Книга
← К списку книгЗагрузка разделов…
активнаАктивные записи участвуют в каталоге и синках. Неактивная книга скрыта, но не удалена из базы.
Книга
Предисловие
История научной иммунологии насчитывает чуть более 100 лет. Несмотря на молодость, она относится к наиболее значимым и «влиятельным» наукам медико-биологического профиля. Ей принадлежит одно из первых мест по числу профильных журналов, издаваемых в мире, и объему помещаемых в них публикаций. Во всех странах мира иммунология вошла в число самостоятельных вузовских дисциплин относительно недавно, лишь в 70-е, а в широком масштабе — в 80-е годы. Мне сопутствовала удача, ив 1971 г. удалось организовать первую в нашей стране кафедру иммунологии во II Московском медицинском институте им. Н.И.Пирогова.
Первый учебник по иммунологии на русском языке был опубликован автором этих строк в 1982 г. и переиздан в 1987 г. Позже был опубликован учебник А.Е.Вершигоры (1990). За истекшие годы объем знаний в области иммунологии чрезвычайно расширился, более того, был пересмотрен ряд фундаментальных положений этой науки. В результате материал, содержащийся в упомянутых учебниках, на сегодня уже недостаточен и частично устарел, и в последние годы с большой остротой встала проблема создания нового учебника по иммунологии. Ответом на запрос времени стала данная книга, а среди зарубежных изданий — «Иммунология» А.Ройта и соавт. (1998).
Индивидуальность различных учебников заключается не столько в подборе и характере представления научных фактов (набор основных фактов в целом неизбежен для всех), сколько в логике, из которой авторы исходят при изложении материала. Эта логика определяет построение учебника, характер и последовательность размещения материала. Автор данного учебника вначале приводит сведения о статике иммунной системы, затем рассматривает эту систему «в работе», т.е. при ответе на биологическую агрессию, анализируя сначала врожденную, неспецифическую, а затем антигенспецифическую составляющие иммунитета, и, наконец, приводит сведения о патологии иммунной системы.
В первой главе учебника описано строение лимфоидных органов, охарактеризованы свойства и развитие иммуноцитов в отсутствие антигенной стимуляции. Во второй главе рассмотрены факторы и механизмы иммунной защиты, связанные с процессами, которые не требуют распознавания индивидуальных чужеродных молекул. Третья глава (наиболее важная, самая объемная и в то же время самая трудная для восприятия) посвящена феноменам и процессам, занимающим цен-
тральное место в иммунной защите: распознаванию антигенов, природе рецепторов, осуществляющих распознавание, сигналам, которые оно порождает, и процессам, включаемым этими сигналами. В четвертой главе описан специфический иммунный ответ, т.е. система реакций организма, вызываемых внедрением конкретных чужеродных агентов и направленных на их удаление из организма. Здесь же рассмотрены основные проявления иммунной защиты — противоинфекционной и противоопухолевой, а также специфической ареактивности — иммунологической толерантности. Заключительная, пятая, глава посвящена патологии иммунной системы — иммунодефицитам, аллергии, аутоиммунным и лимфопролиферативным процессам, а также вопросам иммунодиагностики и иммунотерапии. Эта глава служит теоретическим введением в клиническую иммунологию.
Учебник содержит очень большой объем современной иммунологической информации. Возникает серьезная пррблема доступности этой информации для читателей, особенно для студентов старших курсов медицинских институтов, которым в первую очередь адресован учебник. В связи с этим следует сразу с полной определенностью сказать, что автор поступил правильно, не упрощая материал и не приспосабливая его к уровню тех студентов, которым не свойственна любознательность и которые располагают малым багажом знаний. Объективный факт состоит в том, что иммунология представляет собой непростую науку, особенно в настоящее время, когда она базируется на последних достижениях самых различных научных дисциплин и в первую очередь — молекулярной биологии. В то же время именно сведения о тонких молекулярных иммунологических процессах чрезвычайно оперативно используются для создания новых фармацевтических препаратов и других средств активного воздействия на патологические процессы. Следовательно, знания сложных для понимания фактов из области иммунологии особенно актуальны, поскольку на их основе «строятся» средства активного воздействия на патологические процессы, болезни или их предупреждение. Игнорирование сложностей «из жалости» к студентам в наше время чревато выхолащиванием основ науки, потерей ее наиболее активного «фактора роста».
Тем не менее проблема доступности материала учебника существует и решается как путем максимально ясного изложения, так и с помощью ряда специальных приемов. В данном учебнике описание материала сопровождается большим числом иллюстраций, которые в схематической форме проясняют наиболее значимые и сложные вопросы. Аналогичную роль выполняют многочисленные таблицы, которые представляют собой краткие сводки по ключевым аспектам иммунологии. Крупные разделы учебника завершаются резюме, которые специально выделены в тексте. Кроме того, краткое изложение наиболее важных вопросов иммунологии содержится во вступлении, с которым обязательно должны ознакомиться читатели перед изучением основного материала учебника. Наконец, для облегчения восприятия специальной терминологии автор приводит краткий словарь иммунологических терминов. Все это не снимает полностью проблему сложности материала, однако помогает
любознательному студенту преодолеть трудности, возникающие при чтении учебника.
Предсказать судьбу учебника трудно. Как уже говорилось, острая потребность в его издании очевидна. Можно надеяться, что он в той или иной степени удовлетворит запросы студентов, аспирантов, преподавателей, научных сотрудников и врачей, т.е. тех медиков и биологов, специализирующихся в области иммунологии и смежных дисциплинах, кому этот учебник адресован.
Академик Р.В.Петров, вице-президент Российской академии наук
Введение
Иммунология как специальная наука, изучающая устойчивость к инфе! циям, возникла относительно недавно. Хотя эта проблема волнова; людей еще в древности, а первые методы вакцинации были созданы XVIII в., научные основы_иммунологии были заложены лишь в 70—80- годах прошлого века Л.Пастером. Как самостоятельная наука со своим научными журналами, вузовскими кафедрами, исследовательскими иг статутами она утвердилась еще позже — уже на протяжении XX Достаточно сказать, что в нашей стране иммунология стала преподаваты как самостоятельная дисциплина фактически с 80-х годов (до это! существовало всего несколько кафедр в медицинских институтах и унг верситетах страны). Первый учебник Р.В.Петрова «Иммунология» выше в 1982 г. Хотя он переиздавался, чрезвычайно бурное накопление знаки в области иммунологии потребовало написания нового учебника, которы должен отразить значительно больший объем материала в современно осмыслении.
В последние десятилетия иммунология развивается непрерывно н< растающими темпами. Оказалось, что объекты ее изучения тесно взаим< связаны с объектами других наук, а иммунологические методы плоде творны для смежных научных дисциплин. В свою очередь развитие ик мунологии немыслимо без внедрения методов молекулярной биологи! цитологии, генетики, биохимии и др.
Со временем изменялось даже понимание основного предмета имм] нологии. Сейчас мы уже не можем просто, как это было 100 лет ваза, утверждать, что иммунология — наука об устойчивости к инфекция? Дело в том, что те же механизмы, которые обусловливают защиту от иг фекционных агентов, защищают организм от внедрения в его внутрег нюю среду любых чужеродных для него объектов. При этом понят? чужеродности определяется структурой макромолекул, прежде всего бе; ков, которые индивидуальны не только для различных видов живых с? ществ, но в определенной степени и для каждого индивида. Таки образом, иммунология в настоящее время рассматривается как наука биологической индивидуальности и механизмах ее сохранения.
Эти механизмы весьма сложны и изощренны. Для их реализации к определенных этапах эволюции возникла специализированная система - иммунная система. Ее назначение состоит в защите организма от биолс гической агрессии — внешней (инфекции) и внутренней (опухоли). Дл распознавания агрессивных агентов и выработалась стратегия, основа? ная на выявлении чужеродных для данного организма макромолеку;
обычно присутствующих в составе инфекционных агентов и мутантных клеток. Несмотря на то что отнюдь не всегда присутствие чужеродных молекул действительно сопряжено с биологической агрессией, такой путь ее обнаружения оказался наиболее надежным и был «поддержан» эволюционным процессом. Для обозначения молекул, распознаваемых организмом как чужеродные, иммунологи ввели термин «антиген». Он отражает одно из самых сложных и неоднозначных понятий иммунологии. Здесь мы ограничимся определением, данным Р.В.Петровым: антигены — это продукты чужеродной генетической информации, способные при введении в организм вызывать развитие специфических иммунных реакций.
Иммунная защита от биологической агрессии достигается триадой реакций, включающей:
распознавание чужеродных и измененных собственных макромолекул (антигенов);
удаление из организма антигенов и несущих их клеток;
запоминание контакта с конкретными антигенами, определяющее их ускоренное удаление при повторном поступлении в организм.
В основе всех трех реакций лежат механизмы, специфичные в отношении конкретных антигенов, которые распознаются белковыми структурами, комплементарными антигенам (т.е. пространственно соответствующими им как отпечаток оригиналу). Происхождение этих комплементарных структур наряду с механизмами осуществления иммунной защиты стало основным содержанием теоретической иммунологии. В определенном смысле можно сказать, что иммунология — это наука о биологической комплементарности.
Иммунология накопила очень большой объем знаний. Последовательно изложить их без повторов и забегания вперед практически невозможно. Например, рассмотрение рецепторов для распознавания антигенов невозможно без предварительного описания лимфоцитов, на которых они присутствуют, и их развития, что в свою очередь затруднительно без ясного представления о структуре рецепторов и природе антигенов. Единственная возможность обойти эти трудности состоит в том, чтобы предварительно «набросать» очень краткую схему устройства и функционирования иммунной системы, а затем более детально рассматривать подробности в избранной последовательности. Эту общую схему мы и представим во введении.
9 о9 оИммунная система представляет собой комплекс специализированных лимфоидных органов, а также диссеминированных клеток мезенхимального происхождения, способных выполнять иммунологические функции. В схематизированной форме структура иммунной системы и взаимосвязи составляющих ее органов представлена на рис. 1. Большинство клеток иммунной системы происходит из кроветворных тканей и некоторое время находится в кровотоке (в этом смысле иммунная система является дочерней по отношению к кроветворной). Это относится как к общеизвестным клеткам крови — лимфоцитам, моноцитам и нейтрофилам, так и к дендритным и тучным клеткам, которые формально не отно-
9 о
9 о
Пути рециркуляции лимфоцитов
Рис. 1. Взаимосвязи органов иммунной системы.
