почти такая же, как у молекул класса I (но расположенная иногда иначе), пептидсвязывающая полость с рядом карманов. Главное ее отличие от пептидсвязывающей полости молекул класса I — это открытые торцевые концы. За счет такого несмыкания краев концы связанного пептида выступают из полости, и он содержит больше 15 аминокислотных остатков, т. е. превышает по длине пептиды, элюируемые из комплексов с молекулами МНС класса I. Удалось идентифицировать консервативные «якорные» аминокислотные остатки в составе пептидов, элюируемых из комплекса с молекулами МНС класса II. Это было труднее сделать, чем в случае пептидов, связываемых молекулами класса I, так как в молекулах класса II концы пептида выступают за пределы полости и распределение формирующих комплекс связей более равномерное (рис. 9.2J). Функции торцевых частей пептидсвязывающей полости у молекул МНС класса I и класса II существенно различны: в первом случае связывание N- и С-кон- цов пептида в торцах удерживает его в полости, а во втором открытые торцы позволяют пептидам выступать концами за ее пределы.

Молекулы МНС класса I образуют комплексы с эндогенно синтезированными пептидами

Неоднократно продемонстрировано, что Т-клет- ки, рестриктированные в отношении распознавания антигена молекулами МНС класса 1 (например, Тц), распознают синтезированные клеткой-мишенью эндогенные антигены, тогда как Т-клетки, рестриктированные молекулами МНС класса II (в частности, Тх), распознают экзогенные антигены. Произвольно меняя локализацию белка, можно вызвать иммунный ответ, рестрик- тированный молекулами МНС либо класса I, либо класса II. Например, гемагглютинин вируса гриппа (НА), представляющий собой гликопротеин, ассоциированный с мембранами клеток организма, вызывает лишь слабый Тц-ответ. Одна-

Аллоспецифические структурные мотивы в составе пептидов элюированных из комплекса с молекулами МНС класса II

Рис. 9.23

Очищенные препараты HLA-DR двух гаплотипов (DRB1*0401 и DRBV1101) были проинкубированы с библиотекой пептидов, клонированных в бактериофаге М13. После многочисленных этапов селекции были идентифицированы и секвенированы пептиды, эффективно связываемые молекулами МНС класса II. Аминокислотные остатки в составе этих пептидов, встречающиеся в одних и тех же позициях с частотой выше 20%, определены как якорные доминантные. Другие остатки, встречающиеся лишь относительно часто, названы якорными функциональными. (По Hammer et al., 1993). Обратите внимание, что в пеп- тидсвязывающую полость молекул класса II помещается более длинный пептид по сравнению со связываемым в полости молекул МНС класса I.

ко, если из гена НА (кДНК) вырезать последовательность, кодирующую N-концевой сигнальный пептид, а затем ввести этот модифицированный ген в клетку в соответствующем векторе, будет синтезироваться цитоплазматическая форма НА, вызывающая весьма сильный Тц-ответ антиНА. Подобным образом, введение овальбумина в цитоплазму клетки-мишени с применением метода осмотического шока вызывает появление Тц, тогда как обычная иммунизация этим экзогенным антигеном вызывает исключительно Тх- ответ.

Протеазомы - клеточные органеллы, разрушающие цитоплазматические белки

Образование комплексов антигенных пептидов с молекулами МНС класса I происходит в шерохо

ватом эндоплазматическом ретикулуме (ЭР), но сами эти (эндогенные) пептиды образуются из белков цитозоля. На первом этапе процесса действуют органеллы, названные протеазомами. Они представляют собой комплексы из 12—15 различных субъединиц, которые обеспечивают основную протеолитическую активность цитозоля. Протеазомы содержат, например, набор эндопептидаз, расщепляющих денатурированные или отмеченные убиквитином белки до пептидов, насчитывающих от 5 до 15 аминокислотных остатков. (Убиквитин — это полипептид, который присоединяется к белкам в качестве метки, предопределяющей их расщепление.) Две субъединицы протеазом кодируются входящими в МНС генами LMP2 и LMP7. у-Интер- ферон индуцирует экспрессию этих генов, и их продукты вытесняют конститутивные (неинду- цибельные) компоненты протеазомы. Целый ряд доказательств, включая результаты направленной модификации генов и опытов с ингибиторами протеазом, свидетельствует об участии LMP2 и LMP7 в процессинге всех пептидов, образующих комплексы с молекулами МНС класса 1.

В полость ЭР образующиеся в цитозоле под действием протеазом пептиды попадают с помощью гетеродимерных транспортных белков из суперсемейства «АВС», кодируемых двумя генами — ТАР1 и ТАР2. Эти гены картированы вблизи генов LMP2 и LMP7 (рис. 9.24). Установлено, что перенос антигенных пептидов в ЭР способны осуществлять выделенные из клеток микросомы, но микросомы из клеток, дефицитных по генам ТАР1 и ТАР2, такой способностью не обладают. Наиболее эффективный перенос происходит в том случае, если пептиды содержат 8—15 аминокислотных остатков. Пептиды именно такой длины предпочтительно связываются с молекулами МНС класса I, однако перед комплексированием они, возможно, подвергаются дополнительному процессингу.

Как установлено недавно, при процессинге эндогенных антигенов партнеры взаимодействия могут и физически, и функционально ассоциировать друг с другом. Например, новосинтезиро- ванные комплексы из молекул МНС класса 1 и Р2-микроглобулина ассоциируют с ТАР в ЭР и диссоциируют после переноса из ЭР на цис-сторону комплекса Гольджи. Компартментация различных продуктов процессинга способствует, предположительно, наиболее эффективному на-

Гены МНС, продукты которых участвуют в процессинге и презентации антигенов

Рис. 9.24

Гены транспортных белков (ТАР) и компонентов протеазом (LMP) расположены у мыши в комплексе Н-2, у человека - в комплексе НГА.

коплению антигенных пептидов в антигенпрезентирующей клетке.

Антигенные пептиды, перенесенные в ЭР, образуют комплексы с молекулами МНС класса I (j)uc. 9.25). Образование таких комплексов — это сложный процесс, в котором принимают участие белки-«шепероны» (т. е. спутники, помощники), такие как кальнексин. Шепероны инициируют и

организуют сборку стабильного, транспортируемого на поверхность клетки комплекса, состоящего из тяжелой цепи класса I, [32-микроглобу- лина и антигенного пептида. В отсутствие антигенного пептида такие комплексы нестабильны, поэтому Т-клеткам могут быть представлены (презентированы) только комплексы, полностью функционально активные.

Образование комплексов антигенных пептидов эндогенногопроисхождения с молекулами МНС класса IОбразование комплексов антигенных пептидов эндогенногопроисхождения с молекулами МНС класса I

Образование комплексов антигенных пептидов эндогенногопроисхождения с молекулами МНС класса I

Образование комплексов антигенных пептидов эндогенногопроисхождения с молекулами МНС класса I

Рис. 9.25

Предполагаемая последовательность образования комплексов антигенный пептид - молекула МНС. Цитоплазматические антигены процессируются протеазо- мами, две субъединицы которых кодируются генами LMP2 и LMP7 из комплекса МНС. Перенос пептидов осуществляют два транспортных белка (из суперсемейства «АВС»), кодируемых генами ТАР1 и ТАР2, также относящимися к МНС. Антигенные пептиды образуют комплекс с тяжелыми цепями молекул МНС класса I и (32-микроглобулином в эндоплазматическом ретикулуме (ЭР). Молекулярные шепероны, такие как кальнексин, присоединяются к еще неполностью готовым комплексам антигенный пептид - молекула МНС класса I. После этого готовые комплексы транспортируются на поверхность клетки (рис. 9.26).

Предполагаемые пути внутриклеточных перемещений молекул МНС, связанных с презентацией антигенаПредполагаемые пути внутриклеточных перемещений молекул МНС, связанных с презентацией антигенаРис. 9.26Новосинтезированные молекулы класса I ассоциируют с антигенным пептидом (1). Молекулы класса II присоединяют цепи li в полости ЭР (2). Белок Н препятствует ассоциации молекул класса II с антигенными пептидами и содержит последовательности, которые позволяют этим молекулам выйти из ЭР. Молекулы класса I и класса II разделяются после прохождения через комплекс Гольджи (3). Молекулы класса I направляются непосредственно к клеточной поверхности (4). Молекулы класса II поступают в кислотный компартмент - везикулы MIIC, где образуют комплекс с пептидами антигенов экзогенного происхождения, после того как инвариантный пептид CLIP покинет пептидсвязывающую полость (5).Рис. 9.26Новосинтезированные молекулы класса I ассоциируют с антигенным пептидом (1). Молекулы класса II присоединяют цепи li в полости ЭР (2). Белок Н препятствует ассоциации молекул класса II с антигенными пептидами и содержит последовательности, которые позволяют этим молекулам выйти из ЭР. Молекулы класса I и класса II разделяются после прохождения через комплекс Гольджи (3). Молекулы класса I направляются непосредственно к клеточной поверхности (4). Молекулы класса II поступают в кислотный компартмент - везикулы MIIC, где образуют комплекс с пептидами антигенов экзогенного происхождения, после того как инвариантный пептид CLIP покинет пептидсвязывающую полость (5).собны процессировать и презентировать белковые антигены. Когда из таких мутантных клеток были выделены молекулы класса II, а затем проанализированы связанные с ними пептиды, оказалось, что в основном это инвариантный поли-собны процессировать и презентировать белковые антигены. Когда из таких мутантных клеток были выделены молекулы класса II, а затем проанализированы связанные с ними пептиды, оказалось, что в основном это инвариантный поли-

Предполагаемые пути внутриклеточных перемещений молекул МНС, связанных с презентацией антигена

Предполагаемые пути внутриклеточных перемещений молекул МНС, связанных с презентацией антигена

Рис. 9.26

Новосинтезированные молекулы класса I ассоциируют с антигенным пептидом (1). Молекулы класса II присоединяют цепи li в полости ЭР (2). Белок Н препятствует ассоциации молекул класса II с антигенными пептидами и содержит последовательности, которые позволяют этим молекулам выйти из ЭР. Молекулы класса I и класса II разделяются после прохождения через комплекс Гольджи (3). Молекулы класса I направляются непосредственно к клеточной поверхности (4). Молекулы класса II поступают в кислотный компартмент - везикулы MIIC, где образуют комплекс с пептидами антигенов экзогенного происхождения, после того как инвариантный пептид CLIP покинет пептидсвязывающую полость (5).

Рис. 9.26

Новосинтезированные молекулы класса I ассоциируют с антигенным пептидом (1). Молекулы класса II присоединяют цепи li в полости ЭР (2). Белок Н препятствует ассоциации молекул класса II с антигенными пептидами и содержит последовательности, которые позволяют этим молекулам выйти из ЭР. Молекулы класса I и класса II разделяются после прохождения через комплекс Гольджи (3). Молекулы класса I направляются непосредственно к клеточной поверхности (4). Молекулы класса II поступают в кислотный компартмент - везикулы MIIC, где образуют комплекс с пептидами антигенов экзогенного происхождения, после того как инвариантный пептид CLIP покинет пептидсвязывающую полость (5).

собны процессировать и презентировать белковые антигены. Когда из таких мутантных клеток были выделены молекулы класса II, а затем проанализированы связанные с ними пептиды, оказалось, что в основном это инвариантный поли-

собны процессировать и презентировать белковые антигены. Когда из таких мутантных клеток были выделены молекулы класса II, а затем проанализированы связанные с ними пептиды, оказалось, что в основном это инвариантный поли-

Молекулы МНС класса II образуют комплексы с антигенными пептидами экзогенного происхождения в эндосомах

а- и Р-цепи молекул МНС класса II найдены в ЭР в виде комплексов с полипептидом, который был назван инвариантной цепью (И); этот белок кодируется геном, не относящимся к МНС. Комплекс ар—И транспортируется через аппарат Гольджи в эндосому или лизосому, где в кислой среде происходит освобождение IL На основании экспериментальных данных можно предполагать, что диссоциация h из аР-комплекса позволяет антигенному пептиду занять его место. Комплекс молекул МНС класса II с антигенным пептидом находится в эндосоме/лизосоме 1—3 ч, прежде чем поступает на клеточную поверхность.

Каким образом пептиды экзогенных антигенов встречаются с молекулами класса II в соответствующих клеточных органеллах? Для ответа на этот вопрос нужно рассмотреть пути внутриклеточных перемещений молекул МНС. После сборки комплексов в ЭР оба класса молекул МНС проходят через комплекс Гольджи — молекулы класса I в ассоциации с антигенными пептидами эндогенного происхождения и молекулы класса II, связанные с инвариантной цепью (И). Молекулы МНС одного класса отделяются от молекул другого на транс-стороне комплекса Гольджи. Затем молекулы класса II на пути к плазматической мембране попадают в особые эндосомы или лизосомы, которые отличаются от обычных тем, что, по-видимому, специально предназначены для накопления и транспорта этих молекул (рис. 9.26).

Главным достижением исследований последних лет стала идентификация клеточных органелл (везикул), в которых молекулы МНС класса II ассоциируют с антигенными пептидами. Эти везикулы, названные МПС, имеют сложную мембранную структуру (при электронной микроскопии она выглядит наподобие луковой кожуры) и обладают одновременно свойствами эндосом и лизосом.

Ключевая роль в образовании комплексов с антигенными пептидами принадлежит, как выяснилось, молекуле HLA-DM, сходной с молекулами класса II. Эта молекула состоит из а-цепи и p-цепи, кодируемых генами DMA и DMB (область класса II комплекса НГА). У линий мутантных клеток, лишенных этих генов, молекулы класса II нестабильны, а сами эти клетки не спо-

пептид, CLIP (от англ, class II associated invariant peptide). Как установлено, HLA-DM катализирует диссоциацию CLIP из комплекса с молекулой класса 11 в кислой среде in vitro, открывая возможность связывания с ней пептидов экзогенного происхождения.

По всей вероятности экзогенный антиген попадает в антигенпрезентирующие клетки путем

опосредованного рецепторами или жидкофазного эндоцитоза. Ферментативное расщепление эндоцитированных белков происходит в эндосомах или лизосомах, и образовавшиеся пептиды связываются с молекулами класса II при участии HLA-DM в качестве катализатора. После этого новообразованный комплекс направляется к поверхности клеток.

Вопросы для размышления

Что означает термин эпитоп? Каковы размеры эпитопа? Могут ли эпитопы перекрывать друг друга? В какой части молекулы белкового антигена вероятнее найти эпитопы? Какие типы аминокислотных остатков обычно входят в состав эпитопов?

■ Если имеются моноклональные антитела к антигену известной структуры, как можно определить ту часть антигена, которую эти антитела распознают?

Представляет ли собой специфичность антител точно измеряемую характеристику для данного образца или она зависит от физиологических и экспериментальных условий, в которых выявляется действие антител?

Большей ли специфичностью к антигену обладают моноклональные антитела по сравнению с поликлональной антисывороткой?

Презентируется ли антигенный пептид в комплексе с молекулами МНС класса I или класса II, зависит не от его структуры, а от типа внутриклеточных органелл, в которых он встречается с соответствующей молекулой МНС. Каковы преимущества такого механизма презентации антигена для функционирования иммунной системы?

Каким образом знание механизмов презентации антигена может помочь при конструировании пептидных вакцин?

Какое влияние на процесс презентации антигена могут оказывать мутации или модификации генов ТАР или LMP?

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Amigorena S., Drake J. R., Webster P. et al. 1994. Transient accumulation of new class II MHC molecules in a novel endocytic compartment in В lymphocytes. Nature 369: 113-120.

Benaroch P., Villa M., RaposoG. etal., 1995. How MHC class II molecules reach the endocytic pathway. EMBOJ. 14: 37-49.

Burton D. R. Structure and function of antibodies. In: Calabi F. Neuberger M.S., eds. Molecular Genetics of Immunoglobulin. Amsterdam: Elsevier Science Publishers: 1987: 1-50.

DeFranco A. L. 1993. Structure and function of the В cell antigen receptor. Annu. Rev. Cell. Biol. 9: 377-410.

Demotz S., Grey H. M., Appella E. et al. 1989. Characterization of naturally processed MHC class Il-restricted T-cell determinant of hen egg lyzosym. Nature 9: 377-410.

Denzin L. K., Creswell P. 1995. HLA-DM induces CLIP dissociation from MNC class II оф dimers and facilitates peptide loading. Cell 82: 155-165.

Falk K., Rotzschke O., Stevanovic S. et al. 1991. Allelespecific motifs revealed by sequencing of selfpeptides eluted from MHC molecules. Nature 351: 290-296.

Fling S. P., Arp B., Pious D. 1994. HLA-DMA and -DMB genes are both required for MHC class ll/peptide complex formation in antigen-presenting cells. Nature 368: 544-558.

Germain R. N. 1994. МНС-dependent antigen processing and peptide presentation providing ligands for T lympocyte activation. Cell 76: 287-299.

Getzoff E. D., Tainer J. A., Lerner R. A. 1988. The chemistry and mechanism of antibody binding to protein antigens. Adv. Immunol. 43: 1-98.

Hammer J., Valsasnini P. Tolba K. et al. 1993. Promiscuous and allele-specific anchors in HLA-DR- binding peptides. Cell 74: 197-203.

Hemmels M. T., Ploegh H. 1995. Generation, translocation and presentation of MHC class I- restricted peptides. Annu. Rev. Biochem. 64:

463-91.

HuntD. G., Henderson R.A., Shabanowitz J. etal. 1995. Characterization of peptides bound to the class I MHC molecule HLA-A2. 1 by mass spectrometry. Science 255: 1261-1263.

Jardetzky T. S., Lane W. S. Robinson R. A. et al. 1991. Identification of self peptides bound to purified HLA- B27. Nature 353: 326-329.

Madden D. 1995. The three dimensional structure of peptide-МНС complexes. Annu. Rev. Immunol. 13: 587-622.

Miyazaki!., Wolf P., TourneS. etal. 1996. Mice lacking H2-M complexes: anigmatic elements of the MHC class II peptide-loading pathway. Cell 84: 531-541.

Morris P., Shaman J. Attaya M. et al. 1994. An essential role for HLA-DM in antigen presentation by class II major histocompatibility molecules. Nature 368: 551-554.

Neefjes J. J., Stollorz V , Peters P. J. et al. 1990. The biosynthetic pathway of MHC class II but not class I moleculws intersects the endocytic route. Cell 61: 171-183.

Roy S., Scherer M. T., Briner T. J. et al. 1989. Murine MHC polymorphism and T cell specificities. Science 244: 572-575.

Rudensky A., Preston H. P., Hong S. C. et al. 1991. Sequence analysis of peptides bound to MHC class II molecules. Nature 353: 660-662.

Tulp A., Verwoerd D., Dobberstein B. et al. 1994. Isolation and characterization of the intracellular MHC class II compartment. Nature 369: 120-126.

Wiliams D. B., Vassilakos A., Suh W. K. 1996. Peptide presentation by MHC class I molecules. Trends Cell. Biol. 6: 267-273.

York I. A., Rock K. L, 1996. Antigen processing and presentation by the class I major histocompatibility complex. Annu. Rev. Immunol. 14: 369-396.

Цитокинам принадлежит центральная роль в положительной и отрицательной регуляции иммунного ответа, а также в его интеграции с физиологическими функциями других систем организма - эндокринной и гемопоэтической.

Распознавание микробных структур происходит в самом начале реакции организма на инфекцию, до развития специфического иммунного ответа. Тип последующего ответа зависит в основном от выделяемых цитокинов.

Регуляцию иммунного ответа осуществляют хелперные Т-клетки (Тх). Отвечая на антиген, они выделяют различные наборы цитокинов и тем самым инициируют разные эффекторные функции. Так, Тх1-клетки активируют макрофаги, а Тх2-клетки способствуют образованию антител. Если активирована неадекватная эффекторная функция, элиминации возбудителя не происходит и развивается хроническая иммунопатология.

Иммунный ответ Тх1 -типа подавляет ответ Тх2-типа, и наоборот.

Большинство цитотоксических Т-клеток распознает антиген, презентированный в ассоциации с молекулами МНС класса I, тогда как НК-клетки реагируют на мишени, не экспрессирующие эти молекулы.

Цитотоксическая активность клеток-киллеров - это комбинированное воздействие на клетки-мишени путем прямого контакта, выделения цитокинов и экзоцитоза белков из гранул, в частности перфорина и гранзимов.

Активированные макрофаги уничтожают поглощенные ими микроорганизмы с помощью высокоактивных метаболитов кислорода и азота.

Когда реакции клеточного иммунитета не обеспечивают устранения инфекции или персистирующего антигена и поэтому не могут завершиться, в тканях возникает хронический деструктивный воспалительный процесс или образуются гранулемы. При этом непосредственное разрушение жизненно важных клеток или вторичные микрососудистые нарушения, обусловленные избыточным выделением цитокинов, могут стать причиной иммунопатологии.

Термин клеточный иммунитет (иммунитет, опосредованный клетками) первоначально служил для обозначения местных реакций (обычно на внутриклеточно локализующиеся возбудители), осуществляемых лимфоцитами и фагоцитами без участия антител — эффекторов гуморального иммунитета. Теперь этот термин часто используют в более широком смысле, для описания такого противоинфекционного или противоопухолевого иммунного ответа, в котором антителам принадлежит не ведущая, а вспомогательная роль.

Однако полностью разделить клеточный иммунитет и гуморальный невозможно: в инициации образования антител участвуют клетки, а в некоторых реакциях клеточного иммунитета важную связующую функцию выполняют антитела. Более того, не существует, по-видимому, клеточного иммунитета без образования антител, которые способны различными путями модифицировать опосредованный клетками иммунный ответ. Так, комплексы антиген—антитело вызы

вают высвобождение хемотаксических фрагментов комплемента, усиленно привлекающих лейкоциты в очаг воспаления, и, кроме того, благодаря Fc-рецепторам антитела могут принимать участие в связывании антигенов с клетками и тем самым влиять на реакции клеточного иммунитета, в частности обеспечивать прикрепление фагоцитов и цитотоксических Т-клеток к клеткам-мишеням. Вообще, при скоординированном иммунном ответе происходит многосторонний обмен сигналами между различными типами вступающих в него лейкоцитов и тканевыми клетками.

Межклеточная сигнализация в иммунной системе осуществляется путем непосредственного контактного взаимодействия клеток, в котором участвуют их поверхностные молекулы, или с помощью цитокинов, называемых «белками связи». Эти белки действуют как растворимые медиаторы межклеточных взаимодействий. Вместе с гормонами и нейромедиаторами они составляют основу языка химической сигнализации, путем которой в многоклеточном организме регулируется

морфогенез, регенерация тканей и иммунный ответ. Наряду с сигналами, возникающими при взаимодействии клеток с антигеном или друг с другом, существует цитокиновая сигнальная сеть, регулирующая реакции врожденного и приобретенного иммунитета, в том числе воспаление, противовирусную защиту, клональную пролиферацию антигенспецифичных Т- и В-клеток и их функции.

ЦИТОКИНЫ И ИХ КЛЕТОЧНЫЕ РЕЦЕПТОРЫ

Цитокины — это небольшие белки (мол. масса от 8 до 80 кДа), действующие аутокринно (т. е. на клетку, которая их продуцирует) или паракринно (на клетки, расположенные вблизи). Образование и высвобождение этих высокоактивных молекул обычно происходят кратковременно и жестко регулируются. К настоящему времени у человека идентифицировано уже более ста различных цитокинов, и постоянно появляются сообщения об открытии новых. Цитокины воздействуют на клетку, связываясь со специфическими рецепторами на цитоплазматической мембране и вызывая этим каскадную реакцию, ведущую к индукции, усилению или подавлению активности ряда регулируемых ими генов.

Многие цитокины имеют по несколько названий. Это связано с тем, что они были независимо открыты в различных областях исследований — иммунологии, вирусологии, гематологии, клеточной биологии и онкологии. К цитокинам относятся интерлейкины (ИЛ), обозначаемые сейчас номерами от ИЛ-1 до ИЛ-18, интерфероны (ИФ), колониестимулирующие факторы (КСФ), факторы некроза опухолей (ФИО), факторы роста и хемокины (хемотаксические цитокины) (рис. 10.1). Причина многих недоразумений в номенклатуре цитокинов состоит в том, что они, по крайней мере in vitro, проявляют многообразные активности; примером может служить ИЛ-б, эффекты которого очень разнообразны (рис. 10.2). Кроме того, в ряде случев один и тот же цитокин был выделен независимо в нескольких лабораториях при использовании совершенно разных экспериментальных систем. Путаницу с названиями усугубляет еще и частичное совпадение активностей у ряда цитокинов, создающее впечатление некоторой избыточности их функций. Дополнительные трудности в изучении цитокинов возникают из-за того, что эти медиаторы редко образуются по отдельности и редко действуют

Некотор ле наиболее известные цитокины

Название

Сокращенное название

Примеры

Интерлейкины

ИЛ

И Л-1, ИЛ-2 итд.

Интерфероны

ИФ

ИФа, ИФР, ИФу

Факторы некроза опухолей

ФИО

ФНОа ФНО0

Факторы роста

ФР

ФРН, ФРЭ

Колониестимулирующие факторы

КСФ

М КСФ Г-КСФ, ГМ-КСФ

Хемокины

-

RANTES, МСР-1,М1Р-1а

Рис. 10.1

Номенклатура цитокинов отчасти отражает ту функциональную активность, по которой каждый из них был впервые обнаружен, а также очередность их обнаружения.

поодиночке. Одним словом, для цитокинов характерен сложный сетевой характер функционирования, при котором продукция одного из них влияет на образование или проявление активности ряда других. In vivo отдельная клетка организма редко становится мишенью какого-либо одного цитокина. Гораздо чаще отдельные цитокины служат как бы буквами некоего алфавита, образующими целое цитокиновое «слово», и реакция клетки возникает в результате воздействия на ее поверхность именно такого «слова».

Наиболее важные функции цитокинов и их рецепторов в иммунном ответе будут рассмотрены ниже; вначале необходимо остановиться на основных аспектах молекулярной биологии этих белков.

Цитокины и их рецепторы подразделяются на ряд семейств

Между индивидуальными цитокинами или их группами существует лишь небольшое сходство на уровне ДНК и аминокислотной последовательности, но все же они распределяются по гомологии на несколько больших семейств. Из них наиболее значительны три семейства: первое состоит из не менее чем 15 «-интерферонов (ИФа), второе из более чем 50 хемокинов (по данным анализа генома) и третье включает цитокины, которые связываются с рецепторами для ФИО. Гораздо легче, однако, сгруппировать цитокины не по функциям, а по характеру их трехмерной структуры, и такое подразделение четко отражает

Функциональная активность интерлейкина-6 (ИЛ-6)Функциональная активность интерлейкина-6 (ИЛ-6)Рис. 10.2Цитокин ИЛ-6 оказывает типичное для цитокинов разноплановое воздействие на многие системы органов. В частности, он стимулирует образование и активность остеокластов, особенно после падения концентрации эстрагенов.Рис. 10.2Цитокин ИЛ-6 оказывает типичное для цитокинов разноплановое воздействие на многие системы органов. В частности, он стимулирует образование и активность остеокластов, особенно после падения концентрации эстрагенов.внутригрупповое сходство (по конформации и аминокислотной последовательности) клеточных цитокиновых рецепторов. Наиболее крупное семейство — суперсемейство — цитокиновых рецепторов характеризуется наличием в составе молекул внеклеточных участков с гомологичной последовательностью длиной примерно 200 аминокислотных остатков. К этому суперсемейству относятся рецепторы к ИЛ-2, ИЛ-3, ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-б, ИЛ-7, ИЛ-9, ИЛ-12, гранулоцитарному колониестимулирующему фактору (Г-КСФ) и гранулоцитарно-макрофагальному колониестимулирующему фактору (ГМ-КСФ). В него же входят рецепторы для гуморальных факторов, действующих преимущественно вне иммунной системы, — гормона роста и пролактина. Второе по величине семейство объединяет рецепторы к интерферонам всех типов, а также рецепторы к ИЛ-1а, ИЛ-ip и макрофагальному колониестимулирующему фактору (М-КСФ). Это семейство входит как составная часть в суперсемейство им- муноглобулин-подобных молекул.

Функциональная активность интерлейкина-6 (ИЛ-6)

Функциональная активность интерлейкина-6 (ИЛ-6)

Рис. 10.2

Цитокин ИЛ-6 оказывает типичное для цитокинов разноплановое воздействие на многие системы органов. В частности, он стимулирует образование и активность остеокластов, особенно после падения концентрации эстрагенов.

Рис. 10.2

Цитокин ИЛ-6 оказывает типичное для цитокинов разноплановое воздействие на многие системы органов. В частности, он стимулирует образование и активность остеокластов, особенно после падения концентрации эстрагенов.

Цитокиновые рецепторы третьего семейства связывают ФНОа и ФНОр, лимфотоксин и ряд родственных цитокинов, в том числе фактор роста нервов (ФРИ). К этому же рецепторному семейству относится молекула Fas (CD95), связывание которой с лигандом FasL служит сигналом клеточной гибели.

Большинство цитокиновых рецепторов — это мембранные гликопротеины 1 типа, состоящие из одного-единственного трансмембранного домена. Однако действительно функциональные рецепторы, как правило, состоят из двух или большего числа субъединиц, которые могут иметь одинаковую структуру даже у различных по специфичности рецепторных комплексов. Обычно рецептор содержит «частную» высокоспецифичную субъединицу, способную связывать определенный цитокин, и «общую» субъединицу, которая встречается в рецепторах для других цитокинов. Например, рецепторный комплекс для ИЛ-2 состоит из трех субъединиц (а, р и у). Субъединица ИЛ-2Рр встречается также в ре-

ИЛ-2Р

Рис. 10.3

Высокоаффинный рецептор для ИЛ-2 образован тремя полипептидными цепями; a-цепь и p-цепь обеспечивают связывание цитокина, у-цепь передает возникающий при этом сигнал внутрь клетки. Рецептор для ИЛ-4 имеет уникальную a-цепь, специфически распознающую именно этот цитокин, и сигнальную у-цепь, идентичную у-цепи рецептора для ИЛ-2.

цепторе для ИЛ-15, а ИЛ-2Ру — в рецепторах для ИЛ-4, ИЛ-7 и ИЛ-9 (рис. 10.3). Подобным же образом ИЛ-6РР (известный KaKgpl30) содержится в качестве субъединицы в рецепторах для таких цитокинов, как LIF (от англ, leukaemia inhibitory factor — фактор подавления лейкемии), онкостатин М и ИЛ-11. Сходная функциональная активность некоторых цитокинов отчасти объясняется, возможно, наличием одинаковых субъединиц в их клеточных рецепторах. Поэтому, видимо, ИЛ-6, ИЛ-И и онкостатин М одинаково действуют на гепатоциты, мегакариоциты и остеокласты, а дублирующий эффект ИЛ-2 и ИЛ-4 в качестве факторов роста Т-клеток обусловлен, по всей вероятности, присутствием в рецепторах для того и другого цитокина идентичной ИЛ-2Ру-це- пи. В то же время благодаря дифференциальной экспрессии частных рецепторных субъединиц каждый цитокин обладает и уникальной активностью в отношении клеток определенного типа. Например, LIF может задерживать дифференцировку эмбриональных стволовых клеток, тогда как ИЛ-6 такой активностью не обладает, поскольку эти клетки не экспрессируют соответствующего рецептора.

Все хемокины связываются рецепторами отдельного класса, объединенными на основе их уникальной структуры под общим названием семь трансмембранных гликопротеинов. Некоторые из них настолько специфичны, что связывают только один определенный хемокин, тогда как другие обладают сродством к ряду хемоки- нов. Существует также один рецептор (он известен как групповой эритроцитарный антиген Даффи), который «без разбора» связывает многие хемокины и, вероятно, принимает участие в ликвидации образующегося в очаге воспаления избытка этих медиаторов. Хемокины связываются также с Р-адренорецепторами. Это еще одно свидетельство перекрывания системы цитокинов и других сетевых сигнальных систем, образуемых растворимыми медиаторами.

Связывание цитокиновых рецепторов активирует механизм внутриклеточной передачи сигналов

Современные представления о биологической роли цитокинов основаны на данных структурного анализа их молекул и изучении механизмов внутриклеточной передачи вызываемых ими сигналов. Благодаря таким исследованиям сейчас можно уже довольно детально проследить эту цепь последовательных событий белок-белково- го распознавания, от момента связывания цитокина с клеточной поверхностью до мобилизации различных факторов транскрипции в ядре клетки. Как известно, первая стадия цитокиновой сигнализации — это вызванная присоединением цитокина агрегация субъединиц рецептора. Цитоплазматические «хвосты» этих субъединиц, взаимодействуя между собой, запускают нисходящий каскад сигнализации. В самом простом случае одинаковые субъединицы рецепторной молекулы, связавшись с цитокином, образуют гомодимер, в другом случае «частная» субъединица после присоединения цитокина вызывает гетеро- или гомодимеризацию «общих» субъединиц, передающих сигнал внутрь клетки (рис. 10.4).

Все цитокиновые рецепторы, относящиеся к первому семейству (суперсемейству), как и представители некоторых других рецепторных семейств, ассоциированы с молекулами, названными Янус-киназами (Jaks, от англ. Janus kinases). Активация цитокиновых рецепторов вызывает активацию Jaks, в частности киназ, фосфорилирующих тирозин (Тук, от англ, tyrosine

Принципиальная схема взаимодействияцитокина с клеткой

Рис. 10.4

Упрощенная схема активации клетки цитокином. (Представлено взаимодействие ИЛ-6 с его рецептором.) Связавшись с рецептором на поверхности клетки, цитокин вызывает димеризацию или полимеризацию его поли- пептидных цепей, в результате которой активируются механизмы внутриклеточной сигнализации (например, киназные каскады). Это приводит к образованию активных факторов транскрипции, которые мигрируют в ядро и связываются с энхансерами - нуклеотидными последовательностями, усиливающими транскрипцию генов, активируемых данным цитокином.

Пути внутриклеточной передачи сигнала

Рис. 10.5

Схема активируемых ИФа механизмов внутриклеточной передачи сигнала. Связывание с ИФа вызывает агрегацию двух субъединиц клеточного рецептора В результате происходит активация и фосфорилирование Jak-киназ - Jakt и Тук2, которые затем фосфорилируют молекулы Stall и Stat2 Эти факторы транскрипции образуют комплекс с белком р48, который связывается с ДНК. Образовавшийся комплекс достигает ядра клетки и индуцирует транскрипцию генов, несущих регуляторный элемент ответа на интерферон (ISRE, от англ, interferon response element).

kinases). Большая часть (если не все) функции цитокиновых рецепторов осуществляются с обязательной активацией Jaks Выполняя свою главную функцию, т. е. агрегируя субъединицы рецептора, цитокин одновременно вызывает агрегацию Jaks. Затем под действием этихЯнус-киназ происходит сопряженное с присоединением цитокина фосфорилирование остатков тирозина в составе различных сигнальных белков, в том числе переносчиков сигнала и активаторов транс

крипции (Stats, от англ, signal transducers and activators of transcription). Димеры белков Stats перемещаются к ядру клетки и связываются непосредственно с ДНК. Этот вид сигнализации изображен на рис. 10.5 на примере связывания ИФа с его клеточным рецептором.

Каждый цитокин индуцирует различные механизмы внутриклеточной передачи сигнала в зависимости от того, какую из активностей он проявляет — общую с другими цитокинами или спе-

цифическую, индивидуальную. Например, в Т-клетках каждый из трех интерлейкинов — ИЛ-2, ИЛ-4 и ИЛ-9, взаимодействуя с субъединицей ИЛ-2Ру, активирует Jaki и Jak3; в то же время ИЛ-10 вызывает активацию Jaki и Тук2, а ИЛ-12 таким же образом действует на Jak2 и Тук2. Дополнительная вариабельность ответа клеток на цитокины возникает на этапе фосфорилирования Stats, поскольку каждый цитокин активирует

Дифференцировка Тх-клеток CD4+

ТхПрТхО

Тх1

Тх2

ТхПм

ИЛ-2ИЛ-2

ИЛ-12

ИЛ-2

ИФу

ИФу

Фнор

ТФРР

ИЛ-3

ИЛ-3

ИЛ-4

Г ил-4 “1

ИЛ-5

ИЛ-5

ил-е

ИЛ-6

ИЛ-9

ИЛ-9

ил-ю

ИЛ-10

ИЛ-13

ИЛ-13

ГМ-КСФ ФНОа

ГМ-КСФ ФНОа

ГМ-КСФ

ФНОа

Рис. 10.6

Схема дифференцировки Т-хелперов мыши с образованием субпопуляций клеток с разными профилями выделяемых цитокинов. Цитокины ИЛ-12, ИФу и ФНОр способствуют появлению клеток Тх1, а ИЛ-4 стимулирует созревание Тх2. От профиля выделяемых Т-хелперами цитокинов зависит тип и, следовательно, функции активируемых эффекторных клеток.

«свой» набор этих переносчиков сигнала и активаторов транскрипции. В ответе на цитокины, вероятно, и состоит главная функция.Stats. Другие пути сигнализации, в первую очередь с активацией Ras/MAP-киназы, ведут к пролиферации клеток под действием соответствующих цитокинов, однако некоторые цитокины могут активировать механизм сигнализации, ведущий к апоп- тотической гибели клетки. Функциональная гибкость сигнальных систем возрастает еще больше благодаря тому, что активировать Stats могут не только Jaks, но и киназы иного происхождения. Например, в случае цитокинов ФНОа и ИЛ-ip действует механизм внутриклеточной сигнализации с участием не Jaks и Stats, а MAP-киназ; в результате с ДНК связываются такие активаторы транскрипции, как АР-1, NFkB и NFIL-6.

Как специфическое, так и плейотропное действие хемокинов в конечном итоге влияет на перемещение клетки, но это сложный эффект: вслед за присоединением хемокинов к рецепторам происходит передача сигнала на G-белки, затем мобилизация вторых, внутриклеточных посредников, реорганизация цитоскелета, образование ограниченных адгезивных контактов, прилипание и отлипание клеточной поверхности, вытяжение и сокращение псевдоподий — все эти этапы необходимы для направленной миграции. Хемокины, подобные RANTES и М1Р-1а, могут также активировать Stats, образуя шунт между путями сигнализации с участием G-белков и Stats. Итак, постепенно область исследований цитокинов превращается из запутанного клубка множественных активностей во все более понятную систему белков-регуляторов со своими рецепторами и четкими путями сетевой внутриклеточной сигнализации.

Дифференцировка Т-хелперов на субпопуляции составляет важный этап в определении эффекторных механизмов иммунного ответа

Как теперь установлено, существуют две субпопуляции Тх-клеток CD4+, различающихся по набору (профилю) синтезируемых ими цитокинов, и от этого профиля зависит, какой из двух основных типов иммунного ответа будет реализован (рис. 10.6). У человека Тх1-клетки, как правило, продуцируют ИФу, ФНОр и ИЛ-2 и участвуют в опосредованных клетками воспалительных реакциях. Некоторые из цитокинов, выделяемых Тх1,

обладают провоспалительной активностью, а также стимулируют цитотоксические клетки и Т- эффекторы гиперчувствительности замедленного типа. В противоположность Txl-клеткам клетки Тх2 синтезируют ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-9, ИЛ-10 и ИЛ-13 и усиливают образование антител, особенно класса IgE. В результате они стимулируют гиперпродукцию антител и аллергические реакции. Помимо всего прочего, цитокины, выделяемые Тх1-клетками, подавляют активность Тх2-клеток, и наоборот. Таким образом, любой иммунный ответ развивается в направлении либо Тх1-, либо Тх2-типа (рис. 10.7).

Недавно выявлены различия между Тх1- и Тх2-клетками по маркерам поверхности. Для клеточной мембраны Тх1 характерно наличие LAG-3 — антигена, относящегося к суперсемейству иммуноглобулин-подобных молекул. Клетки Тх2 экспрессируют в гораздо большем количестве по сравнению с Txl-клетками маркер CD30, относящийся к семейству рецепторов для ФНО.

Определение (выбор) типа ответа — Тх1 или Тх2 — имеет принципиальное значение для раз-

Избирательная индукция эффекторных механизмов Тх1 - и Тх2-клетками

Рис. 10.7

Выделяя разные наборы цитокинов, Тх1- и Тх2-клетки не только стимулируют различные эффекторные механизмы иммунного ответа, но и взаимно подавляют иммунорегуляторную активность друг друга.

вития эффективного иммунитета и, по-видимо- му, зависит от многих взаимодействующих между собой факторов. Среди них на характер дифференцировки Тх-клеток CD4+ и тем самым на профиль цитокинов, определяющих тип ответа, могут влиять следующие:

профиль и количественное соотношение цитокинов, выделяемых под действием антигена. Например, ИЛ 12 служит мощным стимулом продукции Т- и НК-клетками у-интерферона и, следовательно, дифференцировки Тх-клеток в Тх1. В то же время а-интерферон, синтезируемый в ранней фазе вирусной инфекции, способен не только индуцировать повышенную экспрессию ИЛ-12, но и переключать Тх- клетки с синтеза Тх2-набора цитокинов на Тх1. Напротив, ранняя продукция ИЛ-4 способствует появлению клеток Тх2;

доза антигена;

антигенпрезентирующие клетки и выделяемые ими цитокины;

генотип организма-хозяина и

активность костимулирующих молекул и гормонов в месте взаимодействия антигена с Тх- клетками.

Из перечисленных факторов дифференцировки Тх-клеток особый интерес представляет последний. Например, глюкокортикоидные гормоны, концентрация которых нарастает в условиях физического или психологического стресса (такие, как кортизол), могут направить развитие иммунного ответа по Тх2-типу. Этому эффекту противодействуют производные дегидроэпиандростерона (ДГЭА), способствующие иммунному ответу Тх1-типа. Концентрации обоих этих гормонов надпочечника регулируются на системном уровне, а также зависят от местного метаболизма в тех органах, где происходит встреча антигена с Тх- клетками. Поэтому соотношение концентраций кортизола и ДГЭА в лимфоидной ткани или в очаге патологии может служить фактором, определяющим тип иммунного ответа.

Иммунный ответ не всегда строго поляризован по Тх1- или Тх2-типу, так как, возможно, имеются и другие субпопуляции Т-хелперов. Тем не менее роли этих двух типов ответа как в формировании протективного иммунитета, так и в иммунопатологии принципиально различны. К настоящему времени установлено, что для многих заболеваний характерно функционирование определенной субпопуляции Т-хелперов. Так, органоспецифическая иммунопатология, острое

отторжение аллотрансплантата, рецидивирующие спонтанные аборты и рассеянный склероз связаны с иммунным ответом Txl-типа. При этих заболеваниях из крови больных легко удается выделить и клонировать Тх1-клетки. Напротив, все клоны Т-клеток от больных атопической бронхиальной астмой, сенсибилизированных к пыльце растений, синтезируют, как и клоны больных системной красной волчанкой, цитокиныТх2-про- филя .

Т-клетки CD8+ также дифференцированы на субпопуляции с различными профилями выделяемых цитокинов

Многие цитотоксические Т-клетки CD8+ выделяют тот же набор цитокинов, что и клетки Тх1. Существуют также Т-клетки CD8+, выделяющие цитокины Тх2-типа. Эта субпопуляция выполняет регуляторные и супрессорные функции. На дифференцировку Т-клеток CD8+ может влиять цитокиновый профиль Т-клеток CD4+. Например ИФуи ИЛ-12 способствуют дифференцировке Т-клеток CD8+ в субпопуляцию Тц1-клеток, а ИЛ-4 — в субпопуляцию Тц2. Однако клетки обеих этих субпопуляций обладают цитотоксической активностью и поражают свои мишени главным образом путем высвобождения содержимого гранул (см. ниже).

ЗАЩИТНЫЕ МЕХАНИЗМЫ, НЕЗАВИСИМЫЕ ОТ Т-КЛЕТОК

Фагоцитоз - важный компонент антимикробной защиты

Первоначальная защитная реакция на любую инфекцию в значительной степени зависит от распознавания общих для разных микробов компонентов особыми клеточными рецепторами, которые отличаются от антигенспецифичных рецепторов Т- и В-клеток.

Многочисленные компоненты микробных клеток способны вызывать хемотаксис фагоцитов в очаг инфекции (рис. 10.8}. Некоторые из этих веществ, например бактериальный эндотоксин, привлекают фагоциты, индуцируя активацию комплемента по альтернативному пути с высвобождением С5а и СЗа. Другие обладают собственной прямой хемотаксической активностью. Так, присущие всем бактериям формилпептиды вызывают хемотаксис и, кроме того, непосредст

венно стимулируют фагоциты, всегда имеющие к ним рецепторы.

Начальная стадия фагоцитоза — это связывание микроба на поверхности фагоцитарной клетки. Связыванию способствует активация комплемента и фиксация на поверхности микробной клетки СЗЬ, с которым затем взаимодействуют рецепторы CR3 фагоцитов. Аналогичным образом, если предварительно с микробной клеткой связываются антитела, в ее поглощении участвуют затем Fc-рецепторы фагоцитов, тем самым способствуя фагоцитозу.

Микроорганизмы, для которых характерна внутриклеточная локализация в организме-хозяине, обладают особыми возможностями связывания с поверхностью фагоцитов: несмотря на то что поглощение происходит обычным путем, последующей активации бактерицидных механизмов не происходит. Эта ситуация, как и сами бактерицидные механизмы, подробнее рассмотрены в гл. 17.

Функции, независимые отТ-клеток: I - фагоцитоз

Рис. 10.8

Большинство микроорганизмов выделяет вещества, вызывающие хемотаксис фагоцитов, и поглощается этими клетками. Последующее уничтожение фагоцитированных микробов не требует дополнительной активации фагоцитов. Этим процессам способствует независимая от антител альтернативная активация комплемента.

Выделение цитокинов могут вызывать компоненты микробных клеток

Другой независимый от Т-клеток и антител механизм противомикробной защиты, весьма важный в начальной стадии инфекции, — это выделение цитокинов и хемокинов из макрофагов и прочих клеток. По-видимому, все инвазивные микробы содержат или выделяют молекулы, способные вызывать такой эффект (см. гл. 17). Среди микробных активаторов высвобождения цитокинов наиболее сильное действие оказывает эндотоксин, или липополисахарид (ЛПС). Сложным образом ЛПС взаимодействует с мембраносвязанными рецепторами на поверхности лейкоцитов и, вероятно, эндотелиальных клеток, в результате чего происходит активация соответствующих

эффекторных функций этих клеток (см. рис. 17.3). Подобным образом может распознаваться и действовать и ряд других консервативных микробных структур.

Среди цитокинов, выделяемых макрофагами под действием микробных компонентов, особая роль принадлежит ФНОа и ИЛ-12. Высвобождаемые на ранней фазе иммунного ответа, эти и другие медиаторы выполняют три следующие фундаментальные функции (рис. 10.9);

служат сигналами для эндотелиальных клеток, начинающих в результате их получения привлекать лейкоциты из кровотока;

Роль цитокинов на ранней стадии иммунного ответаРоль цитокинов на ранней стадии иммунного ответаРис. 10.9Выделяемые макрофагами и тканевыми клетками ФНОа и ИЛ-1 имеют существенное значение в ранней фазе иммунного ответа. Они воздействуют на эндотелий кровеносных сосудов, который после этого начинает привлекать циркулирующие лейкоциты. Следующую за этим миграцию лейкоцитов в ткани, а также активацию прибывших туда клеток вызывают хемокины (ХК). Кроме того, ФНОа сам активирует макрофаги и нейтрофилы. Под действием ФНОа и ИЛ-12 НК-клетки выделяют ИФу, который дополнительно усиливает бактерицидную активность фагоцитов. И, наконец, цитокины, выделяемые макрофагами и другими клетками, включая тучные, направляют развитие иммунного ответа по Тх1 - или Тх2-типу. Все эти события могут происходить еще до включения в иммунный ответ Т-лимфоцитов.Рис. 10.9Выделяемые макрофагами и тканевыми клетками ФНОа и ИЛ-1 имеют существенное значение в ранней фазе иммунного ответа. Они воздействуют на эндотелий кровеносных сосудов, который после этого начинает привлекать циркулирующие лейкоциты. Следующую за этим миграцию лейкоцитов в ткани, а также активацию прибывших туда клеток вызывают хемокины (ХК). Кроме того, ФНОа сам активирует макрофаги и нейтрофилы. Под действием ФНОа и ИЛ-12 НК-клетки выделяют ИФу, который дополнительно усиливает бактерицидную активность фагоцитов. И, наконец, цитокины, выделяемые макрофагами и другими клетками, включая тучные, направляют развитие иммунного ответа по Тх1 - или Тх2-типу. Все эти события могут происходить еще до включения в иммунный ответ Т-лимфоцитов.активируют фагоцитарные клетки в тканях, обеспечивая тем самым «врожденную резистентность» в тот период, когда еще только развивается Т-клеточный иммунитет;

Роль цитокинов на ранней стадии иммунного ответа

Роль цитокинов на ранней стадии иммунного ответа

Рис. 10.9

Выделяемые макрофагами и тканевыми клетками ФНОа и ИЛ-1 имеют существенное значение в ранней фазе иммунного ответа. Они воздействуют на эндотелий кровеносных сосудов, который после этого начинает привлекать циркулирующие лейкоциты. Следующую за этим миграцию лейкоцитов в ткани, а также активацию прибывших туда клеток вызывают хемокины (ХК). Кроме того, ФНОа сам активирует макрофаги и нейтрофилы. Под действием ФНОа и ИЛ-12 НК-клетки выделяют ИФу, который дополнительно усиливает бактерицидную активность фагоцитов. И, наконец, цитокины, выделяемые макрофагами и другими клетками, включая тучные, направляют развитие иммунного ответа по Тх1 - или Тх2-типу. Все эти события могут происходить еще до включения в иммунный ответ Т-лимфоцитов.

Рис. 10.9

Выделяемые макрофагами и тканевыми клетками ФНОа и ИЛ-1 имеют существенное значение в ранней фазе иммунного ответа. Они воздействуют на эндотелий кровеносных сосудов, который после этого начинает привлекать циркулирующие лейкоциты. Следующую за этим миграцию лейкоцитов в ткани, а также активацию прибывших туда клеток вызывают хемокины (ХК). Кроме того, ФНОа сам активирует макрофаги и нейтрофилы. Под действием ФНОа и ИЛ-12 НК-клетки выделяют ИФу, который дополнительно усиливает бактерицидную активность фагоцитов. И, наконец, цитокины, выделяемые макрофагами и другими клетками, включая тучные, направляют развитие иммунного ответа по Тх1 - или Тх2-типу. Все эти события могут происходить еще до включения в иммунный ответ Т-лимфоцитов.

служат одним из сигналов, предопределяющих тип Т-клеточного иммунного ответа — Тх1 или Тх2.

Цитокины необходимы для привлечения лейкоцитов из кровотока

Последовательные стадии привлечения лейкоцитов из кровотока представлены на рис. 10.10. Вначале цитокины вызывают экспрессию на эндотелиальных клетках молекул адгезии, благодаря которой лейкоциты слегка прилипают к поверхности эндотелия и начинают катиться по нему в направлении кровотока. На следующей стадии происходит выделение тканевыми клетками хемоки- нов, которые связываются с эндотелиоцитами и активируют экспрессию ими интегринов, запуская тем самым механизм усиления лейкоцитарной адгезии. В результате лейкоциты прочно прилипают к эндотелию и прекращают движение. Последняя стадия привлечения лейкоцитов — это миграция их через эндотелий сосудов в ткань.

Существование перечисленных стадий привлечения лейкоцитов иллюстрируют два синдрома иммунодефицита человека. При недостаточ

ности лейкоцитарной адгезии II типа лейкоциты лишены сиалированного антигена X группы крови Льюис, который служит лигандом для Е-селе- ктина, и поэтому неспособны катиться по эндотелию. В отличие от этого при недостаточности лейкоцитарной адгезии I типа в составе молекул интегринов отсутствует p-цепь, поэтому нейтрофилы, катясь по эндотелию, не могут прочно прилипнуть к нему и мигрировать из просвета сосуда в ткань. Оба синдрома недостаточности лейкоцитарной адгезии сопровождаются рецидивирующими бактериальными инфекциями.

Т-ЗАВИСИМЫЙ КЛЕТОЧНЫЙ ИММУННЫЙ ОТВЕТ

Роль цитокинов в привлечении лейкоцитов из кровотокаРоль цитокинов в привлечении лейкоцитов из кровотокаРис. 10.10Под действием ФНОа, ИЛ-1 и липополисахарида (ЛПС) клетки эндотелия экспрессируют Е-селектин и Р-селектин, которые связываются с олигосахаридными цепями на поверхности циркулирующих лейкоцитов. В результате лейкоциты замедляют свое продвижение с током крови и начинают катиться по поверхности эндотелия. Цитокины повышают также экспрессию ICAM-1. Хемокины, в том числе МСР-1, RAMIES и М1Р-1а, выделяемые соответственно макрофагами, тканевыми клетками и эндотелием, оседают на поверхности эндотелиоци- тов и, активируя прикрепившиеся здесь же лейкоциты, усиливают функциональную аффинность лейкоцитарных интегринов. Интегрины взаимодействуют со своим лигандом (ICAM-1), дополнительно усиливая адгезию лейкоцитов к эндотелию. В итоге лейкоциты мигрируют сквозь эндотелий и перемещаются по градиентам хемотаксических медиаторов. Механизм привлечения лейкоцитов из кровотока, а также набор экспрессируемых ими адгезивных молекул у каждой субпопуляции лейкоцитов имеет свои особенности.Рис. 10.10Под действием ФНОа, ИЛ-1 и липополисахарида (ЛПС) клетки эндотелия экспрессируют Е-селектин и Р-селектин, которые связываются с олигосахаридными цепями на поверхности циркулирующих лейкоцитов. В результате лейкоциты замедляют свое продвижение с током крови и начинают катиться по поверхности эндотелия. Цитокины повышают также экспрессию ICAM-1. Хемокины, в том числе МСР-1, RAMIES и М1Р-1а, выделяемые соответственно макрофагами, тканевыми клетками и эндотелием, оседают на поверхности эндотелиоци- тов и, активируя прикрепившиеся здесь же лейкоциты, усиливают функциональную аффинность лейкоцитарных интегринов. Интегрины взаимодействуют со своим лигандом (ICAM-1), дополнительно усиливая адгезию лейкоцитов к эндотелию. В итоге лейкоциты мигрируют сквозь эндотелий и перемещаются по градиентам хемотаксических медиаторов. Механизм привлечения лейкоцитов из кровотока, а также набор экспрессируемых ими адгезивных молекул у каждой субпопуляции лейкоцитов имеет свои особенности.Выделяемые на самых ранних стадиях инфекции цитокины могут служить критерием, по которому легко определить тип последующего иммунного ответа. Это важный аспект клинической иммунологии, и в настоящее время он интенсивно разрабатывается. Такие разработки требуют четкого представления о возможных типах опосредованного клетками иммунного ответа и механизмах избирательной активации каждого из них. Они и будут рассмотрены в дальнейшем изложении.

Роль цитокинов в привлечении лейкоцитов из кровотока

Роль цитокинов в привлечении лейкоцитов из кровотока

Рис. 10.10

Под действием ФНОа, ИЛ-1 и липополисахарида (ЛПС) клетки эндотелия экспрессируют Е-селектин и Р-селектин, которые связываются с олигосахаридными цепями на поверхности циркулирующих лейкоцитов. В результате лейкоциты замедляют свое продвижение с током крови и начинают катиться по поверхности эндотелия. Цитокины повышают также экспрессию ICAM-1. Хемокины, в том числе МСР-1, RAMIES и М1Р-1а, выделяемые соответственно макрофагами, тканевыми клетками и эндотелием, оседают на поверхности эндотелиоци- тов и, активируя прикрепившиеся здесь же лейкоциты, усиливают функциональную аффинность лейкоцитарных интегринов. Интегрины взаимодействуют со своим лигандом (ICAM-1), дополнительно усиливая адгезию лейкоцитов к эндотелию. В итоге лейкоциты мигрируют сквозь эндотелий и перемещаются по градиентам хемотаксических медиаторов. Механизм привлечения лейкоцитов из кровотока, а также набор экспрессируемых ими адгезивных молекул у каждой субпопуляции лейкоцитов имеет свои особенности.

Рис. 10.10

Под действием ФНОа, ИЛ-1 и липополисахарида (ЛПС) клетки эндотелия экспрессируют Е-селектин и Р-селектин, которые связываются с олигосахаридными цепями на поверхности циркулирующих лейкоцитов. В результате лейкоциты замедляют свое продвижение с током крови и начинают катиться по поверхности эндотелия. Цитокины повышают также экспрессию ICAM-1. Хемокины, в том числе МСР-1, RAMIES и М1Р-1а, выделяемые соответственно макрофагами, тканевыми клетками и эндотелием, оседают на поверхности эндотелиоци- тов и, активируя прикрепившиеся здесь же лейкоциты, усиливают функциональную аффинность лейкоцитарных интегринов. Интегрины взаимодействуют со своим лигандом (ICAM-1), дополнительно усиливая адгезию лейкоцитов к эндотелию. В итоге лейкоциты мигрируют сквозь эндотелий и перемещаются по градиентам хемотаксических медиаторов. Механизм привлечения лейкоцитов из кровотока, а также набор экспрессируемых ими адгезивных молекул у каждой субпопуляции лейкоцитов имеет свои особенности.

Центральная роль Тх-клеток в клеточном иммунитете

Рис. 10.11

Антигенпрезентирующие клетки (АПК) представляют процессированный антиген Т-хелперным (Тх) клеткам, которым принадлежит центральная роль в развитии иммунного ответа. Распознавая определенные эпитопы антигена, эти клетки тем самым выбирают его в качестве своей мишени. Затем Тх-клетки «выбирают» и активируют соответствующие эффекторные механизмы иммунного ответа; кроме того, они могут оказывать помощь В-клеткам в образовании антител и активировать или подавлять функции других эффекторных клеток (подробнее описанных ниже), к которым относятся цитотоксические Т-клетки (Тц), нормальные киллерные клетки (НК-клетки), макрофаги, гранулоциты и зависимые от антител цитотоксические (К) клетки. Эффекты Тх-клеток во многих случаях опосредованы их собственными цитокинами, но непрямое воздействие Тх-клеток через другие клетки, в частности макрофаги и их цитокины, также имеет значение. Как Т-, так и В-клетки, в свою очередь, находятся под контролем «супрессорных» (Тс), или регуляторных, клеток.

На рис. 10.11 схематически представлены основные функциональные взаимодействия между клетками, осуществляющими реакции клеточного иммунитета, и центральная роль в этом Т-хелперов CD4+. (Следует отметить, что отдельные

клетки могут выполнять несколько разных функций.) Тх-клетки различных субпопуляций, выделяя тот или иной набор цитокинов, по-разному влияют на многообразные виды клеточной кооперации. Активация Т-клеток при повторной встрече со специфическим антигеном может быть причиной гиперчувствительности замедленного типа с образованием гранулем или иммунопатологического повреждения тканей (см. ниже в этой главе и гл. 26). Некоторые Т-клетки способны подавлять иммунный ответ и поэтому названы Т-супрессорами (Тс). Отдельные Тс выделяют регуляторный цитокин — трансформирующий фактор роста р (ТФРР), и, вполне возможно, служат истинными «супрессорными» Т-клет- ками; остальные же могут быть просто регуляторными клетками, которые не подавляют, а переключают иммунный ответ с наблюдаемой в опыте формы на другую, не регистрируемую экспериментатором.

Выбор эффекторных механизмов клеточного иммунитета определяют Т-хелперные клетки

Какие из эпитопов антигена станут мишенью иммунного ответа, зависит прежде всего от Т-хелперов, поскольку именно они взаимодействуют с антигенпрезентирующими клетками, несущими антигенные пептиды в ассоциации с молекулами МНС класса II (см. гл. 9). Однако, противодействуя инфекции, иммунная система должна сделать также и второй, возможно еще более важный выбор — «решить», какой эффекторный механизм иммунного ответа необходимо использовать, чтобы он был адекватен характеру инфекции. Наиболее легко определяются три следующих эффекторных механизма:

цитотоксическое действие Т-клеток CD8+ или больших гранулярных лимфоцитов;

активация макрофагов, регулируемая главным образом Txl-клетками, и

стимулируемый Тх2 синтез антител и их роль в эффектах тучных клеток или эозинофилов.

Адекватный выбор механизма очень важен, поскольку в случае его несоответствия вместо защиты может развиться повышенная чувствительность к возбудителю. Например, при экспериментальной гриппозной инфекции противовирусную защиту осуществляют цитотоксические Т-клетки, тогда как активация макрофагов повышает чувствительность. У мыши активация мак-

рофагов создает иммунитет против Leishmania major, тогда как все клеточные реакции, которые не ведут к активации макрофагов, могут иметь вредное действие, несмотря на образование антител. Первые два эффекторных механизма из перечисленных выше рассмотрены в настоящей главе, третий — образование антител — в следующей.

ЦИТОТОКСИЧНОСТЬ Т- И НК-КЛЕТОК

В защитных реакциях, направленных на устранение инфицированных вирусами клеток организма, действуют цитотоксические Т- и НК-клетки

Клеточная цитотоксичность — важный механизм защиты против внутриклеточно локализованных возбудителей, таких как вирусы, некоторые бактерии и простейшие. Цитотоксическую активность могут проявлять несколько типов клеток — цитотоксические Т-клетки (Тц), нормальные киллерные клетки (НК) и иногда клетки миело-

Распознавание кле ок-мишеней Тц- и НК-клетками

Рис. 10.12

Цитотоксические Т-клетки (Тц) своим рецептором (ТкР) распознают процессированный антиген, который представлен в ассоциации с молекулами МНС на клетке-мишени. Большинство Тц-клеток относится к субпопуляции CD8+ и распознает антиген, презентированный в ассоциации с молекулами МНС класса I, но меньшая их часть, относящаяся к субпопуляции CD4+, способна распознавать антиген в ассоциации с молекулами МНС класса II. В отличие отТц-, НК-клетки несут рецепторы подавления цитотоксичности (KIR, от англ, killer inhibitory receptor). Распознавая на клетке-мишени молекулы МНС класса I, эти рецепторы дают сигнал торможения цитотоксической активности. Положительное распознавание мишеней НК-клетками происходит с участием их собственных особых рецепторов (НК-рецепторы), в частности CD2 и CD69, или антител, с которыми они связываются через рецептор для Fc (CD 16).

идного ряда, причем механизмы распознавания мишеней у них различные (.рис. 10.12).

Цитотоксические Т-клетки распознают специфические антигены (например, вирусные пептиды на поверхности инфицированных клеток) в ассоциации с молекулами МНС. Большая часть Тц-клеток несет маркер CD8+ и распознает антиген, презентируемый в ассоциации с молекулами МНС класса I, но примерно 10 % МНС-рестриктированных цитотоксических Т-клеток относятся к субпопуляции CD4+ и распознают антиген в ассоциации с молекулами МНС класса II.

Нормальные киллеры распознают клетки, у которых отсутствует экспрессия молекул МНС класса I. Кроме отрицательного, НК-клеткам свойственно и положительное распознавание своих мишеней с помощью рецепторов к различным лигандам. Например, благодаря Fc- рецепторам (CD 16) они способны связывать антитела, образовавшие иммунные комплексы с антигенами на поверхности клеток-мишеней, — так называемая антителозависимая клеточная цитотоксичность (АЗКЦ), или киллер- ная (К) клеточная активность.

Главная функция Тц — это устранение клеток, зараженных вирусами (см. гл. 16). Почти все имеющие ядро клетки экспрессируют молекулы МНС класса I и в случае вирусной инфекции способны презентировать антиген возбудителя цитотоксическим Т-клеткам CD8+. Подробнее механизмы такой презентации рассмотрены в гл. 9. Собственные молекулы клеток после частичного расщепления в протеазомах транспортируются к эндоплазматическому ретикулуму, где они образуют комплекс с молекулами МНС класса I, и затем на поверхность клетки. Таким путем каждая клетка представляет «образцы» своих молекул для «осмотра» и опознавания Тц-клеткам CD8+. Тем же способом происходит презентация антигенов из микробов, которые локализуются внутри клеток.

Иногда для стабилизации связи между Тц- клеткой и ее мишенью требуются дополнительные взаимодействия (.рис. 10.13); они могут способствовать и цитолизу. Например, цитолиз клеток-мишеней связавшимися с ними Тц-клетками in vitro можно вызвать антителами к CD3 или CD2, маркерам поверхности Тц. Вероятно, аналогичным образом цитолитическую активность Тц-клеток «включает» связывание с этими молекулами физиологических лигандов.

Взаимодействия между Тц-клетками и их мишенями

Рис. 10.13

Некоторые из лигандов, принимающих участие во взаимодействии между цитотоксическими Т-клетками и их мишенями.

Некоторые вирусы, в частности вирусы герпеса, пытаются избежать распознавания Тц-клет- ками, подавляя экспрессию молекул МНС класса I на поверхности инфицированных клеток; однако в этом случае вирус распознают НК-клетки. Следовательно, Тц- и НК-клетки можно рассматривать как два взаимодополняющих инструмента иммунитета против вирусной инфекции тканей.

Цитотоксическую активность НК-клеток подавляют молекулы МНС класса I

НК-клетки, происходящие в основном из больших гранулярных лимфоцитов (БГЛ), у человека составляют примерно 5 % лимфоцитов периферической крови. Чаше всего они имеют фенотип CD3_CD16+CD56+CD94+ (см. приложение 2) и гаметное (неперестроенное) расположение генов Т-клеточного рецептора. В первоначальных работах по определению специфичности цитотоксического действия НК было установлено, что резистентность к нему обусловлена определенными доминантными аллелями локуса HLA-C. Впоследствии оказалось, что НК-клетки действительно способны распознавать различные аллотипы молекул МНС, однако любые из этих молекул, в том числе аллотипы локусов HLA-A и HLA-B, могут подавлять цитолиз.

Недавно опубликовано новое, весьма многообещающее открытие: обнаружены молекулы

HLA-G, экспрессируемые только на клетках трофобласта и представляющие собой эффективные ингибиторы НК-цитотоксичности, которые обеспечивают устойчивость ко всем типам НК- клеток. Клетки трофобласта (наружный слой бластоцисты у млекопитающих) контактируют, когда сформирована плацента, с циркулирующей кровью матери, в отношении которой они аллогенны, поскольку обладают отцовскими генами МНС. Однако в этих клетках экспрессия всех обычных антигенов МНС, за исключением HLA- G, регуляторно подавлена. Следовательно, молекулы HLA-G необходимы для защиты плаценты от действия материнских НК-клеток.

НК-клетки распознают антигены МНС класса I с помощью молекул двух видов (рис. 10.14). Молекулы одного из них относятся к лектинам С-типа и первоначально были идентифицированы у мыши (Ly49) и крысы, а затем у человека (предположительно, CD94). Молекулы второго вида — это представители суперсемейства имму- ноглобулин-подобных молекул, CD158a и CD 158b (они связываются с различными молекулами HLA-C и имеют каждая по два IgSF-домена (от англ, immunoglobulin supergene family), а также обладающий тремя IgSF-доменами белок р70. Рецепторные молекулы этого типа вначале были

Ингибиторные рецепторы НК-клетск

Рис. 10.14

Два типа рецепторов, опосредующих подавление молекулами МНС класса I цитотоксичности НК-клеток: иммуноглобулин-подобные молекулы (трехдоменный белок р70 и двухдоменные белки р50 и р58) и специфические лектины С-типа, в том числе Ly49 у мыши и CD94 у человека.

идентифицированы у человека, позже эквивалентные структуры удалось выявить на клетках грызунов.

На поверхности НК- и К-клеток имеется несколько разных рецепторов для идентификации мишеней

НК-клетки атакуют свои мишени при участии в качестве рецепторов молекул CD2, CD16 и CD69, а также лектин-подобных рецепторов, сходных с теми, которые подавляют цитотоксичность. Рецептором для Fc (CD16) НК-клетки связываются с молекулами антител, присоединившихся к поверхности клеток-мишеней и тем самым опосредующих АЗКЦ Vpuc. 10.15). Обычно это интерпретируется как проявление киллерной (К) клеточной активности, но помимо НК-клеток такую функцию могут выполнять и другие типы клеток с Fc-рецепторами, в частности Т-клетки. Экспрессирующие Fc-рецепторы клетки миелоидного ряда также проявляют К-клеточную активность, но, по всей вероятности, в отличие от НК- и Т-клеток, с использованием иных механизмов цитолиза (см. ниже).

Потенциальная мишень для К-клетки — это экспрессированные на клеточной поверхности

Зависимая от антител клеточная цитотоксичность

Рис. 10.15

К-клеточная активность. Электронно-микроскопическая фотография лимфоцита (расположен справа), атакующего нагруженную антителами клетку-мишень (расположена слева), х 2500. (Фото любезно предоставлено д-ром Р. Penfold.)

вирусные антигены, молекулы МНС и отдельные эпитопы, свойственные опухолевым клеткам. Кроме того, моноциты и (судя по некоторым противоречивым сообщениям) полиморфноядерные гранулоциты могут проявлять киллерную активность в отношении нагруженных антителами клеток опухолей. Такие клетки миелоидного ряда, как моноциты и эозинофилы, выполняют, несомненно, важную эффекторную роль в уничтожении нагруженных антителами шистосомул (см. гл. 18).

Активированные цитокинами клетки- киллеры относятся, вероятно, к НК-клеткам

В иммунологии разрабатывается несколько направлений экспериментальной иммунотерапии рака. Одно из них - это активация интерлейкином-2 in vitro собственных лимфоцитов больного с последующим их обратным введением. Такие лимфоциты, выделенные из крови или селезенки, получили название активированные цитокинами (лимфокинами) клетки-киллеры (ЛАК). Они проявляют не рестриктированную по МНС повышенную цитотоксичность и, по-видимому, происходят преимущественно из предшественников, не отличающихся от НК-клеток. Скорее всего, ЛАК — это продукт активации, а не какая- то особая клеточная линия. Способ противоопухолевой иммунотерапии с использованием ЛАК пока проходит этап клинических испытаний.

Цитотоксический эффект клеток-киллеров реализуется либо при контактном взаимодействии с мишенями, либо путем выделения цитокинов и экзоцитоза гранул

Для поражения мишени Тц-, НК- и К-клетки обладают несколькими механизмами воздействия. Один из них — это передача сигналов при непосредственном клеточном контакте через поверхностные структуры, другой — непрямая сигнализация с помощью цитокинов. Кроме того, в цитоплазме многих цитотоксических Т-клеток CD8+ и БГЛ (НК- и К-клетки) обнаружены гранулы с белками, высвобождение которых вблизи цитоплазматической мембраны клетки-мишени вызывает ее повреждение. Какое из сочетаний этих трех механизмов цитотоксического действия будет использовано в конкретных условиях, зависит от типа цитотоксических клеток, в частности от субпопуляции Тц-клеток.

В гранулах цитотоксических Т-клеток содержатся перфорин и гранзимы

Гранулы НК-клеток и цитотоксических Т-клеток содержат несколько белков, в том числе перфорин и гранзимы (ассоциированные с гранулами ферменты). Как только цитотоксическая Т-клет- ка связывается со своей мишенью, гранулы внутри Тц перемещаются к тому участку мембраны, где произошел контакт с мишенью. Затем осуществляется Са2+-зависимое высвобождение содержимого из этих гранул в щель между цитотоксической клеткой и ее мишенью.

Перфорин — это мономерный белок, вызывающий образование пор в цитоплазматической мембране. По структуре и функции он близок к С9 (девятому компоненту системы комплемента). Кроме перфорина, гранулы содержат сериновую эстеразу, которая может входить в состав литического комплекса. В присутствии Са2+ мономеры перфорина связываются с мембраной клетки-мишени и полимеризуются, образуя трансмембранный канал. Несмотря на тесный контакт собственной плазматической мембраны с перфорином, сама цитотоксическая Т-клетка не повреждается им и продолжает поражать следующие клетки-мишени. Возможно, от самоповреждения

Т-клетку защищает протеогликан хондроитинсульфат А, который также присутствует в гранулах. Этот белок может связываться с перфорином и вызывать в результате его инактивацию.

Гранзимы — это набор сериновых эстераз, которые высвобождаются при экзоцитозе гранул и затем активируются. Действие гранзимов не обязательно для проявления цитотоксичности — клетки, лишенные этих ферментов, еще способны поражать свои мишени. Некоторые из гранзимов могут вызывать в клетках-мишенях запуск программы апоптоза и фрагментации ДНК, воздействуя на пути внутриклеточной сигнализации. Механизмы участия перфорина и гранзимов в цитолизе клеток-мишеней иллюстрирует рис. 10.16.

Клетки-мишени могут также воспринимать цитотоксические сигналы через рецепторы для FasL и ФИО Цитотоксические Т-клетки CD4+, как выяснилось, не содержат перфорин и поражают свои мишени в отсутствие Са2+. Таким образом, они обладают иным механизмом цитотоксического действия, что было доказано в опытах на Тц- клетках «нокаутных» мышей (полученных с использованием метода генного «нокаута»; см ни-

Механизмы разрушения клеток-мишеней содержимымгранул цитотоксических клеток

Цитотоксическая клетка

Полиперфориновые каналы

1Клетка-мишень

Цитотоксическая клетка

Рис. 10.16

При дегрануляции цитотоксических лимфоидных клеток перфорин и разнообразные ферменты (гранзимы) высвобождаются в непосредственной близости от цитоплазматической мембраны клетки-мишени. Затем происходит зависимая от Са2+ ферментативная полимеризация перфорина с образованием полиперфо- риновых каналов в мембране мишени (1). Через эти каналы внутрь клетки проникают выделяемые цитотоксической клеткой гидролитические ферменты и прочие токсические вещества, вызывающие повреждения (2).

Сигналы разрушения клеток-мишеней, передаваемые их собственными рецепторамиСигналы разрушения клеток-мишеней, передаваемые их собственными рецепторамиРис. 10.17Fas-лиганд (FasL) цитотоксических Т-клеток вызывает агрегацию молекул Fas-рецептора на поверхности клетки-мишени, вследствие чего происходит ассоциация внутриклеточных белков (например, MORT-1) - начальное звено в цепи событий, ведущих к апоптозу. Fas имеет четыре внеклеточных домена (как представитель суперсемейства молекул, подобных рецептору для фактора роста нервов) и один цитоплазматический «домен клеточной гибели». Сигналом может также служить связывание ФНО с его специфическим рецептором первого типа (ФНОР-1), относящимся к тому же суперсемейству, что и Fas.Рис. 10.17Fas-лиганд (FasL) цитотоксических Т-клеток вызывает агрегацию молекул Fas-рецептора на поверхности клетки-мишени, вследствие чего происходит ассоциация внутриклеточных белков (например, MORT-1) - начальное звено в цепи событий, ведущих к апоптозу. Fas имеет четыре внеклеточных домена (как представитель суперсемейства молекул, подобных рецептору для фактора роста нервов) и один цитоплазматический «домен клеточной гибели». Сигналом может также служить связывание ФНО с его специфическим рецептором первого типа (ФНОР-1), относящимся к тому же суперсемейству, что и Fas.

Сигналы разрушения клеток-мишеней, передаваемые их собственными рецепторами

Сигналы разрушения клеток-мишеней, передаваемые их собственными рецепторами

Рис. 10.17

Fas-лиганд (FasL) цитотоксических Т-клеток вызывает агрегацию молекул Fas-рецептора на поверхности клетки-мишени, вследствие чего происходит ассоциация внутриклеточных белков (например, MORT-1) - начальное звено в цепи событий, ведущих к апоптозу. Fas имеет четыре внеклеточных домена (как представитель суперсемейства молекул, подобных рецептору для фактора роста нервов) и один цитоплазматический «домен клеточной гибели». Сигналом может также служить связывание ФНО с его специфическим рецептором первого типа (ФНОР-1), относящимся к тому же суперсемейству, что и Fas.

Рис. 10.17

Fas-лиганд (FasL) цитотоксических Т-клеток вызывает агрегацию молекул Fas-рецептора на поверхности клетки-мишени, вследствие чего происходит ассоциация внутриклеточных белков (например, MORT-1) - начальное звено в цепи событий, ведущих к апоптозу. Fas имеет четыре внеклеточных домена (как представитель суперсемейства молекул, подобных рецептору для фактора роста нервов) и один цитоплазматический «домен клеточной гибели». Сигналом может также служить связывание ФНО с его специфическим рецептором первого типа (ФНОР-1), относящимся к тому же суперсемейству, что и Fas.

же). У таких мышей в результате направленной, сайт-специфической мутации не экспрессируется ген перфорина. В отсутствие перфорина цитотоксическая активность Т-клеток CD4+ снижена, но не устранена полностью. Поиск дополнительного механизма цитотоксичности привел к идентификации на поверхности клеток-мише- ний группы молекул, связывание с которыми служит сигналом к апоптозу. Среди них прежде всего представляют интерес Fas (CD95) и рецепторы для ФИО. В эту группу молекул входят также CD30 и CD40. Лиганд для Fas, т. е. Fast, экспрессируется на зрелых Т-клетках CD4+ и CD8+ после их активации. Связывание FasL с рецепторными молекулами Fas вызывает агрегацию последних и присоединение к их внутриклеточным сегментам белка MORT-1, что в итоге приводит к апоптозу клеток-мишеней. От Fas зависит также выживание и устранение определенных субпопуляций лимфоцитов в период их созревания. По своему строению молекулы Fas похожи на рецепторы для ФИО. Например, те и другие имеют внутриклеточные (цитоплазматические) «смертоносные» домены — структурные мотивы, обнаруженные у ряда особых белков, контролирующих выживание клеток.

Гранулы Тц-клеток могут содержать также ФНОа и лимфотоксин (ФНОР). Однако сами по

себе эти цитокины не могут обеспечить цитотоксичность: отдельная Тц-клетка способна вызвать гибель клетки-мишени за 3—4 ч, а действие ФИО проявляется гораздо позднее. Но сходство между ФНО-рецептором и Fas свидетельствует о потенциальном участии ФНОа и ФНОР в поражении мишеней (рис. 10.17).

Итак, цитотоксическое действие Т-клеток CD8+ основано на высвобождении содержимого гранул и экспрессии FasL, Т-клеток CD4+ — в основном на экспрессии FasL, а НК-клеток, в первую очередь, на высвобождении содержимого гранул. В цитотоксическую активность всех этих клеток может вносить вклад ФНО.

Цитотоксическое действие клеток миелоидного ряда основано на целом ряде механизмов поражения мишеней

Уничтожение опухолевых клеток макрофагами часто обусловлено действием только ФНОа. Вместе с ИФу, выделяемым Т- и НК-клетками, этот цитокин вызывает мощный синергичный эффект цитолиза чувствительных опухолей (рис. 10.18). Механизмы цитотоксического действия, обусловленные активностью цитокинов, пока недостаточно изучены. В ряде случаев цитокины вызывают повышение активности циклоок-

сигеназы и липоксигеназы с последующим внутриклеточным образованием свободных радикалов. Кроме того, возможны такие цитокин-зави- симые эффекты, как образование свободных радикалов в результате митохондриального транспорта электронов и нарушение белкового синтеза. Клетки миелоидного ряда способны также выделять те же токсические медиаторы, которые действуют при разрушении микробных клеток

Возможные механизмы цитотоксичностиклеток миелоидного ряда

Катионные белкиКатионные белкиСЗаСЗаГидролазыСупероксидный радикал и другие высокоактивные метаболиты кислородаОксид азота (NO) и другие активные формы азотаФактор некроза опухолей (ФНОа)ГидролазыСупероксидный радикал и другие высокоактивные метаболиты кислородаОксид азота (NO) и другие активные формы азотаФактор некроза опухолей (ФНОа)

Катионные белки

Катионные белки

СЗа

СЗа

Гидролазы

Супероксидный радикал и другие высокоактивные метаболиты кислорода

Оксид азота (NO) и другие активные формы азота

Фактор некроза опухолей (ФНОа)

Гидролазы

Супероксидный радикал и другие высокоактивные метаболиты кислорода

Оксид азота (NO) и другие активные формы азота

Фактор некроза опухолей (ФНОа)

Рис. 10.18

Помимо цитокинов, повреждение клеток-мишеней могут вызывать выделяемые клетками миелоидного ряда высокоактивные метаболиты кислорода и азота, катионные белки, гидролитические ферменты и компоненты комплемента.

внутри фагоцитов, в частности высокоактивные нестабильные метаболиты кислорода и азота (см. гл. 17).

РОЛЬ МАКРОФАГОВ В ИММУННОМ ОТВЕТЕ

Макрофаги принимают участие в иммунном ответе на всех его этапах (рис. 10.19). Во-первых, как уже было отмечено, они осуществляют немедленную защитную реакцию до тех пор, пока не произойдет усиление иммунного ответа, регулируемое антигенспецифичнми Т-клетками. Во-вторых, они вызывают активацию Т-клеток, осуществляя процессинг и презентацию им антигена (см. гл. 9). И наконец, активированные в свою очередь Т-клетками, они выполняют важные функции в эффекторных механизмах клеточного иммунитета, вызывая воспаление и уничтожая микроорганизмы, а также опухолевые клетки (рис. 10.20).

Цитокины усиливают некоторые функции макрофагов

Циркулирующие моноциты способны уничтожать некоторые микроорганизмы (см. гл. 17). При культивировании in vitro они в значительной степени теряют эту активность, но под действием добавленных цитокинов, в частности ИФу, она восстанавливается и параллельно происходит активация дополнительных механизмов антимик-

Центральная роль макрофагов в иммунной системе

Рис. 10.19

Макрофаги осуществляют защитную реакцию организма в ранней стадии ответа на инфекцию, до вступления в действие специфических механизмов иммунитета, зависимых от Т- и В-клеток. Позже функция макрофагов сводится к переработке (процессингу) и представлению (презентации) антигена. Наконец, в эффекторной стадии иммунного ответа распознавшие антиген Т-клетки выделяют цитокины, активирующие макрофаги.

Центральная роль макрофагов в иммунитете и воспалении

Воспаление ипихора» жаВоспаление ипихора» жаБактерициднаяактившдеь

Воспаление ипихора» жа

Воспаление ипихора» жа

ИЛ-6, ФНОа и ИЛ-1 Пироген Простагландины

Компоненты “Медиаторы и

комплемента

1 акторы свертывания

крови —।

Выбор типа иммунного отаета

ИЛ10>Тх2

ИЛ-12-»Тх1

Активация лимфоцитов

Процессинг и презентация антигена, продукция ИЛ-1

Реорганизация ткани

Секретируемые факторы,

эластаза, коллагеназа,гиалуронидаза; факторы,

стимулирующие фибробласты;

Повре ение ткани

Н202

Кислые гидролазы СЗа, ФНОа

- секретируемые белки

кислород-зависимая

Н2О2. -02", NOZa9O2> *^ • гипогалогенит

кислород-независимая

лизоцим, подкислениесреды, кислые

гидролазы, катионныебелки

Противоопухолеааяактивность

факторы ангиогенеза

Цитотоксическоедействие,токсические факторы,Н2О2 СЗапротеазы аргиназаNO, ФНОа

Рис. 10.20

Макрофаги и их продукты имеют существенное значение в индуктивной стадии воспаления, а также в реорганизации и поствоспалительной репарации ткани (левая часть схемы). Эффекторные функции макрофагов перечислены в правой части схемы. В результате их осуществления может произойти повреждение ткани, как например при реакциях гиперчувствительности замедленного типа.

робного действия, которые в норме не экспрессируются моноцитами.

Такая «активация» цитокинами необходима макрофагам in vitro для разрушения многих внутриклеточных паразитов и некоторых опухолевых клеток (рис. 10.21). Классический эксперимент, демонстрирующий этот феномен, был проведен на животных, иммунизированных БЦЖ(от BCG, сокращ. франц, bacillus Calmette—Guerin — «бацилла» Кальметта—Герена; препарат авирулент- ных микобактерий — возбудителей туберкулеза бычьего типа). Введение им очищенных белков туберкулина, т. е. смеси антигенов Mycobacterium tuberculosis, стимулирующих Т-клетки, вызывает, помимо стимуляции противотуберкулезного иммунитета, резистентность и к другому патогенному микроорганизму — Listeria monocytogenes. При анализе этого эффекта выяснилось, что стимуляция макрофагов происходит по антигенспецифи- ческому механизму, но приводит к усилению их неспецифической бактерицидной активности. Как показали дальнейшие исследования, лимфоциты мышей, иммунизированных БЦЖ, при культивировании in vitro в присутствии соответствующего антигена (например, очищенного туберкулина), выделяют в среду цитокины, усили

вающие способность макрофагов сдерживать размножение или уничтожать как микобактерии, так и другие микробы.

Макрофаги весьма разнообразны по свойствам

Активность макрофагов — это сложный феномен. Активированные фагоцитарные клетки приобретают повышенную способность уничтожать одни микроорганизмы, не затрагивая другие. Например, очищенный Ифу стимулирует бактерицидную активность моноцитов человека в отношении Legionella, но при этом усиливает рост Mycobacterium tuberculosis. Такой неоднозначный характер эффекта обусловлен несколькими причинами:

множественностью эффекторных функций, выполняемых активированными макрофагами (рис. 10.20) (подробнее антимикробная активность рассмотрена в гл. 17);

большим разнообразием моноцитов и макрофагов по их свойствам; в зависимости от ткани и органа они различаются по экспрессии молекул МНС класса И и Fc-рецепторов, профилю выделяемых цитокинов и продукции перо-

Рис. 10.21Уничтожение лейшманий активированными макрофагами. Цитокины способны усиливать разрушение клеток Leishmania enriettii в макрофагах мышей линии С57. Добавление содержащей цитокины культуральной жидкости из культуры лимфоцитов в культуру макрофагов вызывает полное разрушение фагоцитированных ими паразитов в течение 48 ч (слева). В контрольных культурах макрофагов, не содержащих цитокинов, наблюдается неограниченное размножение лейшманий (справа). Окраска по Гимза. х 800. (Фото любезно предоставлены д-ром J. Manuel.)Рис. 10.21Уничтожение лейшманий активированными макрофагами. Цитокины способны усиливать разрушение клеток Leishmania enriettii в макрофагах мышей линии С57. Добавление содержащей цитокины культуральной жидкости из культуры лимфоцитов в культуру макрофагов вызывает полное разрушение фагоцитированных ими паразитов в течение 48 ч (слева). В контрольных культурах макрофагов, не содержащих цитокинов, наблюдается неограниченное размножение лейшманий (справа). Окраска по Гимза. х 800. (Фото любезно предоставлены д-ром J. Manuel.)Рис. 10.22Активация макрофагов иногда требует совместного действия нескольких цитокинов, а также микробных факторов. 1. Для оптимального выделения ФНОа макрофаги должны быть активированы ИФу и затем микробными продуктами (например, эндотоксином), вызывающими выброс цитокинов. Совместный эффект ИФу и эндотоксина обеспечивает выделение того количества ФНОа, которого достаточно для запуска активации макрофагов по механизму 2. 2. Для активации процесса образования оксида азота требуется ИФу, но сам запуск образования происходит под действием ФНОа.Рис. 10.22Активация макрофагов иногда требует совместного действия нескольких цитокинов, а также микробных факторов. 1. Для оптимального выделения ФНОа макрофаги должны быть активированы ИФу и затем микробными продуктами (например, эндотоксином), вызывающими выброс цитокинов. Совместный эффект ИФу и эндотоксина обеспечивает выделение того количества ФНОа, которого достаточно для запуска активации макрофагов по механизму 2. 2. Для активации процесса образования оксида азота требуется ИФу, но сам запуск образования происходит под действием ФНОа.ксидазы. Тем не менее большинство исследователей считает, что все макрофаги принадлежат к одной клеточной линии, а наблюдаемые различия обусловлены последовательными стадиями их созревания и влиянием тканевого м икроокружения;

Рис. 10.21

Уничтожение лейшманий активированными макрофагами. Цитокины способны усиливать разрушение клеток Leishmania enriettii в макрофагах мышей линии С57. Добавление содержащей цитокины культуральной жидкости из культуры лимфоцитов в культуру макрофагов вызывает полное разрушение фагоцитированных ими паразитов в течение 48 ч (слева). В контрольных культурах макрофагов, не содержащих цитокинов, наблюдается неограниченное размножение лейшманий (справа). Окраска по Гимза. х 800. (Фото любезно предоставлены д-ром J. Manuel.)

Рис. 10.21

Уничтожение лейшманий активированными макрофагами. Цитокины способны усиливать разрушение клеток Leishmania enriettii в макрофагах мышей линии С57. Добавление содержащей цитокины культуральной жидкости из культуры лимфоцитов в культуру макрофагов вызывает полное разрушение фагоцитированных ими паразитов в течение 48 ч (слева). В контрольных культурах макрофагов, не содержащих цитокинов, наблюдается неограниченное размножение лейшманий (справа). Окраска по Гимза. х 800. (Фото любезно предоставлены д-ром J. Manuel.)

Рис. 10.22

Активация макрофагов иногда требует совместного действия нескольких цитокинов, а также микробных факторов. 1. Для оптимального выделения ФНОа макрофаги должны быть активированы ИФу и затем микробными продуктами (например, эндотоксином), вызывающими выброс цитокинов. Совместный эффект ИФу и эндотоксина обеспечивает выделение того количества ФНОа, которого достаточно для запуска активации макрофагов по механизму 2. 2. Для активации процесса образования оксида азота требуется ИФу, но сам запуск образования происходит под действием ФНОа.

Рис. 10.22

Активация макрофагов иногда требует совместного действия нескольких цитокинов, а также микробных факторов. 1. Для оптимального выделения ФНОа макрофаги должны быть активированы ИФу и затем микробными продуктами (например, эндотоксином), вызывающими выброс цитокинов. Совместный эффект ИФу и эндотоксина обеспечивает выделение того количества ФНОа, которого достаточно для запуска активации макрофагов по механизму 2. 2. Для активации процесса образования оксида азота требуется ИФу, но сам запуск образования происходит под действием ФНОа.

кроме того, активация тех или иных функций может зависеть не только от природы макрофагов, но и от конкретного «спектра» цитокинов и других провоспалительных стимулов.

Предположительно активация макрофагов происходит в несколько этапов, под влиянием следующих один за другим стимулов, которыми могут служить цитокины, эндотоксин, различные медиаторы и регуляторные факторы воспаления. На каждом этапе активации макрофаги способны к осуществлению различных эффекторных функций и обладают характерными особенностями морфологии и физиологии (рис. 10.22).

В некоторых случаях для стимуляции определенной функциональной активности макрофагов

требуется несколько сигналов. Например, чтобы вызвать наибольшую продукцию оксида азота NO, токсичного для бактерий и опухолевых клеток, макрофаги мыши необходимо стимулировать сначала ИФу, а затем ФНОа (рис. 10.22). На макрофагах человека данный эффект получить гораздо труднее. В большинстве случаев для этого требуется серия стимулов, например воздействие несколькими цитокинами с одновременной перекрестной сшивкой FceRII (CD23). Макрофаги человека, выделенные из воспалительного очага, иногда экспрессируют индуцибельную синтазу оксида азота, но необходимый для его синтеза кофактор тетрагидробиоптерин они содержат в низкой концентрации. Поскольку оксид азота выполняет многочисленные сигнальные функции, не связанные с его токсическим действием, можно предполагать, что токсикантом служит не само это соединение азота, а преимущественно пероксинитриты, образующиеся в результате взаимодействия NO с продуктами восстано-

вления кислорода. Обычно такое взаимодействие происходит только в очагах воспаления и при стимуляции фагоцитарной активности макрофагов.

У человека в активации макрофагов и регуляции баланса Тх1/Тх2 принимает участие кальцитриол

Под действием ИФу макрофаги человека экспрессируют 1-а-гидроксилазу, которая может превращать неактивный циркулирующий 25- гидроксихолекальциферол в активный 1,25-ди- гидроксихолекальциферол (называемый также витамином D3, или кальцитриолом). На поверхности макрофагов имеются рецепторы для каль- цитриола, и он дополнительно стимулирует эти клетки (рис. Ю.23). Кроме того, по механизму обратной отрицательной регуляции кальцитриол оказывает мощный подавляющий эффект на

Активация макрофагов человека кальцитриолом (1,25-дигидроксихолекальциферолом)

Рис. 10.23

У человека под действием ИФу в макрофагах повышается экспрессия 1-а-гидроксилазы, с помощью которой они способны превращать неактивный циркулирующий с кровью 25-гидроксихолекальциферол в кальцитриол. Это пример аутокринного механизма обратной связи, благодаря которому происходит дополнительная активация макрофагов с одновременным уменьшением активности Тх1 -клеток.

Отрицательная регуляция функции макрофагов

Рис. 10.24

Под действием ИФу повышается способность макрофагов производить высокоактивные метаболиты кислорода и оксид азота. Ряд других гуморальных факторов препятствует этому.

Txl-лимфоциты. Этот эффект, по всей вероятности, служит одним из путей переключения иммунного ответа с Тх1- на Тх2-тип в тех случаях, когда возбудитель не может быть устранен из тканей и воспаление как реакция клеточного иммунитета становится хроническим. Данный механизм имеет особое значение у человека, поскольку при саркоидозе и туберкулезе образование кальцитриола может быть настолько значительным, что из участка активации макрофагов он проникает в кровоток, вызывая повышение содержания кальция в крови.

Помимо положительной существует и отрицательная регуляция эффекторных функций макрофагов

Как установлено, макрофаги могут быть не только активированы, но и дезактивированы. Подавление их функций способны вызывать простагландин Е и отчасти (не по всем эффекторным механизмам) глюкокортикоиды. Недавно из среды, в которой культивировались опухолевые клетки, был выделен и получен в очищенном виде фактор, дезактивирующий макрофаги (MDF, от англ, macrophage deactivating factor), который способен отменить вызванное ИФу увеличение образования высокоактивных метаболитов кислорода и в некоторой степени NO (рис. 10.24). Таким же эффектом обладают ИЛ-4 и пептид, связанный с геном кальцитонина (CGRP, от англ, calcitonin-gene-related peptide), а также семейство ТФР0-подобных цитокинов.

ОБРАЗОВАНИЕ ГРАНУЛЕМ

Иногда клеточный иммунитет не обеспечивает устранения проникших в ткани микробов либо

Рис. 10.25

Образование гранулем в легочной ткани при туберкулезе. В центре гранулемы находится характерная для туберкулезного процесса область творожистого некроза, содержащая в основном клеточный детрит (см. гл. 26). Некротические очаги окружает характерная грануляционная «туберкулоидная»ткань - продукт хронического Т-зависимого воспаления. Вокруг детрита кольцами располагаются эпителиоидные и мононуклеарные клетки, а также присутствуют гигантские многоядерные клетки, возникающие, как предполагается, в результате слияния эпителиоидных клеток (слева, х 170). Гигантские клетки (Г) (справа) показаны при большом увеличении (х 700). Окрашивание гематоксилином/эозином. (Фото любезно предоставлены д-ром G. Boyd.)

антигенный материал не элиминируется из-за того, что устойчив к ферментативному расщеплению или просто относится к собственным компонентам организма. Если при этом Т-клетки продолжают накапливаться и выделять цитокины, образуется гранулема. Появление в тканях гранулем характерно для инфекций, возбудители которых локализуются, хотя бы отчасти, внутриклеточно (например, Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium leprae, Leishmania spp. и Listeria monocytogenes'), либо по размерам крупнее макрофагов, либо проявляют тенденцию персистировать в тканях (например, яйца шистосом).

Как правило, гранулемы содержат клетки — производные макрофагов, в том числе эпителиоидные и гигантские многоядерные клетки (рис. 10.25)", функции этих клеток еще неполностью известны. По морфологии эти компоненты гранулем скорее относятся к секреторным, а не к фагоцитарным клеткам, и появляются, по-види- мому, в результате хронической стимуляции макрофагов цитокинами.

Входящие в состав гранулем Тх-клетки CD4+ располагаются в центре этих образований, а Т-клетки CD8+ на их периферии. Это позволяет предполагать, что Т-клетки CD4+ выполняют решающую роль в привлечении и активации других лимфоцитов и макрофагов. При культивировании гранулематозной ткани in vitro обнаружено выделение ею в среду различных цитокинов. Для максимального развития гранулем, по-видимо- му, требуются выделяемые Тх1 -клетками цитокины и ФНОа; в случае мышиного шистосомоза для этого необходимы также цитокины, выделяемые Тх2-клетками.

ИММУНОПАТОЛОГИЯ

Повреждения тканей, наблюдаемые при инфекционных заболеваниях, иногда частично или полностью обусловлены действием самих механизмов клеточного иммунитета. К повреждению тканей может привести также иммунный ответ на аутоантигены (аутоиммунитет) (рис. 10.26). Ниже перечислены известные механизмы иммунопатологии; подробно они рассмотрены в гл. 26 и 28.

Цитотоксичность Цитотоксические клетки могут поражать инфицированные вирусами клетки- мишени собственного организма, весьма важные для его жизнедеятельности, например клетки центральной нервной системы. Если это происходит при иммунном ответе на вирусную инфекцию, которая сама по себе не вызывает гибели или функциональных нарушений зараженных клеток, повреждение тканей относят к иммунопатологии.

Хроническое воспаление Реакции клеточного иммунитета могут быть направлены против аутоантигенов (либо скрытых инфекций, либо микробов-комменсалов) и в этом случае вызывают хроническое воспаление, разрушающее ткани (как при ревматоидном артрите, болезни Крона, саркоидозе, псориазе и рассеянном склерозе). Часто роль в этом предполагаемых инфекционных агентов и постинфекционных аутоиммунных реакций остается неясной, как, например, в случае разрушения островков Лангерганса поджелудочной железы и возникновения в результате инсу- лин-зависимого диабета.

Механизмы опосредованной клетками иммунопатологии

3. Механическое вытеснение

Паннус (разрастание синовиальной оболочки) Т-клетки, вызывающие хроническое воспаление сустава Макрофаг

Плазматическая клетка

Нарушение функций

Воспаленная синовиальная оболочка

хроническое воспаление, как это наблюдается при ревматоидном артрите.

3. Занимая значительный объем в пространстве, гранулема может механически нарушать функцию чувствительной ткани, например сетчатки, мозговой ткани или нервного ствола.

4. Избыточное выделение цитокинов способно привести к тяжелым синдромам тканевого повреждения, в частности к синдрому токсического шока, вызванного избытком ФНОа.

Рис. 10.26

Механизмы опосредованной клетками иммунопатологии.

Цитотоксические клетки могут повреждать жизненно важные клетки собственного организма, инфицированные вирусами (например, нервные клетки в мозге).

Иммунный ответ может быть направлен на собственные антигены организма (или, вероятно, на антигены неидентифицированных возбудителей скрытых инфекций, либо микробов-комменсалов) и вызывать

Вытеснение гранулемами функциональной ткани Занимая в пространстве определенный объем, гранулема может нарушать функцию той или иной ткани организма. Например, образование гранулемы, вызванное присутствием микобактерий — возбудителей проказы, может приводить к повреждению нервов, по ходу которых эти гранулемы возникают. Аналогичным образом функциональные нарушения могут вызывать гранулемы, образовавшиеся в сетчатке глаза или в тканях мозга.

Избыточное выделение цитокинов Ряд патологических синдромов, таких как токсический шок. геморрагический некроз и реакция Шварцмана, а также локальный некроз при реакциях гиперчувствительности замедленного типа (феномен Коха), обусловлен, по-видимому, избыточным вы

делением цитокинов (в особенности ФНОа). Механизмы этих синдромов рассмотрены в гл. 17.

СЕТЕВЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЦИТОКИНОВ

Цитокины вступают в сложные сетевые взаимодействия

Как можно разобраться в сложной сети взаимодействий одних цитокинов с другими и понять роль каждого из них в организме? Наиболее эффективным инструментом для этого служит применяемый на мышах молекулярно-генетический метод «генного нокаута» — разрушения гена того или иного цитокина либо его рецептора. В таблице на рис. 10.27 перечислены важнейшие факты. полученные благодаря использованию этого метода, в частности для анализа механизмов иммунитета и воспаления. Так, он позволил выяс-

Фенотипические проявления утраты генов, кодирующих цитокины и цитокиновые рецепторы, у мыши

Утраченные гены

Фенотипические проявления «генного нокаута»

ФНОа

Нарушение в первую очередь функций В-клеток.

Уменьшение лимфоидных фолликулов и их коаевых зон в селезенке.

Повышение восприимчивости к возбудителям внутриклеточных инфекций.

Устойчивость к эндотоксическому шоку

ФНОР-1 (р55)

Повышение восприимчивости к инфекции Устойчивость к эндотоксическому шоку

ФНОр (лимфотоксин)

Отсутствие лимфоузлов и пейеровых бляшек.

Нарушение распределения Ви Т-клеток в селезенке

ИЛ-2

Повышение содержания IgG в сыворотке крови.

Повышение содержания активированных В- иТ-клеток.

Г и бель 50 % особей в возрасте 4-9 нед. Воспалительные заболевания кишечника у 100 % особей

ИЛ-2Ру

Тяжелая комбинированная иммунологическая недостаточность (иммунодефицит)

ИЛ-4

Низкое содержание IgE и IgG 1 в сыворотке крови.

Недостаточное образование цитокинов

Тх2-проФиля

ИЛ-7/ИЛ-7Р

Выраженное падение численности клеток в тимусе и периферической лимфоидной ткани.

Отсутствие у5-Т- клеток

ИЛ-10

Задержка роста, анемия. Хронический энтероколит

ИФу/ИФуР

Повышение восприимчивости к внутриклеточно локализующимся возбудителям.

Нарушение функций макрофагов.

Снижение активности селезеночных НК-клеток и экспрессии продуктов МНС

ТФРР

Множественные очаги воспаления.

Массивные мононуклеарные инфильтраты в тканях сердца, легких, поджелудочной железы и печени

ИЛ-12

Нарушение продукции ИФу и способности к иммунному ответу по Тх1-типу.

Ослабленные реакции ГЗТ при нормальном образовании ЦТЛ и ИЛ-2.

Рис. 10.27

Результаты экспериментов на мышах, избирательно лишенных соответствующих генов (генный нокаут). ЦТЛ - цитотоксические Т-лимфоциты; ГЗТ - гиперчувствительность замедленного типа, представляющая собой преимущественно Тх1 -регулируемую воспалительную реакцию на антиген, введенный внутрикожно.

нить, что определенные цитокины, например ИЛ-7. ФНОсх и ФНОР (называемый также лим- фотоксином). существенно важны для формирования иммунной системы в период внутриутробного развития. Последствия устранения других цитокинов, в частности ИЛ-2, ИЛ-4, ИЛ-12 и ИФу, проявляются ярче всего, когда животное испытывает вызванный инфекцией «стресс». На мышах, лишенных гена ИЛ-12, было установлено значение этого цитокина для продукции ИФу и развития реакций гиперчувствительности замедленного типа (ГЗТ). Разрушение некоторых цитокиновых генов вызывает у мышей поражения, напоминающие воспалительные заболевания слизистой оболочки кишечника у человека, еще раз подтверждая тот факт, что она представляет собой ту ткань организма, которая с наибольшим постоянством испытывает антигенные воздействия. Доказательством противовоспалительной роли ТФРР служит то, что у лишенных его мышей образуется множество очагов воспаления. Выраженная иммунологическая недостаточность у мышей, не экспрессирующих у-цепь рецептора к ИЛ-2, свидетельствует, что эта цепь служит обшей сигнальной субъединицей в составе ряда цитокиновых рецепторов.

Все эти факты следует интерпретировать с известной осторожностью. Так, нельзя правильно оценить роль конкретного цитокина в организме зрелой особи, если его отсутствие в период развития иммунной системы привело к иммунологической недостаточности. Однако представляется вполне вероятным, что каждый цитокин при всем многообразии своих функций имеет среди них одну или несколько специфических, в связи с которой он сохранился в процессе эволюции.

На мышах, лишенных соответствующих генов, можно также выяснить функциональное шачение ферментов Jak и Stat (см. выше). Например, дефицитные по Stat-1 мыши чрезвычайно восприимчивы к вирусным инфекциям; у них нарушено образование ИФа и ИФу, а также оксида азота NO в макрофагах, и противоинфекци- онной иммунный ответ развивается по Тх2-типу. Мыши, гомозиготные по делеции гена Jak-1, в отличие от Stat-дефицитных, погибают сразу после рождения. Они не способны питаться, у них нарушен ответ клеток на ИЛ-7 и не образуются лимфоциты всех популяций. Фенотипически это состояние напоминает тяжелый комбинированный иммунодефициту мыши и человека.

Регуляция сетевых цитокиновых взаимодействий

Рис. 10.28

Регуляция взаимодействий в цитокиновой сети.

Молекулы, гомологичные данному цитокину и способные связываться со специфическим клеточным рецептором, не вызывая передачи сигнала внутрь клетки, действуют как его конкурентные ингибиторы. Уже клонирован ген такого ингибитора - антагониста ИЛ-1. Ингибиторами могут быть и гликозилированные варианты некоторых цитокинов.

Внеклеточные домены рецепторов для ФИО и ИЛ-1 могут отщепляться и связываться с соответствующими цитокинами вне клеток, предотвращая тем самым их связывание с рецепторами на клеточных мембранах.

Одни цитокины, взаимодействуя со своими рецепторами, могут оказывать на клетку действие, противоположное эффектам других цитокинов, также взаимодействующих со своими специфическими рецепторами (см. рис. 10.7).

Некоторые клетки экспрессируют молекулы-децеп- торы, которые связывают цитокины, но без эффекта клеточной активации.

Регуляция сетевых цитокиновых взаимодействий in vivo имеет ряд особенностей (рис. 10.28). • Образование индивидуальных цитокинов происходит кратковременно и находится под жестким контролем.

Разные цитокины действуют как синергисты или антагонисты.

Каждый из цитокинов может индуцировать или ингибировать продукцию других цитокинов.

Каждый из цитокинов способен регулировать экспрессию клеточных рецепторов для самого себя и для других цитокинов.

Антагонисты цитокинов связываются со специфическими клеточными рецепторами, но не вызывают передачу внутриклеточного сигнала.

«Децепторы» специфически связывают лиганд, но не передают сигнал внутрь клетки.

Благодаря ферментативному отщеплению внеклеточные домены цитокиновых рецепторов могут покидать поверхность клетки и связываться со свободными молекулами многих цитокинов (рис. 10.29); их можно обнаружить в сыворотке и моче.

Интенсивность синтеза цитокинов до и после его стимуляции может быть также запрограммирована на генетическом уровне. Например, носители

Растворимые рецепторы для цитокинов

Фермен кле очной Цитокинов <й оверхностирецептор

Рис. 10.29

Растворимый рецептор, связывающийся с цитокином, - это отщепленный ферментом внеклеточный домен мембранного рецептора, например для ФНО (ФНОР-1 [р55]), ИФу, ИЛ-6 или ИЛ-2. Растворимые рецепторы для ФНО (и, возможно, для других цитокинов) сохраняют высокую аффинность в отношении своих лигандов и благодаря этому способны нейтра- лизовывать ФНО, препятствуя его доступу к интактным мембранным рецепторам. Если же ФНО свяжется с одним из неспецифических растворимых рецепторов (например, с фрагментом ИЛ-6Р), возникший комплекс может затем связаться с каким-то другим мембранным рецептором и все же вызвать сигнальный эффект.

определенных аллелей генов ФНОа и ИЛ-ф часто страдают некоторыми хроническими воспалительными заболеваниями, что, возможно, обусловлено наследственными особенностями продукции цитокинов.

Сетевыми взаимодействиями цитокинов обусловлено множество физиологических эффектов

В путях эволюции и функционировании иммунной и нервной систем можно найти много общего. Например, обе эти системы за счет межклеточной коммуникации обладают способностью к обучению и хранению памяти; кроме того, среди их компонентов много общих медиаторов, рецепторов и антигенов. Для функционирования обеих систем требуется внутренняя коммуникационная сеть, а также сеть, которая обеспечивает регуляцию и взаимодействие с другими органами. Посылая сигналы на периферию, центральная нервная система непосредственно «телеграфирует» по нервным стволам и волокнам почти во все органы и ткани, а также использует ось ги

поталамус—гипофиз—надпочечники. В противоположность этому иммунная система, состоящая главным образом из подвижных, свободных клеток, осуществляет внутрисистемные связи на основе взаимодействия этих клеток между собой. В то же время с другими органами и тканями она связана прежде всего посредством цитокинов, но следует подчеркнуть, что эти ее регуляторные воздействия всегда локальны, а не системны. Интеграция иммунной системы с нервной и эндокринной увеличивает ее влияние на организм (см. гл. 13). Например, такие цитокины, как ИЛ-1, ФНОа и ИЛ-6, непосредственно воздействуют на гипоталамус или гипофиз. Наряду с этим различные клетки иммунной системы экспрессируют рецепторы для нейромедиаторов, опиатов и нейропептидов.

Функциональные свойства биохимически охарактеризованных цитокинов приведены в приложении 3. Не следует, однако, забывать, что в тех случаях, когда функциональная активность цитокинов выявлена только в экспериментах in vitro, она необязательно осуществляется в физиологических условиях in vivo.

Вопросы для размышления

Каким образом от первичного распознавания возбудителя зависит тип эффекторного механизма в реализуемом позже иммунном ответе ?

Как эпитопы, презентированные молекулами МНС класса I, которые экспрессированы на поверхности почти всех содержащих ядро клеток, распознаются большинством цитотоксических Т-клеток?

Каким образом цитотоксические Т-клетки CD8+ и НК-клетки функционально дополняют друг друга?

Может ли дисбаланс соотношения Тх1/Тх2 вызывать в тканях опосредованное клетками хроническое повреждение иммунопатологического характера?

■ Применяемый на мышах метод генного нокаута - избирательного разрушения генов определенных цитокинов - полезен для расшифровки ци- токиновой сети и выявления молекул, участвующих во внутриклеточной сигнализации. Каковы его недостатки ?

Индукция цитокинами каскадной внутриклеточной передачи сигнала возможна, по-видимому, в результате как их специфического, так и плейотропного действия. Может ли при этом каждый из цитокинов проявить свою собственную уникальную функцию или для этого дополнительно требуется экспрессия специфичного к нему клеточного рецептора ?

■ Цитокины относятся по меньшей мере к трем крупным молекулярным семействам: представители первого специфически связываются с молекулами суперсемейства ФНО-рецепторов, второе семейство - это альфа-интерфероны, третье - хемокины. Возможно ли, что существование столь крупных семейств цитокинов - это просто результат эволюции без отбора, или их многочисленность имеет функциональное значение?

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Akira S., Taga Т., Kishimoto Т. 1993. Interleukin-6 in biology and medicine. Adv. Immunol. 54: 1-78.

Barinaga M. Life-death balance within the cell. 1996. Science 274: 724.

Bazan J.F. 1990. Structural design and molecular evolution of a cytokine receptor superfamily. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87: 6934-6938.

Bretscher P.A., Wei G., Menon J.N. et al. 1992. Establishment of stable, cell-mediated immunity that makes «susceptible» mice resistant to Leishmania major. Science 2!57\ 539-542.

Carter L.L., Dutton R.W. 1996. Type 1 and type 2 a fundamental dichotomy for all T cell subsets. Curr. Opin. Immunol. 8: 336-342.

Cerami A., Beutler B. 1988. The role of cachectin/TNF in endotoxin shock and cachexia. Immunol. Today 9: 28-31.

Cohen M.C., Cohen S. 1996. Cytokine function. A study in biologic diversity. Am. J. Clin. Pathol. 105: 589-598.

Cooper A.M., Dalton D.K., Stewart T.A. et al. 1993. Disseminated tuberculosis in interferon gamma gene-disrupted mice. J. Exp. Med. 178: 22432247.

Grzych J.M., Pearce E., Cheever A. et al. 1991. Egg deposition is the stimulus for production of Th2 cytokines in murine schistosomiasis mansoni. J. Immunol. 146: 1322-1340.

Horuk R. 1994. The interleukin-8-receptor family: from chemokines to malaria. Immunol. Today 15: 169-174.

Ihle J.N. 1995. Cytokine receptor signalling. Nature 377:591-594.

Kagi D., Ledermann B., Burki K. et al. 1994. Cytotoxicity mediated by T cells and natural killer cells is greatly impaired in perforin-deficient mice. Nature 369: 31-37.

Kaufmann S.H. 1993. Immunity to intercellular bacteria. Annu. Rev. Immunol. 11: 129-163.

Kishimoto T., Taga T., Akira S. 1994. Cytokine signal trancduction. Cell 76: 253-262.

Lanier L.L., Phillips J.H. 1996. Inhibitory MHC class I receptors on NK cells and T cells. Immunol. Today 17: 86-91.

Lukacs N.W., Boros D.L. 1993. Cytokine regulation of granuloma formation in murine schistosomiasis mansoni. Clin. Immunol. Immunopathol. 68: 57-63.

Male D.K. 1996. Cytotoxic cells. In: Male D.K., Cooke A., Owen M. et al. (eds). Advanced Immunology, 3rd edn, Ch 15: London: Mosby. 15: 1-13.

Minami Y., Kono T., Miyazaki T. et al. 1993. The IL-2 receptor complex: its structure, function, and target genes. Annu. Rev. Immunol. 11: 245-268.

Mosmann T.R., Coffman R.L. 1989. Different patterns of cytokine secretion lead to different functional properties. Annu. Rev. Immunol. 7: 145-173.

Mosmann T.R., Sad S. 1996. The expanding universe of T-cell subsets: Th1, Th2 and more. Immunol. Today 17: 137-146.

Nathan C.F., Murray H.W., Wiebe M.E. et al. 1983. Identification of interferon-yas the cytokine that activates human macrophage oxidative metabolism and antimicrobial activity. J. Exp. Med. 158: 670-689.

Romagani S. 1995. Biology of human Th1 and Th2 cells. J. Clin. Immunol. 15: 121-129.

RookG.A.W., Hernandez-Pando R., Lightman S. 1994. Hormones, peripherally activated prohormones, and regulation of the Th1/Th2 balance. Immunol. Today 15: 301-303.

Seder R.A., Paul W.E. 1994. Acquisition of lymphokine- producing phenotype by CD4+T cells. Annu. Rev. Immunol. 12: 635-673.

Smith H.R., Karlhofer F.M., Yokoyama W.M. 1994. Ly- 49 multigene family expressed by IL-2-activated NK cells. J. Immunol. 153: 1068-1079.

Trinchieri G. 1993. Interleukin-12 and its role in the generation of Th1 cells. Immunol. Today 14: 335-338.

Vassalli P. 1992. The pathophysiology of tumour necrosis factor. Annu. Rev. Immunol. 10:411 -452.

Wells J.A., de Vos A.M. 1996. Hematopoietic receptor complexes. Annu. Rev. Biochem. 65: 609-634.

ии

и

и

Взаимодействие клеток при гуморальном иммунном ответе

Иммуноактивация, необходимая для синтеза антител, включает взаимодействие между Т-клетками и АПК и затем между этими прими- рованными Т-клетками и В-клетками.

Активация клеток осуществляется путем ан- тигенспецифичного взаимодействия с участием молекул клеточной адгезии и цитокинов. Наиболее сильным костимулирующим сигналом служит молекула В? (CD80 или CD86). В отсутствие соответствующей костимуляции распознавание антигена может привести к развитию клональной анергии.

Пролиферация лимфоцитов происходит опосредованно, т. е. зависит от индукции рецепторов для факторов роста лимфоцитов, которую вызывает активация. Факторы роста лимфоцитов (например ИЛ-2) синтезируются главным образом Т-клетками.

Существуют два типа антигенов, вызывающих гуморальный иммунный ответ - Т-зави- симые и Т-независимые. Т-зависимые антигены индуцируют вторичный иммунный ответ, характеризующийся образованием IgG и повышением аффинности антител.

Для первичного иммунного ответа на Т-зависимые антигены характерно образование низкоаффинных lgM-антител. При вторичном иммунном ответе продуцируется большее количество антител и происходит переключение изотипов с образованием IgG, IgA и IgE. Одновременно с этим возрастает аффинность антител.

Переключение изотипа и повышение (созревание) аффинности антител происходят в центрах размножения внутри вторичных лимфоидных тканей.

Гуморальный иммунный ответ (образование антител) представляет собой кульминацию ряда клеточных и молекулярных взаимодействий, происходящих в определенной последовательности: • Т-клетки распознают антиген, представленный им антигенпрезентирующими клетками (АПК), и в результате переходят в активированное состояние;

Тх-клетки взаимодействуют с В-клетками, которые презентируют им антигенные фрагменты;

активированные В-лимфопиты пролиферируют и дифференцируются в антителообразующие клетки;

начинается синтез антител и от их класса зависит характер последующего иммунного ответа.

В настоящей главе рассмотрены процессы презентации антигенов и взаимодействия Т- и В- клеток, некоторые наиболее важные из участвующих в этом молекул, а также вызванные этими взаимодействиями события, в том числе переключение класса иммуноглобулинов, повышение (созревание) аффинности антител и развитие иммунологической памяти.

ПРЕЗЕНТАЦИЯ АНТИГЕНА Т-КЛЕТКАМ

Процессинг антигена

В пионерских исследованиях Эйде и Носсела было установлено, что лишь очень небольшая доля молекул (<1%) введенного антигена принимает участие в индукции иммунного ответа, а основное его количество быстро разрушается и выводится из организма. Эти данные позволяют предполагать, что презентация антигена является этапом, лимитирующим скорость иммунной реакции.

Проникшие в организм антигены подвергаются внутриклеточному процессингу — расщеплению на пептидные фрагменты, которые затем связываются с молекулами МНС класса I или II (см. гл. 9). Эти фрагменты определяют антиген- специфичную активацию Т-клеток: рецепторы Т-клеток распознают аминокислотные последовательности этих фрагментов, связываемых в полости молекул МНС (в отличие от этого антитела распознают конформационные детерминанты).

Локализация связанных АПК антигенов в лимфатических узлахЛокализация связанных АПК антигенов в лимфатических узлахРис. 11.1Схема строения лимфатического узла. Показаны афферентный (приносящий) и эфферентный (выносящий) лимфатические сосуды, наружная кортикальная В-клеточная область и паракортикальная Т-клеточная область. В этих областях преобладают различные антигенпрезентирующие клетки (хотя граница не является абсолютной), избирательно захватывающие антигены разных типов, которые персистируют на клеточной поверхности в течение того или иного периода. Так, многие полисахаридные антигены захватываются преимущественно макрофагами краевой зоны;Рис. 11.1Схема строения лимфатического узла. Показаны афферентный (приносящий) и эфферентный (выносящий) лимфатические сосуды, наружная кортикальная В-клеточная область и паракортикальная Т-клеточная область. В этих областях преобладают различные антигенпрезентирующие клетки (хотя граница не является абсолютной), избирательно захватывающие антигены разных типов, которые персистируют на клеточной поверхности в течение того или иного периода. Так, многие полисахаридные антигены захватываются преимущественно макрофагами краевой зоны;эти антигены могут присутствовать на макрофагах месяцы и годы. В отличие от этого антигены на рециркулирующих макрофагах мозгового слоя сохраняются лишь несколько дней или недель. Следует отметить, что рециркулирующие клетки Лангерганса, первичным источником которых служит кожа, в лимфатических узлах изменяют свою морфологию, становясь интердигитатными дендритными клетками. Как и фолликулярные дендритные клетки, они имеют длинные отростки, тесно контактирующие с лимфоцитами.эти антигены могут присутствовать на макрофагах месяцы и годы. В отличие от этого антигены на рециркулирующих макрофагах мозгового слоя сохраняются лишь несколько дней или недель. Следует отметить, что рециркулирующие клетки Лангерганса, первичным источником которых служит кожа, в лимфатических узлах изменяют свою морфологию, становясь интердигитатными дендритными клетками. Как и фолликулярные дендритные клетки, они имеют длинные отростки, тесно контактирующие с лимфоцитами.

Локализация связанных АПК антигенов в лимфатических узлах

Локализация связанных АПК антигенов в лимфатических узлах

Рис. 11.1

Схема строения лимфатического узла. Показаны афферентный (приносящий) и эфферентный (выносящий) лимфатические сосуды, наружная кортикальная В-клеточная область и паракортикальная Т-клеточная область. В этих областях преобладают различные антигенпрезентирующие клетки (хотя граница не является абсолютной), избирательно захватывающие антигены разных типов, которые персистируют на клеточной поверхности в течение того или иного периода. Так, многие полисахаридные антигены захватываются преимущественно макрофагами краевой зоны;

Рис. 11.1

Схема строения лимфатического узла. Показаны афферентный (приносящий) и эфферентный (выносящий) лимфатические сосуды, наружная кортикальная В-клеточная область и паракортикальная Т-клеточная область. В этих областях преобладают различные антигенпрезентирующие клетки (хотя граница не является абсолютной), избирательно захватывающие антигены разных типов, которые персистируют на клеточной поверхности в течение того или иного периода. Так, многие полисахаридные антигены захватываются преимущественно макрофагами краевой зоны;

эти антигены могут присутствовать на макрофагах месяцы и годы. В отличие от этого антигены на рециркулирующих макрофагах мозгового слоя сохраняются лишь несколько дней или недель. Следует отметить, что рециркулирующие клетки Лангерганса, первичным источником которых служит кожа, в лимфатических узлах изменяют свою морфологию, становясь интердигитатными дендритными клетками. Как и фолликулярные дендритные клетки, они имеют длинные отростки, тесно контактирующие с лимфоцитами.

эти антигены могут присутствовать на макрофагах месяцы и годы. В отличие от этого антигены на рециркулирующих макрофагах мозгового слоя сохраняются лишь несколько дней или недель. Следует отметить, что рециркулирующие клетки Лангерганса, первичным источником которых служит кожа, в лимфатических узлах изменяют свою морфологию, становясь интердигитатными дендритными клетками. Как и фолликулярные дендритные клетки, они имеют длинные отростки, тесно контактирующие с лимфоцитами.

Взаимодействие с антигенпрезентирующими клетками крайне важно для активации Т-лимфоцитов

Взаимодействие между Т-лимфоцитами и клетками, составляющими гетерогенную группу так называемых «антигенпрезентирующих клеток», — это наиболее детально изученный пример клеточной кооперации в иммунной системе. Взаимодействие Т-клеток и АПК после введения антигена открывает всю последовательность дальнейших событий и в основном определяет их конечный результат: если активируется достаточное число хелперных Т-клеток (Тх) CD4+, то почти всегда происходит активация В- клеток или развитие реакций клеточного иммунитета; если же стимуляция Тх-клеток отсутствует, может возникнуть та или иная форма иммунологической толерантности (см. гл. 14), при которой дальнейшие иммунные реакции не развиваются.

Существуют различные типы АПК

Презентировать антигены могут самые разнообразные клетки, в зависимости от того, как и где происходит первичное взаимодействие антигена с иммунной системой (рис. 11.7). Наиболее эффективно начальную активацию покоящихся Т-клеток CD4+ обеспечивают интердигитатные дендритные клетки (ИДК), присутствующие в изобилии в Т-клеточных зонах лимфатических узлов и селезенки. Дня ИДК характерен высокий уровень экспрессии МНС-антигенов класса II, которые взаимодействуют с Т-клеточным рецептором (ТкР) и молекулой CD4 на поверхности Тх CD4+. Однако макрофаги и В-клетки также могут экспрессировать МНС-антигены класса II, поэтому объяснить большую эффективность ИДК в презентации антигенов только этим свойством невозможно.

Как предполагается, интердигитатные клетки — это главный тип антигенпрезентирующих кле-

ток, действующих при первичном иммунном ответе, поскольку они индуцируют пролиферацию Т-клеток эффективнее АПК всех других типов. Именно клеточная пролиферация служит ключевым этапом в развитии иммунного ответа, обеспечивая увеличение числа антигенспецифичных Т-клеток, однако это лишь одна сторона эффективной активации Т-лимфоцитов. Способностью индуцировать и пролиферацию, и хелпер- ную функцию Т-клеток обладают также моноциты крови (наиболее изученные АПК у человека).

В качестве АПК могут действовать и В-клет- ки — они способны связывать, интернализовать и расщеплять специфический антиген на пептиды, которые образуют комплекс с молекулами МНС класса II. При очень низкой концентрации антигена В-клетки с высокоаффинными антигенными рецепторами (IgM или IgD) служат наиболее

Презентация (представление) антигена

Мононуклеарные фагоцитыМононуклеарные фагоциты1

Мононуклеарные фагоциты

Мононуклеарные фагоциты

Неспецифический рецептор

эффективными АПК, поскольку другие типы АПК просто не могут захватить достаточное для презентации количество антигенного материала. При вторичном иммунном ответе (протекающем с участием большого числа антигенспецифичных В-клеток) В-клетки могут стать главным типом АПК. Свойства и функции АПК представлены на рис. 11.2v\ 11.3.

Презентацию антигена Т-клеткам обеспечивает взаимодействие множества молекул клеточной поверхности

Т-клеточный рецептор (ТкР) — димер, состоящий из a-цепи и Р-цепи, — распознает специфический пептид, находящийся в пептидсвязываю- щей полости молекулы МНС. Это связывание является определяющим для иммунологической специфичности, так как пептид, ассоциированный с МПС-молекулой определенного гаплотипа, образует уникальную структуру, распознаваемую ТкР. Однако в презентации участвуют и другие молекулы. Доказательство этого получено в экспериментах с трансфекцией комплементарной ДНК (кДНК), кодирующей молекулы МНС человека, в мышиные фибробласты. Клетки мыши, экспрессируя молекулы МНС человека, приобретали способность функционировать как АПК человека, но менее эффективно по сравнению с клетками, которые экспрессировали также и другие связанные с презентацией молекулы. Одной из таких молекул служит молекула 1 межклеточной адгезии (ICAM-1, от англ, intercellular adhesion molecule-1), взаимодействующая с функциональным антигеном 1 лимфоцитов (LFA-I, от англ, lymphocyte functional antigen-1), имеющимся у всех клеток иммунной системы.

Рис.11.2

Мононуклеарные фагоциты (1), В-клетки (2) и дендритные клетки (3) могут презентировать антиген хел- перным Т-клеткам (Тх), рестриктированным по антигенам МНС класса II. Макрофаги поглощают антиген с помощью неспецифических рецепторов или в виде иммунных комплексов и процессируют его, после чего образующиеся антигенные фрагменты возвращаются на поверхность клетки в ассоциации с молекулами класса II. Активированные В-клетки могут захватывать антиген посредством своих поверхностных иммуноглобулинов, затем поглощать его и презентировать в комплексе с молекулами класса II. Дендритные клетки конститутивно экспрессируют молекулы класса II и поглощают антиген путем пиноцитоза.

Антигенпрезентирующие клетки

Фагоцитоз

Тип клеток

Локализация

Экспрессия молекул МНС класса II

МоноцитыКровь

МакрофагиТкань

(моноциты макрофаги)

+

Макрофаги краевой зоны

Клетки Купфера

Клетки микроглии

Селезенка и лимфатические узлы

Печень

Головной мозг

(-Н+ + +

Индуцибель- ная

Клетки

Лангергансе

Кожа

Нефагоцитарные конститутивные АПК

-

Интердигитат- ные дендритные клетки (ИДК)

Лимфоидная ткань

Конститутив-

Фолликулярные дендритные клетки

Лимфоидная ткань

-

Лимфоциты

-

В-клетки и Т-клетки

Лимфоидные ткани и участки иммунной реакции

--> + +

Индуцибель- ная

+

Астроциты

Головной мозг

Индуцибель- ная

Факультативные АПК

Фолликулярные клетки

Щитовидная железа

Индуцибель- ная

Эндотелий

Сосуды и лимфоидная ткань

Фибробласты

Соединительная ткань

- -> + +

Индуцибольная

Другие типы АПК в соответствующих тканях

Рис. 11.3

Многие АПК не способны фагоцитировать антиген, однако могут поглощать его другими способами, например путем пиноцитоза. Эндотелиальные клетки, которые обычно не рассматриваются как АПК, под действием ИФу экспрессируют молекулы класса II и могут презентировать антигены, как и некоторые эпителиальные клетки. Другим подобным примером служат фолликулярные клетки щитовидной железы, функционирующие как АПК в аутоиммунном процессе при болезни Грейвса.

Если в мышиные клетки трансфицировать гены как МНС, так и ICAM-1 человека, способность этих клеток действовать в качестве АПК человека возрастает. Обнаружены и другие эффективные костимулирующие молекулы, взаимодействующие с лигандами на поверхности Т-клеток (рис. /7.4).

Наиболее эффективные костимулирующие молекулы из числа известных — это В7-1 (CD80) и В7-2 (CD86). Они конститутивно экспрессиру

ются ИДК, но возможна также стимуляция их экспрессии на моноцитах, В-клетках и, вероятно, других АПК. Обе молекулы служат лигандами для антигена CD28 и его гомолога CTLA-4, экспрессию которого вызывает Т-клеточная активация. Стимулирующий эффект CD28 состоит в продлении и усилении продукции ИЛ-2 и других цитокинов; эта стимуляция, по-видимому, имеет также существенное значение для предотвращения индукции толерантности. Несмотря на то что взаимодействие CD28—В7 крайне важно, нокаут- ные (см. гл. 10) мыши, лишенные гена CD28, все же реагируют на антиген, хотя для этого требуется большее его количество. Следовательно, стимуляция CD28 не обязательна для активации даже непримированных Т-клеток. Возможно, у лишенных CD28 мышей роль CD28/B7 в качестве костимулирующего сигнала выполняют другие сигнальные молекулы.

Альтернативным лигандом для В7 служит CTLA-4 — ингибирующий рецептор, который ограничивает Т-клеточную активацию. Таким образом, вначале молекула CD28, экспрессируемая конститутивно, взаимодействует с В7, что ведет к активации Т-клеток, однако вызванная активацией экспрессия молекулы CTLA-4, обладающей более высокой аффинностью, лимитирует степень активации, так как имеющийся антиген В7 взаимодействует теперь с CTLA-4 (рис. 11.5). О значении этой молекулы свидетельствует тот

Молекулы, наиболее важные для презентации антигена

Рис. 11.4

Молекулы, принимающие участие во взаимодействии между Т-клетками и АПК. Показаны также различные цитокины и направленность их действия.

Роль CTLA-4 в регуляции Т клеточной активации

Рис. 11.5

Неактивированные Т-клетки экспрессируют молекулу CD28, которая связывается с В7-1 и В7-2 на антигенпрезентирующих клетках (например, В-лимфоцитах). После активации Т-клетки начинают экспрессировать альтернативный высокоаффинный лиганд для В7 - CTLA-4. Этот лиганд связывает В7, после чего Т-клет- ки уже не принимают сигнал активации.

факт, что у лишенных CTLA-4 мышей развивается агрессивное лимфопролиферативное расстройство, обусловленное отсутствием эффективной инактивации делящихся Т-клеток.

В активации Т-клеток наряду с ТкР участвует молекула CD2 Т-клеточной поверхности — рецептор функционального антигена 3 лимфоцитов (LFA-3), который несут многие клетки и все АПК. Присутствием LFA-3 на эритроцитах барана обусловлена реакция розеткообразования (Е- розетки), которую широко использовали для получения очищенной фракции Т-клеток до того, как в практику исследований были введены моноклональные антитела.

Сигнал, индуцируемый молекулами, подобными В7, которые усиливают сигнал от ТкР и индуцируют положительную активацию Т-клеток, получил наименование «второй сигнал». Без такого сигнала покоящиеся Т-клетки не могут реагировать оптимально и, если распознают специфический антиген в отсутствие второго сигнала, инактивируются: возникает состояние иммунологической толерантности. Эта толерантность специфична, поскольку выпадает функция только тех Тх-клеток, которые реагируют на данный антиген. Толерантность, не связанная с гибелью, известна как «клональная анергия».

Помимо молекул, экспрессированных на поверхности клеток, в Т-клеточной активации участвуют действующие локально цитокины. Особый интерес представляют ИЛ-1 и ИЛ-6 — цитокины, продуцируемые АПК, в том числе макрофагами. Стимуляция Т-клеток этими агентами не всегда бывает необходимой, как например в том случае, если Т-клетки уже делятся. Действуя на покоящиеся Т-лимфоциты, ИЛ-1 и ИЛ-6 индуцируют экспрессию рецепторов для фактора роста Т-клеток, ИЛ-2. Большое значение для Т-клеточной активации имеет также ИЛ-12, который способствует повышению продукции ИФу, направляя тем самым развитие «необученных» Т-клеток по пути превращения их в Txl-лимфоциты. Антигенпрезентирующие клетки продуцируют ИЛ-15, также способный индуцировать Т-клеточную пролиферацию и весьма важный в тот период, когда еще не начался синтез ИЛ-2.

Взаимодействие между Т-клетками CD4+ и АПК изучено довольно подробно, тогда как сведений об аналогичном процессе с участием Т-лимфоцитов CD8+ и АПК еще мало. Известно, что клетки CD4+ функционируют как хелперные при активации Т-клеток CD8+. Поскольку одна интердигитатная дендритная клетка может связываться со многими Т-лимфоцитами, было высказано предположение, что активация происходит в кластерах, образуемых клетками CD4+ и CD8+ на поверхности ИДК.

Презентация антигена влияет на последующее развитие иммунного ответа

Антигенпрезентирующие клетки могут быстро активироваться в самом начале иммунного ответа, например микробными продуктами или некоторыми вирусами, которые иммуногенны сами по себе, либо под влиянием адъювантного компонента вакцины. Осуществляемая ими презентация антигена не является однонаправленным процессом. Как только Т-клетки активируются, они выделяют цитокины, в частности ИФу и ГМ- КСФ, которые наряду с сигнальными молекулами клеточной поверхности, такими как лиганд CD40, усиливают антигенпрезентирующую функцию. У активированных АПК повышается экспрессия молекул МНС классов I и II, Fc-pe- цепторов и кости мул ируюших молекул адгезии, включая В7-1, В7-2, CDlla/b/c, ICAM-1 и ICAM-3. Они продуцируют также многочислен-

ные цигокины (например ИЛ-1, ИЛ-6, ФНОа), ферменты и другие медиаторы.

Активация лимфоцитов ведет к возникновению двух частично конкурирующих процессов: клеточной пролиферации и дифференцировки в клетки-эффекторы. На конечной стадии дифференцировки клетки (например, плазматические) становятся настолько специализированными, что утрачивают поверхностные молекулы, например МНС класса II, и способность отвечать на регуляторные сигналы или пролиферировать.

Судьба лимфоцитов, реагирующих на антиген, может быть разной. Некоторые из них персистируют в течение длительного времени как клетки иммунологической памяти. Возможная продолжительность их жизни у человека превышает 40 лет, что было установлено по хромосомным аномалиям клеток крови (например, по наличию перекрестных сшивок ДНК, препятствующих митозу) у людей, переживших атомную бомбардировку Хиросимы. Срок жизни других лимфоцитов невелик, и этим объясняется тот факт, что умеренная антигенная стимуляция не приводит к гипертрофии лимфоидной ткани. Тем не менее такой срок жизни реагирующих на антиген лимфоцитов достаточен для развития эффективных клеточных и гуморальных иммунных ответов. Накапливается все больше данных о

том, что элиминация клеток, уже не нужных после завершения иммунного ответа, происходит путем апоптоза.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ В- и Т-КЛЕТОК

Т- и В-лимфоциты распознают разные участки молекулы антигена

Рис.11.6Облученным рентгеновскими лучами мышам трех групп были введены примированные антигеном клетки селезенки и после этого различные антигены. 1. В группе 1 (спленоциты, примированные ДНФ-БСА, + конъюгат ДНФ-БСА) мыши продуцировали большое количество антител к ДНФ. 2. В группе 2 (спленоциты, примированные ДНФ-БСА, + ДНФ-ОА) образование антител к ДНФ было слабым (эффект носителя отсутствовал). 3. В группе 3 (спленоциты, примированные ДНФ-БСА, + спленоциты, примированные ОА, + ДНФ-ОА) наблюдалась сильная реакция образования антител к ДНФ. Этот опыт показывает, что для продукции антител к гаптенуРис.11.6Облученным рентгеновскими лучами мышам трех групп были введены примированные антигеном клетки селезенки и после этого различные антигены. 1. В группе 1 (спленоциты, примированные ДНФ-БСА, + конъюгат ДНФ-БСА) мыши продуцировали большое количество антител к ДНФ. 2. В группе 2 (спленоциты, примированные ДНФ-БСА, + ДНФ-ОА) образование антител к ДНФ было слабым (эффект носителя отсутствовал). 3. В группе 3 (спленоциты, примированные ДНФ-БСА, + спленоциты, примированные ОА, + ДНФ-ОА) наблюдалась сильная реакция образования антител к ДНФ. Этот опыт показывает, что для продукции антител к гаптенуЭффект носителяЭффект носителянет необходимости в примировании носителем: достаточно использовать примированные носителем клетки селезенки. (ДНФ - динитрофенол; БСА - бычий сывороточный альбумин; ОА - овальбумин.)нет необходимости в примировании носителем: достаточно использовать примированные носителем клетки селезенки. (ДНФ - динитрофенол; БСА - бычий сывороточный альбумин; ОА - овальбумин.)Большой вклад в изучение различных функций Т- и В-клеток внесли исследования, проведенные в конце 1960 — начале 1970 гг. Митчисоном и другими исследователями с использованием химически модифицированных белков. Ими было установлено, что для индукции оптимального вторичного ответа с образованием антител против небольшой молекулы, или гаптена (он обладает иммуногенностью только в том случае, когда связан с белком-носителем), животное необходимо иммунизировать не гаптеном в свободной форме, а конъюгатом гаптен—носитель, и затем повторно ввести тот же конъюгат. Этот феномен был назван эффектом носителя. Исследуя различные клеточные популяции, авторы этих работ обнаружили, что за распознавание носителя ответственны Т-клетки, тогда как гаптен распознают В-лимфоциты (рис. П.бу Дальнейшие эксперименты были направлены на подробное изучение того, каким образом В-клеточные антитела-

Рис.11.6

Облученным рентгеновскими лучами мышам трех групп были введены примированные антигеном клетки селезенки и после этого различные антигены. 1. В группе 1 (спленоциты, примированные ДНФ-БСА, + конъюгат ДНФ-БСА) мыши продуцировали большое количество антител к ДНФ. 2. В группе 2 (спленоциты, примированные ДНФ-БСА, + ДНФ-ОА) образование антител к ДНФ было слабым (эффект носителя отсутствовал). 3. В группе 3 (спленоциты, примированные ДНФ-БСА, + спленоциты, примированные ОА, + ДНФ-ОА) наблюдалась сильная реакция образования антител к ДНФ. Этот опыт показывает, что для продукции антител к гаптену

Рис.11.6

Облученным рентгеновскими лучами мышам трех групп были введены примированные антигеном клетки селезенки и после этого различные антигены. 1. В группе 1 (спленоциты, примированные ДНФ-БСА, + конъюгат ДНФ-БСА) мыши продуцировали большое количество антител к ДНФ. 2. В группе 2 (спленоциты, примированные ДНФ-БСА, + ДНФ-ОА) образование антител к ДНФ было слабым (эффект носителя отсутствовал). 3. В группе 3 (спленоциты, примированные ДНФ-БСА, + спленоциты, примированные ОА, + ДНФ-ОА) наблюдалась сильная реакция образования антител к ДНФ. Этот опыт показывает, что для продукции антител к гаптену

Эффект носителя

Эффект носителя

нет необходимости в примировании носителем: достаточно использовать примированные носителем клетки селезенки. (ДНФ - динитрофенол; БСА - бычий сывороточный альбумин; ОА - овальбумин.)

нет необходимости в примировании носителем: достаточно использовать примированные носителем клетки селезенки. (ДНФ - динитрофенол; БСА - бычий сывороточный альбумин; ОА - овальбумин.)

рецепторы распознают эпитопы, а Т-клетки — фрагменты процессированного антигена.

Одним из принципиально важных выводов в этих исследованиях был следующий: индивидуальная В-клетка может получать «помошь» от Т- клеток, специфичных к различным антигенным пептидам, при условии что она способна презентировать их детерминанты каждой Т-клетке. В ходе иммунного ответа in vivo взаимодействие с В-лимфоцитами (вызывающее их пролиферацию и дифференцировку) осуществляют, как считается, Т-клетки, уже стимулированные в результате предшествующего контакта с антигеном, презентированным другими АПК (например, дендритными клетками). На этих данных основаны представления о клеточных взаимодействиях при ан- тителообразовании (.рис. 11.7). Согласно им, антиген, попавший в организм, процессируется клетками, которые презентируют его в высокоиммуногенной форме Тх-клеткам и В-клеткам. Детерминанты антигена, распознаваемые Т-лимфоцитами, отличаются от детерминант, распознаваемых В-клетками, которые делятся и дифференцируются в антителообразующие. Таким образом, для активации В-клетки необходимы два следующих процесса:

взаимодействие «нативного» антигена с Ig-pe- цепторами В-клетки;

стимуляция сигналом (или сигналами) от Тх- лимфоцитов, отвечающих на связанный с молекулами МНС процессированный антиген.

Взаимодействие В- и Т-клеток происходит с участием костимулирующих молекул

Путем выращивания и клонирования Т-клеток в присутствии антигена, АПК и ИЛ-2 можно получить популяцию антигенспецифичных Т-лимфоцитов. Это позволяет выявить in vitro непосредственно взаимодействующие молекулярные кластеры на поверхности Т- и В-клеток. В такой экспериментальной системе было установлено, что при взаимодействии происходит поляризация Т- клетокс концентрированием ТкР на стороне, обращенной к В-клеткам. В свою очередь В-клетки также поляризуются и экспрессируют большую часть своих антигенов МНС класса И и ICAM-1 в непосредственной близости к Т-клеткам. Взаимодействие между этими кластерами, очевидно, предполагает интенсивный обмен информацией, следствием которого становятся два важных события в жизненном цикле В-клеток: индукция

Кооперация клеток при образовании антител

Рис.11.7

АПК, например дендритные клетки, презентируют антиген непримированным Т-клеткам. В-лимфоциты также связывают антиген и презентируют его Т-клеткам, получая от них сигнал к делению и дифференцировке в антителообразующие клетки (АОК) и В-клетки иммунологической памяти (Вп).

пролиферации и дифференцировка в антителообразующие клетки.

Взаимодействие между Т- и В-клетками представляет собой двунаправленный процесс: В-клетки презентируют антиген Т-клеткам и в свою очередь получают от них сигналы к делению и дифференцировке. Центральное, специфическое взаимодействие происходит при этом между комплексом молекула МНС класса II—антиген и Т-клеточным рецептором; оно усиливается за счет связывания LFA-3 с CD2, а также

ICAM-1 или ICAM-3 с LFA-1 (рис 11.8). В процессе участвуют и другие молекулы клеточной поверхности: B7-I и В7-2 на В-клетках взаимодействуют с CD28, что ведет к стабилизации мРНК для ИЛ-2 и других цитокинов в Т-клетках и в результате к продлению периода, в течение которого Т-клетка генерирует сигналы активации.

Молекулы клеточной поверхности, участвующие во взаимодействии В- и Тх-клеток

Рис.11.8

Мембраносвязанный иммуноглобулин (mlg) взаимодействует с антигеном (Аг) и переводит его во внутриклеточный компартмент, где антиген подвергается деградации и образующиеся пептиды могут образовать комплекс с молекулами МНС класса II. Другие стрелки показывают установленные отдельные пути передачи сигнала. А и Б - передача сигналов, возникающих при взаимодействии антигена с рецепторами; она включает фосфорилирование тирозина и расщепление фосфоинозитида. Антигенные рецепторы регулируют также аффинность LFA-1 к ICAM-1, возможно посредством передачи сигнала. Т-клеточная молекула CD28 передает Т-клетке особый сигнал (В). Наиболее сильный активирующий сигнал для В-клеток возникает при стимуляции CD40 (Г). Кроме того, молекулы МНС класса II, по-видимому, индуцируют отдельные сигнальные процессы (Д). На рисунке не показан межклеточный обмен растворимыми цитокинами и их связывание соответствующими рецепторами клеток. (С разрешения по A. DeFranco, 1991. Nature 351: 603-5.)

К настоящему времени установлено, что наиболее мощный сигнал для активации В-клеток обеспечивает молекула CD40; этот сигнал даже более эффективен, чем опосредуемые поверхностными иммуноглобулинами. В процессе этой активации Т-клетки временно экспрессируют взаимодействующий с CD40 лиганд — CD40L. Белок CD40 принадлежит к семейству рецепторов ФНО, a CD40L является отдаленно родственным представителем этого семейства. Их взаимодействие способствует вступлению В-лимфоци- тов в клеточный цикл. Данный сигнал (связывание CD40 с CD40L) имеет важное значение для формирования центров размножения и развития гуморального иммунного ответа на Т-зависимые антигены. Подтверждением этого служит развитие иммунодефицитного заболевания — синдрома гиперпродукции IgM — в результате мутации гена CD40L. Данное расстройство характеризуется тем, что Т-клетки не оказывают «помощи» В- лимфоцитам и в результате образуются только низкоаффинные антитела IgM и отсутствует переключение синтеза иммуноглобулинов на продукцию высокоаффинных IgG или IgA.

При взаимодействии Т- и В-клеток высвобождение Т-клеточных цитокинов (например, ИЛ-4) поляризовано в направлении В-клеток. Синтезируемые некоторыми В-лимфоцитами ИЛ-1 и ИЛ-6 повышают экспрессию ИЛ-2 Т- клетками. Поскольку, однако, лишь некоторые В-клетки секретируют эти цитокины, большинство В-клеток способно, по-видимому, активировать только ранее примированные Т-лимфоциты или Т-клетки памяти.

Не так давно было установлено, что Т-клетки CD4+ у мыши и человека можно разделить на две субпопуляции в зависимости от профиля продуцируемых ими цитокинов (см. гл. Ю).

Т-лимфоциты CD4+, образующие ИЛ-2 и ИФу, но не ИЛ-4 (они обозначены Txl), ответственны главным образом за реакции гиперчувствительности замедленного типа,однако у мыши они могут также «помогать» В-клеткам продуцировать lgG2a и в значительно меньшей степени IgG I или IgE.

Т-клетки CD4+, образующие ИЛ-4 и ИЛ-5, но не ИЛ-2 или ИФу, отнесены к другой субпопуляции, Тх2. У мыши эти клетки служат весьма эффективными хелперами в продукции антител, в основном IgG I и IgE.

Многие Т-клетки, главным образом у человека, занимают промежуточное положение по

типу образуемых ими цитокинов и названы «ТхО»-клетками. Однако доказано и присутствие у человека классических Тх1- и Тх2-кле- ток, наиболее характерное для патологически измененных тканей.

Секреция и действие Т-клеточных цитокинов важны для активации В-клеток

При взаимодействии Т- и В-клеток Т-лимфоциты могут секретировать ряд цитокинов, оказывающих сильное действие на В-клетки. Такими цитокинами служат ИЛ-2 (индуктор пролиферации Т- и В-клеток), ИЛ-4 (действует на ранней стадии активации и пролиферации В-клеток), ИЛ-5 (мощный активатор В-клеток у мыши, но не у человека) и ИЛ-6 (эффективный стимулятор В- клеточной дифференцировки) (рис. 1L9Y Кроме того, Т-клетки синтезируют ФНОа и р. Имеются сообщения о том, что эти молекулы важны для роста В-клеток. Активацию В-лимфоцитов вызывают и другие цитокины, в частности ИЛ-11 и ИЛ-13, по характеру действия сходный с ИЛ-4. Более подробно роль цитокинов в активации Т- и В-клеток рассмотрена ниже.

Результатом взаимодействия Т- и В-лимфоцитов может быть либо активация, либо инактивация (анергия)

Приведенные выше данные о взаимодействии Т- и В-клеток указывают на то, что единственно возможный его результат — активация В-лимфоцитов. Однако в действительности это не так. Как было отмечено выше, кооперация АПК с Т- клетками способна давать диаметрально противоположные результаты, а именно вызыватьлибо активацию, либо инактивацию (клональную анергию) клеток. То же самое имеет место и в случае В-лимфоцитов, которые часто переходят в состояние анергии. Этот процесс очень важен в связи с тем, что созревание аффинности антител в ходе иммунного ответа — результат гипермутирования генов, кодирующих вариабельные области антител, — может легко приводить к образованию высокоаффинных аутоантител. Клональная анергия и другие формы периферической толерантности необходимы для того, чтобы такие потенциально опасные клоны «молчали». Одна-

Стадии активации и развития В-клеток

Рис.11.9

В-клетки активируются антигеном (Аг), представленным на антигенпрезентирующих клетках (АПК), например макрофагах, в присутствии ИЛ-4 и ИЛ-1. Это индуцирует экспрессию рецепторов для ИЛ-2 и других цитокинов. ИЛ-2, ИЛ-4 и ИЛ-5 (у мыши) вызывают деление клеток. На рисунке показан только один цикл клеточного деления, хотя обычно клетки делятся многократно. На дифференцировку лимфоцитов в антителообразующие клетки (АОК) влияют ИЛ-4, ИЛ-5 (умы- ши), ИЛ-6, ИЛ-10 и ИФу. (Ат - антитело.)

ко на молекулярном уровне этот процесс еще мало изучен. Кроме того, остается неизвестным значение IgM и IgD, двух поверхностных анти- генспецифичных рецепторов В-клеток. в процессах активации и инактивации. По-видимому, в обоих случаях IgM- и IgD-рецепторы способны передавать соответствующие сигналы.

Для стимуляции В-клеток Т-независимыми антигенами не требуется помощи Т-клеток

В иммунном ответе на большинство антигенов участвуют и Т-, и В-кдетки распознающие антиген сопряженно. Такие антигены называют Т-за- висимыми. Однако некоторые антигены способны активировать В-кдетки без помощи Т-клеток — это Т-независимые антигены. Для этих антигенов характерен ряд общих свойств (рис. 11.10). Так, все они представляют собой крупные полимерные молекулы с повторяющимися антигенными детерминантами. Многие из Т-независи- мых антигенов в высоких концентрациях обладают способностью активировать клоны В-клеток, специфичных к другим антигенам (феномен поликлональной В-клеточной активации). Однако в низких дозах они активируют только В-клетки соответствующей специфичности. Нередко Т-независимые антигены обнаруживают повышенную устойчивость к деградации Это относится в основном к микробным антигенам, например бактериальным углеводам, таким как декстран и леван, а также к белкам бактерий, например флагеллину и эндотоксину.

Первичный гуморальный ответ на Т-незави- симые антигены обычно немного слабее, чем на Т-зависимые, и достигает пика несколько рань

ше. В обоих случаях продуцируются главным образом антитела IgM. Однако вторичные иммунные ответы на антигены этих двух типов резко различаются. При повторном введении Т-незави- симого антигена ответ напоминает первичньп , тогда как вторичная реакция на Т-зависимые антигены гораздо сильнее первичной и большую часть образующихся антител составляет IgG (.рис. 11.1 /). Таким образом, Т-независимые антигены, по-видимому, не индуцируют, как правило, изменений, которые могли бы привести к созреванию ответа, характерному для случая Т-зависимых антигенов, которые вызывают переключение изотипа на продукцию IgG и повышение аффинности антител Причиной этих различий между типами антигенов может быть отсутствие активации с участием CD40 в случае Т-независимых антигенов. Формирование иммунологической памяти при их воздействии также относительно слабое.

АнтигенПолимерностьПоликлональная активацияУстойчивость к деградацииЛипополисахарид (ЛПС)++ + ++Фиколл+ + +-+ + +Декс ран+ +++ +Леван+ +++ +Поли-D- аминокислоты+ + +-+ + +Полимерный бактериальный флагеллин+ ++ ++АнтигенПолимерностьПоликлональная активацияУстойчивость к деградацииЛипополисахарид (ЛПС)++ + ++Фиколл+ + +-+ + +Декс ран+ +++ +Леван+ +++ +Поли-D- аминокислоты+ + +-+ + +Полимерный бактериальный флагеллин+ ++ ++Т-независимые антигеныТ-независимые антигеныРис. 11.10Основные свойства некоторых из наиболее распространенных Т-независимых антигенов. Эти антигены индуцируют образование цитокинов ИЛ-1, ФИО и ИЛ-6 макрофагами. (Следует указать, что поли-Ь-ами- нокислоты и мономерный бактериальный флагеллин являются Т зависимыми антигенами, что свидетельствует о значении структуры антигена для его свойств (Т-зависимость или Т-независимость).Рис. 11.10Основные свойства некоторых из наиболее распространенных Т-независимых антигенов. Эти антигены индуцируют образование цитокинов ИЛ-1, ФИО и ИЛ-6 макрофагами. (Следует указать, что поли-Ь-ами- нокислоты и мономерный бактериальный флагеллин являются Т зависимыми антигенами, что свидетельствует о значении структуры антигена для его свойств (Т-зависимость или Т-независимость).Вторичный иммунный ответ на Т-зависимые (Т3) и Т-независимые (Тн) антигены in vitroВторичный иммунный ответ на Т-зависимые (Т3) и Т-независимые (Тн) антигены in vitroВремя, сутВремя, сутРИС. 11.11Вторичный иммунный ответ на Т-зависимые антигены сильнее, чем первичный, что можно определить по накоплению большего числа продуцирующих lgG-антитела бляшкообразующих клеток (БОК) (см. гл. 29).РИС. 11.11Вторичный иммунный ответ на Т-зависимые антигены сильнее, чем первичный, что можно определить по накоплению большего числа продуцирующих lgG-антитела бляшкообразующих клеток (БОК) (см. гл. 29).Механизм активации В-клеток Т-независи- мыми антигенами без участия Тх-клеток еще нс раскрыт полностью. Возможно, полимерная структура этих антигенов позволяет им перекрестно связывать В-клеточные рецепторы, чему способствует устойчивость молекул антигена к деградации. Такой иммунный ответ, не требующий сложных клеточных взаимодействий, обеспечивает преимущество для выживания, поскольку позволяет организму быстрее реагиро

Антиген

Полимерность

Поликлональная активация

Устойчивость к деградации

Липополисахарид (ЛПС)

+

+ + +

+

Фиколл

+ + +

-

+ + +

Декс ран

+ +

+

+ +

Леван

+ +

+

+ +

Поли-D- аминокислоты

+ + +

-

+ + +

Полимерный бактериальный флагеллин

+ +

+ +

+

Антиген

Полимерность

Поликлональная активация

Устойчивость к деградации

Липополисахарид (ЛПС)

+

+ + +

+

Фиколл

+ + +

-

+ + +

Декс ран

+ +

+

+ +

Леван

+ +

+

+ +

Поли-D- аминокислоты

+ + +

-

+ + +

Полимерный бактериальный флагеллин

+ +

+ +

+

Т-независимые антигены

Т-независимые антигены

Рис. 11.10

Основные свойства некоторых из наиболее распространенных Т-независимых антигенов. Эти антигены индуцируют образование цитокинов ИЛ-1, ФИО и ИЛ-6 макрофагами. (Следует указать, что поли-Ь-ами- нокислоты и мономерный бактериальный флагеллин являются Т зависимыми антигенами, что свидетельствует о значении структуры антигена для его свойств (Т-зависимость или Т-независимость).

Рис. 11.10

Основные свойства некоторых из наиболее распространенных Т-независимых антигенов. Эти антигены индуцируют образование цитокинов ИЛ-1, ФИО и ИЛ-6 макрофагами. (Следует указать, что поли-Ь-ами- нокислоты и мономерный бактериальный флагеллин являются Т зависимыми антигенами, что свидетельствует о значении структуры антигена для его свойств (Т-зависимость или Т-независимость).

Вторичный иммунный ответ на Т-зависимые (Т3) и Т-независимые (Тн) антигены in vitro

Вторичный иммунный ответ на Т-зависимые (Т3) и Т-независимые (Тн) антигены in vitro

Время, сут

Время, сут

РИС. 11.11

Вторичный иммунный ответ на Т-зависимые антигены сильнее, чем первичный, что можно определить по накоплению большего числа продуцирующих lgG-антитела бляшкообразующих клеток (БОК) (см. гл. 29).

РИС. 11.11

Вторичный иммунный ответ на Т-зависимые антигены сильнее, чем первичный, что можно определить по накоплению большего числа продуцирующих lgG-антитела бляшкообразующих клеток (БОК) (см. гл. 29).

вать на микробные антигены. Многие бактериальные антигены действуют независимо от Т-клеточной помощи, поскольку являются чрезвычайно сильными индукторами синтеза цитокинов ИЛ-1, ИЛ-6 и ФНОа макрофагами. Непродолжительность иммунной реакции на Т-не- зависимые антигены и то, что она не включает образование IgG, может быть результатом отсутствия костимуляции, опосредованной CD40L, и отсутствия продукции ИЛ-2, ИЛ-4 и ИЛ-5, которые Т-клетки секретируют в реакции на Т-зави- симые антигены. Часто под влиянием Т-незави- симых антигенов активируются главным образом В-клетки субпопуляции BI, экспрессирующие маркер CD5. Эти клетки обнаруживаются преимущественно в брюшной полости.

ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЕ СИГНАЛЫ ПРИ АКТИВАЦИИ ЛИМФОЦИТОВ

Комплекс ТкР способен передавать сигналы внутрь клетки. В передаче сигналов участвуют комплекс CD3 (у-, 8-, е-, £- и т|-цепи) и фермент р56|с , который связан с внутриклеточными участками молекул CD4 или CD8 (р56|ск - сокращенное название специфичной для лимфоцитов тирозинкиназы с мол. массой 56 кДа). В-клетки также экспрессируют семейство молекул, участвующих в передаче сигналов: оно включает Iga, IgP и мембраносвязанные IgM и IgD (см. гл. 6).

Активацию лимфоцитов инициируют тирозинкиназы

Распознавание Т-клеточным рецептором комплекса антиген—МНС-молекула и связывание ко- стимулирующих молекул вызывают передачу сигнала внутрь Т-клеток. Самый первый внутриклеточный этап сигнализации состоит в фосфорилировании тирозина, осуществляемом с участием тирозинкиназ семейства src, в частности lek, ассоциированной с CD4, и fyn; обе они фосфорилируют последовательности-мишени, обнаруженные в ^-цепи CD3 и присутствующие также в молекулах Iga, lg₽ и FcyR. Эти последовательности получили название иммунорецепторные тирозин-активируемые мотивы, ITAM (от англ, immunoreceptor tyrosine-based activation motifs). Тирозинкиназа ZAP-70 связывается с ITAM и активируется, в свою очередь активируя фосфолипазу С и тем самым открывая классический путь сигнализации. Сигналы от ТкР и CD28 интегри-

Внутриклеточная сигнализация при активации Т-клеток

Рис. 11.12

При активации Т-клеток происходит передача сигналов от Т-клеточного рецептора и от молекулы CD28. Корецептор CD4, связанный с комплексом ТкР, взаимодействует с киназой lek. Подобные киназы активируются в результате дефосфорилирования, возможно осуществляемого фосфатазными доменами общего лейкоцитарного антигена CD45. Активированная киназа lek фосфорилирует домены ITAM ^-цепей СОЗ, что позволяет им ассоциировать с другими киназами, включая fyn и ZAP-70. Киназа fyn активирует фосфолипазу С (PLC), которая косвенным образом вызывает высвобождение внутриклеточного кальция. Кальций связывается с кальцинейрином и активирует факторы транскрипции. Одновременно с этим киназы ZAP-70, fyn и PI-3 (PI-3K, ассоциированная с CD28) передают интегрированные сигналы через киназные каскады в цитоплазме; эти сигналы также активируют факторы транскрипции. Поступая в ядро, эти факторы активируют гены, в том числе «самые ранние» гены клеточного деления, и ген ИЛ-2.

руются Крис. 11.12), активируя находящиеся в латентном состоянии цитоплазматические факторы транскрипции, такие как NF-АТ или NF-kB,

которые после этого мигрируют в ядро. Здесь они действуют на гены, необходимые для Т-клеточ- ной активации, включая гены ИЛ-2 и рецептора ИЛ-2. Продуцируемый в результате этой активации ИЛ-2, связываясь со своим рецептором, вызывает деление клеток.

Процессы активации В- и Т-клеток протекают сходным образом

Функцию Т-клеточной молекулы CD3 у В-кле- ток выполняют молекулы Iga и IgP, которые также содержат ITAM в своей цитоплазматической части. Перекрестное связывание поверхностных 1g ведет к активации киназ семейства src, которые в В-клетках представлены не только fyn, но также 1уп и Ык. Киназа Syk, аналогичная киназе ZAP-70 Т-клеток, связывается с фосфорилированными Iga и Igp. Это приводит к активации каскада киназ и переносу ядерных факторов транскрипции (аналогично происходящему в Т-клет- ках) Vpuc. 11.13).

В-клеточную активацию заметно усиливает «корецепторный комплекс», состоящий из 3 белков — рецептора 2 комплемента (CR2, CD2I), CDI9 и молекулы-мишени для антипролифера- тивных антител (ТАРА-1; CD8I) ^рис. 11.14). Известно, что фолликулярные дендритные клетки длительное время удерживают на своей поверхности антиген в виде иммунных комплексов (ик- косом). Антиген в составе такого комплекса может связываться и с поверхностным 1g В-клеток, и (посредством соединенного с ним компонента C3d комплемента) с CR2. Это связывание ведет к фосфорилированию цитоплазматической части молекулы CD 19, которая связывается также с киназами. Возможно, киназы, находясь близко к В- клеточному рецептору, способствуют активации В-клетки, особенно в тех случаях, когда концентрация антигена невелика.

Сигнал активации - это суммарный сигнал от антигенного рецептора и костимулирующих молекул

До сих пор не известно точно, что представляет собой эффективный антигенный сигнал. В случае Т-клетки взаимодействия антигена с одиночным ТкР недостаточно для активации; необходимое для стимуляции число таких взаимодействий может зависеть от наличия других стимулирующих сигналов, типа Т-клеток и степени их акти-

Внутриклеточные сигналы при активации В-клеток

Рис. 11.13

Активация В- и Т-клеток происходит сходным образом. При перекрестном связывании мембраносвязанных lg (mlg), например Т-независимым антигеном (Аг), активируются тирозинкиназы, в том числе lek, lyn, fyn и Ык. Они фосфорилируют домены ITAM в Iga- и lgp-цепях рецепторного комплекса, которые приобретают способность связывать другую киназу, Syk, в свою очередь активирующую фосфолипазу С. Последняя действует на мембранный PIP2, в результате чего образуются IP3 и диацилглицерол (ДАТ), который активирует протеинкиназу С. Сигналы, передаваемые другими киназами, активируют ядерные факторы транскрипции, (mlg - мембранный lg.)

вации. Установлено, что легко активируются клетки мышиных Т-клеточных гибридом (полученных путем слияния нормальных Т-лимфоцитов и клеток Т-клеточной опухоли). Чтобы стимулировать гибридную клетку, эффективно функционирующая АПК (например, макрофаг) должна нести не менее 60 комплексов, образованных молекулой МНС класса II и антигенным фрагментом. Функционально менее активные АП К, такие как фибробласты с трансфицированным МНС-геном класса II, должны иметь для этого 5000 таких комплексов.

Проведенные недавно исследования показали, что активация требует взаимодействия примерно 8000 молекул ТкР с комплексами МНС—пептид; именно такое число ТкР исчезает

В-клеточный корецепторный комплекс

Рис. 11.14

В-клеточный корецепторный комплекс состоит из CD21 (рецептор комплемента 2 типа), CD19 и CD81 - молекулы с 4 трансмембранными сегментами. Антиген (Аг) с ковалентно присоединенным СЗЬ или C3d может перекрестно связывать мембранный lg (mlg) с CD21 корецепторного комплекса. Это значительно снижает потребность клетки в антигене для ее активации. Молекула CD19 может взаимодействовать с киназами, включая lyn, fyn, Vav и киназу PI-3 (PI-3K, ср. с CD28 Т-клеток). Перекрестное связывание рецепторов вызывает фосфорилирование Iga- и lgp-цепей комплекса антиген-рецептор, а также мобилизацию и активацию Syk.

с поверхности клетки при активации Т-клеточ- ных клонов. Поскольку взаимодействие ТкР—МНС характеризуется низкой аффинностью, единичный комплекс МНС—пептид способен, возможно, активировать большое число ТкР. Не исключено, что для трансформированных Т-клеток, какими являются гибридомы, необходима менее сильная ТкР-активация. При наличии кости мулирующего сигнала (например, связывания CD28/B7) для активации Т-клеточ- ных клонов достаточно 1500 активированных и интернализованных ТкР.

Сведения подобного типа о действии Т-зави- симых антигенов на В-клетки отсутствуют. Связывание Т-независимого антигена с одиночным рецептором не ведет к активации В-клетки, однако пока еще нет данных, которые позволили

бы сопоставить эффекты стимуляции В-лимфо- цитов с описанными выше процессами в Т-клет- ках.

Взаимодействие антигена с ТкР или мембранным иммуноглобулином само по себе не может служить положительным сигналом активации для Т- или В-клеток. Возможно, его достаточно для генерации «отрицательного», или толерогенного, сигнала, однако и это сомнительно. В на стоящее время считается, что для активации лимфоидных клеток необходим целый ряд взаимодействий, каждое из которых потенциально несет сигнальную функцию. Костимулируюшие молекулы, например CD2 и CD1 la/CDI8, ответственны не только за связывание; их цитоплазматические домены участвуют в передаче сигналов. Так, эксперименты с удалением цитоплазматического домена CD2 показали, что в результате такого вмешательства процесс активации нарушается, однако адгезивная функция молекулы остается неизменной.

Митогены и суперантигены также могут активировать лимфоциты

Для изучения Т- и В-клеточной активации наряду с антигенами используются также митогены — вещества, которые в отличие от антигенов могут активировать Т- и В-клетки неспецифически. Для большинства Т-клеток стимуляторами служат фитогемагглютинин (ФГА), выделенный из красной фасоли, и конканавалин А (КонА), экстрагированный из плодов клещевины. Механизм действия этих агентов детально изучен; они связываются с поверхностными молекулами Т-кле- ток, ответственными за активацию, в частности с ТкР и CD2.

Способностью неспецифически активировать Т-клетки обладают и молекулы другой группы, так называемые «суперантигены», большинство которых имеет бактериальное происхождение. К ним относятся стафилококковые энтеротоксины (вызывающие острые пищевые отравления некоторых типов), токсин, вызывающий развитие синдрома токсического шока при сепсисе, токсин эксфолиативного дерматита и некоторые вирусные белки. Суперантигены связываются с молекулами МНС класса II на АПК и распознаются ТкР, однако не посредством того же механизма, какой действует при распознавании Т-клеточ- ным рецептором комплекса МНС—антигенный пептид. Суперантиген связывается только с Vp-

Различия между антигеном и суперантигеномРазличия между антигеном и суперантигеномДля распознавания антигенного пептида в полости молеку ы МНС требуется учас ие Уа За, V|i ОриЗРДля распознавания антигенного пептида в полости молеку ы МНС требуется учас ие Уа За, V|i ОриЗРВ распознавании участвует только VPВ распознавании участвует только VP

Различия между антигеном и суперантигеном

Различия между антигеном и суперантигеном

Для распознавания антигенного пептида в полости молеку ы МНС требуется учас ие Уа За, V|i ОриЗР

Для распознавания антигенного пептида в полости молеку ы МНС требуется учас ие Уа За, V|i ОриЗР

В распознавании участвует только VP

В распознавании участвует только VP

(рис. 11.16). Активация ТкР у всех Т-клеток вызывает продукцию цитокинов. Большинство Т- клеток CD4+ и некоторые Т-клетки CD8+ секретируют ИЛ-2 непродолжительное время, 1—2 сут. В течение этого срока взаимодействие ИЛ-2 с высокоаффинным рецептором для ИЛ-2 приводит к росту и активации Т-клеток. После стимуляции ТкР клетки экспрессируют высокоаффинный рецептор только в течение примерно одной недели: благодаря такому ограничению Т-клетки не размножаются беспредельно, так как отсутствие положительных сигналов способствует индукции апоптотической гибели лишних клеток. Схема всего процесса активации Т-клеток представлена на рис. 11.17.

ИЛ-2 синтезируют главным образом Т-клетки CD4+, однако его продуцентами служат также СО8+-клетки и большие гранулярные лимфоци-

Низкая частота анти ен-специфичных клеток (<0 01%)

Высокая частота антиген-специфичных клеток (С 10%)

Аффинностькомплексаа~Р-у Ю-11 МАффинностькомплексаа~Р-у Ю-11 М

Аффинностькомплексаа~Р-у Ю-11 М

Аффинностькомплексаа~Р-у Ю-11 М

Рис. 11.15

Для активации ТкР антигенные пептиды, как правило, должны быть процессированы. Однако суперантигены, такие как стафилококковые энтеротоксины, не подвергаются процессингу, а непосредственно связываются с молекулой МНС класса II и Vp-цепью ТкР. Каждый суперантиген активирует отдельную популяцию Т-клеток, экспрессирующих Vp, в зависимости от того, каким сегментом vp-гена Т-клетки кодируется ее рецептор.

цепью ТкР, однако этого достаточно для активации Т-клетки (рис. 11.15). Эффект стимуляции при этом такой же, как и при использовании антигенов: в зависимости от условий эксперимента может возникнуть либо иммунный ответ, либо клональная анергия.

ДЕЙСТВИЕ ЦИТОКИНОВ НА В- И Т-КЛЕТКИ

Главная роль в активации Т-клеток принадлежит ИЛ-2

Пролиферация лимфоцитов — это сложный, опосредуемый многими факторами процесс. Так, стимуляция Т-клеток АПК еше не означает, что лимфоциты сразу же будут пролиферировать. Эффективное взаимодействие с участием ТкР ведет к продукции a-цепи (р55) рецептора для фактора роста Т-клеток, ИЛ-2. а-Цепь и уже имеющиеся Р (р75)- и у-цепи ассоциируют с образованием высокоаффинного рецептора для ИЛ-2

Строение высокоаффинного рецептора для ИЛ-2

р-Цепь 75 кДар-Цепь 75 кДау-Цепь 64кДау-Цепь 64кДаа-Цепь 55 кДаа-Цепь 55 кДаАффинность а-непи 108МАффинность а-непи 108МАффинность а-р-комплекса to-10 МАффинность а-р-комплекса to-10 М

р-Цепь 75 кДа

р-Цепь 75 кДа

у-Цепь 64кДа

у-Цепь 64кДа

а-Цепь 55 кДа

а-Цепь 55 кДа

Аффинность а-непи 108М

Аффинность а-непи 108М

Аффинность а-р-комплекса to-10 М

Аффинность а-р-комплекса to-10 М

Примерное число на клетку

а-Цепь

Р-Цепь

7-Цепь

В покоящемся состоянии

0

500

5000

При максимальной активации

50000

5000

• 5000

Аффинность отдельной

P-цепи очень

низка

Рис. 11.16

Высокоаффинный рецептор для ИЛ-2 состоит из 3 цепей, каждая из которых в отдельности лишь слабо связывает ИЛ-2. Покоящиеся Т-клетки не экспрессируют a-цепь, но после активации они могут экспрессировать до 50 000 a-цепей на клетку (максимальное число). Некоторые из этих цепей соединяются с (3-цепью, образуя высокоаффинный рецептор для ИЛ-2.

Пролиферация Т-клеток

Рис. 11.17

Покоящиеся клетки не продуцируют цитокинов - факторов роста Т-клеток (ИЛ-2, ИЛ-4 или ИЛ-7) и экспрессируют лишь небольшое число рецепторов для ИЛ-4 и ИЛ-7, но не для ИЛ-2. На их поверхности присутствует только цепь р75 рецептора ИЛ-2, обладающая низкой аффинностью. Активация ведет к появлению цепи р55, которая вместе с р75 образует высокоаффинный рецептор ИЛ-2.

Активация индуцирует синтез мРНК и белков ИЛ-2 и ИЛ-4. Секреция этих цитокинов и их взаимодействие с рецепторами вызывают пролиферацию. Цитокины действуют двумя способами: «аутокринным» (влияя на те клетки, которые их продуцируют) и «паракринным» (стимулируя соседние клетки). В отсутствие антигенной стимуляции число рецепторов для ИЛ-2 уменьшается и пролиферативная фаза иммунного ответа заканчивается.

ты (БГЛ). Действие ИЛ-2 ограничено определенными видами клеток, в основном Т-клетками всех типов, для которых данный цитокин служит наиболее сильным фактором роста и активатором (рис. 11.18). Он влияет также на БГЛ и В- клетки, индуцируя их рост и дифференцировку, активирует макрофаги и, возможно, олигодендроциты. В виде препарата ИЛ-2 используют для экспериментальной терапии опухолей, в частности почечно-клеточного рака. Лечебное действие

Эффекты ИЛ-2

Рис. 11.18

ИЛ-2 образуют Тх-клетки. Функции этого цитокина включают стимуляцию деления Т-клеток, высвобождения медиаторов, таких как ИФу, индукцию роста В- клеток, а также активацию моноцитов и НК-клеток для усиления иммунного ответа. Аутологичные предшественники НК-клеток больных почечно-клеточным раком могут быть активированы in vitro высокими дозами ИЛ-2 (1000 ИЕ/мл) для получения линий так называемых лимфокин-активированных клеток-киллеров (ЛАК-клетки), которые используются для экспериментальной терапии рака.

этого цитокина может быть связано с активацией различных клеток, обладающих противоопухолевым цитотоксическим действием, например лимфокин-активированных клеток-киллеров (ЛАК-клеток).

Менее сильным фактором роста Т-клеток служит ИЛ-4, который также относится к числу ин- дуцибельных цитокинов. Экспрессия поверхностного рецептора для ИЛ-4 повышается в результате активации ТкР. На Т-клетки действует также ИЛ-7, хотя первоначально он был описан как фактор роста пре-В-клеток, образуемый стромой костного мозга. Продуцируемый элементами стромы тимуса ИЛ-7 действует на тимоциты, представляя собой фактор роста и активации Т- клеток в дополнение к свойству активировать макрофаги. Возможно, описанные три фактора роста, а также менее изученные цитокины, в частности ИЛ-9, ИЛ-12 и ИЛ-15, осуществляют тонкую регуляцию роста и активации Т-клеток в ходе иммунного ответа.

Действие ИЛ-1 на клетки иммунной системы

Рис. 11.19

ИЛ-1 продуцируют клетки многих типов в ответ на повреждение, инфекцию или антиген. Он влияет на разнообразные клетки и процессы, вызывая 1) возрастание цитотоксической активности НК-клеток; 2) повышение метаболической активности полиморфноядерных нуклеоцитов (ПМН), которые мигрируют в район продукции ИЛ-1 (за счет хемотаксиса) (черная стрелка) 3) индукцию синтеза молекул адгезии и прокоагулянтов в эндотелиальных клетках и увеличение проницаемости эндотелия; 4) повышение продукции простагландинов и цитокинов макрофагами и их цитоцид- ной и хемотаксической (черная стрелка) активности;

5) усиление пролиферации Тх-клеток, экспрессии рецепторов ИЛ-2 и продукции цитокинов и 6) пролиферацию В-клеток и их дифференцировку в АОК (оба эти процесса регулируются другими цитокинами (7)).

Цитокины ИЛ-1 и ИЛ-6 служат костимулиру- юшими сигнальными молекулами при активации Т-клеток некоторыми АПК (рис. 11.19). Удивительно, что еще никому не удалось обнаружить продукцию этих цитокинов теми АПК, которые считаются наиболее эффективными презентирующими клетками при первичной Т-клеточной активации, — интердигитатными дендритными клетками. Не исключено действие в качестве ко- стимулирующих и других цитокинов, включая ИЛ-12 (образуемый дендритными клетками) и ИЛ-15.

Цитокин ИЛ-3 стимулирует рост клеток- предшественников всех гемопоэтических линий

(эритроцитов, гранулоцитов, макрофагов и, возможно, лимфоцитов). На этот цитокин реагирует также минорная популяция Т-клеток (Т-клетки CD4_CD8_, несущие оф-ТкР).

Активацию и деление В-клеток индуцируют цитокины, образуемые Тх2-лимфоцитами

К специфическим цитокинам, продуцируемым Тх2-клетками, относятся ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-10 и ИЛ-13. Цитокин ИЛ-4 (первоначально известный как фактор 1 В-клеточной активации или дифференцировки) действует на В-клетки, индуцируя их активацию и дифференцировку с преимущественной продукцией антител IgG 1 и IgE. Он влияет также на Т-клетки как фактор роста, способствуя дифференцировке Тх2-лимфо- цитов и усиливая тем самым антителообразова- ние. Одновременно он ингибирует секрецию макрофагами провоспалительных цитокинов, таких как ИЛ-1 и ФНОа. Избыток ИЛ-4, вызывающего синтез IgE, играет патогенетическую роль при аллергических заболеваниях.

ИЛ-5 функционирует в организме человека в основном как фактор роста и активации эозинофилов. У мыши он действует также на В-клетки, индуцируя их рост и дифференцировку. Этот цитокин обусловливает эозинофилию при паразитарных инвазиях.

Цитокин ИЛ-6, известный ранее как фактор В-клеточной дифференцировки или фактор стимуляции гепатоцитов, образуют многие клетки — Т-лимфоциты, макрофаги, В-клетки, фибробласты и эндотелиальные клетки. Он действует на самые разнообразные клетки, но особенно важна его функция как индуктора дифференцировки В-лимфоцитов в антителообразующие клетки (АОК). В печени ИЛ-6 стимулирует синтез белков острой фазы. Считается, что ИЛ-6 служит важным фактором роста множественной миеломы — злокачественного новообразования, возникшего из плазматических клеток.

Цитокины - регуляторы иммунных реакций

От цитокинов может также зависеть тип развивающегося иммунного ответа. Особенно важна при этом регуляторная функция ИЛ-10 и ИЛ-12. Цитокин ИЛ-10 (известный также как фактор, ингибирующий синтез цитокинов) подавляет син-

тез ИФу. Кроме того, он ингибирует презентацию антигенов и синтез ИЛ-1, ИЛ-6 и ФНОа макрофагами, что благоприятствует развитию иммунного ответа по Тх2-типу и В-клеточной активации. Действие ИЛ-12 комплементарно эффектам ИЛ-10: он способствует развитию Тх1-ответа. сопровождающегося активацией макрофагов и нормальных киллерных клеток (НК-клеток).

Источником образования ИФу служат активированные Т-лимфоциты и НК-клетки. Иммунная активация ведет к образованию ИФу и повышению антигенпрезентирующей функции клеток многих типов, в том числе макрофагов, астроцитов, клеток микроглии и эндотелия, а также тимоцитов. Частично этот эффект опосредован усилением экспрессии генов МНС классов I и II и ТАР, которое влечет за собой дальнейшую активацию Т-клеток. Повышается также экспрессия костимулирующих молекул В7-1, В7-2 и 1CAM-I. Таким образом, при многих иммунных

Эффекты ИФу

Рис. 11.20

Интерферон у (ИФу) оказывает многочисленные им- мунорегуляторные эффекты. Его противовирусное и антипролиферативное действие менее выражено, чем у ИФа и ИФр. Кроме того, он не столь эффективно стимулирует НК-клетки, как ИФа. Однако при этом ИФу служит наиболее сильным активатором макрофагов и индуктором экспрессии молекул МНС класса II клетками тканей. Осуществляя эти и другие функции, ИФу действует синергично с ФНОа и ФНОр.

реакциях ИФу выполняет функцию положительного сигнала регуляции по механизму обратной связи. Однако вместе с тем он ингибирует пролиферацию Тх2-клеток, как правило активирует макрофаги и, как это ни парадоксально, препятствует индукции синтеза МНС-молекул класса II В- клетками, вызываемой ИЛ-4. Отсюда следует, что ИФу способствует развитию иммунного ответа Txl-типа. Свойства ИФу иллюстрирует рис. 11.20.

ИФа и ИФр, подобно ИФу, могут подавлять пролиферацию клеток иммунной системы. Они ингибируют, кроме того, эффект ИФу, индуцирующий экспрессию МНС-антигенов класса II. Цитокин ИЛ-6, стимулируя дифференцировку клеток, в том числе некоторых лейкозных линий, тормозит их пролиферацию. Цитокины ИЛ-6 и ИЛ-II способны ингибировать синтез макрофагами провоспалительных цитокинов, однако их действие слабее, чем у ИЛ-4 или ИЛ-10. Цитокин ИЛ-13 по своим свойствам подавлять функции макрофагов во многом сходен с ИЛ-4.

Трансформирующий фактор роста Р (ТФРР) представлен семейством из трех близкородственных молекул, которые стимулируют рост соединительной ткани и образование коллагена, но ингибируют практически все иммунные и гемопоэтические функции, особенно если присутствуют до активации клеток.

ГУМОРАЛЬНЫЙ ИММУННЫЙ ОТВЕТ IN VIVO

В ранний период изучение гуморального иммунного ответа сводилось в основном к определению специфических антител в крови животных после иммунизации Т-зависимыми или Т-независимы- ми антигенами. По мере накопления данных о развитии и созревании В-лимфоцитов стали проясняться клеточные механизмы иммунных реакций in vivo. Характеристики гуморального ответа, связанные с описанными выше клеточными функциями, включают:

усиление продукции антител при вторичном ответе,

переключение изотипа Ig,

созревание аффинности антител и

формирование иммунологической памяти. Некоторые из этих процессов становятся понятными только при рассмотрении гетерогенной В-клеточной популяции как целостной системы, а не просто набора индивидуальных В-клеток. Элементы гуморального ответа in vivo подробно описаны ниже.

Четыре фазы первичного гуморального ответаЧетыре фазы первичного гуморального ответаРис.11.21Гуморальный иммунный ответ, вызванный антигенной стимуляцией, протекает в 4 фазы.1. Лаг-фаза, в течение которой антитела в сыворотке крови не обнаруживаются.2. Лог-фаза, в течение которой титр антител нарастает логарифмически.3. Фаза плато - стабилизация титра антител.4. Фаза затухания ответа, во время которой происходит выведение или катаболизирование иммуноглобулинов.Временные соотношения между фазами и уровень продуцируемых антител зависят от природы антигенного стимула и особенностей организма.Рис.11.21Гуморальный иммунный ответ, вызванный антигенной стимуляцией, протекает в 4 фазы.1. Лаг-фаза, в течение которой антитела в сыворотке крови не обнаруживаются.2. Лог-фаза, в течение которой титр антител нарастает логарифмически.3. Фаза плато - стабилизация титра антител.4. Фаза затухания ответа, во время которой происходит выведение или катаболизирование иммуноглобулинов.Временные соотношения между фазами и уровень продуцируемых антител зависят от природы антигенного стимула и особенностей организма.После первичной антигенной стимуляции наступает начальный период иммунного ответа — лаг-фаза, в течение которой антитела в крови не обнаруживаются. Затем следуют период логарифмического роста титра антител, фаза плато и фаза затухания ответа. Снижение уровня антител происходит либо за счет их катаболизирования, либо в результате связывания их с антигеном и выведения из циркуляции (рис. 11.21).

Четыре фазы первичного гуморального ответа

Четыре фазы первичного гуморального ответа

Рис.11.21

Гуморальный иммунный ответ, вызванный антигенной стимуляцией, протекает в 4 фазы.

1. Лаг-фаза, в течение которой антитела в сыворотке крови не обнаруживаются.

2. Лог-фаза, в течение которой титр антител нарастает логарифмически.

3. Фаза плато - стабилизация титра антител.

4. Фаза затухания ответа, во время которой происходит выведение или катаболизирование иммуноглобулинов.

Временные соотношения между фазами и уровень продуцируемых антител зависят от природы антигенного стимула и особенностей организма.

Рис.11.21

Гуморальный иммунный ответ, вызванный антигенной стимуляцией, протекает в 4 фазы.

1. Лаг-фаза, в течение которой антитела в сыворотке крови не обнаруживаются.

2. Лог-фаза, в течение которой титр антител нарастает логарифмически.

3. Фаза плато - стабилизация титра антител.

4. Фаза затухания ответа, во время которой происходит выведение или катаболизирование иммуноглобулинов.

Временные соотношения между фазами и уровень продуцируемых антител зависят от природы антигенного стимула и особенностей организма.

Изучение ответа на первичную и вторичную стимуляцию антигеном выявило 4 основных существующих между ними различия.

Фактор времени Вторичный иммунный ответ характеризуется укороченной лаг-фазой и более продолжительными фазами плато и затухания.

Гитр антител Уровень антител во время фазы плато значительно выше при вторичном ответе и обычно в 10 и более раз превышает содержание антител после первичного введения антигена.

Класс антител При первичном иммунном ответе образуются в основном антитела IgM, тогда как

при вторичном преобладают IgG, a IgM присутствуют лишь в очень небольшом количестве.

Аффинность антител Как правило, при вторичном иммунном ответе антитела отличаются значительно более высокой аффинностью. Эта его особенность известна как «созревание» аффинности.

Характеристики первичного и вторичного иммунных ответов представлены на рис. 11.22.

Присутствие АОК в селезенке животных после иммунизации можно выявить путем анализа бляшкообразования (см. гл. 29). Как установлено, АОК в этом органе появляются примерно за сутки до того, как антитела в доступных для определения титрах обнаруживаются в сыворотке крови.

Переключение изотипа 1д зависит от Т-клеток

При Т-зависимом иммунном ответе происходит постепенное изменение класса преобладающих специфических антител, обычно в сторону доминирования IgG. При иммунизации Т-независи- мыми антигенами такого переключения изотипа иммуноглобулинов не происходит, и основным классом образующихся антител остается, как правило, IgM.

Титр 100 000-Титр 100 000-Первичныио ветПервичныио вет1000010000100010001001001010Вторичный ответВторичный ответВторичное введение анти енаВторичное введение анти енаПервичное введение антигенаПервичное введение антигена3542Время, сут3542Время, сутантител (логарифмическая шкала)антител (логарифмическая шкала)Рис. 11.22По сравнению с гуморальным ответом на первичную антигенную стимуляцию тот же уровень концентрации антител после вторичной стимуляции достигается быстрее и сохраняется дольше, титр антител при этом выше и в их составе преобладает IgG. (При первичном ответе появлению IgG предшествует синтез IgM.)Рис. 11.22По сравнению с гуморальным ответом на первичную антигенную стимуляцию тот же уровень концентрации антител после вторичной стимуляции достигается быстрее и сохраняется дольше, титр антител при этом выше и в их составе преобладает IgG. (При первичном ответе появлению IgG предшествует синтез IgM.)Первичный и вторичный гуморальные ответы

Титр 100 000-

Титр 100 000-

Первичныио вет

Первичныио вет

10000

10000

1000

1000

100

100

10

10

Вторичный ответ

Вторичный ответ

Вторичное введение анти ена

Вторичное введение анти ена

Первичное введение антигена

Первичное введение антигена

3542

Время, сут

3542

Время, сут

антител (логарифмическая шкала)

антител (логарифмическая шкала)

Рис. 11.22

По сравнению с гуморальным ответом на первичную антигенную стимуляцию тот же уровень концентрации антител после вторичной стимуляции достигается быстрее и сохраняется дольше, титр антител при этом выше и в их составе преобладает IgG. (При первичном ответе появлению IgG предшествует синтез IgM.)

Рис. 11.22

По сравнению с гуморальным ответом на первичную антигенную стимуляцию тот же уровень концентрации антител после вторичной стимуляции достигается быстрее и сохраняется дольше, титр антител при этом выше и в их составе преобладает IgG. (При первичном ответе появлению IgG предшествует синтез IgM.)

Переключение изотипа с IgM на IgG не носит характер случайного события. Подклассы IgG, продуцируемых плазматическими клетками, варьируют в зависимости от характера стимула. Так, у мыши применение полного адъюванта Фрейнда ведет к продукции преимущественно ^С2-антител, тогда как при использовании для иммунизации белковых антигенов, осажденных квасцами, возникает преимущественно IgG 1-ответ. Может также происходить переключение на синтез IgA или IgE; клетки, образующие иммуноглобулины этих изотипов, сосредоточены главным образом в лимфоидных тканях слизистых оболочек.

Молекулярная основа переключения изотипа изучена довольно подробно. Перестройки в ДНК зависят от сигналов, генерируемых Т-клетками CD4 , от цитокинов и CD40L, который играет особо важную роль. Т-клеточные цитокины, присутствующие в непосредственной близости к В-клеткам, определяют новый изотип продуцируемых иммуноглобулинов. Цитокин ИЛ-4 способствует переключению на синтез IgG 1 и IgE, тогда как ТФРр (который синтезируют не только Т-клетки) вызывает переключение на продукцию IgA и IgG2b, а ИФу стимулирует образование IgG2a. Цитокины могут также подавлять экс

прессию некоторых изотипов; например, ИЛ-4 ингибирует синтез IgG2a.

В процессе переключения изотипа происходит цитокин-зависимая транскрипция ДНК в новой константной области, измененной за счет так называемой рекомбинации переключения. Она состоит в том, что специфические «участки переключения», расположенные у 5'-конца каждого из генов, кодирующих домены константных областей тяжелых цепей разных изотипов, рекомбинируют друг с другом, а промежуточный участок ДНК удаляется (рис. 7/.23).

Созревание аффинности зависит от селекции клеток

При вторичном иммунном ответе на Т-зависи- мые антигены антитела обладают в среднем более высокой аффинностью, чем при первичном. Это связано с переключением синтеза антител с IgM на IgG (при IgM-ответе не отмечается повышения аффинности).

Степень повышения аффинности обратно пропорциональна дозе введенного антигена." при введении высоких доз сродство возрастает слабее, чем после иммунизации низкими дозами антигена (рис. 11.24). Высказано предположение,

Переключение класса антител

Рекомбинация: переключение IgM -> 1дС2

ЦепьМ 873 Y1«1Y2Y4£“2 "

Изотип антителIgMIgDlgG3IgGIIgAIlgG2lgG4IgElgA2

Рис.11.23

Расположение генов тяжелых цепей иммуноглобулинов (IGH) человека. Вначале в В-клетках транскрибируются гены VDJ и тяжелой ц-цепи; в результате сплайсинга образуется мРНК для IgM. Под влиянием Т-клеток и цитокинов может произойти переключение класса lg, в данном случае с синтеза IgM на продук

цию lgG2. Перед каждым геном тяжелых цепей, кроме CD (он кодирует IgD), находится «участок переключения». При переключении эти участки рекомбинируют друг с другом, а промежуточные С-гены, в данном случае CM, CD, CG3, CG1 и СА1, утрачиваются. (Псевдогены на этой схеме не изображены.)

Рис.11.24Средняя аффинность IgM- и lgG-антител, образующихся после первичного и вторичного введения Т-за- висимого антигена. Аффинность IgM на протяжении всего ответа остается постоянной. Созревание аффинности при lgG-ответе зависит от дозы повторно введенного антигена. При использовании низких доз антигена продуцируются более аффинные антитела, чем при введении высоких доз, поскольку высокоаффинные клоны более успешно конкурируют за антиген при его ограниченном количестве.Рис.11.24Средняя аффинность IgM- и lgG-антител, образующихся после первичного и вторичного введения Т-за- висимого антигена. Аффинность IgM на протяжении всего ответа остается постоянной. Созревание аффинности при lgG-ответе зависит от дозы повторно введенного антигена. При использовании низких доз антигена продуцируются более аффинные антитела, чем при введении высоких доз, поскольку высокоаффинные клоны более успешно конкурируют за антиген при его ограниченном количестве.

Рис.11.24

Средняя аффинность IgM- и lgG-антител, образующихся после первичного и вторичного введения Т-за- висимого антигена. Аффинность IgM на протяжении всего ответа остается постоянной. Созревание аффинности при lgG-ответе зависит от дозы повторно введенного антигена. При использовании низких доз антигена продуцируются более аффинные антитела, чем при введении высоких доз, поскольку высокоаффинные клоны более успешно конкурируют за антиген при его ограниченном количестве.

Рис.11.24

Средняя аффинность IgM- и lgG-антител, образующихся после первичного и вторичного введения Т-за- висимого антигена. Аффинность IgM на протяжении всего ответа остается постоянной. Созревание аффинности при lgG-ответе зависит от дозы повторно введенного антигена. При использовании низких доз антигена продуцируются более аффинные антитела, чем при введении высоких доз, поскольку высокоаффинные клоны более успешно конкурируют за антиген при его ограниченном количестве.

что при низкой концентрации антигена его связывают в достаточном количестве лишь те В- клетки, которые обладают высокоаффинными рецепторами; связывание индуцирует пролиферацию и дифференцировку этих В-клеток. При значительной же концентрации антигена его связывают и активируются как высоко-, так и низкоаффинные В-клетки.

Хотя индивидуальные В-клетки обычно не меняют своей основной специфичности, аффинность антител, образуемых клоном, может претерпевать изменения в результате соматического гипермутирования рекомбинированных генов антител (см. гл. 8). По-видимому, в созревание аффинности вносят вклад два процесса:

образование более высокоаффинных клонов В-клеток за счет небольших изменений в структуре антител, образуемых дочерними клетками; такие изменения появляются на поздней стадии первичного иммунного ответа на Т-за- висимый антиген;

селективная экспансия высокоаффинных клонов под влиянием антигена.

Соматическое гипермутирование имеет место в антителообразующих клетках при Т-зависимом

Развитие В-клеток в центрах размноженияРазвитие В-клеток в центрах размножения

Развитие В-клеток в центрах размножения

Развитие В-клеток в центрах размножения

Рис. 11.25

В-клетки поступают в центр размножения и быстро пролиферируют. Пролиферация сопровождается гипермутированием генов иммуноглобулинов. Антиген, презентируемый фолликулярными дендритными клетками (ФДК), связывают лишь те В-лимфоци- ты, которые обладают высокоаффинными антигенспецифичными рецепторами. Эти В-клетки экспрессируют ген bcl-2 и не подвергаются апоптозу благодаря взаимодействию с Т-клетками, в котором В-клетки выполняют роль антигенпрезентирующих для Т-лимфоцитов. Это взаимодействие инициирует Т-зависи- мое переключение класса иммуноглобулинов, которое частично определяется Т-клетками, присутствующими во вторичной лимфоидной ткани, а также типом иммунного ответа (Тх или Тх2). В-лимфоциты покидают центры размножения и превращаются либо в плазматические клетки, либо в В-клетки памяти (Вп).

иммунном ответе и играет важную роль в продукции высокоаффинных антител. В этом отношении оно представляет собой нормальный и выгодный процесс. Однако иногда этот же процесс приводит к образованию высокоаффинных IgG- аутоантител, например антител анти-ДНК, способных вызывать тяжелые расстройства. Подобное мутирование было обнаружено экспериментально в долгоживушей культуре ткани, однако его роль в возникновении распространенных аутоиммунных заболеваний неизвестна.

Активация В-клеток происходит в центрах размножения

Процесс созревания В-клеточной аффинности протекает в центрах размножения (j)uc. 11.25). Они образуются в селезенке или лимфатических узлах спустя несколько суток после антигенной стимуляции. В-лимфоциты, активированные Т- клетками посредством связывания CD40 с его лигандом, мигрируют в первичные фолликулы, где имеется густая сеть фолликулярных дендритных клеток. В этом окружении происходит быстрое деление В-клеток, сопровождающееся соматическим мутированием Ig-генов. В-клетки с высокоаффинными рецепторами проходят отбор по выживаемости, основанный на взаимодействии их мембраносвязанных поверхностных антител и комплекса В-клетка—корецептор с антигеном и комплементом на поверхности фолликулярных дендритных клеток. При прохождении через центр размножения В-лимфоциты экспрессируют ген «клеточной выживаемости», bcl-2. Клетки с высокоаффинными IgG за счет связывания продукта bcl-2 избегают апоптоза; клетки же с низкоаффинными рецепторами таким свойством не обладают и погибают в результате апоптоза.

Иммунологическая память

Способность организма развивать вторичный иммунный ответ основана на свойстве «иммунологической памяти». Тем же свойством обусловлен эффект вакцинации.

Клетки, выполняющие функцию иммунологической памяти, накапливаются в результате экспансии популяций антигенспецифичных лимфоцитов во время первичного иммунного ответа, т. е. возрастания числа покоящихся В- и Т- клеток, способных реагировать на последующее воздействие того же антигена. В-клетки иммунологической памяти качественно отличаются от непримированных В-лимфоцитов тем, что начинают продуцировать IgG-антитела раньше и обычно обладают более высокоаффинными антигенными рецепторами благодаря селекции в ходе первичного иммунного ответа.