Показаны взаимоотношения центральных и периферических органов иммунной системы и направления миграции лимфоцитов в процессе созревания и рециркуляции (указано стрелками). В — В-лимфоциты; М — моноциты; Г — гранулоциты; Т — Т-лимфоциты.
сят к клеткам крови из-за их малой численности в крови и непродолжительности пребывания в циркуляции. У взрослых людей и животных развитие клеток иммунной системы практически завершается в костном мозгу, в условиях его микроокружения. Лишь Т-лимфоциты нуждаются в особых условиях развития, которые они находят, мигрируя из костного мозга в тимус (вилочковая железа).
Лимфоциты, подчиняясь основным закономерностям развития кроветворных клеток, при своем формировании проходят особый, только им присущий этап, который имеет прямое отношение к иммунной специфике: на определенной стадии развития на поверхности лимфоцитов появляются рецепторы для антигена. При этом одна клетка может иметь рецептор лишь лля одного антигена, т.е. каждый лимфоцит способен распознать только одну пространственную конфигурацию чужеродных макромолекул. На уровне генов, содержащихся в зародышевых клетках, обеспечивается весьма грубое распознавание за счет существования нескольких сотен так называемых вариабельных генов, и для достижения более тонкого распознавания эти «зародышевые» гены должны подвергнуться перестройке (реаранжировке) в процессе дифференцировки клеток. В итоге на поверхности лимфоцитов, как развивающихся в тимусе
VT-клетки), так и завершающих свое развитие в костном мозгу (В-клет- ки), появляются продукты перестроенных вариабельных, а также неизменных константных генов, которые формируют мембранный рецептор. Основу рецептора В-лимфоцита составляет молекула иммуноглобулина (Ig), рецептора Т^клеток — димер ар"или уб, обозначаемый как Т-клеточ- ный рецептор, или ТсК (от англ. Т cell receptor).
Затем следует двухстадийный процесс селекции клеток, несущих рецепторы разной специфичности, и формируемых ими клонов (потомства одной клетки). Сначала отбираются клетки и их клоны, распознающие молекулярные конфигурации, значимые с точки зрения защиты организма; потом выбраковываются аутореактивные (т.е. потенциально агрессивные в отношении собственных тканей) клоны и остаются лишь те лимфоциты, которые способны распознавать чужеродные молекулы. Этот процесс может быть иллюстрирован следующей схемой. Представим себе набор букв из различных алфавитов. Сначала из них следует выбрать буквы языка, на котором мы говорим. На схеме это отражено путем подчеркивания русских букв (в том числе общих с латинским алфавитом), что соответствует фазе положительного отбора. С выделенными таким образом буквами проделывается следующая процедура: из нее удаляются буквы, из которых построено слово «человек», что соответствует стадии отрицательного отбора. В результате формируется набор букв, которым мы пользуемся в письме, но не можем написать слово «человек». Примерно такие принципы лежат в основе формирования антигенраспоз- нающего репертуара.
Первичный антигенраспознающий репертуар:
AGБaBRYГN5ЛVЮEцДSKXЗOWЭpЧFФ
Положительная селекция:
AGEaHRyEN5£VIQEMaSKX3OW3pHF£ Отрицательная селекция
АБКГЯЮЕДКЗЙЭЯФ
Вторичный (окончательный) антигенраспознающий репертуар:
А Б Г Ю Д 3 Э Ф
Параллельно с этим процессом происходит дифференцировка лимфоцитов на функциональные субпопуляции, т.е. на типы клеток, которые могут выполнять определенную работу, различную для каждого из этих типов. Этот процесс особенно четко выражен в случае развития Т- лимфоцитов, единая линия которых уже в тимусе разделяется на две основные ветви — Т-хелперы и Т-киллеры (цитотоксические Т-лимфоциты).
Созревшие клетки со сформированными функциями и сложившимся репертуаром для распознавания антигенов расселяются в лимфоидных органах и скоплениях, причем не только в глубине организма, но и на его границах с окружающей средой — в барьерных тканях (кожа, слизистые оболочки). Это вполне естественно, так как именно внешняя среда чаще всего служит источником биологической агрессии. При этом лимфоциты разных типов занимают относительно обособленные, но не строго изолированные места. Значительная часть клеток иммунной системы завершает свой жизненный цикл, так и не приняв участия в иммунной защите. При этом лимфоциты (особенно Т-клетки) постоянно рециркулируют,
Рис. 2. Участие клеток иммунной системы в иммунном ответе.
Антиген (АГ) обрабатывается антигенпредставляющими клетками (АПК) и презентируется Т-лимфоцитам с участием молекул МНС АПК и корецепторов CD4 и CD8 Т-клеток. Рецепторы В-лимфоцитов способны связывать свободный АГ и презентировать его Т-хелперам. Для активации лимфоцитов, помимо связывания АГ, требуется дополнительная стимуляция, которая осуществляется в процессе контактных взаимодействий с АПК (в случае В-клеток с Т-хелперами), а также при действии цитокинов. Активированные лимфоциты пролиферируют и дифференцируются в эффекторные клетки. СВ4+-Т-клетки дифференцируются в два типа хелперов — ТЫ и ТЪ2, которые секретируют наборы цитокинов, указанные на рисунке. ТЫ активируют макрофаги, что проявляется в усилении фагоцитоза бактерий, разрушении измененных клеток организма, секреции цитокинов. Th2 способствуют дифференцировке В-лимфоцитов в плазматические клетки, секретирующие антитела. Антитела связывают свободные и связанные с мембранами АГ, способствуя их расщеплению. СП8+-Т-клетки при участии ИЛ-2 пролифери-
т.е. покидают органы с током лимфы, проникают в кровоток, а из него — вновь в лимфоидные органы.
Организованная таким образом иммунная система находится в состоянии готовности к защите внутренней среды организма от вторжения чужеродных агентов или сформировавшихся внутри организма измененных макромолекул. Уже упоминалось, что источниками внешней агрессии служат, как правило, инфекционные агенты, источником внутренней агрессии — опухолевые клетки. Реакция на них организма складывается из двух линий защиты: базовой воспалительной реакции, лишенной какой-либо специфичности в отношении конкретных агентов, и специфического иммунного ответа, направленного против конкретных агрессоров (точнее, содержащихся в их составе антигенов). Неспецифическая составляющая защитных реакций традиционно рассматривается в рамках как иммунологии, так и общей патологии; антигенспецифический компонент защиты {иммунный ответ) — основной объект изучения иммунологии.
Главная особенность неспецифической составляющей иммунных процессов заключается в том, что ее формирование происходит вне зависимости от агрессии и является частью естественного развития организма (поэтому их называют естественными факторами иммунитета). Такие процессы могут включаться практически немедленно после появления в организме чужеродного агента. При этом вовлечение факторов естественной защиты в реакцию определяется не их чужеродностью, а другими свойствами (например, выделением некоторых биологически активных веществ) и не зависит от антигенной специфичности агрессивных агентов.
В отличие от естественных факторов иммунной защиты ее антиген- специфическая составляющая окончательно формируется лишь в процессе ответа на агрессию, что является содержанием адаптивного (т.е. приспособительного) иммунного ответа. Антигенспецифические и неспецифические факторы действуют в тесной взаимосвязи и их бывает трудно разграничить. Однако само понятие «иммунный ответ» подразумевает в первую очередь реакцию антигенспецифических элементов иммунной системы. В схематизированной форме комплекс реакций, образующих иммунный ответ, отражен на рис. 2.
Основой неспецифической компоненты иммунного ответа служит воспалительная реакция, индукторами которой являются инфекционные агенты и выделяемые ими продукты, а также компоненты поврежденных тканей. Важная роль этой реакции состоит в привлечении к месту внедрения чужеродных агентов клеток иммунной системы (нейтрофилы, моноциты и макрофаги, а затем и лимфоциты) и их активации. Они выделяют медиаторы воспаления (в том числе цитокины) и непосредственно участвуют в защите от микроорганизмов и опухолевых клеток, спо-
руют и дифференцируются в цитотоксические Т-лимфоциты, которые разрушают клетки, несущие на поверхности антиген. При дифференцировке лимфоцитов в процессе иммунного ответа, кроме эффекторных клеток, образуются Т- и В- клетки памяти.
собствуя их блокировке, поглощению (фагоцитоз) и разрушению. В ходе неспецифической реакции на агрессию активируется ряд гуморальных систем защиты, среди которых особенно важной является система ком- ^^Как^отмечалось, неспецифические факторы иммунитета и обусловленная ими воспалительная реакция служат базой для включения адаптивной реакции лимфоцитов. Ее важнейшая особенность — избирательное вовлечение в иммунный ответ только тех клонов лимфоцитов, которые несут рецепторы, распознающие антигены — маркеры чужеродности агрессивных агентов. Нативный антиген, в частности растворимый, распознается только иммуноглобулиновыми рецепторами В-лим- фоцитов. Т-лимфоциты способны распознавать не антиген как таковой, а «измененное свое» — фрагменты антигена, встроенные в специализированные молекулы поверхности клеток организма — молекулы главного комплекса гистосовместимости (МНС, от англ. Major Histocompatibility Complex). Это связано с особенностями специфичности рецептора Т-
клеток: он распознает только антигенные детерминанты, встроенные в
молекулы МНС. Молекула МНС служит как бы эталоном «своего» (как буквы русского языка — см. выше), и все отклонения от эталона распознаются рецепторами Т-лимфоцитов. Таким образом, В-лимфоциты, которые являются предшественниками клеток, образующих антитела, распознают свободный антиген, а предшественники эффекторных Т-кле- ток — антиген, связанный с молекулами МНС, в частности на поверх
ности инфицированных или мутантных собственных клеток организма.
Однако для включения реакций иммунитета — образования антител или цитотоксических Т-клеток — недостаточно, чтобы антиген или его
комплекс с молекулой МНС связался с рецепторами соответствующих клеток-предшественников. Для развития ответа требуется цепь подгото
вительных процессов, в основе которых лежат межклеточные взаимодействия. На начальном этапе индукции иммунного ответа главными
участниками межклеточных взаимодействий являются антигенпредстав- ляющие клетки (АПК) и Т-хелперы. АПК осуществляют обработку (процессинг) антигена и его представление (презентация) Т-хелперам. В качестве АПК выступают дендритные клетки, макрофаги. В-лимфоциты (^_ осоЬых,условиях — H^^oi^ibiej^^ Суть процессов, которые осуществляютАПК в отношении антигена, состоит в поглощении антигена, фрагментации и встраивании фрагментов в молекулу МНС, т.е. в
подготовке молекулярного комплекса, который могли бы распознать Т- хелперы. Одновременно с распознаванием этого антигенсодержащего комплекса происходит контактное взаимодействие АПК и Т-хелперов с
помощью ряда взаимно комплементарных молекул их поверхности, которое обеспечивает взаимную адгезию (прилипание) названных клеток и дополнительную стимуляцию Т-хелперов. Кроме того, АПК выделяют
ряд цитокинов, которые служат еще одним источником стимулирующих сигналов. Фактически распознавание антигена является лишь указанием, какому клону Т-клеток предстоит вступить в реакцию. Но клетки исход
но малочисленного клона должны размножиться и превратиться в активно работающие Т-хелперы. Для того чтобы это произошло, требуются
дополнительные стимулы. Результатом этой комплексной стимуляции является сначала активация Т-лимфоцитов, а затем их деление (пролиферация) и созревание (дифференцировка) в эффекторные клетки.
Функция Т-хелперов состоит в оказании «помощи» (отсюда обозначение этих клеток — от англ, hepl) В-лимфоцитам и Т-киллерам, которые распознали антиген. Как и в случае с Т-хелперами, для этих клеток недостаточно одного антигенного стимула, поскольку он лишь определяет выбор клеток, включаемых в ответную реакцию. Для вступления в реакцию требуется активация этих клеток, условия которой аналогичны рассмотренным выше условиям активации Т-хелперов: они должны получить дополнительно сигналы костимуляции от контакта с клетками (на этот раз не с АПК, а с Т-хелперами) и от цитокинов. Активация приводит к размножению клеток соответствующих клонов и их дифференцировке в клетки-эффекторы, т.е. в «исполнители» конечных эффектов иммунного ответа.
В ходе иммунного ответа В-лимфоциты дифференцируются в плазматические клетки, секретирующие антитела. Последние представляют собой молекулы иммуноглобулинов, которые фактически представляют собой растворимую форму антигенраспознающего рецептора В-клеток. Антитела связывают растворимые антигены, способствуя их поглощению фагоцитами и расщеплению. Фиксируясь на чужеродных клетках, они делают их доступными для цитолитической атаки комплемента, естественных киллеров или для фагоцитоза макрофагами.
Т-лимфоциты дифференцируются в цитотоксические лимфоциты, способные распознавать чужеродные или измененные собственные клетки. Следствием такого распознавания является иммунный цитолиз клеток- мишеней: организм не делает попыток «излечить» измененные клетки — он уничтожает их. Другой тип эффекторных Т-лимфоцитов — эффекторы гиперчувствительности замедленного типа (ГЗТ) — реализуют свое действие, повышая активность макрофагов, т.е. придавая специфическую направленность реакциям первой линии защиты и стимулируя их.
Помимо цитотоксических Т-лимфоцитов, гибель чужеродных клеток-мишеней вызывают естественные киллеры ^NK-клетки — от англ, natural killer), которые, как следует из их названия, относятся к факторам естественного иммунитета, поскольку они находятся в состоянии готовности к цитолизу вне зависимости от антигенной стимуляции (в процессе иммунного ответа они лишь дополнительно активируются). В иммунной защите участвуют также эозинофилы, тучные клетки и тромбоциты. При этом, как правило, факторы естественного и адаптивного иммунитета выступают в комбинации, примером чего может служить «вооружение» макрофагов антителами, что придает им специфичность, или активация тех же макрофагов лимфоцитарными цитокинами при ГЗТ.
Как следует из изложенного выше, в результате иммунного ответа исходно малочисленная группа неактивных лимфоцитов в результате специфического распознавания чужеродного антигена размножается, активируется и дифференцируется в эффекторные клетки, способные с помощью тех или иных механизмов убивать клетки — носители антигена и удалять их (с участием неспецифических факторов естественной резис-
тентности) из организма. Это сопровождается серьезными изменениями структуры иммунной системы. Поэтому по мере успешного выполнения задачи на уровне организма включаются и срабатывают механизмы, которые ограничивают иммунные процессы и приводят к устранению видимых последствий иммунного ответа. В осуществлении этой задачи участвуют антитела и лимфоциты благодаря проявлению ими особой функции — супрессорной.
Однако иммунный ответ не проходит для организма бесследно: после него остается иммунологическая память. Ее материальной основой служат лимфоциты — клетки памяти, которые образуются параллельно эффекторным клеткам, но не участвуют в устранении антигенов и их носителей. Эти клетки отличаются большой продолжительностью жизни. При повторном поступлении в организм того же инфекционного агента (и следовательно, тех же антигенов) клетки памяти быстрее вовлекаются в иммунный ответ, который развивается, минуя ряд промежуточных фаз, и более интенсивно. На наличии иммунологической памяти основано состояние иммунитета — невосприимчивость к инфекционным заболеваниям, а также эффект искусственной вакцинации.
Представленный краткий экскурс в устройство и работу иммунной системы может служить не только введением, но и путеводителем по материалу, изложенному в учебнике, и может облегчить понимание более детализированного изложения современных иммунологических знаний.
Схема распределения материала в учебнике следующая. Глава 1 содержит описание структуры иммунной системы в состояний покоя. В главе 2 представлены факторы и механизмы естественного иммунитета — неспецифической составляющей иммунного ответа. В главе 3 отражены молекулярные и клеточные основы распознавания антигенов, активации клеток, межклеточных взаимодействий при иммунном ответе. Глава 4 посвящена описанию иммунного ответа как такового, его эффекторных механизмов и основных проявлений иммунной защиты. Глава 5 посвящена рассмотрению патологии иммунной системы (без углубления в клинические аспекты). Крупные разделы учебника завершаются краткими резюме. В приложение 1 вынесена таблица, отражающая классификацию мембранных маркеров клеток иммунной системы. Ознакомление с материалом может быть облегчено обращением к краткому словарю иммунологических терминов (см. приложение 2).
Структура и организация иммунной системы
Гистологически иммунная система практически соответствует лимфоидной ткани. Важнейшая особенность последней состоит в том, что она распространена по всему организму, исключая немногие органы или отдельные их участки, называемые иммунологически привилегированными. При этом локализация клеток иммунной системы, прежде всего лимфоцитов, отнюдь не ограничивается лимфоидными органами: значительная их часть рециркулирует (т.е. постоянно поступает в кровоток и возвращается обратно) и при этом может мигрировать не только в лимфоидную ткань. Поскольку наши представления об иммунитете связаны прежде всего с клетками иммунной системы, в первую очередь с лимфоцитами, с их описания мы начнем изложение материала.
КЛЕТКИ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ
Клетки иммунной системы могут быть разделены на три группы на основе их происхождения и функциональных различий, в частности, способности к распознаванию антигенов. Это лимфоциты, вспомогательные (в том числе антигенпредставляющие) клетки и клетки стромы. Лимфоциты и вспомогательные клетки происходят из кроветворной стволовой клетки, стромальные клетки — от местных мезодермальных элементов. Лимфоциты распознают чужеродные антигены и осуществляют реакции, приводящие к удалению антигенов из организма. Вспомогательные клетки обрабатывают антиген, «представляют» его лимфоцитам, выполняют некоторые эффекторные функции; им несвойственна способность распознавать антигены, хотя некоторые из них участвуют в антигенспецифи- ческих процессах. Стромальные клетки создают среду для нормального функционирования клеток первых двух типов, формируя их микроокружение и определяя пути их миграции. В иммунологической литературе ранее использовался и иногда еще применяется термин «иммунокомпетентная клетка». Им обозначали клетки, способные распознавать антиген; однако в связи с отсутствием строгого определения соответствующего понятия использование этого термина нежелательно.
Лимфоциты
Антигенная специфичность иммунных процессов определяется участием в них лимфоцитов, наиболее характерной особенностью которых явля-
Рис. 3. Лимфоцит.
Электронограмма малого лим фоцита (х 13 000). Следуе' обратить внимание на плот ную упаковку хроматина i бобовидном ядре, слабо раз витую цитоплазму, содержа щую митохондрию и рибо сомы, неровную наружнук поверхность клетки (из учеб ника А.Ройта «Основы имму нологии», 1991).
ется присутствие на их поверхности рецепторов для распознавания анти гена.
В отсутствие контакта с чужеродными субстанциями лимфоцить представляют собой покоящиеся клетки: они не делятся, не секретирую' активных продуктов, их метаболическая активность минимальна. Это на ходит отражение в морфологии лимфоцитов. Они представляют собор округлые клетки диаметром 7—9 мкм с круглым или бобовидным ядрок и узкой цитоплазмой, бедной цитоплазматическими гранулами (рис. 3) Эти клетки являются почти бездействующим носителем рецепторов дщ распознавания антигенов, и лишь после связывания антигенов происхо дит активация лимфоцитов, приводящая к их дифференцировке в эф фекторные и регуляторные клетки иммунной системы.
Популяция лимфоцитов имеет клональную структуру. Это означав' следующее. Антигенраспознающие рецепторы формируются таким обра зом, что на каждой клетке образуется уникальный по специфичности ре цептор, передающийся дочерним клеткам. В результате возникают клонъ (клон — это потомство одной клетки), отличающиеся по специфичност; рецепторов. Каждый клон «знает» единственный антиген, а все клонь лимфоцитов в совокупности «знают» все возможные антигены. При по падании в организм конкретного антигена в ответ на это вовлекаете; лишь тот клон (обычно группа клонов), клетки которого несут соответст вующие рецепторы.