Т-клетки памяти вряд ли обладают рецепторами повышенной аффинности по сравнению с непримированными Т-клетками, так как Т-лимфоцитам не свойственно гипермутирование. Однако Т-клетки иммунологической памяти способны реагировать на более низкие дозы антигена, и это позволяет предполагать, что их рецепторный комплекс в целом (включая молекулы адгезии) функционирует более эффективно. В настоящее время можно считать установленным, что иммунологическая память определяется не только накоплением популяций одинаковых по свойствам клеток; меняются также свойства индивидуальных клеток, о чем свидетельствуют изменения в экспрессии молекул клеточной поверхности и цитокинов. Т-клетки CD4+, осуществляющие функцию иммунологической памяти, продуцируют цигокины быстрее и интенсивнее.

Вопросы для размышления

Чем различаются взаимодействия Т-клеток с макрофагами, дендритными клетками и В-лим- фоцитами?

Каким образом созревание аффинности и регуляция класса 1д определяют тип и эффективность иммунного ответа? В чем состоит участие Т-клеток в регуляции этих процессов?

Что индуцирует пролиферацию лимфоцитов и как она регулируется?

Могут ли цитокины вызывать вредные эффекты?

Мутация gid затрагивает молекулу CD90L, необходимую для апоптоза лимфоцитов в периферических лимфоидных органах. Какое влияние может оказать эта мутация на развитие В-клеток в лимфатических узлах?

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Brodsky F.M., Guagliardi L. 1991. The cell biology of antigen processing and presentation. Annu. Rev. Immunol. 9: 707-44.

Cantrell D. 1996. T cell antigen receptor signal transduction pathways. Annu. Rev. Immunol. 14: 259-74.

Clark E.A., Ledbetter J.A. 1994. How В and T cells talk to each other. Nature 367: 425-26.

Fearon D.T., Carter R.H. 1995. The CD19, CR2/TAPA-1 complex of В lymphocytes: linking natural to acquired immunity. Annu. Rev. Immunol. 13: 127-49.

Feldmann M., Brennan F.M., Maini R.N. 1996. Role of cytokines in rheumatoid arthritis. Annu. Rev. Immunol. 14: 397-40.

Foy T.M., Aruffo A., Bajorath J. et al. 1996. Immune regulation by CD40 and its ligand CD39. Annu. Rev. Immunol. 14: 591-617.

Lane P. 1996. Development of В cell memory and effector function. Curr. Opin. Immunol. 8: 331-36.

Lenschow D.J., Walunas T.L. Bluestone J.A. 1996. CD28/B7 system of T cell costimulation. Annu. Rev. Immunol. 14: 233-58.

Parker D.C. 1993. T cell-dependent В cell activation. Annu. Rev. Immunol. 11: 331-60.

Romagnani S. 1994. Cytokine production by human T cells in disease states. Annu. Rev. Immunol. 12: 227-57.

1212

12

12

Развитие иммунной системы в онтогенезе

Большинство клеток иммунной системы образуется из гемопоэтических стволовых клеток.

Развитие клеток разных типов (рядов, или линий, дифференцирс ки) зависит от межклеточных взаимодействий и цитокинов.

Лимфоидные стволовые клетки развиваются и созревают в первичных лимфоидных органах. Этот процесс называется лимфопоэзом.

Т-лимфоциты при развитии в тимусе подвергаются положительной и отрицательной селекции.

В-клетки млекопитающих развиваются главным образом в печени плода, а после рождения

в костном мозге. Этот процесс продолжается в течение всей жизни организма. В-клетки в местах своего развития также подвергаются отбору.

Репертуар антител, существующий у взрослых особей, формируется в процессе лимфопоэза путем рекомбинации генных сегментов, кодирующих ТкР и 1g.

В центрах размножения происходит олигокло- нальная пролиферация В-клеток, переключение изотипа антител, повышение аффинности и формирование иммунологической памяти.

Эффективное функционирование иммунной системы зависит от взаимодействия многочисленных клеточных и гуморальных компонентов, которые в пре- и постнатальный периоды созревают с различной скоростью. Многие клетки, участвующие в иммунном ответе, происходят от недифференцированных гемопоэтических стволовых клеток (ГСК). Под влиянием факторов микроокружения — взаимодействия с соседними клетками и присутствия растворимых или мембраносвязанных цитокинов — дифференцировка ГСК происходит в разных направлениях (рис. 12. /).

У млекопитающих в период внутриутробного развития ГСК присутствуют в желточном мешке, печени, селезенке и костном мозге. После рождения и в зрелом организме они обычно сохраняются лишь в костном мозге. Эти «самообновляющиеся» путем деления ГСК под влиянием разнообразных местных (в участках гемопоэза) факторов роста и дифференцировки дают начало большинству или даже всем клеткам иммунной системы.

Из ГСК образуются клетки четырех главных рядов (линий) дифференцировки:

эритроидного(эритроциты),

мегакариоиитарного (тромбоциты),

миелоидного (гранулоциты и моноядерные фагоциты) и

лимфоидного (лимфоциты).

Антигенпрезентирующие клетки в основном, но не исключительно, развиваются из миелоидных клеток-предшественников. Клетки миелоидного и лимфоидного рядов наиболее важны для функционирования иммунной системы.

МИЕЛОИДНЫЕ КЛЕТКИ

У человека миелопоэз начинается в печени, примерно на 6 неделе внутриутробного развития. Изучение роста колоний из индивидуальных стволовых клеток in vitro показало, что первая образующаяся из ГСК клетка-предшественник представляет собой колониеобразующую единицу (КОЕ), которая может дать начало образованию гранулоцитов, эритроцитов, моноцитов и мегакариоцитов (КОЕ-ГЭММ). Созревание этих клеток происходит под влиянием колониестимулирующих факторов (КСФ) и ряда интерлейкинов, в том числе ИЛ-1, ИЛ-3, ИЛ-4, ИЛ-5 и ИЛ-6 (рис. 12.2). Все они играют важную роль в положительной регуляции (стимуляции) гемопоэза и продуцируются главным образом стромальными клетками костного мозга, но также и зрелыми формами дифференцированных миелоидных и лимфоидных клеток. Другие цитокины (например, ТФРР) могут осуществлять понижающую регуляцию (подавление) гемопоэза.

Нейтрофилы и моноциты развиваются из общих клеток-предшественников

Образование нейтрофилов

Клеткой — предшественником нейтрофилов (вид гранулоцитов) и мононуклеарных фагоцитов (макрофагов) служит КОЕ-ГМ. При дифференцировке в нейтрофилы клетки проходят несколько морфологических стадий. Из миелобла- стов образуются промиелоциты и затем миелоци-

Рис. 12.1Все изображенные на рисунке клетки происходят от гемопоэтической стволовой клетки. Тромбоциты, продуцируемые мегакариоцитами, поступают в кровоток. Гранулоциты и моноциты мигрируют из кровотока в ткани. Тучные клетки присутствуют во всех тканях. В-клетки у млекопитающих созревают в печени плода и костном мозге, а Т-клетки - в тимусе. Местом обраРис. 12.1Все изображенные на рисунке клетки происходят от гемопоэтической стволовой клетки. Тромбоциты, продуцируемые мегакариоцитами, поступают в кровоток. Гранулоциты и моноциты мигрируют из кровотока в ткани. Тучные клетки присутствуют во всех тканях. В-клетки у млекопитающих созревают в печени плода и костном мозге, а Т-клетки - в тимусе. Местом образования больших гранулярных лимфоцитов, обладающих активностью нормальных киллеров (НК), служит, вероятно, костный мозг. Лимфоциты мигрируют из кровотока, проходят через вторичные лимфоидные ткани и вновь поступают в кровоток. Роль антигенпрезентирующих клеток во вторичных лимфоидных тканях выполняют интердигитатные и дендритные клетки.зования больших гранулярных лимфоцитов, обладающих активностью нормальных киллеров (НК), служит, вероятно, костный мозг. Лимфоциты мигрируют из кровотока, проходят через вторичные лимфоидные ткани и вновь поступают в кровоток. Роль антигенпрезентирующих клеток во вторичных лимфоидных тканях выполняют интердигитатные и дендритные клетки.ты, которые созревают и поступают в кровоток в виде нейтрофилов. Однонаправленная дифференцировка клеток КОЕ-ГМ в зрелые нейтрофилы обусловлена появлением у них на разных стадиях развития рецепторов для специфических факторов роста и дифференцировки.

Рис. 12.1

Все изображенные на рисунке клетки происходят от гемопоэтической стволовой клетки. Тромбоциты, продуцируемые мегакариоцитами, поступают в кровоток. Гранулоциты и моноциты мигрируют из кровотока в ткани. Тучные клетки присутствуют во всех тканях. В-клетки у млекопитающих созревают в печени плода и костном мозге, а Т-клетки - в тимусе. Местом обра

Рис. 12.1

Все изображенные на рисунке клетки происходят от гемопоэтической стволовой клетки. Тромбоциты, продуцируемые мегакариоцитами, поступают в кровоток. Гранулоциты и моноциты мигрируют из кровотока в ткани. Тучные клетки присутствуют во всех тканях. В-клетки у млекопитающих созревают в печени плода и костном мозге, а Т-клетки - в тимусе. Местом обра

зования больших гранулярных лимфоцитов, обладающих активностью нормальных киллеров (НК), служит, вероятно, костный мозг. Лимфоциты мигрируют из кровотока, проходят через вторичные лимфоидные ткани и вновь поступают в кровоток. Роль антигенпрезентирующих клеток во вторичных лимфоидных тканях выполняют интердигитатные и дендритные клетки.

зования больших гранулярных лимфоцитов, обладающих активностью нормальных киллеров (НК), служит, вероятно, костный мозг. Лимфоциты мигрируют из кровотока, проходят через вторичные лимфоидные ткани и вновь поступают в кровоток. Роль антигенпрезентирующих клеток во вторичных лимфоидных тканях выполняют интердигитатные и дендритные клетки.

По мере созревания гранулоцитов на их поверхности исчезают или появляются поверхностные дифференцировочные маркеры <рис. 12.3). Например, клетки КОЕ-ГМ экспрессируют молекулы МНС класса II и маркер CD38, отсутствующие на зрелых нейтрофилах. К другим молекулам поверхности, экспрессируемым в процессе дифференцировки, относятся CD 13, CD 14

(представлен в небольшой концентрации), CD15 (Х-детерминанта группы крови Льюис), CD29 (Р|-интегрин), VLA-4 (CD49d, a-цепь), лейкоцитарные интегрины CD11а, Ь, с и aD в ассоциации с Р2-цепями CD 18, рецепторы комплемента и Fcy-рецепторы (CD16) (см. рис. 2.42).

Функциональную активность гранулоцитов, находящихся на различных стадиях созревания, оценить трудно, но, по-видимому, полным функциональным потенциалом обладают только зрелые клетки. Ряд данных свидетельствует о том, что активность нейтрофилов, определяемая по фагоцитозу или хемотаксису, у плода ниже, чем в зрелом организме. Однако это может быть отчас-

Дифференцировка гранулоцитов и моноцитовДифференцировка гранулоцитов и моноцитов

Дифференцировка гранулоцитов и моноцитов

Дифференцировка гранулоцитов и моноцитов

Рис. 12.2

Полипотентные гепомоэтические стволовые клетки превращаются в колониеобразующие единицы (КОЕ) КОЕ-ГЭММ может давать начало всем клеткам крови, за исключением лимфоцитов. Образование из стволовой клетки любого из пяти типов клеток [мегакариоцитов, эритроцитов - через этап предшественника, называемого взрывообразующей единицей эритроидного ряда (ВОЕ-Э), базофилов, нейтрофилов или эозинофилов] индуцирует ИЛ-3 и фактор, стимулирующий образование колоний гранулоцитов и макрофагов (ГМ-КСФ); эти же факторы необходимы для дальнейшей дифференцировки гранулоцитов и моноцитов. Образование эозинофилов (Э) и КОЕ-Э стимулируется ИЛ-5. Нейтрофилы и моноциты образуются из КОЕ-ГМ под действием соответственно Г-КСФ и М-КСФ. Оба эти фактора, как и другие цитокины (включая ИЛ-1, ИЛ-4 и ИЛ-6) стимулируют дифференцировку моноцитов в макрофаги Образование мегакариоцитов стимулируется тромбопоэтином (ТП) (Б - базофил; ЭП - эритропоэтин; Г - гранулоцит;

М - моноцит.)

Морфология и поверхностные маркеры развивающихся гранулоцитов и моноцитов

Рис. 12.3

Клетки моноцитарного и нейтрофильного линий дифференцировки образуются из общей клетки-предшественника, КОЕ-ГМ. Дифференцировка по каждому из этих путей сопровождается утратой маркера CD34. На моноцитах сохраняется CD33, тогда как на зрелых

нейтрофилах эти молекулы, равно как и молекулы МНС класса II, отсутствуют. Маркер СОМ экспрессируется на моноцитах, но лишь в слабой степени на некоторых гранулоцитах, возможно при активации.

ти связано с меньшим содержанием опсонинов в сыворотке плода, а не с особенностями самих клеток. Для приобретения активности нейтрофилам необходимо непосредственное взаимодействие с микроорганизмами или с цитокинами, образующимися при иммунном ответе на антиген, (или с теми и другими вместе) в присутствии опсонинов. Это может лимитировать активность нейтрофилов на раннем этапе развития организма. Активация нейтрофилов цитокинами и хемо- кинами является также необходимым условием их миграции из крови в ткани.

Образование моноцитов

При дифференцировке по моноцитарному пути из КОЕ-ГМ вначале образуются пролиферирующие монобласты. Они дифференцируются в промоноциты и, наконец, в зрелые моноциты крови. Считается, что циркулирующие моноциты служат возобновляемым пулом для образования тканевых макрофагов, например макрофагов легких. Различные формы макрофагов составляют систему мононуклеарных фагоцитов (см. гл. 2).

Зрелые нейтрофилы и моноциты/макрофаги лишены CD34 и других маркеров ранних стадий дифференцировки. Однако моноциты, в отличие от нейтрофилов, продолжают экспрессировать большое количество молекул МНС класса II (рис. 12.3), необходимых для презентации антигена Т- клеткам. Моноциты синтезируют также многие из тех поверхностных молекул, которые характерны для зрелых нейтрофилов (см. рис. 2.23).

На стадиях дифференцировки определить функциональные возможности моноцитов, как и гранулоцитов, весьма трудно. Однако изучение in vitro некоторых миелоидных опухолей, клетки которых предположительно представляют собой моноциты на разных стадиях дифференцировки, свидетельствует о том, что как фагоцитарная активность, так и цитотоксичность, опосредуемая Fc-рецептором, достигают оптимального уровня только на стадии зрелых макрофагов. У новорожденного и взрослого человека моноциты вырабатывают цитокин ИЛ-1 с равной эффективностью, но у новорожденного эта функция слабее повышается под действием ИФу, чем у взрослого.

Дендритные клетки развиваются из стволовых клеток костного мозга

Большинство классических антигенпрезентирующих клеток (АПК), включая макрофаги, клетки

Лангерганса, интердигитатные и дендритные клетки, присутствует в организме уже при рождении. По всей вероятности, основная их масса образуется из стволовых клеток костного мозга. Возможно, они происходят из одной и той же клетки-предшественника CD34+ (КОЕ-ГЭММ). Морфологические, цитохимические и функциональные особенности разных АПК должны тогда определяться последующим влиянием факторов микроокружения, например цитокинов. Другая возможность состоит в том, что АП К образуются из разных стволовых клеток и по разным направлениям дифференцировки. Важное исключение составляют фолликулярные дендритные клетки (ФДК), локализованные в центрах размножения внутри вторичных лимфоидных фолликулов и происходящие, возможно, от мезенхимных клеток. В первичных фолликулах периферических лимфоидных тканей ФДК присутствуют уже при рождении. В отличие от других АПК они лишены подвижности.

Уже на очень ранних стадиях развития организма АПК присутствуют в тимусе, причем их участие в МНС-рестрикции и селекции Т-кле- ток показывает, что по крайней мере некоторые из них к этому времени достигают полной зрелости. Однако активность АПК на ранних стадиях развития организма явно неоптимальна. У новорожденных крысят, например, образование антител к эритроцитам барана происходит только при одновременном введении АПК взрослых крыс (рис. 12.4).

СИСТЕМА КОМПЛЕМЕНТА

На ранних стадиях развития организма содержание компонентов комплемента в крови низкое

Составной частью системы врожденного иммунитета служит система комплемента, играющая большую роль в защите организма от микробов. Идентифицировано примерно 30 различных белков плазмы, входящих в систему комплемента (см. гл. 4). Они появляются на стадии внутриутробного развития и обнаруживаются в крови раньше, чем IgM (рис. 12.5). В сыворотке новорожденного их уровень составляет 50—60 % уровня, характерного для взрослого организма.

Более раннее появление компонентов системы комплемента в сыворотке по сравнению с IgM отражает тот факт, что до возникновения антител в ходе эволюции именно комплемент, на-

Берем нн» сть, мегБерем нн» сть, мегРис. 12.5На диаграмме указаны самые ранние сроки первого появления компонентов системы комплемента в тканях плода человека. К моменту рождения уровень большинства этих компонентов превышает 50% их уровня у взрослого человека. По сравнению с ними иммуноглобулины начинают вырабатываться у плода гораздо позднее.Рис. 12.5На диаграмме указаны самые ранние сроки первого появления компонентов системы комплемента в тканях плода человека. К моменту рождения уровень большинства этих компонентов превышает 50% их уровня у взрослого человека. По сравнению с ними иммуноглобулины начинают вырабатываться у плода гораздо позднее.Рис. 12.4

Берем нн» сть, мег

Берем нн» сть, мег

Рис. 12.5

На диаграмме указаны самые ранние сроки первого появления компонентов системы комплемента в тканях плода человека. К моменту рождения уровень большинства этих компонентов превышает 50% их уровня у взрослого человека. По сравнению с ними иммуноглобулины начинают вырабатываться у плода гораздо позднее.

Рис. 12.5

На диаграмме указаны самые ранние сроки первого появления компонентов системы комплемента в тканях плода человека. К моменту рождения уровень большинства этих компонентов превышает 50% их уровня у взрослого человека. По сравнению с ними иммуноглобулины начинают вырабатываться у плода гораздо позднее.

Развитие функции антигенпрезентирующей клетки - процессинга и презентации антигена. В этом опыте новорожденным крысятам вводили: 1) только эритроциты барана (ЭБ), 2) ЭБ + клетки селезенки (содержащей АПК) взрослых крыс, 3) ЭБ + клетки селезенки, лишенной АПК, или 4) ЭБ + зрелые тимоциты. Во всех случаях взрослые крысы принадлежали к той же линии, что и новорожденные. У крысят каждой группы регистрировали гуморальный иммунный ответ - появление антител. У новорожденных крысят, которым вводили только ЭБ, антитела к ЭБ-антигенам не образовывались. Однако при одновременном введении спленоцитов взрослых крыс (вариант 2) иммунный ответ развивался. Ни зрелые спленоциты в отсутствие АПК, ни тимоциты сами по себе не вызывали продукции антител. Следовательно, АПК новорожденных особей неспособны эффективно осуществлять процессинг и презентацию ЭБ-антигенов.

ряду с фагоцитами, выполнял у животных основную функцию иммунной защиты. Таким образом, онтогенез в определенной степени повторяет филогенез.

ЛИМФОИДНЫЕ КЛЕТКИ

Недавно проведенные эксперименты на мышах показали, что общий предшественник лимфоид-

ных клеток впервые появляется в каудальной части спланхноплевры. Клетки-предшественники, вероятно, мигрируют с кровотоком в желточный мешок, а затем в первичные лимфоидные органы — тимус и печень плода, где они развиваются соответственно в Т- и В-клетки. Зрелые лимфоциты перемещаются затем во вторичные лимфоидные ткани, где приобретают способность реагировать на антиген.

Т-клетки развиваются в тимусе

Образование Т-клеток начинается с миграции стволовых клеток

Тимус развивается из третьего (а у некоторых видов и из четвертого) глоточного кармана в виде эпителиального зачатка эндо- и эктодермального происхождения, который заселяется стволовыми клетками из крови. Для формирования огромного разнообразия зрелых Т-клеток с различной специфичностью антигенных рецепторов требуется, по-видимому, относительно немного стволовых клеток. В образовании закладки тимуса, по крайней мере у мыши, участвуют два слоя эмбриональной ткани: эктодерма третьей жаберной щели, из которой формируется эпителий корковой зоны тимуса, и эндодерма третьего глоточно-

Расположение и строение тимуса

Эпителий мозговой зоны

Клетка-бласт

Клетка-«няня*

Тельце Гассаля

Тимоцит корковой зоны

Гибнущая клетка Макрофаг содержащий окрашивающиеся тельца Перегородка

Эпителий

корковой зоны

Интврдигитат- ные клетки

- Подкапсульная область

Наружный слой корковой зоны

Внутренний слой корковой зоны

Соединительный слой

- Мозговая зона

Рис. 12.6

Состоящий из двух долей тимус представляет собой орган, окруженный капсулой и разделенный перегородками на отдельные дольки. Корковая зона содержит плотно упакованные делящиеся корковые тимоциты в сети эпителиальных клеток, которые присутствуют и в мозговой зоне. Последняя содержит меньше лимфоцитов, но больше антигенпрезентирующих кле

ток костномозгового происхождения - интердигитат- ных клеток и макрофагов. Развивающиеся тимоциты тесно контактируют с эпителиальными и интердиги- татными клетками, которых особенно много на границе корковой и мозговой зон. Функция извитых эпителиальных структур, называемых тельцами Гассаля, неизвестна.

го кармана, дифференцирующаяся в эпителий мозговой зоны тимуса.

Как показывают экспериментальные исследования, миграция стволовых клеток в тимус происходит не случайно, а в ответ на хемотаксические сигналы, периодически исходящие из зачатка тимуса. Одним из хемоаттрактантов может служить Р2-микроглобулин. компонент молекул МНС класса I. У птиц колонизация тимуса стволовыми клетками происходит двумя или тремя волнами, но у млекопитающих такой волнообразный процесс не доказан. Попав в тимус, стволовые клетки под влиянием эпителиального микроокружения начинают дифференцироваться в тимические лимфоциты (называемые тимоцитами). Неясно, являются ли стволовые клетки «пре-Т-клетками», т. е. начинается ли их дифференцировка в Т-клетки еще до проникновения в тимус. Хотя стволовые клетки экспрессируют CD7, многие данные указывают на их полипо- тентность. Из гемопоэтических клеток-предшественников, выделенных из тимуса, in vitro развиваются гранулоциты, АПК, НК, В-клетки и

клетки миелоидного ряда. Это означает, что проникающие в зачаток тимуса костномозговые клетки сохраняют исходную пол и поте нтн ость.

Созревание Т-клеток происходит по мере перемещения тимоцитов из корковой зоны в мозговую Тимус состоит из долек, в каждой из которых различают корковую и мозговую зоны (см. гл. 3). В этих зонах присутствуют эпителиальные клетки, макрофаги и имеющие костномозговое происхождение интердигитатные клетки с высоким уровнем экспрессии антигенов МНС класса II. Для дифференцировки Т-лимфоцитов необходимы клетки всех этих трех типов (рис. 12.6). Например, специализированные эпителиальные клетки из периферических областей корковой зоны тимуса (клетки-«няни») содержат тимоциты в своих цитоплазматических «карманах» и могут участвовать в процессе их «обучения» (см. ниже). Поступающие из костного мозга стволовые клетки в первую очередь колонизируют подкапсульный слой тимуса. Они развиваются в крупные, активно пролиферирующие лимфобласты,

III. На стадии II одновременно экспрессируются молекулы CD4 и CD8, т. е. клетки дважды положительные. Одна из этих молекул при переходе клеток в III стадию (зрелые Т-клетки) теряется (моноположительные клетки).III. На стадии II одновременно экспрессируются молекулы CD4 и CD8, т. е. клетки дважды положительные. Одна из этих молекул при переходе клеток в III стадию (зрелые Т-клетки) теряется (моноположительные клетки).

III. На стадии II одновременно экспрессируются молекулы CD4 и CD8, т. е. клетки дважды положительные. Одна из этих молекул при переходе клеток в III стадию (зрелые Т-клетки) теряется (моноположительные клетки).

III. На стадии II одновременно экспрессируются молекулы CD4 и CD8, т. е. клетки дважды положительные. Одна из этих молекул при переходе клеток в III стадию (зрелые Т-клетки) теряется (моноположительные клетки).

Рис. 12.7

Экспрессия Т-клеточных маркеров в процессе созревания Т-клеток у человека. В стволовых клетках тимуса присутствует фермент терминальная дезоксинуклеотидил- трансфераза (ТдТ); на стадии II ее активность уменьшается, а в клетках мозговой зоны полностью исчезает. В процессе дифференцировки появляется несколько поверхностных гликопротеинов. На мебране корковых тимоцитов, находящихся на II стадии развития, присутствует молекула CD1, которой уже нет на клетках мозгового слоя. Маркеры CD2 и CD7 (общий маркер Т-клеток) появляются на очень ранних стадиях дифференцировки и сохраняются до стадии зрелой Т-клетки. Зрелые Т-клетки сохраняют и молекулу CD5, которая также появляется на ранней стадии. Молекула СОЗ вначале, на стадии I, экспрессируется в цитоплазме (цито), а затем и на клеточной поверхности, одновременно с ТкР. У большинства клеток на стадии II поверхностные молекулы СОЗ и «p-ТкР присутствуют в небольшой концентрации, но она значительно возрастает на стадии

которые и дают начало популяции тимоцитов.

В корковой зоне тимуса присутствует гораздо больше развивающихся лимфоцитов (85—90 %), чем в мозговой зоне. Изучение функции клеток и их поверхностных маркеров показывает, что тимоциты корковой зоны являются менее зрелыми, чем тимоциты мозговой зоны. Судя по этому, тимоциты мигрируют из коркового слоя в мозговой, где происходит их созревание. Полностью созревшие Т-клетки покидают тимус через посткапиллярные венулы, расположенные в зоне соединения коркового и мозгового слоев. Однако могут существовать и другие пути выхода клеток из тимуса, в том числе через лимфатические сосуды.

В процессе созревания Т-клетки меняют свой фенотип

Процесс превращения стволовых клеток в зрелые Т-клетки, как и созревание гранулоцитов и моноцитов, сопровождается появлением или исчез

новением на их поверхности «дифференцировоч- ных» маркеров, имеющих функциональное значение. Анализ генов, кодирующих оф- и уб-рецепторы Т-клеток, а также изучение смены поверхностных антигенов показывают, что дифференцировка Т-клеток в тимусе происходит по меньшей мере в двух направлениях. Неясно, различаются ли эти пути с самого начала; вероятнее всего, они представляют собой ответвления от одного общего исходного пути. Лишь очень небольшая доля зрелых лимфоцитов тимуса (менее 1 %) экспрессирует уб-ТкР. Большинство же тимоцитов дифференцируется в клетки с оф-ТкР; на их долю приходится более 99 % Т-лимфоцитов, присутствующих во вторичных лимфоидных тканях и крови (см. гл. 2 и 3).

Фенотипический анализ обнаруживает последовательные изменения в антигенном составе клеточной мембраны при созревании Т-клеток (рис. 12.7). Изменения фенотипа упрощенно можно представить в виде трехстадийной модели.

Тимоциты / стадии (ранние) Стадия I включает две фазы. В первой фазе клетки экспрессируют CD44 и CD25, но при этом они дважды отрицательные — CD4 ", CD8-; гены ТкР сохраняют гаметную конфигурацию. Клетки, находящиеся в этой фазе, способны дифференцироваться и в других направлениях (см. выше). Во второй фазе они теряют CD44, но все еще остаются отрицательными и по CD4, и по CD8; перестраивается ген 0-цепи ТкР. В этот период тимоциты экспрессируют цитоплазматическую (но не мембраносвязанную) форму молекулы CD3, образующей комплекс с ТкР, и таким образом коммитированы к дифференцировке в Т-клетки. Экспрессия CD7, наряду с CD2 и CD5, продолжается. На этой стадии экспрессируются и маркеры пролиферации, такие как рецептор трасферрина (CD71) и CD38 (общий маркер всех ранних предшественников гемопоэтических клеток). Следует обратить внимание на то, что ни один из маркеров пролиферации не специфичен для Т-клеточного пути дифференцировки. Однако для ранних тимоцитов этот путь предопределяется перестройкой гена (3-цепи ТкР и экспрессией в цитоплазме (но не на мембране) комплекса CD3.

Тимоциты II стадии (промежуточные, или часто встречающиеся) На долю этих клеток всегда приходится примерно 85 % всех лимфоидных клеток тимуса. Для них характерен фенотип CD1+,CD44_,CD25_, но при этом они дважды положительные — CD4+,CD8+. В промежуточных тимоцитах происходит перестройка генов, кодирующих a-цепь ТкР; на клеточной поверхности с низкой плотностью экспрессируются обе цепи а0-рецептора в ассоциации с комплексом CD3.

Тимоциты III стадии (зрелые) На этой стадии происходят резкие изменения фенотипа клеток, а именно потеря CD1, экспрессия на мембране с высокой плотностью комплекса «0-ТкР — CD3 и разделение клеток на два подтипа, экспрессирующих один CD4, другой CD8 (т. е. клетки становятся моноположительными). Большинство тимоцитов на этой стадии лишены CD38 и рецептора трансферрина и их практически невозможно отличить от зрелых Т-клеток крови. Все эти клетки, обнаруживаемые в мозговой зоне тимуса, экспрессируют рецептор CD44, предположительно участвующий в миграции и хоминге лимфоцитов в периферических лимфоидных тканях. На этой стадии экспрессируется также L-селектин.

Разнообразие Т-клеточных рецепторов формируется в тимусе

Т-клетки способны распознавать огромное количество разнообразных антигенов. В процессе созревания этих клеток в тимусе гены «0- и уб-ТкР претерпевают соматическую рекомбинацию, образуя функциональные гены для различных Т-клеточных рецепторов (см. гл. 8). Цепи 0 и б кодируются сегментами V, D и J, тогда как для синтеза а- и у-цепей служат только сегменты V и J. Первыми в процессе созревания Т-клеток перестраиваются гены ТкР, кодирующие у-цепи, а затем уже гены 0- и a-цепей. В результате случайных сочетаний разных генных сегментов возникает множество продуктивных перестроек. Это обеспечивает экспрессию разнообразных пептидных последовательностей вариабельных участков обеих цепей ТкР. Тимоциты, в которых перестройка генов оказывается непродуктивной, погибают. Как и при создании разнообразия В-клеточных рецепторов (антител), важнейшую роль в процессе перестройки, обусловливающей разнообразие Т-клеточных рецепторов для антигенов, играют два активирующих рекомбинацию гена — RAG-1 и RAG-2 (см. гл. 7).

Вначале ТкР экспрессируются на клеточной поверхности с низкой плотностью. Это характерно для Т-клеток подкапсульного и наружного слоев корковой зоны тимуса, в которых клетки активно пролиферируют.

«Альтернативные» формы ТкР в процессе созревания Исследования на трансгенных мышах показали, что в ранней стадии онтогенеза Т-клетки могут экспрессировать альтернативные формы ТкР, которые, возможно, участвуют в передаче диф- ференцировочных сигналов. Это димеры 0-ТкР, ассоциированные с CD3 в отсутствие а-ТкР; мембраносвязанные цепи 0-ТкР, ассоциированные с фосфатидилинозитолом, а не CD3; 0-цепи ТкР, ассоциированные на поверхности клетки с неполным комплексом CD3 (CD3 лишь из у-, 0-, и к- но без £- и т]-цепей) и без a-цепи ТкР. Наконец, возможна экспрессия «суррогатной» а-цепи (пре-Т а-цепь), роль которой, по-видимому, выполняет недавно идентифицированный гликопротеин 33 кДа. Не исключено, что такие рецепторы, как и «суррогатные» пре-В-клеточные рецепторы (см. ниже), принимают участие в процессах пролиферации, созревания и селекции на ранних стадиях дифференцировки лимфоцитов.

МНС-рестрикция Т-клеток в тимусе

Тренсплантация

Тимзктоми-рованнаямышьbxk

ТренсплантацияТрансплан-.

К тимуса плода Облучение К тация Д Примиро-ДL/C известнымГ \ костного Г / ванне С /

/ гаплотипом1 / мозга bxk [/ ГЛУ

Гаплотип мыши

Тип имплантированного тимуса плода

Пролиферативная реакция на АПК каждой родительской линии

H-2bН-2к

bxk

bxk

+ ++ +

bxk

b

+ +—

bxk

Ь (обрабо ка дГ)

+ +-

bxk

к

-+ +

bxk

к'Об.аботкадГ

-+ +

Регистрация пролиферативной реакции гримированных ’ Т-клеток на ГЛУ, презентируемый АПК обоих родительскик гаплотипов

Рис. 12.8

Тимэктомированным мышам [F1 (H-2bx Н-2к] имплантировали тимусы 12-суточных эмбрионов различных генотипов. Затем мышей облучали для элиминации собственных Т-клеток и пересаживали им костный мозг от особей F1, обеспечивающий организм стволовыми клетками . После сенсибилизации антигеном (гемоцианин лимфы улитки, ГЛУ) регистрировали пролиферативные реакции Т-клеток лимфоузлов на ГЛУ, презентируемый АПК особей каждой родительской линии. В некоторых опытах доли тимуса перед

имплантацией инкубировали с дезоксигуанозином (дГ), который разрушает внутритимусные макрофаги и дендритные клетки. Результаты показали: 1) для того, чтобы Т-клетки «научились» распознавать молекулы МНС, необходимо соответствующее тимусное окружение и 2) макрофаги и дендритные клетки костномозгового происхождения (удаляемые при обработке дГ) для этого не нужны. (По Lo D., Sprent Y. 1986.

Nature 319: 672.)

Рис. 12.9Апоптоз клеток в тимусе. 1. К долькам тимуса плода в тканевой культуре добавляли антитела анти-СОЗ, в результате чего при участии ТкР происходила активация клеток и включался механизм их запрограммированной гибели (апоптоз). На электронной микрофотографии видно, что в отличие от ядер нормальных клеток (Н), в которых хроматин диспергирован, в ядрах апоптотических клеток (А) наблюдается выраженная конденсация хроматина. (Фото любезно предоставлено д-ром С. Smith.) 2. Анализ ДНК апоптотических клеток методом электрофореза в агарозном геле; видна характерная «лесенка» из фрагментов расщепленной ДНК.Рис. 12.9Апоптоз клеток в тимусе. 1. К долькам тимуса плода в тканевой культуре добавляли антитела анти-СОЗ, в результате чего при участии ТкР происходила активация клеток и включался механизм их запрограммированной гибели (апоптоз). На электронной микрофотографии видно, что в отличие от ядер нормальных клеток (Н), в которых хроматин диспергирован, в ядрах апоптотических клеток (А) наблюдается выраженная конденсация хроматина. (Фото любезно предоставлено д-ром С. Smith.) 2. Анализ ДНК апоптотических клеток методом электрофореза в агарозном геле; видна характерная «лесенка» из фрагментов расщепленной ДНК.

Рис. 12.9

Апоптоз клеток в тимусе. 1. К долькам тимуса плода в тканевой культуре добавляли антитела анти-СОЗ, в результате чего при участии ТкР происходила активация клеток и включался механизм их запрограммированной гибели (апоптоз). На электронной микрофотографии видно, что в отличие от ядер нормальных клеток (Н), в которых хроматин диспергирован, в ядрах апоптотических клеток (А) наблюдается выраженная конденсация хроматина. (Фото любезно предоставлено д-ром С. Smith.) 2. Анализ ДНК апоптотических клеток методом электрофореза в агарозном геле; видна характерная «лесенка» из фрагментов расщепленной ДНК.

Рис. 12.9

Апоптоз клеток в тимусе. 1. К долькам тимуса плода в тканевой культуре добавляли антитела анти-СОЗ, в результате чего при участии ТкР происходила активация клеток и включался механизм их запрограммированной гибели (апоптоз). На электронной микрофотографии видно, что в отличие от ядер нормальных клеток (Н), в которых хроматин диспергирован, в ядрах апоптотических клеток (А) наблюдается выраженная конденсация хроматина. (Фото любезно предоставлено д-ром С. Smith.) 2. Анализ ДНК апоптотических клеток методом электрофореза в агарозном геле; видна характерная «лесенка» из фрагментов расщепленной ДНК.

В тимусе происходит положительная и отрицательная селекция развивающихся Т-клеток Положительная селекция Т-клетки распознают антигенные пептиды только представленными в «контексте» собственных молекул МНС на поверхности АПК (см. гл. 7 и 9). В действительности Т-клетки осуществляют двойное распознавание — и антигенных пептидов, и полиморфной части молекул МНС. (Маркер CD4, присутствующий на поверхности Т-клеток одной из субпопуляций, распознает неполиморфную часть молекул класса II.) Положительная селекция (называемая также «обучением в тимусе») заключается в том, что дальнейшей дифференцировке подвергаются только те клетки, ТкР которых обладают невысокой аффинностью к собственным молекулам МНС. По имеющимся данным, положительную селекцию осуществляют эпителиальные клетки тимуса, выступающие в роли АПК (рис. 12.8). Т-клетки, рецепторы которых обладают очень высокой или очень низкой аффинностью к собственным молекулам МНС, подвергаются в корковой зоне тимуса апоптозу и погибают. Апоптоз — это запрограммированное «самоубийство» клетки, осуществляемое активированными эндогенными нуклеазами путем расщепления ДНК на фрагменты (рис. 12.9).

Дифференцировка и положительная/отрицательнаяселекция Т-клеток в тимусеДифференцировка и положительная/отрицательнаяселекция Т-клеток в тимусе

Дифференцировка и положительная/отрицательнаяселекция Т-клеток в тимусе

Дифференцировка и положительная/отрицательнаяселекция Т-клеток в тимусе

Рис. 12.10

Согласно этой гипотетической схеме, «претимиче- ские» Т-клетки направляются в закладку тимуса и проникают в нее. В подкапсульном слое они пролиферируют, образуя крупные лимфобласты, которые, размножаясь, дают начало популяции клеток, вступающих на путь дифференцировки. Многие из этих клеток находятся в тесном контакте с эпителиальными клет- ками-«нянями» тимуса (значение такого взаимодействия остается спорным вопросом). В этом слое клетки впервые начинают экспрессировать CD8, а затем и CD4, оба с низкой плотностью. В них происходит также перестройка генов ТкР и может начаться экспрессия в небольшом количестве продуктов этих генов на поверхности клеток. Созревающие клетки перемещаются в более глубокие слои корковой зоны и контактируют здесь с эпителиальными клетками. Последние удлиняются и ветвятся, создавая тем самым большую поверхность для контакта с тимоцитами. Этот контакт обеспечивает «обзор» ТкР тимоцитов молекулами МНС, экспрессированными на поверхности эпителиальных клеток. В результате происходит положительная селекция. Отбракованные клетки подвергаются апоптозу и поглощаются макрофагами. Во время миграции тимоцитов из подкапсульного слоя глубже в корковую зону в них усиливается экспрессия СОЗ, ТкР, CD4 и CD8. В зоне кортико-медуллярного соединения аутореактивные тимоциты, т. е. распознающие аутоантигены, презентируемые интердигитатными клетками и макрофагами, подвергаются делеции.

Этот процесс носит название отрицательной селекции, и в нем могут принимать участие также эпителиальные клетки мозговой зоны тимуса. После этой стадии формируются клетки, экспрессирующие либо CD4, либо CD8. Они покидают тимус через специальные сосуды соединительного слоя. (Процесс отрицательной селекции может происходить и в корковой зоне тимуса, приводя к элиминации тех клеток, ТкР которых обладают высокой аффинностью к собственным молекулам МНС.)

Т-клетки с рецепторами, обладающими невысокой аффинностью, избегают апоптоза, выживают и продолжают путь созревания.

Отрицательная селекция Некоторые Т-клетки, прошедшие положительную селекцию, могут обладать рецепторами, распознающими не молекулы МНС, а другие компоненты собственных тканей. Такие клетки выбраковываются путем «отрицательной селекции», происходящей в более глубоких слоях корковой зоны тимуса, в месте соединения корковой и мозговой зон и в мозговой зоне. Тимоциты взаимодействуют с собственными антигенами, которые презентируются интердигитатными клетками. Дальнейшее со

зревание «разрешается» только тем тимоцитам, которые лишены способности распознавать собственные антигены; остальные подвергаются апоптозу и разрушаются. Эти отмирающие тимоциты, как и любые другие апоптотические клетки тимуса, в глубоких слоях корковой зоны фагоцитируются макрофагами, содержащими окрашивающиеся тельца. Существование отрицательной селекции (называемой также центральной толерантностью) недавно было убедительно доказано в исследованиях на мышах, у которых экспрессированные в тимусе эндогенные суперантигены вызывают элиминацию Т-клеток, несущих ТкР с той или иной VP-цепью (см. гл. 13).

Т-клетки на этой стадии созревания (CD4+, CD8+, ТкР'°) продолжают экспрессировать ТкР с высокой плотностью, но теряют либо CD4, либо CD8, становясь моноположительными зрелыми тимоцитами. Эти разные субпопуляции CD4+- и СВ8+-клеток, обладая специальными рецепторами хоминга (например, CD44), мигрируют в периферические лимфоидные ткани, где функционируют как зрелые хелперные и цитотоксические Т-клетки соответственно. Тимус покидает менее 5 % тимоцитов; остальные погибают в процессе селекции (рис. 12.10) или вследствие неспособности экспрессировать антигенные рецепторы.

Роль молекул адгезии и цитокинов в созревании тимоцитов

Важнейший момент в дифференцировке Т-кле- ток — это адгезия (прилипание) созревающих тимоцитов к эпителиальным и вспомогательным клеткам тимуса. Она происходит за счет взаимодействия комплементарных молекул адгезии, например CD2 с LFA-3 (CD58) и LFA-1 (CDlla, CD18)c ICAM-1 (CD54).

В результате этого взаимодействия индуцируется синтез цитокинов ИЛ-1, ИЛ-3, ИЛ-6 и ГМ-КСФ, необходимых для созревания Т-кле- ток. На ранних стадиях созревания тимоциты экспрессируют также рецептор для ИЛ-2. Этот цитокин вместе с другими молекулами способствует пролиферации клеток, которая происходит главным образом в подкапсульном слое и наружных слоях корковой зоны тимуса.

Некоторые Т-клетки созревают вне тимуса

Отрицательная селекция может осуществляться в периферических лимфоидных тканях

При созревании в тимусе элиминируются не все аутореактивные Т-клетки. Это, по-видимому, связано с тем, что не все аутоантигены способны проходить через тимус. Эпителиальный барьер тимуса может ограничивать также доступность некоторых антигенов из крови. Поскольку часть аутореактивных Т-клеток выживает, для предотвращения их реакции на собственные ткани организма необходим дополнительный механизм. Недавно проведенные эксперименты на трансгенных мышах позволяют предполагать, что для периферической инактивации аутореактивных Т-клеток (периферическая толерантность) может существовать два механизма:

подавление (понижающая регуляция) экспрессии ТкР и CD8 (на цитотоксических клетках), вследствие которой такие клетки теряют способность взаимодействовать с аутоантигенами-мишенями, и

анергия, развивающаяся при отсутствии необходимых вторых сигналов активации, источником которых служат клетки-мишени (например, при участии CD28).

Периферическая толерантность подробнее рассмотрена в гл. 14.

Созревание Т-клеток вне тимуса

Хотя для дифференцировки подавляющего большинства Т-клеток необходим функционирующий тимус, небольшое количество клеток (часто олигоклональной природы), обладающих Т-кле- точными маркерами, обнаруживается и у бести- мусных (nude) мышей. Не исключено присутствие у таких мышей закладки тимуса, однако все больше данных указывает на то, что костномозговые предшественники могут заселять эпителий слизистых оболочек, созревая там без участия тимуса в функциональные Т-клетки, экспрессирующие уб-ТкР и, возможно, также «P-ТкР. Значение внетимусного созревания Т-клеток у эутими- ческих животных (т. е. имеющих нормальный тимус) пока остается неясным.

Т-клетки новорожденных неполностью зрелые

Большинство Т-клеток, присутствующих в крови новорожденных, несут маркер CD45RA; это свидетельствует, что они еще не встречались с антигеном. Кроме того, при взаимодействии с различными антигенами Т-клетки новорожденных вырабатывают меньше интерферона-у(и, вероятно, других цитокинов), чем зрелые Т-клетки.

В-клетки млекопитающих созревают в костном мозге и печени плода

У млекопитающих специальный орган для лимфопоэза В-клеток отсутствует. Эти клетки развиваются непосредственно из лимфоидных стволовых клеток в гемопоэтической ткани в печени плода (рис. 12.11), у человека на 8—9 неделе, у мыши примерно на 14 сутки внутриутробного развития. Позднее образование В-клеток происходит уже не в печени, а в костном мозге, где и продолжается в течение всей жизни организма.

Рис. 12.11Срез печени плода человека. Видны островки гемопоэза (Г); гемопоэтические стволовые клетки обнаруживаются в синусоидальных пространствах (С) между пластами печеночных клеток (П). (Фото любезно предоставлено д-ром A. Stevens и проф. J. Lowe.)Рис. 12.11Срез печени плода человека. Видны островки гемопоэза (Г); гемопоэтические стволовые клетки обнаруживаются в синусоидальных пространствах (С) между пластами печеночных клеток (П). (Фото любезно предоставлено д-ром A. Stevens и проф. J. Lowe.)

Рис. 12.11

Срез печени плода человека. Видны островки гемопоэза (Г); гемопоэтические стволовые клетки обнаруживаются в синусоидальных пространствах (С) между пластами печеночных клеток (П). (Фото любезно предоставлено д-ром A. Stevens и проф. J. Lowe.)

Рис. 12.11

Срез печени плода человека. Видны островки гемопоэза (Г); гемопоэтические стволовые клетки обнаруживаются в синусоидальных пространствах (С) между пластами печеночных клеток (П). (Фото любезно предоставлено д-ром A. Stevens и проф. J. Lowe.)

То же относится и к другим направлениям дифференцировки гемопоэтических клеток — эритроцитарному, гранулоцитарному, моноцитарному и тромбоцитарному. Недавно показано, что у мыши и человека во время внутриутробного развития предшественники В-клеток присутствуют также в ткани сальника. Появляются ли они здесь раньше, чем в закладке печеночной ткани плода, неизвестно.

Образование В-клеток в костном мозге происходит не в отдельных участках

В-клетки-предшественники в костном мозге примыкают к эндосту костной пластинки. Каждая В-клетка-предшественник на стадии перестройки генов иммуноглобулинов может давать до 64 клеток-потомков, и эти клетки мигрируют

Схема дифференцировки В-клеток в костном мозгеСхема дифференцировки В-клеток в костном мозге

Схема дифференцировки В-клеток в костном мозге

Схема дифференцировки В-клеток в костном мозге

Рис. 12.121. Микрофотография, полученная методом сканирующей электронной микроскопии низкого напряжения; видны строение кости и ее связь с костным мозгом. Выделенная квадратом полость схематически изображена справа. (Фото любезно предоставлено д-ром A. Stevens и проф. J. Lowe.) 2. Созревание В-клеток в полостях губчатой кости происходит по мере их перемещения в радиальном направлении к центру (от эндоста к центральному венозному синусу). Незрелые клетки-предшественники, примыкающие к слою клеРис. 12.121. Микрофотография, полученная методом сканирующей электронной микроскопии низкого напряжения; видны строение кости и ее связь с костным мозгом. Выделенная квадратом полость схематически изображена справа. (Фото любезно предоставлено д-ром A. Stevens и проф. J. Lowe.) 2. Созревание В-клеток в полостях губчатой кости происходит по мере их перемещения в радиальном направлении к центру (от эндоста к центральному венозному синусу). Незрелые клетки-предшественники, примыкающие к слою клеток эндоста, дифференцируются в пре-В-клетки, многие из которых погибают и поглощаются костномозговыми макрофагами, содержащими окрашивающиеся тельца. Выжившие клетки продолжают созревать и достигают центрального венозного синуса. На всех стадиях созревания В-клеток важную роль играют связь с клетками стромы и присутствие цитокинов, таких как ИЛ-7. (По Osmond D., Gallagher R. 1991.

Рис. 12.12

1. Микрофотография, полученная методом сканирующей электронной микроскопии низкого напряжения; видны строение кости и ее связь с костным мозгом. Выделенная квадратом полость схематически изображена справа. (Фото любезно предоставлено д-ром A. Stevens и проф. J. Lowe.) 2. Созревание В-клеток в полостях губчатой кости происходит по мере их перемещения в радиальном направлении к центру (от эндоста к центральному венозному синусу). Незрелые клетки-предшественники, примыкающие к слою кле

Рис. 12.12

1. Микрофотография, полученная методом сканирующей электронной микроскопии низкого напряжения; видны строение кости и ее связь с костным мозгом. Выделенная квадратом полость схематически изображена справа. (Фото любезно предоставлено д-ром A. Stevens и проф. J. Lowe.) 2. Созревание В-клеток в полостях губчатой кости происходит по мере их перемещения в радиальном направлении к центру (от эндоста к центральному венозному синусу). Незрелые клетки-предшественники, примыкающие к слою кле

Immunol. Today 12: 1-3.)

к центру каждой полости губчатой кости, достигая просвета венозного синусоида. Созревание В-клеток в костном мозге происходит при их тесном контакте с клетками стромы, расположенными как вблизи эндоста, так и в окружении центрального синуса, где они называются адвентициальными клетками (рис. 12.12). Ретикулярные клетки имеют смешанные фенотипические признаки, будучи сходны по некоторым из них с фибробластами, эндотелиальными клетками и миофибробластами. Они продуцируют коллаген IV типа, ламинин и гладкомышечную форму актина. Эксперименты in vitro показывают, что стромальные клетки поддерживают дифференцировку В-клеток, возможно за счет продукции ИЛ-7. Адвентициальные клетки могут играть важную роль в процессе высвобождения зрелых В-клеток в центральный синус.

В-клетки подвергаются процессам селекции

Большинство созревающих в костном мозге В-клеток (более 75%) не попадает в кровоток, а подобно тимоцитам погибает в результате апоптоза и поглощения костномозговыми макрофагами. Предполагается, что при взаимодействии В-клеток с клетками стромы происходит своего рода положительная селекция, которая «спасает» от запрограммированной гибели небольшую часть В-клеток с продуктивной перестройкой генов иммуноглобулинов. Отрицательная селекция аутореактивных В-клеток может происходить в костном мозге или селезенке — органе, в который мигрирует большинство новообразованных В-клеток в период внутриутробного развития.

Кинетические исследования позволяют рассчитать, что у мыши ежесуточно образуется примерно 5 • 107 В-клеток. Поскольку селезенка мыши содержит приблизительно 7,5* 107 В-клеток, огромная часть их должна погибать, что происходит, вероятно, на стадии пре-В-клеток из-за непродуктивной перестройки рецепторных генов или из-за экспрессии этими клетками аутореактивных иммуноглобулиновых рецепторов.

Маркерами зрелых В-клеток служат иммуноглобулины

Лимфоидные стволовые клетки, экспрессирующие терминальную дезоксинуклеотидилтрансфе- разу (ТдТ), пролиферируют, дифференцируются и претерпевают перестройку генов иммуноглобулинов (см. гл. 8), что приводит к образованию

Схема строения рецептора пре-В-клетки

Рис. 12.13

Суррогатный В-клеточный рецептор состоит из тяжелой ц-цепи и белков Vnpe_B и Х5 (суррогатные легкие цепи), нековалентно связанных друг с другом. Белок Х5 ковалентно связан с доменом Сц1. Функция рецептора пре-В-клетки неизвестна; возможно, он (подобно гипотетическому рецептору пре-Т-клетки) принимает участие в процессах ранней дифференцировки, селекции и пролиферации. Синие кружки - участки гликозилирования.

пре-В-клеток, в цитоплазме которых появляются тяжелые ц-цепи. Некоторые из этих пре-В-кле- ток и на своей поверхности несут небольшое количество ц-цепей, ассоциированных с «суррогатными» легкими цепями, Vnpe_B и Х5 (см. ниже; схема строения пре-В-клеточного рецептора приведена на рис. 12.13). К этому времени уже происходит аллельное исключение либо материнских, либо отцовских генов иммуноглобулинов. Из пролиферирующих крупных пре-В-кле- ток образуются пре-В-клетки меньших размеров. Как только В-клетка начинает синтезировать легкие цепи, которые могут быть к- или Х-типа, ее антигенный рецептор slgM приобретает анти- генсвязываюшую специфичность. Таким образом, одна В-клетка способна производить антитела лишь одной специфичности — основное положение теории клональной селекции относительно продукции антител. В стадии про-В-кле- ток на клеточной поверхности появляются ассоциированные с иммуноглобулинами молекулы Iga и IgP (CD79a и b). Схема дифференцировки В-клеток, сопровождающейся экспрессией иммуноглобулинов и некоторых других важных молекул, приведена на рис. 12.14.

Дифференцировка В-клеток

Маркеры

Пре-В-клетка

Лимфоидная стволовая клетка

Про-В-клетка (клетка-пред- ше тве- нии

Незрелая В-клетка

Зрелая В-клетка

Активированная

В-клетка/бласт

Антиген

поверхностные । поверхностные lgM+ lgD+ |1дМ+,1дО"

В-клетка памяти

поверхностные lgG+/lgA+

Плазматическая клетка (АОК)

цитоплазматические 1st

Перестройки р-цепиПерестройки р-цепикД-цепейкД-цепейПереключение изотипа и гипермутированиеПереключение изотипа и гипермутирование

Перестройки р-цепи

Перестройки р-цепи

кД-цепей

кД-цепей

Переключение изотипа и гипермутирование

Переключение изотипа и гипермутирование

Гене-тическиепроцессы

Экспрес-

сируемыемолекулы

ТдТ

МНС II

сою

CD19

CD20

CD21

CD22

CD23

CD25

CD38

CD40

CD72

РСА-1

Рис. 12.14

Из лимфоидных стволовых клеток образуются девственные (нестимулированные) В-клетки, которые под действием антигена могут превращаться в клетки иммунологической памяти или в плазматические клетки. Желтым цветом показана локализация иммуноглобулинов в клетке. В процессе созревания клеток-предшественников происходит перестройка генов, кодирующих антитела. Пре-В-клетки экспрессируют только цитоплазматическую ц-цепь. Некоторые из них могут экспрессировать свои ц-цепи в ассоциации с суррогатными легкими цепями (рис. 12.13). Незрелые В- клетки несут на поверхности IgM, а зрелые - иммуноглобулины других изотипов. При антигенной стимуляции В-клетки пролиферируют и после фазы пролиферации, активации и бласттрансформации превраща

ются либо в плазматические клетки, либо в клетки иммунологической памяти. Клетки памяти и плазматические клетки присутствуют в различных лимфоидных тканях. Терминальная дезоксинуклеотидилтрансфе- раза (ТдТ) экспрессируется на очень ранних стадиях онтогенеза. На схеме показана также последовательность появления других важных поверхностных маркеров В-клеток. Плазмоцитарный антиген-1 (РСА-1) обнаруживается только на плазматических клетках. Обратите внимание, что CD38 - это одна из молекул, которые присутствуют на поверхности ранних клеток- предшественников, затем исчезают и вновь появляются на мембране уже полностью дифференцированных плазматических клеток.

На развивающихся В-клетках появляются характерные молекулы поверхности

В процессе развития В-клеток происходят перестройка генов иммуноглобулинов и фенотипические изменения, сходные с описанными выше

для Т-клеток. Самым ранним указанием на начало В-клеточной линии дифференцировки служит перестройка генов тяжелых цепей lg в В-клетках- предшественниках. На последующих стадиях развития пре-В-клеток перестраиваются гены

торы для этих цитокинов избирательно экспрессируются В-клетками на различных стадиях дифференцировки. Некоторые из таких рецепторов теперь имеют обозначение как CD-маркеры (см. приложение).торы для этих цитокинов избирательно экспрессируются В-клетками на различных стадиях дифференцировки. Некоторые из таких рецепторов теперь имеют обозначение как CD-маркеры (см. приложение).Рис. 12.15Весь жизненный цикл В-клеток от стволовой до зрелой плазматической клетки регулируется присутствующими в их микроокружении цитокинами. (Важную роль в начале дифференцировки играет ИЛ-7.) Рецеп-Рис. 12.15Весь жизненный цикл В-клеток от стволовой до зрелой плазматической клетки регулируется присутствующими в их микроокружении цитокинами. (Важную роль в начале дифференцировки играет ИЛ-7.) Рецеп-легких цепей. Раньше начала синтеза иммуноглобулинов экспрессируются некоторые поверхностные маркеры В-клеток, а именно молекулы МНС класса II, CD19, CD20, CD21, CD40 и антиген CDIO (CALLA). Последний из этих маркеров представляет собой высококонсервативную нейтральную эндопептидазу, временно экспрессируемую на ранних прешественниках В-клеток еше до появления в цитоплазме тяжелых ц-це- пей. Позднее, уже после активации антигеном, В-клетки вновь начинают экспрессировать антиген CALLA (рис. 12.14). Другие маркеры, например CD23 и CD25 (а-рецептор для ИЛ-2), обнаруживаются главным образом на активированных В-клетках.

торы для этих цитокинов избирательно экспрессируются В-клетками на различных стадиях дифференцировки. Некоторые из таких рецепторов теперь имеют обозначение как CD-маркеры (см. приложение).

торы для этих цитокинов избирательно экспрессируются В-клетками на различных стадиях дифференцировки. Некоторые из таких рецепторов теперь имеют обозначение как CD-маркеры (см. приложение).

Рис. 12.15

Весь жизненный цикл В-клеток от стволовой до зрелой плазматической клетки регулируется присутствующими в их микроокружении цитокинами. (Важную роль в начале дифференцировки играет ИЛ-7.) Рецеп-

Рис. 12.15

Весь жизненный цикл В-клеток от стволовой до зрелой плазматической клетки регулируется присутствующими в их микроокружении цитокинами. (Важную роль в начале дифференцировки играет ИЛ-7.) Рецеп-

Ранние этапы развития В-клеток зависят от ряда факторов роста и дифференцировки. На разных стадиях дифференцировки В-клетки экспрессируют рецепторы для этих факторов. Процесс дифференцировки инициируют ИЛ-7, ИЛ-3 и низкомолекулярный фактор роста В-клеток (L- BCGF), тогда как на последующих стадиях действуют иные факторы (рис. 12.15).

В-клетки мигрируют во вторичные лимфоидные ткани, где осуществляют свои функции

Ранние В-клетки-«иммигранты» (у человека на 17 неделе внутриутробного развития) в селезенке и лимфоузлах плода являются 5^М+-клетками, на поверхности которых присутствует CD5 (предполагаемый маркер Т-клеток). В-клетки-

предшественники CD5+ обнаруживаются также в сальнике плода и в зоне мантии вокруг вторичных фолликулов зрелых лимфоузлов.

После антигенной стимуляции зрелые В-клетки могут превращаться в клетки иммунологической памяти или в антителообразующие клетки (АОК). Плазматические клетки (окончательно дифференцированная форма АОК) обычно теряют поверхностные иммуноглобулины (sig), поскольку функция этих Ig в качестве рецепторов им больше не нужна. Подобно всем другим окончательно дифференцированным гемопоэтическим клеткам плазматическая клетка имеет ограниченную продолжительность жизни и в конце концов подвергается апоптозу (см. рис. 2.23).

Незрелые и зрелые В-клетки отвечают на антиген по-разному. При обработке антителами анти-IgM или антигеном и те и другие теряют slgM, молекулы которого удаляются путем кэппинга и эндоцитоза. Однако ресинтез slgM наблюдается в культуре только у зрелых В-клеток (рис. 12.16). Такая индуцированная потеря антигенного рецептора может служить одним из механизмов приобретения аутореактивными В-клетками толерантности в процессе их созревания.

У птиц В-клетки созревают в фабрициевой сумке

Лимфопоэз В-клеток у птиц начинается в специальном лимфоэпителиальном органе — фабрици-

Ресинтез slgM зрелыми и незрелыми В-клетками

Рис. 12.16

Зрелые (от взрослых) и незрелые (от новорожденных) В-клетки инкубировали при 37 °C с антителами к slgM (анти-lgM) в течение 30-60 мин; это приводило к кэп- пингу молекул slgM и их интернализации путем эндо- цитоза. Затем клетки отмывали от добавленных антител. Как видно на рисунке, только зрелые В-клетки за последующие 24 ч восстанавливали синтез slgM.

свой сумке. Закладка ее развивается из выпячивания эндодермы задней кишки и заселяется стволовыми клетками из крови. Исследования на химерах курица/куропатка показывают, что стволовые клетки проникают в сумку только в период между 10 и 14 сутками эмбрионального развития (см. гл. 15). Пиронинофильные клетки (предположительно стволовые) находятся в тесном контакте с эпителиальными клетками. Пролиферирующие клетки сумки образуют корковый и мозговой слои каждого фолликула, который может заселяться одной или несколькими стволовыми клетками.

РАЗНООБРАЗИЕ СПЕЦИФИЧНОСТЕЙ АНТИТЕЛ

Разнообразие (репертуар) антител создается путем перестройки генов

В любой соматической клетке вариабельные участки генов, включающие сегменты V, D и J, находятся в гаметной конфигурации (см. гл. 8). На ранних стадиях развития В-клеток происходит делеция промежуточных последовательностей между сегментами D и J и эти сегменты сближаются. На стадии В-клеток-предшествен- ников происходит дальнейшая перестройка V-, D- и J-сегментов вариабельного участка генов тяжелых цепей (Ун) (рис. 12.14). Рекомбинированный ген крупной пре-В-клетки экспрессируется с образованием ц-цепи, локализованной в цитоплазме. Эти активно пролиферирующие В-клет- ки-предшественники затем перестраивают свои Ук-гены, а если такая перестройка оказывается непродуктивной, то и VX-гены. При продуктивной перестройке генов легких цепей незрелая В- клетка экспрессирует на своей поверхности ц-це- пи в сочетании с имеющейся легкой цепью (к или X). Клетки, в которых происходит непродуктивная перестройка генов, погибают в результате апоптоза. Этим объясняется гибель столь значительного количества пре-В-клеток в ходе их созревания (см. выше). В случае появления в незрелых В-клетках после перестройки генов таких легких цепей рецепторов, которые специфичны по отношению к собственным антигенам, легкие цепи могут подвергаться дальнейшей перестройке (так называемое «редактирование» рецепторов). Экспрессия ц-цепей с суррогатными легкими цепями до появления к- и Х-цепей (на стадии пре-В-клеток), возможно, важна для селекции В- клеток на ранних стадиях развития (см. выше).

Разнообразие антител формируется не совсем случайным образом

Как только начинают продуцироваться к- или X- цепи, поверхностный IgM на незрелых В-клетках приобретает свойства функционального антигенного рецептора. Считается, что V-, D- и J-cer- менты для тяжелых цепей, как и V- и J-сегменты для легких цепей в В-клетках перестраиваются случайным образом. Однако данные, полученные на мышах, крысах и цыплятах, указывают на то, что формирование специфичностей антител происходит в запрограммированной последовательности (рис. 12.17). Продукция антител в отличие от распознавания антигенов В-клетками

Формирование иммунореактивности

Возраст, сут

Brucella

ЭБ

30

ГЛУ

SSSln

0

4,7

0

0

0

0

1

5,3

0

0

0

0

2

0

0

3

7,3

2,9

0

0

0

4

5,4

0

7

06

0

0

10-11

3.0

7,7

0

14-15

4,3

10,4

16%

20-22

70%

28

88%

Рис. 12.17

Крыс различного возраста иммунизировали одним из 5 разных антигенных препаратов - Brucella abortus, эритроциты барана (ЭБ), эритроциты осла (ЭО), ГЛУ и пневмококковый полисахарид III типа (SSSm), после чего определяли продукцию антител. Реакции на первые четыре препарата представлены как log2 титров антител, а на SSSm - как процент реагирующих особей. Пустые клетки означают отсутствие данных. Обратите внимание, что способность реагировать на разные антигены появляется в разное время. Это говорит о запрограммированной последовательности появления антител разной специфичности.

зависит как от Т-клеток, так и от АПК. Механизм запрограммированного формирования специфичностей в В-клетках на молекулярном уровне остается неясным; возможно, он состоит либо в избирательном использовании сегментов V-гена, ближайших к D- и J-сегментам, с перемещением соответствующих рекомбиназ в направлении 3'- конца, либо в отрицательной селекции отдельных клонов (возможно, аутореактивных), либо включает оба эти пути.

В-лимфоциты CD5+ - отдельная субпопуляция

Многие В-клетки, появляющиеся на ранних стадиях онтогенеза, экспрессируют CD5. Иммуноглобулины таких клеток кодируются немутировавшими или лишь минимально мутировавшими гаметными генами. Хотя В-клетки CD5+ продуцируют главным образом IgM, в них синтезируется и некоторое количество IgG и IgA. Эти так называемые естественные антитела обладают низкой авидностью, но иногда бывают полиреак-

тивными и в сыворотке зрелых особей присутствуют в высокой концентрации. Клетки CD5+ активно реагируют на Т-независимые антигены, возможно принимают участие в процессинге и презентации антигенов В-клетками, а также, вероятно, играют определенную роль в толерантности и в развитии гуморального иммунного ответа (образовании антител). Предполагается, что естественные антитела формируют первую линию зашиты от микробов, очищают организм от поврежденных собственных компонентов и участвуют в формировании идиотипических сетей иммунной системы.

РАЗНООБРАЗИЕ КЛАССОВ АНТИТЕЛ

В-клетки вырабатывают антитела пяти основных классов: IgM, IgD, IgG, IgA и IgE. Существуют также четыре подкласса IgG и два подкласса IgA (см. гл. 6). Каждая окончательно дифференцированная плазматическая клетка происходит из специфической В-клетки и продуцирует антитела лишь одного класса или подкласса.

В-клетки переключаются на синтез иммуноглобулинов другого класса за счет рекомбинации генов тяжелых цепей

Первые появляющиеся в процессе развития В-клетки несут в качестве антигенного рецептора IgM (см. выше). Затем начинается экспрессия и других классов иммуноглобулинов. То, что клетки, несущие на поверхности не IgM, а иммуноглобулины других классов, являются потомками IgM-несущих клеток, доказано в опытах на цыплятах и мышах: после введения антител анти-р животные теряли способность вырабатывать антитела, принадлежащие к любому классу иммуноглобулинов. За образование классов и подклассов антител ответственны гены константной области, кодирующие различные тяжелые цепи (Сн). Эти гены группируются на З'-конце локуса тяжелых цепей иммуноглобулинов (IgH) и у человека расположены в определенной последовательности в 14 хромосоме. Переключение В-кле- ток с продукции IgM на синтез иммуноглобулинов других классов или подклассов происходит в результате рекомбинации повторяющихся З'-участков переключения (такой участок имеется перед каждым Сн-геном) и делеции промежуточных Сн-генов. Этот процесс, называемый переключением класса (изотипа), подробно описан

в гл. 8. Некоторые В-клетки экспрессируют на поверхности изотипы IgM и IgD; это обеспечивается дифференциальным сплайсингом длинных ядерных РНК-транскриптов Сн-генов.

Переключение изотипа происходит в процессе созревания и пролиферации В-клеток

Переключение изотипа происходит главным образом в процессе пролиферации В-клеток. однако может иметь место и во время ранней клональной экспансии и созревания В-клеток, еще до их встречи с экзогенным антигеном (рис. 12.18). Об этом свидетельствует тот факт, что некоторые потомки незрелых В-клеток синтезируют антитела, принадлежащие к другим классам иммуноглобулинов, в том числе IgG и IgA. Дальнейшая дифференцировка В-клеток приводит к синтезу поверхностных IgD — класса антител, присутствующего почти исключительно на мембране В-клеток. Разные классы sig на одной и той же В-клетке обладают одинаковой антигенной специфичностью, т. е. представляют одну и ту же V-область генов, хотя позднее, уже после переключения, в результате соматических мутаций может формироваться и дополнительное разнообразие sig в пределах одного и того же клона. Данные о том, что переключение класса иммуноглобулинов возможно и без воздействия антигена, были получены в опытах на позвоночных, развивающихся в гнотобиотической (практически стерильной) среде, т. е. в условиях, резко ограничивающих возможность попадания в организм экзогенных антигенов.

На экспрессию изотипов может влиять тип антигена Некоторые антигены индуцируют выработку антител преимущественно определенного изотипа. Например, углеводы бактериальной клеточной стенки вызывают у мыши независимый отТ-клеток иммунный ответ — продукцию антител главным образом lgG3-n3OTnna, тогда как в ответ на вирусную инфекцию чаще образуются антитела lgG2a-H3OTnna. У человека среди антиполисаха- ридных антител преобладают антитела IgG2-H3O- типа. В основе такой избирательности образования изотипов могут лежать два механизма:

спонтанное переключение класса иммуноглобулинов до селекции клонов В-клеток (рис. 12.18) и

переключение, индуцированное de novo в ре-

Дифференцировка В-клеток: разнообразие классов иммуноглобулинов

Рис. 12.18

Незрелые В-клетки продуцируют только IgM, тогда как зрелые способны экспрессировать несколько поверхностных антител, поскольку мРНК и поверхностные иммуноглобулины сохраняются и после переключения класса. IgD экспрессируется также в процессе созревания клона. Созревание может происходить в отсутствие антигена, но дифференцировка в плазматические клетки (которые на своей поверхности экспрессируют незначительное количество иммуноглобулинов, но содержат большое их количество в цитоплазме) требует присутствия антигена и (как правило) помощи со стороны Т-клеток. На фотографиях: В-клетки, окрашенные на поверхностный IgM флуоресцентно меченными антителами анти-р (зеленый цвет, 1), и плазматические клетки, окрашенные на цитоплазматические IgM (флуоресцентно меченными антителами анти-р) и IgG (антителами анти-у, связанными с родамином) (зеленый и красный цвет соответственно, 2).

зультате взаимодействия с цитокинами — продуктами вспомогательныых клеток — и с Т- клетками.

В настоящее время участие Т-клеток и их цитокинов в переключении изотипа de novo не вызывает сомнений. У мыши Т-клетки стимулируют

Регуляция изотипов цитокинами мышиных Т-клеток

Тх

Цитокины

Изотипы иммуноглобулинов

' |д61

|дЕ

IgA

igG3

IgG2b

lgG2a

Тх2

ИЛ 4

Т

Т

1

1

1

1

ИЛ-5

=

=

t

=

=

=

Тх1

ИФу

1

1

1

1

1

T |

Рис. 12.19

Эффекты цитокинов ИФу (продукт клеток Тх1) и ИЛ- 4/ИЛ-5 (продукты клеток Тх2), вызывающие возрастание (Т) или уменьшение (1) либо не влияющие (=) на долю В-клеток, продуцирующих специфические изотипы, после стимуляции in vitro поликлональным активатором антителогенеза - липополисахаридом. Цитокин ИФу индуцирует продукцию lgG2a, ИЛ-4 - продукцию lgG1 и IgE, а ИЛ-5 увеличивает число В-клеток, секретирующих IgA.

продукцию IgA в слизистых оболочках. Цитокин ИЛ-4 переключает поликлонально активированные (липополисахаридом, ЛПС) В-клетки на преимущественный синтез изотипа IgG 1, одновременно подавляя экспрессию других изотипов (рис. 12.19). В аналогичной системе ИЛ-5 индуцирует 5—10-кратное возрастание продукции IgA, не влияя на выработку других изотипов, а ИФу усиливает выработку IgG2a, но подавляет продукцию всех других изотипов 1g. Примечательно, что цитокины ИЛ-4 и ИФу, реципрокно регулирующие экспрессию изотипов антител, продуцируются разными субпопуляциями Т-хелперов. У мыши Тх1 -клетки выделяют ИФу, аТх2- клетки — ИЛ-4, ИЛ-5 и ИЛ-10 (см. гл. 10). Недавно аналогичные субпопуляции были обнаружены и у человека, причем, как установлено, у лиц, страдающих атопией, продуцируемый Т-клетка- ми ИЛ-4 стимулирует гиперпродукцию IgE (см. гл. 23).

Последовательность появления иммуноглобулинов разных классов в ходе созревания В-клеток у человека можно проследить по характеру антител в сыворотке плода и новорожденного. До рождения синтезируется IgM, а в перинатальный период появляются IgG и IgA (рис. 12.20). Концентрация IgG в сыворотке достигает «взрослого» уровня лишь к 1—2-летнему возрасту, а концентрация IgA еще позднее.

Иммуноглобулины в сыворотке плода и новорожденного

Рис. 12.20

У плода и новорожденного IgG имеет исключительно материнское происхождение. К 9-месячному возрасту материнский IgG исчезает и у младенца начинает синтезироваться собственный IgG. В организме новорожденного вырабатываются также собственные IgM и IgA; иммуноглобулины этих классов не проникают через плаценту. У годовалого ребенка продукция IgG составляет 80%, IgM - 75% и IgA - 20% их уровня у взрослого человека.

ОБРАЗОВАНИЕ В-КЛЕТОК ИММУНОЛОГИЧЕСКОЙ ПАМЯТИ

При активации антигеном (с помощью Т-клеток) В-клетки либо созревают в АОК, а затем, достигая окончательной стадии дифференцировки, в плазматические клетки, либо превращаются в клетки памяти. Получены убедительные доказательства того, что важную роль в качестве места формирования В-клеток памяти играют центры размножения в различных периферических лимфоидных тканях (см. гл. 3 и 11). Здесь в В-клетках происходит активное гипермутирование генов вариабельной области антител, в результате которого одни клетки погибают (апоптоз), а другие выживают. Презентация антигена фолликулярными дендритными клетками внутри центров размножения обеспечивает выживание клеток, обладающих высокоаффинными рецепторами к чужеродному антигену.

Строение центра размноженияСтроение центра размножения

Строение центра размножения

Строение центра размножения

Рис. 12.21

В центрах размножения происходит клональная пролиферация, переключение класса lg, соматическое гипермутирование генов lg-рецепторов и селекция антигеном. Как видно на схеме, центр размножения состоит из трех основных зон: темной, базальной светлой и апикальной светлой. Они заполнены преимущественно центробластами, центроцитами и вторичными бластами соответственно. Первичные В-клетки-бласты, экспрессирующие на своей поверхности иммуноглобулиновые рецепторы (slg+) поступают в фолликул и покидают его либо в виде В-клеток памяти, либо в виде АОК. Антигенпрезентирующие фолликулярные дендритные клетки (ФДК) присутствуют главным образом в двух более глубоких зонах. Апоптотическая гибель клеток происходит в основном в базальной светлой зоне, где локализованы также макрофаги, содержащие окрашивающеся тельца. Голубыми квадратиками изображены иккосомы на ФДК. (По Roitt I.M. Essential Immunology, 7th edn. Oxford: Blackwell Scientific Press; 1991.)

Этот процесс заслуживает более подробного описания. Антигенспецифические В-клетки, колонизирующие первичные лимфоидные фолликулы, примируются антигеном и превращаются в бласты. Одна или очень немногие В-клетки-бла- сты проникают в первичные лимфоидные фолликулы и образуют центр размножения (рис. 12.21). Бласты пролиферируют с высокой скоростью и в течение 3—4 суток их количество достигает примерно 104. На 4 сутки они трансформируются в центробласты, лишенные поверхностных иммуноглобулинов, и мигрируют во внутреннюю область вторичного фолликула, где формируют темную зону центра размножения. Из центробластов образуются центроциты, которые вновь начинают экспрессировать на своей поверхности иммуноглобулины и занимают базальную светлую зону центра размножения. В это время происходит переключение класса имму

ноглобулинов. Считается, что гипермутирование генов вариабельной области антител происходит после стимуляции антигеном, презентированным фолликулярными дендритными клетками (ФДК). Центроциты находятся в тесном контакте с ФДК; взаимодействие между ними происходит при участии молекул лимфоцитарной поверхности LFA-1 (CDIla/CD18) и VLA-4 (а4Р]- интегрин, CD49d/CD29) и экспрессируемых на поверхности ФДК молекул 1CAM-I (CD54) и VCAM-I (CD106). Эффективное взаимодействие центроцитов, несущих высокоаффинные рецепторы для антигена, презентируемого ФДК, приводит к образованию активированных клеток, которые покидают вторичные фолликулы либо в виде клеток иммунологической памяти, либо в виде предшественников плазматических клеток Без взаимодействия с ФДК центроциты погибают в результате апоптоза.

Вопросы для размышления

■ Какие факторы необходимы для развития грану- ■ В чем сходство и различие процессов созрева- лоцитов из гемопоэтических стволовых клеток? ния Т- и В-клеток?

■ Чем отличается развитие миелоидных клеток от ■ Почему апоптоз клеток играет столь значитель- развития лимфоидных клеток? Почему ононую роль при дифференцировке лимфоцитов?

должно быть различным?■ В чем состоят основные функции центров раз-

■ На какие основные стадии можно разделитьмножения?

процесс созревания Т-клеток в тимусе?

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Anderson G., Moore N.C., Owen J.T.T. et al. 1996. Cellular interactions in thymocyte development. Annu. Rev. Immunol. 14: 73-99.

Karasuyama H., Rolink A., Melchers F. 1996. Surrogate light chain in В cell development. Adv. Immunol. 63: 1-41.

Kisielow P., von Boehmer H. 1995. Development and

selection of T cells; facts and puzzles. Adv. Immunol. 58. 87-209.

Robey E., Fowlkes B.J. 1996. Selective events in T celldevelopment. Annu. Rev. Immunol. 12: 675-705.

Wagner S.D., Neuberger M.S. 1996. Somatic hypermutation of immunoglobulin genes. Annu. Rev. Immunol. 14. 441-57.

Иммунный ответ регулируется разнообразными механизмами, которые обеспечивают восстановление исходного состояния иммунной системы, после того как реакция на данный антиген перестает быть необходимой.

Конечный результат любого иммунного ответа зависит от многих факторов, в том числе от свойств антигена, его дозы и пути поступления, а также от генетических особенностей организма.

Иммуноглобулины могут играть в иммунном ответе положительную роль, действуя как ан- тиидиотипические антитела или образуя иммунные комплексы. Возможна и отрицательная роль 1g в иммунном ответе, когда они ослабляют антигенный стимул, маскируя детерминанты антигена в результате связывания или способствуя выведению антигена из организма.

Иммунный ответ может зависеть от способности антигенпрезентирующих клеток обеспечивать костимуляцию Т-лимфоцитов.

Регуляцию иммунного ответа способны осуществлять Т-клетки. Опыты с переносом иммунокомпетентных клеток показали, что Т-лимфоциты CD4+ могут подавлять последующие иммунные ответы. Регуляторный эффект оказывают и Т-клетки CD81". Продукция цитокинов Т-лимфоцитами влияет на тип иммунного ответа, вызываемого антигеном.

Генетически иммунный ответ зависит как от генов МНС, так и от не относящихся к МНС генов. Кроме того, поскольку на него влияет нейроэндокринная система, он зависит и от генетических факторов, определяющих функции этой системы.

Иммунный ответ, как и все биологические функции, находится под контролем разнообразных регуляторных механизмов. Эти механизмы обеспечивают восстановление исходного, «неактивного» состояния иммунной системы, когда иммунный ответ на данный антиген более не требуется. Эффективный иммунный ответ — результат взаимодействия между антигеном и целой сетью иммунокомпетентных клеток. Характер иммунного ответа, как в количественном, так и в качественном отношении, зависит от многих факторов, в том числе от типа антигена, его дозы и пути поступления, от свойств антигенпрезентирующих клеток (АПК) и генетических особенностей организма, а также от предшествующего контакта иммунной системы с данным или перекрестнореагируюшим антигеном. На иммунный ответ способны влиять специфические антитела. Некоторые из перечисленных регуляторных факторов подробно рассмотрены в других главах (см. гл. Юи 11) и в настоящей главе обсуждаются лишь кратко.

АНТИГЕН КАК ФАКТОР ИММУНОРЕГУЛЯЦИИ

Активация Т- и В-клеток происходит в результате эффективного связывания антигенного материала их антигенспецифичными рецепторами.

Рецепторы Т-клеток взаимодействуют не с нативным антигеном, а с образовавшимися в результате его процессинга пептидными фрагментами, ассоциированными с молекулами МНС класса I или И (см. гл. 9). На результат иммунного ответа существенно влияет природа антигена, его доза и способ введения.

Тип иммунного ответа зависит от природы антигена

Различные антигены индуцируют иммунные ответы разных типов. Полисахаридные капсульные антигены бактерий обычно вызывают только гуморальный ответ (образование IgM), тогда как их белковые антигены — и клеточный, и гуморальный ответы. Микроорганизмы, локализующиеся внутри клеток организма-хозяина, в частности некоторые бактерии, паразиты и вирусы, индуцируют клеточный иммунный ответ, а растворимые белковые антигены — гуморальный. Клеточный иммунный ответ вызывают и такие антигены, как кремнийсодержащие соединения.

Эффективный иммунный ответ обеспечивает элиминацию антигена из организма. После этого лимфоциты возвращаются в состояние покоя (для поддержания пролиферации Т- и В-клеток

необходим постоянный контакт с антигеном). Однако некоторые антигены (например, компоненты внутриклеточно локализующихся микроорганизмов) могут не столь эффективно удаляться из организма, что приводит к продолжению иммунного ответа в течение длительного времени с патологическими последствиями для организма (см. гл. 26).

В больших дозах антиген может индуцировать толерантность

Введение очень высокой дозы антигена нередко вызывает развитие специфической Т-клеточной, а иногда и В-клеточной толерантности. Подобный феномен часто наблюдается в случае инъекции антигена новорожденным мышам. Долгое время причиной этого считали незрелость иммунной системы. Однако теперь установлено, что у новорожденных мышей могут развиваться и полноценные иммунные реакции (рис. 13. Г); отсутствие же иммунного ответа в ряде случаев связано не с незрелостью Т-клеток, а с так называемым иммунным отклонением, при котором доминирует образование непротективных цитокинов И типа вместо протективных цитокинов 1 типа. Как установлено, Т-независимые полисахаридные антигены при введении в больших дозах индуцируют толерантность В-клеток. Феномен иммунологической толерантности и ее механизмы рассмотрены в гл. 14.

Влияние дозы антигена на эффективность иммунного ответа против вируса мышиного лейкоза

Рис. 13.1

Новорожденных мышей инфицировали вирусом в дозах 0,3 или 1000 бляшкообразующих единиц (БОЕ) и изучали действие цитотоксических Т-лимфоцитов (Тц) на инфицированные вирусом клетки-мишени. Одновременно определяли продукцию ИФу (Тх1 -цитокин) и ИЛ-4 (Тх2-цитокин) в ответ на заражение вирусом. У мышей, инфицированных низкой дозой вируса, возникали Тх1-ответ и защита от инфекции. Результаты представлены в относительных единицах.

В зависимости от пути поступления антигена иммунный ответ может возникнуть или отсутствовать

Как установлено, немаловажное значение для возникновения иммунного ответа имеет способ введения антигена. Антигены, введенные подкожно или внутрикожно, вызывают иммунный ответ, тогда как при внутривенной инъекции, приеме внутрь или применении в виде аэрозоля они могут индуцировать толерантность либо иммунное отклонение. (В последнем случае вместо ответа, опосредуемого Т-клетками CD4+ одного типа, возникает реакция, опосредуемая Т-лимфоцитами CD4+другого типа.) Например, грызуны в случае приема овальбумина (ОА) или основного белка миелина (ОБМ) с кормом не реагируют на последующую стимуляцию соответствующим антигеном. Более того, применение ОБМ защищает животных от развития аутоиммунного заболевания — экспериментального аллергического энцефаломиелита (ЭАЭ). Этот феномен может быть использован с терапевтической целью при аллергических расстройствах; недавно проведенные исследования показали, что пероральное введение Т-клеточного эпитопа аллергена Der pl клеша домашней пыли может обеспечить толерантность к нативному антигену. Меза- низмом(ами) толерантности при этом может быть как анергия, так и иммунное отклонение.

Подобные наблюдения были сделаны и при использовании антигенов в форме аэрозолей. Эксперименты, проведенные на мышах, показали, что введение энцефалитогенного пептида ин- траназально в виде аэрозоля снижает интенсивность развития ЭАЭ, который возникает при последующем обычном (подкожном) способе введения пептида (рис. 13.2). Этот факт также может иметь значение для разработки методов лечебного воздействия, поскольку ингибировать ответ способен не только данный антиген, применяемый в виде аэрозоля, но и другие антигены, вызывающие ЭАЭ.

Наглядный пример того, как может влиять на иммунный ответ способ введения антигена, дало изучение инфекции, вызываемой у мыши вирусом лимфоцитарного хориоменингита (ВЛХМ). У мышей, примированных пептидом в неполном адъюванте Фрейнда путем его подкожного введения, развивается иммунитет к ВЛХМ. Однако, если тот же пептид введен внутрибрюшинно, животные становятся толерантными и теряют способность элиминировать вирус (рис. 13.3).

Введение антигена в виде аэрозоля влияет на иммунный ответ

Рис.13.2

Мышам вводили интраназально в виде аэрозоля однократную дозу 100 мкг пептида (остатки 1-11 основного белка миелина) либо носителя и через 7 сут тот же пептид, на этот раз в адъюванте, подкожно. У мышей, предварительно обработанных пептидом, тяжесть заболевания ЭАЭ была существенно меньше.

АНТИГЕНПРЕЗЕНТИРУЮЩИЕ КЛЕТКИ

Природа АПК, осуществляющих первоначальное представление антигена, может определять тип вызываемой им реакции — полноценный иммунный ответ или толерантность. Для эффективной активации Т-клеток необходимо присутствие на поверхности АПК костимулирующих молекул (см. гл. 11). Поэтому презентация антигена дендритными клетками или активированными макрофагами, которые экспрессируют в большом количестве антигены МНС класса II и наряду с ними костимулируюшие молекулы, ведет к высокоэффективной активации Т-клеток (см. рис. 11.4). Кроме того, взаимодействие молекул CD40L, экспрессируемых на поверхности активированных Т-лимфоцитов, и CD40 на поверхности дендритных клеток обеспечивает интенсивную продукцию этими последними ИЛ-12, необходимого для эффективного Txl-ответа. Если же антиген презентируют Т-клеткам «непро-

Инактивация ВЛХМ-специфичных Т-клеток, индуцированная пептидом

Рис. 13.3

Мышей примировали ВЛХМ или вводили им 100 мкг пептида ВЛХМ. Пептид инъецировали в неполном адъюванте Фрейнда либо подкожно (п/к), либо трижды внутрибрюшинно (в/б). После этого мышей инфицировали ВЛХМ (0 сут). На 4 сут определяли титр вируса в селезенке животных. У мышей, которым предварительно вводили пептид или ВЛХМ подкожно, происходил синтез нейтрализующих антител и развивалась защитная иммунная реакция против вируса; у животных, получивших пептид внутрибрюшинно, иммунитета не возникало. На 10 сут определяли цитотоксическую активность Т-клеток. Активность Тц, специфичная к пептиду ВЛХМ, была обнаружена в контрольном варианте (отсутствие предварительной обработки); в варианте с внутрибрюшинным предварительным введением пептида эта активность практически отсутствовала.

фессиональные» АПК, которые неспособны обеспечить костимуляпию, возникает ареактив- ность или иммунное отклонение. Так, представление антигена нестимулированным Т-клеткам покоящимися В-лимфоцитами вызывает не активацию, а толерантность Т-клеток. Адъюванты могут способствовать развитию иммунного ответа тем, что они индуцируют экспрессию антигенов МНС и костимулирующих молекул с большой плотностью на поверхности АПК. Иллюстрацией этого служат результаты недавно проведенных экспериментов по изучению механизмов

толерантности у новорожденных животных как более чувствительных к индукции толерантности, чем взрослые. Эти исследования показали, что резистентность к ЭАЭ, вызываемая введением ОБМ в неполном адъюванте Фрейнда, связана с развитием доминантного Тх2-ответа. В возникновении ЭАЭ участвуют Тх1 -клетки, а предшествующий Тх2-ответ на ОБМ предотвращает патологический Тх1-ответ.

Значение дендритных клеток в индукции ответа, опосредуемого цитотоксическими Т-лимфоцитами (Тц), установлено в экспериментах с переносом новорожденным мышам-самкам клеток от мышей-самцов. Самки, получившие спле- ноциты, не продуцировали Тц-ответ на последующее введение H-Y-антигена мышей-самцов. В то же время перенос дендритных клеток обеспечивал развитие полноценного, H-Y-специфич- ного Тц-ответа.

РЕГУЛЯТОРНОЕ ВЛИЯНИЕ АНТИТЕЛ

Как установлено, антитела осуществляют регуляцию иммунного ответа по механизму обратной связи. Пассивно введенные вместе с антигеном IgM-антитела специфически усиливают иммунный ответ на данный антиген, тогда как IgG-антитела его подавляют. Первоначально это было выявлено на модели пассивной иммунизации поликлональными антителами, а затем получило подтверждение в экспериментах с использованием моноклональных антител (рис. 13.4).

Способность пассивно введенных антител усиливать или подавлять иммунный ответ учитывают при вакцинации и используют в клинической практике.

Иммунизацию некоторыми вакцинами (например против кори и эпидемического паротита) проводят обычно детям старше одного года, поскольку в течение по крайней мере 6 мес после рождения в крови ребенка имеется большое количество IgG-антител, полученных от матери, а присутствие таких пассивно приобретенных антител во время вакцинации может существенно снизить ее эффективность.

В случаях резус(КЬ)-несовместимости введение резус-отрицательной матери антител ан- ти-RhD предотвращает первичную сенсибилизацию КЬ+-эритроцитами плода, возможно в результате элиминации чужеродного антигена (эритроциты плода) из крови матери (см. гл. 24).

Механизмы модуляции иммунного ответа под влиянием антител еще недостаточно полно выяснены. Предполагается, что повышение продукции бляшкообразующих клеток при действии IgM-антител может быть обусловлено двумя факторами.

Содержащие IgM иммунные комплексы поглощаются с участием Fc-рецепторов или СЗ- рецепторов на поверхности АПК и процессируются более эффективно, чем свободный антиген.

Содержащие IgM иммунные комплексы стимулируют образование антиидиотипических антител против IgM, которые усиливают иммунный ответ. (Роль антиидиотипических антител в иммунорегуляции рассмотрена ниже.)

IgG-антитела могут подавлять синтез специфических IgG

Опосредованная IgG супрессия может осуществляться разными путями.

Блокирующее действие антител Пассивно введенные антитела связывают антиген, конкурируя с В-клетками (рис. 13.5). В этом случае эффект IgG-антител существенно зависит от их концент-

Антитела осуществляют регуляцию иммунного ответа по механизму обратной связи

Срок после иммунизации сут

Рис. 13.4

Мышам вводили моноклональные IgM-антитела против эритроцитов барана или аналогичные IgG-антитела, либо только культуральную жидкость (контроль). Через 2 ч животных всех 3 групп иммунизировали ЭБ и на протяжении 8 последующих суток определяли продукцию антител по числу бляшкообразующих клеток (БОК). IgM-антитела усиливали иммунный ответ, тогда как IgG его подавляли.

Антителозависимая В-клеточная супрессия

Рис. 13.5

Блокирующий эффект антител: присутствуя в высоких дозах, растворимый lg блокирует взаимодействие между антигенной детерминантой (эпитопом) и мембраносвязанным иммуноглобулином на поверхности В-клеток. В результате В-клетки теряют способность распознавать антиген (Аг). Блокада рецепторов препятствует также примированию В-клеток. Такой эффект оказывают только антитела, связывающиеся с тем же самым эпитопом, с которым взаимодействует В-клеточный рецептор. Перекрестное связывание рецепторов: присутствуя в низких дозах, растворимые антитела не препятствуют связыванию антигена и с Ес рецепторами В-клеток, и с их антигенными рецепторами. Рецептор FcyRllb взаимодействуете тирозин- фосфатазой (SHP-1), которая ингибирует клеточную активацию, вызываемую связанными с антигенным рецептором тирозинкиназами. В результате примиро- вание В-клеток происходит, но синтез антител подавлен. Таким образом могут действовать антитела к различным эпитопам антигена.

рации, а также от соотношения их аффинности к антигену с аффинностью В-клеточных рецепторов. Успешно конкурируют с антителами за антиген только те В-клетки, которые обладают высокоаффинными рецепторами, причем механизм конкуренции не зависит от Fc-фрагмента антител.

Перекрестное связывание рецепторов Антитела IgG также оказывают регуляторное действие; оно обусловлено Fc-фрагментом их молекулы. Экспериментально установлено, что иммуноглобулин способен ингибировать дифференцировку В-клеток путем перекрестного связывания антигенного рецептора с Fc-рецептором (FcyRII) на поверхности той же клетки (рис. 13.5). В этом

Влияние антител по механизму обратной связина созревание аффинности

1 сут2 сутп сут

КJ\ Определение

«пассивные* Г \ Антиген Г / аффинности и антитела уV концентрации антител

Рис. 13.6

Влияние пассивно введенных антител на аффинность и концентрацию секретируемых антител. Одному из двух кроликов в первые сутки были введены антитела («пассивные» антитела). На вторые сутки обоих животных иммунизировали антигеном и затем в течение нескольких суток определяли концентрацию и аффинность образующихся антител к введенному антигену. «Пассивные» антитела снижали концентрацию, но повышали аффинность продуцируемых антител.

случае антитела могут распознавать различные эпитопы.

В дозах, недостаточных для полного подавления продукции антител, IgG повышает их среднюю аффинность в результате того, что успешно конкурировать с пассивно введенными антителами за антиген способны лишь В-клетки, обладающие высокоаффинными рецепторами. Как предполагается, регуляция по механизму обратной связи, осуществляемая антителами, играет важную роль в процессе повышения аффинности антител (рис. 13.6).

Иммунные комплексы могут усиливать или подавлять иммунные реакции

Один из механизмов модулирующего влияния антител (IgM или IgG) на иммунный ответ является Fc-зависимым и связан с образованием им-

Регуляторные эффекты иммунных комплексов

Рис. 13.7

Иммунные комплексы могут либо подавлять, либо усиливать иммунный ответ. Подавление: когда иммунный комплекс перекрестно связывает Fc-рецептор В-клетки с ее антигенным рецептором, В-клетка получает сигнал, ингибирующий начальную фазу продукции антител. Таким действием могут обладать пассивно введенные lgG-антитела.

Усиление: антитела способствуют презентации антигена В-клеткам, будучи локализованными на антигенпрезентирующих клетках (АПК) за счет связывания через Fc-рецепторы или, как показано на рисунке, через рецепторы комплемента (CR2) на фолликулярных дендритных клетках (ФДК).

мунных комплексов антиген—антитело. Иммунные комплексы могут ингибировать или усиливать иммунный ответ (рис. 13.7). Активируя комплемент, иммунные комплексы могут локализоваться путем взаимодействия с CR2 на фолликулярных дендритных клетках. Это способствует иммунному ответу, поскольку обеспечивает постоянный источник антигена. Рецептор CR2 экспрессируется также на В-клетках, и при этом известно, что косвязывание CR2 с мембранным IgM (mlgM) активирует В-клетки; таким образом, взаимодействие иммунных комплексов с CR2, входящим в состав В-клеточного корецеп- торного комплекса, и mlg может приводить к усилению специфического иммунного ответа.

У больных со злокачественными опухолями иммунореактивность часто бывает подавлена; предполагается, что это связано с присутствием в крови иммунных комплексов, состоящих из антител и антигенов опухолевых клеток.

РОЛЬ ЛИМФОЦИТОВ В ИММУНОРЕГУЛЯЦИИ

Т-лимфоциты оказывают очевидное положительное влияние на иммунный ответ, выполняя хелперную функцию. Кроме того, в зависимости от типа хелперных Т-клеток (Тх1 или Тх2) иммунный ответ может носить характер гуморального или клеточного. Имеется также убедительное доказательство того, что Т-клетки способны подавлять иммунный ответ (рис. 13.8).

Т-клетки CD4+ могут предотвращать возникновение аутоиммунитета

При многих экспериментальных аутоиммунных заболеваниях Т-клетки CD4+, образующиеся после введения высоких доз аутоантигенов (часто в растворимой или дезагрегированной форме), предотвращают последующую индукцию аутоиммунного процесса. Так, Т-клетки CD4+ предотвращают образование аутоантител к тиреоглобулину (рис. 13.9).

Установлено также, что одновременное введение мышам антител анти-СВ4 (блокирующих презентацию антигена, опосредованную МНС- молекулами класса II) и иммуногенной дозы тиреоглобулина не только предотвращает развитие аутоиммунитета, но приводит к образованию популяции Т-клеток CD4+, способных передать специфическую толерантность непримирован- ным мышам-реципиентам (рис. 13.10). Механизм, посредством которого Т-клетки осуществляют такого рода отрицательное влияние, не вполне ясен. Однако проведенные недавно эксперименты указывают на то, что частично или полностью подавлять иммунный ответ могут продуцируемые Тх-клетками цитокины ТФРр, ИЛ-4 и ИЛ-10.

В регуляции антителообразования участвуют различные субпопуляции Тх-клеток

Некоторые наблюдения, касающиеся регуляции синтеза IgE-антител, можно объяснить тем, что Тх-клетки CD4+ разных субпопуляций продуцируют разные цитокины. Между отдельными суб-

Клетки - супрессорыпри иммунологической толерантности

Введение антител А анти-С04 I / (элимина- Л/ ция Т-клеток)Введение антител А анти-С04 I / (элимина- Л/ ция Т-клеток)Индукция толерантности введениемИндукция толерантности введениемТг + ЛПСТг + ЛПСРис. 13.8

Введение антител А анти-С04 I / (элимина- Л/ ция Т-клеток)

Введение антител А анти-С04 I / (элимина- Л/ ция Т-клеток)

Индукция толерантности введением

Индукция толерантности введением

Тг + ЛПС

Тг + ЛПС

Тимэктомированным и облученным мышам вводили клетки костного мозга, после чего через 30 сут - тимоциты и спленоциты с одновременной иммунизацией эритроцитами барана (ЗБ). На 44 сутки у реципиентов, получивших спленоциты животных, примиро- ванных иммуногенной дозой ЭБ (ЭБ-примированные спленоциты), зарегистрирован эффективный иммунный ответ (антителообразование). У животных, которым спленоциты не вводили (контроль), реакция была умеренной. В варианте с введением клеток толерантных животных (ЭБ-толерантные спленоциты; толерантность индуцировали высокой дозой ЭБ) антителообразование отсутствовало. Это показывает, что клетки толерантных животных активно подавляли иммунный ответ у реципиентов.