Все лимфоциты имеют общий источник — кроветворную стволовук клетку и проходят начальные этапы развития в костном мозгу (в эмбриональном периоде — в желточном мешке и печени). Основные этапь дифференцировки лимфоцитов разных типов осуществляются в различных органах. Это было установлено при изучении последствий удалени; вилочковой железы у новорожденных мышей, когда обнаружилось, чтс одна часть лимфоцитов нуждается при своем развитии в присутствии же-
Таблица 1. Характеристика основных популяций лимфоцитов человека
Признак
В-лимфоциты
Т-лимфоциты
NK-клетки
Органы, в которых развиваются клетки
Костный мозг
Костный мозг, вилочковая железа
Костный мозг, селезенка
Рецептор для антигена
Иммуноглобулин
Два типа димеров TCR (оф или у§)
Отсутствует
Основные мембранные маркеры общие субпопуляционные
CD19, 20, 21, 72 ' CD5
CD3, 2, 5, 7
CD4 и CD8
CD16, 56, 57
Содержание в крови
8-20%
65-80 %
5-20 %
Рециркуляция
Слабая
Сильная
Умеренная
Функция
Предшественники клеток, секретирующих антитела (плазмоцитов)
Предшественники эффекторов клеточного иммунитета, регуляторные клетки
Естественные киллеры
лезы, тогда как другая полноценно развивается у неонатально тимэкто- мированных животных. У птиц развитие этой второй группы лимфоцитов нуждается в присутствии фабрициевой сумки (бурсы) — органа, расположенного рядом с клоакой. Лимфоциты первого типа были названы тимусзависимыми, или Т-лимфоцитами, а клетки второго типа — бурса- зависимыми, или В-лимфоцитами [Roit I., 1969]. В последующем была обнаружена неоднородность каждого из этих типов лимфоцитов, причем особенно гетерогенными оказались Т-клетки. Кроме того, был открыт еще один тип лимфоцитов — естественные киллеры, или NK-клетки, которые развиваются в костном мозгу и селезенке. Они не распознают антигены в том смысле, как это делают лимфоциты, однако и им присуща определенная распознавательная способность. Сведения о свойствах основных типов лимфоцитов отражены в табл. 1.
Долгое время не удавалось найти признаки, по которым можно было бы различать указанные типы клеток. Дело в том, что гетерогенность лимфоцитов практически не отражается на их морфологии. Попытки найти ферментативные маркеры также заканчивались неудачей, а целенаправленные попытки обнаружить различия в антигенах, присутствующих на поверхности лимфоцитов, были успешными только при взаимной иммунизации мышей различных генетически чистых линий. При гетерологичной иммунизации (например, иммунизации кроликов клетками человека) тонкие различия между антигенными маркерами клеток маскировались более сильными межвидовыми различиями. Лишь после того как была разработана гибридомная технология (см. раздел 4.1.2), были получены многочисленные моноклональные антитела к маркерным антигенам поверхности лимфоцитов различных классов и подклассов (обычно их обозначают как популяции и субпопуляции). В определенный момент
возникла потребность в сопоставлении специфичности наработанных моноклональных антител. Тогда на конференции по типированию лейкоцитов была предложена единая классификация мембранных антигенов и распознающих их моноклональных антител (точнее, их групп — кластеров). Было введено обозначение антигенов как CD (от англ, cluster designation) с указанием соответствующего номера. Эта классификация распространяется в первую очередь на маркеры клеток костномозгового происхождения, причем число кластеров превысило 100 (см. таблицу в приложении 1).
В-лимфоциты
Основной характеристикой В-лимфоцитов является наличие на их поверхности рецепторов для распознавания антигенов, основу которых составляют молекулы иммуноглобулинов. После взаимодействия рецептора с антигеном В-лимфоциты дифференцируются в плазматические клетки, секретирующие иммуноглобулины — молекулы, которые способны связывать соответствующий антиген, т.е. являются антителами. Как уже отмечалось, В-клетки каждого клона имеют уникальный по специфичности рецептор, распознающий одну молекулу антигена (точнее, ее участок — эпитоп). Иными словами, В-лимфоциты способны распознавать антигены благодаря наличию на их поверхности специальных рецепторов, причем конечным результатом распознавания является секреция клетками практически тех же распознающих структур — антител (см. разделы 3.1.1 и 4.1.2). Таким образом, В-лимфоциты являются основным клеточным субстратом гуморального иммунного ответа, состоящего в выработке антител, способных связать и нейтрализовать антигены, которые проникли в организм.
Рецептор В-клеток для распознавания антигена. Мембранный рецептор для антигена В-лимфоцитов (рис. 4) обозначается как BCR (от англ. В cell receptor). Его главной частью, как уже отмечалось, является молекула иммуноглобулина, встроенная в мембрану (мембранные или поверхностные иммуноглобулины обычно сокращенно обозначают как mlg или sig).
Подробно структура иммуноглобулинов будет рассмотрена в разделе 3.1.1. Здесь необходимо сказать лишь о самых главных особенностях молекул иммуноглобулинов. Молекула так называемого мономерного иммуноглобулина состоит из двух легких (L) и двух тяжелых (Н) цепей, которые построены из относительно автономных гомологичных участков — доменов. N-концевые домены отличаются исключительно высокой вариабельностью внутри каждого организма; они называются вариабельными (V) доменами. При комбинировании V-доменов L- и Н-цепей формируются антигенсвязывающие участки (активные центры) антител, предназначенные для распознавания антигенных детерминант. Другие домены (1 в легкой цепи и 3—4 в тяжелых цепях) называют константными (С); они обеспечивают выполнение биологических функций иммуноглобулинов (связывание со специализированными рецепторами на клеточных мембранах, с компонентами комплемента и т.д.). Они же обусловливают структурно-функциональные особенности L- и Н-цепей, определяющие
Дополнительные молекулыДополнительные молекулыBCRBCRРис. 4. Строение антигенраспознаюшего рецептора В-лимфоцитов.Представлены молекулы, входящие в состав собственно рецептора (BCR) и коре- цепторных структур (дополнительные молекулы). В BCR обозначены полипеп- тидные цепи, а в молекуле мембранного IgM (mlgM) — также домены.Рис. 4. Строение антигенраспознаюшего рецептора В-лимфоцитов.Представлены молекулы, входящие в состав собственно рецептора (BCR) и коре- цепторных структур (дополнительные молекулы). В BCR обозначены полипеп- тидные цепи, а в молекуле мембранного IgM (mlgM) — также домены.
Дополнительные молекулы
Дополнительные молекулы
BCR
BCR
Рис. 4. Строение антигенраспознаюшего рецептора В-лимфоцитов.
Представлены молекулы, входящие в состав собственно рецептора (BCR) и коре- цепторных структур (дополнительные молекулы). В BCR обозначены полипеп- тидные цепи, а в молекуле мембранного IgM (mlgM) — также домены.
Рис. 4. Строение антигенраспознаюшего рецептора В-лимфоцитов.
Представлены молекулы, входящие в состав собственно рецептора (BCR) и коре- цепторных структур (дополнительные молекулы). В BCR обозначены полипеп- тидные цепи, а в молекуле мембранного IgM (mlgM) — также домены.
изотип цепей. У человека существует два изотипа L-цепей (к и X) и 10 изотипов (классов и субклассов) Н-цепей (ц, 5, yl, у2, уЗ, у4, е, al и а2), которые обусловливают название молекул иммуноглобулинов: греческие буквы, которыми обознают тяжелые цепи, соответствуют латинским буквенным обозначениям классов иммуноглобулинов. Например, ц-цепь входит в состав молекулы иммуноглобулина класса М (IgM), a-цепь — молекулы IgA и т.д. Часть молекулы иммуноглобулина, содержащую анти- генсвязывающие центры, легкие цепи, V- и Cl-домены тяжелых цепей, называют Fab-порцией (Fab-фрагмент). «Хвостовую» часть, лишенную антигенсвязывающей функции и включающую остальные константные домены, называют Fc-порцией (Fc-фрагмент). Природа этих фрагментов и происхождение сокращенных обозначений будут рассмотрены в разделе 3.1.1.
Существует 3 кластера (скопления) генов, детерминирующих структуру иммуноглобулинов: для к, X и всех Н-цепей иммуноглобулинов. Внутри кластеров имеется несколько генетических элементов: серия V-генов (несколько сотен для Н- и к-цепей), на некотором расстоянии (более 10 000 пар нуклеотидов) от их З'-конца («справа») — короткие участки D (от англ, diversity), которые присутствуют только в кластере генов Н-цепей, и J (от англ, joint), затем С-гены. В кластерах генов к- и Х-цепей имеется по одному С-гену, в кластере генов Н-цепей — серия С-генов, детерминирующих классы иммуноглобулинов. У мышей они расположены в последовательности ц, 5, уЗ, yl, y2Z>, у2д, б, а, у человека — ц, 5, уЗ, yl, \р, al, у2, у4, б, а2 (знак \р означает неработающий ген — псевдоген).
V-геныV-геныD-геныJ—геныС—геныD-геныJ—геныС—геныРис. 5. Принципиальная схема перестройкти (реаранжировки) генов антигенрас- познающих рецепторов лимфоцитов.Линии между верхним и нижним рядами генов (отражающими рецепторные гены в зародышевом и перестроенном виде) обозначают сближение ранее пространственно разобщенных генетических сегментов.Рис. 5. Принципиальная схема перестройкти (реаранжировки) генов антигенрас- познающих рецепторов лимфоцитов.Линии между верхним и нижним рядами генов (отражающими рецепторные гены в зародышевом и перестроенном виде) обозначают сближение ранее пространственно разобщенных генетических сегментов.
V-гены
V-гены
D-геныJ—геныС—гены
D-геныJ—геныС—гены
Рис. 5. Принципиальная схема перестройкти (реаранжировки) генов антигенрас- познающих рецепторов лимфоцитов.
Линии между верхним и нижним рядами генов (отражающими рецепторные гены в зародышевом и перестроенном виде) обозначают сближение ранее пространственно разобщенных генетических сегментов.
Рис. 5. Принципиальная схема перестройкти (реаранжировки) генов антигенрас- познающих рецепторов лимфоцитов.
Линии между верхним и нижним рядами генов (отражающими рецепторные гены в зародышевом и перестроенном виде) обозначают сближение ранее пространственно разобщенных генетических сегментов.
Основным мембранным иммуноглобулином В-клеток является мономерный IgM (сывороточный IgM является пентамером). Большинство зрелых В-клеток, не контактировавших с антигеном (т.е. «наивных» клеток), содержат на поверхности BCR, основой которых служат иммуноглобулины класса D (slgD). В состав рецептора входят также два гетеродимера, образованных полипептидными цепями Iga и Igp (CD79a и b). Они не способны распознавать и связывать антиген, но участвуют в передаче сигнала о связывании антигена внутри клетки. Сигнальной функцией обладает ряд дополнительных молекул, образующих корецептор. В его состав входят молекулы CD 19, CD20, рецептор для комплемента CR2 (CD21), связывающий фрагменты СЗ-компонента комплемента iC3b, C3dg и C3d (см. раздел 2.3.1), а также лектин Leul3 и молекула ТАРА-1 (CD8), 4 раза пронизывающая мембрану. Часть корецепторных комплексов имеет в своем составе молекулу CD22. Некоторые дополнительные сведения о BCR приведены в разделе 3.1.1.