популяциями Тх-клеток существует взаимосвязь в виде перекрестной регуляции их активности: секретируемый Txl-клетками ИФу способен ингибировать реактивность Тх2-лимфоцитов; ИЛ- 10, образуемый Тх2-клетками, понижает экспрессию молекул В7 и ИЛ-12 антигенпрезентирующими клетками, что в свою очередь ингибирует активацию Тх1-лимфоцитов. Кроме того, на экспрессию высокоаффинного рецептора ИЛ-12 (ИЛ-12Р), необходимого для развития Тх1-кле- ток, влияет баланс цитокинов. Высокоаффинный ИЛ-12Р содержит в своей структуре две цепи, pi и Р2, причем обе они вместе экспрессируются только клетками Тх1. Цепь pi имеютиТх1- , и Тх2-лимфоциты, а экспрессию р2-цепи индуцирует ИФу и ингибирует ИЛ-4. На развитие субпопуляций Т-клеток оказывает также влияние ИФа, который благоприятствует формированию субпопуляций Txl-лимфоцитов даже в

Перенос толерантности Т-клетками CD4+

Введение * ОпределениеВведение * ОпределениепродукцииантителгцютивТг

Введение * Определение

Введение * Определение

Рис. 13.9Мышам вводили 20 мкг мышиного тиреоглобулина (Тг) для индукции толерантности (контроль - без индукции толерантности). Половине толерантных животных затем инъецировали in vivo элиминирующие антитела анти-С04 для истощения пула Т-клеток CD4+. Клетки селезенки каждой мыши из этих трех групп (нетолерантные мыши; толерантные мыши; толерантные мыши, получившие анти-С04) переносили облученному сингенному реципиенту. Затем реципиентам вводили мышиный Тг и Л ПС, после чего определяли продукцию антител против Тг при помощи иммуно- ферментного анализа (ELISA, см. гл. 29). Обработка антителами анти-СВ4 устраняла перенос толерантности.Рис. 13.9Мышам вводили 20 мкг мышиного тиреоглобулина (Тг) для индукции толерантности (контроль - без индукции толерантности). Половине толерантных животных затем инъецировали in vivo элиминирующие антитела анти-С04 для истощения пула Т-клеток CD4+. Клетки селезенки каждой мыши из этих трех групп (нетолерантные мыши; толерантные мыши; толерантные мыши, получившие анти-С04) переносили облученному сингенному реципиенту. Затем реципиентам вводили мышиный Тг и Л ПС, после чего определяли продукцию антител против Тг при помощи иммуно- ферментного анализа (ELISA, см. гл. 29). Обработка антителами анти-СВ4 устраняла перенос толерантности.присутствии ИЛ-4 и в условиях нейтрализации ИЛ-12. Таким образом, преимущественная активация Тх1- или Тх2-клеток может приводить к иммунному отклонению — избирательному развитию эффекторного ответа определенного типа. Такой избирательный сдвиг ответа может быть использован в терапии аутоиммунных и аллергических заболеваний.

Рис. 13.9

Мышам вводили 20 мкг мышиного тиреоглобулина (Тг) для индукции толерантности (контроль - без индукции толерантности). Половине толерантных животных затем инъецировали in vivo элиминирующие антитела анти-С04 для истощения пула Т-клеток CD4+. Клетки селезенки каждой мыши из этих трех групп (нетолерантные мыши; толерантные мыши; толерантные мыши, получившие анти-С04) переносили облученному сингенному реципиенту. Затем реципиентам вводили мышиный Тг и Л ПС, после чего определяли продукцию антител против Тг при помощи иммуно- ферментного анализа (ELISA, см. гл. 29). Обработка антителами анти-СВ4 устраняла перенос толерантности.

Рис. 13.9

Мышам вводили 20 мкг мышиного тиреоглобулина (Тг) для индукции толерантности (контроль - без индукции толерантности). Половине толерантных животных затем инъецировали in vivo элиминирующие антитела анти-С04 для истощения пула Т-клеток CD4+. Клетки селезенки каждой мыши из этих трех групп (нетолерантные мыши; толерантные мыши; толерантные мыши, получившие анти-С04) переносили облученному сингенному реципиенту. Затем реципиентам вводили мышиный Тг и Л ПС, после чего определяли продукцию антител против Тг при помощи иммуно- ферментного анализа (ELISA, см. гл. 29). Обработка антителами анти-СВ4 устраняла перенос толерантности.

Адоптивным переносом Т-клеток CD8+ можно вызвать резистентность и толерантность

Установлено, что Т-клетки CD8+ также регулируют иммунный ответ. В селезенке животных, у которых индуцировали толерантность к ОБМ пу-

Цитокины предотвращают возникновениеколита у мышей с ТКИДЦитокины предотвращают возникновениеколита у мышей с ТКИД

Цитокины предотвращают возникновениеколита у мышей с ТКИД

Цитокины предотвращают возникновениеколита у мышей с ТКИД

Подавление экспериментального аллергическоготиреоидита, индуцированное антителами анти-С04

Рис. 13.10

У мышей, иммунизированных 50 мкг мышиного тиреоглобулина (Тг), возникал тиреоидит и появлялись антитела анти-Тг. Если на протяжении 11 сут после иммунизации мышам вводили неэлиминирующие моноклональные антитела анти-С04 для блокирования взаимодействия CD4 с молекулами МНС класса II, тиреоидит не развивался. Перенос клеток селезенки от этих мышей облученным животным предотвращал возникновение у них тиреоидита после иммунизации Тг. (У иммунизированных мышей, получивших контрольные Т-клетки, заболевание возникало.)

Рис. 13.11

Рисунок иллюстрирует частоту возникновения колита у мышей после переноса различных клеточных популяций. Введение нефракционированных Т-клеток CD4+ предотвращало развитие колита, тогда как фракция СО4-клеток, экспрессирующих высокий уровень CD5RB (CD45RBhl), вызывала колит. При одновременном введении антител анти-Ифу или анти- ФНОа частота случаев заболевания снижалась. Цитокин ИЛ-10 (но не ИЛ-4) также влияет на возникновение колита у мышей. Представленные данные показывают, что в патогенезе колита у мышей играют роль цитокины ИФа и ФНОа и что ИЛ-10 может инактивировать эффекторные клетки. (ТКИД - тяжелый комбинированный иммунодефицит.)

тем перорального введения антигена (см. выше), были обнаружены Т-лимфоциты CD8+, способные при адоптивном переносе создавать у реципиентов резистентность к ЭАЭ. Эти Т-клетки не только супрессируютТ-клеточный ответ на ОБМ in vitro, но могут также вызывать эффект «подавления свидетеля» в отношении других, неродственных антигенов. Предположительно данный эффект опосредован ТФРр.

Регуляция иммунного ответа Тх2-клетками CD4+ представляет собой нормальный физиологический процесс

Роль регуляторных эффектов, опосредованных Т-клетками CD4+ или CD8+, в обычных физиологических условиях остается под вопросом. Однако обнаружение в норме у животных Т-лимфо

цитов CD4+, способных предупреждать развитие аутоиммунитета, свидетельствует об их значении в поддержании нормального гомеостаза. Кроме того, для крысы и мыши установлено, что после удаления Тх2-клеток CD4+, продуцирующих в обычных условиях ИЛ-4 и ИЛ-10, нарушается регуляция иммунного ответа. Этот факт убедительно доказывает, что регуляция иммунного ответа, осуществляемая Тх2-лимфоцитами CD4+ (но не Тх1-клетками CD4+), представляет собой нормальный физиологический процесс, а не артефакт (рис. 13.1 Г). По имеющимся данным, при возникновении колита у мышей (рис. 13.1 /) регулирующую роль в развитии патологического процесса может играть ТФРр. Это согласуется с результатами опытов по изучению колита у мышей, лишенных гена ТФРр методом генного нокаута.

ИДИОТИПИЧЕСКАЯ МОДУЛЯЦИЯ ИММУННОГО ОТВЕТА

Толерантность к собственным антигенам развивается в онтогенезе (см. гл. 12). Однако в неонатальный период уникальные связывающие участки антигенспецифичных рецепторов на В- и Т- клетках слишком малочисленны, чтобы индуцировать толерантность. То же самое относится к антителам: хотя они присутствуют в сыворотке крови, толерантность развивается только к их Fc-фрагментам, поскольку лишь они имеются в достаточной концентрации; толерантности к детерминантам легких и тяжелых цепей, ответственным за связывание специфических антигенов, не возникает. Таким образом, индивидуальные Т-клеточные рецепторы и иммуноглобулины являются иммуногенными за счет этих уникальных последовательностей, называемых идиотипами. Антитела, образующиеся против анти- генсвязываюших центров (они получили название антиидиотипических), способны влиять на результат иммунного ответа.

Идиотипические детерминанты могут кодироваться гаметными генами V-областей или возникать в результате рекомбинаций и мутаций, обусловливающих образование функционально активных генов V-областей иммуноглобулинов (см. гл. 8). Иммуногенные эпитопы в самом связывающем центре или расположенные вокруг него называют идиотопами (рис. 13.12). Известным иммунологом Йерне выдвинута гипотеза о существовании в организме иммунной сети, внутри которой взаимодействия осуществляются путем распознавания идиотипов. Согласно этим представлениям, образующиеся к антигену антитела в свою очередь вызывают направленный против них антиидиотипический ответ. Эта гипотеза концептуально привлекательна, однако роль такого рода идиотипической сети в регуляции нормального иммунного ответа остается предметом горячих споров.

Идиотипические взаимодействия могут усиливать или подавлять гуморальный иммунный ответ

Получены убедительные доказательства в пользу того, что антиидиотипические антитела могут влиять на воспроизведение распознаваемых идиотипов при иммунном ответе. Так, если мышам линии C57BL/6 ввести гаптен нитрофенол (НФ),

Идиотопы связывающего центра антител

Рис. 13.12

Антиидиотипическая сыворотка может содержать антитела к различным участкам молекулы иммуноглобулина. Связывание антител, направленных к связывающему центру иммуноглобулина (идиотопу), может ингибироваться гаптеном. Связывание же антител к идиотопам, локализованным вне связывающего центра, гаптен не ингибирует.

они продуцируют в основном антитела немногих определенных идиотипов, например идиотипа 146. Антиидиотипические антитела против этих антител (идиотипа 146) могут усиливать или подавлять образование идиотипа 146 в ответ на последующую инъекцию НФ вместе с белком-носителем. Наблюдаемый эффект зависит от количества вводимых антиидиотипических антител (рис. 13.13) и является идиотипспецифичным, поскольку общий уровень антител против НФ изменяется мало. Наиболее важно отметить, что применявшиеся концентрации антиидиотипов не выходят за пределы нормальных физиологических значений для антител, несущих данный идиотип, и это позволяет предполагать, что идиотипическая регуляция может осуществляться in vivo. Подобные наблюдения сделаны и при исследовании других идиотипических систем.

Драматические последствия имеет введение антиидиотипических антител новорожденным животным, когда возникающий эффект может сохраняться пожизненно. Так. способность мышей отвечать на фосфорилхолин резко снижается, если в неонатальный период животные получали антиидиотипические антитела к Т15 (главному идиотипу в реакции на фосфорилхолин). Состояние сниженной реактивности сохраняется в течение многих месяцев. У таких мышей при

Влияние антиидиотипических антител навоспроизведение идиотипа

Рис. 13.13

Мышам вводили 10 или 0,1 мкг антиидиотипических антител (анти-ld) против нитрофенил (НФ)-связываю- щих антител (идиотипа 146). Спустя 6 нед животным инъецировали НФ, конъюгированный с носителем (куриный глобулин, КГ). Через 2 нед после иммунизации в сыворотке животных определяли количество антител идиотипа 146 (горизонтальные столбики) и общее содержание антител анти-НФ (на рисунке не показано). У мышей, которым предварительно вводили 10 мкг анти-ld, обнаружена супрессия идиотипа 146, тогда как у мышей, получивших 0,1 мкг анти-ld, продукция идиотипа 146 была повышенной, хотя общий уровень антител анти-НФ оказался сходным у животных обеих групп.

последующем введении специфического антигена доминирует продукция иммуноглобулинов, не имеющих идиотипа Т15 (рис. 13.14).

НЕЙРОЭНДОКРИННАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ИММУННОГО ОТВЕТА

Уже давно известно, что стрессовые ситуации могут служить причиной подавления иммунных функций организма, например снижения его способности преодолевать инфекции. Имеются многочисленные данные, указывающие на взаимодействие между нервной, эндокринной и иммунной системами. В общем виде два основных пути, посредством которых процессы, происходящие в центральной нервной системе, могут от

ражаться на иммунной функции, состоят в следующем (рис. 13.15).

Большая часть лимфоидных тканей имеет прямую симпатическую иннервацию — как кровеносных сосудов, проходящих через лимфоидную ткань, так и непосредственно самих лимфоцитов.

Нервная система прямо или опосредованно контролирует секрецию различных гормонов, в частности кортикостероидов, гормона роста, тироксина и адреналина.

Лимфоциты экспрессируют рецепторы для многих гормонов, медиаторов и нейропептидов, включая рецепторы для стероидов, катехоламинов (адреналина и норадреналина), энкефалинов, эндорфинов, вещества Р и вазоактивного интестинального пептида (ВИП). Степень экспрессии рецепторов и клеточная реактивность

Супрессия В-клеток, индуцированнаяантиидиотипическими антителами

Рис. 13.14

Новорожденным и взрослым мышам вводили анти- идиотипические антитела (анти-ld) к Т15. Затем животных иммунизировали гаптеном фосфорилхолином (ФХ), связанным с носителем, и определяли общее количество антител к ФХ, включая компонент Т15 (более темноокрашенная часть горизонтальных столбиков). У контрольных взрослых мышей наблюдался эффективный ответ на ФХ, и большую часть антител составляли 115 (1). У взрослых мышей, предварительно получивших анти-ld, отмечено временное подавление синтеза антител с потерей Т15 и снижение в связи с этим общего ответа на ФХ (2). В случае введения анти-ld новорожденным мышам наблюдалось длительное угнетение продукции В-клеток Т15+, но при этом имело место компенсаторное увеличение ФХ-специ- фичных В-клеток Т15“ (3).

Взаимодействие между нейроэндокринной и иммунной системами

Рис. 13.15

Некоторые из возможных связей между эндокринной, нервной и иммунной системами. Синими стрелками показана симпатическая иннервация, красными - воздействие гормонов, белыми - предполагаемые связи, эффекторные молекулы для которых не установлены.

варьируют у различных популяций лимфоцитов и моноцитов, в связи с чем эффект разных медиаторов также варьирует в зависимости от условий. Однако применительно к иммунной системе особое значение имеет регуляция, опосредованная кортикостероидами, эндорфинами и энкефалинами — агентами, которые высвобождаются при стрессе и обладают иммуносупрессивным действием in vivo. Эффекты эндорфинов in vitro существенно различаются в зависимости от экс

периментальной системы и дозы; в одних дозах они оказывают супрессивное влияние, в других — усиливают иммунный ответ. Однако одним из важных факторов, регулирующих иммунный ответ по механизму обратной связи, служат, несомненно, кортикостероиды. Установлено, что сами лимфоциты способны реагировать на кортико- тропин-рилизинг-гормон, синтезируя собственный АКТГ, который в свою очередь индуцирует секрецию кортикостероидов.

По имеющимся данным, кортикостероиды ингибируют продукцию цитокинов Тх1-клетками, не влияя на Тх2-ответ. Кроме того, они индуцируют образование ТФРр, который может подавлять иммунный ответ. Предполагается, что низким уровнем кортикостероидов в плазме у крыс линии Lewis обусловлена повышенная предрасположенность этих животных к возникновению различных аутоиммунных процессов: после индукции ЭАЭ спонтанное выздоровление крыс связано с повышением содержания в крови кортикостероидов; у адреналэктомированных животных выздоровления не происходит. Значение стероидов в предрасположенности к заболеванию продемонстрировано также на крысах линии PVG: в норме животные этой линии резистентны к ЭАЭ, однако становятся чувствительными к нему после адреналэктомии.

Взаимодействие между нейроэндокринной и иммунной системами не является однонаправленным. Установлено, что цитокины, в частности ИЛ-1 и ИЛ-6, действуют в обоих направлениях, играя роль модуляторов взаимодействия этих двух систем. Данные цитокины служат мощными стимуляторами продукции кортикостероидов надпочечниками благодаря своему влиянию на кортикотропин-рилизинг-гормон. Помимо того, что ИЛ-1 продуцируют макрофаги, а ИЛ-6 — Т- клетки, способностью к синтезу обоих этих цитокинов обладают нейроны и клетки глии, а также клетки, локализованные в гипофизе и надпочечниках. Это еще раз подчеркивает важную роль данных цитокинов как медиаторов двунаправленного действия при реакции организма на стресс.

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ИММУННОГО ОТВЕТА

Хорошо известно, что разные индивиды неодинаково реагируют на один и тот же антиген. Результаты семейного анализа чувствительности к

Corynebacterium diphtheriae позволили предположить, что резистентность или чувствительность к инфекции может быть наследуемым признаком. В пользу этого свидетельствуют и данные, полученные на морских свинках разных линий, неодинаково резистентных к дифтерии; различия были определены как генетически детерминированные. В 1943 г. Фьёрд-Шайбель в исследованиях по селекции линий морских свинок с высокой и низкой иммунореактивностью продемонстрировал, что продукцию дифтерийного антитоксина контролирует один ген и она наследуется как доминантный менделевский признак. В этом исследовании впервые был установлен также доминантный тип наследования высокой иммунореактивности. В потомстве первого поколения, полученном от скрещивания животных с высокой иммунореактивностью, 90% особей продуцировали антитоксин, тогда как при скрещивании низкореагирующих свинок лишь в пятом поколении удалось получить 90% животных с низкой иммунореактивностью.

Способность отвечать на антиген зависит от гаплотипа МНС

Получение инбредных, или чистых, линий мышей позволило более глубоко исследовать влияние генетических факторов и окончательно доказать их роль в иммунологической реактивности. Мыши с различными гаплотипами МНС различаются по способности к гуморальному ответу на специфические антигены (рис. 13.16). Эта функция зависит от МНС-молекул класса II и специфична для каждого антигена: линия с высоким уровнем ответа на один антиген может на другие отвечать слабо. Гены МНС, как было установлено, выполняют наиболее важную роль в регуляции ответа на инфекционные агенты (см. гл. 7 и 9).

Не сцепленные с МНС гены также влияют на иммунный ответ

Достигнутые в последние годы в иммунологии значительные успехи — выяснение структуры молекул МНС классов I и II, изучение полиморфизма аминокислотных последовательностей молекул МНС и его значения для связывания пептидов, разработка молекулярных методов контроля за формированием репертуара Т-кле- точных рецепторов и технологии получения

трансгенных мышей - внесли вклад в выяснение того, каким образом генетические факторы влияют на иммунный ответ. К числу этих факторов относятся не только гены, сцепленные с МНС. Например, тяжелый комбинированный иммунодефицит обусловлен отсутствием гена рекомбиназы, а недостаточность адгезии лейкоцитов возникает вследствие мутаций гена, кодирующего субъединицу р2-интегРина’ и вызванного ими нарушения экспрессии LFA-1, CR3 и CR4.

Сцепленные с МНС гены иммунного ответа регулируют все иммунные реакции, в основе которых лежит распознавание антигена Т-клетками

Как описано в предудыщих главах, иммунный ответ зависит от активации клонов лимфоцитов. Т-клетки распознают антиген только в том случае, если он презентирован им в виде комплекса

Межлинейные различия в гуморальном иммунном ответе у мышей

Рис. 13.16

Мышам 15 линий вводили стандартную дозу синтетического антигена (TG)-A-L. Содержание антител в сыворотке определяли по ее антигенсвязывающей активности. Животные с гаплотипом Н-2Ь - высокореа- гирующие, H-2d - с промежуточным типом ответа, Н-2к - низкореагирующие. Однако у некоторых линий разных гаплотипов уровни ответа сходные, что указывает на регуляцию образования антител и со стороны генов, не сцепленных с комплексом Н-2.

Генетическая рестрикция активностицитотоксических Т-клетокГенетическая рестрикция активностицитотоксических Т-клетокСпецифичность цитотоксических Т-клетокСпецифичность цитотоксических Т-клетокблучение,введение клеток А Введение вируса донора у осповакциныблучение,введение клеток А Введение вируса донора у осповакцины__•„ТестнализисЗаражениеВыделение I ) инфицированных„шеи вирусомТ кле ок у клеток-мишеней__•„ТестнализисЗаражениеВыделение I ) инфицированных„шеи вирусомТ кле ок у клеток-мишеней11Изучена способность цитотоксических (Тц) клеток взрослых мышей (линий A.TL, СВА и A/J), зараженных вирусом лимфоцитарного хориоменингита (ВЛХМ), лизировать инфицированные вирусом клетки-мишени гаплотипов H-2k, H-2S и H-2d. Мыши линии A.TL имеют гаплотип H-2KS, H-2lk, H-2Dd и их Тц-клетки лизируют лишь те инфицированные ВЛХМ клетки-мишени, которые имеют общий с эффекторами гаплотип H-2KS или H-2Dd. Это показывает, что противовирусные Тц-клетки рестриктированы по антигенам МНС класса I, причем цитотоксичность в отношении ВЛХМ детерминирована в основном локусом H-2D. В отличие от этого у мышей линии A.TL, инфицированных вирусом Сендай, цитотоксичность определяется главным образом локусом Н-2к. О значении генетической рестрикции при этих ответах говорят также результаты экспериментов на мышах линии СВА, инфицированных ВЛХМ. То, что наиболее выраженная цитотоксичность в отношении ВЛХМ определяется совместимостью клеток-эффекторов и клеток-мишеней по локусу H-2d, подтверждают данные исследований на мышах линии A/J. Различные вирусы могут связываться преимущественно с определенными Н-2к- или Н-2с1-молекулами клеток- мишеней, что создает оптимальные условия для их презентации цитотоксическим клеткам.Изучена способность цитотоксических (Тц) клеток взрослых мышей (линий A.TL, СВА и A/J), зараженных вирусом лимфоцитарного хориоменингита (ВЛХМ), лизировать инфицированные вирусом клетки-мишени гаплотипов H-2k, H-2S и H-2d. Мыши линии A.TL имеют гаплотип H-2KS, H-2lk, H-2Dd и их Тц-клетки лизируют лишь те инфицированные ВЛХМ клетки-мишени, которые имеют общий с эффекторами гаплотип H-2KS или H-2Dd. Это показывает, что противовирусные Тц-клетки рестриктированы по антигенам МНС класса I, причем цитотоксичность в отношении ВЛХМ детерминирована в основном локусом H-2D. В отличие от этого у мышей линии A.TL, инфицированных вирусом Сендай, цитотоксичность определяется главным образом локусом Н-2к. О значении генетической рестрикции при этих ответах говорят также результаты экспериментов на мышах линии СВА, инфицированных ВЛХМ. То, что наиболее выраженная цитотоксичность в отношении ВЛХМ определяется совместимостью клеток-эффекторов и клеток-мишеней по локусу H-2d, подтверждают данные исследований на мышах линии A/J. Различные вирусы могут связываться преимущественно с определенными Н-2к- или Н-2с1-молекулами клеток- мишеней, что создает оптимальные условия для их презентации цитотоксическим клеткам.Определение ТцОпределение ТцГруппа мышейИсточник кпеток донора (А х Б)РеципиентЦитотоксичностьклетки- мишени Аклетки- мишени Б1Костный мозгА+-2Костный мозгБ-+3СелезенкаА++4СелезенкаБ++Группа мышейИсточник кпеток донора (А х Б)РеципиентЦитотоксичностьклетки- мишени Аклетки- мишени Б1Костный мозгА+-2Костный мозгБ-+3СелезенкаА++4СелезенкаБ++Рис. 13.18Облученным мышам-реципиентам двух типов (А и Б) вводили для восстановления кроветворения лимфоциты доноров А х Б (клетки костного мозга или селезенки). Таким способом получали мышей-химер, у которых лимфоциты имели тип донора (А х Б), а все другие ткани - тип реципиента. После этого животных иммунизировали вирусом осповакцины, получали от них Т-клетки селезенки и определяли их цитотоксическую активность по отношению к В-клеткам типа А или Б, инфицированным вирусом. Клетки мышей, получивших после облучения клетки костного мозга, могли лизировать только клетки-мишени, относящиеся к тому же типу, что и реципиент (1 и 2). В отличие от этого зрелые лимфоциты животных, получивших клетки селезенки (А х Б), были способны лизировать клетки- мишени обоих типов - А и Б, независимо от типа реципиента (3 и 4). Полученные данные можно объяснить следующим образом. Незрелые стволовые клетки костного мозга после введения облученным мышам проходили «обучение» в тимусе реципиента и после этого могли распознавать антиген лишь в ассоциации с молекулами МНС гаплотипа реципиента. Однако зрелые клетки селезенки донора уже были «обученными». В большинстве случаев для успешного «обучения» клеток донора в тимусе реципиента необходимо, чтобы донор и реципиент имели по крайней мере один общий МНС-гаплотип с идентичными генами класса II.Рис. 13.18Облученным мышам-реципиентам двух типов (А и Б) вводили для восстановления кроветворения лимфоциты доноров А х Б (клетки костного мозга или селезенки). Таким способом получали мышей-химер, у которых лимфоциты имели тип донора (А х Б), а все другие ткани - тип реципиента. После этого животных иммунизировали вирусом осповакцины, получали от них Т-клетки селезенки и определяли их цитотоксическую активность по отношению к В-клеткам типа А или Б, инфицированным вирусом. Клетки мышей, получивших после облучения клетки костного мозга, могли лизировать только клетки-мишени, относящиеся к тому же типу, что и реципиент (1 и 2). В отличие от этого зрелые лимфоциты животных, получивших клетки селезенки (А х Б), были способны лизировать клетки- мишени обоих типов - А и Б, независимо от типа реципиента (3 и 4). Полученные данные можно объяснить следующим образом. Незрелые стволовые клетки костного мозга после введения облученным мышам проходили «обучение» в тимусе реципиента и после этого могли распознавать антиген лишь в ассоциации с молекулами МНС гаплотипа реципиента. Однако зрелые клетки селезенки донора уже были «обученными». В большинстве случаев для успешного «обучения» клеток донора в тимусе реципиента необходимо, чтобы донор и реципиент имели по крайней мере один общий МНС-гаплотип с идентичными генами класса II.антигенного пептида с антигенами МНС классов I или II. Поэтому, например, мышиные Тц-клет- ки CD8+, специфичные к гликопротеину ВЛХМ, способны лизировать лишь такие инфицированные вирусом клетки-мишени, которые получены от мышей, совместимых по МНС-антигенам класса I с донорами клеток-эффекторов (рис. 13.17). Способность к такому распознаванию развивается в онтогенезе (рис. 13.18).

Генетическая рестрикция активностицитотоксических Т-клеток

Генетическая рестрикция активностицитотоксических Т-клеток

Специфичность цитотоксических Т-клеток

Специфичность цитотоксических Т-клеток

блучение,

введение клеток А Введение вируса донора у осповакцины

блучение,

введение клеток А Введение вируса донора у осповакцины

__•„Тестнализис

ЗаражениеВыделение I ) инфицированных

„шеи вирусомТ кле ок у клеток-мишеней

__•„Тестнализис

ЗаражениеВыделение I ) инфицированных

„шеи вирусомТ кле ок у клеток-мишеней

1

1

Изучена способность цитотоксических (Тц) клеток взрослых мышей (линий A.TL, СВА и A/J), зараженных вирусом лимфоцитарного хориоменингита (ВЛХМ), лизировать инфицированные вирусом клетки-мишени гаплотипов H-2k, H-2S и H-2d. Мыши линии A.TL имеют гаплотип H-2KS, H-2lk, H-2Dd и их Тц-клетки лизируют лишь те инфицированные ВЛХМ клетки-мишени, которые имеют общий с эффекторами гаплотип H-2KS или H-2Dd. Это показывает, что противовирусные Тц-клетки рестриктированы по антигенам МНС класса I, причем цитотоксичность в отношении ВЛХМ детерминирована в основном локусом H-2D. В отличие от этого у мышей линии A.TL, инфицированных вирусом Сендай, цитотоксичность определяется главным образом локусом Н-2к. О значении генетической рестрикции при этих ответах говорят также результаты экспериментов на мышах линии СВА, инфицированных ВЛХМ. То, что наиболее выраженная цитотоксичность в отношении ВЛХМ определяется совместимостью клеток-эффекторов и клеток-мишеней по локусу H-2d, подтверждают данные исследований на мышах линии A/J. Различные вирусы могут связываться преимущественно с определенными Н-2к- или Н-2с1-молекулами клеток- мишеней, что создает оптимальные условия для их презентации цитотоксическим клеткам.

Изучена способность цитотоксических (Тц) клеток взрослых мышей (линий A.TL, СВА и A/J), зараженных вирусом лимфоцитарного хориоменингита (ВЛХМ), лизировать инфицированные вирусом клетки-мишени гаплотипов H-2k, H-2S и H-2d. Мыши линии A.TL имеют гаплотип H-2KS, H-2lk, H-2Dd и их Тц-клетки лизируют лишь те инфицированные ВЛХМ клетки-мишени, которые имеют общий с эффекторами гаплотип H-2KS или H-2Dd. Это показывает, что противовирусные Тц-клетки рестриктированы по антигенам МНС класса I, причем цитотоксичность в отношении ВЛХМ детерминирована в основном локусом H-2D. В отличие от этого у мышей линии A.TL, инфицированных вирусом Сендай, цитотоксичность определяется главным образом локусом Н-2к. О значении генетической рестрикции при этих ответах говорят также результаты экспериментов на мышах линии СВА, инфицированных ВЛХМ. То, что наиболее выраженная цитотоксичность в отношении ВЛХМ определяется совместимостью клеток-эффекторов и клеток-мишеней по локусу H-2d, подтверждают данные исследований на мышах линии A/J. Различные вирусы могут связываться преимущественно с определенными Н-2к- или Н-2с1-молекулами клеток- мишеней, что создает оптимальные условия для их презентации цитотоксическим клеткам.

Определение Тц

Определение Тц

Группа мышей

Источник кпеток донора (А х Б)

Реципиент

Цитотоксичность

клетки- мишени А

клетки- мишени Б

1

Костный мозг

А

+

-

2

Костный мозг

Б

-

+

3

Селезенка

А

+

+

4

Селезенка

Б

+

+

Группа мышей

Источник кпеток донора (А х Б)

Реципиент

Цитотоксичность

клетки- мишени А

клетки- мишени Б

1

Костный мозг

А

+

-

2

Костный мозг

Б

-

+

3

Селезенка

А

+

+

4

Селезенка

Б

+

+

Рис. 13.18

Облученным мышам-реципиентам двух типов (А и Б) вводили для восстановления кроветворения лимфоциты доноров А х Б (клетки костного мозга или селезенки). Таким способом получали мышей-химер, у которых лимфоциты имели тип донора (А х Б), а все другие ткани - тип реципиента. После этого животных иммунизировали вирусом осповакцины, получали от них Т-клетки селезенки и определяли их цитотоксическую активность по отношению к В-клеткам типа А или Б, инфицированным вирусом. Клетки мышей, получивших после облучения клетки костного мозга, могли лизировать только клетки-мишени, относящиеся к тому же типу, что и реципиент (1 и 2). В отличие от этого зрелые лимфоциты животных, получивших клетки селезенки (А х Б), были способны лизировать клетки- мишени обоих типов - А и Б, независимо от типа реципиента (3 и 4). Полученные данные можно объяснить следующим образом. Незрелые стволовые клетки костного мозга после введения облученным мышам проходили «обучение» в тимусе реципиента и после этого могли распознавать антиген лишь в ассоциации с молекулами МНС гаплотипа реципиента. Однако зрелые клетки селезенки донора уже были «обученными». В большинстве случаев для успешного «обучения» клеток донора в тимусе реципиента необходимо, чтобы донор и реципиент имели по крайней мере один общий МНС-гаплотип с идентичными генами класса II.

Рис. 13.18

Облученным мышам-реципиентам двух типов (А и Б) вводили для восстановления кроветворения лимфоциты доноров А х Б (клетки костного мозга или селезенки). Таким способом получали мышей-химер, у которых лимфоциты имели тип донора (А х Б), а все другие ткани - тип реципиента. После этого животных иммунизировали вирусом осповакцины, получали от них Т-клетки селезенки и определяли их цитотоксическую активность по отношению к В-клеткам типа А или Б, инфицированным вирусом. Клетки мышей, получивших после облучения клетки костного мозга, могли лизировать только клетки-мишени, относящиеся к тому же типу, что и реципиент (1 и 2). В отличие от этого зрелые лимфоциты животных, получивших клетки селезенки (А х Б), были способны лизировать клетки- мишени обоих типов - А и Б, независимо от типа реципиента (3 и 4). Полученные данные можно объяснить следующим образом. Незрелые стволовые клетки костного мозга после введения облученным мышам проходили «обучение» в тимусе реципиента и после этого могли распознавать антиген лишь в ассоциации с молекулами МНС гаплотипа реципиента. Однако зрелые клетки селезенки донора уже были «обученными». В большинстве случаев для успешного «обучения» клеток донора в тимусе реципиента необходимо, чтобы донор и реципиент имели по крайней мере один общий МНС-гаплотип с идентичными генами класса II.

Формирование репертуара периферических Т-лимфоцитов зависит как от разнообразных аутоантигенов, так и от способности Т-клеток связываться с собственными антигенами МНС. Способность пептида к образованию комплекса с молекулой МНС определяется последовательностью аминокислотных остатков ее пептидсвязы- вающего участка. Теперь мы знаем, что большая часть полиморфных аминокислотных остатков

молекулы МНС локализована в ее пептидсвязы- вающей полости. Поэтому высокий полиморфизм аминокислотных последовательностей МНС-антигенов очень важен для связывания пептидов и вследствие этого для активации Т-клеток. Как установлено, при развитии в тимусе Т-клетки подвергаются селекции двух типов.

Положительная селекция основана на взаимодействии ТкР с молекулами МНС на поверхности эпителиальных клеток корковой зоны тимуса.

Отрицательная селекция происходит в результате высокоаффинного взаимодействия между ТкР и комплексом МНС—пептид, презентированным на клетках костномозгового происхождения в мозговой зоне тимуса.

Положительная селекция в тимусе означает отбор Т-клеток по способности распознавать антигены, презентированные в комплексе с собственными молекулами МНС

Первые исследования в этой области проводились по сложной схеме, включавшей тимэктомию, облучение, введение костного мозга и пересадку тимуса (см. гл. 12). Их результаты показали, что цитотоксические лимфоциты лизируют только клетки-мишени с такими же МНС-анти- генами, какие экспрессируют клетки тимуса, в котором происходило развитие Т-клеток. Эти и другие данные позволяют предполагать, что созревающие Т-клетки «учатся» распознавать антигены только в контексте молекул МНС, с которыми они первоначально контактировали в тимусе.

Этот процесс прояснили эксперименты на трансгенных мышах, когда стало возможным получать таких трансгенных животных, у которых основная часть Т-клеток несет всего один анти- генспецифичный рецептор. Соответствующий антиген также может экспрессироваться как продукт трансгена. Это значительно упрощает анализ, поскольку исследуемые Т-клетки составляют большую часть Т-клеточной популяции и их можно определить при помощи клонотипических, или vp-специфичных, антител (Vp является вариабельным доменом ТкР-комплекса). Так, можно получить трансгенных мышей, у которых Т-клетки в основном экспрессируют ТкР клона Тц CD8+, распознающий гликопротеин ВЛХМ в комплексе с молекулой H-2Db класса I, и ис

пользовать этих животных для демонстрации положительной селекции. Данный ТкР идентифицируют при помощи антител, специфичных к Vp8.

Различные молекулы МНС по-разному влияют на образование зрелых Т-клеток CD8+, экспрессирующих трансгенный ТкР (рис. 13.19). Положительная селекция Т-клеток CD8+ с трансгенным ТкР, содержащим VpS-цепь, была зарегистрирована лишь у тех мышей, которые экспрессировали молекулу H-2Db. Таким образом, положительная селекция данного рецептора происходит только при экспрессии соответствующе-

CD8ВысокийCD8ВысокийНизкийНизкийПоложительная селекция в тимусеПоложительная селекция в тимусеНизкийВысокийНизкийВысокийНизкийВысокий НизкийВысокийCD4НизкийВысокий НизкийВысокийCD4Рис. 13.19

CD8

Высокий

CD8

Высокий

Низкий

Низкий

Положительная селекция в тимусе

Положительная селекция в тимусе

Низкий

Высокий

Низкий

Высокий

НизкийВысокий НизкийВысокий

CD4

НизкийВысокий НизкийВысокий

CD4

Тимоциты получали от трансгенных мышей, Т-клетки CD8+ которых несли ТкР, распознающий ВЛХМ в ассоциации с молекулой Н-2Ь. При помощи флуоресцентного клеточного сортера изучали экспрессию молекул CD4 и CD8 тимоцитами. При нормальном развитии клетки CD4"CD8" становились CD4+CD8+, а затем превращались в зрелые CD4+CD8" или CD4*CD8+ либо погибали. В контроле (нетрансгенные мыши) основную популяцию тимоцитов составляли клетки CD4+CD8+ и меньшие популяции - CD4+CD8“ и CD4-CD8+. У трансгенных мышей, экспрессирующих аллель Н-2Ь, происходила положительная селекция Т-клеток в тимусе, в результате чего формировалась гораздо более многочисленная популяция CD4_CD8+. Такая селекция не происходила в отсутствие аллеля Н-2Ь. (Обозначения «высокий», «низкий», hl и |о относятся к уровню экспрессии маркеров CD.)

го МНС-гаплотипа. Подобный отбор протекает на поверхности эпителиальных клеток корковой зоны тимуса. Предполагается, что пептидами, опосредующими положительную селекцию, служат в норме присутствующие в тимусе аутопеп- тиды.

Т-клетки, распознающие аутоантигены, подвергаются отрицательной селекции

Отрицательная селекция путем клональной деле- ции продемонстрирована с использованием моноклональных антител, специфичных к vp-цепям мышиных ТкР. Таким способом были идентифицированы и подсчитаны Т-клетки, несущие ТкР с данной VP-цепью, и этот анализ показал, что у мышей, экспрессирующих I—Е, Т-клетки Vpi7a+ делегируются в тимусе. Присутствие Т-клеток Vpi7a+CD4+CD8+, но не зрелых Т-клеток Vpi7a+CD4+ или vpi7a+CD8.l+, позволило предположить, что делеция происходит на стадии дважды положительных (CD4+CD8+) Т-клеток в процессе их созревания. При этом было установлено, что для делеции необходима экспрессия наряду с I—Е и эндогенного лиганда, а не только одного I—Е.

Суперантигены могут вызывать полную делецию отдельных серий Т-клеточных рецепторов

У мышей ряда линий в тимусе происходит делеция целых популяций Т-клеток, несущих определенные ТкР. Так, у мышей, экспрессирующих минорный, стимулирующий лимфоциты антиген Mls-la и некоторые МПС-молекулы класса И, делегируются Т-клетки Vp6+ и VP8.1+ (рис. 13.20). Способностью целых семейств Т-лимфоцитов распознавать антигены Mis объясняется интенсивный пролиферативный ответ, наблюдаемый при совместном культивировании несовместимых по Mis клеток. В ответе на некоторые антигены участвуют все Т-клетки, экспрессирующие определенные VP-цепи (рис. 13.21).

Вызывающие такой сильный ответ антигены, как экзогенные, так и эндогенные, названы суперантигенами. Они связываются не в пептид- связывающей полости антигенов МНС, а непосредственно (без процессинга) с молекулами МНС класса 1 и И и P-цепями ТкР (см. гл. 11). Примером экзогенного суперантигена может служить стафилококковый энтеротоксин В. Реа-

Делеция Т-клеток, вызываемая суперантигенами

V- область

Распознаваемый антиген

T-клеточная популяция, экспрессирующая v-областъ %

После индукции толерантности путем клональной делеции, %

Vpi7a

l-E, В-клеточный пептид

5,6%

0,9%

vpe

Mls-1a

12,4%

0 3%

vpe.i

Mls-1a

7,5%

0,3%

урз

Mls-2

4,1%

0,1%

урз

SEB

5,7%

1,2%

vpe

SEB

18,9%

0,0%

ури

l-E, пептид

5,0%

0,5%

Рис. 13.20

Суперантигены могут вызывать клональную делецию Т-клеток, экспрессирующих определенные Х/р-цепи. Абсолютное число Т-клеток, ТкР которых содержит ту или иную vp-цепь, неодинаково у мышей разных линий, однако феномен Т-клеточной делеции под влиянием суперантигенов проявляется во всех случаях. В таблице приведена количественная характеристика клональной делеции у мышей некоторых линий. (SEB - стафилококковый энтеротоксин В.)

Распознавание Т-клетками антигена Mls-1a

Доля ибридом, реактивных в отношении H-2k/Mls-1a %

Рис. 13.21

Значительная часть Т-клеток, экспрессирующих цепь VP8.1, распознает антиген Mls-1a. Путем слияния Т-лимфобластов (экспрессирующих VP8.1 или vp8.2), выделенных из лимфатических узлов мышей линии B10.BR (М1а-1Ь), с вариантом Т-клеточной тимомы BW5147 (не экспрессирующей ни Va, ни \/р) были получены Т-клеточные гибридомы. Клетки-гибриды отделяли при помощи скрининга с использованием антител, распознающих vpe.1 и (для сравнения) Vpe.2, затем исследовали реактивность гибридом в отношении антигенов Mls-1a на поверхности клеток-стимуляторов Н-2к. Подавляющее большинство гибридом, реагирующих на антиген Mls-1а, экспрессировало VP8.1 и незначительное - VP8.2. Эти результаты показывают, что в распознавании антигена Mls-1a главную роль играет цепь VP8.1.

гирующие на этот антиген Т-клетки мышей имеют ТкР, содержащий V03- или Ур8-цепи. Mls-антигены относятся к классу эндогенных суперантигенов (см. гл. 11). Однако к настоящему времени установлено, что наличие Mls-антигенов в действительности определяется присутствием эндогенных вирусов опухоли молочной железы мыши (MMTV), кодируемых длинным З'-терми- нальным повтором в геноме мышей данной линии. Существует множество различных М MTV, и мыши каждой линии имеют в геноме лишь некоторые из них. Эти эндогенные суперантигены, экспрессированные в тимусе, вызывают делению (отрицательную селекцию) Т-клеток, несущих ТкР с цепью Vp3, Урб или VP8.1. Для изучения того, каким образом селекция в тимусе на ранних стадиях развития организма может повлиять на способность взрослого животного формировать ответ, были использованы также трансгенные мыши, описанные в предыдущем разделе (с трансгенами, кодирующими а- и p-цепи ТкР, специфичных к гликопротеину ВЛХМ в контексте H-2Db). При инфицировании ВЛХМ в неонатальный период у мышей развивалась толерантность и они становились носителями вируса. Анализ созревающих Т-клеточных популяций у этих неонатально инфицированных мышей показал значительное снижение числа Т-клеток CD4+CD8+ — возможное последствие клональной делеции Т-клеток на ранней стадии онтогенеза (рис. 13.22). Таким образом, формирование репертуара периферических Т-лимфоцитов происходит в результате как положительной, так и отрицательной селекции (рис. 13.23). и соответственно оба эти типа отбора влияют на иммунореактивность.

Сцепленные с МНС гены регулируют ответ на инфекционные агенты

Определенную роль в развитии ответа на инфекционные агенты, а также на аутоантигены выполняют, как установлено, гены, сцепленные с МНС. В некоторых случаях эту функцию несут гены, входящие в МНС.

Чувствительность мышей к инвазии Trichinella spiralis определяется локусом 1-Е

Первое наблюдение, свидетельствующее о том, что гены, сцепленные с МНС (Ts-1 и Ts-2), могут влиять на иммунный ответ против паразитарной

инвазии, было сделано на модели трихинеллеза, вызываемого Trichinella spiralis. (Следует отметить, что это организм со сложным антигенным составом, причем на разных стадиях жизненного цикла он экспрессирует различные антигены, презентация которых требует участия разных АПК.) При заражении Trichinella spiralis мышей ряда рекомбинантных линий обнаружено, что резистентность или восприимчивость животных зависит от локуса 1—Е: мыши, экспрессирующие 1-Е, восприимчивы к инвазии (рис. 13.24). На ответ влияет также один сцепленный с МНС ген. Он не входит в состав МНС, а находится в неравновесии по сцеплению с МНС. Этот ген, названный Ts-2, картирован вблизи гена ФНО.

Толерантность к ВЛХМ у трансгенных мышей

Транс ен ыемыши сТкРУР8.1 анти-ВЛХМ

Заражение новорожденных мышей ВЛХМ

Первичным ответ анти-ВЛХМ

Число тимоинтов

CD4 CD8+

Нормальное

CD8+

Нормальное

Mls-1b

-

+ + +

Mls-1a

-

+

Нормальное

Низкое .

Mis 1b

+

-

Низкое

Низкое

Рис. 13.22

Индукция толерантности у трансгенных мышей варьирует в зависимости от антигена. В приведенном опыте исследовали способность клеток трансгенных мышей, экспрессирующих ТкР, специфичный к ВЛХМ в контексте молекул H-2Db, давать пролиферативный и цитотоксический ответ при взаимодействии с инфицированными ВЛХМ клетками. Данный ТкР экспрессирует также VP8.1, что позволяет определить влияние Mis-1а на способность к подобного рода первичному ответу на ВЛХМ. Инфицирование мышей ВЛХМ при рождении дает возможность установить эффект неонатального контакта с антигеном, распознаваемым трансгенным ТкР. У животных, экспрессирующих MIs- 1а, наблюдалось частичное снижение пролиферативного и цитотоксического ответа, а в случае контакта со специфическим антигеном при рождении ответ полностью отсутствовал. Анализ Т-клеточных популяций этих животных показал, что толерантные к ВЛХМ мыши имели пониженное число тимоцитов CD4+CD8+ и зрелых Т-клеток CD8+. Однако воздействие только собственного суперантигена (Mis-1а) приводило к делеции лишь зрелых Т-клеток CD8+. Представленные данные свидетельствуют о том, что различные антигены могут индуцировать толерантность Т-клеток в разные периоды их развития.

Положительная и отрицательная селекция в тимусе

ТимоцитыCD4+CD8+ТимоцитыCD4+CD8+Высокая аффинность к собственным антигенам МНС класса IВысокая аффинность к собственным антигенам МНС класса IНевысокая аффинность к собственным антигенам МНС класса IНевысокая аффинность к собственным антигенам МНС класса IОтсутствие связывания с собственными антигенамиМНСОтсутствие связывания с собственными антигенамиМНСНевысокая аффинность к собственным антигенам МНС класса IIНевысокая аффинность к собственным антигенам МНС класса IIВысокая аффинность к собственным антигенам МНС класса IIВысокая аффинность к собственным антигенам МНС класса IIРис. 13.23Тимоциты CD4+CD8+ взаимодействуют со стромальными клетками тимуса, экспрессирующими МНС-мо- лекулы классов I и II в виде комплексов с собственными пептидами. Клетки, обладающие высокой аффинностью к собственным антигенам МНС классов I или II, делегируются, так же как и тимоциты, которые не распознают эти антигены. Клетки с невысокой аффинностью к собственным МНС-антигенам класса I проходят отбор (положительная селекция), утрачивают маркер CD4 и становятся Т-клетками CD8+. В отличие от этого тимоциты с невысокой аффинностью к собственным МНС-антигенам класса II образуют популяцию зрелых Т-лимфоцитов CD4+.Рис. 13.23Тимоциты CD4+CD8+ взаимодействуют со стромальными клетками тимуса, экспрессирующими МНС-мо- лекулы классов I и II в виде комплексов с собственными пептидами. Клетки, обладающие высокой аффинностью к собственным антигенам МНС классов I или II, делегируются, так же как и тимоциты, которые не распознают эти антигены. Клетки с невысокой аффинностью к собственным МНС-антигенам класса I проходят отбор (положительная селекция), утрачивают маркер CD4 и становятся Т-клетками CD8+. В отличие от этого тимоциты с невысокой аффинностью к собственным МНС-антигенам класса II образуют популяцию зрелых Т-лимфоцитов CD4+.

Тимоциты

CD4+CD8+

Тимоциты

CD4+CD8+

Высокая аффинность к собственным антигенам МНС класса I

Высокая аффинность к собственным антигенам МНС класса I

Невысокая аффинность к собственным антигенам МНС класса I

Невысокая аффинность к собственным антигенам МНС класса I

Отсутствие связывания с собственными антигенами

МНС

Отсутствие связывания с собственными антигенами

МНС

Невысокая аффинность к собственным антигенам МНС класса II

Невысокая аффинность к собственным антигенам МНС класса II

Высокая аффинность к собственным антигенам МНС класса II

Высокая аффинность к собственным антигенам МНС класса II

Рис. 13.23

Тимоциты CD4+CD8+ взаимодействуют со стромальными клетками тимуса, экспрессирующими МНС-мо- лекулы классов I и II в виде комплексов с собственными пептидами. Клетки, обладающие высокой аффинностью к собственным антигенам МНС классов I или II, делегируются, так же как и тимоциты, которые не распознают эти антигены. Клетки с невысокой аффинностью к собственным МНС-антигенам класса I проходят отбор (положительная селекция), утрачивают маркер CD4 и становятся Т-клетками CD8+. В отличие от этого тимоциты с невысокой аффинностью к собственным МНС-антигенам класса II образуют популяцию зрелых Т-лимфоцитов CD4+.

Рис. 13.23

Тимоциты CD4+CD8+ взаимодействуют со стромальными клетками тимуса, экспрессирующими МНС-мо- лекулы классов I и II в виде комплексов с собственными пептидами. Клетки, обладающие высокой аффинностью к собственным антигенам МНС классов I или II, делегируются, так же как и тимоциты, которые не распознают эти антигены. Клетки с невысокой аффинностью к собственным МНС-антигенам класса I проходят отбор (положительная селекция), утрачивают маркер CD4 и становятся Т-клетками CD8+. В отличие от этого тимоциты с невысокой аффинностью к собственным МНС-антигенам класса II образуют популяцию зрелых Т-лимфоцитов CD4+.

Локус 1-Е влияет также на чувствительность к Leishmania donovani

Субрайон 1—Е влияет также на чувствительность мышей к Leishmania donovani. В исследованиях на мышах, конгенных по комплексу Н-2, установлено, что экспрессирующие I—Е мыши не обладают резистентностью к висцеральной форме лейшманиоза. Прямое участие продукта I—Е в определении чувствительности к данной инвазии обнару-

Восприимчивость к заражению Tnchinella spiralis

Линия мышей

Гаплотип

Н-2

Экспрессия 1-Е

Индекс резистентности

Фенотип резистентности

B10.BR

к

+

0

чувст.

В10.Р

Р

+

-22

чувст.

B10.RIII

Г

+

33

чувст.

вю

ь

-

63

резист./±

B10.S

S

—

100

резист.

В10.М

f

—

104

резист.

B10.Q

q

—

105

резист.

Рис. 13.24

Ассоциация Н-2-гаплотипа и экспрессии молекул I-E на клеточной поверхности с восприимчивостью к заражению Tnchinella spiralis. Индекс резистентности рассчитывали как отношение числа паразитов, присутствующих после заражения стандартной дозой, к соответствующему показателю у мышей линии B10.BR [чувствительные (чувст.) = 0% резистентность] и B10.S [резистентные (резист.) = 100% резистентность]. Мыши линии В10 имеют промежуточную резистентность.

жено по действию антител анти-I—Е (но не анти- I—А), которые усиливали элиминацию паразитов из организма. Кроме того, перенос трансгена I—Е мышам, лишенным этого локуса, делал животных неспособными уничтожать лейшманий, локализующихся в печени и селезенке, как это происходит у мышей исходной линии.

Некоторые HLA-гаплотипы обеспечивают защиту против Plasmodium falciparum

Изучение ассоциации HLA-гаплотипов с тяжелой формой анемии у больных малярией, показало, что распространенный среди населения Западной Африки и редко встречающийся в других расовых группах гаплотип DRBl*1302—DQBl*0501 обеспечивает защиту от летального исхода при малярии, вызываемой Plasmodium falciparum. Установлено, что молекулы DRBl*1302 и DRBl*1301, различающиеся одним аминокислотным остатком в 0-цепи, связывают разные пептиды и это различие, очевидно, влияет на иммунный ответ против этого возбудителя малярии.

Сцепленные с МНС гены существенно влияют на чувствительность к аутоиммунным заболеваниям

Ассоциации с МНС-генами

Инсулин-зависимый сахарный диабет (ИЗСД) — аутоиммунное заболевание, при котором 0-клетки поджелудочной железы разрушаются клетка-

ми иммунной системы, — ассоциирован с антигенами HLA-DR3 и HLA-DR4. Наибольший риск развития заболевания существует в случае гетерозиготности HLA-DR3/DR4. В действительности ИЗСД ассоциирован с генами DQ, хотя вследствие неравновесия по сцеплению первоначально была описана ассоциация с DR. С помощью молекулярно-генетических методов эту ассоциацию удалось изучить более детально, и оказалось, что у европеоидов заболевание первично ассоциировано с геном DQB 1*0302. Ревматоидный артрит в разных этнических группах ассоциирован главным образом с HLA-DR4 или HLA- DR1 и лишь в небольшом числе случаев с HLA- DQ. Механизмы, лежащие в основе повышенной чувствительности к указанным заболеваниям, пока неясны. Одной из возможных причин ее связи с гаплотипом может быть различие в репертуарах генов класса II, возникающее как результат положительной и отрицательной селекции. Не исключено также, что вызывающие иммунный ответ эпитопы на поверхности бактерий или вирусов связываются преимущественно с теми или иными молекулами МНС. Подтверждением этой гипотезы могут служить данные, полученные при анализе аминокислотных последовательностей, образующих пептидсвязывающие полости молекул HLA-DR4 и HLA-DR1: ассоциированные с чувствительностью или резистентностью субтипы HLA-DR содержат различно заряженные аминокислотные остатки.

Ассоциации с МНС-областью

Другим примером неравновесия по сцеплению служит ассоциация аутоиммунного процесса у мышей (NZB х NZW)F1 с гаплотипом H-2Z родительской линии NZW. Четко установлено, что заболевание ассоциировано не с самими МНС-ге- нами, а с геном ФНОа, тесно сцепленным с МНС. Аллель ФНОа у мышей линии NZW детерминирует низкий уровень продукции ФНОа. Если концентрация цитокина возрастает, животные приобретают устойчивость к волчаночному нефриту (рис. 13.25).

Ассоциации с генами, регулирующими процессинг антигенов

Недавно были идентифицированы и другие сцепленные с МНС гены, способные влиять на иммунный ответ. Эти гены имеют отношение к протеолитическому расщеплению антигенов с образованием антигенных фрагментов и к их транс-

ФНОа и волчаночный нефрит

Рис. 13.25

1. Мышей-самок (NZW х NZB) F1 опытной группы (п = 20) обрабатывали рекомбинантным мышиным ФНОа. Контрольную группу составляли мыши F1 того же возраста и пола. Сравнивали выживаемость мышей в опыте и контроле.

2. Кумулятивная частота возникновения тяжелой протеинурии (>300 мг/100 мл) у мышей (NZW х NZB) F1, обработанных ФНОа, и у контрольных животных.

порту. Данные гены отличаются полиморфизмом, имеющим функциональное значение. Так, например, у крысы различные аллельные формы локуса cim (кодирующего белок ТАР2) определяют эффективность образования комплексов молекул МНС класса 1 с пептидами, а она в свою очередь влияет на возможность распознавания М НС-молекул этого класса как аллоантигенов. Таким образом, возможно, что установленные ассоциации некоторых заболеваний с МНС обусловлены генами подобного типа, регулирующими протеолиз антигенов и транспорт антигенных пептидов к молекулам МНС, которые презентируют их клеткам иммунной системы.

Многие не-МНС-гены также модулируют иммунные ответы

Иммунный ответ регулируют также некоторые гены, расположенные вне области МНС. Однако в целом эти гены отличаются меньшим полиморфизмом по сравнению с МНС, в связи с чем их вклад в определение чувствительности к заболеваниям не столь велик, как генов МНС. Тем не менее не-МНС-гены могут играть определенную роль при аутоиммунных болезнях, аллергии и

Роль не-МНС-генов в резистентности к инфекции

Микроорганизм

Резистентные мыши

Чувствительные мыши

линия

гаплотип

линия

гаплотип

Mycobacterium

DBA/2J

d

BALB CJ

d

lepraemurium

C3H/HeJ

к

СЗН/А

к

Salmonella

DBA/2J

d

B10.D2,

d

typhimurium

BALB/c

d

M. tuberculosis

СВА, СЗН

к

B10.BR

к

Listeria

В10.А

а

A/J

а

monocytogenes

B10.D2

d

DBA/2, BALE с

d

B10.BR

к

СВА, СЗН

к

Rickettsia

АКР

к

СЗН, СВА

к

tsutsugamushi

SWR

q

DBA/1

q

BALE с

d

ОВД/2

d

Рис 13.26

Разные линии мышей различаются по устойчивости к указанным микроорганизмам. Линии, имеющие один и тот же МНС-гаплотип, могут быть чувствительными или резистентными. Это показывает что МНС-гаплотип не играет решающей роли в устойчивости к инфекции.

инфекциях (рис. 13.26). Об этом свидетельствуют следующие факты.

Лица, имеющие дефекты компонента комплемента СЗ, обнаруживают повышенную чувствительность к бактериальным инфекциям и предрасположенность к болезни иммунных комплексов.

В некоторых семьях с предрасположенностью к аллергии обнаружен высокий уровень продукции IgE, ассоциированный с «геном атопии», который локализован в хромосоме 1 lq.

Гены, не сцепленные с МНС, влияют на чувствительность к инфекциям

Макрофаги играют ключевую роль в иммунной системе. Поэтому гены, регулирующие их активность, могут определять результат многих иммунных реакций. Примером генетической регуляции функций макрофагов могут служить эффекты гена Lsh/Ity/Bcg. Этот ген регулирует ранний ответ на инфицирование Leishmania donovani. Salmonella typhimurium, Mycobacterium bovis, M. lepraemurium и M. intracellulare. Он влияет на раннюю фазу примирования и активации макрофагов, и с ним связан целый ряд эффектов, включая следующие:

усиление клеточного дыхания,

повышение противоопухолевой активности,

усиление антимикробной активности и

повышение экспрессии МНС-антигенов класса II.

Недавно проведенные исследования позволили идентифицировать ген Nramp, потенциально способный функционировать в качестве гена Beg у мыши. Поскольку Nramp кодирует мембранный белок, гомологичный известным транспортным белкам, было высказано предположение, что его экспрессия может влиять на транспорт NO2 в фаголизосомы и тем самым на уничтожение внутриклеточных микроорганизмов. Однако пока экспериментально не доказано (с помощью трансфекции или трансгенеза), что этот ген кодирует продукт Beg, данное предположение остается чисто гипотетическим.

Путем направленного отбора получены две линии мышей Biozzi (названы по имени получившего их исследователя), различающиеся уровнем реактивности после иммунизации чужеродными эритроцитами (высоко- и низкоотвеча- ющие животные). Одним из факторов, определяющих неодинаковую способность мышей этих линий отвечать на эритроцитарные антигены, служат генетически детерминированные различия в активности макрофагов. Иммунные реакции на паразитарные инвазии у мышей высоко- и низкоотвечающих линий также существенно различаются, и эти различия не обязательно коррелируют с количеством продуцируемых антител к эритроцитам барана (рис. 13.27).

Эозинофилы играют важную роль в реакции организма на паразитарные инвазии. Установлено, что степень эозинофилии, развивающейся при инвазии, генетически детерминирована, и у мы-

Реакция мышей линий Biozzi на паразитарные инвазии

Паразит

Высокореагирующие мыши

Низкореагирующие мыши

Т. cruzi

Резистентны

Чувствительны

Р. berghei

Резистентны

Чувствительны

Р. yoelii

Резистентны

Чувствительны

L. major

Чувствительны

Резистентны

S. mansoni

Чувствительны

Резистентны

Рис. 13.27

Чувствительность мышей линий Biozzi к паразитарным инвазиям неодинакова и не коррелирует с их принадлежностью к высоко- или низкореагирующей линии.

шей разных линий этот показатель значительно варьирует. Подобное же явление наблюдается у морской свинки и овны: найдена выраженная корреляция между резистентностью к инвазии, вызываемой нематодами, и интенсивностью эозинофилии.

Не сцепленные с МНС гены влияют на развитие аутоиммунных заболеваний

Крупным успехом в изучении генетических основ аутоиммунной патологии стало проведенное недавно картирование локусов, регулирующих предрасположенность к инсулин-зависимому сахарному диабету (ИЗСД). Работа была проведена в основном на мышах линии NOD, у которых спонтанно развивается аутоиммунное заболевание, сходное с ИЗСД человека. У этих мышей картированы по меньшей мере 15 генетических локусов (Idd-1—15), и только один из них (Idd-1) оказался сцепленным с МНС в хромосоме 17. Предполагается, что этот ген непосредственно кодирует молекулы МНС класса П. Другие гены картированы в разных хромосомах, однако их природа и роль в резистентности или предрасположенности к заболеванию пока неизвестны.

У мышей, несущих встроенный ген 1рг, возникает лимфопролиферативное заболевание с характерными клиническими признаками. Животные продуцируют антитела против ДНК и ревматоидный фактор; у них образуются циркулирующие иммунные комплексы и развивается гломерулонефрит. Наблюдается также лимфаденопатия с экспансией Т-клеток CD4_CD8_ на периферии. Эти Т-клетки не являются моноклональными, но имеют различную структуру ТкР. Первоначально для объяснения причин этого синдрома было высказано предположение о дефекте отрицательной селекции, однако трудно было представить, ка

ким образом ген, подобный 1рг, может опосредовать такой эффект. Позднее выяснилось, что у мышей, несущих ген 1рг, имеется дефект молекулы CD95, или Fas, ген которой расположен в хромосоме 19. Fas представляет собой трансмембранную молекулу, принадлежащую к суперсемейству рецепторов ФИО; взаимодействуя со своим лигандом CD95L, или FasL, она индуцирует запрограммированную клеточную гибель — апоптоз. Молекула CD95L входит в семейство факторов некроза опухолей и роста нервов. Дефект Fas-антигена, возникающий вследствие мутации 1рг, приводит к отсутствию апоптоза. Однако этот дефект, по-видимому, не затрагивает процесс отрицательной селекции и формирование нормального репертуара зрелых моноположитель- ных Т-клеток в тимусе. Очевидно, Fas служит лишь одним из лигандов, опосредующих апоптоз. В настоящее время предполагается, что этот дефект ведет к экспансии дважды отрицательных Т-клеток на периферии и ускорению аутоиммунного синдрома. Нарушение апоптоза происходит также у В-клеток, приводя к накоплению периферических аутореактивных В-лимфоцитов.

В других исследованиях было установлено, что ген gid, присутствие которого обусловливает возникновение аутоиммунного заболевания, сходного с наблюдаемым у мышей Ipr/lpr, кодирует дефектный FasL. Таким образом, у мышей gld/gld, т. е. не экспрессирующих функциональный лиганд, также наблюдается недостаточность апоптоза периферических В- и Т-клеток и развитие аутоиммунитета. Ген gid локализован у мыши в хромосоме 1 и, таким образом, служит примером гена, влияющего на иммунную функцию, но не сцепленного с МНС. Синдромы, сходные с описанными выше, встречаются у человека; они также связаны с дефектами активности и функции Fas.

Вопросы для размышления

Эндогенные ретровирусные последовательности модифицируют экспрессированный Т-кле- точный репертуар у мыши. Каково биологическое значение такой модификации?

Зачем в иммунной системе сохраняется столь большое число разнообразных механизмов регуляции иммунного ответа?

Примеры регуляции, описанные в этой главе, получены в исследованиях на искусственно созданных модельных системах. Возможно ли установить, какова вероятность их действия у здоровых людей?

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Aichele Р., Kyburz D., Ohashi P.S. et al. 1994. Peptide- induced T-cell tolerance to prevent autoimmune diabetes in a transgenic mouse model. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91: 444-48.

Blalock J.E. Bost K.L., (ed). 1994. Shared ligands and receptors as a molecular mechanism for communication between immune and neuroendrocrine systems. Ann. NY Acad. Sci. 741: 292-98.

Eisenberg R.A., Sobel E.S., Reap E.A. et al. 1994. The role of В cell abnormalities in the systemic autoimmune syndromes of Ipr and gid mice. Semin. Immunol. 6: 49-54.

Gaulton G.N., Greene M.l. 1986. Idiotypic mimicry of biological receptors. Annu. Rev. Immunol. 4: 253-80.

Goodnow C.C., Adelstein S., Basten A. 1990. The need for central and peripheral tolerance in the В cell repertoire. Science 248: 1373-79.

Herman A., Kappler J.W., Marrack P. et al. 1991. Superantigens: mechanisms of T cell stimulation and role in immune responses. Annu. Rev. Immunol. 9: 745-72.

Holt P.G. 1994. Immunoprophylaxis of atopy: light at the end of the funnel? Immunol. Today 15: 484-89.

Jerne N.J. 1974. Towards a network theory of the immune system. Ann. Immunol. (Paris) 125c: 373-89.

Mason D., MacPhee I., Antoni F. 1990. The role of the neuroendocrine system in determining genetic susceptibility to experimental allergic encephalomyelitis in the rat. Immunology 70: 1-5.

Metzler B., Wraith D.C. 1993. Inhibition of experimental autoimmune encephalomyelitis by inhalation but not oral administration of the encephalitogenic peptide: influence of MHO binding affinity. Int. Immunol. 5: 1159-65.

Nagata S., Suda T. 1995. Fas and Fas ligand: Ipr and gid mutations. Immunol Today 16: 39-43.

Nossal G.J.V. 1994. Negative selection of lymphocytes. Cell 76: 229-39.

Powell D., Mason D. 1993. Evidence that the T cell repertoire of normal rats contains cells with the

potential to cause diabetes. Characterization of the CD4+ T cell subset that inhibits this autoimmune potential. J. Exp. Med. 177: 627-36.

Powrie F., Leach M.W., Mauze S. etal. 1994. Inhibition of Th1 responses prevents inflammatory bowel disease in scid mice reconstituted with CD45Rbhi CD4+ T cells. Immunity 1: 553-62.

Reiner S.L., Locksley R.M. 1995. The regulation of immunity to Leishmania major. Annu. Rev. Immunol. 13: 151-77.

Ridge J.P., Fuchs E.J., MatzingerP. 1996. Neonatal tolerance revisited: turning on newborn T cells with dendritic cells. Science 271: 1723-26.

Rozzo S.J., Eisenberg R.A., Cohen P.L. et al. 1994. Development of the T cell receptor repertoire in Ipr mice. Semin. Immunol. 6: 19-26.

Sarzotti M. Robbins D.S., Hoffman P.M. 1996. Induction of protective CTL responses in newborn mice by a murine retrovirus. Science 271: 1726-28.

Schwartz R.H. 1990. A cell culture method for T cell clonal anergy. Science 248: 1349-56.

Stein K.E. Soderstrom T. 1984. Neonatal administration of idiotype or antiidiotype primes for protection against Escherichia coli K13 infection in mice. J. Exp. Med. 160: 1001-1011.

Vidal S.M., Malo D.M., Vogan К et al. 1993. Natural resistance to infection with intracellular parasites: isolation of a candidate for Beg. Cell. 73: 469-85.

Von Boehmer H. 1994. Positive selection of lymphocytes. Cell 76: 219-28.

Wicker L.S., Todd J.A., Peterson L.B. 1995. Genetic control of autoimmune diabetes in the NOD mouse. Annu. Rev. Immunol. 13:179-200.

Wilder R.L. 1995. Neuroendocrine-immune system interactions and autoimmunity. Annu. Rev. Immunol. 13:307-38.

Zinkermagel R.M., Pircher H.P., Ohashi P. et al. 1991. T and В cell tolerance and responses to viral antigens in transgenic mice: implications for the pathogenesis of autoimmune versus immunopathological disease. Immunol. Rev. 122: 133-71.

Механизмы толерантности необходимы, поскольку иммунная система продуцирует огромное число разнообразных антигенспецифичных рецепторов и некоторые из них оказываются специфичными к собственным антигенам организма; толерантность предотвращает нежелательные реакции против собственных органов и тканей.

Центральная (тимическая) толерантность к «своим» антигенам (аутоантигенам) обеспечивается делецией тех дифференцирующихся Т-кле- ток, антигенспецифичные рецепторы которых обладают высоким сродством к собственным антигенам, локализованным в тимусе. Низкоаффинные аутореактивные Т-клетки, а также Т- клетки с рецепторами к тем антигенам, которые не представлены в тимусе, созревают и пополняют пул периферических Т-лимфоцитов.

Посттимическую толерантность к собственным антигенам обеспечивают три механизма: циркулирующие в крови аутореактивные Т-клетки могут просто «не замечать» собственные ан

тигены, например если антигены локализованы в не связанных с циркуляцией тканях; при определенных условиях аутореактивные клетки деле- тируются или становятся энергичными, неспособными взаимодействовать с антигеном. Очевидное состояние толерантности к собственным антигенам может также поддерживаться механизмом иммунного отклонения.

Делеция В-клеток происходит в костном мозге; делетируются на ранней стадии дифференцировки те В-клетки, которые экспрессируют на своей поверхности иммуноглобулиновые рецепторы с высокой аффинностью к собственным мембраносвязанным антигенам.

Аутореактивные В- и Т-клетки могут избежать делеции на периферии эа счет снижения экспрессии антигенных рецепторов.

Толерантность можно индуцировать искусственно различными способами, и некоторые из них применимы в медицине для предотвращения отторжения чужеродных трансплантатов и лечения аутоиммунных и аллергических заболеваний.

ВВЕДЕНИЕ

Иммунологическая толерантность — это состояние ареактивности в отношении того или иного антигена; ее индуцирует предшествующий контакт с этим антигеном. Активно функционирующие механизмы толератности необходимы для предупреждения воспалительных реакций в ответ на многие безвредные антигены, попадающие в организм с воздухом и пищей и действующие на слизистую оболочку дыхательных путей и желудочно-кишечного тракта. Однако наиболее важна толерантность к собственным антигенам организма; она предотвращает иммунный ответ против собственных тканей. Между тем возможность такого ответа существует, поскольку иммунная система продуцирует самые разнообразные антигенспецифичные рецепторы (см. гл. 8), в том числе способные реагировать с аутоантигенами. Поэтому клетки, имеющие подобные рецепторы, должны быть функционально или физически элиминированы.

Способность организма предотвращать разви

тие иммунных реакций, направленных против собственных антигенов, не является генетически запрограммированной, а развивается в онтогенезе. Так, гомозиготные животные гистосовместимых линий А и Б взаимно отторгают кожные трансплантаты другой линии, тогда как их гибриды F1 (экспрессирующие антигены обоих родителей, А и Б) воспринимают трансплантаты как А, так и Б. Отторжение трансплантатов обоих типов вновь проявляется у гомозигот поколения F2. Таким образом, свойство различать «свое/не- свое» приобретается в онтогенезе: все эпитопы (антигенные детерминанты), закодированные в ДНК организма, должны быть иммунологически определены как «свои», все другие — как «не- свои».

Однако способность отличать собственные антигены от чужеродных определяется не только структурой их молекул как таковых. Наряду со структурными особенностями эпитопов важное значение имеют и другие факторы:

стадия дифференцировки лимфоцита при его первом контакте со специфическим эпитопом;

участок организма, где происходит этот контакт;

природа клеток, презентирующих эпитопы и

число лимфоцитов, реагирующих на данные эпитопы.

История открытия

Вскоре после того как была обнаружена специфичность антител, стало ясно, что должны существовать какие-то механизмы, предотвращающие образование аутоантител. Еще в начале XX столетия Эрлих предложил термин «страх самоотравления», предполагая необходимость существования регулирующего механизма, препятствующего продукции аутоантител. В 1938 г. Тра- уб индуцировал специфическую толерантность, введя эмбрионам мышей вирус лимфоцитарного хориоменингита, вызывающий пожизненную инфекцию. В отличие от нормальных мышей взрослые особи, зараженные in utero, не продуцировали нейтрализующих антител при повторном введении вируса. В 1945 г. Оуэн сообщил об эксперименте, поставленном самой природой, — неидентичных телятах-близнецах, в крови каждого из которых были обнаружены клетки, несущие и «свои», и «не-свои» антигены. Эти телята в эмбриональный период имели общий плацентарный кровоток, в результате чего был возможен обмен гемопоэтическими (стволовыми) клетками. У животных возникла пожизненная толерантность (эритроцитарный мозаицизм): во взрослом состоянии они не давали гуморального ответа на введение эритроцитов партнера по эмбриональному парабиозу. (При отсутствии общего плацентарного кровообращения у дизиготных телят-двоен перекрестное введение эритроцитов взрослым животным вызывает антителообразо- вание.) Основываясь на этом наблюдении, Бернет и Феннер постулировали, что решающим фактором в формировании иммунореактивности и приобретении способности распознавать чужеродные антигены служит возраст животных в момент первого контакта с антигеном. Такая гипотеза казалась логичной, поскольку с большинством собственных антигенов иммунная система сталкивается обычно до рождения и только позднее начинает взаимодействовать с чужеродными антигенами.

Экспериментальное подтверждение эта гипотеза получила в 1953 г., когда Медавар и его коллеги индуцировали у мышей толерантность к ал

логенному (т. е. не идентичному, но от животного того же вида) кожному трансплантату путем введения аллогенных клеток новорожденным особям (рис. 14.1). Подобная толерантность легко объяснима с позиций клонально-селекционной теории Бернета (1957), согласно которой данный иммуноцит (в частности, В- или Т-клетка) при участии антигена проходит отбор, после чего делится, давая клон дочерних клеток той же специфичности. Один из постулатов этой теории гласит, что при контакте с теми или иными антигенами после рождения специфичные к ним клоны лимфоцитов активируются, тогда как при контакте до рождения происходит делеция специфичных к данным антигенам клонов (они были названы Бернетом «запрещенными клонами»). Из теории следует, что весь репертуар специфичностей должен быть создан до рождения, однако в действительности дифференцировка лимфоцитов продолжается еще долгое время после рождения. Таким образом, ключевым фактором, определяющим иммунореактивность, является не стадия развития организма, а степень зрелости лимфоцита в тот момент, когда он встречается с антигеном. Такое предположение было высказано в 1959 г. Ледербергом в его модифицированной трактовке клонально-селекционной теории: незрелые лимфоциты, контактирующие с антигеном, подвергаются клональной делеции, а зре-

Индукция специфической толерантности у мышей

О иед6 нед7 нед

Введениек Пересадка к Приживление

новорожденным ,—трансплантатов .—трансплантата Б мышам линии А клеток |/ кожи мышей | / и отторжение мышей линии Б V линии Б и В |/ трансплантата В

Б В

Рис. 14.1

Индукция специфической толерантности к трансплантату кожи у новорожденных мышей, которым вводили клетки селезенки от мышей-доноров разных линий. Мыши линии А в обычных условиях отторгают трансплантат кожи Б. Однако, если они при рождении получили инъекцию клеток мышей линии Б, то в возрасте 6 нед у них обнаруживается толерантность к коже мышей линии Б, а трансплантированная кожа мышей линии В отторгается. Этот феномен обусловлен иммунным отклонением (см. текст).

лые активируются. В настоящее время иммунокомпетентность новорожденного организма — твердо установленный факт. Индуцировать толерантность к определенным антигенам до рождения удается просто по той причине, что иммунные реакции у новорожденных и взрослых могут быть функционально различными. В связи с этим индукцию толерантности у новорожденных можно рассматривать как один из первых примеров «иммунного отклонения» такого типа (см. ниже).

Основополагающими открытиями 1960-х гг. стали иммунологическая компетентность лимфоцитов, ведущая роль тимуса в развитии иммунной системы и существование двух взаимодействующих субпопуляций лимфоцитов — Т- и В-клеток. Именно эти открытия послужили основой для обширных исследований по выяснению клеточных механизмов «толерогенеза».

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ИНДУКЦИЯ ТОЛЕРАНТНОСТИ

Получение трансгенных животных открыло возможность изучения толерантности к аутентичным, собственным антигенам

До последнего времени единственной экспериментальной моделью толерантности служила искусственно индуцированная толерантность: животным вводили антигены или чужеродные клетки, а затем прослеживали судьбу реагирующих Т- или В-кле- ток, всевозможным образом варьируя условия. Оставалось, однако, неясным, в какой степени эта модель воспроизводит состояние естественной толерантности к собственным антигенам.

Теперь, благодаря разработке методов получения трансгенных животных стало возможным изучать толерантность к «своему» прямым путем. Эти методы позволяют вводить мышам с известной генетической основой специфический ген и анализировать влияние данного гена на развитие иммунной системы. Кроме того, если вводимый ген соединить с тканеспецифическим промотором, экспрессию гена можно ограничить специфичными для данного промотора клетками. Иммунная система реагирует на белковый продукт «трансгена», по существу, как на истинный собственный антиген (аутоантиген), и все происходящие при этом процессы можно изучать in vivo, исключив травмирующие вмешательства и воспалительные реакции, сопутствующие пересадке чужеродных клеток или тканей. Кроме того, жи

вотные родительской и трансгенной линий идеально подходят для постановки контрольных экспериментов и переноса лимфоцитов, ибо они являются конгенными, т. е. различаются только по одному локусу. Удается даже вывести таких трансгенных мышей, у которых все Т- или В- клетки экспрессируют лишь единственный антигенный рецептор. Благодаря такому повышению частоты антигенспецифичных клеток-предшественников анализ механизмов толерантности существенно облегчается. И наконец, использование методов направленного мутагенеза позволяет иммунологам удалять специфические гены, чтобы исследовать роль их продуктов в индукции иммунологической толерантности.

Существуют три возможных пути, посредством которых предотвращается реакция аутореактивных лимфоцитов на собственные антигены.

Клональная деления: физическое удаление клеток из репертуара на той или иной стадии их жизненного цикла.

е Клональная анергия: подавление самого механизма иммунного ответа.

Супрессия: подавление клеточной активности в результате взаимодействия с другими клетками, в частности продуцирующими цитокины- ингибиторы, или с идиотипспецифичными лимфоцитами, распознающими антигенспе- цифичный рецептор аутореактивных клеток.

Какой из указанных механизмов будет действовать в том или ином случае, зависит от ряда факторов: 1) стадии дифференцировки аутореактивных лимфоцитов, 2) аффинности их рецепторов к аутоантигену, 3) природы антигена, 4) его концентрации, 5) распределения его в тканях и 6) характера его экспрессии, а также 7) от наличия ко- стимулирующих сигналов. Существует общее правило: если костимуляция отсутствует, иммунная система скорее всего «не заметит» данный антиген.

ЦЕНТРАЛЬНАЯ ТИМИЧЕСКАЯ ТОЛЕРАНТНОСТЬ К АУТОАНТИГЕНАМ

В тимусе происходит формирование Т-клеток из клеток-предшественников с еше неперестроенными генами Т-клеточных рецепторов (ТкР). В процессе развития лимфоцитов в тимусе эти гены подвергаются перестройке, после чего Т- клетки начинают экспрессировать ТкР, способные распознавать продукты деградации антигенов или пептиды в связывающей их полости мо-

лекул МНС — антигенов, кодируемых генами главного комплекса гистосовместимости (МНС, от англ, major histocompatibility complex) организма (см. гл. 7 и 9).

В тимусе происходит отбор Т-клеток с рецепторами, способными связывать антигены в комплексе с молекулами МНС, и делеция клеток, высокоавидных к собственным антигенам

Высокая скорость пролиферации тимоцитов сочетается с их массовой гибелью: подавляющее большинство так называемых дважды положительных (CD4+CD8+) тимоцитов погибает в тимусе. К причинам этого относятся аберрантная перестройка генов ТкР (возникновение «неиспользуемых» рецепторов), отрицательная селекция и неспособность клеток пройти положительный отбор. Условием положительной селекции

является умеренная степень авидности Т-клеток к полиморфным областям молекул МНС, ассоциированных с пептидами; такие клетки выживают (j>uc. 14.2). Они связываются с молекулами МНС на поверхности эпителиальных клеток корковой зоны, и это связывание предположительно защищает Т-клетки от запрограммированной гибели (апоптоза). Положительная селекция обеспечивает формирование зрелых Т-клеток, способных распознавать лишь те пептиды, которые удерживаются в специальной полости собственных молекул МНС. Этот феномен ограниченности распознавания называют рестрикцией по МНС. Однако положительная селекция не предотвращает дифференцировку Т-клеток, несущих рецепторы с высокой аффинностью и к собственным пептидам, и к молекулам МНС. Поэтому, чтобы заставить «молчать» такие высокоаутореактивные клетки, должен существовать тот или иной путь отрицательной селекции.

Развитие тимоцитов у мыши

Отрицательная селекция:взаимодействие саутоантигенамиОтрицательная селекция:взаимодействие саутоантигенамиПул зрелыхТ-клетокПул зрелыхТ-клеток

Отрицательная селекция:взаимодействие саутоантигенами

Отрицательная селекция:взаимодействие саутоантигенами

Пул зрелыхТ-клеток

Пул зрелыхТ-клеток

Экспрессия репертуара различныхар-ТкР

Положительная селекция:взаимодействие с молекулами МНС

Высокий уровеньэкспрессии ар-ТкРВысокий уровеньэкспрессии ар-ТкРКлетка- предшественникКлетка- предшественникНизкий уровень экспрессии ар-ТкРНизкий уровень экспрессии ар-ТкРНизкий уровень экспрессии ар-ТкРНизкий уровень экспрессии ар-ТкРСТВИЯ с молекула класса!+ венный пептидСТВИЯ с молекула класса!+ венный пептидВысокий уровень экспрессии ар-ТкРВысокий уровень экспрессии ар-ТкРМолекула МНС класса 1 + собственный пептидМолекула МНС класса 1 + собственный пептидДендритные клетки, макрофаги, эпителий мозговой зоныДендритные клетки, макрофаги, эпителий мозговой зоныНет взаимодействия с комплексом молекула МНС класса II + собственный пептидНет взаимодействия с комплексом молекула МНС класса II + собственный пептид

Высокий уровеньэкспрессии ар-ТкР

Высокий уровеньэкспрессии ар-ТкР

Клетка- предшественник

Клетка- предшественник

Низкий уровень экспрессии ар-ТкР

Низкий уровень экспрессии ар-ТкР

Низкий уровень экспрессии ар-ТкР

Низкий уровень экспрессии ар-ТкР

СТВИЯ с молекула класса!+ венный пептид

СТВИЯ с молекула класса!+ венный пептид

Высокий уровень экспрессии ар-ТкР

Высокий уровень экспрессии ар-ТкР

Молекула МНС класса 1 + собственный пептид

Молекула МНС класса 1 + собственный пептид

Дендритные клетки, макрофаги, эпителий мозговой зоны

Дендритные клетки, макрофаги, эпителий мозговой зоны

Нет взаимодействия с комплексом молекула МНС класса II + собственный пептид

Нет взаимодействия с комплексом молекула МНС класса II + собственный пептид

Молекула МНСклассаП+ собст-венный пептид

ТкР-

I р ■ я rwt • К> ч»

Рис. 14.2

Предшественники тимоцитов в корковой зоне тимуса превращаются в «дважды положительные» клетки, экспрессирующие незначительное количество ар-ТкР, Эти клетки проходят положительную селекцию, взаимодействуя со «своими» молекулами МНС класса I или II на кортикальном эпителии. Неотобранные клетки (их большинство) погибают в результате запро

граммированного саморазрушения (апоптоза). Положительно отобранные клетки теряют одну из своих ко- рецепторных молекул (CD4 или CD8). И наконец, аутореактивные клетки элиминируются за счет их взаимодействия с собственными пептидами, презентированными на клетках в области кортико-медуллярного соединения и мозговой зоне тимуса.

Механизмы положительной и отрицательной селекции

Поскольку и положительная, и отрицательная селекция связаны с распознаванием собственных пептидов в ассоциации с собственными молекулами МНС, возникает вопрос, каким образом сигналы, передаваемые одним и тем же ТкР, обусловливают либо тот, либо другой процесс. Для объяснения этого предложены две теории.

Согласно так называемой количественной теории, в случае незначительного числа комплексов пептид—молекула МНС индуцируется положительная селекция, тогда как при высоком их числе — отрицательная.

Основное положение «качественной» теории состоит в том, что, воздействуя на один и тот же Т-клеточный рецептор, различные комплексы пептид—молекула МНС индуцируют сигналы разного типа, вызывая либо положительную, либо отрицательную селекцию.

В пользу количественной теории говорят результаты опытов на трансгенных мышах, экспрессирующих ТкР к основному белку миелина — аутоантигену миелиновой оболочки, окружающей аксоны. У мышей одной из линий естественный пептидный эпитоп, распознаваемый специфичными к этому белку Т-клетками, связывается соответствующей молекулой МНС класса II, но с очень низкой аффинностью. Вследствие этого специфичные к данному эпитопу Т-клетки избегают отрицательной селекции в тимусе. Однако, если трансгенным мышам, имеющим тот же самый ТкР, ввести высокоаффинный аналог этого пептида, происходит отрицательная селекция незрелых тимоцитов — апоптотическая гибель (рис. 14.3). Очевидно, судьбу клеток — гибель или выживание — определяет число комплексов пептид—молекула МНС, презентированных развивающимся Т-клеткам. Собственные эпитопы, формирующие более стабильные комплексы с белками МНС, с большей вероятностью индуцируют отрицательную селекцию.

Качественная теория была предложена для объяснения результатов, полученных в опытах с органными культурами тимуса. Как показали эти эксперименты, пептидные эпитопы, измененные по аминокислотным остаткам, которые обеспечивают взаимодействие с Т-клеточным рецептором, — ТкР-антагонисты — вызывают более выраженную положительную селекцию, чем исходный эпитоп (агонист). Однако эти две теории не

Отрицательная селекция тимоцитов непосредственно связана с аффинностью пептидов к молекулам МНС

Рис. 14.3

Этот агарозный гель, окрашенный на ДНК, демонстрирует различную степень апоптоза (фрагментации ДНК) тимоцитов трансгенных мышей (экспрессирующих ТкР, специфичные к пептидам Ас 1-9 основного белка миелина) в присутствии пептидов с возрастающей аффинностью к молекулам МНС класса II.

1. Посторонний пептид.

2. Аутентичный низкоаффинный пептид (Ас1-9).

3. Аналог с промежуточной аффинностью к молекуле МНС(Ас1-9 [4А])

4. Аналог с высокой аффинностью к молекуле МНС (Ас1-9 [4V])

5. Другой аналог с высокой аффинностью к молекуле МНС (Ас1-9 [4Y]).

являются взаимоисключающими. Разработанные к настоящему времени методы позволяют измерять аффинность связывания очищенных молекул ТкР с очищенными молекулами МНС, нагруженными пептидными агонистами или антагонистами. При помощи этих методов установлено, что с теми комплексами пептид-антаго- нист—молекула МНС, которые индуцируют положительную селекцию в органных культурах ти-

Аффинность ТкР к комплексу молекулаМНС-пептид влияет на положительную селекцию

Пептид

Период полухизни

Селекция тимоцитов

Ответ зрелых Т-клеток

Агонист

+ +

Отрица ельная

+ +

Антагонист

+

Положительная

+

Посторонний пептид

-

Нет эффекта

-

Рис. 14.4

Аффинность растворимого ТкР к комплексам из различных пептидов и соответствующих элементов рестрикции (антигены МНС) можно определить биофизическими методами, например методом поверхностного плазмонного резонанса. Существует прямая корреляция между временем полужизни ТкР-связи с комплексом молекула МНС-пептид и реакцией зрелых Т-клеток, экспрессирующих тот же рецептор (т е. агонист > антагонист > посторонний пептид). Однако в органной культуре тимуса добавление пептида-агони- ста вызывает делецию развивающихся клеток (отрицательная селекция), тогда как пептид-антагонист стимулирует положительную селекцию. Это показывает, что низкоавидное взаимодействие стимулирует положительную селекцию, а высокоавидное - отрицательную.

Положительная селекция и коммитирование Т-клеток происходят на определенной стадии их развития

В связи с чем тимоциты в процессе своего развития утрачивают одну из корецепторных молекул и становятся либо CD4+-, либо СВ8+-клетками? Положительной селекции подвергаются лишь те незрелые тимоциты, которые имеют ТкР соответствующей специфичности и пока еще экспрессируют оба корецептора. Положительно отобранные тимоциты дифференцируются в так называемые моноположительные клетки, CD4+ или CD8+. При коммитировании в тот или иной тип клеток избирательно прекращается синтез другой корецепторной молекулы. У мыши такое избирательное прекращение синтеза происходит, когда клетки, несущие оба корецептора, получают сигналы, необходимые для положительной селекции (рис. 14.2).

муса, ТкР образует нестабильное соединение (рис. 14.4). Тот же самый ТкР относительно стабильно связывается с комплексом агонист—молекула МНС, и в тех же экспериментальных условиях это ведет к отрицательной селекции. Полученные результаты сближают количественную и качественную теории и соответствуют кинетической модели, согласно которой индукция процессов положительной или отрицательной селекции определяется скоростью диссоциации ТкР от комплекса пептид—молекула МНС. На общую авидность взаимодействия Т-клеток с антигенпрезентирующими клетками (АПК) в тимусе (рис. 14.5) влияют следующие факторы:число комплексов пептид—МНС; оно зависит от аффинности эпитопа к соответствующей молекуле МНС;число молекул ТкР и соответствующих корецепторных молекул, экспрессируемых Т-клет- кой, иаффинность специфичного ТкР к лиганду.муса, ТкР образует нестабильное соединение (рис. 14.4). Тот же самый ТкР относительно стабильно связывается с комплексом агонист—молекула МНС, и в тех же экспериментальных условиях это ведет к отрицательной селекции. Полученные результаты сближают количественную и качественную теории и соответствуют кинетической модели, согласно которой индукция процессов положительной или отрицательной селекции определяется скоростью диссоциации ТкР от комплекса пептид—молекула МНС. На общую авидность взаимодействия Т-клеток с антигенпрезентирующими клетками (АПК) в тимусе (рис. 14.5) влияют следующие факторы:число комплексов пептид—МНС; оно зависит от аффинности эпитопа к соответствующей молекуле МНС;число молекул ТкР и соответствующих корецепторных молекул, экспрессируемых Т-клет- кой, иаффинность специфичного ТкР к лиганду.Рис. 14.5Авидность взаимодействия Т-клетки с антигенным пептидом, презентированным на АПК, зависит от уровня экспрессии (концентрации) комплекса МНС- молекула-пептид [МНС-молекула + пептид] на АПК, а также от аффинности и экспрессии (концентрации) на поверхности Т-клеток ТкР и корецепторных молекул [ТкР + корецепторные молекулы]. [МНС-молекула + пептид] зависит от аффинности пептида к молекуле МНС и стабильности сформировавшегося комплекса. [ТкР + корецепторные молекулы] определяется аффинностью индивидуального ТкР к комплексу пеп- тид-МНС-молекула, уровнем экспрессии ТкР на клеточной поверхности и соответствующим уровнем экспрессии корецепторных молекулРис. 14.5Авидность взаимодействия Т-клетки с антигенным пептидом, презентированным на АПК, зависит от уровня экспрессии (концентрации) комплекса МНС- молекула-пептид [МНС-молекула + пептид] на АПК, а также от аффинности и экспрессии (концентрации) на поверхности Т-клеток ТкР и корецепторных молекул [ТкР + корецепторные молекулы]. [МНС-молекула + пептид] зависит от аффинности пептида к молекуле МНС и стабильности сформировавшегося комплекса. [ТкР + корецепторные молекулы] определяется аффинностью индивидуального ТкР к комплексу пеп- тид-МНС-молекула, уровнем экспрессии ТкР на клеточной поверхности и соответствующим уровнем экспрессии корецепторных молекулКорреляция междуавидностью и селекцией тимоцитов

муса, ТкР образует нестабильное соединение (рис. 14.4). Тот же самый ТкР относительно стабильно связывается с комплексом агонист—молекула МНС, и в тех же экспериментальных условиях это ведет к отрицательной селекции. Полученные результаты сближают количественную и качественную теории и соответствуют кинетической модели, согласно которой индукция процессов положительной или отрицательной селекции определяется скоростью диссоциации ТкР от комплекса пептид—молекула МНС. На общую авидность взаимодействия Т-клеток с антигенпрезентирующими клетками (АПК) в тимусе (рис. 14.5) влияют следующие факторы:

число комплексов пептид—МНС; оно зависит от аффинности эпитопа к соответствующей молекуле МНС;

число молекул ТкР и соответствующих корецепторных молекул, экспрессируемых Т-клет- кой, и

аффинность специфичного ТкР к лиганду.

муса, ТкР образует нестабильное соединение (рис. 14.4). Тот же самый ТкР относительно стабильно связывается с комплексом агонист—молекула МНС, и в тех же экспериментальных условиях это ведет к отрицательной селекции. Полученные результаты сближают количественную и качественную теории и соответствуют кинетической модели, согласно которой индукция процессов положительной или отрицательной селекции определяется скоростью диссоциации ТкР от комплекса пептид—молекула МНС. На общую авидность взаимодействия Т-клеток с антигенпрезентирующими клетками (АПК) в тимусе (рис. 14.5) влияют следующие факторы:

число комплексов пептид—МНС; оно зависит от аффинности эпитопа к соответствующей молекуле МНС;

число молекул ТкР и соответствующих корецепторных молекул, экспрессируемых Т-клет- кой, и

аффинность специфичного ТкР к лиганду.

Рис. 14.5

Авидность взаимодействия Т-клетки с антигенным пептидом, презентированным на АПК, зависит от уровня экспрессии (концентрации) комплекса МНС- молекула-пептид [МНС-молекула + пептид] на АПК, а также от аффинности и экспрессии (концентрации) на поверхности Т-клеток ТкР и корецепторных молекул [ТкР + корецепторные молекулы]. [МНС-молекула + пептид] зависит от аффинности пептида к молекуле МНС и стабильности сформировавшегося комплекса. [ТкР + корецепторные молекулы] определяется аффинностью индивидуального ТкР к комплексу пеп- тид-МНС-молекула, уровнем экспрессии ТкР на клеточной поверхности и соответствующим уровнем экспрессии корецепторных молекул

Рис. 14.5

Авидность взаимодействия Т-клетки с антигенным пептидом, презентированным на АПК, зависит от уровня экспрессии (концентрации) комплекса МНС- молекула-пептид [МНС-молекула + пептид] на АПК, а также от аффинности и экспрессии (концентрации) на поверхности Т-клеток ТкР и корецепторных молекул [ТкР + корецепторные молекулы]. [МНС-молекула + пептид] зависит от аффинности пептида к молекуле МНС и стабильности сформировавшегося комплекса. [ТкР + корецепторные молекулы] определяется аффинностью индивидуального ТкР к комплексу пеп- тид-МНС-молекула, уровнем экспрессии ТкР на клеточной поверхности и соответствующим уровнем экспрессии корецепторных молекул

Время и место отрицательной селекции зависят от разнообразных факторов

В число таких факторов входят: доступность собственных антигенов для развивающихся Т-кле- ток, сочетанная авидность ТкР и вспомогательных молекул (CD8 или CD4) к комплексу собственный антиген МНС—собственный пептид и природа клеток, ответственных за делецию. Отрицательная селекция не требует участия специализированных АПК; в обычных условиях это функция дендритных клеток тимуса или макрофагов, которые локализованы преимущественно в области перехода корковой зоны в мозговую; они несут на своей поверхности большое число молекул МНС классов I и И, обеспечивая тем самым связывание Т-клеток, имеющих высокую авидность к собственным пептидам (рис. 14.6). В

Клетки тимуса, участвующие в отрицательной селекции

Рис. 14.6

Делегирующая популяция включает макрофаги костномозгового происхождения или дендритные клетки, расположенные преимущественно в области перехода корковой зоны в мозговую. В делеции могут участвовать и другие клетки, в частности сами тимоциты, обладающие «вето»-функцией, а также тимусные эпителиальные клетки некоторых типов, локализованные, возможно, в мозговой зоне.

отрицательной селекции могут также участвовать некоторые эпителиальные клетки мозговой и корковой зон. Делецию способны вызывать и сами тимоциты (рис. 14.6).

В отрицательной селекции участвует специальный сигнал гибели

Существует ряд механизмов апоптотической гибели зрелых лимфоцитов. Сигналы, индуцирующие апоптоз, могут передаваться через Fas, CTLA-4 или рецепторы ФИО (см. ниже). Процесс отрицательной селекции дважды положительных тимоцитов (CD4+CD8+) уникален тем, что не зависит ни от одного из этих процессов.

ПЕРИФЕРИЧЕСКАЯ, ИЛИ ПОСТТИМИЧЕСКАЯ, ТОЛЕРАНТНОСТЬ К СОБСТВЕННЫМ АНТИГЕНАМ

Как правило, некоторые потенциально аутореактивные Т-лимфоциты не погибают в тимусе и поступают в пул периферических лимфоцитов. Таким образом, в крови здоровых индивидов могут появиться аутореактивные Т-клетки, способные реагировать с пептидами собственных тканеспецифических антигенов, в частности основного белка миелина. Избежать делеции в тимусе Т-лимфоциты могут по ряду причин:

в тимусе могут экспрессироваться не все антигены организма;

не все эпитопы собственных антигенов обладают достаточной аффинностью для формирования стабильных комплексов пептид—молекула МНС, которое составляет условие Т-кле- точной делеции;

не все ТкР связывают свои лиганды с достаточной для делеции Т-клеток аффинностью.

Для предотвращения аутоагрессивного действия избежавших делеции Т-лимфоцитов существует четыре механизма:

«игнорирование» Т-клетками антигенов собственных тканей организма;

анергия Т-клеток;

гибель Т-клеток;

иммунное отклонение или иммуносупрессия

Потенциально аутореактивные клетки могут «игнорировать» собственные антигены

Этот феномен представляет собой пассивную форму толерантности к аутоантигенам и наблюдается в следующих случаях:

если аутореактивные Т-лимфоциты не могут проникнуть через эндотелиальный барьер, отделяющий клетки с соответствующими аутоантигенами;

если активация аутореактивных Т-клеток, проникших через этот барьер, не может произойти по одной из следующих причин:

недостаточное для распознавания количество аутоантигена;•

недостаточность или отсутствие экспрессии молекул МНС на тканевых клетках, несущих данный аутоантиген;

недостаточное для эффективной иммунной реакции число Т-клеток;

отсутствие костимуляции при презентации антигена.

Костимуляция Т-лимфоцитов состоит в том, что клетка в дополнение к сигналу, индуцированному через ТкР, получает второй сигнал. Этот дополнительный сигнал усиливает пролиферацию и стимулирует эффекторные функции Т-клеток, например продукцию цитокинов и литическую активность. Костимуляцию могут опосредовать различные поверхностные молекулы Т-клеток, однако основная роль в этом процессе принадлежит взаимодействию В7—CD28/CTLA-4. Молекула CD28 экспрессирована на клеточной поверхности, тогда как CTLA-4 исходно локализована внутри клетки, и ее ограниченная экспрессия на поверхности клетки зависит от соединения ТкР с лигандом. Экспрессия В7 на поверхности АПК необходима для презентации многих антигенов. В отсутствие костимуляции презентация антигенов, например клетками поджелудочной железы, может привести либо к «игнорированию» аутоантигенов, либо к развитию анергии, в зависимости от природы антигена и авидности взаимодействия.

Анергия как механизм периферической толерантности

Клетки могут стать неотвечаюшими, получив опосредованный ТкР сигнал. Подавление их функции может происходить за счет снижения экспрессии ТкР и корецепторных молекул. Это снижение возникает вследствие активирования Т-клеток и в условиях постоянной стимуляции ведет к анергии. Анергией называют такое состояние клеток, при котором они сохраняют жизнеспособность, но не могут осуществлять некоторые функции в ответ на оптимальную стимуля

цию, опосредованную как антигенспецифичным рецептором, так и другими необходимыми для активации рецепторами. Анергию Т-лимфоцитов можно легко индуцировать in vitro, стимулируя клетки через их ТкР (сигнал 1) в отсутствие костимуляции (сигнал 2). Тот же результат дает применение пептидов-антагонистов в присутствии сигнала 2. Анергия, возникающая из-за отсутствия костимулируюшего сигнала, обратима; ее удается устранить, стимулируя Т-клетки посредством ИЛ-2. По-видимому, подобное состояние можно воспроизвести in vivo введением мощных суперантигенов. Однако значение анергии как механизма периферической толерантности к собственным антигенам нельзя считать бесспорным. Такая форма регуляции слишком ненадежна, чтобы обеспечить стойкую толерантность к собственным антигенам, так как всегда существует опасность ее отмены под влиянием цитокинов, в частности ИЛ-2. При подобной регуляции было бы неизбежным возникновение аутоиммунных реакций в результате случайного воспаления или в ходе иммунного ответа на инфекцию. Не исключено, что во многих случаях проявления толерантности in vivo, приписываемые развитию анергии, в действительности отражают состояние паралича лимфоцитов, предшествующее их запрограммированной гибели. Активацию Т-клеток, ведущую к снижению экспрессии рецепторов, анергии и, возможно, гибели, следует рассматривать как непрерывный процесс, исход которого зависит от силы и продолжительности антигенного стимула.

Периферический механизм клеточной гибели

Для поддержания толерантности к собственным антигенам и гомеостаза иммунной системы важное значение имеет делеция Т-клеток вне тимуса, когда после активации антигеном большинство Т-клеток погибает в результате апоптоза. Этот механизм служит для контроля аутоиммунных реакций и поддержания оптимального пула лимфоидных клеток.

Периферическую делению Т-клеток инициирует взаимодействие либо антигена Fas с его лигандом (Fast), либо ФИО с рецептором ФИО. Последующая цепь передачи сигналов активирует ИЛ-ф-конвертируюшие ферментоподобные протеазы (1СЕ, от англ. IL-1 р converting enzymelike proteases), которые опосредуют запрограмми-

Роль Fas-системы в гибели Т-клеток

Рис. 14.7

Активированные Т-клетки экспрессируют и молекулу Fas (CD95), и лиганд Fas (FasL). В результате либо прямого клеточного контакта, либо взаимодействия с Fas растворимой формы FasL, отделившегося от мембраны за счет расщепления, может осуществляться «братоубийство» (1). В результате взаимодействия Fas с растворимым FasL может также произойти «самоубийство» клетки по аутокринному механизму (2).

рованную клеточную гибель (апоптоз). У человека и мыши встречается генетически обусловленная недостаточность Fas или лиганда Fas, и в обоих случаях возникает лимфопролиферативное заболевание. После активации Т-лимфоцитов антигеном повышается экспрессия FasL на клеточной поверхности. Связывание лиганда в мембраносвязанной или растворимой (протеолитически отщепленной от мембраны) форме с Fas может служить «сигналом гибели» близлежащим Т-клет- кам, вызывая процесс, названный «братоубийством» (j>uc. 14.7). В некоторых тканях система Fas служит для защиты от нежелательных иммунных реакций. Так, ткани яичка и сетчатки конститутивно экспрессируют лиганд Fas, который предохраняет их от действия активированных Т-лимфоцитов.

Молекула CTLA-4 также играет важную роль как отрицательный регулятор. У лишенных CTLA-4 (методом генного нокаута) мышей раз

вивается лимфопролиферативное расстройство, напоминающее нарушение у мышей с недостаточностью Fas, и возникает распространенный аутоиммунный процесс. После активации Т- лимфоцитов антигеном повышается экспрессия CTLA-4 на их поверхности (см. рис. 11.5). Связывание этой молекулы с лигандом блокирует СВ28-зависимую продукцию ИЛ-2, экспрессию рецептора ИЛ-2 и продолжение цикла деления активированных Т-лимфоцитов. Одновременное связывание ТкР и CTLA-4 вызывает гибель клеток, которую можно предотвратить добавлением ИЛ-2. Таким образом, костимуляция посредством В7 может иметь двоякий исход (j)uc. 14.8);

связывание с CD28 ведет к синтезу ИЛ-2, экспрессии рецептора ИЛ-2 и продолжению деления активированных Т-клеток;

связывание с CTLA-4 блокирует СВ28-зави- симые реакции, останавливает клеточный цикл деления и вызывает гибель клеток, подавляя синтез ИЛ-2.

Следовательно, эффект костимуляции, опосредуемой молекулами В7 на поверхности АПК, определяется тонко сбалансированным соотношением экспрессии мембраносвязанных молекул CD28 и CTLA-4 на поверхности Т-клеток. Исследования на лишенных CTLA-4 мышах показыва-

Синтез ИЛ-2 контролируется костимулирующими сигналами

Рис. 14.8

Связывание В7 с CD28 генерирует внутриклеточные сигналы, вызывающие продукцию ИЛ-2, экспрессию рецептора ИЛ-2 и деление активированных Т-клеток. Связывание В7 с CTLA-4 на поверхности клетки блокирует эти СО28-зависимые реакции и подавляет синтез ИЛ-2, что неизбежно ведет к гибели клеток.

ют, что отрицательная сигнализация посредством CTLA-4 — это активно действующий механизм контроля в отношении аутореактивных Т-лимфоцитов.

Иммунное отклонение

Периферическая толерантность к антигенам может быть «заразительной», когда экспериментально индуцированная толерантность к одному антигену поддерживет толерантность или подавляет иммунный ответ на другой антиген, пока оба антигена структурно или физически связаны (например, локализованы в одной и той же ткани). Это указывает на механизм толерантности, отличный от «игнорирования» антигена и клеточной гибели. Одно из предложенных для данной формы толерантности объяснений предполагает существование двух популяций Т-лимфоцитов, продуцирующих разные цитокины. Известно, что многие воспалительные аутоиммунные заболевания вызываются Тх1 -клетками, которые образуют цитокины ИФу и ФНОа. Цитокины, продуцируемые Тх2-лимфоцитами, — ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6 и ИЛ-10 — поддерживают антитело- образование. Однако наряду с этим синтезируемые Тх2-клетками цитокины, в частности ИЛ- 10, оказывают важный дополнительный эффект подавления эффекторных функций макрофагов, включая презентацию антигена Тх1-лимфоци- там и нестимулированным Т-клеткам (см. рис. 10.7). Таким образом, Тх2-клетки способны подавлять воспалительные реакции (в том числе гиперчувствительность замедленного типа, ГЗТ). В свою очередь секретируемый Тх1-лим- фоцитами ИФу может предотвращать дифференцировку ТхО-клеток в Тх2-лимфоциты. Такой механизм иммунного отклонения предложен более 30 лет назад для объяснения того, как животное может отвечать на один и тот же антиген реакциями двух совершенно разных типов. Если морских свинок примировать антигеном, используя в качестве адъюванта квасцы, у них продуцируется большое количество антител IgG 1, однако ГЗТ не возникает. При введении того же антигена, но в полном адъюванте Фрейнда, развивается сильная реакция ГЗТ. Впоследствии было высказано предположение о том, что способность антигена вызывать либо «гуморальный», либо «клеточный» иммунный ответ отражает активацию им одного из двух,

функционально антагонистичных один другому, механизмов иммунной системы. В описанных выше экспериментах наблюдалась, несомненно, форма иммунного отклонения, обусловленная избирательной индукцией Тх2-, но не Тх1-кле- ток. Феномен иммунного отклонения распространяется и на собственные антигены, поскольку развитие таких заболеваний, как диабет и воспалительный процесс в кишечнике, вызываемых Тх1-клетками, может быть предотвращено стимулированными антигеном Тх2-лим- фоцитами.

Т-клеточная толерантность зависит от генотипа организма

Для изучения генетической природы толерантности экспериментально полученных трансгенных мышей, у которых островковые клетки поджелудочной железы экспрессировали вирусный антиген, гемагглютинин (ГА) вируса гриппа, а Т- клетки — ТкР, специфичный к этому антигену, (дважды трансгенные мыши), скрещивали с мышами, отличающимися по генам не-МНС, т. е. по генетической основе. У мышей одной линии (генетическая основа BALB/c) Т-клетки, реактивные по отношению к ГА, продуцировали большие количества ИЛ-4 и ИФу; признаков воспалительного процесса в поджелудочной железе у этих мышей не было. ГА-реактивные Т- лимфоциты мышей другой линии (генетическая основа B10.D2) продуцировали лишь цитокины, свойственные Txl-клеткам, и были способны инфильтрировать островки поджелудочной железы, вызывая диабет. Очевидно, что иммунное отклонение здесь контролировали гены, составляющие генетическую основу; многие из этих генов совместно регулируют чувствительность к аутоиммунному заболеванию.

ТОЛЕРАНТНОСТЬ В-КЛЕТОК К СОБСТВЕННЫМ АНТИГЕНАМ

Продукция высокоаффинных IgG зависит от Т- клеток (см. гл. 11). Поэтому, а также имея в виду, что порог чувствительности Т-клеток к индукции толерантности ниже, чем у В-клеток, проще всего предположить, что ареактивность В-лимфоци- тов по отношению к собственным антигенам определяется отсутствием Т-клеточной помощи (рис. 14.9).

В-клеточный ответ на собственные или чужеродные антигены

Рис. 14.9

1. Если отсутствуют Тх-клетки (либо потому, что их вообще нет в Т-клеточном репертуаре, либо по причине делеции при индукции толерантности к собственным антигенам в тимусе), соответствующие аутореактивные В-клетки будут неспособны продуцировать аутоантитела.

2. Продукция аутоантител может происходить в том случае, если аутореактивные В-клетки взаимодействуют с Тх-клетками, специфичными к другим, пере- крестнореагирующим антигенам, которые содержат как «свои», так и «чужие» детерминанты.

В некоторых условиях толерантность В-клеток должна быть индуцирована прямым воздействием антигена

Клетки некоторых микробов содержат перекре- стнореагируюшие антигены, в составе которых имеются как чужеродные эпитопы, стимулирующие Т-клетки, так и другие эпитопы, сходные с собственными эпитопами организма и способные стимулировать В-клетки. Такие антигены могут вызывать сильный гуморальный ответ против аутоантигенов (рис. 14.9). Кроме того, в отличие от ТкР иммуноглобулиновые рецепторы зрелых, стимулированных антигеном В-клеток могут изменяться в результате гипермутирования и в итоге приобретать реактивность в отношении собственных антигенов. Таким образом, толерантность В-клеток может возникать как во время их развития, так и после антигенной стимуляции во вторичных лимфоидных тканях.

Аутореактивные В-клетки могут делетироваться или становиться энергичными в зависимости от аффинности В-клеточного рецептора и природы антигена

Индукция толерантности к собственным антигенам может приводить либо к делеции клеток, либо к их анергии. Это зависит от аффинности антигенных рецепторов В-клеток и природы соответствующего антигена, в частности от того, является ли он интегральным белком клеточной мембраны или представляет собой растворимый, циркулирующий, в основном мономерный белок. Судьба аутореактивных В-клеток прослежена в экспериментах на трансгенных животных (рис. 14.10 и 14.11).

В-клетки, реагирующие на мембраносвязанные аутоантигены, в конечном счете делетируются

Контакт аутореактивных В-клеток с мембраносвязанными аутоантигенами, способными с высокой аффинностью связывать В-клеточные Ig-рецепторы, дает следующий результат. В костном мозге число незрелых аутореактивных В-лим- фоцитов не уменьшается, несмотря на подавление экспрессии IgM-рецепторов после связывания с мембраносвязанными собственными антигенами. Таким образом, незрелые В-клетки менее чувствительны к делетирующему действию аутоантигенов, чем Т-клетки на ранних стадиях дифференцировки. Тем не менее эти В-клетки имеют короткую продолжительность жизни и, можно сказать, обречены на гибель (вероятно, вследствие апоптоза) обычно еще до поступления в периферические лимфоидные ткани.

В-клетки, связывающие растворимые аутоантигены, становятся энергичными

В периферических лимфоидных тканях, где аутореактивные В-лимфоциты могут присутствовать в большом количестве, они не делетируются, подвергаясь воздействию растворимых (в основном мономерных) антигенов, а переходят в состояние анергии. Такой эффект возникает только при условии, что концентрация антигена превышает некий критический уровень. Анергия связана со снижением экспрессии IgM-, но не IgD-pe- цепторов. Эффект анергии сопровождается прекращением созревания В-клеток в мантии фол-

Толерантность периферических В-клетокв результате клональной делецииТолерантность периферических В-клетокв результате клональной делецииВ-клетки анти-КьРеактивность В-клетокПродукции 1g Продукция 1g делетированыанти- КЬНормальная анти-кЬ нет анти-К^ в селезенке илимфатических узлахВ-клетки анти-КьРеактивность В-клетокПродукции 1g Продукция 1g делетированыанти- КЬНормальная анти-кЬ нет анти-К^ в селезенке илимфатических узлах

Толерантность периферических В-клетокв результате клональной делеции

Толерантность периферических В-клетокв результате клональной делеции

В-клетки анти-Кь

Реактивность В-клетокПродукции 1g Продукция 1g делетированы

анти- КЬНормальная анти-кЬ нет анти-К^ в селезенке и

лимфатических узлах

В-клетки анти-Кь

Реактивность В-клетокПродукции 1g Продукция 1g делетированы

анти- КЬНормальная анти-кЬ нет анти-К^ в селезенке и

лимфатических узлах

Рис. 14.10

Мышам гаплотипа не-Н-2ь переносили чужеродный для них ген Н-2Ь, кодирующий мембранный белок МНС класса I. Ген содержал промотор металлотионеина, специфичный для печени. Таким способом были получены трансгенные мыши МЕТ-КЬ. Другим мышам, также гаплотипа не-Н-2ь, переносили ген, кодирующий антитела против продукта Н-2КЬ (трансгенные мыши с lg анти-Кь). Тех и других мышей скрещивали, получая в потомстве дважды трансгенных мышей F1, в печени которых экспрессировался Н-2КЬ, а В-клетки, покидающие костный мозг, были специфичны к Н-2КЬ. Однако такие аутореактивные В- клетки частично делетировались в селезенке и были полностью делетированы в лимфатических узлах, в результате чего образования аутоантител никогда не происходило. Идиотип, идентичный lg анти-Кь, у мышей трансгенных родительских линий не обнаруживался.

Толерантность В-клеток к растворимому белкув результате клональной анергии

Гетерозиготные трансгенные родители

Трансгенные мыши HEL

Трансгенные мыши, 1g анти-HEL

Нетрансгенные Трансгенные Трансгенные, Дважды HEL1g анти-HEL трансгенные

РеактивностьВ-клеток анти-HEL

Нормальная

Мышитолерантнык НЕЕ

БольшинствоВ-клетокэкспрессируеттрансген1g анти-HEL

HEL-специфичныеВ-клетки неделетированы,однако находятсяв состояниианергии;

экспрессияповерхностногоIgM отсутствует

Рис. 14.11

Мышам одной из двух линий переносили ген лизоцима куриного яйца (HEL, от англ, hen egg lysozyme), соединенный с тканеспецифическим промотором. Продукт HEL (в основном его растворимая форма) вызывал толерантность Т- и В-клеток. Трансгенные мыши второй линии (продуцирующие lg анти-HEL) имели перестроенные гены тяжелых и легких цепей высокоаффинных антител анти-HEL, которые несли аллотипический маркер lgHa, отличающий их от эндогенно продуцируемых иммуноглобулинов (1дНь). Большинство В-клеток этих трансгенных мышей имели IgM и IgD аллотипа «а». Дважды трансгенные гибриды F1 были высокотоле- рантны к HEL и не продуцировали ни антител, ни бляшкообразующих клеток. HEL-связывающие (аутореактивные) В-клетки не делетировались; однако они не экспрессировали на поверхности IgM-рецепторы при сохранении экспрессии рецепторов IgD и обнаруживали состояние анергии.

ликулов селезенки и резким снижением числа В-клеток, имеющих высокий уровень экспрессии поверхностного IgM, в краевой зоне. Таким образом, в отличие от В-клеток, подвергающихся клональной делеции, энергичные В-лимфоциты мигрируют в периферические лимфоидные органы, но не способны взаимодействовать в них с соответствующими Тх-клетками, что косвенно обусловлено отсутствием экспрессии IgM. Кроме того, время полужизни энергичных В-клеток со- стэвляет лишь несколько суток, тогдэ кэк у нормальных периферических В-лимфоцитов оно рэвно нескольким неделям. Рэзвитие энергии, вероятно, не обусловлено активностью Т-клеток- супрессоров или антиидиотипических В-клеток, поскольку в исследовэниях нэ трансгенных животных влияния подобных фэкторов не обнаружено.

Анергия В-клеток — обрэтимое состояние. Тэк, энергичные В-клетки могут реэгировэть нэ антиген-независимые, опосредуемые CD40 сигналы, поступающие от Тх-клеток; при этом нэ поверхности энергичных В-лимфопитов зэ счет IgD-рецепторов может создэвэться физиологиче- скэя концентрэция энтигенэ для презентэции Тх-лимфоцитам (см. гл. 11). Вместе с тем при энергии нарушена способность к повышению экспрессии молекул В7 нэ клеточной поверхности после связывания энтигенного рецепторэ. Недостэточнэя костимулируюшэя эктивность этих клеток может восстэнэвливэться под влиянием цитокинов (нэпример, ИЛ-4) или различных поликлональных зктивзторов (в чзстности, липополисзхзридз). Кроме того, хроническая активация Т-клеток, вызванная инфекционными агентами, может приводить к активации соседних В-клеток, опосредуемой молекулами CD40 и цитокинами.

Вторичная перестройка генов иммуноглобулинов

У большинства В-клеток по завершении продуктивной перестройки генов иммуноглобулинов дальнейшей их перестройки не происходит. Однако у мышей, несущих искусственно перестроенные трансгены, потенциально аутореактивные В-клетки избегают делеции или состояния анергии благодаря тому, что подвергаются вторичной перестройке генов иммуноглобулинов. Такое изменение специфичности рецепторов (называемое также редактированием рецепторов)

может служить одним из механизмов выживания В-клеток при постоянном соматическом мутировании.

ТОЛЕРАНТНОСТЬ,

ИСКУССТВЕННО ВЫЗВАННАЯ IN VITRO

Толерантность В- и Т-клеток можно легко индуцировать in vitro

Антигены, способные перекрестно связывать иммуноглобулиновые рецепторы В-клеток, но не обладающие митогенными свойствами, могут вызывать толерантность В-клеток. Чтобы сделать толерантными зрелые В-лимфоциты, необходимо использовать высокие концентрации антигена, однако на незрелые В-клетки антиген оказывает толерогенное действие и при низкой концентрации. Перекрестное связывание иммуноглобулиновых В-клеточных рецепторов можно получить при помощи моноклональных антител анти-IgM. Применение таких антител в высоких концентрациях вызывает клональную делецию пре-В- клеток, предотвращая их дальнейшую дифференцировку в В-клетки, несущие мембраносвязанные IgM (mlgM+). Если же использовать невысокие концентрации антител, пре-В-клетки дифференцируются в морфологически нормальные В-лимфоциты с нормальным числом иммуноглобулиновых рецепторов, однако переходят при этом в состояние глубокой анергии (рис. 14.12). Таким образом, и функцию В-клеток, и их число можно модулировать, воздействуя на иммуноглобулиновые рецепторы в критический период, когда они начинают появляться на поверхности клеток (превращение пре-В-клеток в В-клетки).

Т-клетки человека экспрессируют белки МНС класса II и могут взаимно презентировать друг другу антигенные пептиды. В результате либо развиваются толерантность, обусловленная снижением экспрессии рецепторов, и анергия, либо происходит активация, в зависимости от природы Т-клеток и антигена. Исследования, проведенные на клонах Т-клеток мыши, показали, что активация в отсутствие костимулирую- ших сигналов неизбежно приводит к развитию анергии. Презентация пептидных антигенов АПК на химически фиксированных АПК или на искусственных мембранах, содержащих белки МНС класса II, вызывает анергию, как это происходит в случае активации Т-клеток антителами против ТкР, иммобилизованными на пластико-

Рис. 14.12

Экспрессия на поверхности мембраносвязанного IgM (mlgM) и функциональная активность (реактивность к липополисахариду, ЛПС) представлены в процентах относительно нормального уровня. Можно видеть, что для уменьшения экспрессии mlgM требуется примерно в 10 000 раз больше антител анти-IgM, чем это необходимо для подавления в той же степени функциональной активности. Даже в концентрации 10"3 мкг/мл антитела анти-IgM существенно снижают реактивность к ЛПС, не оказывая влияния на экспрессию mlgM.

вой поверхности. По-видимому, одно лишь связывание ТкР без сопутствующей костимуляции ведет к анергии.

Эффект антигена - клональное абортиро- вание В-клеток, деления зрелых В-клеток или анергия - зависит от его валентности и перекрестного связывания

Результат взаимодействия В-клетки с антигеном зависит от ряда факторов: валентности антигена

(т. е. числа эпитопов в его молекуле), концентрации антигена, аффинности рецепторов к соответствующим эпитопам и состояния зрелости клетки. На одном конце спектра возможных эффектов находится клональная делеция менее зрелых клеток, наиболее вероятная для клеток, несущих высокоаффинные рецепторы, а также встречающих высоковалентные антигены либо антигены, присутствующие в высокой концентрации (.рис. 14.13). Противоположный конец спектра — это отсутствие эффекта при малой концентрации антигена и низкой аффинности. Клональная анергия занимает среди возможных эффектов промежуточное положение.

Клональное абортирование: поливалентный антиген в соответствующей концентрации может вызывать делецию незрелых В-клеток, препятствуя их дальнейшей дифференцировке: пре- В-клеткам свойственна высокая степень «то- лерабельности».

Клональная делеция: очень сильные отрицательные сигналы могут вызвать устранение зрелых В-клеток.

Клональная анергия: при промежуточных концентрациях поливалентного антигена В-клетки дифференцируются в морфологически нормальные клетки с нормальным числом иммуноглобулиновых рецепторов, однако при этом переходят в состояние глубокой анергии.

Клональное «игнорирование»: антиген не будет оказывать какого-либо влияния на В-клетки, если его концентрация слишком мала или же аффинность антигенного рецептора чересчур низка; это пассивная форма иммунологической толерантности.

Стадия раэаитмя В-клетокОтрицательный сигналочень сильныйСИЛЬНЫЙсре нийслабыйПре-В->В кле каАбортированиеАбортированиеАнергияНет эффектаВ-клеткаДеленияАнергияНет эффектаНет эффектаАОКБлокадаНет эффектаНет эффектаНет эффектаВ-клетка памяти -» вторичная В клеткаАбортированиеАбортированиеАнергияНет эффектаСтадия раэаитмя В-клетокОтрицательный сигналочень сильныйСИЛЬНЫЙсре нийслабыйПре-В->В кле каАбортированиеАбортированиеАнергияНет эффектаВ-клеткаДеленияАнергияНет эффектаНет эффектаАОКБлокадаНет эффектаНет эффектаНет эффектаВ-клетка памяти -» вторичная В клеткаАбортированиеАбортированиеАнергияНет эффектаЧувствительность В-клеток к индукции толерантностиЧувствительность В-клеток к индукции толерантностиРис. 14.13По мере того как незрелые В-клетки дифференцируются в антителообразующие клетки (АОК), их резистентность к индукции толерантности все более возрастает. Тип возникающей толерантности зависит от степени зрелости клетки и интенсивности антигенного сигнала. Последняя в свою очередь определяется аффинностью антигенного рецептора к соответствующим эпитопам, а также концентрацией и валентностью антигена, контактирующего с клеткой.Рис. 14.13По мере того как незрелые В-клетки дифференцируются в антителообразующие клетки (АОК), их резистентность к индукции толерантности все более возрастает. Тип возникающей толерантности зависит от степени зрелости клетки и интенсивности антигенного сигнала. Последняя в свою очередь определяется аффинностью антигенного рецептора к соответствующим эпитопам, а также концентрацией и валентностью антигена, контактирующего с клеткой.Блокада антителообразующих клеток (АОК): избыток Т-независимого антигена блокирует секрецию антител АОК; последние обладают низкой толерабельностью.

Стадия раэаитмя В-клеток

Отрицательный сигнал

очень сильный

СИЛЬНЫЙ

сре ний

слабый

Пре-В->В кле ка

Абортирование

Абортирование

Анергия

Нет эффекта

В-клетка

Деления

Анергия

Нет эффекта

Нет эффекта

АОК

Блокада

Нет эффекта

Нет эффекта

Нет эффекта

В-клетка памяти -» вторичная В клетка

Абортирование

Абортирование

Анергия

Нет эффекта

Стадия раэаитмя В-клеток

Отрицательный сигнал

очень сильный

СИЛЬНЫЙ

сре ний

слабый

Пре-В->В кле ка

Абортирование

Абортирование

Анергия

Нет эффекта

В-клетка

Деления

Анергия

Нет эффекта

Нет эффекта

АОК

Блокада

Нет эффекта

Нет эффекта

Нет эффекта

В-клетка памяти -» вторичная В клетка

Абортирование

Абортирование

Анергия

Нет эффекта

Чувствительность В-клеток к индукции толерантности

Чувствительность В-клеток к индукции толерантности

Рис. 14.13

По мере того как незрелые В-клетки дифференцируются в антителообразующие клетки (АОК), их резистентность к индукции толерантности все более возрастает. Тип возникающей толерантности зависит от степени зрелости клетки и интенсивности антигенного сигнала. Последняя в свою очередь определяется аффинностью антигенного рецептора к соответствующим эпитопам, а также концентрацией и валентностью антигена, контактирующего с клеткой.

Рис. 14.13

По мере того как незрелые В-клетки дифференцируются в антителообразующие клетки (АОК), их резистентность к индукции толерантности все более возрастает. Тип возникающей толерантности зависит от степени зрелости клетки и интенсивности антигенного сигнала. Последняя в свою очередь определяется аффинностью антигенного рецептора к соответствующим эпитопам, а также концентрацией и валентностью антигена, контактирующего с клеткой.

Второй период повышенной чувствительности клеток к индукции толерантности временно существует при формировании В-клеточной иммунологической памяти

Вторичные В-клетки (происходящие от В-клеток памяти, образовавшихся в результате Т-зависи- мой стимуляции; см. гл. 11) высокочувствительны к толерогенному действию эпитопов поливалентных антигенов в отсутствие Т-клеточной помощи (.рис. 14.13). Существование такой стадии повышенной чувствительности к индукции толерантности, вероятно, обеспечивает элиминацию тех вновь возникающих В-клеток памяти, которые приобрели аутореактивность (в результате накопления соматических мутаций).

ТОЛЕРАНТНОСТЬ,

ИСКУССТВЕННО ВЫЗВАННАЯ IN VIVO

Толерантность in vivo можно индуцировать различными способами

Химеризм, ассоциированный с толерантностью

У реципиентов, не обладающих иммунокомпетентностью, например у новорожденных животных или у взрослых особей, подвергнутых иммуносупрессивной обработке (путем общего облучения, введения лекарственных препаратов, в частности циклоспорина, или антилимфоцитарных антител — антилимфоцитарного глобулина, антител анти-СВ4 и т. д.), толерантность можно вызвать введением аллогенных клеток. Для сохранения такой толерантности необходимо поддерживать определенный уровень химеризма (т. е. сосуществования генетически различающихся клеток донора и реципиента). Наилучшим способом достижения этой цели служит пересадка трансплантата из клеток, способных к самообновлению (например, клеток костного мозга).

Если в аллогенном инокуляте имеются зрелые Т-клетки, они могут реагировать против антигенов гистосовместимости реципиента, индуцируя тяжелое и часто смертельное расстройство, известное как реакция трансплантат против хозяина.

Антитела против В-клеточных корецепторов индуцируют толерантность к трансплантату Толерантность к трансплантированным тканям можно индуцировать при помощи моноклональных антител, направленных против Т-кле-

точных молекул CD4 и CD8 (антитела могут быть двух типов — элиминирующие или не элиминирующие Т-клетки). В этом случае толерантность к аллогенному кожному трансплантату может быть получена в отсутствие клеточного химеризма.

Индукцию толерантности

вызывают растворимые антигены

Толерантность можно индуцировать и у новорожденных и у взрослых животных, если применить растворимый белковый антиген в дезагрегированной форме. Существуют различия в чувствительности Т- и В-клеток к толерогенному действию таких антигенов. Так, толерантность Т-клеток селезенки и тимуса возникает уже через несколько часов после введения очень низких доз антигена. Толерантность В-клеток селезенки вызывают значительно более высокие дозы антигена и развивается она существенно медленнее (рис. 14.14). Концентрация антигена, необходи-

Относительная чувствительность Т- и В-клеток к индукции толерантности

Рис. 14.14

Мышам вводили Т-зависимый антиген (глобулин человека) в толерогенных (вызывающих толерантность) дозах и определяли продолжительность толерантности. Т-клеточная толерантность развивалась быстрее и сохранялась дольше, чем В-клеточная. Состояние толерантности у В-клеток костного мозга возникало позднее, чем у В-лимфоцитов селезенки. Как правило, толерогенные дозы антигена для Т-клеток были значительно ниже, чем те же дозы для В-клеток -10 мкг и 1-10 мг соответственно, что составляет 1000- кратное различие.

мая для индукции В-клеточной толерантности у новорожденных, примерно в сто раз ниже его концентрации, требуемой для получения толерантности у взрослых особей.

Иммунологическую толерантность индуцирует пероральное введение антигенов Механизм возникновения толерантности при таком способе введения антигенов может быть различным. Высокие дозы антигенов могут вызывать анергию или делецию; здесь термин анергия означает состояние паралича клеток, предшествующее их гибели (см. выше). При более низкой дозе введенный таким способом антиген может примировать Т-клетки кишечника. Поскольку для эффективного антителообразования в кишечнике должно произойти переключение синтеза иммуноглобулинов на продукцию IgA, неудивительно, что пероральное введение антигена индуцирует появление Т-клеток, поддерживающих образование IgA-антител. Эти Тх2-подоб- ные клетки секретируют цитокины, включая ИЛ- 10 и ТФРР (трансформирующий фактор роста 0), и угнетают воспалительные реакции, опосредуемые Тх1-лимфоцитами. ТФРР ингибирует пролиферацию и функции В-клеток, цитотоксических Т-клеток и НК-клеток, подавляет продукцию цитокинов лимфоцитами и противодействует эффектам ФИО. Хотя индукция Тх2-клеток в слизистой оболочке представляет собой антиген- специфичный процесс, супрессивное действие цитокинов, например ТФРР, неспецифично. Поэтому индукция так называемой оральной толерантности к одному антигену может подавлять иммунным ответ на второй, ассоциированный с первым, антиген. Этот эффект «подавления свидетеля», оказываемый Тх2-лимфоцитами слизистой оболочки, позволяет осуществлять лечебное воздействие при комплексных органоспецифических аутоиммунных заболеваниях путем перорального введения какого-либо антигена из пораженной ткани.

Слизистые оболочки других органов, как установлено, столь же эффективно обеспечивают антигенспецифическую толерантность. Интра- назальное применение пептидов, рестриктиро- ванных по антигенам МНС класса II, было использовано для модуляции и гуморального, и клеточного иммунных ответов. Кроме того, для подавления аллергических реакций на чужеродные антигены или аутоиммунного ответа на собственные антигены могут быть использованы со

ответствующие антигены, вдыхаемые в легкие в форме аэрозоля. Поскольку таким способом удается подавлять и аутоиммунные, и аллергические реакции, обусловленные соответственно Тх1- и Тх2-клетками, механизм толерантности в этом случае, по-видимому, не относится к феномену иммунного отклонения. Возможно, за супрессию иммунного ответа после введения белковых антигенов в виде аэрозоля ответственны клетки других типов, включая CD8+.

Направленное действие антигена на нестимулированные В-клетки индуцирует иммунное отклонение

Иммунное отклонение можно вызвать путем воздействия на непримированные В-клетки антигеном, соединенным с моноклональными антителами к IgD (иммуноглобулину, присутствующему на поверхности В-клеток). При таком способе пептидный антиген презентируется В-клетками и возникает иммунное отклонение ответа в сторону Тх2-типа. Этот подход может быть использован для модуляции воспалительной реакции на пептидные антигены при экспериментально индуцированных аутоиммунных процессах, каким является, например, экспериментальный аутоиммунный энцефаломиелит (ЭАЭ).

Интенсивная клональная пролиферация может привести к истощению клона и развитию толерантности

Толерантность Т-лимфоцитов (и в меньшей степени В-клеток) может быть обусловлена так называемым клональным истощением, которое наступает в конечной стадии сильного иммунного ответа. Повторное введение антигена способно стимулировать дифференцировку всех антиген- реактивных клеток в короткоживущие клетки- эффекторы, в результате чего в организме уже не остается клеток, которые могли бы обеспечить ответ на последующее введение антигена.

С толерантностью может быть связан антиидиотипический ответ

Связывающий участок антител может действовать как антиген и вызывать образование «анти- идиотипических антител» (см. гл. 13). Перекрестно связывая иммуноглобулины на поверхности В-клеток, эти антитела способны блокировать их реактивность. У некоторых животных большая часть антител, продуцируемых против некоторых

антигенов, имеет соответствующий идиотип и поэтому супрессия этого идиотипа антиидиоти- пическими антителами может существенным образом изменить ответ. Однако такая толерантность будет частичной, так как она затрагивает только те В-клетки, которые несут данный идиотип.

У Т-клеток идиотип представлен полиморфными областями а- и 0-цепей ТкР. Специфичные к ТкР регуляторные клетки, возникающие после вакцинации аутореактивными Т-лимфоцитами, пептидами, полученными из ТкР, или даже ДНК, кодирующей ТкР, как установлено, предотвращают развитие аутоиммунного процесса.

Поддержание толерантности in vivo

Для поддержания толерантности in vivo важна персистенция антигена: когда концентрация антигена в организме падает ниже определенного порога, реактивность восстанавливается. Если толерантность возникла в результате клональной делеции, восстановление способности к иммунному ответу зависит по времени от образования новых лимфоцитов из клеток-предшественников. В этом случае состояние толерантности удается сохранить путем применения тимэктомии. Если же механизмом толерантности служит супрессия, как это имеет место, например, при иммунном отклонении, толерантность может сохраняться относительно долгое время.

ИНДУКЦИЯ ТОЛЕРАНТНОСТИ

КАК ВОЗМОЖНОЕ СРЕДСТВО ТЕРАПИИ

Дальнейшее изучение механизмов толерантности необходимо для развития целого ряда направлений прикладных исследований. Оно поможет в поиске способов усиления толерантности к чужеродным трансплантатам и восстановления нарушенных иммунных функций при состояниях гиперчувствительности и аутоиммунитета. С целью возможного применения в медицине были опробованы различные пути создания искусственной толерантности у животных. Определенный успех достигнут в трансплантации, связанной с химеризмом, при использовании иммуносупрессивных агентов. Успешным оказалось и применение в опытах по пересадке чужеродных органов и тканей моноклональных антител анти- CD4 и анти-CDS, не вызывающих элиминации клеток. Предстоят клинические испытания разработанного на животных способа создания толерантности путем аппликации антигена направленного действия на слизистую оболочку или применения пептидов-антагонистов.

Важно также найти способ активации Т-клеток, «не замечающих» некоторые антигены, чтобы стимулировать активный иммунный ответ против этих антигенов. Это позволило бы ограничивать рост опухолей, которые могут экспрессировать свои собственные, уникальные, опухолеспецифические антигены.

Вопросы для размышления

Каким образом аутореактивные лимфоциты избегают контроля со стороны иммунной системы?

Почему циркулирующие в крови аутореактивные лимфоциты обычно не вызывают аутоиммунного заболевания?

Каковы механизмы аутоагрессии и каким образом можно ее предотвратить или свести к минимуму?

Почему иммунная система «не замечает» антигены, экспрессируемые опухолевыми клетками?

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Goodnow С. 1992. Transgenic mice and analysis of В cell tolerance. Annu. Rev. Immunol. 10: 489-518.

Kruisbeek A.M., Amsen D. 1996. Mechanisms underlying T-cell tolerance. Curr. Opin. Immunol. B: 233-44.

Miller J.E.A.P., Basten A. 1996. Mechanisms of tolerance to self. Curr. Opin. Immunol. 8: 815-21.

Nossal G.J.V. 1994. Negative selection of lymphocytes. Cell 76; 229-39.

Rocken M., Shevach E.M. 1996. Immune deviation-the third dimension of nondeletional T cell tolerance Immunol. Rev. 149: 175-94.

Schwartz R.H. 1996. Models of T cell anergy: is there a common molecular mechanism? J. Exp. Med. 184: 1-8.

У беспозвоночных важную роль в ликвидации чужеродного материала выполняют фагоцитоз и инкапсулирование; у многих видов эти процессы осуществляются белыми клетками крови.

Установлена возможность распознавания чужеродных трансплантатов у животных, появившихся уже на ранних этапах эволюции, но специфичность реакции и клональная экспансия клеток у беспозвоночных недостаточно доказаны.

В процессах распознавания «свое/не-свое» участвуют лектины и профенолоксидаза.

У многих беспозвоночных в иммунорегуляции участвуют цитокин-подобные молекулы.

Иммуноглобулинами беспозвоночные не обладают, хотя у многих из них обнаружены IgG-no- добные молекулы. У некоторых вторичнополостных наблюдаются индуцируемые гуморальные иммунные реакции широкого спектра.

У всех челюстноротых позвоночных имеются В-клетки и IgM. У пойкилотермных животных, несмотря на присутствие дополнительных тяжелых цепей, не относящихся к ц-цепям, аффинность антител остается низкой. Метод рекомбинантной ДНК позволяет обнаружить у позвоночных разных уровней филогенеза несколько типов организации генов 1g.

У хрящевых рыб идентифицирован главный комплекс гистосовместимости (МНС). Начиная с костных рыб, появляются Т-клетки; рецепторные молекулы этих клеток в настоящее время изучаются.

К элементам системы врожденного иммунитета у позвоночных относятся нормальные клетки- киллеры (НК), фагоциты, белки комплемента и иммунорегуляторные цитокины.

Изучение разнообразных видов позвоночных позволяет составить представление об эволюционном развитии иммунной системы вплоть до формирования ее сложноорганизованных механизмов у млекопитающих. Однако филогенез системы приобретенного иммунитета позвоночных, особенно его молекулярных основ, остается неясным, несмотря на многочисленные исследования иммунитета у беспозвоночных. В то же время изучение беспозвоночных проливает свет на происхождение врожденного иммунитета (например, фагоцитоза), полностью сформированного уже у позвоночных. Поскольку беспозвоночные чрезвычайно многочисленны и разнообразны — одиночные и колониальные формы, полостные и бесполостные, обладающие и не обладающие кровеносной системой, всего более 95 % всех видов животных на Земле — среди них можно найти много удобных объектов для экспериментальных исследований.

На рис. 15.1 упрощенно представлено эволюционное древо царства животных с разделением от вторичнополостных на две основные ветви, принципиально различающиеся стадиями эмбриогенеза. Одна ветвь, ведущая к первичноротым - моллюскам, кольчатым червям и членистоногим, - дивергировала на этом раннем этапе эво

люции от пути, ведущего к появлению вторичноротых — иглокожих, оболочников и позвоночных. Исследования в области иммунитета у беспозвоночных проводятся в основном на членистоногих и моллюсках, в связи с тем что многие из них являются переносчиками возбудителей болезней или вредителями сельскохозяйственных культур. Поэтому филогенетически более близкие к позвоночным таксоны (например, оболочники и иглокожие) привлекают гораздо меньше внимания. Кроме того, поскольку все предки позвоночных — вымершие виды, выводы о происхождении иммунитета у позвоночных, сделанные на основании изучения беспозвоночных (например, оболочников) )рис. 15.2), могут быть лишь гипотетическими, основанными на предположении о близком родстве некоторых современных животных с предковыми позвоночными. На рис. 15.1 перечислены также обнаруженные у беспозвоночных реакции клеточного и гуморального иммунитета.

На рис. 15.3 представлены вероятные этапы эволюции клеток крови и иммунной системы у позвоночных. Хотя иммуноциты имеются и у беспозвоночных, только позвоночные обладают лимфоцитами с высокой специфичностью и среди них клетками иммунологической памяти. Ка-

Иммунологический потенциал позвоночных и беспозвоночныхИммунологический потенциал позвоночных и беспозвоночныхРис. 15.1Некоторые сведения о клеточных и гуморальных иммунных реакциях у различных беспозвоночных и позвоночных.Рис. 15.1Некоторые сведения о клеточных и гуморальных иммунных реакциях у различных беспозвоночных и позвоночных.Рис. 15.2Две конкурирующие за пространство колонии асцидий (оболочники) Clavelina lepadiformis (С) и Morchellium argus (М). В центре (указано стрелкой) виден сифон нижележащей асцидии. Диаметр отдельной особи Clavelina приблизительно 4 мм. (Фото любезно предоставлено д-ром Р. Dyrynda.)Рис. 15.2Две конкурирующие за пространство колонии асцидий (оболочники) Clavelina lepadiformis (С) и Morchellium argus (М). В центре (указано стрелкой) виден сифон нижележащей асцидии. Диаметр отдельной особи Clavelina приблизительно 4 мм. (Фото любезно предоставлено д-ром Р. Dyrynda.)

Иммунологический потенциал позвоночных и беспозвоночных

Иммунологический потенциал позвоночных и беспозвоночных

Рис. 15.1

Некоторые сведения о клеточных и гуморальных иммунных реакциях у различных беспозвоночных и позвоночных.

Рис. 15.1

Некоторые сведения о клеточных и гуморальных иммунных реакциях у различных беспозвоночных и позвоночных.

Рис. 15.2

Две конкурирующие за пространство колонии асцидий (оболочники) Clavelina lepadiformis (С) и Morchellium argus (М). В центре (указано стрелкой) виден сифон нижележащей асцидии. Диаметр отдельной особи Clavelina приблизительно 4 мм. (Фото любезно предоставлено д-ром Р. Dyrynda.)

Рис. 15.2

Две конкурирующие за пространство колонии асцидий (оболочники) Clavelina lepadiformis (С) и Morchellium argus (М). В центре (указано стрелкой) виден сифон нижележащей асцидии. Диаметр отдельной особи Clavelina приблизительно 4 мм. (Фото любезно предоставлено д-ром Р. Dyrynda.)

кие же факторы внешней среды могли обусловить усложнение иммунной системы у позвоночных? Возможно, на уровне столь высокоорганизованных долгоживущих животных возросла угроза рака и вирусных инфекций и влияние этих факторов способствовало формированию высо кочувствительной иммунной системы на основе эффекторных клеток крови, способных распознавать чужеродные пептиды в ассоциации с гликопротеинами главного комплекса гистосовместимости (МНС) на поверхности инфицированных или мутантных клеток.

ИММУНИТЕТ У БЕСПОЗВОНОЧНЫХ

Классификация клеток крови у беспозвоночных

У большинства беспозвоночных имеются белые кровяные клетки (лейкоциты), но красные клетки (эритроциты), как правило, отсутствуют. Лейкоциты могут либо быть зафиксированными (неподвижными), либо свободно мигрировать по кровеносным сосудам, либо заселять заполненные жидкостью полости тела, называемые целомом (целомоциты) или гемоцеломом (гемоциты).

Первые клетки крови образовались, вероятно, из свободноживуших предковых клеток, сходных с простейшими. У примитивных многоклеточных, например у губок, кишечнополостных и плоских червей, блуждающие фагоцитарные амебоциты не только выполняют функцию защиты, но и участвуют в процессах питания и экскреции.

Эволюция иммунной системы

Этап эволюции или фактор отбора

Элементы иммунной системы

Одноклеточные организмы

Распознавание и различение

Многоклеточные

(включая колониальные)

Система гистосовместимости, аллогенное распознавание и кратковременная иммунологическая память

Мезодерма и кровеносная система, разделение функций питания и защиты

Свободноциркулирующие и более разнообразные виды клеток крови, клеточный иммунитет и эритроциты

Рак и вирусные инфекции, сопряженные с усложнением организмов и возрастанием продолжительности жизни

Иммунологический надзор со стороны собственных клеток для выявления инфицированных и раковых клеток

Предковые позвоночные

Совершенствование распознавания и различения

Низшие позвоночные: увеличение размеров и продолжительности жизни, меньшая, чем у беспозвоночных, способность к размножению

Настоящие лимфоциты, лимфоидная ткань и продукция внтител (IgM), долговременная иммуноло- гическвя память

Выход на сушу, воздействие радиации и развитие сосудистой системы с высоким давлением крови

Костный моз дополн тельные классы антител, Т-и В-лимфоциты, усложнение лимфоидных органов, ЛТК

Амниоты (рептилии, птицы, млекопитающие), утрата свободноживущих личиночных форм

Разеитие дифференцировки иммунокомпетентных клеток для большего разнообрвзия реакций и эффективности иммунной системы

Гомойотермия, создающая благоприятные условия для роста патогенных микроорганизмов

Повышение эффективности иммунной системы, интеграция клеточных и гуморальных реакций, центры размножения во вторичных лимфоидных органах, лимфоузлы

Живорождение; взаимосвязь организма матери и плода

Дополнительная тонкая регуляция иммунной системы для предотвращения отторжения плода

Рис. 15.3

Этапы эволюции, возможно важные в филогенезе клеток крови и иммунной системы. (С разрешения по Rowley A.F., Ratcliffe N.A., eds. Vertebrate Blood Cells. Cambridge: Cambridge University Press, 1988.) ЛТК - лимфоидная ткань в слизистой кишечника.

Клетки и ткани, относящиеся к иммунной системе,у беспозвоночных

Клетки/ткани

Роль в иммунитете/фиэиологии

Слизь, кутикула, скорлупа, панцирь и/или кишечный барьер

Физико-химические барьеры для инвазии

Пять групп свободноциркулирующих и фиксированных белых кровяных клеток

1 Клетки-предшественники

Осуществляют клеточные и опосредуют многие гуморальные защитные реакции

Могут служить стволовыми клетками для образования клеток других типов

II Фагоцитарные клетки

Фагоцитоз, инкапсулирование, свертывание, заживление ран и уничтожение чужеродного материала

III Гемоствтические клетки

Ковгуляция плазмы и образование тромба; распознавание «не-своего»; синтез лизоцима и агглютинина

IV Питающие клетки

Инкапсулирование и заживление ран? Роль в питании?

V Пигментированные клетки

Защитная роль (если существует) неизвестна; дыхательная функция

Фиксированные клетки, например клетки перикарда, нефроциты или клетки пор и т. п.

Пиноцитоз коллоидных и мелких твердых частиц; синтез лизоцима (клетки перикарда) и других антимикробных факторов?

Гемопоэтические органы, хорошо развитые у некоторых беспозвоночных

Гемопоэз и фвгоцитоз;

у отдельных видов - синтез внтимикробных факторов

Жировое тело (насекомые); клетки, населяющие среднюю кишку и синус (моллюски ракообразные)

Синтез иммунных белков и агглютининов (жировое тело), фагоцитоз (клетки средней кишки), устранение чужеродных частиц (клетки, выстилающие синус)

Рис. 15.4

Иммунная система у беспозвоночных. (С разрешения по Ratcliffe N.A. 1985. Immunol. Lett. 10, 253-270;

Elsevier Science Publications.)

На уровне вторичнополостных (первично- и вторичноротых), тела которых крупнее и более сложно устроены, возникла необходимость в циркуляторной системе для переноса питательных веществ и отходов внутри организма. Амебоподобные клетки, больше не нужные для собирания пиши, вероятно, мигрировали из соединительной ткани в эту циркуляторную систему. Здесь из них образовалось множество типов клеток, часть которых приобрела специфическую роль в иммунореактивности (рис. 15.4).

Из-за огромного разнообразия беспозвоночных их свободные лейкоциты невозможно клас-

сифицировать, в отличие от лейкоцитов у позвоночных, только по окрашиваемости и морфологии. Однако по функциональным критериям удается выделить пять основных групп таких клеток (см. рис. 15.4).

Клетки-предшественники, которые наряду с имеющейся в том или ином количестве гемопоэтической тканью могут выполнять роль стволовых клеток. По строению они напоминают лимфоциты позвоночных (рис. 15.5), но данных о действительной гомологии очень мало.

Фагоцитарные клетки (рис. 15.6), вероятно, представляют собой единственный тип кле-

Рис. 15.5Электронные микрофотографии лимфоцит-по- добной клетки асцидии C/ona intestinalis (1) и лимфоцита рыбы Blennius pholis (морская собачка) (2). Обратите внимание на сходство строения этих клеток: обе содержат крупное ядро (Я) и тонкий слой недифференцированной цитоплазмы. Шкала 0,5 мкм. (Фото любезно предоставлены д-ром A.F. Rowley; с разрешения из Endeavour (New Series) 13, 72-77, © Maxwell Pergamon Macmillan plc, 1989.)Рис. 15.5Электронные микрофотографии лимфоцит-по- добной клетки асцидии C/ona intestinalis (1) и лимфоцита рыбы Blennius pholis (морская собачка) (2). Обратите внимание на сходство строения этих клеток: обе содержат крупное ядро (Я) и тонкий слой недифференцированной цитоплазмы. Шкала 0,5 мкм. (Фото любезно предоставлены д-ром A.F. Rowley; с разрешения из Endeavour (New Series) 13, 72-77, © Maxwell Pergamon Macmillan plc, 1989.)Рис.15.6Электронная микрофотография фагоцитарной клетки оболочника C/ona intestinalis. Внутри клетки видны поглощенные бактерии (Б). (Я - ядро.) Шкала 0,5 мкм. (Фото любезно предоставлено д-ром A.F. Rowley.)Рис.15.6Электронная микрофотография фагоцитарной клетки оболочника C/ona intestinalis. Внутри клетки видны поглощенные бактерии (Б). (Я - ядро.) Шкала 0,5 мкм. (Фото любезно предоставлено д-ром A.F. Rowley.)ток, присутствующий у всех представителей царства животных. Они соответствуют гранулоцитам или макрофагам млекопитающих, но несут иные поверхностные маркеры.

Рис. 15.5

Электронные микрофотографии лимфоцит-по- добной клетки асцидии C/ona intestinalis (1) и лимфоцита рыбы Blennius pholis (морская собачка) (2). Обратите внимание на сходство строения этих клеток: обе содержат крупное ядро (Я) и тонкий слой недифференцированной цитоплазмы. Шкала 0,5 мкм. (Фото любезно предоставлены д-ром A.F. Rowley; с разрешения из Endeavour (New Series) 13, 72-77, © Maxwell Pergamon Macmillan plc, 1989.)

Рис. 15.5

Электронные микрофотографии лимфоцит-по- добной клетки асцидии C/ona intestinalis (1) и лимфоцита рыбы Blennius pholis (морская собачка) (2). Обратите внимание на сходство строения этих клеток: обе содержат крупное ядро (Я) и тонкий слой недифференцированной цитоплазмы. Шкала 0,5 мкм. (Фото любезно предоставлены д-ром A.F. Rowley; с разрешения из Endeavour (New Series) 13, 72-77, © Maxwell Pergamon Macmillan plc, 1989.)

Рис.15.6

Электронная микрофотография фагоцитарной клетки оболочника C/ona intestinalis. Внутри клетки видны поглощенные бактерии (Б). (Я - ядро.) Шкала 0,5 мкм. (Фото любезно предоставлено д-ром A.F. Rowley.)

Рис.15.6

Электронная микрофотография фагоцитарной клетки оболочника C/ona intestinalis. Внутри клетки видны поглощенные бактерии (Б). (Я - ядро.) Шкала 0,5 мкм. (Фото любезно предоставлено д-ром A.F. Rowley.)

Гемостатические (гранулярные) клетки принимают участие в коагуляции и заживлении ран и важны как эффекторные для распознавания «не-своего».

Питающие клетки присутствуют лишь у некоторых видов.

Пигментные клетки имеются у многих видов, но только у некоторых они содержат дыхательный пигмент, напоминая тем самым эритроциты позвоночных.

Беспозвоночные лишены лимфоцитов и антител, но тем не менее обладают эффективными механизмами защиты

Иммунные системы беспозвоночных, очевидно, не включают в качестве компонентов ни иммуноглобулинов, ни взаимодействующих субпопуляций лимфоцитов, ни лимфоидных органов. Тем не менее само существование огромного числа и разнообразия беспозвоночных свидетельствует о наличии у них эффективных систем защиты собственного организма.

Как и у позвоночных, первой линией обороны у них служат эффективные физико-химические барьеры (рис. 15.4). Слизь, покрывающая тело у многих кишечнополостных, кольчатых червей, моллюсков и некоторых оболочников, задерживает и уничтожает потенциально патогенные микроорганизмы (рис. 15.7). Твердый наружный скелет, такой как панцирь или скорлупа, у некоторых кишечнополостных и моллюсков, иглокожих и насекомых также препятствует инвазии в организм чужеродного материала.

При нарушении целостности этих барьеров против проникшего в организм чужеродного тела действует целый ряд взаимосвязанных клеточных и гуморальных защитных механизмов, к которым относятся следующие.

Свертывание/коагуляция крови и заживление ран.

Фагоцитоз.

Инкапсулирование.

Действие врожденных и индуцибельных антимикробных факторов.

Эти механизмы предполагают распознавание «не-своего» и присутствие рецепторных молекул в крови и на поверхности клеток крови.

Рис. 15.7Слизистый слой, окружающий тело желудевого червя Saccoglossus ruber, обволакивает и удаляет чужеродные частицы. Червя помещали на 2-3 мин в суспензию угля в морской воде, а затем переносили в чистую морскую воду. Через 12 мин в слизистом слое, окутывающем его тело, все еще присутствует большое количество угля (1). Через 15 мин уголь полноРис. 15.7Слизистый слой, окружающий тело желудевого червя Saccoglossus ruber, обволакивает и удаляет чужеродные частицы. Червя помещали на 2-3 мин в суспензию угля в морской воде, а затем переносили в чистую морскую воду. Через 12 мин в слизистом слое, окутывающем его тело, все еще присутствует большое количество угля (1). Через 15 мин уголь полностью удален и лежит в отдельном шарике слизи (2). С попавшими в слизь микроорганизмами дело, по-ви- димому, обстоит точно так же. Желудевые черви принадлежат к группе «высших беспозвоночных», родственных оболочникам. Шкала 5 мм. (Фото любезно предоставлены д-ром D.A. Millar.)стью удален и лежит в отдельном шарике слизи (2). С попавшими в слизь микроорганизмами дело, по-ви- димому, обстоит точно так же. Желудевые черви принадлежат к группе «высших беспозвоночных», родственных оболочникам. Шкала 5 мм. (Фото любезно предоставлены д-ром D.A. Millar.)Раны быстро закрываются благодаря коагуляции жидкостей организма, вызываемой гемостатическими клетками и компонентами плазмы

Рис. 15.7

Слизистый слой, окружающий тело желудевого червя Saccoglossus ruber, обволакивает и удаляет чужеродные частицы. Червя помещали на 2-3 мин в суспензию угля в морской воде, а затем переносили в чистую морскую воду. Через 12 мин в слизистом слое, окутывающем его тело, все еще присутствует большое количество угля (1). Через 15 мин уголь полно

Рис. 15.7

Слизистый слой, окружающий тело желудевого червя Saccoglossus ruber, обволакивает и удаляет чужеродные частицы. Червя помещали на 2-3 мин в суспензию угля в морской воде, а затем переносили в чистую морскую воду. Через 12 мин в слизистом слое, окутывающем его тело, все еще присутствует большое количество угля (1). Через 15 мин уголь полно

стью удален и лежит в отдельном шарике слизи (2). С попавшими в слизь микроорганизмами дело, по-ви- димому, обстоит точно так же. Желудевые черви принадлежат к группе «высших беспозвоночных», родственных оболочникам. Шкала 5 мм. (Фото любезно предоставлены д-ром D.A. Millar.)

стью удален и лежит в отдельном шарике слизи (2). С попавшими в слизь микроорганизмами дело, по-ви- димому, обстоит точно так же. Желудевые черви принадлежат к группе «высших беспозвоночных», родственных оболочникам. Шкала 5 мм. (Фото любезно предоставлены д-ром D.A. Millar.)

Раны, образующиеся у беспозвоночных при травме или инвазии паразитов, быстро заживают, что предотвращает смертельную потерю жидкостей организма. Раны закрываются вследствие выпячивания жирового тела или кишки, сокращения мышц, коагуляции плазмы, миграции клеток крови к месту поражения и их агрегации с образованием тромба и/или за счет отложения меланина. Миграцию лейкоцитов к ране стимулируют, вероятно, цитокин-подобные факторы (см. ниже).

Тромбирование раны с коагуляцией плазмы наблюдается главным образом у членистоногих, хотя получены данные об аналогичном процессе у кольчатых червей и иглокожих. В коагуляции участвуют гемостатические клетки, которые агрегируют в месте повреждения и выделяют свое содержимое, вызывающее свертывание плазмы и образование прочной гемоцитарной «пробки». У многих видов в этом процессе участвуют и компоненты плазмы. Как и у млекопитающих, сама поврежденная ткань, микробные компоненты, а также изменения концентрации Са2 ' или pH индуцируют сложный каскад ферментативных реакций в месте повреждения. Это напоминает альтернативный путь активации комплемента. Система настолько чувствительна, что у мечехвостов, например, она активируется эндотоксином Escherichia coli в дозе всего 4 нг/мл. Процесс коагуляции чрезвычайно важен, поскольку обеспечивает высокочувствительное распознавание «чужого» благодаря дегрануляции гемостатических клеток. В коагуляции может принимать уча-

Активация профенолоксидазы с превращением в фенолоксидазу у членистоногихАктивация профенолоксидазы с превращением в фенолоксидазу у членистоногихРанениеРанениетканитканиКлетка \ кровиКлетка \ кровиМикробные • * факторы • еМикробные • * факторы • еСпонтанная активация (снижение [Са2+], изменение pH)Спонтанная активация (снижение [Са2+], изменение pH)Система коагуляцииСистема коагуляцииНеактивные сериновые протеазыНеактивные сериновые протеазыРецепторы агглютинина в плазмеРецепторы агглютинина в плазмеАктивные протеазыАктивные протеазыМедиаторы иммунного ответаМедиаторы иммунного ответаИнгибиторыпротеазИнгибиторыпротеазРис. 15.8

Активация профенолоксидазы с превращением в фенолоксидазу у членистоногих

Активация профенолоксидазы с превращением в фенолоксидазу у членистоногих

Ранение

Ранение

ткани

ткани

Клетка \ крови

Клетка \ крови

Микробные • * факторы • е

Микробные • * факторы • е

Спонтанная активация (снижение [Са2+], изменение pH)

Спонтанная активация (снижение [Са2+], изменение pH)

Система коагуляции

Система коагуляции

Неактивные сериновые протеазы

Неактивные сериновые протеазы

Рецепторы агглютинина в плазме

Рецепторы агглютинина в плазме

Активные протеазы

Активные протеазы

Медиаторы иммунного ответа

Медиаторы иммунного ответа

Ингибиторыпротеаз

Ингибиторыпротеаз

Вероятная схема активации профенолоксидазы (ПФО) с образованием фенолоксидазы (ФО) у членистоногих. Процесс стимулируется местным повреждением ткани, микроорганизмами и изменениями концентрации Са2+ и pH и может привести к коагуляции плазмы и появлению факторов, опосредующих более поздние иммунные реакции. (В основном по результатам исследований, проведенных д-рами К. Soderhall, М. Ashida и N. Radcliffe.)

стие фермент профенолоксидаза (ПФО): превращаясь под действием каскада сериновых протеаз в фенолоксидазу (ФО), она способствует образованию медиаторов более поздних стадий иммунного ответа (.рис. 15.8). Недавно установлено, что каскад ПФО существует и у других беспозвоночных, таких как круглые черви и оболочники.

Внедрившихся микробов поглощают фагоцитарные клетки, более крупные агенты окружаются многоклеточными капсулами

Фагоцитарные клетки присутствуют у всех беспозвоночных и вместе с врожденными гуморальными факторами (см. ниже) образуют первую линию защиты от микроорганизмов (см. рис. 15.6). Как и у позвоночных, здесь наблюдаются все фазы их действия: хемотаксис, прикрепление, поглощение и уничтожение. Однако распознавание мишени опосредуют не Fc-рецепторы, и лишь у одного вида на поверхности фагоцитов обнаружены СЗЬ-подобные рецепторы. Фагоцитоз, как и у позвоночных, может происходить без участия опсонизирующих факторов. Однако у моллюсков, членистоногих и оболочников в присутствии лектинов плазмы и компонентов профеноло- ксидазного каскада он усиливается.

Рис. 15.9

Инкапсулирование бактерий кровяными клетками гусеницы. На последней стадии развития личинки бабочки Pieris brassicae в нее вводили бактерии (убитые нагреванием клетки Bacillus cereus). Через 24 ч образовавшуюся вокруг бактерий капсулу удаляли и делали ее срезы. Обратите внимание на темную пигментированную центральную область, состоящую из меланина (М), многослойный покров из клеток крови (К), палочковидные бактерии (Б) и прикрепление капсулы к мальпигиевой трубочке (Т). Шкала 10 мкм.

Если внедрившиеся патогенные микробы слишком крупны или многочисленны, вокруг них образуются многоклеточные агрегаты, называемые узелками или капсулами и напоминающие гранулемы у млекопитающих (j>uc. 15.9). Секвестрированные таким образом микроорганизмы предположительно погибают под действием лизосомных ферментов и лизоцима, содержащихся в лейкоцитах, а также под действием пероксидазы и активных форм кислорода (обнаруженных у некоторых круглых червей, моллюсков и членистоногих).

И фагоцитоз, и инкапсулирование зависят от кооперации гемостатических и фагоцитарных клеток (см. ниже).

Жидкости организма содержат у беспозвоночных ряд врожденных и индуцибельных гуморальных защитных факторов

Врожденные защитные факторы У беспозвоночных не обнаружено иммуноглобулинов, но жидкости организма содержат ряд защитных гуморальных факторов — агглютинины, лизоцим и другие лизины, иные антимикробные соединения, лизосомные ферменты и обездвиживающие факторы. Имеются также данные, указывающие на присутствие компонентов комплемент-подоб- ной системы. Например, у морских ежей на фагоцитах могут присутствовать СЗЬ-подобные рецепторы и обнаружена гуморальная литическая система, сходная с системой комплемента. Кроме того, установлено, что кровь гусениц реагирует с одним из факторов яда кобры (СЗЬ кобры) и при этом появляется СЗ-конвертазная активность. Обладающий ею фермент расщепляет молекулы СЗ быка с образованием молекул, подобных СЗЬ. Профенолоксидазный каскад у членистоногих сравним с альтернативным путем активации системы комплемента, поскольку оба они стимулируются непосредственно компонентами микробных клеток и включают ряд последовательно активируемых протеаз (j>uc. 15.8). Для того чтобы подтвердить наличие у беспозвоночных альтернативных путей активации комплемента, необходимы детальные исследования на молекулярном уровне.

Индуцибельные гуморальные защитные факторы Известно, что у беспозвоночных содержание агглютининов и гемолизинов иногда возрастает, однако подробно индуцибельные антимикробные факторы исследованы только у насекомых.

Индуцибельные белки иммунного ответа у Hyalophora cecropia

Белок иммунного ответа

Молекулярная масса

Функция и свойства

Р4 (гемолин)

48 000

Основной иммунный белок, распознавание <не-своего»

Р5 (аттацины A-F)

21-23 000

Узкий спектр антибактериальной активности (против некоторых грамотрицатепьных бактерий)

Р7(лизоцим)

15 000

Лизирует некоторые грамположительные бактерии

Цекропины A-F (6 белков)

-4 000

Некоторые обладают антибактериальной активностью широкого спектра (против грамположительных и грамотрицательных бактерий)

Рис. 15.10

Индуцибельные иммунные белки у моли Hyalophora cecropia, выделенные из гемолимфы через 10 ч после иммунизации бактериями (Enterobacter cloacae). (По Н. Boman, D. Hultmark и др.)

Предполагается присутствие этих факторов и у некоторых других беспозвоночных, но для выявления их у большего числа организмов и для описания свойств необходимо подбирать подходящие иммуногены и/или проводить эксперименты по иммунизации. У таких насекомых, как мухи, бабочки и пчелы, через несколько часов после введения антигена может появляться до 15 антибактериальных белков (рис. 15.10). Многие из этих пептидов очищены и секвенированы; они обладают активностью широкого спектра, но сохраняют ее лишь в течение нескольких суток, чем резко отличаются от иммуноглобулинов позвоночных. Недавно аналогичные антибактериальные белки были обнаружены и у некоторых позвоночных (см. стр. 293). По-видимому, они представляют собой древние, но все еще важные факторы иммунитета. Один из таких факторов, цекропин, называемый также Р4 или гемолином (рис. 15.10), гомологичен (38 %) некоторым доменам иммуноглобулинов. Возможно, гемолин — это примитивная форма иммуноглобулина, но не исключено и его независимое развитие у беспозвоночных. У таракана американского обнаружен другой вид индуцибельного белка, гораздо более сходный с иммуноглобулинами позвоночных. Он обладает молекулярной массой 700 кДа, высокоспецифичен и сохраняет активность в течение недель, а не суток. Для сопоставления его с иммуноглобулинами позвоночных требуются исследования на молекулярном уровне.

В распознавании «не-своего» и в межклеточной кооперации участвуют разнообразные факторы

Беспозвоночные обладают способностью распознавания, часто с весьма высокой специфичностью, разнообразного чужеродного материала. Это распознавание осуществляют присутствующие в жидких средах организма молекулы, к которым относятся агглютинины, компоненты профенолоксидазного каскада, а также цекропин насекомых (гемолин).

Агглютинины Эти белки, выделенные из гемолимфы моллюсков и насекомых и из крови оболочников, усиливают распознавание тест-частиц in vitro и их выведение из циркуляции in vivo. Агглютинины присутствуют также на поверхности клеток крови и служат молекулами-мостиками, соединяющими лейкоциты с чужеродными частицами, как и в иммунной системе млекопитающих.

Система профенолоксидазы (ПФО) У членистоногих и эта система служит, вероятно, источником распознающих факторов. При превращении ПФО в фенолоксидазу (ФО) (см. рис. 15.8) из гемостатических клеток высвобождаются факторы распознавания, которые усиливают фагоцитоз и инкапсулирование чужеродных агентов. Недавно было установлено, что очищенный агглютинин из крови таракана, обозначенный BDL1, активирует каскад ПФО; этот факт позволяет объединить представления о функции двух систем распознавания. Белок BDL1 обладает также высоким структурным и функциональным сходством с маннозосвязывающими лектинами (МСЛ) позвоночных. (МСЛ представляют собой необходимые компоненты неспецифического иммунитета позвоночных, поскольку они способны связываться с поверхностью проникших в организм микробов и активировать системы комплемента.) Подобно МСЛ, белок BDL1 активирует комплемент и содержит коллаген- и углевод-распоз- нающие домены.

Гемолин Кроме агглютининов и ПФО, в гемолимфе насекомых присутствует и иммунный белок, называемый гемолином. В нем различают четыре иммуноглобулин-подобных домена, которые связываются с поверхностью бактерий и могут участвовать в распознавании чужеродных молекул.

Процесс распознавания «не-своего» с последующим фагоцитозом предполагает кооперацию

Две гипотетические модели межклеточной кооперации при иммунном ответе у членистоногих

Насекомые

Стадия 1: контакт микробов с гранулярной клеткой

Стадия 2

90 кДа

Р ■> .обратны,

Стадия 2 двгрануляция

дегрануляция и опсонизация белком

Стадия 3: разрушение фагоцитом

Стадия 26: дегрануляция гранулярных и далее полугранулярных клеток и опсонизация белком 76 кДа

Рис. 15.11

Схемы, основанные на результатах изучения реакций очищенных популяций клеток крови на тест-частицы.

У насекомых распознавание «не-своего» (стадии 1 и 2) осуществляются гранулярными (гемостатическими) клетками, а уничтожение (стадия 3) - фагоцитами. Согласно модели, у ракообразных на стадии 26 происходит резкое усиление реакции за счет взаимодействия полугранулярных и гранулярных клеток. Бел

ки 90 и 76 кДа, обнаруженные у насекомых и ракообразных соответственно, представляют собой опсонизирующие (распознающие) молекулы, образующиеся при активации профенолоксидазного каскада. (По Radcliffe N. In: Warr G.W., Cohen N., eds. Phylogenesis of Immune Functions. Oxford: CRC Press, 1991: 62. Данные по ракообразным - из работы проф. К. Soderhall и др.)

между гемостатическими и фагоцитарными клетками (рис. 15.11). Таким образом, хотя беспозвоночные лишены взаимодействующих субпопуляций антигенпрезентирующих клеток и лимфоцитов, клеточный иммунитет и у них осуществляется путем кооперации разнообразных иммуноцитов.

У видов - переносчиков возбудителей болезней клеточные и гуморальные защитные механизмы определяют устойчивость к паразитарным инвазиям

Все больше данных указывает на то, что способность некоторых беспозвоночных (например, ко

маров, мух цеце, мошек, москитов, клешей и легочной улитки) передавать болезни (малярию, сонную болезнь, кожный лейшманиоз, онхоцеркоз, болезнь Чагаса и шистосомоз) существенно зависит от их иммунореактивности. Так, установлено, что иммунный ответ в форме инкапсулирования у москитов и легочной улитки обусловливает эффективную изоляцию и, возможно, гибель инкапсулированных паразитов. Кроме того, в недавно проведенных исследованиях у москитов, мух цеце, мошек и клещей обнаружены кишечные агглютинины — возможно, главные факторы, влияющие на размножение и выживание в этих насекомых простейших-паразитов, погло-

шаемых с кровью. У некоторых мух цеце (Glossina), в частности, ингибирование агглютинина средней кишки D-глюкозамином значительно ускоряет их инфицирование Trypanosoma brucei и T.rhodesiense. Важную роль может играть и профенолоксидаза; в слюнных железах самок мухи цеце Glossina morsitans morsitans, уровень ПФО у которых гораздо выше, чем у самцов, присутствует намного меньше зрелых форм Т. Ь. rhodesiense. Установлено также, что индуцибель- ные антибактериальные пептиды, присутствующие в крови мошек Simulium, убивают личинок паразитических нематод. Многое еще предстоит изучить в этой новой и увлекательной области исследований, в том числе способы преодоления паразитами защитных иммунных реакций в организме переносчиков.

Защитные реакции у беспозвоночных регулирует набор цитокинов, частью сходных с интерлейкинами позвоночных

Обнаруженные у беспозвоночных цитокин-по- добные молекулы, возможно, взаимосвязанно регулируют защитные реакции, подобно тому как это происходит у позвоночных. Присутствие родственных цитокинам молекул уже у простейших указывает на то, что они имеются у всех представителей животного царства. Например, феромон простейших, Ег-1, структурно и функционально сходен с интерлейкином 2 (ИЛ-2). Кроме того, у кольчатых червей, иглокожих и оболочников недавно были выделены соединения, обладающие ИЛ-lot-, ИЛ-10- и ФНО (фактор некроза опухолей)-подобной активностью. Первые две активности определяли с помощью тест-системы для позвоночных (по пролиферации мышиных тимоцитов), причем эти активности ингибировала поликлональная антисыворотка к ИЛ-1 позвоночных. Цитокин ИЛ-1 беспозвоночных стимулирует агрегацию, фагоцитарную активность и пролиферацию клеток «крови» этих животных. ФНО-подобную активность у беспозвоночных выявляли по цитотоксическому действию на линию клеток L929; этот метод также обычно используется для определения ФНО позвоночных.

У беспозвоночных найдены и другие соединения, обладающие цитокин-подобной активностью. Это, например, фактор, снижающий число плазмоцитов (лейкоцитарного типа), активатор лейкоцитов (гемокинин) и различные стимуля

торы инкапсулирования и фагоцитоза у насекомых. Фактор, продуцируемый лейкоцитами иглокожих (фактор морской звезды), оказывает митогенное действие на лимфоциты млекопитающих и индуцирует скопление белых кровяных клеток у морских звезд. Кроме того, у оболочников обнаружен провоспалительный цитокин, влияющий на продукцию антител, фагоцитоз и клеточно-опосредованную цитотоксичность у позвоночных, а также на фагоцитарную активность лейкоцитов у креветок. Предстоит дальнейшее изучение этих молекул. Наконец, следует упомянуть и о том, что в иммунореактивности клеток крови беспозвоночных, как установлено, участвуют эйкозаноиды и опиатные пептиды.

Многие беспозвоночные обладают способностью к отторжению алло- и ксеногенных трансплантатов

Для иммунитета позвоночных характерна усиленная и высокоспецифическая реакция (память) на повторное воздействие антигена. Ее осуществление зависит от лимфоцитов и главного комплекса гистосовместимости (МНС). Степень специфичности и запоминание антигена у беспозвоночных были изучены в опытах по трансплантации и имплантации с определением цитотоксичности. Из-за жесткости наружного скелета или мягкости наружных покровов беспозвоночным трудно производить пересадку тканей. Нелегко и решить, произошло ли отторжение. Несмотря на эти трудности, удалось установить, что у большинства беспозвоночных происходит разрушение ксенотрансплантатов, а губки, кишечнополостные, аннелиды, насекомые, иглокожие и оболочники обладают и способностью распознавания аллогенного материала (рис. 15.1, 15.12и 15.13). Кажущееся отсутствие отторжения аллогенной ткани у моллюсков связано, вероятно, с техническими трудностями пересадки. Однако не у всех групп беспозвоночных, способных отторгать аллотрансплантаты, эти реакции характеризуются специфичностью и памятью; обычно специфичность их крайне невысока, а память недолговременна (см. рис. 15.1). Значительные расхождения результатов трансплантации могут быть связаны с тем. что некоторые исследователи не учитывали зависимость процесса отторжения от температуры.

Наличие аллогенного распознавания у колониальных беспозвоночных, таких как губки, ки-

Рис. 15.12Клеточный иммунитет у губок: аллогенная несовместимость и изогенная совместимость. У двух интактных тел губок (Callyspongia spp.) одной и той же колонии и двух от разных колоний создавали общую систему циркуляции, скрепляя их друг с другом виниловыми проводками. 1. Сосуществование изогенных парабионтов (из одной колонии) сохранялось неопределенно долго, х 0,5. 2. Несовместимость аллогенных парабионтов (из разных колоний) через 7-9 сут (24-27 °C) проявлялась цитотоксическими реакциями и некрозом (указан стрелкой), х 0,25. (Фото любезно предоставлены д-ром W. Hildemann.)Рис. 15.12Клеточный иммунитет у губок: аллогенная несовместимость и изогенная совместимость. У двух интактных тел губок (Callyspongia spp.) одной и той же колонии и двух от разных колоний создавали общую систему циркуляции, скрепляя их друг с другом виниловыми проводками. 1. Сосуществование изогенных парабионтов (из одной колонии) сохранялось неопределенно долго, х 0,5. 2. Несовместимость аллогенных парабионтов (из разных колоний) через 7-9 сут (24-27 °C) проявлялась цитотоксическими реакциями и некрозом (указан стрелкой), х 0,25. (Фото любезно предоставлены д-ром W. Hildemann.)Рис. 15.13Трансплантационный иммунитету иглокожих (Dermastenas). 1. Несмотря на технические трудности, этот аутотрансплантат (Т) сохранился в прекрасном состоянии через 300 сут после подсадки. 2. Аллотрансплантат (Л), отторгшийся на 286 сут (14-15 ‘С), выглядит бледным и сморщенным. В отторжении принимают участие лимфоцит-подобные клетки и более крупные фагоцитарные клетки, х 4.(Фото любезно предоставлены д-ром W. Hildemann.)Рис. 15.13Трансплантационный иммунитету иглокожих (Dermastenas). 1. Несмотря на технические трудности, этот аутотрансплантат (Т) сохранился в прекрасном состоянии через 300 сут после подсадки. 2. Аллотрансплантат (Л), отторгшийся на 286 сут (14-15 ‘С), выглядит бледным и сморщенным. В отторжении принимают участие лимфоцит-подобные клетки и более крупные фагоцитарные клетки, х 4.(Фото любезно предоставлены д-ром W. Hildemann.)шечнополостные и оболочники, неудивительно, так как целостности колоний постоянно угрожает разрастание соседних колоний (рис. 15.2). Эксперименты с личинками колониальных оболочников показали, что аллогенное распознавание и оплодотворение контролирует один генный локус с множественными аллелями. Таким образом, имеется определенное сходство между системой, существующей у оболочников, и генами гистосовместимости у млекопитающих.

Рис. 15.12

Клеточный иммунитет у губок: аллогенная несовместимость и изогенная совместимость. У двух интактных тел губок (Callyspongia spp.) одной и той же колонии и двух от разных колоний создавали общую систему циркуляции, скрепляя их друг с другом виниловыми проводками. 1. Сосуществование изогенных парабионтов (из одной колонии) сохранялось неопределенно долго, х 0,5. 2. Несовместимость аллогенных парабионтов (из разных колоний) через 7-9 сут (24-27 °C) проявлялась цитотоксическими реакциями и некрозом (указан стрелкой), х 0,25. (Фото любезно предоставлены д-ром W. Hildemann.)

Рис. 15.12

Клеточный иммунитет у губок: аллогенная несовместимость и изогенная совместимость. У двух интактных тел губок (Callyspongia spp.) одной и той же колонии и двух от разных колоний создавали общую систему циркуляции, скрепляя их друг с другом виниловыми проводками. 1. Сосуществование изогенных парабионтов (из одной колонии) сохранялось неопределенно долго, х 0,5. 2. Несовместимость аллогенных парабионтов (из разных колоний) через 7-9 сут (24-27 °C) проявлялась цитотоксическими реакциями и некрозом (указан стрелкой), х 0,25. (Фото любезно предоставлены д-ром W. Hildemann.)

Рис. 15.13

Трансплантационный иммунитету иглокожих (Dermastenas). 1. Несмотря на технические трудности, этот аутотрансплантат (Т) сохранился в прекрасном состоянии через 300 сут после подсадки. 2. Аллотрансплантат (Л), отторгшийся на 286 сут (14-15 ‘С), выглядит бледным и сморщенным. В отторжении принимают участие лимфоцит-подобные клетки и более крупные фагоцитарные клетки, х 4.

(Фото любезно предоставлены д-ром W. Hildemann.)

Рис. 15.13

Трансплантационный иммунитету иглокожих (Dermastenas). 1. Несмотря на технические трудности, этот аутотрансплантат (Т) сохранился в прекрасном состоянии через 300 сут после подсадки. 2. Аллотрансплантат (Л), отторгшийся на 286 сут (14-15 ‘С), выглядит бледным и сморщенным. В отторжении принимают участие лимфоцит-подобные клетки и более крупные фагоцитарные клетки, х 4.

(Фото любезно предоставлены д-ром W. Hildemann.)

Следует еще раз подчеркнуть, что, несмотря на лишь ограниченные специфичность и память, характерные для распознавания алло- и ксеногенных трансплантатов у беспозвоночных, их иммунная система функционирует эффективно и успешно. Так или иначе, внедрение патогенных микроорганизмов и паразитов вызывает у беспозвоночных быстрый иммунный ответ, что и обеспечивает громадное разнообразие и изобилие этих животных.

У беспозвоночных имеются молекулы - предшественники МНС и молекулы с иммуноглобулин-подобнымидоменами

Аллогенное распознавание, обнаруженное у многих беспозвоночных, указывает на возмож

ное присутствие у них молекул — предшественников главного комплекса гистосовместимости (МНС). Поскольку иммуноглобулинами эти животные не обладают, можно предполагать, что система МНС сформировалась раньше и независимо от системы иммуноглобулинов у позвоночных. Иными словами, у примитивных позвоночных при сохранении системы МНС отдельно и независимо развивалась система иммуноглобулинов, обеспечивающая более тонкое распознавание посредством циркулирующих антител и специфичных рецепторов клеточной поверхности. В ходе дальнейшей эволюции позвоночных происходила, по-видимому, возрастающая интеграция МНС и системы иммуноглобулинов, что обеспечило высокий уровень регуляции, необходимый для взаимодействия антигенпрезентирующих клеток (АПК) и лимфоцитов. Это представление, однако, остается гипотетическим; нет ни структурных, ни функциональных доказательств экспрессии клетками беспозвоночных гликопротеинов МНС или димерных рецепторов для алло- антигенов. Кроме того, у беспозвоночных может отсутствовать реакция смешанной культуры лейкоцитов (см. рис. 75.7), которая у позвоночных служит функциональным маркером МНС. Поэ-

тому возникло другое предположение: некоторые исследователи считают, что молекулы МНС позвоночных произошли от белков теплового шока (см. ниже).

В то же время обнаружены Р2-мнкроглобу- лин-подобные молекулы у земляных червей, ракообразных и насекомых, что подтверждает возможность существования антигенов — предшественников МНС у беспозвоночных. |32-Микрогло- булин позвоночных кодируется геном, не сцепленным с МНС, но ассоциирован с молекулами МНС класса I и принадлежит к суперсемейству иммуноглобулинов. Таким образом, молекулы МНС могут быть потомками одной и той же, содержащей один домен и сходной с р2-иммуног- лобулином молекулы, многочисленные разновидности-производные которой возникли в результате перестроек и дупликаций генов и давления отбора.

Наконец, существует целая группа обнаруженных у беспозвоночных молекул, таких как Thy-1 (присутствует в мозге кальмара), амальгам, фасциклин II, нейроглиан и гемолин (все у насекомых), также принадлежащих к суперсемейству иммуноглобулинов; предполагается, что эти молекулы появились в процессе эволюции для опосредования межклеточных взаимодействий и потенциально могут обеспечивать распознавание иммунной системой «не-своего». Этот уровень эволюции, по-видимому, достигнут у насекомых, обладающих гемолином (см. выше).

ИММУНИТЕТ У ПОЗВОНОЧНЫХ

По сравнению с огромным разнообразием форм беспозвоночных организация позвоночных по общему плану довольно единообразна и все они принадлежат к одному типу хордовых. Хотя эволюционное древо позвоночных имеет многочисленные уровни и ветви, в том числе бесчелюстных, хрящевых рыб. костных рыб. амфибий, рептилий. птиц и млекопитающих, основные клеточные и молекулярные компоненты врожденного иммунитета у всех современных челюстноротых удивительно консервативны. Однако усложнению строения тела соответствует возрастание специализации лимфоидной ткани и функций лимфоцитов, а также увеличение разнообразия классов иммуноглобулинов. Самой сложной по структуре и функциям иммунной системой обладают млекопитающие.

Т-клетки и эволюция МНС

Цитотоксические и хелперные Т-лимфоциты (Тц и Тх соответственно) млекопитающих, несущие «Р-Т-клеточные рецепторы (ТкР), распознают большинство чужеродных антигенов только в том случае, если они презентированы в нужной форме собственными полиморфными молекулами МНС. Поэтому филогенез некоторых Т-кле- точных популяций [например, Тц и лимфоцитов, участвующих в реакции смешанной культуры лейкоцитов (СКЛ)[ и эволюцию МНС следует рассмотреть вместе ^рис. 15.14).

Эволюция МНС и Т-клеток

Рис. 15.14

Это филогенетическое древо позвоночных иллюстрирует некоторые стороны эволюции МНС и Т-клеток. Показаны два функциональных критерия существования МНС (наличие цитотоксических Т-лимфоцитов (Тц) и реакции смешанной культуры лейкоцитов (СКЛ), а также биохимические и молекулярно-биологические данные, свидетельствующие об экспрессии белков и генов МНС классов I и II. Пустой квадрат означает недостаточность имеющихся данных.

Функциональные критерии и/или молекулярные и генетические данные доказывают присутствие МНС у всех челюстноротых позвоночных, от хрящевых рыб и выше. [Функциональные критерии состоят в том, что СКЛ и быстрое отторжение аллотрансплантата регулируются одной полиморфной генной областью, и что такие феномены, как кооперация Т- и В-клеток, возникновение антигенспецифичных цитотоксических реакций (например, на аллогенные клетки), и «обучение» Т-клеток в тимусе, находятся под контролем МНС.]

МНС подробно изучен у пойкилотермных позвоночных Xenopus

Недавно проведенные исследования позволили обнаружить гены МНС у хрящевых рыб, чьи предки дивергировали от линии развития других позвоночных более 400 млн. лет назад. Однако наиболее полно гены и белки МНС изучены среди пойкилотермных у шпорцевой лягушки Xenopus laevis. На рис. 15.15 показано строение ее МНС (XLA) в сравнении с МНС птиц (В-локус) и мыши (локус Н-2).

Классические антигены МНС (1а) у Xenopus Белки класса 1а у Xenopus полиморфны и кодируются примерно 20 аллелями. Они присутствуют на поверхности всех зрелых клеток, но в наибольшей степени — на гемопоэтических клетках. а-Цепи

этих белков имеют молекулярную массу 40—44 кДа; они образуют 3 домена и нековалентно связаны с Р2’микР°глобулином. Белки МНС класса 1 у Xenopus необычны в том отношении, что кодируются одним генным локусом (в отличие от трех у человека и двух у мыши).

Рис. 15.15МНС можно обнаружить у всех челюстноротых позвоночных. Показана предположительная организация локусов МНС у шпорцевой лягушки (Xenopus) и курицы (Ga//us). Структура мышиного комплекса Н-2 (Mus)Рис. 15.15МНС можно обнаружить у всех челюстноротых позвоночных. Показана предположительная организация локусов МНС у шпорцевой лягушки (Xenopus) и курицы (Ga//us). Структура мышиного комплекса Н-2 (Mus)полностью установлена. Расстояния между генами у Xenopus и Gallus показаны произвольно. (Схема любезно предоставлена д-ром L. Du Pasquier.)полностью установлена. Расстояния между генами у Xenopus и Gallus показаны произвольно. (Схема любезно предоставлена д-ром L. Du Pasquier.)Неклассические антигены МНС (lb) у Xenopus Среди генов класса I у Xenopus первым было идентифицировано большое семейство мономорфных неклассических (класс I) МНС-подобных молекул. Гены, кодирующие эти молекулы, и классические МНС-гены (1а) расположены в разных хромосомах. Ген класса lb, по-видимому, кодирует молекулу, гомологичную белок-связывающим участкам белков теплового шока 70 (БТШ 70). Недавно предложена гипотеза, согласно которой пептид-связывающая область молекул МНС класса I сформировалась в процессе эволюции из предсуществовавших БТШ. (БТШ — это обнаруживаемые у всех организмов эволюционно консервативные молекулы, которые действуют как «шепероны» — компаньоны-помощники, участвуя в пространственной укладке и внутриклеточном транспорте белков.) Неклассические МНС- подобные белки, ассоциированные с эпителием, обнаружены у всех изученных позвоночных; предполагается, что они могут обладать различными функциями, например распознавать БТШ патогенных организмов или инфицирован-

Рис. 15.15

МНС можно обнаружить у всех челюстноротых позвоночных. Показана предположительная организация локусов МНС у шпорцевой лягушки (Xenopus) и курицы (Ga//us). Структура мышиного комплекса Н-2 (Mus)

Рис. 15.15

МНС можно обнаружить у всех челюстноротых позвоночных. Показана предположительная организация локусов МНС у шпорцевой лягушки (Xenopus) и курицы (Ga//us). Структура мышиного комплекса Н-2 (Mus)

полностью установлена. Расстояния между генами у Xenopus и Gallus показаны произвольно. (Схема любезно предоставлена д-ром L. Du Pasquier.)

полностью установлена. Расстояния между генами у Xenopus и Gallus показаны произвольно. (Схема любезно предоставлена д-ром L. Du Pasquier.)

Рис. 15.16

Иммунофлуоресценция дендритных клеток Xenopus, несущих на поверхности молекулы МНС класса II. АПК, сходные с клетками Лангерганса (Л), часто встречаются в базальном эпидермальном слое кожи. Видны также положительные по классу II клетки протоков кожных желез, проходящих через эпидермис (П), и кожные железы, расположенные под эпидермисом (Ж), х 100.

ных/угнетенных собственных клеток и затем презентировать эти консервативные пептиды Т- клеткам с рестриктированными ТкР.

Антигены МНС класса Пу Xenopus Молекулы МНС класса II у Xenopus полиморфны (кодируются примерно 30 аллелями) и конститутивно экспрессированы лишь на некоторых зрелых клетках, в том числе на тимоцитах. В- и Т-лимфоцитах и различных АПК, таких как клетки, сходные с клетками Лангерганса кожного эпидермиса Крис. 15.16). Белки класса II состоят из кодируемых генами МНС а- и p-цепей; обе цепи представляют собой трансмембранные гликопротеины с молекулярной массой 30-35 кДа. Гены р- цепей молекул МНС класса II у Xenopus кодируют полипептиды, имеющие почти 50 % гомологию с P-цепями МНС класса II млекопитающих. При синтезе белки МНС класса II временно связаны с инвариантной цепью. У Xenopus (как и у человека) имеются три локуса p-генов МНС класса И.

Экспрессия МНС у Xenopus на каждой стадии жизненного цикла различна

Интересная особенность экспрессии МНС в онтогенезе у Xenopus заключается в том, что до стадии метаморфоза классические молекулы МНС класса I не экспрессируются на поверхности ка

ких-либо клеток. Напротив, молекулы класса II появляются уже на ранней стадии развития головастиков на В-клетках и некоторых эпителиальных клетках, непосредственно контактирующих с внешней средой. Это свидетельствует о том, что экспрессия классических молекул класса I не является необходимой для ранних стадий развития или для функционирования иммунной системы на стадии головастиков. Не исключено, однако, что важную роль в иммунитете головастиков играют неклассические белки класса 1. На этой стадии онтогенеза основное значение, возможно, имеет клеточный иммунитет, рестриктирован- ный по молекулам МНС класса II. Более широкое представительство молекул МНС класса 11 у головастиков по сравнению со зрелыми лягушками указывает на то, что на низших ступенях эволюции, в более примитивной иммунной системе, именно эти молекулы, возможно, несли функцию презентации антигенов.

МНС у других позвоночных

Белки МНС классов I и II и полиморфные гены класса II недавно обнаружены у хрящевых рыб. Среди костистых рыб генами МНС класса I и Р2-микроглобулина обладает, как установлено, радужная форель и генами МНС класса И — карп.

Аксолотли, для которых характерны относительно слабые Т-клеточные реакции на аллоан- тигены. обладают а- и P-цепями молекул МНС класса II с ограниченным полиморфизмом. Эти земноводные экспрессируют также кодируемые МНС эритроцитарные антигены, сходные с «-цепями (44 кДа) класса I и с полиморфными молекулами класса IV, присутствующими на ядерных эритроцитах курицы. Они могут присутствовать также у Xenopus. а-Цепи класса I и гетеродимерные молекулы класса II найдены и у различных пресмыкающихся.

У различных позвоночных фенотипически и функционально идентифицированы Т-клетки

У птиц найдены оф- и у8-ТкР в комплексе с коре- цепторными молекулами СОЗ, CD4 и CD8. В настоящее время появляются данные о наличии некоторых из этих рецепторов или составляющих их цепей у рыб и амфибий. Например, гены из тимоцитов и спленоцитов мексиканского аксолотля обнаруживают значительную гомологию с генами P-цепей ТкР пгиц и млекопитающих. На поверхности тимоцитов и лимфоидных клеток опухоли тимуса у Xenopus присутствует белок

55 кДа, сходный по аминокислотной последовательности с 8-цепью ТкР. С помощью полученных в настоящее время моноклональных антител анти-Xenopus обнаруживаются маркеры, возможно соответствующие CD5 (71—88 кДа, экспрессия на всех Т-клетках) и CD8 (35 кДа, экспрессия на цитотоксических Т-клетках). У радужной форели недавно выявлены генные сегменты, кодирующие P-цепи ТкР, однако получить моноклональные антитела, специфичные по отношению к Т-клеткам рыб, пока не удалось. У хрящевых рыб найдены четыре различных типа генов Т- клеточных рецепторов. Клеточная и молекулярная основа реакции СКЛ, наблюдающейся у миксин, пока не расшифрована.

Важнейшее значение для иммунных реакций у пойкилотермных животных имеет температура. У сома низкая температура тормозит пролиферацию Т- (но не В-) клеток. Эти эффекты обусловлены низким содержанием некоторых ненасыщенных жирных кислот (например, олеиновой) в Т-клетках рыб и связанной с этим текучестью мембран. Поэтому корм с высоким содержанием соответствующих жирных кислот может способствовать лучшей адаптации рыб к низкой температуре. Олеиновая кислота снимает также наблюдаемую при низких температурах супрессию реакций Т-клеток млекопитающих in vitro (природа термочувствительных процессов точно не установлена).

Эволюция В-клеток и иммуноглобулинов

Тяжелые и легкие цепи иммуноглобулинов имеются у различных позвоночных

Обнаруженные у миксин белки, ранее считавшиеся антителами, в настоящее время идентифицированы как белки комплемента СЗ—С5. Пока у круглоротых (миксин и миног) не удалось выявить молекул, принадлежащих к суперсемейству иммуноглобулинов.

Все челюстноротые позвоночные вырабатывают антитела к широкому кругу антигенов. Однако антитела, вырабатываемые пойкилотермными позвоночными, характеризуются низкой аффинностью и слабой иммунологической памятью по сравнению с антителами у гомойотермных позвоночных. Структура антител эволюционно консервативна; у всех животных эти белки состоят из мультидоменных тяжелых и легких полипептид- ных иммуноглобулиновых цепей (см. гл. 6), которые могут экспрессироваться на поверхности

В-клеток, играя роль рецепторов, или секретироваться активированными В-клетками в кровь.

У всех челюстноротых позвоночных присутствует полимерный IgM (рис. 15.17), а у рыб антитела принадлежат в основном к этому классу. Каждая тяжелая p-цепь состоит из четырех константных и одного вариабельного доменов; тяжелые и легкие цепи связаны дисульфидными мостиками. Семейство p-цепей обнаруживает в филогенезе значительное разнообразие; например, между p-цепями сома и мыши имеется лишь 24 % гомология по аминокислотной последовательности.

У некоторых хрящевых рыб, таких как скаты и акулы, обнаружены низкомолекулярные антитела без p-цепей (см. рис. 15.17), но эволюционная связь IgR с другими изотипами Н-цепей остается неясной. У амфибий, рептилий и птиц имеется состоящий из четырех константных доменов изотип тяжелых цепей, получивший обозначение IgY. Предположительно он является предшественником IgG и IgE млекопитающих, с которыми имеет структурное и функциональное сходство. У аксолотля IgY может быть и секреторным иммуноглобулином, так как в кишечнике он свя-

Иммуноглобулины у позвоночных

Рис. 15.17

Распределение и возможное родство иммуноглобулинов у позвоночных. Полимерный IgM найден у всех челюстноротых позвоночных, но, как показано на рисунке, с разным числом основных единиц (состоящих из 2 тяжелых + 2 легких цепей). Мономерный IgM присутствует также в крови хрящевых (пластиножаберных) и костистых рыб. У представителей разных групп обнаружены тяжелые цепи, не относящиеся к ц-изотипу, но роль иммуноглобулинов этих изотипов часто остается неизвестной. (Таблица любезно предоставлена д-ром G. Warr.)

зав с молекулами, сходными с секреторными. Интересно, что несмотря на отсутствие у рыб IgE, костистые рыбы демонстрируют реакции гиперчувствительности I типа; возможно, у них имеются связанные с тканями гомоцитотропные антитела. У Xenopus изотип IgX, продукция которого в отличие от IgY является тимус-независи- мой, может быть эквивалентом секреторного IgA млекопитающих, поскольку этот изотип присутствует в основном в кишечнике. Изотип IgA, возможно, впервые появляется у птиц.

Для многих пойкилотермных характерно и разнообразие легких цепей. Два антигенно различных типа легких цепей, один из которых сходен с к-цепью, обнаружены у Xenopus и два — у сома, черепахи и аллигатора. У акул имеются как к-, так и Х-цепи; это свидетельствует, что дивергенция предковых легких цепей произошла до этапа хрящевых рыб.