Генез В-лимфоцитов. У млекопитающих развитие В-лимфоцитов осуществляется в эмбриональном периоде в печени (у человека — с 8—9-й недели, у мышей — с 14-х суток развития), в постнатальном периоде — в костном мозгу. У птиц развитие В-клеток начинается в костном мозгу и завершается в фабрициевой сумке (бурсе). Аналог бурсы у млекопитающих не найден, несмотря на длительные целенаправленные поиски; предполагалось, что аналогичную функцию выполняет лимфоидная ткань кишечника. Лишь у овец с определенной уверенностью можно говорить о роли групповых лимфатических фолликулов (пейеровы бляшки) подвздошной кишки в качестве аналога сумки Фабрициуса.
Имеются немногочисленные сведения о существовании общего предшественника для В- и Т-клеток, который сохраняет маркер стволовых клеток CD34, но лишен маркеров других кроветворных рядов; у мышей они экспрессируют также молекулу Thy-1. Клетки, развивающиеся в направлении В-лимфоцитов, уже на ранних стадиях приобретают некоторые свойственные им маркеры, в частности CD 19. В костном мозгу человека на долю лимфоцитов В-ряда приходится 15—20 % кариоцитов. Ранние предшественники В-лимфоцитов локализуются преимуществен-
но в субэндостальной зоне костного мозга в тесной связи с крупными стромальными клетками, не образуют кластеров (по-видимому, вследствие постоянного перемещения).
Основой процесса развития В-лимфоцитов является формирование рецепторного комплекса BCR, в первую очередь его иммуноглобулиновой составляющей. Предпосылкой экспрессии генов иммуноглобулинов служит перестройка (реаранжировка) генов. Дело в том, что в геноме зародышевых и всех соматических клеток, кроме зрелых лимфоцитов, отсутствуют «в готовом виде» гены, кодирующие вариабельные домены иммуноглобулинов и полипептидных цепей Т-клеточных рецепторов, т.е. структур, распознающих антигены. Имеются фрагменты таких генов (V, D, J), разделенные довольно большими «генетическими расстояниями». «Зрелые» гены, кодирующие эти структуры, формируются при созревании лимфоцитов. Процесс, приводящий к формированию зрелых V-генов, состоит в изъятии генетического материала, разъединяющего указанные фрагменты. Этот процесс называется реаранжировкой генов. Принципиальная схема реаранжировки V-генов лимфоцитов представлена на рис. 5; несколько подробнее этот процесс будет рассмотрен в разделе 3.1.3. Перестройка генов и объединение участков V, D и J осуществляются при участии специальных ферментов — рекомбиназ (сегмент D сохраняется в генах Н-, но не L-цепей). Экспрессия генов этих ферментов — RAG-1 и RAG-2 — предшествует процессу реаранжировки. Реаранжировка У-генов иммуноглобулинов начинается со .сближения случайно избфамыхэле- ментрв D и J в кластере Н-генов путем формирования цепью. ДНК петли на участке между этими элементами. Затем по тому же механизму сближа- югся'У^ легких цепей — V и J). При этом из большой ’серии зародышевых V-генов в процесс перестройки вовлекается только один (выбор происходит случайно), что в основном и определяет специфичность рецептора данной клетки. Реаранжировка генов иммуноглобулинов служит существенным источником повышения гетерогенности V-генов и соответственно рецепторов для антигена. Существует ряд дополнительных механизмов формирования разнообразия рецепторов, которые будут рассмотрены в разделе 3.1.3. Один из них сострит в нематричном приращении в области соединения V- и DJ-участков коротких олигонуклеотидов (N-фрагментов), обусловленном активацией терминальной дезоксинуклеотйдйЛТрйНсфе'разы (TdT).
Описанная перестройка сначала затрагивает V-ген ц-цепи и лишь позже — У-гены L-цепей. Перестройка в каждом случае происходит вначале в одной хромосоме и в случае генов L-цепей затрагивает лишь один их тип (причем сначала к, а затем X). Если она прошла успешно, аналогичный процесс в другой хромосоме блокируется в результате прекращения экспрессии генов RAG-1 и RAG-2. Так достигается аллельное исключение, т.е. наличие в каждой клетке одного типа (по структуре и специфичности) иммуноглобулиновых рецепторов. В случае непродуктивной перестройки генов (соединение сегментов в неправильной рамке считывания, образование вслед за участками соединения терминирующих последовательностей, прекращающих считывание, и т.д.) реаранжировка генов происходит в другой хромосоме. Если же и в этом случае
Таблица 2. Стадии развития лимфоцитов В-ряда
Стадия развития
Состояние генов BCR (Н—L)*
Состояние рецептора
Антигенные маркеры
Ростовые факторы
Примерная численность у мышей
ПроВ
з/DJ—з
Ig«P, CD 19**
CD19, 34, 10, 45, TdT, RAG1, 2
ИЛ-7, ФСК
1,7 х 10^
ПреВ1
DJ/VDJ-з
VnpeB— Х5/р130
CD19, 34, 10, 45, 43, RAG-1, 2
ИЛ-7, ФСК
2,0 х 106
ПреВП
VDJ-3/VJ
VnpeB
Х5/ц, сц
CD19, 20, 21, 10, 72, 25, 43, 45
ИЛ-7,2
3,5 х 107
Незрелые В
VDJ-VJ
slgM
CD19, 20, 21, 22, 45, 25, 72, 32
ИЛ-2
1,8 х 107
Зрелые В
VDJ-VJ
slgM, slgD
CD19, 20, 21, 22, 45, 72, 32, 40, 80
ИЛ-4, 2, 5, 1
5,0 х 108
‘Слева — состояние V-гена ц-цепи, после тире — состояние V-гена L-цепи, з — ген в зародышевой конфигурации; DJ, VDJ, VJ — типы перестроек V-генов.
“Неспецифические компоненты представлены только для проВ-клеток; для преВ-кле- ток представлены данные о L- и Н-цепях рецептора, разделенные косой линией.
ФСК — фактор стволовых клеток.
перестройка оказалась неудачной, клетка гибнет. После формирования «зрелых» перестроенных V-генов их экспрессия осуществляется в сочетании с экспрессией С-генов (для Н-цепей — в первую очередь Сц-гена). Результатом является формирование полных полипептидных цепей иммуноглобулина, содержащих продукты V- и С-генов.
Путем оценки состояния иммуноглобулиновых генов и определения экспрессии на поверхности клеток антигенных маркеров удается расчленить развитие В-клеток на ряд этапов (табл. 2, рис. 6). Самый ранний этап на пути развития В-лимфоцитов соответствует стадии проВ-клеток. На этом этапе гены иммуноглобулинов находятся в неперестроенной форме (в «зародышевой конфигурации»), но уже экспрессированы гены RAG-1, RAG-2 и TdT, на поверхности клеток появляются невариабельные компоненты BCR — димеры Iga и Igp (CD79a и b) и CD 19 — самые ранние пан- В-клеточные (т.е. присущие всем В-клеткам) маркеры. На этапе npeBI происходит сближение сегментов D и J V-генов Н-цепей, т.е. реализуется первый этап реаранжировки этих генов. В это время на поверхности клетки появляется молекула — предшественница иммуноглобулина — «суррогатная» L-цепь, которая содержит продукты невариабельных генов VnpeB и Х5. До момента формирования полноценного (VDJ) Vp-гена суррогатная L-цепь на поверхности npeBI-клетки связана с белками р130 и р35/р65, связь которых с иммуноглобулинами неизвестна.
Переход на стадию преВП-клетки связан с завершением перестройки Vp-гена и экспрессией ц-цепи. Последняя появляется одновременно в свободной форме в цитоплазме клетки и в составе мембранного проторецептора в соединении с суррогатной L-цепью. При этом ослабляется экспрессия генов RAG-1, RAG-2 и TdT, которая вскоре вновь усиливается,
бПроТбПроТПреТ1ПреТ1ПреТППреТПНезрелый тимоцитНезрелый тимоцитВ-клеткиВ-клеткиТ-клеткиТ-клеткиРис. 6. Перестройка рецепторных генов и экспрессия антигенраспознающих рецепторов на поверхности В- (а) и Т-(б) лимфоцитов в процессе их развития.Рис. 6. Перестройка рецепторных генов и экспрессия антигенраспознающих рецепторов на поверхности В- (а) и Т-(б) лимфоцитов в процессе их развития.
б
ПроТ
б
ПроТ
ПреТ1
ПреТ1
ПреТП
ПреТП
Незрелый тимоцит
Незрелый тимоцит
В-клетки
В-клетки
Т-клетки
Т-клетки
Рис. 6. Перестройка рецепторных генов и экспрессия антигенраспознающих рецепторов на поверхности В- (а) и Т-(б) лимфоцитов в процессе их развития.
Рис. 6. Перестройка рецепторных генов и экспрессия антигенраспознающих рецепторов на поверхности В- (а) и Т-(б) лимфоцитов в процессе их развития.
знаменуя начало перестройки генов L-цепей. Начиная со стадии преВП и до полного созревания В-клеток, на поверхности этих клеток присутствуют общие В-клеточные маркеры — CD20 и 72.
Биологическое значение проторецепторов В-клеток, содержащих суррогатную L-цепь, до конца не выяснено. Считается, что проторецепторы воспринимают сигналы от микроокружения, необходимые для осуществления первоначальной пролиферации — «экспансии» В-лимфоцитов, которая важна для формирования обширного антигенраспознающего репертуара; иногда этот процесс называют положительной селекцией (по аналогии с положительной селекцией Т-лимфоцитов, см. ниже). Две волны пролиферации предшественников В-клеток действительно происходят на стадиях проВ и преВП. Эта экспансия приводит к 20-кратному увеличению численности клеток В-ряда. В то же время примерно 55 % этих клеток гибнет вследствие неудачной реаранжировки. На стадии проВ ростовыми факторами юных представителей В-ряда служат фактор стволовых клеток и интерлейкин (ИЛ) 7, на стадии преВП — только ИЛ-7.