Усатая акула-нянька, как недавно установлено, обладает ранее неизвестной молекулой иммуноглобулинового суперсемейства, которая, возможно, эволюционно предшествовала появлению иммуноглобулинов и ТкР. Эта молекула (получившая название нового антигенного рецептора. НАР, англ. — NAR) состоит из одного вариабельного и пяти константных доменов и присутствует в сыворотке в виде димера. Кодирует НАР генный локус, который подвергается перестройке и соматическому мутированию. В настоящее время у хрящевых рыб выявлен новый класс химерных антител; это позволяет усомниться в том, что первичным изотипом lg является IgM.

У низших позвоночных обнаружены четыре типа организации генов иммуноглобулинов

Активные исследования локуса иммуноглобулиновых генов у пойкилотермных позвоночных с помощью технологии рекомбинантной ДНК поз

волили в последние годы обнаружить четыре типа его организации.

Амфибии и костистые рыбы У этих животных локус IgH организован по тому же типу, что и у млекопитающих («транслокон»). У Xenopus, например, имеется 80—100 сегментов Ун, 15 — Dh и 9 — Jh (рис. 15.18). Обнаружены как структурные области, так и области, определяющие комплемен- тарность. Константные области каждой цепи (IgM, IgX, IgY) у Xenopus кодируются четырьмя экзонами Сн. Легкие цепи кодируются двумя разными хромосомами, каждая с сегментами Vl, Jl и Cl. У костистых рыб гены легких цепей иммуноглобулинов обнаруживают «мультикластерную» организацию, типичным примером которой служит их организация у акул (см. ниже).

lgH-локус у XenopuslgH-локус у XenopusVhi - VhiooDhi - >Dhi5 Jhi - JhsCp Cx CvI ■■■■ 111 II I I 1Vhi - VhiooDhi - >Dhi5 Jhi - JhsCp Cx CvI ■■■■ 111 II I I 1300 500 т.п.h.20 т.п.h.10 т.п. н.4т.п.н.300 500 т.п.h.20 т.п.h.10 т.п. н.4т.п.н.Рис. 15.18Строение локуса IgH у Xenopus сходно с его строением у костистых рыб и отчасти млекопитающих. Ко всем генным сегментам примыкают рекомбинационные сигнальные последовательности. Вначале D-сегменты соединяются с Jh, затем к D-J присоединяются гены Vh. Наконец, перестроенные гены V-D-J соединяются с геном константной области, образуя гены IgM, IgX или IgY. (Поданным д-ра L. Du Pasquier.)Рис. 15.18Строение локуса IgH у Xenopus сходно с его строением у костистых рыб и отчасти млекопитающих. Ко всем генным сегментам примыкают рекомбинационные сигнальные последовательности. Вначале D-сегменты соединяются с Jh, затем к D-J присоединяются гены Vh. Наконец, перестроенные гены V-D-J соединяются с геном константной области, образуя гены IgM, IgX или IgY. (Поданным д-ра L. Du Pasquier.)В процессе созревания В-клеток у Xenopus, как и у млекопитающих, происходят множественные перестройки иммуноглобулиновых генов: существует и аллельное исключение, приводящее к появлению моноспецифичных В-лим- фоцитов. У Xenopus найдены активированные рекомбиназой гены (участвующие в перестройке иммуноглобулиновых генов), но разнообразие антител (V-области) при этом весьма незначительно; у взрослых особей имеется всего примерно 5-105 различных молекул антител. Ограниченное созревание аффинности после активации В-клеток у Xenopus (и других пойкилотермных), по-видимому, не связано с отсутствием соматического мутирования иммуноглобулиновых генов. Скорее это можно связать с неэффективной селекцией мутантов из-за отсутствия в лимфоидных органах холоднокровных соответствующих центров размножения. Лимфоузлы с центрами размножения найдены лишь у птиц и млекопитающих. Хотя у головастиков Xenopus имеются те же три изотипа lg, какие присутствуют у зрелых особей, репертуар антител у тех и других разли-

lgH-локус у Xenopus

lgH-локус у Xenopus

Vhi - VhiooDhi - >Dhi5 Jhi - JhsCp Cx Cv

I ■■■■ 111 II I I 1

Vhi - VhiooDhi - >Dhi5 Jhi - JhsCp Cx Cv

I ■■■■ 111 II I I 1

300 500 т.п.h.20 т.п.h.10 т.п. н.4т.п.н.

300 500 т.п.h.20 т.п.h.10 т.п. н.4т.п.н.

Рис. 15.18

Строение локуса IgH у Xenopus сходно с его строением у костистых рыб и отчасти млекопитающих. Ко всем генным сегментам примыкают рекомбинационные сигнальные последовательности. Вначале D-сегменты соединяются с Jh, затем к D-J присоединяются гены Vh. Наконец, перестроенные гены V-D-J соединяются с геном константной области, образуя гены IgM, IgX или IgY. (Поданным д-ра L. Du Pasquier.)

Рис. 15.18

Строение локуса IgH у Xenopus сходно с его строением у костистых рыб и отчасти млекопитающих. Ко всем генным сегментам примыкают рекомбинационные сигнальные последовательности. Вначале D-сегменты соединяются с Jh, затем к D-J присоединяются гены Vh. Наконец, перестроенные гены V-D-J соединяются с геном константной области, образуя гены IgM, IgX или IgY. (Поданным д-ра L. Du Pasquier.)

чек. На репертуар 1g у зрелых особей влияют генные перестройки, происходяшие при новой волне созревания В-клеток после метаморфоза. Третья гипервариабельная область у зрелых особей приобретает дополнительное разнообразие вследствие случайного добавления М-концевых остатков, тогда как у головастиков этого не происходит.

Возникновение разнообразия антител у птиц В данном случае оно связано с иным типом организации иммуноглобулиновых генов и происходит в характерном только для птиц месте — в расположенной у клоаки фабрициевой сумке (рис. 15.19). В локусе легких цепей у курицы имеется один V-ген, который вначале перестраивается и соединяется с одним комплексом J—С (рис. 15.20). Локус IgH содержит также область множественных

D-генов. Перестройка происходит в течение лишь ограниченного периода раннего развития, когда стволовые клетки колонизируют фабрициеву сумку; в отличие от этого у мыши и человека перестройка иммуноглобулиновых генов в пре- В-клетках происходит в течение всей жизни организма. Затем сегменты (длиной 10—120 п.н.) перестроенных иммуноглобулиновых генов замещаются у курицы нуклеотидными последовательностями из псевдогенов, примыкающих к единственному V-гену. Генные конверсии происходят с высокой частотой (как и у кролика) в течение всего срока пролиферации В-клеток в сумке.

Рис. 15.19Два основных органа иммунной системы у птиц - это тимус (2) и фабрициева сумка (1). Лимфоциты, развивающиеся в тимусе, называются Т-клетками, а те, которые развиваются в фабрициевой сумке, В-клетками. В сумке отмечены лимфоидные фолликулы (Л) и просвет протока (П), а в тимусе - корковая (К) и мозговая (М) зоны. Окраска гематоксили- ном-эозином. х 20.Рис. 15.19Два основных органа иммунной системы у птиц - это тимус (2) и фабрициева сумка (1). Лимфоциты, развивающиеся в тимусе, называются Т-клетками, а те, которые развиваются в фабрициевой сумке, В-клетками. В сумке отмечены лимфоидные фолликулы (Л) и просвет протока (П), а в тимусе - корковая (К) и мозговая (М) зоны. Окраска гематоксили- ном-эозином. х 20.Фабрициева сумкаФабрициева сумкаГенетическая основа разнообразия антител у курицыГенетическая основа разнообразия антител у курицыГаметная ДНКГаметная ДНКПсевдогеныI1ПсевдогеныI1ПерестройкаПерестройкаДНК В-клеткиДНК В-клеткиРис. 15.20Гаметный локус легких цепей иммуноглобулинов у курицы имеет длину менее 30 т.п.н. ДНК. Единственный функциональный V-ген (Vl) расположен на 2 т.п.н. выше от единственного элемента J-C; к нему примыкает кластер из 25 псевдогенов (Р) длиной 19 т.п.н. Перестройка происходит в течение короткого срока на ранней стадии развития В-клеток. Разнообразие антител обеспечивается генной конверсией между Р и перестроенной последовательностью. Показанная перестройка (Р1, Р2 и Р24) лишь иллюстрирует процесс; в преобразованном V-генном сегменте псевдогены необязательно располагаются именно в таком порядке.Рис. 15.20Гаметный локус легких цепей иммуноглобулинов у курицы имеет длину менее 30 т.п.н. ДНК. Единственный функциональный V-ген (Vl) расположен на 2 т.п.н. выше от единственного элемента J-C; к нему примыкает кластер из 25 псевдогенов (Р) длиной 19 т.п.н. Перестройка происходит в течение короткого срока на ранней стадии развития В-клеток. Разнообразие антител обеспечивается генной конверсией между Р и перестроенной последовательностью. Показанная перестройка (Р1, Р2 и Р24) лишь иллюстрирует процесс; в преобразованном V-генном сегменте псевдогены необязательно располагаются именно в таком порядке.Третий тип организации генных локусов 1д обнаружен у хрящевых рыб В этом случае тяжелая (р) и легкие (X- и к-подобные) цепи иммуноглобулинов

Рис. 15.19

Два основных органа иммунной системы у птиц - это тимус (2) и фабрициева сумка (1). Лимфоциты, развивающиеся в тимусе, называются Т-клетками, а те, которые развиваются в фабрициевой сумке, В-клетками. В сумке отмечены лимфоидные фолликулы (Л) и просвет протока (П), а в тимусе - корковая (К) и мозговая (М) зоны. Окраска гематоксили- ном-эозином. х 20.

Рис. 15.19

Два основных органа иммунной системы у птиц - это тимус (2) и фабрициева сумка (1). Лимфоциты, развивающиеся в тимусе, называются Т-клетками, а те, которые развиваются в фабрициевой сумке, В-клетками. В сумке отмечены лимфоидные фолликулы (Л) и просвет протока (П), а в тимусе - корковая (К) и мозговая (М) зоны. Окраска гематоксили- ном-эозином. х 20.

Фабрициева сумка

Фабрициева сумка

Генетическая основа разнообразия антител у курицы

Генетическая основа разнообразия антител у курицы

Гаметная ДНК

Гаметная ДНК

Псевдогены

I1

Псевдогены

I1

Перестройка

Перестройка

ДНК В-клетки

ДНК В-клетки

Рис. 15.20

Гаметный локус легких цепей иммуноглобулинов у курицы имеет длину менее 30 т.п.н. ДНК. Единственный функциональный V-ген (Vl) расположен на 2 т.п.н. выше от единственного элемента J-C; к нему примыкает кластер из 25 псевдогенов (Р) длиной 19 т.п.н. Перестройка происходит в течение короткого срока на ранней стадии развития В-клеток. Разнообразие антител обеспечивается генной конверсией между Р и перестроенной последовательностью. Показанная перестройка (Р1, Р2 и Р24) лишь иллюстрирует процесс; в преобразованном V-генном сегменте псевдогены необязательно располагаются именно в таком порядке.

Рис. 15.20

Гаметный локус легких цепей иммуноглобулинов у курицы имеет длину менее 30 т.п.н. ДНК. Единственный функциональный V-ген (Vl) расположен на 2 т.п.н. выше от единственного элемента J-C; к нему примыкает кластер из 25 псевдогенов (Р) длиной 19 т.п.н. Перестройка происходит в течение короткого срока на ранней стадии развития В-клеток. Разнообразие антител обеспечивается генной конверсией между Р и перестроенной последовательностью. Показанная перестройка (Р1, Р2 и Р24) лишь иллюстрирует процесс; в преобразованном V-генном сегменте псевдогены необязательно располагаются именно в таком порядке.

Иммуноглобулиновые Ун-локусы у акул

Рис. 15.21

У акул имеется примерно 200 кластеров генов тяжелых цепей, каждый из которых содержит по одному генному сегменту V, D, J и С. Четвертый и девятый кластеры показаны в развернутом виде. Сегменты Ун, Он и Jh тесно связаны и занимают участок длиной примерно 1,3 т.п.н. Вместе с сегментом Сн они занимают участок всего около 10-15 т.п.н. Расположение генов в кластере соответствует, по-видимому, гамет- ному и не зависит от механизмов соматической перестройки, чем может объясняться отсутствие у этого вида различий в иммунных реакциях между особями. (По данным д-ров J. Marchalonis и G. Litman.)

кодируются многочисленными мелкими отдельными кластерами (кассетами) (рис. 15.21), включающими все V- (D-), J- и С-гены. Каждый кластер иммуноглобулиновых генов по последовательности ДНК отличается от других. Эти последовательности имеют гаметную конфигурацию (гены зародышевой линии). Антитела акул обладают, по-видимому, чрезвычайно разнообразным (многомиллионным) репертуаром связывающих специфичностей, но, поскольку разнообразие закодировано в гаметной ДНК, а не обусловлено соматическими механизмами, между особями различия в иммуноглобулинах отсутствуют. Таким образом, формирование разнообразия иммуноглобулинов за счет перестройки соматических генов (какое имеет место у костистых рыб, амфибий, птиц и млекопитающих) характерно не для всех позвоночных. У хрящевых рыб присутствует большое количество врожденных антител против разнообразных антигенов; эти антитела аналогичны полиспецифичным (часто аутореактивным) IgM-антителам млекопитающих, которые в онтогенезе секретируются В-клетками CD5+. Неизвестно, может ли имеющаяся у акул кластерная организация субъединиц иммуноглобулиновых генов обусловливать клональную рестрикцию В-клеток. Однако уро

вень специфических антител у них может возрастать и без общего повышения содержания Ig в сыворотке, что указывает на существование клональной селекции.

Предварительные данные говорят о том, что у целокантов — эволюционных «реликтов», найденных в живом состоянии в Индийском океане, может присутствовать новый локус IgH (кластеры V—D-генов, распределенные по длине хромосомы).

Клетки системы врожденного иммунитета

У большинства позвоночных присутствуют нормальные клетки-киллеры (НК)

У млекопитающих НК представлены популяцией больших гранулярных лимфоцитов, отличающихся от Т- и В-клеток. В отличие от Тц они способны спонтанно лизировать трансформированные клетки, не экспрессирующие антигены МНС. НК-подобные лимфоидные клетки обнаружены и у некоторых низших позвоночных, включая птиц, рептилий, амфибий и костистых рыб. Более того, неспецифические цитотоксические клетки недавно выявлены даже у протохордовых; они оказались способными уничтожать опухолевые клетки млекопитающих. Установлено, что макрофаги как хрящевых, так и костных рыб обладают спонтанной цитотоксичностью, и доказано существование у акул антителозависимых клеточных цитотоксических (АЗКЦ) реакций.

Моноклональные антитела против НК-по- добных клеток сома модулируют цитотоксическое действие НК рыб и человека в отношении линий трансформированных клеток человека. Это свидетельствует об эволюционной консервативности соответствующих рецепторов к антигенам. У курицы обнаружены клетки, цитотоксический эффект которых не рестриктирован по МНС; возможно, они представляют собой НК. Эти клетки сходны с НК млекопитающих тем, что содержат в цитоплазме CD3. не имеют на поверхности комплекса TkP—CD3 и часто экспрессируют CD8. Такие особенности указывают на близкое родство НК- и Т-клеток. Однако и у млекопитающих и у птиц НК имеют внетимусное происхождение.

Фагоцитарная активность у рыб

Проблема устойчивости рыб к болезням имеет особое значение для рыбного хозяйства. В связи с этим подробно изучаются факторы, способные

усиливать фагоцитарную активность у рыб. Для их поиска важна разработка методов длительного культивирования лейкоцитов рыб, например сома и карпа, in vitro. Повышения активности фагоцитов рыб по отношению к бактериальным антигенам (возможно, вследствие высвобождения факторов, активирующих макрофаги) можно легко добиться путем введения убитых клеток патогенных микробов и их продуктов. Для повышения связанного с фагоцитами иммунитета у рыб применяются и Р-глюканы (полисахариды клеточной оболочки дрожжей и других грибов); они оказались хорошими адъювантами для вакцин, хотя механизм их действия еще не выяснен. Цитокины, например продуцируемый Т-клетками рыб «гамма-интерферон» и ФНОа человека, синергично усиливают дыхательную активность макрофагов радужной форели, приводя к продукции токсичных для бактерий метаболитов кислорода (супероксид-аниона и пероксида водорода). Активацию макрофагов рыб может блокировать ТФРр млекопитающих. У рыб обнаружены хемокин-подобные факторы, способные влиять на подвижность макрофагов. Поскольку при искусственном разведении рыб может возникать проблема иммуносупрессии, вызванной стрессом, представляет интерес недавно описанная способность иммуноактивного пептида FK-565 блокировать такую супрессию.

В различных воспалительных процессах у млекопитающих, как правило, принимают участие лейкотриены и другие липидные медиаторы (носящие общее название эйкозаноидов). К настоящему времени установлено, что эйкозаноиды синтезируются и у рыб (а также у амфибий) и выполняют у них важную функцию в воспалительных реакциях. Например, лейкотриен В4 усиливает миграцию лейкоцитов радужной форели; эйкозаноиды влияют и на пролиферацию Т-клеток этих рыб. На синтез эйкозаноидов у рыб может влиять содержание липидов в корме, и важно оптимально подбирать его при разработке методик вакцинации; этот вопрос активно изучается в настоящее время.

Не специфичные к антигенам молекулы

У позвоночных хорошо развиты классический и альтернативный пути активации комплемента Бесчелюстные обладают антителонезависимыми комплемент-подобными белками. У миксин они гомологичны компонентам СЗ, С4 и С5 компле

мента млекопитающих и действуют как опсонины; на фагоцитарных лейкоцитах обнаружен специфичный к ним рецептор (105 кДа). У представителей всех других классов позвоночных имеются как классический, так и альтернативный механизмы активации комплемента (у хрящевых рыб существование альтернативного пути не доказано).

У карпа обнаружены компоненты комплемента Cl — С9, а также факторы В и D. Установлена значительная гомология генов СЗ у Xenopus и млекопитающих. У бесхвостых амфибий охарактеризованы также компоненты комплемента Clq, С4, С5, лизирующий мембрану комплекс и фактор В. Компоненты комплемента рыб и амфибий обладают теми же основными свойствами (термолабильность и необходимость ионов Са2+ и Mg2+ для активации), что и соответствующие белки млекопитающих. Разумеется, температурный диапазон для активности комплемента у пойкилотермных животных значительно шире; она сохраняется и при 4 °C. В то же время и тепловая инактивация может происходить при более низкой температуре. У Xenopus, например, активность комплемента полностью исчезает через 40 мин инкубации при 45 °C. Для определения антител зрелых амфибий по гемолизу in vitro можно использовать комплемент морской свинки. Для большинства же рыб, а также головастиков подходит комплемент только от тех же или от близких видов.

У низших позвоночных имеются цитокины, функционально сходные с цитокинами млекопитающих Изучение цитокинов и особенно их рецепторов у низших позвоночных существенно отстает от успешных молекулярных исследований в области эволюции иммуноглобулинов, ТкР и МНС. Однако биологическими методами установлено, что определенные группы цитокинов присутствуют у многих классов позвоночных. К таким цитокинам относятся интерлейкины, интерфероны, фактор некроза опухолей, колониестимулирующие факторы и хемокины.

Например, из супернатантов культур стимулированных Т-лимфоцитов костных рыб, хвостатых и бесхвостых амфибий, змей и курицы выделены факторы роста Т-клеток (ФРТк), стимулирующие пролиферацию Т-лимфобластов in vitro (рис. 15.22). Очищенный ФРТк Xenopus представляет собой белок с молекулярной массой 16 кДа, обладающий биохимическим и

Фактор роста Т-клеток у Xenopus

Культуральная жидкость (КЖ)^ получение

Культуральная жидкость: исследование

Удаление селезенки

Ф Частично очищенная ЮК

Индукция включения ^H-тимидина в:

покоящиеся спленоциты

Т-лимфобласты

Поддержаниероста Т-клеточныхлиний

Культивирование селезеночных лимфоцитов

КЖ из 24-часовой культуры

Рис. 15.22

Обладающую активностью культуральную жидкость (АКЖ) из культуры стимулированных ФГА спленоцитов Xenopus сравнивали с культуральной жидкостью контрольных культур (ККЖ) (Оба препарата предварительно подвергали частичной очистке.) АКЖ, очевидно, содержит цитокины, поскольку явно стимулирует пролиферацию Т-лимфобластов (но оказывает меньшее стимулирующее влияние на покоящиеся спленоциты) и способствует росту аллореактивных Т-клеточных ли

ний; ККЖ таких эффектов не оказывает. Аналогичной, хотя и меньшей активностью обладает культуральная жидкость из смешанной культуры лейкоцитов. Активностью фактора роста Т-клеток у Xenopus обладает белок 16 кДа, который, судя по биохимическим и функциональным свойствам, вполне может представлять собой ИЛ-2 амфибий. (Рисунок любезно предоставлен д-ром N. Cohen.)

функциональным сходством с ИЛ-2 млекопитающих. Ген этого «ИЛ-2» и его рецепторы пока неизвестны.

«ИЛ-2-подобная» активность обнаружена в макрофагах костных рыб, амфибий и птиц. У пойкилотермных позвоночных (например, у искусственно разводимых рыб, популяции которых могут быть полностью уничтожены вирусом) найдены и «интерферон-подобные» факторы, активирующие макрофаги и обладающие антивирусной активностью. Недавно был секвенирован интерферон камбалы, который, однако, мало напоминает какие-либо другие интерфероны. Отсутствие гомологии и может быть причиной того, что с помощью олигонуклеотидных зондов (консервативных последовательностей генов, кодирующих цитокины млекопитающих) не всегда удается идентифицировать гены цитокинов у пойкилотермных животных. Это, однако, удалось в отношении фактора роста фибробластов амфибий, TGFp (TGFP5 Xenopus, у которых он может ингибировать пролиферацию Т-клеток, и TGFP4 курицы) и ИЛ-2 камбалы. Имеющиеся данные о том, что активацию макрофагов радужной форели под действием ФНОр человека бло

кирует их преинкубация с антителами к рецептору ФИО (р55) человека, указывают на эволюционный консерватизм рецепторов к ФИО.

Антимикробные пептиды

Важную функцию в иммунной системе позвоночных выполняют антимикробные пептиды, структурно сходные с описанными выше антимикробными пептидами беспозвоночных. Так, в кишечнике свиней обнаружены цекропины, а в фагоцитах и некоторых клетках кишечника млекопитающих — дефензины, влияющие на рост микробов. Гранулярные железы кожи и кишечника Xenopus секретируют пептиды другого семейства, получившие название магайнинов. Они обладают биоцидной активностью широкого спектра — против грамотрицательных и грампо- ложительных бактерий, грибов и простейших. Кроме того, они оказывают цитотоксическое действие и на клетки различных злокачественных опухолей человека. В настоящее время уже получены искусственно синтезированные магай- нины и рассматривается возможность их использования в качестве лекарственных средств. Еще одним кандидатом на применение в качестве ле-

Лимфомиелоидные ткани у различных групп рыбЛимфомиелоидные ткани у различных групп рыбРис. 15.24Обратите внимание, что кишечник у акул и осетров также богат лимфомиелоидной тканью (Рисунок любезно предоставлен д-ром R. Fange )Рис. 15.24Обратите внимание, что кишечник у акул и осетров также богат лимфомиелоидной тканью (Рисунок любезно предоставлен д-ром R. Fange )

Лимфомиелоидные ткани у различных групп рыб

Лимфомиелоидные ткани у различных групп рыб

Рис. 15.24

Обратите внимание, что кишечник у акул и осетров также богат лимфомиелоидной тканью (Рисунок любезно предоставлен д-ром R. Fange )

Рис. 15.24

Обратите внимание, что кишечник у акул и осетров также богат лимфомиелоидной тканью (Рисунок любезно предоставлен д-ром R. Fange )

чебного средства является скваламин — стероид из акул, обладающий обшей антибиотической активностью.

ЛИМФОМИЕЛОИДНЫЕ ТКАНИ У НИЗШИХ позвоночных

Анатомической основой для взаимодействия им- муноцитов с антигеном служит лимфомиелоидная система, где происходит образование и где хранятся лимфоциты, гранулоциты и другие клетки крови.

Лимфомиелоидные ткани рыб

Миксины лишены как тимуса, так и селезенки. Лимфоциты у этих представителей круглоротых развиваются в лимфоидной ткани в области жаберных щелей или в кишечнике. У других круглоротых, миног, имеется примитивная селезенка и ткань, подобная костному мозгу.

У челюстноротых рыб отсутствуют лимфоидный ряд дифференцировки клеток костного мозга, лимфоузлы и лимфоидная ткань, ассоциированная с кишечником ЛТК крис. 15.23). Однако у них хорошо развит тимус и селезенка, диффузная ЛТК и лимфомиелоидная ткань в почках и пече-

Эволюция лимфомиелоидной ткани у позвоночныхЭволюция лимфомиелоидной ткани у позвоночныхРис. 15.23У рыб и амфибий лимфоидная и миелоидная ткани не разделены.Рис. 15.23У рыб и амфибий лимфоидная и миелоидная ткани не разделены.

Эволюция лимфомиелоидной ткани у позвоночных

Эволюция лимфомиелоидной ткани у позвоночных

Рис. 15.23

У рыб и амфибий лимфоидная и миелоидная ткани не разделены.

Рис. 15.23

У рыб и амфибий лимфоидная и миелоидная ткани не разделены.

ни (рис. 15.24). Важная особенность лимфомиелоидной ткани рыб заключается в том, что в печени «примитивных» форм (а у костистых рыб еще и в селезенке и почках) присутствует множество мелано-макрофагальных центров (рис. 15.25). В этих центрах аккумулируются пигменты, такие как гемосидерин, цероид, меланин и в особо большом количестве липофусцин. Накопление пигментов в «макрофагальных агрегатах» рыб отчасти может быть связано с высоким содержанием у рыб ненасыщенных жирных кислот, благодаря которому сохраняется текучесть мембран при низкой температуре; такие липиды особенно подвержены процессам перекисного окисления и образования липофусцина.

Лимфомиелоидные ткани амфибий

Тимус

У взрослых особей Xenopus тимус расположен сзади среднего уха, непосредственно под кожей. Как и у большинства других позвоночных, за ис-

Рис. 15.25

Мелано-макрофагальные центры (ММЦ) в печени рыб. Макро- и микрофотографии печени рыбы (Rivulus marmoratus), зараженной в эксперименте паразитом Calyptospora funduli. Через 60 сут после заражения отчетливо видны ММЦ (1, х 60). В препарате под покровным стеклом (2, х 100) видно, что ММЦ со

стоят из дегенерирующих ооцитов (О) паразита и прилегающих к ним пигментных частиц (П) хозяина Основную роль в образовании ММЦ играют моноядер- ные фагоциты. (Фото любезно предоставлены д-ром W. Vogelbein.)

ключением костистых рыб, он отделяется от глоточного эпителия уже на очень ранних стадиях развития. Тимус дифференцируется на наружную, корковую и внутреннюю (бледнее окрашивающуюся), мозговую зону. Быстро пролиферирующие лимфоциты корковой зоны особенно чувствительны к радиационному воздействию (рис. 15.26). Обработка тимуса Xenopus in vitro глюкокортикоидами ускоряет апоптоз его клеток. У Капа повышение уровня кортикостероидов in vivo может вызывать атрофию тимуса.

Убедительно доказано, что у пойкилотермных животных, как и у гомойотермных, тимус продуцирует лимфоциты, обладающие функциями Т-клеток. На рис. 15.27 показана ультраструктура лимфоцитов и соседних эпителиальных клеток тимуса. В тимусе амфибий присутствуют также стромальные клетки других типов, включая крупные дендритные (интердигитатные) клетки, макрофаги, пузырчатые, дегенерирующие клетки и гранулярные клетки. В тимусе рептилий и млекопитающих обнаружены и миоидные клетки (см. рис. 15.27), которые могут способствовать циркуляции тканевой жидкости, а также служить источником факторов, стимулирующих макрофаги. Эпителиальные клетки тимуса, на ранних стадиях развития экспрессирующие антигены МНС класса П, по-видимому, участвуют в «обучении»

Т-клеток (см. ниже). В тимусе лягушек присутствуют комплексы из стромальных клеток и заключенных в них тимоцитов, напоминающие клетки- «няни». Эти комплексы могут представлять собой места «обучения» Т-клеток. В тимусе позвоночных различных видов, в том числе амфибий, найдены и В-клетки, хотя этот орган не служит местом их образования. В тимусе лягушек Капа обнаружены венулы с высоким эндотелием, которые могут способствовать иммиграции клеток.

Селезенка

У всех челюстноротых позвоночных селезенка служит главным периферическим лимфоидным органом. Вместе с «лимфоузлами» и почками она захватывает антиген, удерживает пролиферирующие после стимуляции антигеном лимфоциты, а также высвобождает эти клетки и их продукты в кровь. В селезенке Xenopus имеются тимус-зави- симые и независимые лимфоидные зоны (рис 15.28). Фолликулы белой пульпы содержат множество В-клеток (рис. 15.29), что обнаруживается при окрашивании этой области моноклональными антителами к иммуноглобулинам. Селезеночные Т-клетки, присутствующие главным образом в краевой зоне, лишены поверхностных иммуноглобулинов, но связывают анти-Т-клеточные моноклональные антитела (см. рис. 15.29).

Рис. 15.26

Тимус взрослой особи Xenopus: эффект облучения. В нормальном (1, х 35) тимусе корковая зона (К) содержит множество лимфоидных элементов; бледнее окрашивающаяся мозговая зона (М) заселена лимфоцитами в меньшей степени. Показан результат гамма-облучения тимуса (9 сут после облучения в дозе 300 рад) (2, х 90). Обратите внимание на резкое уменьшение количества лимфоцитов в корковой зоне (К) при сохранении некоторых клеток в мозговой зоне (М). Облученный тимус уменьшается в размерах. Тимус окружен жировой тканью (Ж). Окраска толуидиновым синим.

Кровь поступает в селезенку через центральную артериолу белой пульпы, тесно контактирующую с норадренергическими волокнами симпатической нервной системы. Эти волокна иннервируют селезенку и оказывают иммуномодулирующие эффекты. Капилляры центральной артериолы проникают в краевую зону, окружающую красную пульпу. Их стенки вносят вклад в формирование пограничного слоя. Эксперименты с применением окраски тушью и флуоресцентных антигенов показали, что материал из крови вначале попадает именно в красную пульпу. Позднее циркулирующие антигены захватываются фолликулами белой пульпы и, таким образом, вступают в тесный контакт с потенциальными антителопродуцирующими клетками (рис. 15.30). Антигены удерживаются на поверхности крупных дендритных клеток, отростки которых тянутся в виде псевдоподий через пограничный слой в богатую Т-клетками краевую зону. По об-

Рис. 15.27

Электронная микрофотография мозговой зоны тимуса головастика Xenopus. Ядро миоидной клетки окружено концентрическими кольцами исчерченных миофибрилл (М) (сходство со скелетными мышцами). Ядерный хроматин мелких лимфоцитов (Л) образует отдельные электроноплотные зоны; цитоплазма бедна органеллами. В ядре эпителиальной клетки (Э) хроматин распределен равномерно и видны ядрышки; цитоплазма обильная и её выросты подобно пальцам (П) проникают между лимфоцитами и клетками других типов, формируя поддерживающую сеть х 700. (Фото любезно предоставлено д-ром J. Rimmer.)

Рис. 15.28

Срез селезенки взрослой особи Xenopus. Видны тимус-зависимые [перифолликулярная красная пульпа, или краевая зона (КЗ)] и тимус-независимые (белая пульпа) области. У Xenopus (в отличие от многих других пойкилотермных животных) белая пульпа (БП) четко отделяется от окружающей красной пульпы (КП) почти не окрашивающимся пограничным слоем клеток (ПС). В красной пульпе также видны скопления лимфоцитов. Окраска гематоксилином-эозином. х 80.

щему строению селезенка амфибий подобна селезенке млекопитающих, однако не содержит центров размножения. Селезенка выполняет у амфибий важную роль в созревании В-клеток, как на стадии головастиков (наряду с печенью), так и на стадии зрелых особей, у которых она служит основным местом дифференцировки В-клеток. Удивительно, что В-лимфоциты Xenopus конститутивно не экспрессируют CD5 — маркер,

Рис. 15.29Селезенка взрослой особи Xenopus; видны зоны, богатые В- и Т-клетками. 1. Фолликул белой пульпы (БП), содержащий множество В-клеток; эти клетки присутствуют также в краевой зоне (КЗ) и красной пульпе (КП), в основном в виде сильно прокрашивающихся плазматических клеток. Окраска анти-В-кле- точными (анти-lgM) мАт. х 100.Рис. 15.29Селезенка взрослой особи Xenopus; видны зоны, богатые В- и Т-клетками. 1. Фолликул белой пульпы (БП), содержащий множество В-клеток; эти клетки присутствуют также в краевой зоне (КЗ) и красной пульпе (КП), в основном в виде сильно прокрашивающихся плазматических клеток. Окраска анти-В-кле- точными (анти-lgM) мАт. х 100.Рис. 15.30Иммунофлуоресценция селезенки взрослой особи Xenopus, демонстрирующая захват антигена.Лягушке вводили IgG человека. Через 3 нед готовили замороженные срезы селезенки и инкубировали их с меченными флуоресцеином антителами к IgG человека. Яркое зеленое свечение показывает присутствие антигена в фолликулах белой пульпы (БП). Антиген захватывают дендритные клетки, сходные с аналогичными клетками у млекопитающих и птиц, и он появляется на поверхности ретикулярных клеток, х 35.Рис. 15.30Иммунофлуоресценция селезенки взрослой особи Xenopus, демонстрирующая захват антигена.Лягушке вводили IgG человека. Через 3 нед готовили замороженные срезы селезенки и инкубировали их с меченными флуоресцеином антителами к IgG человека. Яркое зеленое свечение показывает присутствие антигена в фолликулах белой пульпы (БП). Антиген захватывают дендритные клетки, сходные с аналогичными клетками у млекопитающих и птиц, и он появляется на поверхности ретикулярных клеток, х 35.Рис. 15.31Срез лимфатической железы головастика Rana.Удлиненный (парный) лимфомиелоидный узел (У) с вентральной стороны прикреплен к эпителию (Э) жаберной камеры и выступает в просвет крупного лимфатического канала (К). В середине видны жабры (Ж) и палец (П) передней конечности, лежащий в жаберной камере; сверху - кожа головастика. Лимфатическая железа состоит из лимфоидной паренхимы с фагоцитами и пронизывающими ее синусоидами (блед- ноокрашенные участки). Она является в основном кровофильтрующим органом. Окраска гематоксили- ном-эозином. х 25.Рис. 15.31Срез лимфатической железы головастика Rana.Удлиненный (парный) лимфомиелоидный узел (У) с вентральной стороны прикреплен к эпителию (Э) жаберной камеры и выступает в просвет крупного лимфатического канала (К). В середине видны жабры (Ж) и палец (П) передней конечности, лежащий в жаберной камере; сверху - кожа головастика. Лимфатическая железа состоит из лимфоидной паренхимы с фагоцитами и пронизывающими ее синусоидами (блед- ноокрашенные участки). Она является в основном кровофильтрующим органом. Окраска гематоксили- ном-эозином. х 25.

Рис. 15.29

Селезенка взрослой особи Xenopus; видны зоны, богатые В- и Т-клетками. 1. Фолликул белой пульпы (БП), содержащий множество В-клеток; эти клетки присутствуют также в краевой зоне (КЗ) и красной пульпе (КП), в основном в виде сильно прокрашивающихся плазматических клеток. Окраска анти-В-кле- точными (анти-lgM) мАт. х 100.

Рис. 15.29

Селезенка взрослой особи Xenopus; видны зоны, богатые В- и Т-клетками. 1. Фолликул белой пульпы (БП), содержащий множество В-клеток; эти клетки присутствуют также в краевой зоне (КЗ) и красной пульпе (КП), в основном в виде сильно прокрашивающихся плазматических клеток. Окраска анти-В-кле- точными (анти-lgM) мАт. х 100.

Рис. 15.30

Иммунофлуоресценция селезенки взрослой особи Xenopus, демонстрирующая захват антигена.

Лягушке вводили IgG человека. Через 3 нед готовили замороженные срезы селезенки и инкубировали их с меченными флуоресцеином антителами к IgG человека. Яркое зеленое свечение показывает присутствие антигена в фолликулах белой пульпы (БП). Антиген захватывают дендритные клетки, сходные с аналогичными клетками у млекопитающих и птиц, и он появляется на поверхности ретикулярных клеток, х 35.

Рис. 15.30

Иммунофлуоресценция селезенки взрослой особи Xenopus, демонстрирующая захват антигена.

Лягушке вводили IgG человека. Через 3 нед готовили замороженные срезы селезенки и инкубировали их с меченными флуоресцеином антителами к IgG человека. Яркое зеленое свечение показывает присутствие антигена в фолликулах белой пульпы (БП). Антиген захватывают дендритные клетки, сходные с аналогичными клетками у млекопитающих и птиц, и он появляется на поверхности ретикулярных клеток, х 35.

Рис. 15.31

Срез лимфатической железы головастика Rana.

Удлиненный (парный) лимфомиелоидный узел (У) с вентральной стороны прикреплен к эпителию (Э) жаберной камеры и выступает в просвет крупного лимфатического канала (К). В середине видны жабры (Ж) и палец (П) передней конечности, лежащий в жаберной камере; сверху - кожа головастика. Лимфатическая железа состоит из лимфоидной паренхимы с фагоцитами и пронизывающими ее синусоидами (блед- ноокрашенные участки). Она является в основном кровофильтрующим органом. Окраска гематоксили- ном-эозином. х 25.

Рис. 15.31

Срез лимфатической железы головастика Rana.

Удлиненный (парный) лимфомиелоидный узел (У) с вентральной стороны прикреплен к эпителию (Э) жаберной камеры и выступает в просвет крупного лимфатического канала (К). В середине видны жабры (Ж) и палец (П) передней конечности, лежащий в жаберной камере; сверху - кожа головастика. Лимфатическая железа состоит из лимфоидной паренхимы с фагоцитами и пронизывающими ее синусоидами (блед- ноокрашенные участки). Она является в основном кровофильтрующим органом. Окраска гематоксили- ном-эозином. х 25.

2. В краевой зоне, граничащей с фолликулом белой пульпы (БП) видны скопления Т-клеток. Их особенно много в перифолликулярной (краевой) зоне (КЗ) и они лишены поверхностных иммуноглобулинов. Окраска антителами анти-Т. х 200.

который присутствует на «примитивных», продуцирующих так называемые нормальные антитела В-1-клетках у млекопитающих.

Лимфомиелоидные узлы

Лимфомиелоидные узлы, предположительно сходные по функциям с лимфатическими узлами гомойотермных животных, в эволюции позвоночных впервые появляются у «высокоорганизованных» амфибий, таких как лягушки Лапа и жабы Bufo, но отсутствуют у хвостатых амфибий и

Xenopus. Лимфомиелоидные узлы бесхвостых амфибий отличаются от своих аналогов у млекопитающих тем, что служат в основном фильтрующими кровь органами, хотя могут захватывать материал и из окружающей лимфы. Будучи основным местом локализации антителопродуцирующих клеток, лимфомиелоидные узлы бесхвостых амфибий не имеют четкой структуры, свойственной лимфатическим узлам млекопитающих, и в них отсутствуют центры размножения. У взрослой лягушки «лимфоузлы» расположены на

Рис. 15.32Криостатный срез тонкой кишки Xenopus, окрашенный с использаванием моноклональных антител анти-CDS (общий маркер всех Т-клеток) (им- мунопероксидазный метод). Видны внутриэпителиальные Т-клетки (Т) и узловое скопление Т-клеток (У) в собственной пластинке слизистой, а также просвет кишки (К). У особей, тимэктомированных на ранней стадии развития, Т-клетки в обоих этих местах отсутствуют. х 300.Рис. 15.32Криостатный срез тонкой кишки Xenopus, окрашенный с использаванием моноклональных антител анти-CDS (общий маркер всех Т-клеток) (им- мунопероксидазный метод). Видны внутриэпителиальные Т-клетки (Т) и узловое скопление Т-клеток (У) в собственной пластинке слизистой, а также просвет кишки (К). У особей, тимэктомированных на ранней стадии развития, Т-клетки в обоих этих местах отсутствуют. х 300.Рис. 15.33Срез почки головастика Rana с участком гемопоэтической ткани. Гемопоэтическая ткань (Г) заполняет межканальцевые пространства и содержит лимфоциты, гранулоциты и другие созревающие клетки крови. С мезонефросом соседствуют миотомальная мышца (М) и петля кишечника (К). Окраска гематокси- лином-эозином. х 25. (П - почечный каналец.)Рис. 15.33Срез почки головастика Rana с участком гемопоэтической ткани. Гемопоэтическая ткань (Г) заполняет межканальцевые пространства и содержит лимфоциты, гранулоциты и другие созревающие клетки крови. С мезонефросом соседствуют миотомальная мышца (М) и петля кишечника (К). Окраска гематокси- лином-эозином. х 25. (П - почечный каналец.)шее и в подмышечной области; лимфатические железы головастиков имеют аналогичное строение (рис. 15.31).

Рис. 15.32

Криостатный срез тонкой кишки Xenopus, окрашенный с использаванием моноклональных антител анти-CDS (общий маркер всех Т-клеток) (им- мунопероксидазный метод). Видны внутриэпителиальные Т-клетки (Т) и узловое скопление Т-клеток (У) в собственной пластинке слизистой, а также просвет кишки (К). У особей, тимэктомированных на ранней стадии развития, Т-клетки в обоих этих местах отсутствуют. х 300.

Рис. 15.32

Криостатный срез тонкой кишки Xenopus, окрашенный с использаванием моноклональных антител анти-CDS (общий маркер всех Т-клеток) (им- мунопероксидазный метод). Видны внутриэпителиальные Т-клетки (Т) и узловое скопление Т-клеток (У) в собственной пластинке слизистой, а также просвет кишки (К). У особей, тимэктомированных на ранней стадии развития, Т-клетки в обоих этих местах отсутствуют. х 300.

Рис. 15.33

Срез почки головастика Rana с участком гемопоэтической ткани. Гемопоэтическая ткань (Г) заполняет межканальцевые пространства и содержит лимфоциты, гранулоциты и другие созревающие клетки крови. С мезонефросом соседствуют миотомальная мышца (М) и петля кишечника (К). Окраска гематокси- лином-эозином. х 25. (П - почечный каналец.)

Рис. 15.33

Срез почки головастика Rana с участком гемопоэтической ткани. Гемопоэтическая ткань (Г) заполняет межканальцевые пространства и содержит лимфоциты, гранулоциты и другие созревающие клетки крови. С мезонефросом соседствуют миотомальная мышца (М) и петля кишечника (К). Окраска гематокси- лином-эозином. х 25. (П - почечный каналец.)

Лимфоидная ткань, ассоциированная с кишечником

По всей длине тонкой кишки у амфибий выявляются узлы ассоциированной с кишечником лимфоидной ткани, аналогичной этой системе у млекопитающих. У Xenopus ЛТК содержит плазматические клетки, секретирующие IgM и IgX. Иммуногистохимический анализ с окраской анти-Т- клеточными моноклональными антителами обнаруживает как узловые скопления Т-клеток (собственная пластинка слизистой), так и внутриэпителиальные Т-клетки в кишечнике Xenopus (рис. 15.32).

Почки и печень

У амфибий, как и у рыб, основным лимфомиелоидным органом служат почки (рис. 15.33), но у рептилий, птиц и млекопитающих они теряют эту функцию. У бесхвостых амфибий созревание В-клеток в онтогенезе начинается в почках и/или печени. Эти органы непосредственно участвуют в процессах ранней дифференцировки эритроидных, лимфоидных и миелоидных клеток у разных позвоночных.

Костный мозг

У амфибий имеется костный мозг, но его иммунологическая роль остается неясной. У взрослой

Рис. 15.34

Костный мозг. 1. Лимфомиелоидная ткань (ЛТ), важный источник антителопродуцирующих клеток, в костном мозге Rana. Видны также бедренная кость (Б) и жировая ткань (Ж). Окраска гематоксилином-эози- ном, х 20. 2. Препарат костного мозга Xenopus после центрифугирования; видны содержащие пероксидазу нейтрофильные гранулоциты (К), х 700. (Препарат любезно предоставлен д-ром I. Hadji-Azimi.)

особи леопардовой лягушки Runa pipiens легко обнаруживается костномозговая лимфомиелоидная ткань (рис. 15.34), которая служит важным источником антитело-продуцирующих клеток. Вместе с тем у Xenopus костный мозг, по-видимо- му, более рудиментарен и главным образом служит местом дифференцировки нейтрофильных гранулоцитов (рис. 15.34).

АМФИБИИ КАК МОДЕЛЬ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ОНТОГЕНЕЗА ИММУНИТЕТА

В последние годы для иммунологических исследований было получено несколько изогенных и инбредных клонов Xenopus. Различные клоны Xenopus, либо совместимые по МНС, либо обладающие одним или двумя различиями по гаплотипу, оказались чрезвычайно ценными для изучения онтогенеза иммунной системы.

Развитие тимуса

Развитие тимуса и эксперименты по тимэктомии

Шпорцевая лягушка X. laevis идеально подходит для изучения роли тимуса в развитии иммунной системы, так как у свободноживущих головастиков можно производить тимэктомию на очень ранних стадиях развития, когда тимус еще не созрел (рис. 15.35 и 15.36). Парный тимус развивается у Xenopus из дорсального эпителия второго

Рис. 15.35Тимус Xenopus 3- и 7-суточного возраста. 1. На 3 сут развивающийся тимус (Т) все еще прикреплен к глоточному эпителию (ГЭ) и состоит в основном из эпителиальных клеток. Виден также жаберный карман (Ж). Окраска гематоксилином-эозином. х 100. 2. На 7 сут тимус содержит менее тысячи клеток двух основных типов: эпителиальные клетки (Э) с четко видимым ядрышком, дисперсным хроматином и бледноокра-Рис. 15.35Тимус Xenopus 3- и 7-суточного возраста. 1. На 3 сут развивающийся тимус (Т) все еще прикреплен к глоточному эпителию (ГЭ) и состоит в основном из эпителиальных клеток. Виден также жаберный карман (Ж). Окраска гематоксилином-эозином. х 100. 2. На 7 сут тимус содержит менее тысячи клеток двух основных типов: эпителиальные клетки (Э) с четко видимым ядрышком, дисперсным хроматином и бледноокра-

Рис. 15.35

Тимус Xenopus 3- и 7-суточного возраста. 1. На 3 сут развивающийся тимус (Т) все еще прикреплен к глоточному эпителию (ГЭ) и состоит в основном из эпителиальных клеток. Виден также жаберный карман (Ж). Окраска гематоксилином-эозином. х 100. 2. На 7 сут тимус содержит менее тысячи клеток двух основных типов: эпителиальные клетки (Э) с четко видимым ядрышком, дисперсным хроматином и бледноокра-

Рис. 15.35

Тимус Xenopus 3- и 7-суточного возраста. 1. На 3 сут развивающийся тимус (Т) все еще прикреплен к глоточному эпителию (ГЭ) и состоит в основном из эпителиальных клеток. Виден также жаберный карман (Ж). Окраска гематоксилином-эозином. х 100. 2. На 7 сут тимус содержит менее тысячи клеток двух основных типов: эпителиальные клетки (Э) с четко видимым ядрышком, дисперсным хроматином и бледноокра-

шивающеися цитоплазмой, а также лимфоидные клетки (Л) с большим количеством хорошо прокрашивающейся цитоплазмы и множеством свободных рибосом и митохондрий. К 7 суткам развития на лимфоидных клетках тимуса появляется маркер ХТ-1, а эпителиальные клетки начинают экспрессировать белки МНС класса II. Электронная микрофотография, х 500.

Рис. 15.36

Тимус Xenopus на 38 сут развития особи. Пигментированный парный тимус расположен позади глаз (вверху); у тимэктомированного на 7 сутки сибса отчетливо заметно его отсутствие (внизу).

Эффект тимэктомии у Xenopus

Рис. 15.37

У особей Xenopus, тимэктомированных на 4-6 сутки развития, исследовали гуморальный иммунный ответ, клеточный ответ на кожный аллотрансплантат и митогенным ответ in vitro (ЛПС - липополисахарид; ЭР - эритроциты барана; ФГА - фитогемагглютинин Тн - Т-независимый; Т3 - Т-зависимый.)

глоточного кармана. Эксперименты показывают, что предшественники лимфоидных клеток впервые проникают в эпителиальную закладку тимуса на 3—4 сутки развития. К седьмым суткам на лимфоидных клетках тимуса начинает появляться дифференцировочный антиген Т-клеток — маркер XN LA-1 (120 кДа), распознаваемый анти- тимусными мышиными моноклональными антителами ХТ-1. Большинство тимоцитов экспрессирует Т-клеточные поверхностные антигены на 10 сутки развития, когда клетки-предшественники Т-лимфоиитов впервые удается идентифицировать на периферии. В ходе метаморфоза происходит новая волна колонизации стволовыми клетками, а затем инволюция тимуса. После метаморфоза количество тимоцитов вновь возрастает, достигая максимума к 15—16 месяцу развития. Эксперименты с проведением ранней тимэктомии Xenopus (на 4—5 сутки развития) отчетли

во демонстрируют существование Т-зависимого (ТЭ и Т-независимого (Тн) компонентов иммунитета (рис. 15.37). После такой ранней тимэктомии Т-клетки ХТ-1+ (а также Т-клетки CD4+ и CD8+) уже не обнаруживаются в лимфоидных органах головастиков и взрослых особей, тогда как В-клетки с поверхностными IgM присутствуют в них в изобилии (рис. 15.38). Поэтому у животных данного уровня эволюции тимус, по-ви- димому, абсолютно необходим для созревания Т-клеток. Следует отметить, однако, что у тимэк- томированных на ранней стадии развития Xenopus иногда происходит хроническое отторжение МНС-несовместимых кожных трансплантатов. После отторжения спленоциты этих особей при испытании в смешанной культуре лимфоцитов реагируют даже на клетки-стимуляторы, молекулы МНС которых отличаются от антигенов МНС исходного донора, но не отвечают на

Относительное число клеток

Интенсивность флуоресценции (логарифмическая шкала)

Популяции Т- и В-клеток у Xenopus

Т-клетки

Селезенка2%

тимэктомированной особи

А

10°101102103

В-клетки

Относительноечисло клеток

Тимус контрольной особи

Интенсивность флуоресценции (логарифмическая шкала)

Селезенка 22% контрольной особи

10°101102 Ю3

Рис. 15.38

Клетки тимуса и селезенки контрольной особи Xenopus (4-месячного возраста) и селезенки сибса, тимэктомированного в 7-суточном возрасте, сначала окрашивали либо мышиными анти-Т-клеточными (ХТ-1) моноклональными антителами (мАт), либо мышиными анти-В-клеточными (анти-IgM) мАт. Вторыми антителами служили меченные флуоресцеин-изотио- цианатом антитела к мышиному иммуноглобулину.

Затем Т- и В-клетки выявляли при помощи флуоресцентного клеточного сортера. У головастика, тимэкто- мированнного на ранней стадии развития, исчезла Т-клеточная популяция ХТ-1+; ее заменило соответствующее количество В-клеток. Число, %, на каждом графике означает долю положительных клеток, т. е. представленных справа от свечения маркера (серая полоса) (исключение 98% фоновой флуоресценции).

Последовательность появлениясубпопуляций Т-клеток

Реакция на аллотрансплантат

Реактивность СКЛ

Митогенная реакция Т-клеток

Образование первичных

«1дУ»-антител

Рис. 15.39

Онтогенез иммунореактивности у Xenopus и эффект тимэктомии на разных стадиях развития. Реакция на аллотрансплантат, реакция в смешанной культуре лимфоцитов и митогенные реакции Т-клеток наблюдаются уже на ранних стадиях развития. Значительно позже появляются Тх-клетки, в частности обеспечивающие первичный «!д¥»-ответ. (Кружками указан возраст, после которого тимэктомия уже не нарушает данную функцию.)

стимуляцию Т-клеточным митогеном ФГА. Природа таких аллореактивных клеток остается неизвестной.

Опыты с тимэктомией головастиков свидетельствуют о том, что для появления на периферии Т-клеток с разными функциями необходимо присутствие тимуса в разные сроки развития (рис. 15.39). Исследования на интактных особях показали, что реакция на аллогенные ткани (in vivo и in vitro) вместе со способностью спленоци- тов реагировать на Т-клеточные митогены появляются на ранней стадии развития головастика, тогда как отчетливый lgY-ответ возможен только у взрослой особи, с появлением хелперной функции Т-клеток.

«Обучение" в тимусе включает у Xenopus положительную и ограниченную отрицательную селекцию

Чужеродный тимус, пересаженный лягушке после тимэктомии на ранней стадии развития, обеспечивает возможность дифференцировки клеток- предшественников реципиента по Т-клеточной линии (рис. 15.40). Соединяя переднюю часть 24часового эмбриона, содержащую эпителиальную

Рис. 15.40

Имплантация тимуса тимэктимированной особи Xenopus. 1. Шпорцевую лягушку (X. laevis) тимэкто- мировали на 7 сутки развития и подкожно имплантировали ей тимус от головастика донора (X. borealis), находящегося на поздней стадии развития. После метаморфоза обнаруживался прекрасный рост имплантата (И), лежащего рядом с левым глазом. 2. Срез имплантированного тимуса под флуоресцентным микроскопом. Клетки донора (Д) можно отличить от клеток реципиента, поскольку ядра X. borealis светятся яркими точками, тогда как клетки X. laevis - однородно зеленым цветом. Тимус заселен лимфоцитами реципиента, в то время как многие клетки стромы остаются «пятнистыми» (т. е. имеют донорское происхождение). Окраска хинакрином. х 300.

Рис. 5.41

Химерные лягушки. Химеры Xenopus были получены путем взаимной замены передних и задних частей двух эмбрионов через 24 ч после оплодотворения. На этой стадии закладка тимуса (т. е. его эпителий) находится в передней, а все предшественники лимфоцитов - в задней части эмбриона. Один эмбрион был от альбинотического варианта (с белой кожей и красными глазами), а другой от нормальной особи Xenopus. Эти химеры использовались для исследования «обучения» клеток в тимусе. (Фото любезно предоставлено д-ром М. Flajnik и д-ром L. DuPasquier.)

закладку тимуса, с задней частью МНС-несовмес- тимого эмбриона, в которой образуются гемопоэтические стволовые клетки, в том числе лимфоциты, легко получить in vivo тимусы с эпителиальными и лимфоидными компонентами, экспрессирующими разные МНС-маркеры (рис. 15.41).

Рис. 15.43Толерантность к кожному трансплантату уXenopus. Реципиент на стадии головастика или метаморфоза может быть толерантным к аллогенным кожным трансплантатам, даже от МНС-отличающегося донора. Последующие кожные трансплантаты (здесь кусочек белой кожи брюшка) от того же донора точно так же приживаются у взрослой лягушки. Однако кожа другого донора через 3 нед (при 25 °C) отторгается.Рис. 15.43Толерантность к кожному трансплантату уXenopus. Реципиент на стадии головастика или метаморфоза может быть толерантным к аллогенным кожным трансплантатам, даже от МНС-отличающегося донора. Последующие кожные трансплантаты (здесь кусочек белой кожи брюшка) от того же донора точно так же приживаются у взрослой лягушки. Однако кожа другого донора через 3 нед (при 25 °C) отторгается.

Рис. 15.43

Толерантность к кожному трансплантату у

Xenopus. Реципиент на стадии головастика или метаморфоза может быть толерантным к аллогенным кожным трансплантатам, даже от МНС-отличающегося донора. Последующие кожные трансплантаты (здесь кусочек белой кожи брюшка) от того же донора точно так же приживаются у взрослой лягушки. Однако кожа другого донора через 3 нед (при 25 °C) отторгается.

Рис. 15.43

Толерантность к кожному трансплантату у

Xenopus. Реципиент на стадии головастика или метаморфоза может быть толерантным к аллогенным кожным трансплантатам, даже от МНС-отличающегося донора. Последующие кожные трансплантаты (здесь кусочек белой кожи брюшка) от того же донора точно так же приживаются у взрослой лягушки. Однако кожа другого донора через 3 нед (при 25 °C) отторгается.

Обе эти экспериментальные модели были использованы для изучения роли стромальных клеток тимуса в процессе «обучения», включающего отрицательную селекцию (формирование толерантности Т-клеток к аутоантигенам) и положительную селекцию (рестрикция по специфическим антигенам МНС, с которыми преимущественно взаимодействуют хелперные и эффекторные популяции Т-клеток). Результаты таких экспериментов, проведенные на Xenopus, свидетельствуют об участии эпителия чужеродного тимуса в положительной селекции и индукции толерантности к кожным трансплантатам с М НС-специфичностью тимуса, хотя, что удивительно, эта толерантность не препятствует возникновению реакции смешанной культуры лимфоцитов на клетки донора тимуса. Аналогичные данные получены на зародышах птиц и млекопитающих.

Рис. 15.42

Трансплантация эмбриональной ткани у Rana — онтогенез «аллоиммунитета». 1. Кусочек нервной складки, удаленный у эмбриона на стадии появления хвостового выпячивания, подсаживали в середину вентральной поверхности другого эмбриона (хозяина). С нервными складками тесно связаны элементы нервного гребешка, являющиеся предшественниками клеток различного типа, в том числе пигментных. Заметные пигментные клетки дают прекрасную возможность следить за судьбой эмбрионального трансплантата. У головастика-хозяина пигментные клетки из трансплантата образуют четко видимую массу. 2. На срезе (через 15 сут после трансплантации) видны дифференцированные элементы трансплантата, крупные ганглионарные клетки (Г) с отчетливыми ядрышками, другая нервная ткань (Н) и меланин (М). Несмотря на небольшой срок, лимфоциты и гранулоциты уже проникают в трансплантат (Л - лейкоцит). Окраска гематоксилином-эозином. х 100. (Фото любезно предоставлены д-ром Е. Volpe.)

Однако считается, что у млекопитающих основную роль в отрицательной селекции (делеции Т- клеток, обладающих высоким сродством к собственным молекулам МНС) играют не эпителиальные клетки тимуса, а интердигитатные (дендритные) клетки его стромы, которые попадают в тимус извне.

Онтогенез аллоиммунореактивности/толерантности и продукции антител

Иммунные реакции на аллоантигены (МНС) и образование специфических антител «включаются» у головастиков одновременно с тем, как на периферии появляются необходимые популяции Т- и В-клеток (рис. 15.42); это может происходить, когда лимфоидная система содержит еще менее миллиона лимфоцитов. Иммунологическая память сохраняется в процессе метаморфоза, но связано ли это с переносом клеток памяти или с персистенцией антигена, неизвестно. Тем не менее иммунокомпетентных головастиков (но не взрослых особей) можно легко сделать толерантными к аллогенной коже; такая «аллотоле- рантность» особенно легко индуцируется в процессе метаморфоза (рис. 15.43). Решающее значение имеют при этом размеры трансплантата и степень гистонесовместимости. У Xenopus головастики и особи на стадии метаморфоза всегда толеранты к трансплантатам, молекулы МНС которых лишь незначительно отличаются от мо-

лекул МНС хозяина. Толерантность, индуцируемая у головастиков пересадкой чужеродной кожи или лимфоидной ткани, редко бывает «полной», поскольку и до, и после метаморфоза некоторые «антидонорские» реакции (например, реакция СКЛ) сохраняются. В основе толерантности лежит, по-видимому, супрессия или анергия.

Модельные системы для изучения источников происхождения лимфоидных клеток

Эксперименты с пересадкой цитогенетически отличающихся жаберных зачатков на эмбрионах Rana pipiens, Xenopus laevis и тритона Pleurodeles waltlii подтвердили, что лимфоциты тимуса развиваются у них, как и у гомойотермных животных, из клеток-предшественников, колонизирующих тимус извне. У Xenopus лимфоидные клетки-предшественники, которым предстоит попасть в тимус, происходят как из вентролатеральной (вентральные островки кроветворения), так и из дорсолатеральной мезодермальной пластинки эмбриона. У молодых особей Xenopus стволовые клетки заселяют тимус двумя волнами: одна наблюдается на ранней стадии развития головастика, вторая — на стадии метаморфоза, что, по- видимому, обеспечивает «обучение» зрелых

Т-клеток в среде, где экспрессируются специфичные для взрослых особей антигены.

Установлено, что у Xenopus клетки некоторых гемопоэтических линий дифференцировки экспрессируют общий лейкоцитарный антиген CD45, обладающий тирозинфосфатазной активностью.

Метаморфоз предъявляет новые требования к иммунной системе

Чрезвычайно интересно выяснить, каким образом амфибии избегают гибели от аутоиммунных болезней при метаморфозе, поскольку в это время впервые появляются маркеры, специфические для зрелых клеток. Предстоит выяснить и роль впервые экспрессируемых при метаморфозе молекул МНС класса I, весьма вероятно выполняющих супрессивные функции. Вместе с тем во время метаморфоза наблюдается высокий уровень кортикостероидов в плазме и повышенная экспрессия кортикостероидных рецепторов на лимфоцитах. Такие гормональные сдвиги могут приводить к непосредственному подавлению клеточного иммунитета, возможно путем ингибирования продукции ИЛ-2. Метаморфоз у амфибий — очень удобный период для изучения взаимодействия нейроэндокринной и иммунной систем, и не только в филогенетическом аспекте.

Вопросы для размышления

Какие клеточные и гуморальные иммунные механизмы обнаружены у беспозвоночных?

Рассмотрите основные различия между иммунными системами беспозвоночных и позвоночных. Какие факторы эволюции могли привести к развитию иммунной системы, имеющейся у позвоночных9

■ Каким способом у различных позвоночных создается разнообразие антител?

■ Что известно об эволюции главного комплекса гистосовместимости и о связанном с ней филогенезе Т-клеток?

В чем состоят преимущества амфибии Xenopus laevis как объекта для изучения онтогенеза иммунной системы?

Какие основные пробелы существуют в наших знаниях об эволюции иммунитета? Какие подходы можно было бы предложить для выяснения этих вопросов?

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Beck G., Cooper E.L, Habicht G.S., Marchalonis J.J. (ed.). 1994. Primordial immunity: Foundations for the Vertebrate Immune System. Ann. NY Acad. Sci. 712:1-376.

Clem L.W., Warr G. (ed.). 1994. Developmental and Comparative Immunology. Oxford: Pergamon Press. Vol. 18, suppl. 1: 1-164. Proceedings of the 6th Congress of Developmental & Comparative Immunology.

Cohen N, Sigel M.M. (ed.). 1982. The Reticuloendothelial System. Ontogeny and Phylogeny. New York: Plenum.

Cooper E.L. (ed.) 1996. Invertebrate immune responses: cells and molecular products. Adv. Comp. Environ. Physiol. 23.

Du Pasquier L. 1989. Evolution of the immune system. In: Paul W.E. (ed.). Fundamental Immunology. 2nd edn. New York: Raven Press. 139-65.

Du Pasquier L, Schwager J., Flajnik M.F. 1989. The immune system of Xenopus. Annu. Rev. Immunol. 7: 251-75.

Du Pasquier L. 1993. Phylogeny of В cell development. Curr. Opin. Immunol. 5:185-93.

Flajnik M.F. 1994. Primitive vertebrate immunity: what is the evolutionary derivation of molecules that define the adaptive immune system? In: Antimicrobial Peptides. Chichester: Wiley. CIBA Foundation Symposium 186:224-32.

Flajnik M.F., Hsu E., Kaufman J.F. et al. 1987. Changes in the immune system during metamorphosis of Xenopus. Immunol. Today 8:58-64.

Greenberg A.S., Avila D., HughesM.etal. 1995.Anovel antigen receptor gene family that undergoes rearrangement and extensive somatic diversification in sharks. Nature 374:168-73.

Greenberg A.S., Hughes A.L., Guo J. et al. 1996. A novel chimeric antibody class in cartilagenous fish: IgM may not be the Primordial Immunoglobulin. Eur. J. Immunol. 26: 1123-29.

Horton J.D. Amphibians. 1994. In: Turner R.J. (ed.) Immunology: A Comparative Approach. Chichester: Wiley; 101-36.

Horton T.L., Ritchie P., Watson M.D., et al. 1996. NK- like activity against allogeneic tumour cells demonstrated in the spleen of control and thymectomized Xenopus. Immunol. Cell. Bio. 74: 365-73.

Humphreys T., Reinherz E.L. 1994. Invertebrate immune recognition, natural immunity and the evolution of positive selection. Immunol. Today 15: 316-20.

Lackie A.M. (ed.) Immune Mechanisms in Invertebrate

Vectors. Zoological Society of London Symposia, 56. Oxford: Oxford University Press, 1986.

Marchalonis J., Schluter S.F. 1994. Development of an immune system. In: Primordial Immunity: Foundations for the Vertebrate Immune System. Ann NY Acad. Sci. 712:1-12.

Marsh J., Goode J.A. (eds.) 1995. Antimicrobial Peptides. Ciba Foundation Symposium. Chichester: Wiley; 186.

Miller N.W., McKinney E.C. In vitro culture of fish leukocytes. In: Biochemistry and Molecular Biology of Fishes, Bol. 3. Elsevier; 1994. 341-53.

Raison R.L., Coverley J., Hook J.W., et al. 1994. A cell surface opsonic receptor on leukocytes from the phylogenetically primitive vertebrate, Eptatretus stouti. Immunol. Cell. Biol. 72:326-32.

Ratcliffe N.A., Rowley A.F. (ed.). 1981. Invertebrate Blood Cells. Vol. 1 & 2. London: Academic Press.

Ratcliffe N.A., Rowley A.F. (ed.), Fitzgerald S.W. et al. 1985. Invertebrate immunity: basic concepts and recent advances. Int Rev. Cytol. 97 :183-350.

Robert J., Guiet C., Du Pasquier L. 1994. Lymphoid tumors of Xenopus laevis with different capacities for growth in larvae and adults. Devel. Immunol. 3:297-307.

Rowley A.F., Ratcliffe N.A. (ed.). 1988. Vertebrate Blood Cells. Cambridge: Cambridge University Press.

Secombes C.J. The phylogeny of cytokines. In: Thomson A.W. (ed.). The Cytokine Handbook. London: Academic Press; 1991.387-412.

Secombes C.J. 1994. Enhancement of fish phagocyte activity. Fish Shellfish Immunol. 4: 421-36.

Smith L.C., Davidson E.H. 1992. The echinoid immune system and the phylogenetic occurrence of immune mechanisms in deuterostomes. Immunol. Today 13: 356-62.

Soderhall K., Iwanga S., Vasta GR.. (ed.). 1996. New Directions in Invertebrate Immunology. Fair Haven: SOS Publications 1-494.

Stewart J. 1992. Immunoglobulins did not arise in evolution to fight infection. Immunol. Today 13: 396-9.

Stolen J.S., Fletcher T.C., Bayne C.J. (eds.). Modulators of Immune Responses, The Evolutionary Trail. Fair Haven: SOS Publications; 1996. 1-600.

Turner R.J. (ed.). Immunology: A Comparative Approach. Chichester: Wiley, 1994.

Warr G. 1995. The immunoglobulin genes of fish. Devel. Comp. Immunol. 19: 1-12.

Warr G., Cohen N. (ed.). Phylogenesis of Immune Functions. Oxford: CRC Press, 1991.

Вирусы - это облигатные внутриклеточные паразиты,чрезвычайно разнообразные по строению и способам размножения. Одни из них вызывают острые вирусные инфекции и в конечном итоге уничтожаются организмом-хозяином, другие неопределенно долго персистируют в нем, вызывая «медленные вирусные инфекции».

Факторы врожденного иммунитета, в частности интерфероны и НК-клетки, препятствуют инфекции на ее ранних стадиях и задерживают распространение вируса по организму.

Антитела нейтрализуют инфекционность вирусов, препятствуя их проникновению в новые клетки и ткани, и служат важным механизмом защиты от повторной инфекции.

Цитотоксические Т-лимфоциты способны распознавать инфицированные вирусами клетки организма и разрушать их в период ранней стадии репродукции вируса, прежде чем появится новое поколение вирусных частиц.

Вирусы способны избегать распознавания иммунной системой организма, так как обладают свойствами латентной персистенции, антигенной изменчивости и синтеза «белков-ловушек», препятствующих действию защитных механизмов хозяина.

Вирусы могут непосредственно нарушать функции иммунной системы, вызывая иммуносупрессию, иммунологическую недостаточность и аутоиммунные заболевания.

ТИПЫ ВИРУСНЫХ ИНФЕКЦИЙ

Вирусы — это облигатные внутриклеточные паразиты, использующие для синтеза своих белков биохимический аппарат клетки-хозяина. Они чрезвычайно разнообразны по строению и организации генома - некоторые имеют РНК-геном, состоящий всего из нескольких генов, другие обладают ДНК-геномами с числом генов до двух сотен. Структурно вирус представляет собой просто белковый «футляр» (капсид), в который упакована нуклеиновая кислота. Обнаружены и еще более простые формы живых организмов:

вироиды — возбудители болезней растений, состоящие только из нуклеиновой кислоты без белковой оболочки, и

прионы — «инфекционные белки», ассоциированные с дегенеративными неврологическими болезнями животных и человека, включая скрейпи (почесуху овец), спонгиозные (губчатые) энцефалопатии крупного рогатого скота и болезнь Крейцфельдта—Якоба.

Этапы развития типичной вирусной инфекции на уровне клетки показаны на рис. 16.1. Вирусы прикрепляются к клеткам хозяина, связываясь со специфическими клеточными рецепторами. Этой специфичностью обусловлен тропизм данного вируса к определенному виду-хозяину или типу клеток. Примеры клеточных рецепторов, которыми пользуются вирусы, приведены на

рис. 16.2. После проникновения вируса в клетку происходит его раздевание — дезагрегация белкового капсида с высвобождением нуклеиновой кислоты. Затем начинается транскрипция и синтез вирусных белков, репликация вирусного генома и, наконец, сборка и созревание нового «поколения» вирусных частиц. Выйдя в межклеточное пространство, они инфицируют близлежащие клетки и ткани. В зависимости от вида вируса и особенностей метаболизма клетки-хозяина этот процесс может различаться в деталях. Так, пикорнавирусам (мелкие РНК-вирусы) для образования новых вирусных частиц требуется около 8 ч, а ДНК-содержащему цитомегаловирусу человека — до 48 ч.

Механизмы заражения хозяина, персистенции в тканях и патогенеза инфекции широко вирьируют среди различных вирусов. Как правило. вирусы проникают во внутреннюю среду организма через слизистые оболочки. Другой, очень эффективный путь их прямого проникновения в кровоток — через поврежденную кожу, например при укусе насекомого или уколе инъекционной иглой. Размножение вирусов обычно происходит в эпителиальных покровах; вслед за этим в некоторых случаях вирусы проникают в кровь (виремия), что приводит к их распространению и инфицированию других тканей. Выздоровление может означать полное устранение вируса из организма-хозяина. Однако некоторые

Проникновение в клетку и репродукция вируса

Инфицирующий вирус

Проникновение

Сборка

Капсиды образуются вокруг нуклеиновой кислоты

Репликация

Синтез вирусной мРНК (с использованием собстеенной или клеточной полимеразы), синтез белка для новых капсидов, синтез вирусной нуклеиновой кислоты

Раздевание

Сбрасывание капсида

Рис. 16.1

Для размножения вирусу необходимо проникнуть в клетку организма-хозяина.

Вирус-специфичные рецепторы клеток хозяина

Вирус

Рецептор

Тип инфицируемыхклеток

Вирусиммунодефицитачеловека

Тх-клетки

Вирус Зпштейна-Барр

CR2 (рецепторы для комплемента, тип 2)

В-клетки

Вирус гриппа А типа

Гликофорин А

Многие типы клеток

Вирус трансмиссивногоАминопептидаза N

гастроэнтеритаCD 13

Энтероциты

Риновирус

ICAM-1Многие типы клеток

Вирус полиомиелита

Рецептор для вирусаполиомиелита(суперсемействоиммуноглобулинов)

Нейроны

Рис. 16.2

Вирусы прикрепляются к клеткам, пользуясь специфическими клеточными рецепторами. Специфичностью рецепторов отчасти предопределено, какие типы клеток будут инфицированы.

вирусы (в частности, вирус герпеса) способны оставаться (персистировать) в организме в скрытой (латентной, неинфекционной) форме после затухания острой инфекции и в какой-то момент

реактивироваться с образованием новых инфекционных вирусных частиц. Другие вирусы (например, вирус гепатита В или вирус лимфоцитарного хориоменингита) персистируют в инфекционной форме, несмотря на иммунный ответ хозяина. При таких заболеваниях, как скрейпи и болезнь Крейцфельдта—Якоба, вовсе не бывает острой стадии; их возбудители персистируют в организме, что сопровождается медленной инфекцией, и вызывают проявления болезни спустя многие годы после заражения. В отличие от истинных вирусных, прионовые инфекции не стимулируют ни иммунного ответа, ни продукции интерферонов. Классификация вирусных инфекций по клиническому течению представлена на рис. 16.3.

ВРОЖДЕННЫЙ АНТИВИРУСНЫЙ ИММУНИТЕТ

Ранняя стадия инфекции, как правило, состоит в противоборстве вируса с защитными системами организма-хозяина. Самый первый защитный барьер — это препятствующие внедрению вирусов кожные покровы и слизистые оболочки организма. В случае нарушения их целостности в действие вступают механизмы экстренной неспеци-

Различные типы вирусной инфекцииРазличные типы вирусной инфекции

Различные типы вирусной инфекции

Различные типы вирусной инфекции

Молекулярный механизм действия интерферонов

Начальныйпериод

Исход

Примеры

Острая

Выздоровление иэлиминация вируса

Вирус гриппаротавирус

Острая

Острая

Латентность(неинфекционный вирус);при обострении вирусывыделяются вновь

Персистенция спостоянным илипериодическимвыделением вирусов

Вирус ветряной оспы/опоясывающего лишая,вирус простого герпеса

Вирус гепатита В,вирус Эпштейна-Барр

Клетка,Неинфицированная

инфицироввнная вирусомклетка

СинтезИФ

ИФа/В связывается с неинфицированной клеткой

СубклиническаяСубклиническаяИФ индуцирует синтезИФ индуцирует синтез

Субклиническая

Субклиническая

ИФ индуцирует синтез

ИФ индуцирует синтез

Персистентнаямедленная инфекция

Болезнь Крейцфельдта-Якоба, скрейпи

протеинкиназафосфорилирует иинактивирует elF-2Подавлениесинтеза белкапротеинкиназафосфорилирует иинактивирует elF-2Подавлениесинтеза белка

протеинкиназа

фосфорилирует иинактивирует elF-2

Подавлениесинтеза белка

протеинкиназа

фосфорилирует иинактивирует elF-2

Подавлениесинтеза белка

Рис. 16.3

Вирусные инфекции могут протекать остро или хронически и иметь различный исход.

фической защиты (т. е. врожденного иммунитета) — интерфероны, НК-клетки (нормальные киллеры) и макрофаги.

Интерфероны подавляют репродукцию вирусов

Известно три типа интерферонов (ИФ):

ИФа — лейкоцитарный интерферон, кодируемый у человека семейством генов (примерно 20), расположенных в хромосоме 9;

ИФр — фибробластный интерферон, кодируемый единственным геном, расположенным в хромосоме 9, и

ИФу — иммунный интерферон, кодируемый единственным геном, расположенным в хромосоме 12.

Инфицирование клетки вирусом вызывает синтез ИФа/р. Под действием интерферонов активируются защитные механизмы соседних клеток, обеспечивая их устойчивость к вирусной инфекции ^рис. 16.4). Активация затрагивает гены ряда белков, в том числе двух, обладающих прямой антивирусной активностью. Это протеинкиназа (мол. масса 67 кДа), которая фосфорилирует а-субъеди- ницу инициирующего трансляцию фактора elF-2 и тем самым инактивирует его, блокируя в результате синтез вирусных белков, и другой фермент — 2',5'-олигоаденилатсинтетаза, активирующая латентную в обычных условиях эндонуклеазу, способную разрушать вирусные РНК.

Существуют также другие, более специфичные механизмы антивирусного действия интерферо-

2х,5 -олигоаденилат-синтетаза

синтезированныйтриаденилат

активирует эндонуклеазу

'У7

Разрушение вирусноймРНК

Предотвращениевирусной инфекции

Рис. 16.4

В результате воздействия интерферонов (в течение нескольких часов) клетка приобретает устойчивость к вирусу на 1 -2 сут.

нов. Например, белок Мх (продукт активированного а- и/или Р-интерферонами гена Мх) угнетает первичную транскрипцию генов вируса гриппа, но почти или вовсе не действует на прочие вирусы. ИФу, как и другие типы интерферонов, ингибирует размножение вируса в клетках, но, кроме того, усиливает специфический иммунный ответ, стимулируя повышенную экспрессию молекул МНС класса I и II, а также сильно активируя макрофаги и НК-клетки (см. ниже). О важном значении интерферонов в поддержании противовирусной резистентности организма в целом свидетельствует повышенная восприимчивость к вирусным инфекциям у мышей после введения им антител против интерферонов.

Нормальные киллеры лизируют клетки организма, инфицированные вирусами

Активные НК-клетки (нормальные киллеры) появляются уже через двое суток после заражения организма-хозяина вирусом. Они служат главным эффекторным механизмом сопротивления герпесвирусной, в частности цитомегаловирусной (CMV, от англ, cytomegalovirus), инфекции. При отсутствии или уменьшении их активности, например у больных с синдромом Чедиака—Хи- гаши или у мышей с мутацией beige (бежевые), наблюдается повышенная восприимчивость к вирусу цитомегалии. Пока не ясно, какие молекулы на поверхности инфицированных вирусом клеток организма распознаются НК-клетками. Однако известно, что интенсивность поражения клеток-мишеней находится в обратной зависимости от уровня экспрессии ими молекул МНС класса 1. (Это примечательный факт, поскольку ряд вирусов, как теперь выяснилось, выключает экспрессию таких молекул клетками организма, по-видимому, для того, чтобы избежать распознавания Т-клетками.) у-Интерферон повышает функциональную активность НК-клеток. Благодаря этому они собираются в очагах инфекции уже в активированном состоянии. Главным образом, НК-клетки осуществляют реакцию антителозависимой клеточной цитотоксичности (АЗКЦ).

Противовирусное действие антител

Мишень

Агент

Механизм

Свободный

Антитела без комплемента

Препятствуют связыванию с клеткой, проникновению в клетку и раздеванию вируса

вирус

Антитела+ комплемент

Повреждают оболочку вирусов, блокируют клеточные рецепторы для вирусов

Клетки,

Антитела+ комплемент

Лизис инфицированных клеток опсонизация вирусных частиц или инфицированных клеток для фагоцитоза

зараженные вирусом

Антитела связанные с зараженными клетками

Зависимая от антител реакция цитотоксичности, опосредованная НК-клетками, макрофагами и нейтрофилами

Рис. 16.5

Антитела нейтрализуют свободные вирусные частицы или участвуют в разрушении инфицированных вирусами клеток.

ЗАЩИТНЫЕ МЕХАНИЗМЫ С УЧАСТИЕМ Т- И В-КЛЕТОК

При отсутствии Т-клеток организм-хозяин весьма восприимчив к атакам вирусов. Так, у бести- мусных мышей (мыши nude — голые, или бесшерстные) с врожденным отсутствием зрелых Т-клеток вирус простого герпеса (HSV, от herpes simplex virus), введенный в кожу, вызывает распространяющееся поражение и в конце концов, проникая в центральную нервную систему, гибель животных. Чтобы защитить этих мышей, достаточно вскоре после заражения перенести им HSV-специфичные Т-клетки. Важное значение Т- и В-клеток, противодействующих вирусным инфекциям, будет рассмотрено ниже.

Антитела и комплемент способны ограничить распространение вируса и предотвратить повторную инфекцию

Антитела могут нейтрализовать инфекционность вирусов

Если вирусу удается преодолеть барьеры врожденного иммунитета, он вызывает развитие адаптивного (специфического) иммунного ответа с появлением цитотоксических Т-клеток, хел- перных Т-клеток и противовирусных антител. Антитела служат главным препятствием для распространения вируса в другие клетки и ткани, особенно для проникновения его в кровоток. В лимфоидной ткани слизистых оболочек образуются преимущественно антитела класса IgA, предотвращающие повторную инфекцию.

Антитела могут быть направлены против любого вирусного антигена, синтезируемого в инфицированной клетке, однако сдерживание инфекции обеспечивают только те из антител, которые специфичны к гликопротеинам, экспрессированным на оболочке вирусов или на мембране инфицированных клеток. Механизмы гуморального противовирусного иммунитета могут быть различными. Так, способ устранения инфекци- онности вирусных частиц зависит от их локализации — внеклеточной или внутриклеточной (рис. 16.5). О действии in vivo защитных механизмов, перечисленных на рис. 16.5, свидетельствует то, что инъекция моноклональных вирус-нейтрали- зующих антител весьма эффективно угнетает репродукцию вирусов. Присутствие в кровотоке нейтрализующих вирус антител — это и важный фактор предотвращения повторной инфекции.

Комплемент участвует в нейтрализации внеклеточных вирусов некоторых видов Комплемент также способен повреждать оболочку вируса — осуществлять виролиз. Некоторые вирусы непосредственно вызывают активацию комплемента по классическому или альтернативному пути. Тем не менее комплемент не рассматривают как главный фактор защиты против вирусов, поскольку при недостаточности компонентов системы комплемента не отмечено предрасположенности к тяжелым вирусным инфекциям у человека.

Антитела мобилизуют комплемент и/или эффекторные клетки для разрушения инфицированных вирусами клеток организма Действие антител, помимо нейтрализации внеклеточных вирусов, состоит в том, что они вызывают разрушение инфицированных вирусами клеток, активируя систему комплемента. В результате его активации происходит сборка лизирующего мембрану комплекса и лизис зараженных клеток (см. гл. 4). Комплемент-зависимый цитолиз возможен лишь при высокой плотности экспрессии вирусных антигенов на клеточной мембране (примерно 5 х 106 на клетку). В противоположность этому, для лизиса по механизму АЗКЦ необходимо присутствие на поверхности клетки-мишени лишь 103 молекул IgG — такое количество обеспечивает связывание с ней НК-клеток. Эти клетки связываются с нагруженной антителами мишенью через FcyRHI (CD16) и быстро разрушают ее посредством перфоринов (см. гл. 10). Насколько важен in vivo каждый из этих механизмов, пока трудно понять. Лучшее доказательство в пользу АЗКЦ получено на мышах при изучении защитного эффекта противовирусных моноклональных антител; не проявляя нейтрализующей активности in vitro, они оказались способны защитить С5-дефицитных животных при введении им высокой дозы вируса. (Эта линия мышей была использована для того, чтобы исключить антивирусный эффект терминальных компонентов системы комплемента.)

Т-клетки участвуют в формировании и действии противовирусного иммунитета несколькими путями

В иммунитете к вирусным инфекциям Т-клетки выполняют разнообразные функции. Образова

ние антител в ответ на большинство антигенов зависит от тимуса, поскольку для переключения изотипа и созревания аффинности необходимо участие Т-клеток CD4+. Кроме того, эти клетки помогают в индукции цитотоксических Т-клеток CD8+, а также в привлечении макрофагов в очаг вирусной инфекции и в их активации.

Цитотоксические Т-клетки CD8*

Это главная Т-клеточная система для осуществления в организме противовирусного иммунологического надзора, и действует она весьма эффективно и избирательно. Цитотоксические Т-клет- ки CD8+, рестриктированные по антигенам МНС класса 1, скапливаются в очагах размножения вирусов и разрушают инфицированные ими клетки. Данный механизм иммунологического надзора, по-видимому, весьма важен, так как фактически все клетки тела экспрессируют молекулы МНС класса 1.

Процессинг и презентация вирусных белков

Вероятно, любой вирусный белок может быть процессирован в цитоплазме АПК с образованием пептидов, которые затем транспортируются к эндоплазматическому ретикулуму и ассоциируют с молекулами МНС класса 1. Для организма-хозяина это создает определенные преимущества, так как белки вируса, экспрессируемые клеткой в начале цикла его размножения, становятся доступными для Т-клеточного распознавания задолго до появления нового поколения вирусных частиц. Например, Т-клеточный иммунитет к цитомегаловирусной инфекции у мыши специфичен в отношении наиболее раннего вирусного белка рр89. Его протективный эпитоп определен как пептид Lb, состоящий из девяти аминокислотных остатков и презентируемый молекулой МНС класса 1. Иммунизация мышей рекомбинантным вирусом коровьей оспы, несущим ген рр89, полностью защищает их от инфекции CM V. Делеция участка ДН К, кодирующего нано- пептид Ld, лишает белок рр89, экспрессируемый вирусом коровьей оспы, протективной активности.

Важность Т-клеточных механизмов в противовирусном иммунитете in vivo установлена различными способами:

путем адоптивного переноса антигенспеци- фичных субпопуляций или клонов Т-клеток зараженным животным для проверки на способность устранения вируса;

на животных, лишенных Т-клеток CD4+ или CD8+ путем введения специфических моноклональных антител, и

на мышах, избирательно лишенных эмбриональных генов CD4, CD8 и р2-микроглобулина методом генного нокаута.

Как установлено, мыши, лишенные методом генного нокаута определенных субпопуляций лимфоцитов, сохраняют способность к иммунному ответу на вирусную инфекцию. Можно рассматривать это как хорошую иллюстрацию многократного функционального дублирования, веро-

Рис. 16.6

При кожной герпесвирусной (HSV) инфекции в качестве защитных факторов действуют Т-клетки CD4+, макрофаги и ИФу. Т-клетки CD4+ получали от мышей, зараженных HSV за 8 сут до опыта, и переносили сингенным мышам, вскоре после этого зараженным HSV внутрикожно. Одной группе этих мышей вводили антитела к CR3 (чтобы блокировать миграцию макрофагов в место заражения), другой - антитела к ИФу (чтобы блокировать активацию макрофагов), остальные животные служили контролем. Мышей дополнительной контрольной группы заражали, но не переносили им Т-клетки CD4+. Через 5 сут после заражения определяли количество оставшегося инфекционного вируса. Результаты показывают, что протективный эффект Т-клеток CD4+ реализуется при участии макрофагов и ИФу.

ятно свойственного иммунной системе. Например, Т-клетки CD4+ в отсутствие Т-клеток CD8+ могут компенсировать иммунологическую недостаточность и устранять инфекцию.

Т-клетки CD4+ способны выполнять важные эффекторные функции в иммунном ответе на вирусную инфекцию

В иммунном ответе на инфекцию эпителиальных покровов, вызванную вирусом простого герпеса 1 типа (HSV-I), главной эффекторной клеточной популяцией служат Т-клетки CD4+. Они, как и в реакциях гиперчувствительности замедленного типа (см. гл. 26), мобилизуют и привлекают макрофаги, и это ускоряет ликвидацию вируса. Макрофаги служат важными участниками этого процесса (рис. 16.6). В качестве ключевых цитокинов в ответе на герпесвирусную инфекцию действует ИФу, необходимый для активации моноцитов, и фактор некроза опухолей (ФИО), оказывающий ряд противовирусных эффектов, сходных с эффектами ИФу, но осуществляемых иными путями.

Цитотоксические Т-клетки CD4*

При заражении вирусом кори в организме образуются цитотоксические Т-клетки CD4+, которые распознают и лизируют инфицированные вирусом клетки-мишени, экспрессирующие молекулы МНС класса II. Это указывает, что процессинг и презентация антигенов вируса кори происходят обычным способом — путем фагоцитоза и расщепления (см. гл. 9). Однако существует, предположительно, и другой, еще неизвестный механизм, посредством которого белки или пептиды вируса кори перемещаются из цитозоля в везикулы класса II.

Защитные противовирусные механизмы обобщенно представлены на рис. 16.7, а динамика их индукции — на рис. 16.8.

СТРАТЕГИИ ОБХОДА ВИРУСАМИ ИММУНОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

Вирусы со своей стороны обладают разнообразными свойствами защиты от распознавания антителами. Наиболее эффективно этому служит смена антигенов: в вирусных белках, которые обычно становятся мишенями для антител, происходит изменение иммунодоминантных областей. Антигенная изменчивость наблюдается у ви-

Рис. 16.7Проникновению вирусов в клетки слизистой оболочки препятствуют антитела IgA. После первоначального инфицирования вирус может поражать и другие ткани, распространяясь с кровью. Интерфероны, образующиеся как факторы врожденного (ИФа и ИФР) и приобретенного (Ифу) иммунитета, делают близлежаРис. 16.7Проникновению вирусов в клетки слизистой оболочки препятствуют антитела IgA. После первоначального инфицирования вирус может поражать и другие ткани, распространяясь с кровью. Интерфероны, образующиеся как факторы врожденного (ИФа и ИФР) и приобретенного (Ифу) иммунитета, делают близлежащие клетки устойчивыми к инфицированию распространяющимся вирусом. Антитела нужны для устране ния свободных вирусных частиц, а Т- и НК-клетки — для разрушения инфицированных вирусом клеток-мишеней. (АЗКЦ - антителозависимая клеточноопосредованная цитотоксичность.)щие клетки устойчивыми к инфицированию распространяющимся вирусом. Антитела нужны для устране ния свободных вирусных частиц, а Т- и НК-клетки — для разрушения инфицированных вирусом клеток-мишеней. (АЗКЦ - антителозависимая клеточноопосредованная цитотоксичность.)

Рис. 16.7

Проникновению вирусов в клетки слизистой оболочки препятствуют антитела IgA. После первоначального инфицирования вирус может поражать и другие ткани, распространяясь с кровью. Интерфероны, образующиеся как факторы врожденного (ИФа и ИФР) и приобретенного (Ифу) иммунитета, делают близлежа

Рис. 16.7

Проникновению вирусов в клетки слизистой оболочки препятствуют антитела IgA. После первоначального инфицирования вирус может поражать и другие ткани, распространяясь с кровью. Интерфероны, образующиеся как факторы врожденного (ИФа и ИФР) и приобретенного (Ифу) иммунитета, делают близлежа

щие клетки устойчивыми к инфицированию распространяющимся вирусом. Антитела нужны для устране ния свободных вирусных частиц, а Т- и НК-клетки — для разрушения инфицированных вирусом клеток-мишеней. (АЗКЦ - антителозависимая клеточноопосредованная цитотоксичность.)

щие клетки устойчивыми к инфицированию распространяющимся вирусом. Антитела нужны для устране ния свободных вирусных частиц, а Т- и НК-клетки — для разрушения инфицированных вирусом клеток-мишеней. (АЗКЦ - антителозависимая клеточноопосредованная цитотоксичность.)

русов иммунодефицита человека и ящура, а также у вируса гриппа; в последнем случае она названа антигенным дрейфом (постепенные изменения) и шифтом (резкие изменения) Vpuc. 16.9). Гуморальный иммунитет к этим вирусным инфекциям сохраняется лишь до появления нового сероварианта возбудителя, что не позволяет рассчитывать на долговременный эффект вакцинации.

Антитела могут удалять вирусные антигены с плазматической мембраны клетки путем кэппин- га. Именно этот механизм, возможно, ограничивает развитие некоторых вирусов персистенцией внутри клеток. Герпесвирусы (HSV и CMV человека) кодируют гликопротеины, связывающие IgG через Fc-фрагмент, т. е. обладают FcyR-активностью, которая нарушает активацию комплемента и блокирует действие противовирусных антител.

Некоторые вирусы (например, вирус Эпштейна—Барр и аденовирусы) способны противодействовать эффекту интерферонов: они продуциру

ют короткие отрезки РНК, которые конкурируют за протеинкиназу и каким-то образом подавляют активацию этого фермента. Ряд вирусов (в том числе аденовирусы и CMV) кодирует белки, ингибирующие перенос молекул МНС класса I на плазматическую мембрану клетки. Это дает вирусу преимущество, помогая избежать распознавания цитотоксическими Т-клетками.

Отдельные вирусы обладают генами белков, гомологичных цитокиновым рецепторам или даже самим цитокинам. Синтез и выделение из инфицированных клеток этих белков, в частности растворимых форм рецепторов к ИЛ-1 р, ФИО и ИФу, нарушают локальное действие опосредованных цитокинами защитных механизмов. Вирус Эпштейна—Барр, например, кодирует белок, гомологичный ИЛ-10 млекопитающих и имитирующий его активность in vitro. Полностью значение подобных продуктов вирусного генома in vivo еще предстоит выяснить.

Данные о вирусных продуктах, гомологичных факторам противовирусного иммунитета, пред-

Иммунный ответ на типичнуюострую вирусную инфекцию

Рис. 16.8

Динамика обнаружения факторов иммунитета при ответе на типичную вирусную инфекцию. После заражения вирусом (например, гриппа или герпеса) в крови и в инфицированных тканях раньше всего выявляются НК-клетки и интерферон. Затем в регионарных лимфоузлах или селезенке обнаруживаются активированные цитотоксические Т-клетки (Тц). После этого в сыворотке начинают определяться нейтрализующие вирус антитела. Активированные цитотоксические Т-клетки исчезают уже на второй или третьей неделе, но им на смену появляются Т-клетки иммунологической памяти, способные сохраняться многие годы.

ставлены на рис. 16.10.

ИММУНОПАТОЛОГИЯ

Иммунный ответ на вирусные антигены может вызывать повреждения тканей Нарушения, связанные с иммунными комплексами

Иммунные комплексы могут появляться в различных жидкостях организма или на поверхности клеток, чаще всего при хронических, а также при персистентных инфекциях, вызванных, например, вирусами лимфоцитарного хориоменин- гита (LCMV, от англ, lymphocytic choriomeningitis virus) либо гепатита В. При избытке вирусного антигена антитела теряют способность нейтрали- зовывать вирусы; вместо этого они образуют иммунные комплексы, которые оседают в почках или в кровеносных сосудах других органов и вы-

Антигенные шифт и дрейф у вирусе гриппа

Сероварианты вируса гриппа А-типа

A/PR8 1933-1946 Антигенная A/FMI 1947-1956 формула

А/Сингапур 1957-1967А/Гонконг 1968-

Рис. 16.9

Главные поверхностные антигены вируса гриппа - это гемагглютинин и нейраминидаза. Гемагглютинин (ГА) участвует в прикреплении вируса к инфицируемой клетке. Антитела к нему обладают защитным действием. Антитела к нейраминидазе (НА) гораздо менее эффективны. Поверхностные антигены вируса гриппа могут изменяться либо постепенно (антигенный дрейф), либо резко (антигенный шифт). В результате изменения структуры антигенных детерминант ГА синтезированные к его прошлому варианту антитела становятся бесполезными, и вследствие этого возникают новые эпидемии гриппа. На рисунке схематично изображены сероварианты вируса гриппа, появляющиеся в результате антигенного шифта начиная с 1933 г. В основе международной номенклатуры антигенов вируса гриппа лежат обозначения типов гемагглютининов (Но, Н1 и т. д.) и нейраминидазы (N^ N2 и т. д.), которые экспрессируются на поверхности вирусных частиц. Примечательно, что в новых, вытесняющих старые, серовариантах вируса сохраняются неизмененными антигены, расположенные внутри вириона.

зывают там воспалительные реакции, чреватые повреждением тканей, например такие, как гломерулонефрит (см. гл. 25).

Связывание вирусов антителами, лишенными нейтрализующей активности, иногда имеет еще одно необычное патологическое следствие: эти иммунные комплексы в результате взаимодействия с Fc-рецептором поглощаются макрофагами, в которых инфекционность вируса усиливается. Это можно наблюдать при инфекции, вызванной вирусом денге. С Fc-рецепторными взаимодействиями иммунных комплексов, вызывающими

Защитный факторВирусВирусный продуктМеханизм влиянияИнтерферонEBVВирус коровьей оспыEBERS (короткие РНК)Гомолог п-субъединицы elF-2Подавление активации протеинкиназыОтмена фосфорилирования elF-2a протеинкиназойКомплементВирус коровьей оспыHSV-1Гомологи регуляторных белков комплементаГликопротеины дС, дЕ/д!Блокада активации комплементаСвязывание комплемента и Fey, вызывающее блокаду их функцийЦитокиныВирус миксомыВирус фибромы ШоупаEBVГомолог рецептора для ИфуГомолог рецептора для ФИОГомолог ИЛ-10Конкуренция за ИФу, блокада функцииКонкуренция за ФНО, блокада функцииОслабление функции ИФуМолекулыМНС класса 1Вирус цитомегалии мышиАденовирусРанние белкиБелокЕЗБлокада транспорта вирусных пептидов, ассоциированных с молекулами МНСБлокада транспорта молекул МНС на поверхность клеткиЗащитный факторВирусВирусный продуктМеханизм влиянияИнтерферонEBVВирус коровьей оспыEBERS (короткие РНК)Гомолог п-субъединицы elF-2Подавление активации протеинкиназыОтмена фосфорилирования elF-2a протеинкиназойКомплементВирус коровьей оспыHSV-1Гомологи регуляторных белков комплементаГликопротеины дС, дЕ/д!Блокада активации комплементаСвязывание комплемента и Fey, вызывающее блокаду их функцийЦитокиныВирус миксомыВирус фибромы ШоупаEBVГомолог рецептора для ИфуГомолог рецептора для ФИОГомолог ИЛ-10Конкуренция за ИФу, блокада функцииКонкуренция за ФНО, блокада функцииОслабление функции ИФуМолекулыМНС класса 1Вирус цитомегалии мышиАденовирусРанние белкиБелокЕЗБлокада транспорта вирусных пептидов, ассоциированных с молекулами МНСБлокада транспорта молекул МНС на поверхность клеткиВирусные продукты, ослабляющие иммунитетВирусные продукты, ослабляющие иммунитетРис. 16.10Вирусы способны разнообразными путями избегать действия защитных систем организма-хозяина.Рис. 16.10Вирусы способны разнообразными путями избегать действия защитных систем организма-хозяина.гиперактивацию системы комплемента, связан также патогенез геморрагической лихорадки и шокового синдрома денге.

Защитный фактор

Вирус

Вирусный продукт

Механизм влияния

Интерферон

EBV

Вирус коровьей оспы

EBERS (короткие РНК)

Гомолог п-субъединицы elF-2

Подавление активации протеинкиназы

Отмена фосфорилирования elF-2a протеинкиназой

Комплемент

Вирус коровьей оспы

HSV-1

Гомологи регуляторных белков комплемента

Гликопротеины дС, дЕ/д!