На стадии преВП происходит перестройка генов L-цепей, которая завершает процесс генетических преобразований в лимфоцитах В-ряда. При этом в каждой конкретной клетке перестраивается и экспрессирует-
ся один тип L-цепей — только к или только X, причем число к+В-клето почти в 10 раз превышает численность Х+В-клеток. Следствием реаран жировки генов L-цепей является экспрессия последних в составе полно ценного мембранного IgM в сочетании с другими вспомогательным молекулами рецепторного комплекса. Появление на поверхности клетк сформировавшегося BCR знаменует переход клеток В-ряда на стадию не зрелой В-клетки. Завершение генетических преобразований в генах ВС находит отражение в окончательном прекращении экспрессии гено RAG-1 и RAG-2. На этом этапе развития гибнет примерно 85—90 % не зрелых В-лимфоцитов, вероятно, вследствие отрицательной селекции - выбраковки и гибели аутоспецифических клонов (осуществление этог процесса, хорошо изученного в случае Т-лимфоцитов, при развитии Е клеток строго не доказано). В итоге численность созревающих В-клето лишь в 10 раз превышает число проВ-клеток, первоначально вступающи на путь В-лимфопоэза (у мышей за сутки образуется около 1,5 х К проВ-клеток и 15 х 10б зрелых В-лимфоцитов). Динамика численност лимфоцитов В-ряда на разных этапах их развития отражена в табл. 2.
Процесс антигеннезависимого развития В-клеток завершается экс прессией IgD-рецептора, который сосуществует с IgM-рецепторе* IgM+IgD+-icjieTKH обозначают как зрелые В-лимфоциты. Экспресси IgD-рецептора становится возможной благодаря «переключению» С генов, суть которого состоит в том, что прилегающий к V-гену Сц-ген ис ключается из процесса транскрипции и вместо него считываете следующий за ним С5-ген. В последующем уже в процессе иммунного от вета происходят дальнейшее переключение С-генов рецептора и последе вательное появление на поверхности В-лимфоцитов рецепторе! относящихся к различным подклассам IgG, затем — к IgE и IgA. Этс процесс переключения изотипов DCR будет рассмотрен в связи с антг гениндуцированной дифференцировкой В-лимфоцитов (см. раздел 3.5.2
Решающую роль в контроле развития клеток В-ряда играют костнс мозговое микроокружение — клетки стромы и молекулы межклеточног матрикса, с которыми клетки В-ряда контактируют благодаря мембраг ным интегринам, а также вырабатываемые ими близкодействующие гумс ральные факторы. Для развития В-клеток и формирования их клонально структуры важны сигналы, подаваемые цитокинами, которые вырабать ваются клетками стромы костного мозга. Уже упоминалось, что ИЛ-7 сл; жиг основным ростовым и дифференцировочным фактором на стадия проВ (наряду с фактором стволовых клеток) и преВ; возможно, ИЛ-7 ог ределяет дифференцировку клеток в направлении В-лимфоцитов. Выжр ванию и развитию В-лимфоцитов на ранних стадиях способствуют факте стволовых клеток и, по-видимому, ИЛ-3. Наоборот, ИЛ-1 и 4 отменяк ростовое действие ИЛ-7 на преВ-клетки. В то же время ИЛ-1 способствуй экспрессии генов иммуноглобулинов, а ИЛ-4 повышает выживаемое! преВ-клеток (в отсутствие ИЛ-4 они подвергаются программирование гибели — апоптозу). Трансформирующий фактор роста р отменяет ка ростовой, так и дифференцировочный эффекты ИЛ-7. Осуществлени] дифференцировки преВ-клеток способствует интерферон у.
С момента завершения формирования рецепторного комплекса Е 26
клетка приобретает способность взаимодействовать с антигеном. В случае, если происходит перекрестное сшивание рецепторов, их агрегация на поверхности с образованием «шапочки», видимой при флюоресцентном мечении антител, клетка реагирует на действие антигена. Форма реакции зависит от степени зрелости В-клетки. Как уже отмечалось, незрелая В-клетка реагирует на такую стимуляцию развитием апоптоза. Зрелые В-клетки отвечают на связывание и перекрестное сшивание иммуноглобулиновых рецепторов активацией и дифференцировкой в клетки, продуцирующие антитела, как правило, при условии наличия вспомогательных сигналов со стороны Т-хелперов; в отсутствие этих сигналов В- клетка подвергается апоптозу. Эти реакции В-лимфоцитов на связывание BCR подробно рассмотрены в главе 3.
Мембранные маркеры и ростовые факторы В-лимфоцитов. Для определения В-лимфоцитов при экспериментальной работе и клинико-иммунологическом обследовании людей чаще всего используют выявление на их поверхности молекул, свойственных всем зрелым В-лимфоцитам, но не другим типам клеток. Такими маркерными молекулами В-лимфоцитов являются slgM, CD 19 и 20 и другие компоненты рецепторного комплекса (см. рис. 4), а также CD72, которая, как предполагают, является рецептором для IgM и, кроме того, служит лигандом для маркерной молекулы CD5 Т-клеток. Для выявления мембранных маркеров клетки обрабатывают моноклональными антителами (см. раздел 4.1.1); в случае определения мембранного IgM используют также поликлональные антисыворотки. Антитела могут быть помечены флюоресцентным красителем флюорохромом или после инкубации клеток с немечеными мышиными антителами их дополнительно обрабатывают Fab-фрагментами антител к IgG мыши, меченными флюорохромом. После этого определяют процент флюоресцирующих клеток с помощью проточной цитофлюорометрии или флюоресцентной микроскопии (что менее предпочтительно в связи с субъективностью оценки результатов). Использование проточных цитометров позволяет выделить меченые клетки и получить чистую популяцию В-лимфоцитов или любых клеток, которые помечены флюорохромом. Принципы изучения клеток иммунной системы в практике клинической иммунологии рассмотрены в разделе 5.5.1.
Зрелые В-лимфоциты располагают необходимыми мембранными молекулами (табл. 3, рис. 7), чтобы не только распознать антиген, но и эффективно контактировать с другими клетками иммунной системы, в частности с Т-хелперами (CD40, CD80, CD86, уже упоминавшаяся CD72), а также с межклеточным матриксом (интегрины семейства pj— VLA-2 и 4, р2—LFA-1), молекулами иммуноглобулинов (рецептор для Fc- порции IgG — Fcyl, или CD32), компонентами комплемента СЗЬ (CD35) и C3d (CD21, он же — рецептор для вируса Эпштейна — Барр), цитокинами (рецепторы ИЛ-1 и 4, интерферона у). Особое место среди мембранных структур В-лимфоцитов занимают молекулы главного комплекса гистосовместимости (МНС) I и II классов, позволяющие им выполнять функцию антигенпредставляющих клеток.
Субпопуляции В-лимфоцитов. Известны две субпопуляции В-лимфоцитов, отличающиеся экспрессией молекулы CD5. Последняя является
Таблица 3. Маркеры В-лимфоцитов человека
Группа маркеров
Название маркеров
Мол. масса, х1000
Семейство
I. Рецептор
Мембранные 1g классов М,
970, 184, 146,
1g
для антигена
D, G, А или Е
160, 190
CD79-a (Iga), b (IgP)
33, 39
Ig
II. Общие марке-
CD19
95
Ig
ры В-лимфоци-
CD20
33/37
тов неиммуно-
CD22
130-140
Ig
глобулиновой
CD72
43/39
С-лектин
природы
CD40
48/40
NGFR
III. Продукты генов гистосов-
Антигены класса I (HLA-A, В, С)
43/11
Ig (частично)
местимости
Антигены класса II (HLA-DR, DP, DQ)
35/30
Ig (частично)
IV. Маркер субпопуляции
CD5
67
SCR
V. Рецепторы
CD32 (FcyRH)
40
CD23 (FceRII)
CD35 (CR1)
45-50 140
С-лектин
CD21 (CR2)
145
ССР
VI. Адгезивные
GDI 1 а/CD 18 (LFA-1)
180/95
Рз-интегрины
молекулы
CDllb/CD18(Mac-l)
150/95
VLA-2, 3 и 4
160/130
Р1-интегрины
(CD29/CD49)
125/130; 150/130
CD31 (PECAM-1)
140
Ig
CD34
105-120
Муцин
CD58 (LFA-3)
65-70
Ig
CD62L (L-селектин)
70-90
С-лектин
CD80 (B7.1)
60
Ig
CD86 (B7.2)
80
Ig
GDI02 (ICAM-2)
60
Ig
Ферменты
Маркеры активации
CD10 (Zn-металлопротеиназа) CD73 (экто-5’-нуклеотидаза)
CD25, CD30, CD40, CD54, CD69, CD70, CD126, CD130, молекулы МНС II класса
100
69
IX. Рецепторы
CD25/122/132 (для ИЛ-2; а/р/у)
55/70/64
CCP/CKR
для цитокинов
CD119 (для у-интерферона)
130/64
CKR
(экспрессируют-
CD121b (для ИЛ-1, тип II)
Ig
ся на активиро-
CD124/132 (для ИЛ-4)
60/95
CKR
ванных клетках)
CD 125 (для ИЛ-5, <^)
80/130
CKR
CD126/130 (для ИЛ-6)
68/64
CKR
CD127/132 (для ИЛ-7)
ПО
CKR(II)
Примечание. ССР — контрольные белки системы комплемента; CKR — цито- киновые рецепторы; SCR — рецепторы-«мусорщики» (от англ, scavenger); NGFR — семейство рецепторов фактора роста нервов; муцин — муциноподобные молекулы. При обозначении молекулярной массы цифры, разделенные косой линией, соответствуют массам субъединиц молекулы.
CD44 LFA-1
Рис. 7. Основные мембранные маркеры лимфоцитов.
Т — Т-лимфоциты; В — В-лимфо- циты; NK — NК-клетки. Представлены наиболее важные маркеры. В скобках даны дополнительные обозначения (после основных названий). Курсивом отмечены маркеры субпопуляций, а звездочкой — маркеры активации. В распределении обозначений маркеров по окружности отсутствует строгая закономерность, лишь антигенраспознающий рецептор и связанные с ним структуры всегда расположены в верхней части, молекулы адгезии — в левой части, а активационные маркеры — в нижней части окружности. IL-R — рецептор для интерлейкина.