Блокада активации комплемента

Связывание комплемента и Fey, вызывающее блокаду их функций

Цитокины

Вирус миксомы

Вирус фибромы Шоупа

EBV

Гомолог рецептора для Ифу

Гомолог рецептора для ФИО

Гомолог ИЛ-10

Конкуренция за ИФу, блокада функции

Конкуренция за ФНО, блокада функции

Ослабление функции ИФу

Молекулы

МНС класса 1

Вирус цитомегалии мыши

Аденовирус

Ранние белки

БелокЕЗ

Блокада транспорта вирусных пептидов, ассоциированных с молекулами МНС

Блокада транспорта молекул МНС на поверхность клетки

Защитный фактор

Вирус

Вирусный продукт

Механизм влияния

Интерферон

EBV

Вирус коровьей оспы

EBERS (короткие РНК)

Гомолог п-субъединицы elF-2

Подавление активации протеинкиназы

Отмена фосфорилирования elF-2a протеинкиназой

Комплемент

Вирус коровьей оспы

HSV-1

Гомологи регуляторных белков комплемента

Гликопротеины дС, дЕ/д!

Блокада активации комплемента

Связывание комплемента и Fey, вызывающее блокаду их функций

Цитокины

Вирус миксомы

Вирус фибромы Шоупа

EBV

Гомолог рецептора для Ифу

Гомолог рецептора для ФИО

Гомолог ИЛ-10

Конкуренция за ИФу, блокада функции

Конкуренция за ФНО, блокада функции

Ослабление функции ИФу

Молекулы

МНС класса 1

Вирус цитомегалии мыши

Аденовирус

Ранние белки

БелокЕЗ

Блокада транспорта вирусных пептидов, ассоциированных с молекулами МНС

Блокада транспорта молекул МНС на поверхность клетки

Вирусные продукты, ослабляющие иммунитет

Вирусные продукты, ослабляющие иммунитет

Рис. 16.10

Вирусы способны разнообразными путями избегать действия защитных систем организма-хозяина.

Рис. 16.10

Вирусы способны разнообразными путями избегать действия защитных систем организма-хозяина.

Повреждение тканей хозяина цитотоксическими Т-клетками

При любой вирусной инфекции некоторая часть тканевых повреждений вызвана Т-клеточной активностью. Иногда в эксперименте они настолько существенны, что могут вызвать гибель животного. Яркий пример этого — поражение клеток центральной нервной системы мыши цитотоксическими Т-клетками при иммунном ответе на заражение LCMV (рис. 16.11). Удаление Т-кле- ток спасает животных от гибели; таким образом, именно Т-клетки, а не вирусы, повреждают ткани мозга. Подобный механизм предположительно действует в патогенезе хронического активного гепатита у человека.

Вирусы способны инфицировать клетки иммунной системы

Некоторые вирусы (например, HIV — от human immunodeficiency virus, или ВИЧ, вирус иммунодефицита человека) непосредственно инфициру

ют лимфоциты и макрофаги, вызывая патогенный эффект. Кроме того, иммунокомпетентные клетки служат для вирусов благоприятным местом персистенции. Вирусы в неинфекционной форме локализуются в покоящихся лейкоцитах, активация которых может вызвать и реактивацию вирусов с репликацией инфекционных вирионов. Примеры вирусов, заселяющих В-клет- ки, Т-клетки и макрофаги, приведены на рис. 16.12.

Вирус иммунодефицита человека инфицирует Т-клетки CD4*

В предыдущих разделах часто упоминался в качестве примера ВИЧ — ретровирус, вызывающий синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД). Для этой инфекции характерны продолжительный бессимптомный период, неэффективность иммунитета, непрерывная антигенная изменчивость вируса, его стремление заселить лимфоциты и клетки миелоидного происхождения, а также невропатологическая симптоматика в развернутый период болезни (см. гл. 21).

Т-клетки и макрофаги поглощают ВИЧ вследствие того, что вирусный гликопротеин gpl20

Инфицирование вирусамииммунокомпетентн ых клетокИнфицирование вирусамииммунокомпетентн ых клеток

Инфицирование вирусамииммунокомпетентн ых клеток

Инфицирование вирусамииммунокомпетентн ых клеток

Инфекция, вызванная вирусом лимфоцитарногохориоменингита (LCMV), у мыши

ЭффектЭффектLCMVLCMV,. ж ж .«еВт-клетки взрослых Циклофосфамид иммуннь|х ^ышей,. ж ж .«еВт-клетки взрослых Циклофосфамид иммуннь|х ^ышейРис. 16.11При заражении мышей вирусом лимфоцитарного хориоменингита (LCMV) исход инфекции зависит от иммунного статуса животного. У новорожденных мышат (1) заражение приводит к хроническому выделению вирионов и болезни иммунных комплексов, которая проявляется как гломерулонефрит и васкулит. У взрослых животных (2) внутримозговое заражение вызывает гибель в результате активности собственных Т-клеток; на зту причину указывает то, что в случае подавления иммунитета циклофосфамидом (3) мыши выживают, хотя инфекция становится персистирующей. «Протективный» эффект циклофосфамида можно отменить переносом Т-клеток от иммунных животных (4).Рис. 16.11При заражении мышей вирусом лимфоцитарного хориоменингита (LCMV) исход инфекции зависит от иммунного статуса животного. У новорожденных мышат (1) заражение приводит к хроническому выделению вирионов и болезни иммунных комплексов, которая проявляется как гломерулонефрит и васкулит. У взрослых животных (2) внутримозговое заражение вызывает гибель в результате активности собственных Т-клеток; на зту причину указывает то, что в случае подавления иммунитета циклофосфамидом (3) мыши выживают, хотя инфекция становится персистирующей. «Протективный» эффект циклофосфамида можно отменить переносом Т-клеток от иммунных животных (4).

Эффект

Эффект

LCMV

LCMV

,. ж ж .«еВт-клетки взрослых Циклофосфамид иммуннь|х ^ышей

,. ж ж .«еВт-клетки взрослых Циклофосфамид иммуннь|х ^ышей

Рис. 16.11

При заражении мышей вирусом лимфоцитарного хориоменингита (LCMV) исход инфекции зависит от иммунного статуса животного. У новорожденных мышат (1) заражение приводит к хроническому выделению вирионов и болезни иммунных комплексов, которая проявляется как гломерулонефрит и васкулит. У взрослых животных (2) внутримозговое заражение вызывает гибель в результате активности собственных Т-клеток; на зту причину указывает то, что в случае подавления иммунитета циклофосфамидом (3) мыши выживают, хотя инфекция становится персистирующей. «Протективный» эффект циклофосфамида можно отменить переносом Т-клеток от иммунных животных (4).

Рис. 16.11

При заражении мышей вирусом лимфоцитарного хориоменингита (LCMV) исход инфекции зависит от иммунного статуса животного. У новорожденных мышат (1) заражение приводит к хроническому выделению вирионов и болезни иммунных комплексов, которая проявляется как гломерулонефрит и васкулит. У взрослых животных (2) внутримозговое заражение вызывает гибель в результате активности собственных Т-клеток; на зту причину указывает то, что в случае подавления иммунитета циклофосфамидом (3) мыши выживают, хотя инфекция становится персистирующей. «Протективный» эффект циклофосфамида можно отменить переносом Т-клеток от иммунных животных (4).

связывается с маркером CD4 и с определенными рецепторами для хемокинов, CCR3 и CCR5. Подобным же образом ВИЧ проникает в любую другую антигенпрезентирующую клетку. Противовирусные антитела могут способствовать этому процессу, если клетка обладает Рс-рецептором. По сути это альтернативный способ внедрения вируса в фагоцитарные клетки или механизм, усиливающий проникновение, в том случае когда CD4 присутствует в малом количестве.

Период отсутствия клинических симптомов при ВИЧ-инфекции варьирует у разных больных и может быть весьма длительным; примерно у половины инфицированных ВИЧ-инфекция не прогрессирует в СПИД в течение 10 лет. В этот латентный период инфекции возбудитель присутствует в организме в форме провируса, встроенного в геномную ДНК хозяина, и транскрипции вирусной ДНК не происходит. Активацию

Вирус Эпштейна-Барр (EBV)

В-лимфоцитыМышиный у-герпесвирус

Вирус инфекционной болезни бурсы

Т-лимфотропный вирус человека (HTLV)

Т-лимфоциты серотипы 1 и 2

Вирус иммунодефицита человека (HIV или ВИЧ)

Вирус кори

Герпесвирус саймири

Герпесвирус 6 человека

МакрофагиВирус висны

HIV

Лактатдегидрогеназный вирус Цитомегаловирус

Рис. 16.12

Некоторые вирусы неопределенно долго персистируют в иммунокомпетентных клетках. Периодически такая инфекция может приводить к патологическим последствиям, например к гибели клеток (ВИЧ) или их злокачественной трансформации (EBV, HTLV-1).

вируса и начало транскрипции могут вызвать многие факторы. Например, in vitro воздействие ФНО и ИЛ-6 на латентно инфицированные культуры Т-клеток приводит к повышенной продукции инфекционных вирионов. Этот феномен, вероятно, имеет место и in vivo, так как моноциты ВИЧ-инфицированных больных часто выделяют указанные цитокины в патологически высоком количестве. Возможно, существует цикл высвобождения ФНО и ИЛ-6, в определенной фазе которого происходит усиление транскрипции вирусных генов (рис. 16.13). Репликация вируса ведет к инфицированию все большего числа клеток и выделению все большего количества цитокинов, причем in vitro ее стимулируют не только указанные, но и другие цитокины и лим- фокины, а также митогены и форболовые эфиры. Элиминации вируса не происходит по различным причинам, в том числе из-за его латентной персистенции, мутирования (вызывающего быстрый антигенный дрейф) и прогрессирующей иммунологической недостаточности.

Вирусная инфекция может провоцировать аутоиммунные заболевания

Вирусный патогенез аутоиммунных болезней имеет несколько механизмов.

Индуцированное вирусами повреждение тканей Некоторые вирусные инфекции вызывают повреждение тканей и последующую воспалительную реакцию, в результате которой начинают экспонироваться ранее «скрытые» собственные антигены; они могут пройти процессинг и быть презентированы клеткам иммунной системы. Это наблюдается, например, при инфекциях нервной системы, вызванных вирусом Тейлера (пикорна- вирус мыши) и вирусом гепатита мыши, когда мишенями для антител и Т-клеток становятся компоненты миелиновой оболочки аксонов.

Молекулярная мимикрия Иммунная система распознает как «чужое» аминокислотную последовательность вирусного белка, который гомологичен одному из белков организма-хозяина. В результате происходит срыв иммунологической толерантности к собственным скрытым антигенам и последующая атака иммунной системы против тканей хозяина (см. гл. 28). Модель такого патогенетического механизма аутоиммунопатологии может быть создана экспериментально, но доказательств его действия при естественной вирус-

Вопросы для размышления

За счет каких свойств вирусы способны ускользать от действия защитных механизмов организма-хозяина?

В клинику поступил маленький мальчик, страдающий диссеминированной герпесвирусной инфекцией. Какую иммунотерапию вы ему назначите и почему?

Инфицирование ВИЧ лимфоцитов и макрофагов

Проникновение иТа ен наяАктивация

поглощениеперсистенцияранскрипции

Рис. 16.13

Гликопротеин др 120, расположенный на поверхности ВИЧ, связывается с молекулой CD4 на плазматической мембране лимфоцита, активируя тем самым поглощение им вирусной частицы. Таким же образом ВИЧ может проникать в макрофаги, экспрессирующие гораздо меньше молекул CD4. При этом поглощению его макрофагами способствуют противовирусные антитела, связывающиеся с фагоцитарными клетками через рецепторы для Fc. Вирус встраивается в геномную ДНК клеток хозяина и остается латентным до тех пор, пока определенные стимулы (например, цитокины) не активируют транскрипцию вирусных генов. Новообразованные вирусные частицы после сборки выходят из Т-клеток путем отпочковывания от цитоплазматической мембраны либо тем же способом отпочковывания проникают во внутриклеточные вакуоли макрофагов. Таким образом в макрофагах может накапливаться большое количество потенциально инфекционных вирусных частиц.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Borden E.G., Rosenzweig I.В., Byrne G.l. 1987. Interferons: from virus inhibitor to modulator of amino acid and lipid metabolism. Interferon Res. 7: 591.

Chisari F.V., Ferrari C. 1995. Hepatitis В virus immunopathogenesis. Annu. Rev. Immunol. 13: 29-60.

Clements J.E., Gidovin S.L., Montelaro R.C. et al. 1988. Antigenic variation in lentiviral disease. Annu. Rev. Immunol. 6: 139-159.

Doherty R.C., Allan W., Eichelberg M. etal 1992. Roles of а/p and y/8 T cell subsets in viral immunity. Annu. Rev. 10: 123-151.

Doherty R.C. 1993. Cell-mediated cytotoxicy. Cell. 75:607.

Gooding L.R. 1992. Virus proteins that counteract host immune defences. Ce//71: 5-7.

Levy J.A. 1993. Pathogenesis of human immunodefi

ciencyvirus infection. Microbiol. Rev. 57: 183-289.

Mims C.A. 1986. Interactions of viruses with the immune system. Clin. Exp. Immunol. 66: 1-16.

Nash A.A., Cambouropoulos P. 1993. The immune response to herpes simplex virus. Semin. Virol. 4:181 -186.

Oldstone M.B.A. 1987. Molecular mimicry and autoimmune disease. Cell 50: 819-820.

Ramsay A.J. 1993. A case for cytokines as effector molecules in the resolution on virus infection. Immunol. Today 14: 155.

Sissons J.G., Oldstone M.B.A. 1980. Antibody-mediated destruction of virus-infected cells. Adv. Immunol. 31: 1

Smith G.A. 1994. Virus strategies for evasion of the host response to infection. Trends. Microbiol. 2: 81-88.

1717

17

17

Иммунитет к бактериальным и грибковым инфекциям

О механизмах защиты против той или иной бактериальной инфекции можно судить по Строению клеток возбудителя, особенно клеточной стенки, и типу патогенности.

Нейтрализующие антитела могут полностью обеспечивать защиту, если патогенность возбудителя связана только с токсином или адгези- ном.

Неспецифические, филогенетически древние механизмы иммунитета - фагоцитоз, альтернативная активация комплемента и выделение цитокинов - действуют вследствие распознавания консервативных бактериальных структур.

Комплемент может уничтожать некоторые бактерии, в первую очередь — грамотрицатель- ные, т. е. имеющие наружный липидный бислой, или наружную мембрану, в составе клеточной стенки.

Фагоциты способны уничтожать клетки большинства бактерий, осуществляя последовательно хемотаксис, связывание, поглощение и лизис.

Патогенные микроорганизмы обладают разнообразными свойствами для обхода защитного действия комплемента и фагоцитов или для направления Т-зависимой активации фагоцитоза по ложному пути.

Избыточное выделение цитокинов, вызываемое микробами, может быть причиной иммунопатологических Синдромов, таких как эндоток- сический шок и реакция Шварцмана.

Хроническую иммунопатологию с повреждением тканей (как, например, при туберкулезе) вызывает, вероятно, дисбаланс в выделении цитокинов, приводящий к неадекватным эффектам.

Иммунитет к грибам, вероятно, опосредован клетками и сходен С антибактериальным.

ИММУНИТЕТ К БАКТЕРИЯМ

Защитные механизмы, действующие при той или иной бактериальной инфекции, соответствуют структуре клеток возбудителя (направлены на их уязвимые участки) и факторам его патогенности.

Механизм иммунитета зависит от типа поверхности бактериальных клеток

Существуют четыре основных типа строения бактериальной клеточной стенки {рис. 17.1), и по этому признаку бактерии распадаются на следующие группы:

грамположительные бактерии;

грамотрицательные бактерии;

микобактерии;

спирохеты.

Наружная мембрана в составе клеточной стенки грамотрицательных бактерий чувствительна к литическому действию комплемента и некоторых цитотоксических клеток. Бактерии с другим строением клеточной стенки могут быть уничтожены только путем фагоцитоза.

Некоторые бактерии несут на поверхности фимбрии или жгутики, многие покрыты защитной капсулой. Эти поверхностные структуры могут препятствовать фагоцитозу или действию комплемента, но они же являются мишенью для антител, роль которых рассмотрена ниже (см. стр. 321).

Механизмы иммунитета соответствуют факторам патогенности бактерий

Двумя крайними формами патогенности бактерий можно считать:

токсигенность без инвазивности и

инвазивность без токсигенности {рис. 17.2). Однако в реальности большинство бактерий занимает по характеру патогенности промежуточное положение между этими полюсами, например проявляя в некоторой степени инвазивность, обусловленную, как правило, локальным действием своих токсинов и разрушением тканей ферментами (факторы распространения).

Примером бактерий, которые считаются ток- сигенными, но не инвазивными, могут служить

Клеточные стенки бактерий

Грамположительные бактерииГрамположительные бактерииГрамотрицательные бактерииГрамотрицательные бактерииМикобактерииМикобактерииСпирохетыСпирохеты

Грамположительные бактерии

Грамположительные бактерии

Грамотрицательные бактерии

Грамотрицательные бактерии

Микобактерии

Микобактерии

Спирохеты

Спирохеты

± капсула или микрокапсула*

± фимбрии и/или жгутики

Гликолипиды*

Миколовые кислоты

Осевые Наружная

Липопротеин фибриллы оболочка

Рис. 17.1

Существуют различные иммунологические механизмы для разрушения клеточных стенок различных микроорганизмов Микробы всех типов обладают цитоплазматической мембраной и пептидогликановой клеточной стенкой. Грамотрицательные бактерии, кроме того, имеют наружную мембрану, внешний слой которой содержит липополисахарид (ЛПС). Ли- зосомные ферменты и лизоцим разрушают структуру пептидогликана, а катионные белки и комплемент - наружную мембрану грамотрицательных бактерий. Клеточная стенка микобактерий чрезвычайно устойчива к различным воздействиям; по-видимому, ее

разрушение возможно только при участии действующих изнутри ферментов самой бактериальной клетки. Некоторые бактерии имеют фимбрии и жгутики, компоненты которых могут служить мишенями для антител. Часть бактерий обладает наружной капсулой, повышающей устойчивость к фагоцитозу или к комплемент-зависимому лизису. Компоненты клеточных стенок, обозначенные на рисунке звездочкой, обладают иммуноадъювантными свойствами, т. е. воспринимаются иммунной системой как неспецифический сигнал, усиливающий иммунный ответ.

Corynebacterium diphtheriae и Vibrio cholerae. Поскольку патогенность этих возбудителей почти полностью обусловлена образованием токсина, для защиты от них, вероятно, вполне достаточно действия антител, нейтрализующих токсин, хотя при этом могут быть важны и антитела, которые

связываются с бактериями и предотвращают таким образом их прикрепление к эпителию.

Патогенность высокоинвазивных бактерий, напротив, не обусловлена, как правило, каким- либо одним токсином, поэтому механизмы иммунитета против них направлены на уничтоже ние самих клеток возбудителя.

Первая линия обороны от бактерий не связана с распознаванием антигенов

Самую первую линию защиты от патогенных бактерий создает барьер, образуемый наружными покровами тела; он препятствует проникновению микроорганизмов или развитию инфекции. Так, кожа и находящиеся в контакте с внешней средой слои эпителия снабжены неспецифиче-

Механизмы патогенности бактерийМеханизмы патогенности бактерийакций (например, при лепроматозной проказе). Для уничтожения бактерий, проникших в клетки, действуют механизмы клеточного иммунитета.3. Большинство бактерий занимает промежуточное положение между этими крайними типами патогенности, обладая одновременно локальной ин- вазивностью, локальной токсигенностью и ферментами, разрушающими внеклеточный матрикс (примеры - Staphilococcus aureus и Clostridium per- fringens). В защите против них принимают участие как антитела, так и механизмы клеточного иммунитета.акций (например, при лепроматозной проказе). Для уничтожения бактерий, проникших в клетки, действуют механизмы клеточного иммунитета.3. Большинство бактерий занимает промежуточное положение между этими крайними типами патогенности, обладая одновременно локальной ин- вазивностью, локальной токсигенностью и ферментами, разрушающими внеклеточный матрикс (примеры - Staphilococcus aureus и Clostridium per- fringens). В защите против них принимают участие как антитела, так и механизмы клеточного иммунитета.

Механизмы патогенности бактерий

Механизмы патогенности бактерий

акций (например, при лепроматозной проказе). Для уничтожения бактерий, проникших в клетки, действуют механизмы клеточного иммунитета.

3. Большинство бактерий занимает промежуточное положение между этими крайними типами патогенности, обладая одновременно локальной ин- вазивностью, локальной токсигенностью и ферментами, разрушающими внеклеточный матрикс (примеры - Staphilococcus aureus и Clostridium per- fringens). В защите против них принимают участие как антитела, так и механизмы клеточного иммунитета.

акций (например, при лепроматозной проказе). Для уничтожения бактерий, проникших в клетки, действуют механизмы клеточного иммунитета.

3. Большинство бактерий занимает промежуточное положение между этими крайними типами патогенности, обладая одновременно локальной ин- вазивностью, локальной токсигенностью и ферментами, разрушающими внеклеточный матрикс (примеры - Staphilococcus aureus и Clostridium per- fringens). В защите против них принимают участие как антитела, так и механизмы клеточного иммунитета.

Рис. 17.2

1. Некоторые бактерии способны вызывать болезнь, не проникая из очага инфекции в ткани организма. Патогенность их обусловлена выделением одного токсина, как например у Corynebacterium diphtherias и Clostridium tetani, либо способностью прикрепляться к клеткам эпителия и выделять целый ряд токсинов и ферментов, как у стрептококков группы А, вызывающих, в частности, ангину. Для иммунитета в этих случаях может быть достаточно антител, нейтрализующих основной фактор патогенности. 2. Другие бактерии, напротив, не обладают ток- сигенностью, но вызывают заболевание в результате проникновения в ткани, а иногда и в клетки организма, повреждая их главным образом в результате интенсивного размножения или вследствие иммунопатологических ре

скими, или врожденными, механизмами зашиты от внедрения микробов (см. рис. /./). Неповрежденная кожа просто непроницаема для большинства бактерий. Кроме того, для многих из них токсичны выделяемые кожей жирные кислоты. Патогенность некоторых штаммов бактерий коррелирует с их способностью выживать на коже. Эпителиальные покровы очищаются от бактерий благодаря, например, движению ресничек в трахее и току мочи в мочевыводящих путях. Во влагалище и желудке многие бактерии погибают вследствие кислой реакции среды. Влагалищный эпителий секретирует гликоген, который ряд бактерий-комменсалов метаболизирует с образованием молочной кислоты. Вообще комменсалы способны препятствовать инвазии патогенных бактерий, продуцируя антибактериальные белки, названные колицинами. Поэтому нарушение нормальной микрофлоры антибиотиками может привести к инфекциям, вызываемым Candida или Clostridium difficile.

В действительности лишь ничтожной части окружающих нас потенциально патогенных микробов в редких случаях удается проникать в ткани организма.

Действие второй линии обороны связано с распознаванием общих для разных бактерий клеточных компонентов

Проникшие в ткань клетки бактерий вначале могут быть атакованы действующими во внутренней среде организма механизмами врожденного иммунитета. Множество компонентов бактериальных клеток иммунная система распознает без участия антигенспецифичных рецепторов В- или Т-клеток — благодаря действию филогенетически древних механизмов грубого распознавания, появившихся в эволюции раньше антигенспецифичных Т-клеток и иммуноглобулинов. В результате такого распознавания вызывают иммунный ответ обшие для разных бактерий клеточные компоненты. Многие бактерии, например непатогенные кокки, по-видимому, устраняются из тканей организма в результате действия именно таких механизмов, без формирования специфического (адаптивного) иммунного ответа. Пути грубого распознавания и его мишени — общие микробные компоненты — перечислены на рис. 17.4. Примечательно, что используемый для определения примеси бактериального липополисахарида (Л ПС) в лекарственных препаратах «ли-

Эффекты ЛПСЭффекты ЛПСРис. 17.3Липополисахарид (ЛПС) - компонент наружной мембраны грамотрицательных бактерий - связывается в плазме крови с растворимым маркером CD14 (sCD14) и липопротеиновыми частицами. Катализатором этого взаимодействия служит липид-переносящий белок, названный ЛПС-связывающим (ЛСБ). Связывание липопротеиновой частицей приводит к нейтрализации ЛПС, связывание же sCD14 вызывает клеточную активацию, поскольку СОМ присутствует в организме также и в форме GPI-связанного мембранного белкаРис. 17.3Липополисахарид (ЛПС) - компонент наружной мембраны грамотрицательных бактерий - связывается в плазме крови с растворимым маркером CD14 (sCD14) и липопротеиновыми частицами. Катализатором этого взаимодействия служит липид-переносящий белок, названный ЛПС-связывающим (ЛСБ). Связывание липопротеиновой частицей приводит к нейтрализации ЛПС, связывание же sCD14 вызывает клеточную активацию, поскольку СОМ присутствует в организме также и в форме GPI-связанного мембранного белка(mCD14) нейтрофилов и макрофагов, и ЛПС из комплекса с растворимым СОМ переходит в комплекс с его мембраносвязанной формой. Комплекс mCDM-ЛПС, ассоциируя с другими мебраносвязан- ными факторами, передает внутрь клетки сигналы, повышающие экспрессию интегринов (молекул межклеточной адгезии) и выделение ФНОа и ИЛ-1. В свою очередь эти цитокины активируют эндотелиальные клетки и вызывают острофазный ответ в печени. Один из продуктов острофазного ответа - зто ЛСБ.(mCD14) нейтрофилов и макрофагов, и ЛПС из комплекса с растворимым СОМ переходит в комплекс с его мембраносвязанной формой. Комплекс mCDM-ЛПС, ассоциируя с другими мебраносвязан- ными факторами, передает внутрь клетки сигналы, повышающие экспрессию интегринов (молекул межклеточной адгезии) и выделение ФНОа и ИЛ-1. В свою очередь эти цитокины активируют эндотелиальные клетки и вызывают острофазный ответ в печени. Один из продуктов острофазного ответа - зто ЛСБ.мулюс-тест» основан на одном из таких механизмов распознавания, обнаруженном у беспозвоночных: в гемолимфе мечехвоста Limulus polyphemus следовые количества ЛПС вызывают образование фибрина, волокна которого обездвиживают ЛПС-содержащий инфекционный агент.

Эффекты ЛПС

Эффекты ЛПС

Рис. 17.3

Липополисахарид (ЛПС) - компонент наружной мембраны грамотрицательных бактерий - связывается в плазме крови с растворимым маркером CD14 (sCD14) и липопротеиновыми частицами. Катализатором этого взаимодействия служит липид-переносящий белок, названный ЛПС-связывающим (ЛСБ). Связывание липопротеиновой частицей приводит к нейтрализации ЛПС, связывание же sCD14 вызывает клеточную активацию, поскольку СОМ присутствует в организме также и в форме GPI-связанного мембранного белка

Рис. 17.3

Липополисахарид (ЛПС) - компонент наружной мембраны грамотрицательных бактерий - связывается в плазме крови с растворимым маркером CD14 (sCD14) и липопротеиновыми частицами. Катализатором этого взаимодействия служит липид-переносящий белок, названный ЛПС-связывающим (ЛСБ). Связывание липопротеиновой частицей приводит к нейтрализации ЛПС, связывание же sCD14 вызывает клеточную активацию, поскольку СОМ присутствует в организме также и в форме GPI-связанного мембранного белка

(mCD14) нейтрофилов и макрофагов, и ЛПС из комплекса с растворимым СОМ переходит в комплекс с его мембраносвязанной формой. Комплекс mCDM-ЛПС, ассоциируя с другими мебраносвязан- ными факторами, передает внутрь клетки сигналы, повышающие экспрессию интегринов (молекул межклеточной адгезии) и выделение ФНОа и ИЛ-1. В свою очередь эти цитокины активируют эндотелиальные клетки и вызывают острофазный ответ в печени. Один из продуктов острофазного ответа - зто ЛСБ.

(mCD14) нейтрофилов и макрофагов, и ЛПС из комплекса с растворимым СОМ переходит в комплекс с его мембраносвязанной формой. Комплекс mCDM-ЛПС, ассоциируя с другими мебраносвязан- ными факторами, передает внутрь клетки сигналы, повышающие экспрессию интегринов (молекул межклеточной адгезии) и выделение ФНОа и ИЛ-1. В свою очередь эти цитокины активируют эндотелиальные клетки и вызывают острофазный ответ в печени. Один из продуктов острофазного ответа - зто ЛСБ.

Механизм реакции на ЛПС Он включает нейтрализацию ЛПС (путем связывания липопротеиновыми частицами) и, кроме того, перенос этого бактериального продукта на клеточную мембрану лейкоцитов, а также, вероятно, эндотелиальных клеток. Взаимодействуя с молекулами их поверхности, ЛПС может активировать соответствующие эффекторные функции этих клеток

(рис. 17.3). Подобным образом могут распознаваться и вызывать ответ и другие филогенетически древние (консервативные) компоненты бактериальных клеток.

Независимое от лимфоцитов распознавание бактерий вызывает ряд событий

Активация комплемента по альтернативному пути (см. гл. 4) Этот механизм обеспечивает уничтожение некоторых бактерий, в первую очередь грамотрицательных, поскольку они обладают чувствительной к мембранолитическому комплексу (С5Ь—9) наружной мембраной. Такая активация приводит также к образованию фрагментов комплемента СЗа и С5а, вызывающих сокращение

Независимые от антигенспецифичных В- или Т-клеток механизмы антимикробной защитыНезависимые от антигенспецифичных В- или Т-клеток механизмы антимикробной защитыРис. 17.4Некоторые общие для разных бактерий структурные компоненты распознаются определенными молекулами плазмы крови и клеточными рецепторами. Это распознавание вызывает следующие эффекты: 1) альтернативную активацию комплемента (при участии СЗ, В, D, Р) с высвобождением СЗа и С5а, 2) активацию нейтрофилов, макрофагов и НК-клеток с выделением цитокинов, 3) дегрануляцию тучных клеток,Рис. 17.4Некоторые общие для разных бактерий структурные компоненты распознаются определенными молекулами плазмы крови и клеточными рецепторами. Это распознавание вызывает следующие эффекты: 1) альтернативную активацию комплемента (при участии СЗ, В, D, Р) с высвобождением СЗа и С5а, 2) активацию нейтрофилов, макрофагов и НК-клеток с выделением цитокинов, 3) дегрануляцию тучных клеток,обеспечивающую усиление местного капиллярного кровотока, и 4) стимуляцию адгезии циркулирующих клеток крови и фибрина к эндотелию. Действие этих механизмов и повреждение тканей бактериями вызывают локальное свертывание крови, и образовавшийся фибрин создает преграду для распространения бактерий. (ХФЭ-А - хемотаксический фактор А эозинофилов.)обеспечивающую усиление местного капиллярного кровотока, и 4) стимуляцию адгезии циркулирующих клеток крови и фибрина к эндотелию. Действие этих механизмов и повреждение тканей бактериями вызывают локальное свертывание крови, и образовавшийся фибрин создает преграду для распространения бактерий. (ХФЭ-А - хемотаксический фактор А эозинофилов.)гладкомышечных волокон и дегрануляцию тучных клеток (кроме того, С5а связывается с нейтрофилами и активирует их). Последующее высвобождение из клеток гистамина и лейкотриена (LTB4) еще сильнее повышает сосудистую проницаемость (рис. 17.4). Опсонизация бактерий продуктами расщепления СЗ важна для последующего поглощения их фагоцитами.

Независимые от антигенспецифичных В- или Т-клеток механизмы антимикробной защиты

Независимые от антигенспецифичных В- или Т-клеток механизмы антимикробной защиты

Рис. 17.4

Некоторые общие для разных бактерий структурные компоненты распознаются определенными молекулами плазмы крови и клеточными рецепторами. Это распознавание вызывает следующие эффекты: 1) альтернативную активацию комплемента (при участии СЗ, В, D, Р) с высвобождением СЗа и С5а, 2) активацию нейтрофилов, макрофагов и НК-клеток с выделением цитокинов, 3) дегрануляцию тучных клеток,

Рис. 17.4

Некоторые общие для разных бактерий структурные компоненты распознаются определенными молекулами плазмы крови и клеточными рецепторами. Это распознавание вызывает следующие эффекты: 1) альтернативную активацию комплемента (при участии СЗ, В, D, Р) с высвобождением СЗа и С5а, 2) активацию нейтрофилов, макрофагов и НК-клеток с выделением цитокинов, 3) дегрануляцию тучных клеток,

обеспечивающую усиление местного капиллярного кровотока, и 4) стимуляцию адгезии циркулирующих клеток крови и фибрина к эндотелию. Действие этих механизмов и повреждение тканей бактериями вызывают локальное свертывание крови, и образовавшийся фибрин создает преграду для распространения бактерий. (ХФЭ-А - хемотаксический фактор А эозинофилов.)

обеспечивающую усиление местного капиллярного кровотока, и 4) стимуляцию адгезии циркулирующих клеток крови и фибрина к эндотелию. Действие этих механизмов и повреждение тканей бактериями вызывают локальное свертывание крови, и образовавшийся фибрин создает преграду для распространения бактерий. (ХФЭ-А - хемотаксический фактор А эозинофилов.)

Хемотаксис За счет хемотаксиса в очаг инфекции поступает больше фагоцитов. Бактериальные продукты могут вызывать хемотаксис непосредственно и через активацию комплемента.

Выделение цитокинов макрофагами Фактор некроза опухолей (ФИО) и интерлейкин-1 (ИЛ-1)

вызывают системную активацию фагоцитарных клеток и усиление их прилипания к эндотелию, что способствует миграции в воспаленную ткань. Фагоцитарные клетки выделяют также низкомолекулярные хемотаксические пептиды, называемые «хемокинами», которые усиливают ненаправленную подвижность клеток (см. гл. 5).

Выделение цитокинов нормальными киллерами (НК- клетками) НК-клетки мыши, стимулированные ИЛ-12 или ФНО, могут выделять у-интерферон (ИФу), который в свою очередь способен активировать макрофаги. Благодаря действию этого Т-независимого механизма мыши с тяжелым комбинированным иммунодефицитом (нарушение созревания лимфоцитов) неожиданно про-

являют устойчивость, например к Listeria monocytogenes.

Адъювантные эффекты Термин «адъювант» происходит от латинского adiuvare — помогать. В эксперименте иммунизация растворимыми антигенами вызывает более сильный Т- и В-кле- точный ответ в случае их введения вместе с бактериальными продуктами, действующими как адъюванты. На рис. 17.1, эти компоненты клеток бактерий отмечены звездочкой. Наиболее известен полный адъювант Фрейнда, применяемый только для иммунизации лабораторных животных; он представляет собой масляную суспензию убитых клеток Mycobacterium tuberculosis; перед введением животному этот препарат эмульгируют в водном растворе антигена. Адъювантный эффект , по-видимому, обусловлен именно тем, что антигенспецифический иммунный ответ развивается в лимфоидной ткани, уже содержащей упомянутые фармакологически активные бактериальные продукты. Ответ на введенный без них, чистый бактериальный антиген можно рассматривать как искусственную ситуацию, которая не встречается в природе.

«Выбор» необходимого лимфоцитарного ответа Решающая роль в этом «выборе» принадлежит «адъювантным» компонентам бактерий и механизму раннего выделения цитокинов. Разные виды бактерий оказывают оптимальный адъювантный эффект в отношении различных компонентов иммунной системы. Это может отражать необходимость примерного «таксономического определения» микроба для активации соответствующих эффекторных механизмов иммунного ответа. Вызываемое бактериями выделение цитокинов также вносит свой вклад в выбор адекватной формы иммунного ответа на этом этапе (подробнее он описан в гл. 11).

Выбор неадекватных форм иммунного ответа Некоторые микробы за счет своих адъювантных свойств способны направлять иммунный ответ по пути неэффективных в данном случае механизмов. Как правило, адъювантные свойства возбудителей полезны для организма-хозяина, но в отдельных случаях они вызывают нарушения иммунорегуляции, в частности активируя неподходящую субпопуляцию Т-хелперов (Тх-клеток). Наиболее наглядный пример этого можно наблюдать при экспериментальном заражении мы

шей патогенным простейшим Leishmania major. При активации Тх2-клеток развивается болезнь со смертельным исходом, тогда как активированные Тх1-клетки обеспечивают полную защиту (см. гл. 18).

Шоковые синдромы Если происходит слишком быстрое и обильное высвобождение цитокинов, возможно развитие различных, потенциально смертельных синдромов острого повреждения тканей.

Антитела обеспечивают антигенспецифическую защиту

Защитный эффект взаимодействия антител с бактериями зависит от механизма патогенности данного возбудителя. Когда она обусловлена действием бактериального токсина, антителам принадлежит решающая роль в иммунном ответе. Они, например, нейтрализуют дифтерийный токсин, блокируя прикрепление к клеткам-мишеням связывающего участка его молекул. Подобным же образом антитела могут инактивировать локально действующие токсины и ферменты (бактериальные факторы распространения), которые разрушают межклеточное вещество соединительной ткани, а также обездвиживать бактерии, связываясь с их жгутиками.

В защите слизистых оболочек от многих инфекций существенная роль принадлежит секреторному IgA (slgA; см. гл. 3). Этот иммуноглобулин блокирует прикрепление бактерий к эпителиальным клеткам. Например, эффекторным механизмом иммунитета при стрептококковой ангине является образование антител к М-бел кам стрептококков группы А. Возможно также, что антитела к определенным антигенам бактериальной поверхности способны ингибировать, например, такие важные для роста микробов процессы, как связывание хелатов железа или поглощение других питательных веществ Vpuc. 17.5).

В то же время в случае инфекции, вызванной нетоксигенными микробами, основная функция антител состоит в том, чтобы наиболее эффективно превращать возбудителя инфекции в мишень для комплемента. При участии антител комплемент повреждает бактерии, даже устойчивые к альтернативному (т. е. врожденному) механизму его бактериолитического действия (см. ниже). Кроме того, антитела усиливают связывание и поглощение нагруженных СЗЬ и iC3b бак-

Функции антител в антимикробной защите

Рис. 17.5

Стадии бактериальной инвазии (синий цвет) и защитные эффекты антител (желтый цвет). Антитела к антигенам фимбрий, некоторым капсульным антигенам и липотейхоевым кислотам блокируют прикрепление бактерий к плазматической мембране клеток хозяина. Активированный антителами комплемент разрушает наружную мембрану грамотрицательных бактерий. 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 СЗ-рецепторов фагоцитов. Кроме того, антитела нейтрализуют иммунорепелленты (бактериальные факторы, нарушающие нормальный хемотаксис или фагоцитоз), токсины бактерий, а также выделяемые ими факторы распространения, которые способствуют инвазии, например путем разрушения межклеточного вещества соединительной ткани или фибрина.

терий фагоцитами (рис. /7.6и 17.7}. Самой высокой комплемент-связываюшей активностью у человека обладают антитела изотипов IgG I, IgG3 и IgM. Помимо этого, IgG 1 и IgG3 имеют наибольшую аффинность к клеточным Fc-рецепторам.

Патогенные бактерии способны избегать разрушающего действия комплемента

Капсулы некоторых видов бактерий почти не вызывают альтернативной активации комплемента

Влияние антител и комплемента на скоростьудаления вирулентных бактерий из кровотока

комплементом, у нормальных мышей

Рис. 17.6

Микробные клетки, не покрытые антителами и продуктами альтернативной активации комплемента, поглощаются фагоцитами очень медленно, тогда как нагруженные антителами и комплементом — во много раз интенсивнее. У животных, временно лишенных комплемента, это связывание происходит менее интенсивно, чем в норме.

Взаимодействие между бактериями ифагоцитарными клетками

Рис. 17.7

Связыванию бактерий с мембраной фагоцита способствует ряд молекул. Произойдет ли поглощение микробной клетки фагоцитом и ее последующий лизис, зависит от характера этого взаимодействия. За исключением компонентов комплемента, антител и маннозосвязывающего лектина (МСЛ), которые присоединяются к бактериальной поверхности, все остальные молекулы на поверхности бактерий, участвующие в связывании, относятся к конститутивно экспрессируемым бактериальным компонентам.

1 Комплемент(нет активации)1 Комплемент(нет активации)КапсулеКапсулеКлеточная стенкаКлеточная стенка

1 Комплемент

(нет активации)

1 Комплемент

(нет активации)

Капсуле

Капсуле

Клеточная стенка

Клеточная стенка

Защита от повреждения комплементом

Рис. 17.8

Пути «ускользания» бактерий от комплемент-зависи- мого лизиса. 1. Капсула или наружный покров предотвращает активацию комплемента. 2. Конфигурация наружной поверхности микробной клетки может препятствовать доступу фагоцитов к фиксированному на ней СЗЬ. 3. Особые поверхностные структуры отвлекают на себя лизирующий мембрану комплекс, предохраняя от его действия наружную мембрану микробной клетки. 4. Бактериальные мембраносвязанные ферменты разрушают фиксированный комплемент или вызывают его слущивание. 5. Наружная мембрана микробной клетки может быть устойчивой к внедрению литического комплекса. 6. Возможно выделение бактериями «белков-ловушек», связывающих комплемент.

(рис. 17.8). В то же время длинные боковые полисахаридные цепи (О-антиген) бактериального липополисахарида могут связывать СЗЬ, но на некотором удалении от чувствительного к дейст

вию комплемента липидного бислоя мембраны, так что лизиса не происходит. Подобным этому механизмом обладают клетки гладких вариантов грамотрицательных бактерий (Escherichia coli, Salmonella и Pseudomonas) — они способны связывать, но затем быстро отщеплять лизирующий мембрану комплекс C5b—С9.

Другие бактерии используют физиологические механизмы организма-хозяина, защищающие собственные клетки от комплемента. Как известно, связывание СЗЬ с клеточной поверхностью может приводить либо к дальнейшему образованию этого фрагмента в результате взаимодействия с фактором В, либо к его инактивации факторами Н и 1. Бактериальные капсулы с высоким содержанием сиаловой кислоты (сходные этим с клеточными мембранами хозяина), по-ви- димому, стимулируют взаимодействие СЗЬ с факторами Н и I. Именно благодаря этому механизму Neisseria meningitidis, Е. coli К1 и стрептококки группы А совершенно неуязвимы для комплемента. Более того, М-белок стрептококков группы А действует как акцептор фактора Н, усиливая тем самым диссоциацию комплекса СЗЬВ. Эти бактерии обладают также геном С5а-протеазы.

Большинство бактерий уничтожают фагоциты

Как описано выше, некоторые бактерии, главным образом грамотрицательные, непосредственно лизируются комплементом. Опубликованы также данные о способности НК-клеток и даже цитотоксических Т-клеток (Тц) при простом контакте лизировать ряд бактерий некоторых видов, в большинстве грамотрицательных.

Однако большую часть бактерий уничтожают фагоциты. Процесс фагоцитоза состоит из нескольких стадий (см. рис. 1.15).

Хемотаксис Компоненты бактериальных клеток, например f-Met-Leu-Phe (формил-метионин- лейцин-фенилаланин — хемоаттрактант для лейкоцитов), продукты активации комплемента, например С5а. и локально выделяемые цитокины и хемокины привлекают фагоцитарные клетки в очаг инфекции и воспаления (см. гл. 5).

Связывание фагоцитов с микробными клетками От этой важной стадии фагоцитоза зависит последующее поглощение микробов фагоцитами и сопряженная с поглощением активация механиз-

мов лизиса. В связывании может участвовать ряд молекул.

Лектины микробных клеток, например специфичный к маннозе лектин, присутствующий на поверхности фимбрий у Е. coli.

Лектины фагоцитарных клеток. Особенно важны в качестве лектинов при фагоцитозе рецепторы комплемента CR3 и CR4 (р 150,95), а также структурно близкий к ним лейкоцитарный функциональный антиген-1 (LFA-1), относящийся к интегринам. Все эти молекулы поверхности обладают большим числом активных центров, специфичных к различным углеводным компонентам клеточных полимеров, и могут, в частности, связываться с р-глю- канами и ЛПС грамотрицательных бактерий.

Компоненты комплемента, связавшиеся с микробной поверхностью благодаря классической или альтернативной активации. Недавно было установлено, что комплемент может связываться со специфичным к маннозе сывороточным лектином, фиксированным на бактериальной клетке и аффинным, кроме того, к рецепторам для Clq фагоцитов.

Fc-рецепторы фагоцитарных клеток способны взаимодействовать с антителами, связавшимися с бактериальными клетками (см. рис. 17.7).

Запуск поглощения Связывание микробной клетки с рецептором на плазматической мембране макрофага не обязательно приводит к поглощению. Например, частицы, образованные зимозаном (дрожжевой полисахарид), при связывании с глюканспецифичным центром рецептора CR3 поглощаются макрофагом, тогда как эритроциты, нагруженные iC3b, не поглощаются, хотя эти компоненты комплемента также взаимодействуют с CR3.

Запуск бактерицидных механизмов Подобно тому как связывание мембранных рецепторов фагоцита с бактерией не гарантирует ее поглощения, само поглощение также необязательно ведет к запуску бактерицидных механизмов. В частности, клетки Yersinia pseudotuberculosis сами индуцируют свое поглощение фагоцитами, но при этом дерепрессируют синтез фактора, модулирующего сигнал эндоцитоза, так чтобы внутриклеточного разрушения микробных клеток не происходило.

Фагоцитарные клетки обладают разнообразными механизмами уничтожения микробов

Поглощенная фагоцитом микробная клетка подвергается действию нескольких бактерицидных механизмов.

Кислород-зависимые бактерицидные механизмы

Реакционноспособные метаболиты кислорода (РМК) Их образование связано с активностью фермента, локализованного в клеточной мембране фагоцита. Этот фермент восстанавливает О2 с образованием супероксидного анион-радикала (• О^") — токсичного РМК. В свою очередь супероксидные радикалы превращаются в другие РМК (рис. 17.9). У больных хроническим гранулематозом фагоцитарные клетки не образуют РМК и не способны поэтому уничтожать некоторые виды микроорганизмов (см. рис. 21.14). Это заболевание характеризуется очагами хронического воспаления, которое вызывают возбудители гнойных инфекций, например стафилококки. В фагоцитарных клетках, содержащих пероксидазу, образуются гипохлорит и подобные ему токсичные оксиданты (рис. 17.9). При наследственном дефиците миелопероксидазы возможно нарушение бактерицидной активности фагоцитов. Тканевые макрофаги не содержат пероксидазу и поэтому дают отрицательный результат в цитохимических тестах, основанных на пероксидазной активности.

Реакционноспособные метаболиты азота (РМА)

Другой бактерицидный механизм основан на образовании токсичного для бактерий и опухолевых клеток оксида азота NO (рис. 17.10). Для оптимального действия этого механизма в макрофагах мыши требуются активация их ИФу и запуск механизма фактором некроза опухолей. Предположительно под действием NO в этих клетках погибают микобактерии. Гораздо труднее получить образование значительного количества NO в макрофагах человека. Как правило, для этого необходима целая серия стимулов, например воздействие нескольких цитокинов с одновременной перекрестной сшивкой молекул CD23 (рецептор IgE). По данным иммуногистохимического анализа, у человека макрофаги воспалительного очага иногда экспрессируют в значительном количестве индуцибельную синтазу оксида азота (иСОА), но не содержат достаточное количество

Кислород-зависимая бактерицидная активностьКислород-зависимая бактерицидная активностьБактерицидный МО-механизмБактерицидный МО-механизм

Кислород-зависимая бактерицидная активность

Кислород-зависимая бактерицидная активность

Бактерицидный МО-механизм

Бактерицидный МО-механизм

Рис. 17.9

1. Фермент, присутствующий в мембране фагосомы, восстанавливает молекулярный кислород с образованием супероксидного ани- он-радикала (• О2), из которого образуются потенциально токсичные гидроксильные радикалы (- ОН), синглетный молекулярный кислород (Дд'О2) и пероксид водорода (Н2О2). Этот этап бактерицидного действия еще не требует слияния лизосом с фагосомой, начинаясь спонтанно после образования фагосомы. 2. Под действием миелопероксидазы (проникающей в фагосому при ее слиянии с лизосомами), а в некоторых случаях и каталазы, содержащейся в пероксисомах, из пероксидов в присутствии галоидных соединений (прежде всего иодидов) образуются дополнительные токсичные оксиданты, например гипоиодит и гипохлорит (производные НЮ и НСЮ).

Рис. 17.10

Индуцибельная синтаза (лиаза, синтетаза) оксида азота (иСОА) катализирует присоединение кислорода к атомам азота гуанидиновой группы в составе L-аргинина с образованием токсичного для бактерий и опухолевых клеток оксида азота NO. В результате его взаимодействия с активными метаболитами О2 образуются еще более токсичные пероксинитриты. Для продукции NO необходим кофактор тетрагидробиоптерин. Активацию этого механизма в макрофагах мыши вызывает ИФу(1); затем ФНО стимулирует его до оптимального уровня активности (2). В макрофагах человека запуск этого механизма происходит более сложным образом и требует обычно перекрестного связывания молекул CD23 на клеточной мембране. Иногда макрофаги способны экспрессировать иСОА, но при этом не содержат достаточного для ее активности количества тетрагидробиоптерина, и для максимального образования NO может быть необходимо взаимодействие с клетками других типов.

тетрагидробиоптерина — обязательного кофактора для образования NO.

Важное значение могут иметь кислород-независимые бактерицидные механизмы

Роль этих механизмов, возможно, более существенна, чем предполагалось ранее. Так, фагоциты больных хроническим гранулематозом неспособ

ны продуцировать РМ К, а в случае наследственного дефицита миелопероксидазы — иодновати- стую и хлорноватистую кислоты, но тем не менее они могут уничтожать разнообразные микроорганизмы. Частично это может быть обусловлено действием NO, но многие бактерии уничтожаются в анаэробных условиях, что указывает на существование других, не зависимых от кислорода бактерицидных механизмов, и некоторые из них идентифицированы.

Катионные антибиотико-подобные белки фагоцитарных клеток В макрофагах кролика и полиморфноядерных гранулоцитах человека обнаружены дефензины — богатые остатками цистеина и аргинина катионные пептиды из 30—33 аминокислотных остатков. Они составляют в этих клетках от 30 до 50 % всех белков гранул. Дефензины вызывают образование ионных каналов в мембране микробной клетки. Вероятно, они начинают действовать сразу после образования фаголизосомы, ещё до подкисления ее содержимого (рис. 17. П\ Дефензины могут уничтожать самые разнообразные микробы, например Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, E. coli, Cryptococcus neoformans и обладающий оболочкой вирус простого герпеса. Кроме того, в фагоцитарных клетках обнаружены катионные белки с различными рН- оптимумами, в частности катепсин G и азуроци- дин, родственные эластазе, но обладающие неферментативной антибиотической активностью в отношении грамотрицательных бактерий.

Другие антимикробные механизмы П осле сл иян ия лизосом содержимое фаголизосомы временно — на 10—15 мин — подщелачивается, после чего pH падает, т. е. происходит подкисление. Возможно, низкий pH сам по себе обеспечивает уничтоже-

рН-зависимые бактерицидные механизмы

Воздействие супероксидных анион-радикалов при фагоцитозеВоздействие супероксидных анион-радикалов при фагоцитозе22Рис. 17.11

Воздействие супероксидных анион-радикалов при фагоцитозе

Воздействие супероксидных анион-радикалов при фагоцитозе

2

2

При фагоцитозе на бактерии непосредственно действуют реакционноспособные метаболиты кислорода (РМК) (1 ).Это вызывает кратковременное подщелочение среды (повышение pH), способствующее эффективному действию катионных белков (2). Затем pH падает в результате «закачивания» в фаголизосому ионов Н+; при низком pH начинают действовать лизо- сомные ферменты с pH-оптимумом в кислой области. Кроме того, бактерицидная активность включает действие лактоферрина, хелатирующего свободное железо как в кислой, так и в щелочной среде.

Рис. 17.12

Блокада хлористым аммонием слияния вторичных лизосом с фагосомами, содержащими дрожжевые клетки. Культивируемые перитонеальные макрофаги мыши инкубировали с красителем акридиновым оранжевым, который накапливается во вторичных лизосомах. Затем в культуру добавили живые клетки дрожжей, что вызвало образование темных «лунок» на поверхности макрофагов. В норме при фагоцитозе вторичные лизосомы сливаются с фагосомами и в них поступает акридиновый оранжевый, флуоресцирующий зеленым, желтым или оранжевым в зависимости от концентрации, в результате чего «лунки» исчезают (1). Однако в присутствии хлористого аммония слияния не происходит, и лунки остаются темными (2). Такую же блокаду слияния лизосом с фагосомами, возможно, осуществляют клетки Mycobacterium tuberculosis и отдельные виды лейш- маний, выделяющие соединения аммония. Кроме того, аналогичный эффект вызывают некоторые полианионы, например полиглутаминовая кислота или су- рамин. (Иллюстрация любезно предоставлена г-ном R. Young и д-ром P.D. Hart).

ние некоторых микробов, но более вероятно, что он необходим для действия лизосомных ферментов, имеющих оптимум pH в кислой области. Некоторые грамположительные бактерии могут погибать под действием лизоцима — он разрушает легкодоступный пептидогликановый слой их клеточной стенки. В уничтожении бактерий участвует и ряд других молекул, например лактоферрин, продуцируемый полиморфноядерными гранулоцитами. Он связывает железо, недоступное в такой форме для поглощения бактериями даже в кислой среде (при избытке железа полиморфноядерные гранулоциты теряют обусловленную лактоферрином способность уничтожать бактерии некоторых видов). Возможно, все эти антимик-

робные механизмы функционируют только после слияния фагосом с лизосомами (рис. 17.11 и 17.12).

Покоящиеся макрофаги способны уничтожать микробов, но активация стимулирует этот процесс, вызывая экспрессию новых механизмов

Активация макрофагов происходит под действием микробных продуктов и лимфокинов. секретируемых Т-клетками. Пониженную активность недельной культуры макрофагов можно восстановить с помощью соответственного активирующего фактора (рис. 17.13).

Отдельные микробные продукты могут активировать макрофаги в отсутствие распознавания лимфоцитами

Ряд микробных компонентов активирует моноциты и макрофаги прямо или опосредованно, инициируя выделение цитокинов самими макрофагами или НК-клетками. Цитокины затем активируют фагоциты. Это рассмотрено выше (с. 320) в связи с не зависимым от лимфоцитов распознаванием бактерий.

Макрофаги дополнительно активируются лимфокинами

Для полной активации макрофагов in vivo необходимо воздействие на них лимфокинов, выделя

емых Т-клетками в ходе иммунного ответа. Чаще всего на макрофаги воздействует ИФу, стимулирующий кислород-зависимые и другие бактерицидные механизмы. Имеются также сообщения об активации фагоцитов под действием ИЛ-2, гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора (ГМ-КСФ) и других цитокинов. Как описано более подробно в гл. 10, для активации определенных функций фагоцитарных клеток требуется воздействие различных комбинаций цитокинов.

Лимфокины оказывают на фагоциты in vivo два основных эффекта — привлечения и активации, причем относительное значение каждого из них варьирует в зависимости от микроорганизма. Например, для иммунитета к L. monocytogenes наиболее важен эффект привлечения фагоцитов в очаг инфекции, поскольку клетки этой бактерии погибают под действием РМК внутри неактивированных моноцитов и нейтрофилов. Для устранения М. tuberculosis, напротив, требуется прежде всего активация нейтрофилов и моноцитов, так как эти микобактерии способны выживать внутри них.

Макрофаги человека и мыши различаются по бактерицидной активности

Вид бактерийФагоциты сразу после выделения, без активвцииФагоциты, культивированные в течение 7 сутбез активацииЛизируютактивация ИФуНе влияетEschercha coliЛизируютSalmonella typhimur urn L stena monocytogenesЛизируютНе лизируютЛизируют (глюкокортикоиды не блокируют эффект Ифу)Legionella pneumophilaНе лизируютНе лизируютNocard a astero desЛизируют7Лизируют (глюкокортикоиды блокируют эффект ИФу)Mycobacterium tuberculosisНе лизируютНе лизируютЭффект ИФу вариабельный (в клетках отдельных доноров происходит некоторое замедление роста, но не уничтожение); при этой инфекции активнее, чем ИФу, действует 1,25-дигидроксихолекальциферолChlamydia psittaciЛизируютНе лизируютЛизируютChlamydia trachomatisЛизируютЛизируютНе елияетC. trachomatis biovar lymphogranuloma venereumЛизируютНе лизируютЛизируютВид бактерийФагоциты сразу после выделения, без активвцииФагоциты, культивированные в течение 7 сутбез активацииЛизируютактивация ИФуНе влияетEschercha coliЛизируютSalmonella typhimur urn L stena monocytogenesЛизируютНе лизируютЛизируют (глюкокортикоиды не блокируют эффект Ифу)Legionella pneumophilaНе лизируютНе лизируютNocard a astero desЛизируют7Лизируют (глюкокортикоиды блокируют эффект ИФу)Mycobacterium tuberculosisНе лизируютНе лизируютЭффект ИФу вариабельный (в клетках отдельных доноров происходит некоторое замедление роста, но не уничтожение); при этой инфекции активнее, чем ИФу, действует 1,25-дигидроксихолекальциферолChlamydia psittaciЛизируютНе лизируютЛизируютChlamydia trachomatisЛизируютЛизируютНе елияетC. trachomatis biovar lymphogranuloma venereumЛизируютНе лизируютЛизируютБактерицидная функция моноцитов и макрофагов человекаБактерицидная функция моноцитов и макрофагов человекаРис. 17.13Моноциты и макрофаги, свежевыделенные из донорской крови, способны лизировать различные бактерии. При культивировании в течение 7 сут они частично утрачивают эту способность, но под действием ИФу она восстанавливается. Данный лимфокин, очевидно, активирует несколько различных бактерицидных механизмов; одни из них подавляются глюкокортикоидами, другие - нет. Некоторые бактерии могут быть уничтожены только после активации фагоцитов лимфокинами, другие устойчивы ко всем защитным механизмам хозяина. Этим обусловлено большое разнообразие бактерицидных механизмов.Рис. 17.13Моноциты и макрофаги, свежевыделенные из донорской крови, способны лизировать различные бактерии. При культивировании в течение 7 сут они частично утрачивают эту способность, но под действием ИФу она восстанавливается. Данный лимфокин, очевидно, активирует несколько различных бактерицидных механизмов; одни из них подавляются глюкокортикоидами, другие - нет. Некоторые бактерии могут быть уничтожены только после активации фагоцитов лимфокинами, другие устойчивы ко всем защитным механизмам хозяина. Этим обусловлено большое разнообразие бактерицидных механизмов.Большинство экспериментальных работ в области иммунологии инфекций выполнено на макрофагах мыши, однако они существенно отличны от тех же клеток человека по ряду активностей. Примером различий может быть активность мак-

Вид бактерий

Фагоциты сразу после выделения, без активвции

Фагоциты, культивированные в течение 7 сут

без активации

Лизируют

активация ИФу

Не влияет

Eschercha coli

Лизируют

Salmonella typhimur urn L stena monocytogenes

Лизируют

Не лизируют

Лизируют (глюкокортикоиды не блокируют эффект Ифу)

Legionella pneumophila

Не лизируют

Не лизируют

Nocard a astero des

Лизируют

7

Лизируют (глюкокортикоиды блокируют эффект ИФу)

Mycobacterium tuberculosis

Не лизируют

Не лизируют

Эффект ИФу вариабельный (в клетках отдельных доноров происходит некоторое замедление роста, но не уничтожение); при этой инфекции активнее, чем ИФу, действует 1,25-дигидроксихолекальциферол

Chlamydia psittaci

Лизируют

Не лизируют

Лизируют

Chlamydia trachomatis

Лизируют

Лизируют

Не елияет

C. trachomatis biovar lymphogranuloma venereum

Лизируют

Не лизируют

Лизируют

Вид бактерий

Фагоциты сразу после выделения, без активвции

Фагоциты, культивированные в течение 7 сут

без активации

Лизируют

активация ИФу

Не влияет

Eschercha coli

Лизируют

Salmonella typhimur urn L stena monocytogenes

Лизируют

Не лизируют

Лизируют (глюкокортикоиды не блокируют эффект Ифу)

Legionella pneumophila

Не лизируют

Не лизируют

Nocard a astero des

Лизируют

7

Лизируют (глюкокортикоиды блокируют эффект ИФу)

Mycobacterium tuberculosis

Не лизируют

Не лизируют

Эффект ИФу вариабельный (в клетках отдельных доноров происходит некоторое замедление роста, но не уничтожение); при этой инфекции активнее, чем ИФу, действует 1,25-дигидроксихолекальциферол

Chlamydia psittaci

Лизируют

Не лизируют

Лизируют

Chlamydia trachomatis

Лизируют

Лизируют

Не елияет

C. trachomatis biovar lymphogranuloma venereum

Лизируют

Не лизируют

Лизируют

Бактерицидная функция моноцитов и макрофагов человека

Бактерицидная функция моноцитов и макрофагов человека

Рис. 17.13

Моноциты и макрофаги, свежевыделенные из донорской крови, способны лизировать различные бактерии. При культивировании в течение 7 сут они частично утрачивают эту способность, но под действием ИФу она восстанавливается. Данный лимфокин, очевидно, активирует несколько различных бактерицидных механизмов; одни из них подавляются глюкокортикоидами, другие - нет. Некоторые бактерии могут быть уничтожены только после активации фагоцитов лимфокинами, другие устойчивы ко всем защитным механизмам хозяина. Этим обусловлено большое разнообразие бактерицидных механизмов.

Рис. 17.13

Моноциты и макрофаги, свежевыделенные из донорской крови, способны лизировать различные бактерии. При культивировании в течение 7 сут они частично утрачивают эту способность, но под действием ИФу она восстанавливается. Данный лимфокин, очевидно, активирует несколько различных бактерицидных механизмов; одни из них подавляются глюкокортикоидами, другие - нет. Некоторые бактерии могут быть уничтожены только после активации фагоцитов лимфокинами, другие устойчивы ко всем защитным механизмам хозяина. Этим обусловлено большое разнообразие бактерицидных механизмов.

рофагов в отношении микобактерий. У мыши активация макрофагов ИФу обеспечивает полное разрушение фагоцитированных микобактерий, по-видимому посредством NO-зависимого механизма. Воздействие же ИФу на макрофаги человека дает в лучшем случае едва заметное подавление роста М. tuberculosis, а в худшем значительно усиливает рост микобактерий. Причиной таких особенностей могут быть видовые различия по способности к образованию NO, описанные выше (см. рис. 17.10).

В то же время клетки человека обладают свойствами, пока не обнаруженными у мыши. В макрофагах человека ИФу вызывает экспрессию 1 -а- гидролазы, которая превращает циркулирующую неактивную форму 25-гидроксихолекальциферо- ла (витамин D3) в активный метаболит — 1,25-ди- гидроксихолекальциферол. Этот метаболит активирует макрофаги для уничтожения микобактерий гораздо эффективнее, чем сам ИФу (см. рис. 17.13).

Патогенные микроорганизмы способны избегать уничтожения фагоцитами

Поскольку фагоциты обладают способностью уничтожать большинство микробов, патогенные микроорганизмы должны иметь свойства, обеспечивающие им защиту от фагоцитоза (рис. 17.14).

Внутриклеточные возбудители инфекций могут «скрываться» в клетках иммунной системы

Инфицированные клетки уничтожаются цитотоксическими Т-клетками

Некоторые бактерии способны выживать и активно размножаться внутри поврежденных или метаболически неадекватных фагоцитов хозяина. Кроме того, они могут избегать уничтожения, перемещаясь внутри макрофагов из фагосом в цитоплазму. Так, клетки Listeria monocytogenes выходят из фагосом, так как выделяют ферменты, разрушающие мембрану этих органелл. Другие возбудители, например Mycobacterium leprae, способны вызывать свое поглощение клетками, которые обычно не относятся к фагоцитарным и не обладают достаточной антибактериальной активностью. В этом случае микробные клетки не могут быть уничтожены активированными фагоцитами или другими бактерицидными механизмами, прежде чем будут освобождены из клеток, где они «спасаются». Их высвобождение осушеств-

Защитные механизмы бактерий

Рис. 17.14

Бактерии, особенно высокоприспособленные внутриклеточные паразиты, способны избегать действия бактерицидных механизмов фагоцитарной клетки.

1. Некоторые микробы могут выделять репелленты или токсины, подавляющие хемотаксис. 2. Другие виды обладают капсулами или оболочками, препятствующими связыванию бактерий фагоцитами. 3. Третьи не препятствуют поглощению, но затем выделяют факторы, блокирующие запуск бактерицидных механизмов, например М. tuberculosis ингибирует слияние лизосом с фагосомами, а также подкисляющий содержимое фагосом протонный «насос», и в результате pH в них не снижается. 4. Кроме того, бактерии могут выделять каталазу, которая разрушает образуемый фагоцитами пероксид водорода. 5. Некоторые бактерии, например М. leprae, покрыты снаружи высокоустойчивой к повреждению оболочкой. Клетки М. leprae окружены слоем молекул фенольного гликолипида, который связывает свободные радикалы и тем самым инактивирует их. 6. Микобактерии выделяют также липоарабиноманнан, который блокирует способность макрофагов отвечать активацией на воздействие ИФу. 7. Инфицированные бактериями фагоциты могут, помимо всего, утратить функцию презентации антигена. 8. Некоторые виды бактерий (в частности, М. leprae) способны выходить из фагосом и размножаться в цитоплазме фагоцита, который в результате погибает (как, например, при инфицировании М. tuberculosis).

ляют Тц-клетки, разрушающие инфицированные клетки. Если исключить Т-клеточное распознавание молекул МНС класса I, устранив мето-

дом генного нокаута из мышиного генома ген р2- микроглобулина, мыши становятся чрезвычайно чувствительны к М. tuberculosis. Это указывает на существенную роль цитотоксических Т-клеток в иммунитете к микобактериям.

/8-Т-лимфоциты, как правило, обладают цитотоксичностью и способны разрушать инфицированные клетки

Значительная часть Т-клеток, несущих уЗ-рецеп- тор, по-видимому, пролиферирует в ответ на бактериальные антигены. Некоторые субпопуляции этих лимфоцитов избирательно заселяют («хоминг») эпителиальные покровы (см. гл. 2). Поэтому можно предполагать, что им принадлежит существенная, пока не выясненная, роль в антимикробном иммунитете. Обычно они обладают цитотоксичностью и, возможно, разрушают инфицированные клетки.

Клетки некоторых тканей могут обладать антимикробными механизмами

Убежищем для бактерий, таких как М. leprae, инвазивные виды Shigella, Salmonella, а также Rickettsia и Chlamydia, могут становиться клетки тканей, не относящихся к иммунной системе. Как указано выше, такие инфицированные клетки, возможно, уничтожаются цитотоксическими Т-клетками. Наряду с этим, рост внутриклеточно локализованных возбудителей может подавляться в результате активации фибробластов ИФу, вероятно при этом действует NO-механизм, которым обладают не только фагоцитарные клетки.

Антимикробный ответ может приводить к иммунологическому повреждению тканей

Чрезмерный выброс цитокинов может привести к эндотоксическому шоку

Эндотоксический (септицемический) шок возникает при септицемии как следствие вызванного бактериальными продуктами обильного поступления в циркуляцию цитокинов. Как правило, шок вызывает эндотоксин — Л ПС грамотри- цательных бактерий, хотя аналогичный синдром возможен и при грамположительной септицемии. Шоковый синдром представляет угрозу для жизни и проявляется как лихорадка, циркуляторный коллапс, диссеминированное внутрисосудистое свертывание крови и геморрагический некроз; эти процессы приводят к недостаточности многих органов и систем (рис. 17.15).

Реакция Шварцмана - одна из форм повреждения тканей цитокинами в очагах воспаления без заметного участия Т-клеток

Если ввести кролику суспензию клеток грамот- рицательных бактерий, сначала внутрикожно и через 24 ч внутривенно, в месте первой инъекции появится геморрагический некроз. Этот эффект назван по имени исследователя, наблюдавшего его впервые, реакцией Шварцмана. Кроме того, Шварцманом было установлено, что две внутривенные инъекции с интервалом 24 ч вызывают системную реакцию, которая обычно приводит к циркуляторному коллапсу и двухстороннему некрозу корковой части почек. Этот феномен, описанный также Санарелли, называют системной реакцией Шварцмана или реакцией Санарелли—Шварцмана. Иногда она сопровождается некрозами в поджелудочной железе, гипофизе, надпочечниках и слизистой пищеварительного тракта. Для нее характерно острое диссеминированное внутрисосудистое свертывание крови и тромбоз.

Как теперь известно, и многие другие инфекционные агенты, в том числе стрептококки, микобактерии, представители рода Haemophilus, ко- ринебактерии и вирус коровьей оспы, способны «подготавливать» кожу таким же образом. «Разрешающий» эффект внутривенной инъекции обусловлен действием эндотоксина (Л ПС). Повреждение тканей при реакции Шварцмана в ранних публикациях связывали с альтерацией эндотелия, отложением фибрина, скоплениями и дегрануляцией нейтрофилов и тромбоцитов. Эти процессы действительно имеют место, но позднее выяснилось, что ключевыми медиаторами описанных реакций служат ФНОа, ИФу, ИЛ-12 и ИЛ 1 (см. гл. 11). Введение ФНОа в очаг воспаления (вызванного предварительной инъекцией бактерий) дает некроз аналогичного типа; по всей вероятности, введенный ФНОа действует так же, как в том случае, когда он доставляется кровотоком после внутривенного введения Л ПС.

Реакцией Шварцмана объясняется появление характерной геморрагической сыпи у детей, больных менингококковым менингитом. Первый эпизод септицемии вызывает в разных тканях рассеянные очаги воспаления, которые вначале настолько малы, что клинически не проявляются, сохраняя, однако, исключительную чувствительность к цитокинам. Второй, более массированный выход возбудителя в кровь инициирует выброс цитокинов, достаточный чтобы вызвать некроз тканей в таких очагах.

Эндотоксический шокЭндотоксический шоктого, что их суперантигены инициируют массированный выброс цитокинов (см. ниже в тексте). (ФРТ - фактор роста из тромбоцитов, образуемый и тромбоцитами, и эндотелием.)того, что их суперантигены инициируют массированный выброс цитокинов (см. ниже в тексте). (ФРТ - фактор роста из тромбоцитов, образуемый и тромбоцитами, и эндотелием.)

Эндотоксический шок

Эндотоксический шок

того, что их суперантигены инициируют массированный выброс цитокинов (см. ниже в тексте). (ФРТ - фактор роста из тромбоцитов, образуемый и тромбоцитами, и эндотелием.)

того, что их суперантигены инициируют массированный выброс цитокинов (см. ниже в тексте). (ФРТ - фактор роста из тромбоцитов, образуемый и тромбоцитами, и эндотелием.)

Рис. 17.15

Избыточный выброс цитокинов, под действием чаще всего эндотоксина (ЛИС) грамотрицатель- ных бактерий, может приводить к диссеминированному внутрисосудистому свертыванию крови с последующей недостаточностью ее свертывания, к нарушениям сосудистой проницаемости, утечке жидкой части крови в ткани, падению артериального давления, циркуляторному коллапсу и геморрагическим некрозам, особенно в слизистой оболочке пищеварительного тракта. На рисунке представлены отдельные ключевые этапы развития эндо- токсического шока на клеточном уровне. Цитокины ФНОа и ИЛ-1 активируют эндотелиальные клетки для экспрессии молекул межклеточной адгезии и тканевого тромбопластина, которые вызывают соответственно прилипание циркулирующих клеток и отложение фибрина. Эти процессы дополнительно усиливает фактор, активирующий тромбоциты (ФАТ). В эксперименте развитие шока удается блокировать антителами, нейтрализующими ФНОа, и значительно ослабить антителами к тканевому тромбопластину либо ингибиторами образования ФАТ или оксида азота. Грамположительные бактерии могут вызывать шок в результате

Феномен Коха - вызванная Т-клетками некротическая реакция в очагах микобактериального поражения и при внутрикожной туберкулиновой пробе Некротическую реакцию на антигены М. tuberculosis впервые наблюдал Роберт Кох у морских свинок, зараженных туберкулезом (рис. 17.16). Этот феномен по меньшей мере отчасти обусловлен высвобождением цитокинов в очагах вызванного Т-клетками воспаления (проявление гиперчувствительности замедленного типа, см. гл. 26) и, по-видимому, имеет отношение к патогенезу туберкулеза у человека и животных. Как и при реакции Шварцмана, эти очаги могут быть чрезвычайно чувствительны к тканеповреждающим эффектам цитокинов, особенно, когда активность Тх1- и Тх2-клеток проявляется одновременно.

На рис. 77.7 7 для отдельных видов бактерий указан патогенез вызываемых заболеваний, включая иммунопатологию, и механизм протек- тивного иммунного ответа.

Новые направления в изучении антимикробного иммунитета

Суперантигены распознаются без процессинга и презентации

Суперантигенами названы недавно идентифицированные компоненты бактерий, связывающиеся непосредственно (т. е. без процессинга) с вариабельными областями p-цепей (Vp) антиген- специфичных рецепторов некоторых субпопуляций Т-клеток и одновременно с молекулами МНС антигенпрезентирующих клеток (АПК) (см. рис. 11.15). В результате такого связывания

Феномен КохаФеномен КохаМорскую свинку заражают М. tuberculosisМорскую свинку заражают М. tuberculosisРазвитие туберкулезного процессаРазвитие туберкулезного процессаЧерез 6-8 недпосле заражениявнутрикожновводят |антигенный ’экстрактМ. tuberculosisЧерез 6-8 недпосле заражениявнутрикожновводят |антигенный ’экстрактМ. tuberculosisПоявлениенекроза вместахзараженияи введенияантигеновПоявлениенекроза вместахзараженияи введенияантигеновРис. 17.16Роберт Кох впервые обнаружил, что введение клеток Mycobacterium tuberculosis или их растворимых антигенов в кожу зараженной туберкулезом морской свинки вызывает некротическую реакцию как в месте инъекции, так и в очаге туберкулезного поражения. По меньшей мере отчасти эта реакция обусловлена тем, что ткани, реагирующие на антигены микобактерий по механизму гиперчувствительности замедленного типа, проявляют также высокую чувствительность к токсическому действию цитокинов, подобно тканям в месте инъекции ЛПС при реакции Шварцмана. Выделение цитокинов, возможно, происходит и в месте внутрикожной инъекции антигенов. Подобная реакция на антигены микобактерий наблюдается и у больных туберкулезом, и у лиц, перенесших его в прошлом. Внутрикожное введение микобактериальных антигенов дает воспалительную реакцию и после вакцинации БЦЖ, но, как правило, без некроза.Рис. 17.16Роберт Кох впервые обнаружил, что введение клеток Mycobacterium tuberculosis или их растворимых антигенов в кожу зараженной туберкулезом морской свинки вызывает некротическую реакцию как в месте инъекции, так и в очаге туберкулезного поражения. По меньшей мере отчасти эта реакция обусловлена тем, что ткани, реагирующие на антигены микобактерий по механизму гиперчувствительности замедленного типа, проявляют также высокую чувствительность к токсическому действию цитокинов, подобно тканям в месте инъекции ЛПС при реакции Шварцмана. Выделение цитокинов, возможно, происходит и в месте внутрикожной инъекции антигенов. Подобная реакция на антигены микобактерий наблюдается и у больных туберкулезом, и у лиц, перенесших его в прошлом. Внутрикожное введение микобактериальных антигенов дает воспалительную реакцию и после вакцинации БЦЖ, но, как правило, без некроза.Иммунитет при ряде основныхбактериальных инфекцийИммунитет при ряде основныхбактериальных инфекцийВозбудительВозбудительCorynebacterium diphtheriaeCorynebacterium diphtheriaeVibrio choferaeVibrio choferaeNeisseria meningitidis (грам-)Neisseria meningitidis (грам-)Staphylococcus aureus (грам+)Staphylococcus aureus (грам+)Mycobacterium tuberculosisMycobacterium tuberculosisMycobacterium lepraeMycobacterium lepraeПатогенезПатогенезНеинвазивныйфарингит - токсинНеинвазивныйфарингит - токсинНеинвазивныйэнтерит - токсинНеинвазивныйэнтерит - токсинЗаселение носоглотки -»бактериемия -»менингит -»зндотоксемияЗаселение носоглотки -»бактериемия -»менингит -»зндотоксемияЛокальная инвазияс выделениемтоксина (в коже иЛокальная инвазияс выделениемтоксина (в коже иОсновные механизмызащитыОсновные механизмызащитыАнтитела,нейтрализующие токсинАнтитела,нейтрализующие токсинАнтитела, нейтрализующиетоксин и блокирующиеадгезиюАнтитела, нейтрализующиетоксин и блокирующиеадгезиюБактерицидное действие антител и комплемента; опсонизация и фагоцитозБактерицидное действие антител и комплемента; опсонизация и фагоцитозОпсонизация антителами икомплементом, уничтожениефагоцитамиОпсонизация антителами икомплементом, уничтожениефагоцитами? Активация макрофагов Т-клеточными цитокинами? Активация макрофагов Т-клеточными цитокинамиИнвазивная инфекция; вытеснение ткани гранулемами и/или иммунопатологияИнвазивная инфекция; вытеснение ткани гранулемами и/или иммунопатологияИнвазивная инфекция с иммунопатологическими реакциями; ?токсинИнвазивная инфекция с иммунопатологическими реакциями; ?токсинРис. 17.17Зная природу возбудителя и патогенез инфекции, можно предсказать тип протективного иммунного механизма.Рис. 17.17Зная природу возбудителя и патогенез инфекции, можно предсказать тип протективного иммунного механизма.все Т-клетки, экспрессирующие соответственный продукт Vp-гена, становятся активированными в отсутствие процессинга антигена и его презентации в виде пептидов в пептидсвязываю- щей полости молекул МНС, т. е. в отсутствие того, что требуется для нормальной Т-клеточной активации. Суперантигены обнаружены у стафилококков, стрептококков, микоплазм и других инфекционных агентов. Биологическая роль суперантигенов в качестве инструментов бактериальной адаптации остается неясной, но одним из основных их эффектов может быть интоксикация, вызванная массированным выбросом цитокинов (лимфокинов) многочисленными, одновременно стимулированными Т-клетками. По- видимому, именно таков патогенез синдрома токсического шока, вызываемого стафилококковыми токсинами, в частности TSST-1 (toxic shock syndrome toxin).

Феномен Коха

Феномен Коха

Морскую свинку заражают М. tuberculosis

Морскую свинку заражают М. tuberculosis

Развитие туберкулезного процесса

Развитие туберкулезного процесса

Через 6-8 недпосле заражениявнутрикожновводят |антигенный ’экстракт

М. tuberculosis

Через 6-8 недпосле заражениявнутрикожновводят |антигенный ’экстракт

М. tuberculosis

Появлениенекроза вместахзараженияи введенияантигенов

Появлениенекроза вместахзараженияи введенияантигенов

Рис. 17.16

Роберт Кох впервые обнаружил, что введение клеток Mycobacterium tuberculosis или их растворимых антигенов в кожу зараженной туберкулезом морской свинки вызывает некротическую реакцию как в месте инъекции, так и в очаге туберкулезного поражения. По меньшей мере отчасти эта реакция обусловлена тем, что ткани, реагирующие на антигены микобактерий по механизму гиперчувствительности замедленного типа, проявляют также высокую чувствительность к токсическому действию цитокинов, подобно тканям в месте инъекции ЛПС при реакции Шварцмана. Выделение цитокинов, возможно, происходит и в месте внутрикожной инъекции антигенов. Подобная реакция на антигены микобактерий наблюдается и у больных туберкулезом, и у лиц, перенесших его в прошлом. Внутрикожное введение микобактериальных антигенов дает воспалительную реакцию и после вакцинации БЦЖ, но, как правило, без некроза.

Рис. 17.16

Роберт Кох впервые обнаружил, что введение клеток Mycobacterium tuberculosis или их растворимых антигенов в кожу зараженной туберкулезом морской свинки вызывает некротическую реакцию как в месте инъекции, так и в очаге туберкулезного поражения. По меньшей мере отчасти эта реакция обусловлена тем, что ткани, реагирующие на антигены микобактерий по механизму гиперчувствительности замедленного типа, проявляют также высокую чувствительность к токсическому действию цитокинов, подобно тканям в месте инъекции ЛПС при реакции Шварцмана. Выделение цитокинов, возможно, происходит и в месте внутрикожной инъекции антигенов. Подобная реакция на антигены микобактерий наблюдается и у больных туберкулезом, и у лиц, перенесших его в прошлом. Внутрикожное введение микобактериальных антигенов дает воспалительную реакцию и после вакцинации БЦЖ, но, как правило, без некроза.

Иммунитет при ряде основныхбактериальных инфекций

Иммунитет при ряде основныхбактериальных инфекций

Возбудитель

Возбудитель

Corynebacterium diphtheriae

Corynebacterium diphtheriae

Vibrio choferae

Vibrio choferae

Neisseria meningitidis (грам-)

Neisseria meningitidis (грам-)

Staphylococcus aureus (грам+)

Staphylococcus aureus (грам+)

Mycobacterium tuberculosis

Mycobacterium tuberculosis

Mycobacterium leprae

Mycobacterium leprae

Патогенез

Патогенез

Неинвазивныйфарингит - токсин

Неинвазивныйфарингит - токсин

Неинвазивныйэнтерит - токсин

Неинвазивныйэнтерит - токсин

Заселение носоглотки -»бактериемия -»менингит -»зндотоксемия

Заселение носоглотки -»бактериемия -»менингит -»зндотоксемия

Локальная инвазияс выделениемтоксина (в коже и

Локальная инвазияс выделениемтоксина (в коже и

Основные механизмызащиты

Основные механизмызащиты

Антитела,нейтрализующие токсин

Антитела,нейтрализующие токсин

Антитела, нейтрализующиетоксин и блокирующиеадгезию

Антитела, нейтрализующиетоксин и блокирующиеадгезию

Бактерицидное действие антител и комплемента; опсонизация и фагоцитоз

Бактерицидное действие антител и комплемента; опсонизация и фагоцитоз

Опсонизация антителами икомплементом, уничтожениефагоцитами

Опсонизация антителами икомплементом, уничтожениефагоцитами

? Активация макрофагов Т-клеточными цитокинами

? Активация макрофагов Т-клеточными цитокинами

Инвазивная инфекция; вытеснение ткани гранулемами и/или иммунопатология

Инвазивная инфекция; вытеснение ткани гранулемами и/или иммунопатология

Инвазивная инфекция с иммунопатологическими реакциями; ?токсин

Инвазивная инфекция с иммунопатологическими реакциями; ?токсин

Рис. 17.17

Зная природу возбудителя и патогенез инфекции, можно предсказать тип протективного иммунного механизма.

Рис. 17.17

Зная природу возбудителя и патогенез инфекции, можно предсказать тип протективного иммунного механизма.

Белки теплового шока - высококонсервативные иммунодоминантные антигены

Найденные у всех эукариотических и прокариотических клеток белки теплового шока выполняют важные функции в сборке, укладке и транспорте других молекул. Эти белки образуются в значительном количестве в клетках при аномально высокой температуре или при стрессе иной природы, что в частности отражает их роль в стабилизации белковых структур. Аминокислотные последовательности белков теплового шока высококонсервативны (однотипны) у различных организмов; в связи с этим высказано предположение, что поскольку бактериальные белки теплового шока настолько сходны с аналогичными белками человека, они могут вызывать аутоиммунный ответ. Парадоксальным образом при протективном иммунном ответе белки теплового шока многих патогенных микроорганизмов вое-

принимаются иммунной системой вопреки такому сходству как иммунодоминантные (целевые) антигены. Это, однако, можно рассматривать как эволюционное преимущество, поскольку с помощью Т-клеток, распознающих набор консервативных эпитопов белков теплового шока, организм-хозяин способен, по-видимому, распознавать любой патогенный организм.

ИММУНИТЕТ К ГРИБАМ

Четыре типа микозов

О тонких механизмах иммунитета к грибковым заболеваниям известно очень немногое, но предполагается, что они в основном подобны механизмам устойчивости к бактериальным инфекциям. Микозы человека можно разделить на четыре основных типа.

Поверхностные микозы; их вызывают грибы- дерматофиты, как правило поражающие только отмершие кератинизированные компоненты эпидермиса кожи, волосы и ногти.

Подкожные микозы; это, например, хромомикоз, споротрихоз и мицетома, при которых в подкожной клетчатке образуются хронически воспаленные изъязвляющиеся узелки. Эти заболевания вызывают грибы-сапрофиты, проникающие в организм через травмированную кожу.

Респираторные микозы; примеры — гистоплазмоз и кокцидиомикоз, скрытно или остро протекающие, очаговые (изредка диссеминированные) поражения легких, часто с образованием специфических гранулем.

Кандидоз — поверхностное (редко системное) поражение кожи и слизистых оболочек, вызываемое обычным компонентом микрофлоры человека, грибом-комменсалом Candida albicans.

Основу устойчивости к микотической инфекции составляет, по-видимому, клеточный иммунитет

Кожные грибковые инфекции обычно протекают как самоограничивающиеся, оставляя некоторую весьма ограниченную устойчивость к повторному заражению. Основой этой устойчивости скорее всего служит клеточный иммунитет, судя по тому, что у выздоровевших пробы на гиперчувствительность замедленного (IV) типа с грибными антигенами дают положительный ре-

Рис. 17.18

Проявления Т-клеточного иммунитета при хромомикозе (подкожный микоз). Пигментированные клетки возбудителя хромомикоза (В) располагаются в коже больного внутри гигантских клеток (ГК). Вокруг виден лейкоцитарный инфильтрат, состоящий преимущественно из мононуклеаров. Вверху заметен участок базального слоя эпидермиса (Э). Окрашивание гематоксилином и эозином, х 400. (Микрофотография любезно предоставлена проф. R.J. Нау.)

Рис. 17.19

Нейтрофилы в качестве эффекторных клеток иммунного ответа при микозе, вызванном мукоровым грибом. Представлен срез из легочной ткани больного этим типом микоза; в данном случае это оппортунистическая инфекция, возникшая при нарушении иммунитета. Воспалительный инфильтрат вокруг грибных гиф состоит почти исключительно из полиморфноядерных нейтрофилов. Это заболевание особенно часто возникает при нейтропении (отсутствии нейтрофилов). Окрашивание гематоксилином и эозином, х 400. (Микрофотография любезно предоставлена проф. R.J. Нау.)

зультат, тогда как у больных с хроническими поражениями, как правило, отрицательный. Т-клеточный иммунитет важен как защитный механизм и при глубоких микозах — иногда устойчивость к ним удается перенести иммунными Т-клетками. Предположительно Тх-клетки выделяют цитокины, мобилизующие макрофаги на уничтожение грибов {рис. 17.18). При респираторных микозах клинические проявления до

Уничтожение грибов моноцитами и/илимакрофагамиУничтожение грибов моноцитами и/илимакрофагамиРис. 17.20В норме моноциты и макрофаги способны уничтожать многие грибы. В отношении определенных видов грибов эта способность сохраняется при хроническом гранулематозе и наследственном дефиците миелопероксидазы, что свидетельствует о важном значении кислород-независимых защитных механизмов. («+» — уничтожение; «-» — не уничтожают; «+/-» — иногда уничтожают; «9» — нет данных.)Рис. 17.20В норме моноциты и макрофаги способны уничтожать многие грибы. В отношении определенных видов грибов эта способность сохраняется при хроническом гранулематозе и наследственном дефиците миелопероксидазы, что свидетельствует о важном значении кислород-независимых защитных механизмов. («+» — уничтожение; «-» — не уничтожают; «+/-» — иногда уничтожают; «9» — нет данных.)

Уничтожение грибов моноцитами и/илимакрофагами

Уничтожение грибов моноцитами и/илимакрофагами

Рис. 17.20

В норме моноциты и макрофаги способны уничтожать многие грибы. В отношении определенных видов грибов эта способность сохраняется при хроническом гранулематозе и наследственном дефиците миелопероксидазы, что свидетельствует о важном значении кислород-независимых защитных механизмов. («+» — уничтожение; «-» — не уничтожают; «+/-» — иногда уничтожают; «9» — нет данных.)

Рис. 17.20

В норме моноциты и макрофаги способны уничтожать многие грибы. В отношении определенных видов грибов эта способность сохраняется при хроническом гранулематозе и наследственном дефиците миелопероксидазы, что свидетельствует о важном значении кислород-независимых защитных механизмов. («+» — уничтожение; «-» — не уничтожают; «+/-» — иногда уничтожают; «9» — нет данных.)

некоторой степени напоминают наблюдаемые при проказе (см. гл. 26). Нарушение иммунофизиологии под действием иммунодепрессивных лекарственных средств или подавление антибиотиками нормальной микрофлоры могут стать причиной поражения организма грибами рода Candida. Кандидоз часто развивается также при синдромах иммунологической недостаточности (тяжелый комбинированный иммунодефицит, аплазия тимуса, СПИД и т. п.), что свидетельствует о важном значении иммунной системы для удержания грибов в нормальном статусе комменсалов.

Кроме того, имеются доказательства участия полиморфноядерных нейтрофилов в иммунном ответе при респираторных микозах, например вызванных мукоровыми грибами )рис. 17.19). Важная роль в устойчивости к грибам принадлежит, возможно, катионным белкам дефензинам (см. с. 326): фагоциты больных с нарушенными механизмами восстановления О2 способны тем не менее уничтожать дрожжевые клетки и мицелий грибов почти так же эффективно, как в норме (.рис. 17.20). Против Criptococcus активно действует NO-механизм, и не исключено, что он важен для устойчивости ко многим грибам.

Вопросы для размышления

■ Какими бактерицидными механизмами обладают фагоциты?

■ Как связана перегрузка иммунной системы антигенами кишечной микрофлоры с патогенезом аутоиммунных заболеваний?

■ Каким образом поглощенные фагоцитами бактерии могут избежать лизиса? Приведите примеры различных способов микробной самозащиты.

■ Как можно выявить участие комплемента и фагоцитов в уничтожении различных микробов? Какие генетические и молекулярно-биологические методы позволяют выяснить способы защиты бактерий от разрушения комплементом и от фагоцитоза?

■ Каким образом цитокины активируют макрофаги для разрушения поглощенных бактерий? Всегда ли эта активация выгодна организму-хозяину?

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Roitt I.M., Delves P.J. (ed). 1992. Encyclopedia of immunology. London: Academic Press. (См. многочисленные статьи по отдельным видам грибов и бактерий.)

Бактерии

Catterall J.R., Black С.М., Leventhal J.P. et al. 1987. Monoxidative microbicidal activity in normal human alveolar and peritoneal macrophages. Infect. Immun. 55: 1635-1640.

Cohen I.R., Young D.B. 1991. Autoimmunity, microbial immunity and the immunological homunculus. Immunol. Today 12: 105-110.

Falkow S., Isberg R.R., Portnoy D.A. 1992. The interaction of bacteria with mammalian cells. Ann. Rev. Cell. Biol. 8: 333-363.

Heeg K., Miethke T., Wagner H. 1996. Superantigen- mediated lethal shock: the functional state of ligand- reactive T cells. Curr. Top. Microbiol. Immunol. 216: 83-100.

Henderson B., Poole S., Wilson M. 1996. Bacterial modulins: a novel class of virulence factors which cause host tissue pathology by inducing cytokine synthesis. Microbiol. Rev. 60: 316-341.

Jones B., Pascopella L., Falkow S. 1995. Entry of microbes into the host using M cells to break the mucosal barrier. Curr. Opin. Immunol. 7: 474-478.

Kagan B.L., Ganz T., Lehrer R.l. 1994. Defensins: a family of antimicrobial and cytotoxic peptides. Toxicology 87: 131-149.

Kaufmann S.H. 1993. Immunity to intracellular bacteria. Annu. Rev. Immunol. 11: 129-163.

Levy 0.1996. Antibiotic proteins of polymorphonuclear leukocytes. Eur. J. Haematol. 56: 263-277.

Moffitt M.C., Frank M.M. 1994. Complement resistance in microbes. Springer Semin. Immunopathol. 15: 327-344.

Moors M.A., Portnoy D.A. 1995. Identification of bacterial genes that contribute to survival and growth in an intracellular environment. Trends Microbiol. 3: 83-85.

Ofek I., Goldhar J., Keisari Y. et al. 1995. Nonopsonic phagocytosis of microorganisms. Annu. Rev. Microbiol. 49; 239-276.

Orme I., Flynn J.L., Bloom B.R. 1993. The role of CD8+

T cells in immunity to tuberculosis. Trends Microbiol. 1(3): 77-78.

Rietschel E.T., Brade H., Holst O. et al. 1996. Bacterial endotoxin: Chemical constitution, biological recognition, host response, and immunological detoxication. Curr. Top. Microbiol. Immunol. 216: 39-81.

Rook G.A.W., Hernandez-Pando R., The pathogenesis of tuberculosis. Ann. Rev. Microbiol. 50: 259-284.

Rothstein J.L., Schreiber H , 1988. Synergy between tumour necrosis factor and bacterial products causes haemorrhagic necrosis and lethal shock in normal mice. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85: 607-611.

Thiel S. 1992. Mannan-binding protein, a complement activating animal lectin. Immunopharmacology 24: 91-99.

Ulevitch R.J., Tobias P.S. 1995. Receptor-dependent mechanisms of cell stimulation by bacterial endotoxin. Annu. Rev. Immunol. 13: 437.

Vouldoukis I., Riveros-Moreno V., Dugas B. etal. 1995. The killing of Leischmania major by human macrophages is mediated by nitric oxide induced after ligation of the Fc epsilon RII/CD23 surface antigen. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 92: 7804-7808.

Yamamura M., Uyemura K., Deans R. et al. 1991. Defining protect the responses to pathogens: cytokine profiles in leprosy lesions. Science 254: 277-279.

Yu B., Wright S.D., 1996. Catalytic properties of lipopolysaccharide (LPS) binding protein. Transfer of LPS to soluble CD 14. J. Biol. Chern. 271: 4100-4105.

Грибы

Jones H.E. 1993. Immune response and host resistance of humans to dermatophyte infection. J. Am. Acad. Dermatol. 28: S12-18.

Leibovici V., Evron R., Axelrod O. et al. 1995. Imbalance of immune responses in patients with chronic and widespread fungal skin infection. Clin. Exp. Dermatol. 20: 390-394.

Levitz S.M. 1992. Overview of host defenses in fungal infections. Clin. Infect. Dis. 14: S37-42.

Murphy J.W. 1991. Mechanisms of natural resistance to human pathogenic fungi. Annu. Rev. Microbiol. 45: 509-538.

Паразитами заражена значительная часть населения земного шара. Как правило, они специфичны в отношении хозяина и в большинстве случаев вызывают хроническую инвазию. Многие паразиты распространяются беспозвоночными-переносчиками и имеют сложный жизненный цикл, причем на разных стадиях развития синтезируют различные антигены.

Устойчивость организма-хозяина обеспечивают различные защитные реакции. Способностью уничтожать как простейших, так и гельминтов обладают эффекторные клетки - макрофаги, нейтрофилы, эозинофилы и тромбоциты. Они секретируют цитотоксические соединения, например высокоактивные метаболиты кислорода и оксид азота, и функционируют более эффективно при активации цитокинами.

Основная роль в развитии иммунитета принадлежит Т-клеткам. Антитела, как сами по себе, так и в сочетании с комплементом, эффективно действуют против внеклеточных паразитов. Они усиливают фагоцитарный и цитотоксический потенциал эффекторных клеток и могут предотвращать внедрение паразитов в новые клетки организма-хозяина.

Паразиты различными путями избегают действия иммунного ответа хозяина, иногда используя ответные реакции хозяина для своего собственного развития и в большинстве случаев противодействуя им.

При заражении паразитическими червями повышаются численность эозинофилов и уровень циркулирующих антител IgE. Для развития иммунного ответа важны Тх2- и Тх1-клетки. Тх2-клетки необходимы для изгнания кишечных гельминтов. Продукты тучных клеток взаимодействуют с эозинофилами.

Т-клетки, необходимые для осуществления защитных реакций, могут относиться к популяции как CD4+, так и CD8+. Тх1-клетки обеспечивают защиту против внутриклеточных простейших путем секреции ИФу, активирующего макрофаги.

Паразитарные инвазии сопровождаются образованием больших количеств неспецифических антител, спленомегалией и гепатомегалией. Иммунопатологические эффекты в основном могут быть опосредованы Т-клетками.

Как правило, паразитарные инвазии вызывают активацию ряда иммунологических защитных механизмов, гуморальных и клеточных, причем эффективность ответных реакций зависит от природы паразита и стадии инвазии. В данной главе рассмотрены основные аспекты иммунитета к паразитарным инвазиям и особенно подробно к заболеваниям, вызываемым некоторыми из наиболее важных паразитов человека (рис. 18.1).

Паразитические простейшие способны обитать в кишечнике (например, амебы), в крови (например, африканские трипаносомы), внутри эритроцитов (например, Plasmodium spp.), в макрофагах (например, Leishmania spp. и Toxoplasma gondii), в том числе локализованных в печени и селезенке (например, Leishmania spp.), или в мышцах (например, Trypanosoma сгиу). К паразитическим червям — гельминтам, которые заражают человека, относятся трематоды, или сосальщики (например, шистосомы), цестоды, или

ленточные черви (например, широкий лентец, цепни, эхинококк), и нематоды, или круглые черви (например, Trichinella spiralis, анкилостомы, острицы, аскариды и нитчатки, или филярии). Цестоды и половозрелые анкилостомы заселяют кишечник, половозрелые шистосомы обитают в кровеносных сосудах, а некоторые филярии в лимфатической системе (рис. 18.2). Очевидно, что при таком разнообразном распространении возможны и самые разнообразные патологические реакции.

Многие гельминты имеют сложный жизненный цикл с миграцией через различные участки организма-хозяина, причем в различных тканях они проходят определенные стадии своего развития. На последнем этапе развития гельминт достигает области, где окончательно созревает и проводит оставшуюся часть жизненного цикла (рис. 18.3). Анкилостомы и личинки шистосом заражают хозяина, непосредственно проникая

Важнейшие паразитарные заболевания человекаВажнейшие паразитарные заболевания человека

Важнейшие паразитарные заболевания человека

Важнейшие паразитарные заболевания человека

Участки поражения при наиболее распространенныхпаразитарных инвазиях

Простейшие

Plasmodium vivax Plasmod urn talc parum Plasmod um ovate Plasmodium malariae

Le shmania trop ta Leishmania donovani Leishmania braziensis

Trypanosoma rhodesiense Trypanosoma gambiense

Trypanosoma cruzi

Гельминты

Трематоды (сосальщики)

Soh stosoma mansoni Schistosoma haematob um Schistosoma japonicum

Цестоды (ленточные черви)

Нематоды (круглые черви)

Trichurrs trichura (власоглав)

Ascaris lumbr со des

Trichinetla spiral s

Ancylostoma duodenale Necator americanus

Wucherena bancrofti

Brugia malayi

Dp talonemaperstans

Onchocerca volvulus

0 1 10 1001000

Простейшие

ЦНС

Toxoplasma gondii Entamoeba histolytica Trypanosoma spp. Plasmodium falciparum

Кожа

Leishmania spp.

Сердце

Trypanosoma cruzi

Печень

Entamoeba histolytica Leishmania spp.

Кишечник

Entamoeba histolytica Giardia lamblia

Кровь

Plasmodium spp.

Trypanosoma spp.

Гельминты

Кожа

Мышцы

Trichinella spiralis

Легкие

Кишечник

Нитчатки (филярии)

Onchocerca volvulus

Ascaris, Tnchuris Анкилостомы Цестоды

Лимфатическая система

Мочевой п зырь

Воротная вана печени

Половозрелыв особи Schistosoma mansoni

Личинки нематод Шистосомулы

Половозрелые особи Schistosoma haematobium

Рис. 18.2

Участки поражения при наиболее распространенных паразитарных инвазиях.

Число зараженных, млн.(логарифмическая шкала)

Рис. 18.1

Статистика зараженности паразитами по данным Всемирной организации здравоохранения (1993 г.).

Toxoplasma, Giardia и амебы попадают в организм человека через рот. Возбудителей малярии переносят комары, трипаносом — мухи цеце, клопы и др. (в частности Т. cruzi - клопы-хищнецы подсемейства Triatominae), Leishmania — москиты. Разнообразие путей заражения создает дополнительные проблемы при разработке способов иммунизации.

через кожу; ленточные черви и круглые черви попадают в организм человека через рот; распространение филярий зависит от промежуточного хозяина-насекомого или от переносчика. Большинство паразитических простейших распространяется насекомыми-переносчиками, а

ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПАРАЗИТАРНЫХ ИНВАЗИЙ

Паразитами заражена большая часть населения земного шара

Паразитарные болезни представляют собой серьезную медицинскую проблему, особенно в тропических странах (j>uc. 18. Г). Малярия, напри-

Паразит и вызываемое им заболеваниеСрок выживания, годаКоличество яиц или личинок, образуемых одной половозрелой особью в суткиПуть зараженияМиграция личинокМесто созревания паразитаAscaris । umbncoides (аскаридоз1-2>200 000Через рот (яйца)Кишечник -, кровь -> легкие -> трахея -> глотка -тонкий кишечникTrichuris trichura (трихуриоз)1-2Через рот (яйца)Кишечник -слепая кишкаAncytostoma duodenale (анкилостомоз)2-310 000-20 000Через кожу, обычно ступней (личинки из почвы)Кровь -> легкие -этрахея -> глотка -> кишечникSchistosoma mansoni (шистосомоз)3-5100 300Через кожу (церкарии, вышедшие из промежуточных хозяев - водных улиток)Кровь -> легкие -экровь-) воротная вена печениSchistosoma haematobium(мочеполовой шистосомоз)3-5500 3000Через кожу (церкарии, вышедшие из промежуточных хозяев - водных улиток)Кровью легкие -> кровь -вены мочевого пузыряWuchereria bancroftl (филяриоз)3-5Через прокол в коже при укусе комара- переносчикаКровь -лимфвтическая системаOnchocerca volvulus (онхоцеркоз«речная слепота-)8-101600Червз кожу при укусе мошкиКожа-подкожная тканьПаразит и вызываемое им заболеваниеСрок выживания, годаКоличество яиц или личинок, образуемых одной половозрелой особью в суткиПуть зараженияМиграция личинокМесто созревания паразитаAscaris । umbncoides (аскаридоз1-2>200 000Через рот (яйца)Кишечник -, кровь -> легкие -> трахея -> глотка -тонкий кишечникTrichuris trichura (трихуриоз)1-2Через рот (яйца)Кишечник -слепая кишкаAncytostoma duodenale (анкилостомоз)2-310 000-20 000Через кожу, обычно ступней (личинки из почвы)Кровь -> легкие -этрахея -> глотка -> кишечникSchistosoma mansoni (шистосомоз)3-5100 300Через кожу (церкарии, вышедшие из промежуточных хозяев - водных улиток)Кровь -> легкие -экровь-) воротная вена печениSchistosoma haematobium(мочеполовой шистосомоз)3-5500 3000Через кожу (церкарии, вышедшие из промежуточных хозяев - водных улиток)Кровью легкие -> кровь -вены мочевого пузыряWuchereria bancroftl (филяриоз)3-5Через прокол в коже при укусе комара- переносчикаКровь -лимфвтическая системаOnchocerca volvulus (онхоцеркоз«речная слепота-)8-101600Червз кожу при укусе мошкиКожа-подкожная тканьГельминты в организме человекаГельминты в организме человекаРис. 18.3Сроки выживания, размножение и пути миграции гельминтов в организме человека.Рис. 18.3Сроки выживания, размножение и пути миграции гельминтов в организме человека.мер, служит причиной смерти 1—2 млн. человек ежегодно. Кишечными гельминтами заражена треть населения земного шара; тяжесть заболевания зависит от степени инвазии, однако у детей даже инвазии средней тяжести могут вызывать задержку роста и замедление умственного развития. Паразитарные болезни характеризуются также анемией и истощением.

Паразит и вызываемое им заболевание

Срок выживания, года

Количество яиц или личинок, образуемых одной половозрелой особью в сутки

Путь заражения

Миграция личинок

Место созревания паразита

Ascaris । umbncoides (аскаридоз

1-2

>200 000

Через рот (яйца)

Кишечник -, кровь -> легкие -> трахея -> глотка -

тонкий кишечник

Trichuris trichura (трихуриоз)

1-2

Через рот (яйца)

Кишечник -

слепая кишка

Ancytostoma duodenale (анкилостомоз)

2-3

10 000-20 000

Через кожу, обычно ступней (личинки из почвы)

Кровь -> легкие -э

трахея -> глотка -> кишечник

Schistosoma mansoni (шистосомоз)

3-5

100 300

Через кожу (церкарии, вышедшие из промежуточных хозяев - водных улиток)

Кровь -> легкие -экровь

-) воротная вена печени

Schistosoma haematobium

(мочеполовой шистосомоз)

3-5

500 3000

Через кожу (церкарии, вышедшие из промежуточных хозяев - водных улиток)

Кровью легкие -> кровь -

вены мочевого пузыря

Wuchereria bancroftl (филяриоз)

3-5

Через прокол в коже при укусе комара- переносчика

Кровь -

лимфвтическая система

Onchocerca volvulus (онхоцеркоз«речная слепота-)

8-10

1600

Червз кожу при укусе мошки

Кожа-

подкожная ткань

Паразит и вызываемое им заболевание

Срок выживания, года

Количество яиц или личинок, образуемых одной половозрелой особью в сутки

Путь заражения

Миграция личинок

Место созревания паразита

Ascaris । umbncoides (аскаридоз

1-2

>200 000

Через рот (яйца)

Кишечник -, кровь -> легкие -> трахея -> глотка -

тонкий кишечник

Trichuris trichura (трихуриоз)

1-2

Через рот (яйца)

Кишечник -

слепая кишка

Ancytostoma duodenale (анкилостомоз)

2-3

10 000-20 000

Через кожу, обычно ступней (личинки из почвы)

Кровь -> легкие -э

трахея -> глотка -> кишечник

Schistosoma mansoni (шистосомоз)

3-5

100 300

Через кожу (церкарии, вышедшие из промежуточных хозяев - водных улиток)

Кровь -> легкие -экровь

-) воротная вена печени

Schistosoma haematobium

(мочеполовой шистосомоз)

3-5

500 3000

Через кожу (церкарии, вышедшие из промежуточных хозяев - водных улиток)

Кровью легкие -> кровь -

вены мочевого пузыря

Wuchereria bancroftl (филяриоз)

3-5

Через прокол в коже при укусе комара- переносчика

Кровь -

лимфвтическая система

Onchocerca volvulus (онхоцеркоз«речная слепота-)

8-10

1600

Червз кожу при укусе мошки

Кожа-

подкожная ткань

Гельминты в организме человека

Гельминты в организме человека

Рис. 18.3

Сроки выживания, размножение и пути миграции гельминтов в организме человека.

Рис. 18.3

Сроки выживания, размножение и пути миграции гельминтов в организме человека.

Паразитарные инвазии имеют ряд общих особенностей

Паразитические простейшие и черви значительно крупнее бактерий и вирусов (рис. 18.4) и соответственно обладают большим количеством и разнообразием антигенов. Для некоторых видов характерна смена поверхностных антигенов — антигенная изменчивость. Паразиты, имеющие сложный жизненный цикл, могут экспрессировать некоторые антигены только на определенной стадии развития, вызывая соответствующий специфический иммунный ответ. Так, у малярийных паразитов белковая оболочка спорозоита (инфекционная, или расселительная, стадия, в виде которой плазмодий передается комарами и инфицирует организм-хозяин) вызывает образование специфичных антител, не реагирующих с паразитом на эритроцитарной стадии его цикла развития. Паразитический червь Т. spiralis на раз

ных стадиях жизненного цикла также экспрессирует различные антигены.

Простейшие, достаточно мелкие по размерам, чтобы паразитировать внутри клеток человека, обладают особыми свойствами проникновения в клетки и ткани организма-хозяина. Мерозоиты малярийного плазмодия (стадия цикла развития, на которой плазмодий способен проникать в эритроциты) связываются на поверхности клеток крови с определенными рецепторами и используют для проникновения внутрь клетки специальную органеллу — роптрий. Паразитические лейшмании для внедрения в макрофаги используют рецептор комплемента, чтобы помочь клеткам хозяина захватить их. Эти паразиты могут также проникать внутрь клетки, взаимодействуя с маннозо-фукозным рецептором на поверхности макрофагов.

Большинство паразитов специфично в отношении хозяина

За миллионы лет эволюции паразитические организмы хорошо адаптировались к своим хозяевам и обнаруживают ярковыраженную специфичность к ним. Например, возбудители малярии птиц, грызунов или человека способны размножаться только в организме данного хозяина.

Сравнительные размеры различных паразитовСравнительные размеры различных паразитовРис. 18.4Сравнительные размеры различных паразитических организмов.Рис. 18.4Сравнительные размеры различных паразитических организмов.

Сравнительные размеры различных паразитов

Сравнительные размеры различных паразитов

Рис. 18.4

Сравнительные размеры различных паразитических организмов.

Рис. 18.4

Сравнительные размеры различных паразитических организмов.

тивной продукции антител против одного из пептидов оболочки спорозоитов малярийного паразита, поскольку их Т-клетки не сенсибилизируются. В то же время наличие некоторых антигенов HLA, широко распространенных у жителей Западной Африки, но редко встречаемых у европеоидов, по-видимому, коррелирует с иммунитетом к тяжелым формам малярии.

Гены не-МНС также могут иметь важное значение.

Чувствительность мышей к заражению Leishmania donovani и некоторыми другими паразитами определяется одним доминантным геном, регулирующим активацию макрофагов (см. гл. I).

Мерозоиты возбудителя малярии Plasmodium vivax используют для проникновения в эритроциты специфический рецептор их поверхности — антиген группы крови Даффи. У некоторых африканских народностей этот антиген утрачен - возможно, под давлением отбора — и они высокоустойчивы к заражению этим паразитом.

Для большинства гельминтозов характерно присутствие значительного количества паразитов у относительно небольшого числа лиц, однако следует отметить, что это необязательно обусловлено генетическими различиями в устойчивости. Результаты поведенческих исследований указывают на то, что даже в небольших сообществах отдельные индивиды сильно различаются по риску заражения, так как у них весьма различны возможности контакта с паразитами.

Из этого правила имеются некоторые исключения: например, паразитическое простейшее Т. gondii способно не только заражать все содержащие ядро клетки млекопитающих и размножаться в них, но также инфицировать незрелые эритроциты млекопитающих, культивируемые клетки насекомых и ядерные эритроциты птиц и рыб. Сходным образом, свиной солитер способен заражать человека.

Устойчивость хозяина к паразитарной инвазии может быть генетически обусловленной

Резистентность индивидуальных хозяев к инвазии варьирует и может контролироваться различными генами иммунного ответа. Ряд линий мышей (и некоторые люди), имеющие определенные гены МНС, не обладают способностью к ак-

Многие паразитарные инвазии — хронические заболевания

Паразиту не выгодна гибель организма-хозяина, по крайней мере до тех пор, пока не произойдет его передача другому хозяину. При хронической инвазии тип иммунного ответа с течением времени меняется и зависит от наличия циркулирующих антител, персистентной антигенной стимуляции и образования иммунных комплексов (.рис. 18.5). Для хронических инвазий типичны иммуносупрессия и иммунопатологические реакции.

Устойчивость организма-хозяина зависит от разнообразных эффекторных механизмов иммунитета

Развитие иммунитета — это сложный процесс, основанный на взаимодействии многих типов

Рис. 18.5

Отложение иммунных комплексов при нефротическом синдроме, характерном для четырехдневной малярии. Микрофотография (флуоресцентная электронная микроскопия низкого напряжения) почечного клубочка (материал биопсии от нигерийского ребенка). При малярии, вызванной Plasmodium malariae, в результате отложения иммунных комплексов может развиться гломерулонефрит. Срез окрашен ФИТЦ, конъюгированным с IgG к антигенам человека; можно видеть гранулярное отложение иммуноглобулинов в капиллярных петлях почечного клубочка. (Фото любезно предоставлено д-ром V. Houba.)

клеток в течение определенного периода времени. Часто эффекты осуществляются локально, и различные клетки, секретирующие отдельные медиаторы, могут находиться в участках иммунологического отторжения. Кроме того, иммунные реакции, препятствующие размножению паразита в организме, могут отличаться от реакций, обеспечивающих развитие окончательной устойчивости. При некоторых гельминтозах формируется «сопутствующий иммунитет»; первичная инвазия не ликвидируется, но стабилизируется, и хозяин приобретает резистентность к заражению новыми гельминтами того же вида.

Гуморальный ответ как таковой необходим для уничтожения внеклеточных паразитов, например локализующихся в крови (рис. 18.61), жидкостях организма или кишечнике. Однако то, какой тип ответа в итоге будет главным, обеспечивающим защиту, зависит от природы паразита. Например, антитела сами по себе или в сочетании с комплементом могут повреждать некоторых внеклеточных паразитов, однако их действие усиливается, когда они функционируют совместно с эффекторными клетками. Как отмечено выше, при одной и той же инвазии в борьбе с паразитом на разных стадиях его жизненного цикла участвуют различные эффекторные механизмы. Так, при малярии антитела к внеклеточным формам паразита блокируют их способность прони

кать в новые клетки, в то время как клеточноопосредованный ответ предотвращает развитие шизонтов в гепатоцитах. Протективный иммунитет к малярии не коррелирует непосредственным образом с уровнем антител и может быть индуцирован даже в их отсутствие. Это установлено на мышах, иммунизированных специально полученным штаммом Salmonella typhimurium; в геном бактерий этого штамма методом генетической инженерии внедрен ген, кодирующий поверхностный антиген спорозоитов малярийного плазмодия. При последующем заражении таких мышей спорозоитами у животных, несмотря на отсутствие специфических антител, развивался иммунитет к возбудителю малярии.

ЭФФЕКТОРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ

Для того чтобы успешно внедриться в нового хозяина, до того как его иммунная система сформирует специфический иммунитет, паразиту необходимо преодолеть уже действующие защитные механизмы хозяина. Определенную роль среди таких механизмов выполняет комплемент, поскольку некоторые паразиты, включая половозрелых червей и способных к инвазии личинок Т. spiralis и шистосомул Schistosoma mansoni, имеют в составе поверхностной оболочки определенные молекулярные структуры, которые запускают альтернативный путь активации комплемента.

Рис. 18.6

Пары половозрелых шистосом в кровеносных сосудах брыжейки. Шистосомы высокоустойчивы к интенсивному воздействию эффекторных механизмов иммунитета. Половозрелые особи могут персистировать в организме в среднем 3-5 лет. (Фото любезно предоставлено д-ром A. Agnew.)

Первую линию защиты формируют макрофаги, нейтрофилы, эозинофилы и тромбоциты

Антитела и цитокины, специфически продуцируемые при развитии иммунного ответа на паразитарные антигены, стимулируют антипарази- тарную активность всех указанных выше эффекторных клеток. Однако тканевые макрофаги, моноциты и гранулоциты обладают и определенной предсуществующей активностью.

Тип защитной реакции зависит, очевидно, от того, каким путем паразит проникает в организм. • Церкарии 5. mansoni проникают через кожу — экспериментальное удаление макрофагов, нейтрофилов и эозинофилов из кожи мышей увеличивает восприимчивость к инвазии.

Трипаносомы и малярийные паразиты, проникающие в кровь, удаляются из циркуляции фагоцитарными клетками в селезенке и печени.

Сравнение линий мышей с различными иммунологическими дефектами показало, что устойчивость к инфицированию Trypanosoma rhodesiense обеспечивают макрофаги. На более поздней стадии инфекции они захватывают трипаносом, опсонизированных антителами и фрагментом комплемента СЗЬ, еще быстрее в печени.

До того как макрофаги начнут функционировать в качестве антигенпрезентирующих клеток, инициирующих иммунный ответ, они действуют как эффекторные клетки, чтобы подавить размножение паразитов или даже разрушить их. Кроме того, макрофаги секретируют вещества, регулирующие воспалительную реакцию. Некоторые из них — ИЛ-1, ИЛ-2, ФНОа и колониестимулирующие факторы (КСФ) — усиливают иммунитет, активируя другие клетки или стимулируя их пролиферацию. Такие цитокины, как ИЛ-10, простагландины и ТФРр, могут проявлять противовоспалительные и иммуносупрессивные свойства.

Макрофаги способны уничтожать внеклеточных паразитов

Фагоцитоз, осуществляемый макрофагами, обеспечивает важную линию защиты против мелких по размерам паразитов; помимо этого макрофаги секретируют многие цитотоксические факторы, позволяющие уничтожать паразитов без их поглощения. После активации цитокинами макрофаги способны уничтожать как относительно

мелких внеклеточных паразитов, например малярийных на эритроцитарной стадии жизненного цикла, так и крупных по размерам паразитов, например шистосом на стадии развития шисто- сомул.

Макрофаги функционируют также как клетки-киллеры в реакции антителозависимой клеточной цитотоксичности (АЗКЦ). Под действием специфических IgG и IgE, например, усиливается способность макрофагов уничтожать шисто- сомул (молодые особи шистосом). Кроме того, макрофаги секретируют цитокины, такие как ФНОа и ИЛ-1, которые взаимодействуют с другими типами клеток; например, они придают гепатоцитам устойчивость к малярийным паразитам.

После фагоцитоза, например Т. cruy, Т. gondii, Leishmania spp. и малярийных паразитов, в макрофагах и гранулоцитах образуются высокоактивные метаболиты кислорода; филярии и шистосомы также стимулируют вспышку клеточного дыхания. Активированные цитокинами макрофаги выделяют больше супероксидных кислородных радикалов и пероксида водорода, чем тканевые оседлые макрофаги. Активизируются также и их О2-независимые механизмы уничтожения чужеродных клеток.

Один из эффективных О2-независимых токсинов — это оксид азота NO, продукт метаболизма L-аргинина. Образование его индуцируют цитокины ИФа и ФНОа, причем оно значительно усиливается при их совместном действии. Оксид азота могут также продуцировать эндотелиальные клетки. Эффект NO вносит определенный вклад в устойчивость к лейшманиозу, шистосомозу и малярии и предположительно важен для подавления большинства паразитарных инвазий (рис. 18.7). Например, врожденная устойчивость к заражению Т. gondii, утрачиваемая при нарушениях иммунитета, по-видимому, обусловлена подавлением размножения паразита посредством такого О2-независимого механизма.

Активация макрофагов характерна для ранних стадий инвазии

После заражения быстро усиливаются все эффекторные функции макрофагов. Специфическую активацию этих клеток вызывают цитокины, выделяемые Т-клетками (например, ИФу, ГМ- КСФ, ИЛ-3 и ИЛ-4), но макрофаги могут активироваться и независимо от Т-клеток, например:

Токсическое действие NO на Leishmania in vitro

Рис. 18.7

Доказательство того, что уничтожение Leishmania major активированными макрофагами коррелирует с выделением ими оксида азота. Культивируемые макрофаги были активированы различными дозами рекомбинантного ФНОа; при использовании наиболее высоких доз выживаемость паразитов снижалась примерно на треть по сравнению с контролем. С этим коррелировало увеличение количества выделяемого макрофагами NO (измерение по концентрации нитрита в культуральной жидкости). При подавлении образования NO выживаниемость паразитов не снижалась (По Liew et al. 1990. Immunol. 71: 556.)

нормальные клетки-киллеры (НК) секретируют ИФупри стимулировании ИЛ-12, который выделяют макрофаги;

макрофаги секретируют ФНОа в ответ на некоторые паразитарные антигены (например, фосфолипид-содержашие антигены малярийных паразитов и отдельные антигены Т. Ьги- cei); затем этот цитокин активирует другие макрофаги.

Хотя ФНОа могут секретировать и некоторые другие типы клеток, активированные макрофаги служат наиболее важным источником этого фактора, необходимого для протективного ответа на инвазию некоторых простейших (например, Leishmania spp.) и гельминтов. Так, ФНОа активирует макрофаги, эозинофилы и тромбоциты для уничтожения шистосомул S. mansoni, причем его действие усиливается в присутствии ИФу.

Следует отметить, что ФНОа может оказывать при инвазии как благоприятный, так и неблагоприятный эффект, в зависимости от его количества и от того, находится он в свободной циркуляции или сосредоточен локально. Так, содержание этого цитокина в сыворотке крови при малярии, вызванной Plasmodium falciparum, коррелирует с тяжестью заболевания. Введение ФНОа мышам чувствительной линии, инфицированным возбудителем малярии грызунов Р. chabaudi, оказывает терапевтический эффекг, но у животных генетически устойчивой линии вызывает гибель. Возможно, мыши этой линии уже вырабатывают достаточное количество ФНОа, которое препятствует размножению паразита, и введение дополнительного количества данного фактора приводит к токсическому эффекту.

Нейтрофилы способны уничтожать крупных и мелких паразитов

Эффекторные свойства, проявляемые макрофагами, характерны и для нейтрофилов — они обладают фагоцитарной активностью и способны уничтожать паразитов с помощью как 02-зависимых, так и О2-независимых механизмов, в том числе посредством NO. При этом для нейтрофилов характерна более интенсивная вспышка дыхания по сравнению с макрофагами, а их секреторные гранулы содержат чрезвычайно цитотоксичные белки (см. гл. 2). Активацию нейтрофилов могут вызывать цитокины, например ИФу, ФНОа и ГМ-КСФ. Внеклеточное разрушение паразитов нейтрофилы осуществляют посредством выделяемого ими Н2О2; внутриклеточное же уничтожение поглощенных паразитов происходит под действием компонентов гранул. Нейтрофилы присутствуют в очагах воспаления, вызванных внедрением паразитов, и, вероятно, способствуют уничтожению паразитов, высвобождающихся из разрушаемых ими клеток. Подобно макрофагам, нейтрофилы имеют Fc-рецепторы и рецепторы комплемента и могут участвовать в антителозависимых цитотоксических реакциях, например уничтожении шистосомул S. mansoni. Обладая такой активностью, они в большей степени способны к разрушению некоторых видов нематод, в том числе Т. spiralis, чем эозинофилы, хотя относительная эффективность указанных двух типов клеток может зависеть от изотипа и специфичности антител.

Активность эозинофилов обычно ассоциирована с гельминтозами

Эозинофилы, как предполагается, эволюционно возникли специально для защиты против тканевых стадий развития паразитов, слишком крупных, чтобы их можно было уничтожить путем фагоцитоза. Согласно этой гипотезе, локализацию эозинофилов около паразитов и усиление их антипаразитарных функций обеспечивают IgE-зависимые реакции тучных клеток, предназначенные в первую очередь именно для этого.

Важная роль эозинофилов in vivo установлена в экспериментах с использованием специфичной к ним антисыворотки. У мышей, зараженных Т. spiralis и получавших такую антисыворотку, в мышцах образовывалось больше цист по сравнению с контрольными животными: в условиях инактивации эозинофилов организм-хозяин не мог уничтожать паразитов и обезвреживал их, насколько возможно, путем инкапсулирования.

Однако недавно проведенные исследования показали, что хотя эозинофилы и способны участвовать в борьбе организма с гельминтами, в частности ограничивая перемещения паразитов в тканях, они не всегда делают это. Например, удаление эозинофилов не ослабляет иммунитет у мышей, зараженных S. mansoni, и не уменьшает количество паразитов при заражении ленточными червями.

Эозинофилы способны уничтожать гельминтов с помощью О2-зависимых и О2-независимых механизмов

Эозинофилы обладают меньшей фагоцитарной активностью по сравнению с нейтрофилами. Дегрануляция эозинофилов происходит в ответ на изменения в их поверхностной мембране, и активность усиливается под действием цитокинов, например ФНОа и ГМ-КСФ. Однако большинство функций эозинофилов зависит от антиген- специфических механизмов. Так, при связывании эозинофилов in vitro с личинками гельминтов (например, S. mansoni и Т. spiralis) интенсивность дегрануляции на поверхность паразитов повышается, если личинки нагружены IgE или IgG. Повреждение шистосомул может быть обусловлено действием главного основного белка (МБР, от англ, major Z>asic protein) кристаллоидного ядра эозинофилов. МБР не специфичен к какой-либо определенной мишени, но не вызывает существенных повреждений близлежащих

собственных клеток организма-хозяина, поскольку локализуется в небольшом пространстве между эозинофилом и шистосомой.

Эозинофилы и тучные клетки действуют совместно

Уничтожение шистосомул S. mansoni эозинофилами усиливается под действием продуктов тучных клеток, и в экспериментах in vitro эозинофилы от больных шистосомозом обнаруживают большую активность, чем эозинофилы от здоровых индивидов. Выделяемые паразитом антигены вызывают локальную IgE-зависимую дегрануляцию тучных клеток с выбросом медиаторов, которые избирательно привлекают эозинофилы к определенному участку и усиливают их активность. Другие продукты эозинофилов позднее блокируют реакции тучных клеток. То, что указанные эффекторные механизмы могут функционировать in vivo, установлено в экспериментах на обезьянах; уничтожение шистосом у них связано с накоплением эозинофилов 1рис. 18.8).

Тромбоциты способны уничтожать различных паразитов

Потенциальные мишени тромбоцитов — молодые особи трематод, а также Т. gondii и Т. сгиу. Как и у других эффекторных клеток, их цитотоксическая активность усиливается при обработке цитокинами (например, ИФу и ФНОа). У крыс, зараженных S. mansoni, тромбоциты приобретают способность уничтожать паразитов одновременно с появлением в сыворотке компонентов острой фазы, но до того, как в ней обнаруживаются антитела. Инкубирование нормальных тромбоцитов в такой сыворотке может способствовать их активации. Тромбоциты, подобно макрофагам и другим эффекторным клеткам, обладают поверхностными Есе-рецепторами, с участием которых осуществляется их антителозависимое цитотоксическое действие, ассоциированное с IgE.

Т-ЛИМФОЦИТЫ ВЫПОЛНЯЮТ ОСНОВНУЮ РОЛЬ В РАЗВИТИИ ИММУНИТЕТА

При большинстве паразитарных инвазий защитный ответ может быть экспериментально передан здоровым животным путем переноса им клеток селезенки, в первую очередь Т-лимфоцитов, от иммунных животных. Необходимость Т-лим-

Рис. 18.8Уничтожение шистосомулы эозинофилами. Эозинофилы способны прикрепляться к шистосомулам и уничтожать их путем дегрануляции с высвобождением содержимого гранул на поверхность паразита. Эта серия электронных микрофотографий демонстрирует прикрепление эозинофилов, дегрануляцию и высво-Рис. 18.8Уничтожение шистосомулы эозинофилами. Эозинофилы способны прикрепляться к шистосомулам и уничтожать их путем дегрануляции с высвобождением содержимого гранул на поверхность паразита. Эта серия электронных микрофотографий демонстрирует прикрепление эозинофилов, дегрануляцию и высво-вождение содержимого гранул на поверхность паразита (1), а также стадии разрушения его тегумента и миграции эозинофилов через поврежденные участки (2 и 3). (Фото любезно предоставленыд-ром D. McLaren.)вождение содержимого гранул на поверхность паразита (1), а также стадии разрушения его тегумента и миграции эозинофилов через поврежденные участки (2 и 3). (Фото любезно предоставленыд-ром D. McLaren.)фоцитов для развития иммунитета подтверждается и тем, что мыши, истощенные по Т-клеткам, и бестимусные (голые) мыши не способны противостоять нелетальным протозойным инфекциям, например вызванным Т. сгиу или Р. yoelii, а истощенные по Т-клеткам крысы — освободиться от кишечных гельминтов Nippostrongylus brasiliensis (рис. 18.9). Однако в некоторых случаях перенос Т-клеток от сильно зараженных животных может подавлять протективный ответ и вызывать гибель реципиентов. Причина такого эффекта состоит в том, что эти Т-клетки секретируют ИЛ-4 и ИЛ-10 — цитокины, ингибирующие образование и активность ИФу, необходимого для активации макрофагов и уничтожения паразитов.

Рис. 18.8

Уничтожение шистосомулы эозинофилами. Эозинофилы способны прикрепляться к шистосомулам и уничтожать их путем дегрануляции с высвобождением содержимого гранул на поверхность паразита. Эта серия электронных микрофотографий демонстрирует прикрепление эозинофилов, дегрануляцию и высво-

Рис. 18.8

Уничтожение шистосомулы эозинофилами. Эозинофилы способны прикрепляться к шистосомулам и уничтожать их путем дегрануляции с высвобождением содержимого гранул на поверхность паразита. Эта серия электронных микрофотографий демонстрирует прикрепление эозинофилов, дегрануляцию и высво-

вождение содержимого гранул на поверхность паразита (1), а также стадии разрушения его тегумента и миграции эозинофилов через поврежденные участки (2 и 3). (Фото любезно предоставлены

д-ром D. McLaren.)

вождение содержимого гранул на поверхность паразита (1), а также стадии разрушения его тегумента и миграции эозинофилов через поврежденные участки (2 и 3). (Фото любезно предоставлены

д-ром D. McLaren.)

Ранее роль цитокинов при паразитарных инвазиях можно было изучать только путем введения того или иного цитокина зараженным животным или путем его удаления с помощью моноклональных антител. Сейчас появился новый, более продуктивный подход, основанный на получении трансгенных по определенному цитокину мышей, а также мышей, у которых ген данного цитокина разрушен методом генного нокаута (нокаутные мыши). С помощью этого подхода установлено, что многие цитокины не только воздействуют на эффекторные клетки, усиливая их цитотоксическую или цитостатическую активность, но и функционируют как факторы роста,

способствуя пролиферации определенных типов клеток. Так, наблюдаемые при малярии моноци- тоз и увеличение селезенки, вызванное огромным ростом числа клеток, зависят от продуктов Т-лимфоцитов. Другие примеры Т-зависимых эффектов — это накопление макрофагов в гранулемах, образующихся в печени при шистосомозе, эозинофилия, характерная для гельминтозов, а также миграция эозинофилов и тучных клеток в слизистую кишечника при поражении гельминтами желудочно-кишечного тракта. Важные для освобождения от гельминтов тучные клетки слизистой и эозинофилы пролиферируют в ответ на продукты Т-клеток, а именно ИЛ-3 + ГМ-КСФ и ИЛ-5 соответственно.

Однако увеличение числа клеток может иметь и неблагоприятные последствия. Так, введение ИЛ-3 мышам, инфицированным Leishmania major, способно обострить локальную инфекцию и усилить распространение паразита, возможно вызывая пролиферацию костномозговых предшественников заражаемых им клеток.

Для защиты от некоторых паразитов необходимы Т-лимфоциты как CD4+, так и CD8+

Тип Т-лимфоцитов, участвующих в борьбе с инвазией, варьирует в зависимости от природы па-

Численность паразита/мл кровиЧисленность паразита/мл кровиЧисленность паразита/ мл крови Т. cruziЧисленность паразита/ мл крови Т. cruziсутсутПаразитемия,% животныхЧисло яиц/Р yoeliiг Фекалий м brasih ensisПаразитемия,% животныхЧисло яиц/Р yoeliiг Фекалий м brasih ensisвызывая гибель животных примерно через 30 сут после инфицирования.3. Этот график иллюстрирует динамику изгнания кишечной нематоды Nippostrongylus brasiliensis у крыс. У нормальных животных гельминт полностью изгоняется к 13 сут, что определяют по числу яиц, обнаруживаемых в фекалиях. В то же время у бестимусных крыс развивается хроническая инвазия кишечника; таким образом, для изгнания гельминтов необходимы Т-клетки.вызывая гибель животных примерно через 30 сут после инфицирования.3. Этот график иллюстрирует динамику изгнания кишечной нематоды Nippostrongylus brasiliensis у крыс. У нормальных животных гельминт полностью изгоняется к 13 сут, что определяют по числу яиц, обнаруживаемых в фекалиях. В то же время у бестимусных крыс развивается хроническая инвазия кишечника; таким образом, для изгнания гельминтов необходимы Т-клетки.

Численность паразита/мл крови

Численность паразита/мл крови

Численность паразита/ мл крови Т. cruzi

Численность паразита/ мл крови Т. cruzi

сут

сут

Паразитемия,

% животныхЧисло яиц/

Р yoeliiг Фекалий м brasih ensis

Паразитемия,

% животныхЧисло яиц/

Р yoeliiг Фекалий м brasih ensis

вызывая гибель животных примерно через 30 сут после инфицирования.

3. Этот график иллюстрирует динамику изгнания кишечной нематоды Nippostrongylus brasiliensis у крыс. У нормальных животных гельминт полностью изгоняется к 13 сут, что определяют по числу яиц, обнаруживаемых в фекалиях. В то же время у бестимусных крыс развивается хроническая инвазия кишечника; таким образом, для изгнания гельминтов необходимы Т-клетки.

вызывая гибель животных примерно через 30 сут после инфицирования.

3. Этот график иллюстрирует динамику изгнания кишечной нематоды Nippostrongylus brasiliensis у крыс. У нормальных животных гельминт полностью изгоняется к 13 сут, что определяют по числу яиц, обнаруживаемых в фекалиях. В то же время у бестимусных крыс развивается хроническая инвазия кишечника; таким образом, для изгнания гельминтов необходимы Т-клетки.

Рис. 18 9

Первые два графика показывают увеличение числа клеток простейших, размножающихся в крови (паразитемия), после заражения. 1. У мышей с удаленным тимусом и облученных с целью разрушения Т-клеток (Thym X) клетки Trypanosoma cruzi размножаются быстрее, чем у нормальных животных, и вызывают гибель. У нормальных мышей трипаносомы на 16 сут после заражения исчезают из крови. Перенос мышам, истощенным по Т-клеткам, Т-лимфоцитов от иммунных животных (иммунные Т-клетки) восстанавливает способность организма ликвидировать инфекцию. В этих экспериментах тимэктомирован- ным животным обеих групп вводили клетки печени плода для восстановления жизненно важной гемопоэтической функции. 2. У нормальных мышей Plasmodium yoelii вызывает самоограничиваю- щуюся инфекцию и удаляется из крови на 20 сут. В организме бес- тимусных (голых) мышей плазмодий продолжает размножаться.

разита и стадии заболевания и определяется тем, какой цитокин эти клетки продуцируют. Например, Т-лимфоциты CD4+ и CD8+ действуют против различных стадий малярийных паразитов: Т-клетки CD4+ опосредуют иммунный ответ против эритроцитарной стадии Р. yoelii, а Т-клетки CD8+ против печеночной стадии Р. berghei. Действие Т-лимфоцитов CD8+ двоякое: они секретируют ИФу, ингибирующий размножение паразитов в гепатоцитах, и разрушают инфицированные гепатоциты. Гепатоциты экспрессируют антигены МНС класса 1, но не класса II, поэтому Т-лимфоциты CD4+ не распознают их и не активируются для секреции ИФу. В свою очередь Т-клетки CD8+ не эффективны в отношении эритроцитарной стадии паразитов, поскольку эритроциты не экспрессируют антигены МНС класса I.

Иммунный ответ против Т. cruzi зависит не только от Т-лимфоцитов CD4+ и CD8+, но и от нормальных клеток-киллеров (НК) и продукции антител; то же характерно и для иммунного ответа против Т. gondii. В эксперименте Т-клетки CD8+ обеспечивают защитный ответ у мышей,

истощенных по Т-клеткам CD4+, как путем выделения ИФу, так и путем цитотоксического действия на инфицированные макрофаги. Другим источником ИФу служат К-клетки, активированные выделяемым макрофагами ИЛ-12. Хронические инвазии ассоциированы с пониженной продукцией ИФу. Все эти данные, возможно, объясняют высокую заболеваемость токсоплазмозом среди больных СПИДом, для которого характерна супрессия Т-лимфоцитов CD4+.

При различных инвазиях Т-клетки CD4+ функционируют неодинаково

Хелперные Т-клетки CD4+ подразделяются на две субпопуляции: Тх1 и Тх2 (см. гл. 10). В начальной стадии инвазии возможно равное присутствие обоих типов клеток; в дальнейшем их соотношение может меняться, сдвигаясь в сторону того или иного типа клеток по прошествии длительного периода заболевания. Поскольку цитокины Тх1- и Тх2-клеток взаимно антагонистичны, субпопуляция Т-лимфоцитов, которая в

конечном счете окажется доминирующей, будет иметь решающее значение для устранения паразита (тип ответа существенным образом зависит от природы паразита и может быть непредсказуемым). Поскольку относительное значение Тх1- и Тх2-клеток при протозойных инфекциях, как правило, различно и варьирует при различных гельминтозах, лучше рассматривать заболевания по отдельности. (Цитокины, продуцируемые указанными субпопуляциями клеток, и их роль в развитии иммунитета рассмотрены в гл. 10 и 11.)

Активность Тх1- и Тх2-клеток при малярии

Тх1-клетки действуют против печеночной стадии малярийного плазмодия: введение ИФу (цитокина, продуцируемого Txl-клетками) шимпанзе, инфицированным спорозоитами Р. vivax, снижает паразитемию. Кроме того, установлено, что устойчивость иммунных мышей к заражению спорозоитами Р. berghei может быть преодолена введением антител против ИФу. Лимфоциты Тх2 обычно способствуют продукции антител, усиливая специфичность иммунной реакции. Антителозависимой реакцией является, например, уничтожение эритроцитарной стадии малярийного паразита в селезенке активированными эффекторными клетками (антителозависимая цитотоксичность). Для поддержания иммунитета важна функция адаптированной селезенки.

Субпопуляция Тх1 усиливает элиминацию внутриклеточных простейших

Цитокин ИФу активирует макрофаги для уничтожения паразитирующих внутри них простейших, например L. major, Т. cruy и Т. gondii (рис. 18.10 и 18.1 /), и усиливает также эффекторный ответ при инвазиях, вызванных другими паразитами. Действие ИФу убедительно подтверждают данные по заражению мышей лейшманиями. У мышей резистентных линий развитию кожных повреждений, вызываемых L. major, препятствует действие ИФу (цитокин, выделяемый Тх1-клет- ками). У чувствительных животных с прогрессирующим заболеванием доминируют Тх2-клетки — секретируемый ими ИЛ-4 подавляет образование ИФу. Введение антител к ИЛ-4 ликвидирует инфекцию, вызывая уменьшение активности Тх2- клеток и увеличение популяции Тх1. Непосредственного введения рекомбинантного ИФу чувствительным мышам для этого недостаточно; таким образом, чувствительность в данном случае обусловлена избыточной активностью Тх2-кле-

Рис. 18.10

Подавление размножения паразита в макрофагах, обработанных цитокинами. Перитонеальные макрофаги мышей BALB/c, зараженных амастиготами Leishmania donovani, через 72 ч после заражения обрабатывали экстрактом активированных Т-клеток (содержащим цитокины) или контрольных Т-клеток. При последующем культивировании: в клетках, обработанных цитокинами, паразиты не были обнаружены (1), тогда как необработанные макрофаги содержали большое количество паразитов (2). Дальнейшие эксперименты с использованием рекомбинантного ИФу и моноклональных антител к ИФу показали, что подавление паразитов вызывает этот цитокин. (Микрофотографии любезно предоставлены д-ром Н. Murray; с разрешения из J. Immunol., 1982; 129: 344-357, © American Association of Immunologists.)

Защитный эффект ИФу

Рис. 18.11

Эффект введения Т-клеточного цитокина ИФу при острой инфекции, вызванной Trypanosoma cruzi. У мышей данной линии паразиты размножаются, вызывая гибель животных примерно через 3 нед после заражения. Введение рекомбинантного ИФу подавляет размножение трипаносом и обеспечивает их уничтожение.

ток, а не дефицитом активности Тх1-клеток. В то же время ИЛ-12 (продукт макрофагов и В-кле- ток), стимулируя пролиферацию активированных Тх1-клеток и НК, а также синтез активных в отношении Leishmania цитокинов, в том числе ИФу, подавляет развитие Тх2-клеток и обеспечивает излечение при введении чувствительным мышам на ранней стадии инфекции.

У человека в случаях диффузного кожного лейшманиоза и прогрессирующего висцерального лейшманиоза обнаруживается недостаточность синтеза ИФу и повышенная экспрессия ИЛ-10 — Тх2-ассоциированного цитокина, который подавляет пролиферацию и функцию Тх1-клеток. В условиях in vitro индуцированную ИФу-активность моноцитов человека против L. donovani ингибирует ИЛ-4 <рис. 18.12). Эти данные позволяют предполагать, что при лейшманиозе, возможно, было бы эффективным терапевтическое применение ИЛ-12 с одновременной нейтрализацией антагонистических цитокинов ИЛ-4, ИЛ-10 и ТФРр.

Тх1- и Тх2-реакции важны для защиты от гельминтов

Характерные признаки развития иммунного ответа при заражении гельминтами — высокий уровень IgE и эозинофилия — зависят от действия цитокинов, секретируемых Тх2-лимфоцита- ми. Однако относительный вклад субпопуляций Тх1 и Тх2 в развитие иммунитета к этим паразитам пока неясен. Изучение данного вопроса осложнено тем, что реакции у мыши, крысы и человека различаются, по крайней мере в случае шистосомоза: у человека, по-видимому, важное значение в развитии иммунитета имеют Тх2-эф- фекты, поскольку устойчивость к повторному заражению после применения лекарственного препарата коррелирует с образованием IgE, но у мыши в индуцированном вакцинацией защитном ответе участвуют Txl-клетки и ИФу, а Тх2- клетки ассоциированы с иммунопатологией, вызванной откладкой паразитами яиц (переключение на образование Тх2-клеток инициируют антигены яиц).

По набору синтезируемых цитокинов зараженные животные могут отличаться от вакцинированных. Например, у мышей, зараженных S. mansoni, преобладают Тх2-клетки, продуцирующие ИЛ-5. У иммунизированных мышей уровень IgE и число эозинофилов относительно низки и доминируют Тх1-лимфоциты. Секреция ИФу

Действие Тх1 - и Тх2-клеток при лейшманиозе

Рис. 18.12

При иммунном ответе на заражение Leishmania цитокины, выделяемые различными субпопуляциями Т-клеток, способствуют устранению инфекции или развитию заболевания. Обратите внимание, что ИЛ- 12, продуцируемый также В-клетками, способствует пролиферации и НК-клеток, и Тх1-клеток; эти клетки выделяют ИФу— цитокин, важный для уничтожения паразитов.

Тх1-клетками обеспечивает активацию эффекторных клеток, которые разрушают шистосомул на легочной стадии миграции посредством выделения оксида азота. Когда половозрелые особи откладывают яйца, последние выделяют растворимый антиген, действие которого проявляется только у чувствительных животных. Этот антиген яиц снижает функцию Txl-клеток и уровень ИФу, но повышает продукцию ИЛ-5 клетками Тх2.

При некоторых паразитарных инвазиях иммунная система не способна полностью устранить паразитов, но изолирует от него ткани организма с помощью клеток зоны воспаления. При этом организм-хозяин реагирует на локально высвобождаемый антиген, который стимулирует секрецию цитокинов, привлекающих клетки в соответствующий участок. Подобные реакции продемонстрированы на мышах, вакцинированных ослабленными облучением церкариями шистосом. Инфильтрирующие клетки, в основном представленные Тх1-лимфоцитами, окружают

шистосомул в легочной ткани уже через 24 ч после внутривенного введения паразита (рис. 18.13). Это предотвращает последующую миграцию шистосомул в органы и ткани организма, где возможно их развитие в половозрелые особи. Другой пример реакции хозяина, направленной на изо

лирование паразитов, — образование гранулем в печени в местах откладки яиц шистосомами. Эта реакция — хронический клеточноопосредованный ответ на растворимые антигены яиц, задержанных таким образом в печени. Макрофаги аккумулируют и выделяют фиброгенные факторы.

Рис. 18.13

Микрофотографии легочной ткани мыши, показывающие образование очагов вокруг мигрирующих шистосомул Schistosoma mansoni. Шистосомулы были введены внутривенно. 1. Легкие невакциниро- ванной мыши через 24 ч после введения паразита. У мышей, защищенных путем вакцинации ослабленными облучением церкариями, инфильтрирующие клетки появляются уже через 24 ч (2). 3-6. Последовательное развитие очагов на 2, 4, 8 и 12 сут после за

ражения. Иммуноцитохимический анализ бронхоальвеолярных образцов показал, что основным компонентом легочных инфильтратов являются Т-лимфоциты CD4+. Основной цитокин, продуцируемый этими клетками в культуре - ИФу; синтез мРНК для ИФу индуцируется по всей легочной ткани, из чего следует, что защитная реакция опосредована Тх1-клетками. (Фото любезно предоставлены д-ром L. Smythies; с разрешения из Parasite Immunol. 1996; 18: 359-69.)

стимулирующие образование гранулематозной ткани и в конечном счете развитие фиброза. Данная реакция, несмотря на то что она может быть полезной для хозяина, поскольку изолирует клетки печени от секретируемых яйцами паразита токсинов, служит также и основной причиной патологии, так как вызывает необратимые изменения в печени и утрату печенью своей функции. В отсутствие Т-клеток гранулемы не образуются и последующей фиброзной инкапсуляции не происходит.

Для борьбы с гельминтами, поражающими различные участки организма — кишечник (например, Trichuris trichura) или ткани (например, Onchocerca volvulus), и различными стадиями жизненного цикла паразитов (например, с шис- тосомулами в легких и половозрелыми шистосомами в венах) могут быть задействованы разнообразные механизмы.

Тх2-клетки необходимы для изгнания кишечных гельминтов Экспериментально установлено, что Тх2-клетки имеют важное значение для борьбы с гельминтами, поражающими кишечник. Например, у мышей, в норме устойчивых к заражению власоглавом, развивается хроническая инвазия, если нейтрализовать цитокин ИЛ-4, продуцируемый Тх2-клетками. Напротив, чувствительные мыши освобождаются от гельминтов, если активность ИЛ-4 усилена введением нейтрализующих антител к ИФу. Сходным образом, введение ИЛ-12 крысам вскоре после заражения кишечным гельминтом N. brasiliensis стимулирует образование ИФу и задерживает изгнание. Действие цитокина ИЛ-12 состоит в подавлении синтеза цитокинов Тх2-клетками, в частности ИЛ-4 и ИЛ-5; эти эффекты препятствуют синтезу IgE и гипертрофии тучных клеток кишечника (эффекты, опосредуемые ИЛ-4), а также развитию эозинофилии (опосредуемому ИЛ-5).

Механизм изгнания гельминтов включает дегрануляцию тучных клеток слизистой кишечника, вызванную продуктами активированных антигеном Т-клеток. Продукты тучных клеток усиливают интенсивность других эффекторных процессов, взаимодействуют с эозинофилами и ускоряют изгнание гельминтов (рис. 18.14). Цитоплазматические гранулы тучных клеток содержат предобразованные медиаторы (см. гл. 23), различные цитокины и протеазу. Компоненты гранул вызывают изменения в проницаемости сте

нок кишечника и слущивание эпителия, что способствует также устранению и некоторых паразитических простейших. При заражении кишечными нематодами бокаловидные клетки секретируют слизь, которая покрывает гельминтов и обеспечивает их изгнание. Это специфическая ответная реакция, наблюдаемая только у иммунных животных. Изменяя проницаемость слизистой оболочки, медиаторы тучных клеток обеспечивают проникновение комплемента и сывороточных антител в просвет кишечника и могут воздействовать на его гладкую мускулатуру, обеспечивая изгнание паразитов в результате усиления перистальтики.

Паразиты индуцируют образование неспецифических и специфических антител

При многих паразитарных инвазиях развивается неспецифическая гипергаммаглобулинемия, в основном, вероятно, под действием высвобождаемых паразитами соединений, вызывающих В-митогенный эффект. Повышается общее содержание иммуноглобулинов: IgM при трипаносомозе и малярии, IgG — при малярии и висцеральном лейшманиозе. Относительное значение антителозависимого и антителонезависимого ответов определяется видом инвазии (рис. 18.15). Механизмы действия специфических антител при паразитарных инвазиях и их эффекты суммированы на рис. 18.16 и перечислены ниже.

Антитела могут действовать на клетки простейших непосредственным образом или путем активации комплемента (рис. 18.17).

Антитела способны непосредственно нейтра- лизовывать паразитов, препятствуя их прикреплению к новым клеткам; например, при инфекциях, вызываемых различными видами малярийных паразитов, мерозоиты проникают в эритроциты с помошью специального рецептора — этот процесс ингибируют специфические антитела (рис. 18.18). Антитела могут также предотвращать распространение инфекции, как в острой фазе инфекции, вызванной Т. сгиу.

Осуществляемый макрофагами фагоцитоз усиливается антителами, наиболее эффективно при участии комплемента. Указанные эффекты опосредованы Fc- и СЗ-рецепторами, число которых может увеличиваться в результате активации макрофагов.

Этапы изгнания нематод из кишечника

СпецифическиеТ-зааисимые реакцииСпецифическиеТ-зааисимые реакции(5) Неспецифическиевоспалительные реакции, например:(5) Неспецифическиевоспалительные реакции, например:

Специфические

Т-зааисимые реакции

Специфические

Т-зааисимые реакции

(5) Неспецифические

воспалительные реакции, например:

(5) Неспецифические

воспалительные реакции, например:

Рис. 18.14

Изгнание некоторых кишечных нематод происходит спонтанно через несколько недель после заражения. По-видимому, освобождение от паразитов происходит в две стадии и обеспечено совместным действием Т-зави- симых и Т-независимых механизмов. 1. Т-клетки (преимущественно Тх2) отвечают на паразитарные антигены и индуцируют а) образование антител В-клетка- ми, которые пролиферируют в ответ на ИЛ-4 и ИЛ-5, б) пролиферацию тучных клеток слизистой оболочки в ответ на ИЛ-3, ИЛ-4, ИЛ-9 и ИЛ-10 и в) гиперплазию секретирующих слизь бокаловидных клеток кишечного эпителия. Повреждение гельминтов вызывают антитела и продукты IgE-сенсибилизированных тучных клеток, дегранулирующих после контакта с антигеном и высвобождающих гистамин, который повышает проницаемость кишечного эпителия. Однако этих эффектов недостаточно для изгнания гельминтов. 2. Секретируемые макрофагами неспецифические молекулы воспаления, в том числе ФИО и ИЛ-1, способ-

ствуют пролиферации бокаловидных клеток и вызывают усиленную секрецию ими слизи. Обволакивая червей, слизь способствует их изгнанию. Число бокаловидных клеток в эпителии тощей кишки и секреция слизи возрастают пропорционально количеству паразитов. Антигенспе-

цифичные эффекторные Т-клетки образуются на ранних стадиях инвазии; лимитирующий ее развитие этап — это начало повреждения червей под действием антител. Относительный вклад указанных реакций в процесс изгнания зависит от вида нематод.

Антитела участвуют в реакциях антителозависимой клеточной цитотоксичности, например в случае инвазий, вызываемых Т. cruy, Т. spiralis, S. mansoni и филяриями. Цитотоксические клетки, такие как макрофаги, нейтрофилы и эозинофилы, прикрепляются к покрытым антителами простейшим и гельминтам посредством Ес- и СЗ-рецепторов и осуществляют экзоцитоз паразитов.

Различные изотипы антител могут действовать разными путями. Как отмечено выше, при шистосомозе специфические антитела IgE ассоциированы с устойчивостью к инфекции и имеется обратная связь между количеством IgE в крови и возможностью повторного заражения. Антитела IgG4, по-видимому, блокируют действие IgE; повторное заражение наиболее вероятно в детском возрасте, для которого характерен высокий уровень IgG4. Развитие иммунитета скорее всего за

висит от переключения с образования IgG4 на синтез IgE, которое происходит с возрастом; частота заражения максимальна в возрасте 10—14 лет, когда уровень IgG4 особенно высок.

Для многих инвазий трудно разграничить клеточный и гуморальный ответы, поскольку они развиваются одновременно. Это иллюстрирует рис. 18.19, на котором суммированы данные об иммунных механизмах, действующих против шистосом.

МЕХАНИЗМЫ ЗАЩИТЫ ОТ ИММУННОГО ОТВЕТА

Для успешного внедрения и развития в организме-хозяине паразитам необходимо избежать действия его защитных механизмов, поэтому паразитические простейшие и гельминты обладают способностью обходить их разнообразными способами. Некоторые из паразитов даже ис-

Паразит и вго локализация в организмеАнтителозависимый ответАнтителонезависимый ответзначение+ + + +механизмЛизис под действием комплемента и опсонизация для фагоцитозамеханизм обходаАнтигеннаяизменчивостьзначениемеханизмТ. brucei свободно- циркулирующие в кровиPlasmodium\внутри эритроцитов "+ + +Предотвращение инвазии, опсонизация для фагоцитозаПроникновение внутрь клеток; антигенная изменчивостьПеченочная стадия развитияЭритроцитарная стадия развития + + +ЦитокиныАктивация макрофаговТ. cruzi внутри макрофагов■’+ +Ограничение распространения при острой инфекции, сенсибилизация для АЗКЦПроникновение внутрь клеток+ + + (хроническая фаза)Активация макрофагов под действием ИФ? и ФНОа, уничтожение паразитов с помощью NO и метаболитов О2Leishmania?внутри макрофагов Ш?+Ограничение распространенияПроникновение внутрь клеток+ + + +Паразит и вго локализация в организмеАнтителозависимый ответАнтителонезависимый ответзначение+ + + +механизмЛизис под действием комплемента и опсонизация для фагоцитозамеханизм обходаАнтигеннаяизменчивостьзначениемеханизмТ. brucei свободно- циркулирующие в кровиPlasmodium\внутри эритроцитов "+ + +Предотвращение инвазии, опсонизация для фагоцитозаПроникновение внутрь клеток; антигенная изменчивостьПеченочная стадия развитияЭритроцитарная стадия развития + + +ЦитокиныАктивация макрофаговТ. cruzi внутри макрофагов■’+ +Ограничение распространения при острой инфекции, сенсибилизация для АЗКЦПроникновение внутрь клеток+ + + (хроническая фаза)Активация макрофагов под действием ИФ? и ФНОа, уничтожение паразитов с помощью NO и метаболитов О2Leishmania?внутри макрофагов Ш?+Ограничение распространенияПроникновение внутрь клеток+ + + +Относительное значение разнь х типов иммунного ответа при протозойных инфекцияхОтносительное значение разнь х типов иммунного ответа при протозойных инфекцияхРис. 18.15

Паразит и вго локализация в организме

Антителозависимый ответ

Антителонезависимый ответ

значение

+ + + +

механизм

Лизис под действием комплемента и опсонизация для фагоцитоза

механизм обхода

Антигенная

изменчивость

значение

механизм

Т. brucei свободно- циркулирующие в крови

Plasmodium\

внутри эритроцитов "

+ + +

Предотвращение инвазии, опсонизация для фагоцитоза

Проникновение внутрь клеток; антигенная изменчивость

Печеночная стадия развития

Эритроцитарная стадия развития + + +

Цитокины

Активация макрофагов

Т. cruzi внутри макрофагов■’

+ +

Ограничение распространения при острой инфекции, сенсибилизация для АЗКЦ

Проникновение внутрь клеток

+ + + (хроническая фаза)

Активация макрофагов под действием ИФ? и ФНОа, уничтожение паразитов с помощью NO и метаболитов О2

Leishmania?

внутри макрофагов Ш?

+

Ограничение распространения

Проникновение внутрь клеток

+ + + +

Паразит и вго локализация в организме

Антителозависимый ответ

Антителонезависимый ответ

значение

+ + + +

механизм

Лизис под действием комплемента и опсонизация для фагоцитоза

механизм обхода

Антигенная

изменчивость

значение

механизм

Т. brucei свободно- циркулирующие в крови

Plasmodium\

внутри эритроцитов "

+ + +

Предотвращение инвазии, опсонизация для фагоцитоза

Проникновение внутрь клеток; антигенная изменчивость

Печеночная стадия развития

Эритроцитарная стадия развития + + +

Цитокины

Активация макрофагов

Т. cruzi внутри макрофагов■’

+ +

Ограничение распространения при острой инфекции, сенсибилизация для АЗКЦ

Проникновение внутрь клеток

+ + + (хроническая фаза)

Активация макрофагов под действием ИФ? и ФНОа, уничтожение паразитов с помощью NO и метаболитов О2

Leishmania?

внутри макрофагов Ш?

+

Ограничение распространения

Проникновение внутрь клеток

+ + + +

Относительное значение разнь х типов иммунного ответа при протозойных инфекциях

Относительное значение разнь х типов иммунного ответа при протозойных инфекциях

Относительное значение двух типов иммунного ответа, их механизмы и способы обхода паразитами повреждающего действия антител при протозойных инфекциях. Антитела наиболее важны для защиты от простейших, размножающихся в крови, таких как африканские трипаносомы и малярийные паразиты, а клеточный иммунитет эффективен против тканевых паразитов, например лейшманий. Антитела способны непосредственно повреждать клетки паразитов, а также стимулировать фагоцитоз, активировать комплемент или блокировать проникновение паразитов в клетки организма-хозяина и тем самым ограничивать

распространение инфекции. Проникнув внутрь клеток, паразиты избегают всех этих эффектов антител. Клетки Trypanosoma cruzi и Leishmania чувствительны к метаболитам кислорода, образующимся при вспышке дыхания в макрофагах, и к оксиду азота. Обработка макрофагов цитокинами усиливает образование указанных продуктов, препятствует проникновению в клетки и снижает выживаемость паразитов. Малярийные паразиты в эритроцитах могут разрушаться продуктами активированных макрофагов, в том числе пероксидом водорода и другими цитотоксическими продуктами.

пользуют клетки и молекулы иммунной системы хозяина в своих интересах: лейшманий проникают в макрофаги с помощью рецепторов комплемента, не вызывая по этой причине вспышки дыхания и соответственно не подвергаясь разрушению под действием токсических продуктов макрофагов.

Цитокины хозяина, выполняя защитную роль при иммунном ответе на многие паразитарные инвазии, одновременно способствуют развитию паразитов. Так, ФНОа стимулирует откладывание яиц половозрелыми особями У mansoni, а И Фу служит фактором роста для Т. brucei.

Паразиты могут быть устойчивы к разрушению комплементом

В случае лейшманий подобного рода устойчивость коррелирует с вирулентностью. При заражении L. tropica, клетки которой легко уничто

жаются комплементом, возникает локализованная самоизлечивающаяся инфекция кожи, тогда как L. donovani — организм, в 10 раз более устойчивый к действию комплемента — распространяется во внутренних органах, вызывая заболевание, часто с летальным исходом.

Механизмы защиты паразитов от действия комплемента различны. В случае L. major липо- фосфогликановая поверхностная оболочка простейшего активирует комплемент, однако лизирующий мембрану комплекс сбрасывается с их клеток и тем самым они избегают лизиса. Трипо- мастиготы Т. cruzi несут поверхностный гликопротеин, который обладает активностью фактора ускорения диссоциации СЗ-конвертазы (ФУД), ограничивающего реакционноспособ- ность комплемента (см. гл. 4). Шистосомулы приобретают устойчивость по мере созревания, что также коррелирует с образованием поверхностных молекул, сходных с ФУД.

Механизмы действия специфичных антител при некоторых паразитарных инаазиях

Паразит

Механизм

Эффект

Спорозоиты Plasmodium, кишечные гельминты, трипаносомы

Белок комплемента

Непосредственное повреждение или опосредованный комплементом лизис

Спорозоиты имерозоиты Plasmodium; Tripanosoma cruzi, Toxoplasma gondii

Предотвращают распространение, блокируя участки прикрепления, предотвращают «побег» из лизосомных вакуолей и ингибирование слияния лизосом

Plasmodium, трипаносомы

Усиление фагоцитоза

Шистосомы, Trichinella spiralis, микрофилярии

Гельминт

Антителозависимая опосредованная клетками цитотоксичность (АЗКЦ)

Рис. 18.16

Непосредственное повреждение паразитов антителами. Антитела инициируют активацию комплемента по классическому пути, что приводит к повреждению клеточной мембраны простейшего и увеличению его чувствительности к другим медиаторам.

Нейтрализация. Некоторые паразиты, например Plasmodium spp., проникают в клетки, используя специфические клеточные рецепторы; антитела блокируют эти участки связывания и предотвращают тем самым прикрепление к эритроцитам и соответственно дальнейшее размножение мерозоитов.

Усиление фагоцитоза. Отложение фрагмента СЗЬ комплемента на поверхности паразита опсонизирует его для фагоцитоза клетками, имеющими СЗЬ-рецеп- торы (например, макрофагами). Макрофаги обладают также Fc-рецепторами.

Эозинофилы, нейтрофилы, тромбоциты и макрофаги могут оказывать цитотоксическое действие (АЗКЦ) на некоторых паразитов, распознавая их с помощью специфических антител. Эту реакцию усиливает комплемент.

Внутриклеточные паразиты избегают разрушения различными путями

Простейшие, паразитирующие внутри макрофагов, различными способами избегают уничтожения под действием метаболитов кислорода и лизосомных ферментов (рис. 18.20 vt 18.21). Клетки Т. gondii проникают в макрофаги не путем фагоцитоза (рис. 18.21) и поэтому не вызывают вспышки дыхания; клетки Leishmania spp. могут проникать внутрь макрофагов, связываясь с рецепторами комплемента, — другой путь обхода вспышки дыхания. Кроме того, лейшмании обладают ферментом супероксиддисмутазой и другими ферментами, защищающими их от действия высокоактивных метаболитов кислорода. Вакуоли, в которых выживают лейшмании, представляют собой лизосомы (рис. 18.22), однако эти простейшие обладают механизмами, обеспечивающими защиту от лизосомных ферментов. Липо-

фосфогликановая поверхностная оболочка лейшманий функционирует как «ловушка» для метаболитов кислорода и защищает от ферментативного лизиса; кроме того, содержащийся в ней гликопротеин Gp63 (рис. 18.23) ингибирует действие лизосомных ферментов макрофагов. Лейшмании способны также снижать экспрессию антигенов МНС класса II на поверхности макрофагов, в которых они паразитируют, уменьшая, таким образом, способность макрофагов стимулировать Тх-клетки. Указанные механизмы, однако, менее эффективны при заражении иммунного хозяина.

Внеклеточные паразиты способны к маскировке

Паразиты, чувствительные к специфическим антителам, обладают рядом механизмов устойчиво-

Рис. 18.17Непосредственное действие специфических антител на спорозоиты малярийного паразита. Эти микрофотографии, сделанные с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывают спорозоит Plasmodium berghei, возбудителя малярии грызунов, до (1) и после (2) инкубации с иммунной сывороткой. Антитела повреждают поверхность спорозоита, действуя на наружную мембрану, и вызывают потерю жидкости. Специфичные антитела обеспечивают защиту от инфекции Plasmodium spp. на определенных внеклеточных стадиях жизненного цикла. Антитела являются специфическими для каждой стадии. (Фото любезно предоставлены д-ром R. Nussenzweig.)Рис. 18.17Непосредственное действие специфических антител на спорозоиты малярийного паразита. Эти микрофотографии, сделанные с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывают спорозоит Plasmodium berghei, возбудителя малярии грызунов, до (1) и после (2) инкубации с иммунной сывороткой. Антитела повреждают поверхность спорозоита, действуя на наружную мембрану, и вызывают потерю жидкости. Специфичные антитела обеспечивают защиту от инфекции Plasmodium spp. на определенных внеклеточных стадиях жизненного цикла. Антитела являются специфическими для каждой стадии. (Фото любезно предоставлены д-ром R. Nussenzweig.)

Рис. 18.17

Непосредственное действие специфических антител на спорозоиты малярийного паразита. Эти микрофотографии, сделанные с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывают спорозоит Plasmodium berghei, возбудителя малярии грызунов, до (1) и после (2) инкубации с иммунной сывороткой. Антитела повреждают поверхность спорозоита, действуя на наружную мембрану, и вызывают потерю жидкости. Специфичные антитела обеспечивают защиту от инфекции Plasmodium spp. на определенных внеклеточных стадиях жизненного цикла. Антитела являются специфическими для каждой стадии. (Фото любезно предоставлены д-ром R. Nussenzweig.)

Рис. 18.17

Непосредственное действие специфических антител на спорозоиты малярийного паразита. Эти микрофотографии, сделанные с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывают спорозоит Plasmodium berghei, возбудителя малярии грызунов, до (1) и после (2) инкубации с иммунной сывороткой. Антитела повреждают поверхность спорозоита, действуя на наружную мембрану, и вызывают потерю жидкости. Специфичные антитела обеспечивают защиту от инфекции Plasmodium spp. на определенных внеклеточных стадиях жизненного цикла. Антитела являются специфическими для каждой стадии. (Фото любезно предоставлены д-ром R. Nussenzweig.)

Дейстаие антител на малярийных паразитов

Рис. 18.18

Введение гамма-глобулина от иммунных взрослых ребенку, инфицированному Plasmodium falciparum, вызывает резкое снижение паразитемии. Специфичные антитела действуют на мерозоиты - одну из стадий жизненного цикла паразита - и предотвращают их дальнейшее размножение в крови. При этом развитие гаметоцитов из уже присутствующих внутриклеточных форм не подавляется.

Иммунная сыворотка блокирует размножение Р. knowlesi (возбудитель малярии обезьян) в культуре, на что указывают данные по включению 3Н-лейцина. Размножение плазмодия подавляется на стадии, следующей за разрывом шизонтов; вышедшие из них мерозоиты не могут проникнуть в новые эритроциты. Активность иммунной сыворотки может снижаться в результате предварительной абсорбции специфичных антител свободными шизонтами.

сти к гуморальному иммунному ответу. У африканских трипаносом обнаружена способность к антигенной изменчивости: вариабельный поверхностный гликопротеин, образующий поверхностную оболочку паразитов, может экспрессироваться в новых, структурно измененных формах и это защищает лежащую ниже мембрану от лизиса под действием защитных систем организма-хозяина. Новые популяции трипаносом, возникающие в ходе инфекции, отличаются по антигенному составу от предыдущих (рис. 18.24 и 18.25). Некоторые антигены малярийных паразитов также обнаруживают антигенную изменчивость.

Другие паразитические организмы, например шистосомы, «одеваются» в оболочку из антигенов хозяина, чтобы его защитные системы не распознали их как чужеродные объекты и не отличили от своих тканей. При культивировании в

питательной среде, содержащей сыворотку человека и эритроциты, шистосомулы способны приобретать поверхностные структуры, содержащие детерминанты групп крови А, В и Н, а также антигены МНС. Однако в среде, лишенной молекул хозяина, шистосомулы, как отмечено выше, также приобретают устойчивость к действию антител и комплемента.

Некоторые внеклеточные паразиты «прячутся» от иммунной атаки

Отдельные виды простейших (например, Entamoeba histolytica) и гельминтов (например, Т. spiralis) образуют защитные цисты; половозрелые особи О. volvulus, локализованные в коже, индуцируют организм-хозяин к «окружению» их коллагеновыми узелками. Нематоды и ленточ-

Возможные механизмы иммунного ответа против шистосомулВозможные механизмы иммунного ответа против шистосомул

Возможные механизмы иммунного ответа против шистосомул

Возможные механизмы иммунного ответа против шистосомул

Рис. 18.19

В условиях in vitro выявлены различные механизмы повреждения шистосом. Комплемент не только непосредственно повреждает гельминтов (1), но и действует в комплексе с антителами (2). Тх1 -клетки могут подавлять развитие шисто- сомул в легких (3). Антитела сенсибилизируют нейтрофилы (4), макрофаги (5), тромбоциты (6) и эозинофилы (7), вызывая реакции антителозависимой клеточной цитотоксичности. Нейтрофилы и макрофаги действуют, вероятно, путем образования токсичных метаболитов кислорода и азота, тогда как эозинофилы повреждают тегумент червя путем выделения главного основного белка. Ответ усиливают цитокины (например, ФНОа). Антитела IgE выполняют важную роль в сенсибилизации эозинофилов и местных тучных клеток, которые высвобождают различные медиаторы, в том числе и вызывающие активацию эозинофилов.

(РМК - реакционноспособные метаболиты кислорода.)

Различные механизмы устойчивости простейших,паразитирующих внутри макрофагов

Toxoplasma gondiiToxoplasma gondii1. Мертвая клетка паразита в фагосоме - слияние с лизосомой1. Мертвая клетка паразита в фагосоме - слияние с лизосомойTrypanosoma cruziTrypanosoma cruzi1. Клетка парази а, уничтожаемая в фагосоме после слияния ее с лизосомой2. Клетки паразита, ■■убежавшие» из фагосомы и свободно делящиеся в цитоплазме1. Клетка парази а, уничтожаемая в фагосоме после слияния ее с лизосомой2. Клетки паразита, ■■убежавшие» из фагосомы и свободно делящиеся в цитоплазме1. Клетки паразита устойчивы к действию лизосомных ферментов и делятся внутри фагосомы1. Клетки паразита устойчивы к действию лизосомных ферментов и делятся внутри фагосомы

Toxoplasma gondii

Toxoplasma gondii

1. Мертвая клетка паразита в фагосоме - слияние с лизосомой

1. Мертвая клетка паразита в фагосоме - слияние с лизосомой

Trypanosoma cruzi

Trypanosoma cruzi

1. Клетка парази а, уничтожаемая в фагосоме после слияния ее с лизосомой

2. Клетки паразита, ■■убежавшие» из фагосомы и свободно делящиеся в цитоплазме

1. Клетка парази а, уничтожаемая в фагосоме после слияния ее с лизосомой

2. Клетки паразита, ■■убежавшие» из фагосомы и свободно делящиеся в цитоплазме

1. Клетки паразита устойчивы к действию лизосомных ферментов и делятся внутри фагосомы

1. Клетки паразита устойчивы к действию лизосомных ферментов и делятся внутри фагосомы

Рис. 18.20

Toxoplasma gondii. Живые амебы активно проникают в клетку, где локализуются в мембраносвязанной вакуоли. При этом они недоступны для ферментов, поскольку лизосомы не сливаются с такой вакуолью. Однако погибших амеб фагоциты поглощают путем нормального фагоцитоза с образованием фагосом (если амебы покрыты антителами, которые связываются с Fc-рецепторами на поверхности макрофагов), где они разрушаются ферментами после слияния фагосом с лизосомами.

Trypanosoma cruzi. Выживаемость этого паразита зависит от стадии развития: трипомастиготы «убегают» из фагосом и делятся в цитоплазме, тогда как эпимастиготы остаются в фагосомах и уничтожаются. Доля амеб, присутствующих в цитоплазме, меньше, если макрофаги активированы.

Живая клетка паразита в эндосоме - слияния с лизосомой не происходит

Leishmania spp. Лейшмании размножаются внутри фагосом: они устойчивы к действию лизирующих ферментов, так как обладают поверхностной протеазой. Если мак

рофаги были предварительно активированы цитокинами, количество проникающих в клетки и размножающихся в них паразитов будет меньше.

Рис. 18.21Электронная микрофотография, показывающая активное проникновение Toxoplasma gondii в клетку хозяина. Внедрение происходит путем образования прочного контакта с мембраной клетки хозяина (показан стрелкой) и сопровождается модификацией образованной фагосомы для предотвращения ее слияния с лизосомой. (Фото любезно предоставлено д-ром J. Smith.)Рис. 18.21Электронная микрофотография, показывающая активное проникновение Toxoplasma gondii в клетку хозяина. Внедрение происходит путем образования прочного контакта с мембраной клетки хозяина (показан стрелкой) и сопровождается модификацией образованной фагосомы для предотвращения ее слияния с лизосомой. (Фото любезно предоставлено д-ром J. Smith.)Рис. 18.22Вакуоль, содержащая клетки лейшманий - это лизосома. 1. Иммунофлуоресцентное окрашивание макрофагов мыши, инфицированных Leishmania mexicana, с помощью конъюгированных с родамином антител к тубулину - окрашивают лейшмании в желтокрасный цвет - и конъюгированных с флуоресцеином моноклональных антител, реагирующих с поздним маркером эндосом/лизосом LAMP-1, - зеленый цвет. 2. Электронная микрофотография инфицированного L. mexicana макрофага мыши, обработанного меченными золотом антителами к катепсину D для выявления лизосомной протеиназы в вакуоли, содержащей лейшмании. (Фото любезно предоставлены д-ром D. Russel.)Рис. 18.22Вакуоль, содержащая клетки лейшманий - это лизосома. 1. Иммунофлуоресцентное окрашивание макрофагов мыши, инфицированных Leishmania mexicana, с помощью конъюгированных с родамином антител к тубулину - окрашивают лейшмании в желтокрасный цвет - и конъюгированных с флуоресцеином моноклональных антител, реагирующих с поздним маркером эндосом/лизосом LAMP-1, - зеленый цвет. 2. Электронная микрофотография инфицированного L. mexicana макрофага мыши, обработанного меченными золотом антителами к катепсину D для выявления лизосомной протеиназы в вакуоли, содержащей лейшмании. (Фото любезно предоставлены д-ром D. Russel.)

Рис. 18.21

Электронная микрофотография, показывающая активное проникновение Toxoplasma gondii в клетку хозяина. Внедрение происходит путем образования прочного контакта с мембраной клетки хозяина (показан стрелкой) и сопровождается модификацией образованной фагосомы для предотвращения ее слияния с лизосомой. (Фото любезно предоставлено д-ром J. Smith.)

Рис. 18.21

Электронная микрофотография, показывающая активное проникновение Toxoplasma gondii в клетку хозяина. Внедрение происходит путем образования прочного контакта с мембраной клетки хозяина (показан стрелкой) и сопровождается модификацией образованной фагосомы для предотвращения ее слияния с лизосомой. (Фото любезно предоставлено д-ром J. Smith.)

Рис. 18.22

Вакуоль, содержащая клетки лейшманий - это лизосома. 1. Иммунофлуоресцентное окрашивание макрофагов мыши, инфицированных Leishmania mexicana, с помощью конъюгированных с родамином антител к тубулину - окрашивают лейшмании в желтокрасный цвет - и конъюгированных с флуоресцеином моноклональных антител, реагирующих с поздним маркером эндосом/лизосом LAMP-1, - зеленый цвет. 2. Электронная микрофотография инфицированного L. mexicana макрофага мыши, обработанного меченными золотом антителами к катепсину D для выявления лизосомной протеиназы в вакуоли, содержащей лейшмании. (Фото любезно предоставлены д-ром D. Russel.)

Рис. 18.22

Вакуоль, содержащая клетки лейшманий - это лизосома. 1. Иммунофлуоресцентное окрашивание макрофагов мыши, инфицированных Leishmania mexicana, с помощью конъюгированных с родамином антител к тубулину - окрашивают лейшмании в желтокрасный цвет - и конъюгированных с флуоресцеином моноклональных антител, реагирующих с поздним маркером эндосом/лизосом LAMP-1, - зеленый цвет. 2. Электронная микрофотография инфицированного L. mexicana макрофага мыши, обработанного меченными золотом антителами к катепсину D для выявления лизосомной протеиназы в вакуоли, содержащей лейшмании. (Фото любезно предоставлены д-ром D. Russel.)

Два поверхностных антигенаLeishmania

Рис. 18.23

Схематическое изображение двух поверхностных антигенов Leishmania, заякоренных в мембране фосфатидилинозитольными «хвостами» (GPI-якорь).

Белковый антиген Gp63 обладает протеазной активностью. У L. mexicana он совместно с липофос- фогликаном связывает комплемент. Это позволяет промастиготе проникать в макрофаг при помощи рецептора к компоненту СЗ комплемента.

Гликолипидный антиген липофосфогликан обеспечивает устойчивость к комплемент-опосредованному лизису. У L. major он связывает СЗЬ, фрагмент третьего компонента комплемента, позволяя промастиготе проникать внутрь макрофага при помощи рецептора CR1 комплемента. У мыши антитела к обоим антигенам обеспечивают защиту против кожного лейшманиоза.

Как теперь известно, многие белки оболочки паразитов, например вариабельный поверхностный гликопротеин Т. brucei, связаны с поверхностной мембраной с помощью GPI-якоря.

Рис. 18.24

Антигенная изменчивость у трипаносом. Имму- нофлуоресцентное окрашивание трипаносом с помощью моноклональных антител, специфичных к определенному антигенному варианту (1). Микрофотография (2) представляет собой то же поле зрения, но с окраской ядер и кинетопластов паразита красителем, связывающим ДНК. Только некоторые из паразитов экспрессируют данный вариант, в то время как другие экспрессируют отличные от этого варианты антигена. (Фото любезно предоставлены д-ром М. Turner.)

Антигенная изменчивость у африканских трипаносом

Недели

Сутки

Относительное соотношение вариантов, %

Количество трипаносом/мл крови

46810

Период после инфицирования, сут

2

3

Рис. 18.25

Трипаносомная инфекция может длиться месяцами и сопровождаться периодическими вспышками парази- темии.

На графике 1 показаны колебания паразитемии при сонной болезни. Хотя инфекция была вызвана одним возбудителем, последовательные вспышки болезни вызывают его иммунологически различные популяции (а, б, в, г), при этом антитела против предшествующих антигенных вариантов не обеспечивают дальнейшую защиту. Существует устойчивая тенденция к появлению новых антигенных вариантов в одной и той же последовательности в различных организмах-хозяевах. Подобная изменчивость не обнаруживается у животных с нарушенным иммунитетом (например, обработанных определенным образом для ослабления той или иной иммунной функции).

Г рафик 2 показывает динамику образования антител к четырем вариантам трипаносомных антигенов у кролика после укуса мухи цеце - переносчика Trypanosoma brucei. Антитела к данному антигенному варианту обнаруживаются сразу же после его появления, и их титр повышается, выходя на плато. Образование антител вызывает изменение паразитарного антигена и появление иммунологически новой популяции паразита.

График 3 иллюстрирует кинетику одного цикла антигенной изменчивости. Крыса была инфицирована гомогенной популяцией одного антигенного варианта Т. brucei (а). Вторая волна паразитемии наступает, когда появляется новый доминирующий антигенный вариант (б).

ные черви защищены от многих ответных реакций хозяина просто благодаря тому, что находятся в кишечнике.

Некоторые внеклеточные паразиты способны выдерживать иммунную атаку

Известны многочисленные примеры простых физических способов зашиты у паразитов: нематоды имеют толстую внеклеточную кутикулу, которая защищает их от токсичных метаболитов организма-хозяина (рис. 18.26)\ тегумент шистосо- мул утолщается по мере их превращения в половозрелых особей, также обеспечивая защиту; «свободная» поверхностная оболочка многих нематод может «сползать» под действием иммунного ответа; ленточные черви предотвращают иммунные реакции, секретируя ингибитор эластазы, который препятствует привлечению к ним нейтрофилов.

Многие гельминты обладают способностью предохранять себя от высокоактивных метаболитов О2, образуемых при вспышке дыхания в клетках иммунной системы. Например, филярии, поражающие лимфатическую систему, способны секретировать поверхностносвязанную глутатионпероксидазу; шистосомы имеют поверхностносвязанные глутатион-8-трансферазы, нематоды Onchocerca способны секретировать суперок- сиддисмутазу. У некоторых нематод и трематод выработан механизм повреждения антител путем секреции протеаз, расщепляющих иммуноглобулины с удалением Fc-фрагмента.

Большинство паразитов противодействует иммунному ответу

Для всех паразитарных инвазий характерна иммуносупрессия (рис. 18.27), и она касается как гуморального, так и клеточного ответа. Некоторые паразиты непосредственно вызывают разрушение лимфоидных клеток и тканей (например, ювенильные личинки Т. spiralis выделяют лимфоцитотоксический фактор), однако в основном подавление иммунного ответа происходит путем инактивации макрофагов. Эти клетки могут быть «перегружены» свободными антигенами, поскольку многие гельминты секретируют значительное количество полисахаридов и гликоконъюгатов, которые препятствуют процессингу антигенов. У макрофагов мышей, зараженных шистосомами, нарушена способность презентиро

вать антигены. Сходным образом, у мышей, зараженных африканскими трипаносомами, снижены презентация антигена и секреция ИЛ-1. При малярии в макрофагах накапливается пигмент гемозоин — продукт расщепления гемоглобина, подавляющий различные функции этих клеток. Многие продукты метаболизма паразитов стимулируют выделение макрофагами простагландинов и других супрессивных молекул, которые подавляют воспалительные реакции. Интересно, что цестоды и нематоды сами способны секретировать простагландины, которые также супрес- сируют воспалительные реакции.

Растворимые антигены паразитов, выделяемые ими в огромных количествах, могут подавлять иммунный ответ хозяина путем так называемого иммунного отвлечения. Например, растворимые антигены (S-, или термостабильные) Р. falciparum, по-видимому, нейтрализуют циркулирующие антитела, создавая своего рода «дымовую завесу», защищающую от них паразитов. Многие слущивающиеся поверхностные антигены паразитов представляют собой растворимую форму молекул, встроенных в их клеточную мембрану с помощью GPI-якоря; в том числе это вариабельный поверхностный гликопротеин Т. brucei, ли- пофосфогликан, или «секретируемый фактор», Leishmania (рис. 18.23) и некоторые поверхностные антигены шистосомул. Такие антигены высвобождаются под действием эндогенных фосфатидилинозитол-специфичных фосфолипаз.

Антигенспецифическая супрессия проявляет-

Рис. 18.26

Электронная микрофотография инфекционной личинки Тохосага canis. Видна поверхностная оболочка (ПО), связанная с катионизированным ферритином (КФ), покрывающим эпикутикулу (ЭК). Фиксация глутаральдегидом и четырехоксидом осмия. (Фото любезно предоставлено проф. R. Maizels; с разрешения из Exp. Parasitol. 1992; 75: 72-86.)

Противодействие простейших и гельминтов иммунному ответу хозяинапосредством высвобождаемых ими свободных антигенов

Высвобождаемые паразитарные антигены

Активированный макрофаг

Простагландины

ИЛ-Ю.ТФРР

Неспецифическая активация

4. Индукция поликлональной5.Подавление

активации (^диверсия» против воспалительной реакции

Супрессорная Т-клетка

Рис. 18.27

Свободные антигены способны:

взаимодействовать с антителами и предотвращать их действие на паразитов, т. е. выполнять роль дымовой завесы или приманки. По-видимому, это характерно для вариабельного поверхностного гликопротеина Trypanosoma brucei и растворимых антигенов Plasmodium falciparum, полиморфных и содержащих повторяющиеся последовательности аминокислотных остатков;

блокировать эффекторные клетки как непосредственным образом, так и посредством иммунных комплексов. Циркулирующие комплексы, например, способны подавлять цитотоксическую активность К-кле- ток против Schistosoma mansoni;

индуцировать толерантность Т- или В-клеток, вероятно блокируя антителообразующие клетки (АОК) или

истощая популяцию зрелых антигенспецифичных лимфоцитов путем подавления клональной экспансии;

вызывать поликлональную активацию. Многие паразитарные продукты оказывают митогенный эффект в отношении В- и Т-клеток, и при инвазиях в сыворотке часто присутствуют в высоких концентрациях неспецифические IgM (и IgG) - возможный результат такой поликлональной стимуляции. Продолжение ее приводит, предположительно, к ослаблению функций В-клеток, прогрессивному истощению популяции антигенреактивных В-лимфоцитов и, таким образом,к иммуносупрессии;

активировать Т-клетки, в первую очередь Тх2-клет- ки. или макрофаги, либо и те и другие, вызывая выделение ими иммуносупрессивных факторов.

ся также в подавлении реакции замедленной гиперчувствительности. Эта супрессия может быть избирательной и затрагивать только популяцию Т-клеток CD4+, но изменять при этом соотношение Тх1/Тх2 в благоприятную для паразита сторону. Т-клетки больных лейшманиозом (заражение L. donovani) при культивировании со специфическим антигеном не секретируют ИЛ-2 или

ИФу. Продукция ИЛ-1 и экспрессия антигенов МНС класса II у них снижены, а секреция простагландинов повышенная. Состояние таких больных улучшается при лечении ИФу в сочетании с пятивалентной сурьмой. Сходным образом, при филяриозе Тх1-клетки не пролиферируют в ответ на специфические антигены, хотя гуморальный эффект в этом случае не подавляется.

Действительно, у больных тяжелой формой фи- ляриоза или шистосомоза присутствуют в значительном количестве антитела IgG4, которые блокируют защитный IgE-ответ. При шистосомозе антитела IgM и IgG2 против некоторых углеводных антигенов шистосом ингибируют цитотоксические функции гранулоцитов и уровень этих антител коррелирует с чувствительностью к повторному заражению.

При некоторых протозойных инфекциях, в том числе малярии, африканской сонной болезни и болезни Чагаса, отмечена недостаточность секреции ИЛ-2 — другого продуцируемого пролиферирующими Тх1-лимфоцитами цитокина. У мышей, инфицированных Т. сгиу, некое выделяемое паразитом вещество, по-видимому, подавляет экспрессию рецепторов ИЛ-2. Введение им ИЛ-2 индуцирует образование рецепторов, восстанавливает активность Т-хелперных клеток, приводит к увеличению синтеза специфичных в отношении паразита антител IgM и IgG, а также к уменьшению численности паразитов в крови и повышает выживаемость животных.

Некоторые из рассмотренных выше механизмов устойчивости паразитов к защитным реакциям организма-хозяина приведены на рис. 18.28.

ИММУНОПАТОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ПАРАЗИТАРНЫХ ИНВАЗИЙ

Помимо непосредственного повреждающего воздействия паразитов и неблагоприятного влияния продуктов их выделения на ткани хозяина, к патологическим последствиям инвазии могут относиться и многие вызванные ею иммунные реакции. При малярии, африканском трипаносомозе и висцеральном лейшманиозе повышение количества макрофагов в печени и селезенке и их усиленная активность приводят к увеличению размеров указанных органов. При шистосомозе патология большей частью обусловлена Т-зависи- мыми гранулемами, которые образуются в печени вокруг яиц паразитов. Проявления элефантиаза (слоновая болезнь) обусловлены, возможно, иммунопатологическими ответными реакциями организма против половозрелых филярий в лимфатической системе. Паразитарные инвазии обычно сопровождаются образованием иммунных комплексов, которые могут откладываться в почках, как при нефротическом синдроме в случае четырехдневной малярии, или вызывать другие патологические изменения. Например, свя

занные с тканью иммуноглобулины обнаруживаются в мышцах у мышей, инфицированных африканскими трипаносомами, и в сосудистом сплетении глаза у мышей, больных малярией.

Повышенный уровень IgE при гельминтозах может служить причиной тяжелых последствий для организма-хозяина в результате высвобождения медиаторов тучных клеток. При разрыве эхи-

Некоторые способы защиты паразитов от иммунного ответа хозяина

Паразит

Локализация в организме

Основной механизм иммунного ответа

Путь обхода

Trypanosoma brucei

Кровь

Антитела + комплемент

Антигенная изменчивость

Plasmodium spp.

Гепатоциты кровь

Антитела CD81 цитокины

Антигенная изменчивость проникновение внутрь клеток

Toxoplasma gondii

Макрофаги

Действие метаболитов О2, NO и лизосомных ферментов

Уклонение от фагоцитоза, ингибирование слияния с лизосомами

Trypanosoma cruzi

Многие типы клеток

Действие метаболитов 02, NO и лизосомных ферментов

Выход в цитоплазму, позволяющий избежать лизиса

Leishmania

Макрофаги

Действие метаболитов О2, NO и лизосомных ферментов

Влияние на вспышку дыхания и нейтрализация ее продуктов, устойчивость к лизису

Trichinella spiralis

Кишечник, кровь, мышцы

Миелоидные клетки, антитела + комплемент

Инцистирование в мышцах, продукция ФУД

Schistosoma mansoni

Кожа, кровь, легкие, воротная вена

Миелоидные клетки, антитела + комплемент

Приобретение антигенов хозяина блокирование антител, выделение растворимых антигенов, образование иммунных комплексов и антиоксидантов

Wuchereria bancrofti

Лимфоциты

Миелоидные клетки, антитела * комплемент

Толстая внеклеточная кутикула, образование антиоксидантов

Рис. 18.28

Паразиты обладают различными свойствами, позволяющими им ускользнуть от защитных реакций хозяина. (ФУД - фактор, ускоряющий диссоциацию СЗ-кон- вертазы (см. гл. 4).)

нококкового пузыря может наступить анафилактический шок. Инвазия, вызванная Тохосага canis, и тропическая легочная эозинофилия, связанная с миграцией филярий через легкие, сопровождаются реакциями астматического типа.

При инвазиях (например, трипаносомозе и малярии) выявлены аутоантитела против эритроцитов, лимфоцитов и ДНК, образующиеся, вероятно, в результате поликлональной активации клеток иммунной системы. Антитела к антигенам паразита могут перекрестно реагировать с тканями хозяина. Так, хроническая кардиомиопатия, расширение пищевода и ободочной кишки при болезни Чагаса обусловлены, по-видимому, аутоиммунными эффектами — действием на нервные ганглии антител и цитотоксических Т-клеток, которые перекрестно реагируют с Т. сгиу. Подобно этому, вызывающая онхоцерхоз, или «речную слепоту», нематода О. volvulus несет антиген, который перекрестно взаимодействует с белком сетчатки.

Проявления некоторых заболеваний могут быть вызваны избыточной продукцией цитокинов. Так, лихорадка, анемия, диарея или изменения в легких при острой малярии весьма сходны с симптомами присутствия эндотоксинов в крови и, вероятно, обусловлены ФНОа. Тяжелое истощение при трипаносомозе у крупного рогатого скота также может быть опосредовано ФНОа. Причиной патологии могут быть также совокупные эффекты нескольких иммунологических механизмов; такие эффекты, например, вызывают анемию у больных малярией (рис. 18.29).

Наконец, то, что паразитарные инвазии сопровождает особая чувствительность к бактериальным и вирусным инфекциям (например, к кори), объясняется, вероятно, часто встречающейся при этом неспецифической иммуносупрессией. Ею же, по-видимому, обусловлена связь лимфомы Беркитта с малярией.

ВАКЦИНЫ

Некоторые вакцины из ослабленных жизнеспособных паразитов прошли успешные испытания в ветеринарной практике. Однако против паразитарных заболеваний человека вакцин пока нет, хотя интенсивно ведутся исследования по их разработке, в частности по созданию вакцин против малярии и шистосомоза. Начаты клинические испытания противомалярийных вакцин на основе комбинаций возможных протективных пептидов (см. гл. 1).

Возможные причины развития анемиипри малярии

Стволовые клетки костного мозгаСтволовые клетки костного мозгаЭритроцитыЭритроцитыЛейкоцитыЛейкоциты

Стволовые клетки костного мозга

Стволовые клетки костного мозга

Эритроциты

Эритроциты

Лейкоциты

Лейкоциты

Рис. 18.29

При малярии происходит разрушение большего числа эритроцитов по сравнению с количеством инфицированных клеток. Помимо лизиса эритроцитов при разрыве шизонтов (1) причиной анемии служат, вероятно, иммунопатологические реакции. Антигены паразитов или иммунные комплексы, содержащие паразитарные антигены, могут связываться с неинфициро- ванными эритроцитами, ускоряя тем самым их разрушение клетками макрофагально/моноцитарного ряда в селезенке и печени (2). Кроме того, образуется некоторое количество антител к нормальным эритроци там, что также ускоряет их разрушение (3). ФНОа, высвобождаемый в ответ на инфекцию, подавляет развитие эритроцитов из стволовых клеток костного мозга и изменяет кинетику обновления пула эритроцитов (4).

Вопросы для размышления

Паразиты хорошо приспособлены к существованию в организме-хозяине. Что свидетельствует об эффективном иммунитете против них?

В чем различие между защитными механизмами у неиммунного и иммунного организмов-хозяев?

Что понимают под специфичностью иммунитета к определенной стадии жизненного цикла паразита и чем подобная специфичность обусловлена?

Почему активность Т-клеток важна при паразитарных заболеваниях и как она может способствовать их обострению? Каким образом Т-лимфоциты способствуют изгнанию гельминтов из кишечника?

Каким образом цитокины ФНОа и ИФу влияют на выживаемость паразитов?

В чем различие между механизмами защиты от внутриклеточных и внеклеточных паразитов?

Каким образом простейшие, паразитирующие внутри макрофагов, избегают разрушения под действием ферментов и других цитотоксических молекул?

Как избегают действия иммунного ответа паразиты, локализованные в крови или жидкостях организма?

Каким образом паразиты вызывают иммунопатологические реакции?

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

Butterworth А.Е. 1994. Human immunity to schistosomes: some questions. Parasitol. Today 10: 378-379.

Clark I.A., Rockett K.A. 1996. Nitric oxide and parasitic disease. Adv. Parasitol. 37: 1-58.

Maizels R.M., Bundy D.A.P., Selkirk M.E. et al. 1993. Immunological modulation and evasion by helminth parasites in human populations. Nature 365: 797-804.

Reiner S.L, Locksley R.M. 1995. The regulation of immunity to Leishmania major. Annu. Rev. Immunol. 13: 51-177.

Russel D.G. 1995. Leishmania and Mycobacterium: Stowaways in the endosomal network. Trends Cell Biology 5: 125-128.

Адреса в Интернет:

Информацию можно найти в различных разделах сети, хотя и не посвященных специально иммунологии. Доступ к ним осуществляется посредством ключевых слов. Несколько семинарных сайтов имеется в Бионет, например информацию можно получить по адресу http./www/bio. net. (почта семинара по паразитологии.)

Вакцинация

Неспецифическая иммунизация, например путем введения цитокинов, может применяться, когда целесообразно стимулировать общую иммунореактивность.

Адъюванты - вещества, усиливающие образование антител, - обычно необходимы при иммунизации убитыми вакцинами.

Технология рекомбинантных ДНК, по всей вероятности, станет основой для разработки вакцин следующего поколения.

Вакцинация основана на способности организма формировать приобретенный иммунитет и иммунологическую память в отношении возбудителя.

В качестве вакцин применяют самые разнообразные антигенные препараты, от целых микробов до просто пептидов и полисахаридов.

Живые вакцины существенно отличаются от убитых и, как правило, эффективнее их.

Вакцинация представляет собой форму активной иммунизации.

Пассивная иммунизация путем непосредственного введения готовых антител еще сохраняет свое значение как средство противоинфекци- онной защиты в определенных обстоятельствах, например при столбняке, когда токсин уже проник в кровоток.

Вакцинация, несомненно, самое известное и наиболее успешное применение иммунологических принципов в медицине. Первая вакцина была названа так по болезни крупного рогатого скота — vaccinia (коровья оспа), вызываемой, как выяснилось впоследствии, вирусом. Два столетия назад ее применил пионер исследований в этой области английский врач Дженнер. Это стало первой научно продуманной попыткой предотвратить инфекционное заболевание человека (натуральную оспу), причем автор метода ничего не знал о вирусах (или о любых других микробах) и об иммунитете.

Лишь столетие спустя уже Пастером был сформулирован фундаментальный принцип вакцинации: для создания напряженного иммунитета против высоковирулентных микроорганизмов можно применять препараты из тех же микробов, но с ослабленной путем определенного воздействия вирулентностью. Используя в соответствии с этим высушенный спинной мозг кролика, зараженного вирусом бешенства, и прогретые культуры бацилл сибирской язвы, Пастер создал по сути дела прототипы современных вакцин. В то же время созданная Дженнером вакцина животного происхождения, содержащая вирус коровьей оспы (гетерологичная), не получила впоследствии как метод какого-либо продолжения.

Даже и сам Пастер не знал ничего о функции

лимфоцитов или сущности иммунологической памяти; их открытие заставило себя ждать еще полстолетия. Тогда, наконец, с появлением клонально-селекционной теории Бернета (1957) и данных о Т/В-дифференциации лимфоцитов (1965) стал понятен ключевой механизм вакцинации: содержащийся в вакцине антиген должен вызвать клональную экспансию специфических Т- и/или В-клеток, оставив после себя популяцию клеток иммунологической памяти. При следующей встрече с тем же антигеном именно они способны дать вторичный ответ, который обычно быстрее и эффективнее первичного. Часто первичный ответ слишком слаб, чтобы сдержать развитие опасной инфекции (см. рис. I.19).

Таким образом, вакцинация приводит к формированию приобретенного иммунитета, а искусство создания вакцин заключается в разработке таких антигенных препаратов, которые • безвредны для организма,

вызывают нужную форму иммунного ответа и, кроме того,

доступны по стоимости для населения.