BCR(mlgM)-CD79
CD62L
CD45
CD80 CD86
(В7.1) (В 7.2)
NK1.1
CD19
CD40
CD20
CD21 ( СК 2*)
CD22х
С%>г>Г^С< | )
CD23 (FceRII)
CD32 (FcyRII)
CD72 CDS
IL-4R
МНС С069'
CD71
маркером Т-клеток, взаимодействующим с мембранной молекулой В- лимфоцитов — CD72 (табл. 4). Основная масса В-лимфоцитов («обычные», или В2-клетки) лишена этого антигена. Он присутствует на поверхности минорной фракции В-лимфоцитов — В1-клеток, на долю которых в крови приходится 20 % от числа В-клеток. Такие клетки преобладают в брюшной и других серозных полостях; важным источником СО5+-кле- ток во взрослом организме считается сальник. В костном мозгу эти клетки образуются в основном на ранних этапах рнтогенеза и мигрируют преимущественно в брюшную полость, где сохраняют способность к самоподдержанию.
Принципиальное отличие СВ5+-клеток от обычных В-лимфоцитов состоит в том, что при иммунном ответе в их V-генах не повышается час-
Таблица 4. Характеристика субпопуляций В-димфоцитов
Признаки и свойства
Субпопуляция В1
Субпопуляция В2 («обычные» В-клетки)
Происхождение (у взрослых)
Из сальника, самоподдержива- ются в брюшной полости
Из костного мозга
Локализация
Преобладают в брюшной полости и миндалинах. В крови, селезенке (маргинальная зона), ЛУ - 25-35 %
В крови, селезенке (фолликулы), ЛУ — 65—75 %
Маркеры
CD5+IgM+IgD+CD45+CD23- ИЛ-5Р+*
CD5-IgM+IgD+CD45+
СО23+ИЛ-5Р-
Селекция клонов
Нет
Есть
Класс образуемых антител
IgM, IgA
IgM, затем IgG и другие классы
Аффинитет антител
Низкий, не повышается в процессе ответа
Повышается («созревает») в процессе ответа
Аутоареакгивность
Есть
Нет
Частота мутаций
V-генов
Обычная
Повышенная
* Существует также субфракция В-лимфоцитов с мембранным фенотипом В1-клето1 но без CD5; их обозначают как СО5~-клетки-сестры. Функции их неизвестны.
ИЛ-5Р — рецептор для ИЛ-5; ЛУ — лимфатические узлы.
тота мутаций и вариабельность продуцируемых ими антител ограничива ется репертуаром зародышевых V-генов. Эти клетки не подвергаются се лекции и служат источником естественных полиспецифически IgM-аутоантител, играя важную роль в развитии аутоиммунной патоло гии и лимфопролиферативных процессов. Основные различия двух ос новных субпопуляций В-клеток отражены в табл. 4.
В-лимфоциты в периферическом отделе иммунной системы. Зрелые В лимфоциты покидают костный мозг через синусы и заносятся кровью периферические лимфоидные органы (в наибольших количествах экстрафолликулярные пространства селезенки). В этих органах они и вы полняют свои специфические функции, локализуясь преимущественно । лимфоидных фолликулах разных лимфоидных органов, наружных слоя коры лимфатических узлов, краевой зоне белой пульпы селезенки.
Долгое время считалось, что В-лимфоциты являются короткоживу щими клетками и обмениваются через 3—5 сут. Однако выяснилось, чт< условия, при которых производилась оценка срока жизни В-клеток, спо собствовали укорочению жизни. Более точные оценки показали, что про должительность жизни большинства зрелых В-лимфоцитов в отсутстви антигенной стимуляции составляет несколько месяцев. Основным источ ником обновления популяции В-клеток служит костный мозг. За супа из него эмигрирует (у мышей) 1,5—5 х 107 В-лимфоцитов, что составля
ет, по разным оценкам, 3—25 % от их содержания на периферии. Интенсивность антигеннезависимого размножения В-лимфоцитов на периферии невелика и связана в основном с частичным самоподдержанием субпопуляции СВ5+-клеток.
Т-лимфоциты
Т-клетки образуют вторую группу лимфоцитов, количественно несколько превосходящую популяцию В-лимфоцитов и отличающуюся существенно большей гетерогенностью. К Т-лимфоцитам относят клетки, основной характеристикой которых является способ распознавания антигенов. Они распознают пептидные фрагменты чужеродных белков, встроенные в аутологичные молекулы гистосовместимости. Этот молекулярный комплекс им «презентируют» антигенпредставляющие клетки (АПК). Распознавание осуществляется с помощью клоноспецифического рецептора неиммуноглобулиновой природы, экспрессируемого на поверхности Т- клеток. Таким образом, Т-клетки распознают не «чужое», как В-клетки. а «измененное свое», причем, как иногда говорят, антигенный пептид распознается «в контексте» аутологичной молекулы гистосовместимости. В результате акта распознавания Т-клетки активируются и дифференцируются в эффекторные (киллеры, эффекторы гиперчувствительности замедленного типа) и регуляторные (два типа хелперов — Thl и Th2 и супрессоры) клетки. Особенность развития Т-лимфоцитов, определившая их название, состоит в том, что ключевые этапы созревания и формирования клональной структуры этих клеток осуществляются в тимусе.
Т-клеточный рецептор и связанные с ним структуры. Подобно тому, как BCR является структурой, определяющей функцию В-клеток, главной структурой поверхности Т-лимфоцитов, от которой зависят дифференцировка и выполнение функций этими клетками, также служит рецептор для антигенов — TCR (от англ. Т cell receptor) (рис. 8). Его основной частью, которая ответственна за распознавание антигенного пептида, связанного с молекулой МНС, является гетеродимер. Его состав различен в двух типах TCR: один его вариант содержит полипептидные цепи аир, другой — у и 6. Названные цепи связаны ковалентно (их молекулярная характеристика представлена в разделе 3.1.2). С основным димером нековалентно связан комплекс CD3, в состав которого входят полипептидные цепи у/|Г(не путать с аналогичными цепями TCR!) и е; несколько обособленное место в комплексе занимает димер, состоящий из двух i^-цепей или из С,- и р-цепей. Все указанные полипептидные цепи, особенно <!;-цепь, играют определенную роль в передаче сигнала о связывании рецептора внутрь клетки.
К рецептору TCR имеют отношение еще несколько молекул, которые устанавливают с ним связь при действии антигена и способствуют распознаванию комплекса антигенного пептида с молекулой МНС. Это молекула CD4, обладающая сродством к. молекулам МНС II класса, и CD8, имеющая сродство к молекулам МНС I класса. В зрелых клетках с TCR может связываться лишь одна из этих молекул, которая и присутствует на поверхности зрелых Т-лимфоцитов, принадлежащих к одной из
TCRTCR11Дополнительные молекулыДополнительные молекулыLLРис. 8. Строение антигенраспознающего аР-рецептора CD4+ Т-лимфоцитов. Показаны молекулы, входящие в состав собственно рецептора (TCR-CD3) и к< рецепторные структуры (дополнительные молекулы). В составе TCR обозначен домены а- и р-цепей.Рис. 8. Строение антигенраспознающего аР-рецептора CD4+ Т-лимфоцитов. Показаны молекулы, входящие в состав собственно рецептора (TCR-CD3) и к< рецепторные структуры (дополнительные молекулы). В составе TCR обозначен домены а- и р-цепей.
TCR
TCR
1
1
Дополнительные молекулы
Дополнительные молекулы
L
L
Рис. 8. Строение антигенраспознающего аР-рецептора CD4+ Т-лимфоцитов. Показаны молекулы, входящие в состав собственно рецептора (TCR-CD3) и к< рецепторные структуры (дополнительные молекулы). В составе TCR обозначен домены а- и р-цепей.
Рис. 8. Строение антигенраспознающего аР-рецептора CD4+ Т-лимфоцитов. Показаны молекулы, входящие в состав собственно рецептора (TCR-CD3) и к< рецепторные структуры (дополнительные молекулы). В составе TCR обозначен домены а- и р-цепей.
двух основных субпопуляций — хелперам или киллерам (цитотоксиче< ким Т-лимфоцитам). Часто вторую субпопуляцию называют супрессор но-киллерной, поскольку СО8+-клетки выступают и в роли супрессоре иммунного ответа. Однако, поскольку ту же функцию могут выполнять СО4+-клетки, едва ли такое обозначение СО8+-субпопуляции правоме{ но. В практике экспериментальных и клинико-иммунологических иссл< дований очень широко используется определение молекул CD4 и 8 дл идентификации соответственно Т-хелперной и Т-киллерной субпопул; ций, маркерами которых они служат.
Еще одна дополнительная трансмембранная молекула, влияюща на функционирование TCR, это CD45, цитоплазматический домен кс торой обладает активностью тирозинфосфатазы и также участвует в за пуске активационных сигналов (см. раздел 3.5.1). Эта очень крупна молекула существует в нескольких вариантах (изоформах), отличаю щихся наличием или отсутствием трех внеклеточных доменов — А, В
С. Наибольший по размерам вариант имеет все три домена; он имеет молекулярную массу 220 000 и обозначается CD45RA. Именно эта изоформа свойственна так называемым наивным Т-лимфоцитам, т.е. лимфоцитам, ранее не контактировавшим с антигеном. При дифференцировке Т-клеток происходит последовательное переключение изоформ CD45 вплоть до формирования варианта CD45R0, свойственного клеткам памяти (см. раздел 3.5.2).
Полноценность сигнализации, зависящей от TCR, обусловливается активностью молекулы-корецептора CD28. CD28 присутствует практически на всех CD4+-T-клетках и на 60—70 % СП8+-лимфоцитов. На покоящихся клетках эта молекула не связана с рецепторным комплексом. Однако она оказывается нековалентно связанной с ним в процессе распознавания антигена и активации молекулы CD28.
Генез Т-лимфоцитов. В своем происхождении Т-лимфоциты, как и В-лимфоциты и другие клетки крови, связаны с костным мозгом (у эмбрионов — с желточным мешком и печенью). Однако Т-лимфоциты являются единственным типом клеток крови, для развития которых микроокружение костного мозга не является достаточным. В связи с этим на определенном этапе созревания предшественники Т-лимфоцитов покидают костный мозг и мигрируют в тимус, где и завершают свое развитие. Основные этапы развития Т-лимфоцитов отражены в табл. 5 и на рис. 5.
В костном мозгу формируются (по-видимому, из общего лимфоидного предшественника) ранние предшественники Т-лимфоцитов. Они лишь частично детерминированы к развитию в направлении Т-лимфоцитов, сохраняя способность при соответствующих условиях развиваться в направлении В-лимфоцитов, миелоидных клеток и естественных киллеров. Раньше других Т-клеточных маркеров на поверхности развивающихся клеток Т-ряда человека экспрессируется (уже на стадии проТ) CD7 (см. табл. 5). Однако этот маркер не может служить абсолютным показателем того, что клетка детерминирована к развитию только в направлении Т-лимфоцитов. Эти клетки несут также мембранный маркер CD38, свойственный многим кроветворным клеткам на промежуточных этапах развития.
У мышей ранними маркерами клеток Т-ряда служат антигены, выявляемые также в головном мозгу, Sca-1 и 2, которые содержатся и на более ранних кроветворных предшественниках. Экспрессия другого антигена, общего для Т-клеток и головного мозга, Thy-1, также характерна для кроветворных клеток и ранних представителей Т-ряда. Однако в отличие от названных выше маркеров Thy-1 экспрессируется у мышей и на зрелых Т-клетках, причем сильнее, чем на предшественниках Т-лимфоцитов, и нередко определение этого антигена используют для идентификации Т- лимфоцитов. Еще одним маркером клеток, способных дифференцироваться в сторону Т-лимфоцитов, является CD4. Эта молекула известна как маркер зрелых Т-хелперов. На клетках-предшественниках она появляется на короткий промежуток времени и в малом количестве (CD410).
О пролиферативной активности костномозговых клеток — предшественников Т-лимфоцитов известно мало. Их размножение поддерживают
Таблица 5. Стадии созревания Т-лимфоцитов человека
Стадия (локализация)
Рецептор для антигена
Мембранные маркеры
Ростовые факторы
ПроТ (костный мозг)
Продукты V8- и VpS-генов в зародышевой конфигурации
CD34
ФСК, ИЛ-7
ПреТ:
а) костного мозга б) субкапсулярной зоны тимуса
(стадии 1, 2, 3)
а) Отсутствует
61) Отсутствует
62)VanpeT/p-CD3
63) То же
Общие — CD7 и 38
а) CD41Q
CD2, 5, 44
CD2, ЗЮ, 51 25
CD2, ЗЮ, 5, HSA
а) ИЛ-7, 3, 2 б) ИЛ-2, 4, 7, 1, кофакторы ФНОа, ИЛ-6
Незрелые (кортикальные) тимоциты
TCRap-CD310/int
CD1 а, Ь, с, 2, 4, 8, 38, CD3310/'nt, 52, 95
?
Зрелые аР+-Т-клетки: а) медуллярные тимоциты б) периферические аР+-Т-клетки
хелперы киллеры
TCRaP-CD3hi
Общие — CD2, Зы, 5, 7, 27, 28, 45
CD38, 48, 52, 69, 121а, 127
CD6, 11с, 31, 35, 43, 45RB, 57, 60, 73, 76, 94, 98, 101, 102, 103, 122, 124, 128
CD4
CD8
Общие — ИЛ-2, 7, 13, 15, кофакт ры ИЛ-1, ФНОа
ИЛ-9
Зрелые у8+-Т-клетки
TCRY8-CD3
CD2, 5, 3, 8, 43, 45
ИЛ-2
Примечание. Надстрочный значок «hi» означает высокую экспрессию марк (от англ, high), «1о» — низкую (от англ, low), int — промежуточную (от англ, intermediate
фактор стволовых клеток и ИЛ-7, рецепторы которых присутствуют поверхности этих клеток. Пролиферация указанных клеток может бы вызвана ИЛ-3, 2, 9, 1 и 6 (в различных сочетаниях друг с другом). Кр< ковременную пролиферацию (вероятно, одно деление) костномозгов: предшественников Т-лимфоцитов вызывают пептиды тимусного прог хождения, в том числе гормоны.
У тимэктомированных и генетически бестимусных животных (г пример, «голых» мышей с мутацией nude) развитие клеток Т-ряда в кос ном мозгу приостанавливается на стадии рассмотренных выше клетс предшественников. Их главное предназначение — превращение в Т-ли фоциты — может быть реализовано лишь при условии их миграции тимус (пока это не произошло, клетки способны выполнять некотор] функции, например регулировать процесс гемопоэза). Это связано с те что только в условиях микроокружения тимуса может сформировать рецептор для распознавания антигена — TCR а^-типа. В костном мог не происходит перестройки генов а- и p-цепей Т-клеточного рецепторг
лишь в очень ограниченной степени реализуется перестройка у- и 8- цепей TCR. Таким образом, для того чтобы реализовалось решающее событие в развитии большинства Т-лимфоцитов — формирование антигенраспознающего рецептора, клетки-предшественники должны мигрировать из костного мозга в тимус.
Миграция предшественников Т-лимфоцитов из костного мозга в тимус обусловлена целым рядом свойств этих клеток, что позволяет им покинуть костный мозг, целенаправленно задержаться в сосудистой системе тимуса и преодолеть гематотимииргкий йлры>р (см. раздел 1.2.2). Это достигается благодаря достаточно высокой подвижности клеток, наличию поверхностных структур — рецепторов хоминга (например, CD44), которые позволяют претимоцитам распознавать молекулы клеток, образующих гематотимический барьер, а также благодаря инвазивности. обеспечивающей преодоление преград в виде базальных мембран.
Из клеток-предшественников Т-ряда, покинувших костный мозг, в тимус проникает не более 5 %. Под влиянием микроокружения тимуса они включаются в дальнейшее развитие. Судьба проТ-клеток, «затерявшихся» после выхода из тимуса, неизвестна; есть данные, что, попадая в селезенку, часть из них дифференцируется в NK-клетки.
Формула мембранного фенотипа клеток-предшественников, мигрирующих в тимус, такова: CD2-3_4lo5-7+8“25“16+44+45+. Кроме того, они несут на своей поверхности интегрин VLA-4 (у мышей также VLA-6), рецептор для фактора стволовых клеток (CD117), a-цепь рецептора ИЛ-7, а также у-цепь, общую для рецепторов ИЛ-7 и 2 и ряда других интерлейкинов. Попав в субкапсулярную зону тимуса (см. раздел 1.2.2), эти клетки быстро теряют CD4, на короткий срок экспрессируют 0-цепь рецептора ИЛ-2, которая вскоре сменяется его a-цепью (CD25). Тогда же на поверхности клеток появляется молекула CD2. В этот начальный период пребывания в тимусе клетки сохраняют способность дифференцироваться в направлении не только Т-лимфоцитов, но и В-, NK-клеток, дендритных клеток. Для удобства выдедшог4 стадии развития предщсстденникоВ-Т- ™мфоци;год^лЦМУсс др^ ногокэмплекеа TCR - CDS: аЯ4+СО25", CD44+CD25+, CD44"CD2 5+ и CB44_CD25_. Следует обратить внимание, что лишь наиболее юные из внутритимусных предшественников Т-лимфоцитов несут мембранный антиген CD44, который послужил им проводником в тимус. Эта уже выполнившая свою роль молекула исчезает в условиях микроокружения тимуса до времени, когда зрелым тимоцитам предстоит покинуть этот орган и вновь возникнет потребность в «рецепторе хоминга».
Экспрессия CD25 знаменует собой «сужение» дифференцировочных потенций клеток-предшественников (они способны дифференцироваться, кроме Т-лимфоцитов, и в дендритные клетки, но эта способность утрачивается на следующем этапе развития с потерей мембранной молекулы CD44) (рис. 9). На этом этапе включаются процессы, в конечном итоге приводящие к формированию рецептора TCR. По аналогии с дифференцировкой В-лимфоцитов стадия, на которой начинается реаранжировка рецепторных генов, обозначается как проТ (CD44+CD25+), стадия реализации реаранжировки первой группы генов (Vp) — как npeTI(CD44“
Рис. 9. Дифференцировочные потенции предшественников Т-лимфоцитов.
Сплошными линиями обозначены основные пути дифференцировки клеток; прерывистые линии отражают потенциальную способность предшественников Т-лимфоцитов на разных стадиях развития дифференцироваться в клетки других рядов при воздействии соответствующих факторов микроокружения. ЛП — общий лимфоидный предшественник; МП — общий миелоидный предшественник; ПВ — предшественник В-лимфоцитов; ПТ — претимоциты (клетки, способные мигрировать в тимус); МоП — моноцитарно-макрофагальные предшественники; ГП — гранулоцитарные предшественники; Мон — моноцит; ДК — дендритная клетка; Мф — макрофаг. При обозначении предшественников Т-клеток и зрелых лимфоцитов опущено слове «клетка».
CD25+), стадия завершения реаранжировки — как npeTII(CD44“CD25~) (см. рис. 6, табл. 5).
Во взрослом тимусе дифференцируются в основном Т-клетки, несущие рецептор TCR ар-типа. Значительное число у8-клеток созревает в тимусе в эмбриональном периоде, тогда как у взрослых особей интенсивность развития этих клеток в тимусе резко снижается, что отражается в низком содержании у8+-клеток в тимусе (около 1 %). Для внутритимус- ных предшественников Т-лимфоцитов характерно отсутствие антигенов CD4 и 8, что послужило основанием для их обозначения как двойных отрицательных клеток (оно используется для их дифференцирования от других тимоцитов). Значительная (наиболее молодая) часть этих клеток лишена также рецепторного комплекса TCR — CD3, т.е. эти клетки являются «тройными отрицательными клетками». На долю CD4“CD8_- клеток приходится 3—5 % от общего числа тимоцитов, причем примерно 50 % их несут на поверхности CD25.
Формирование рецептора Т-клеток для антигена. Как и при развитии В-клеток, самое раннее событие в процессе перестройки генов TCR заключается в экспрессии генов рекомбиназ — RAG-1 и RAG-2, а также гена терминальной дезоксирибонуклеотидилтрансферазы (TdT), катализирующей нематричный синтез олигонуклеотидных вставок в участках рекомбинации генов. Вскоре, на стадии npeTI, усиливается (под влиянием ИЛ-7) экспрессия в митохондриях клеток протоонкогена Вс1-2, предохраняющего их от развития апоптоза, к которому предрасполагает формирование разрывов ДНК в процессе реаранжировки (см. табл. 6).
На стадии проТ гены а- и p-цепей еще не перестроены, лишь в не-
которых клетках определяется реаранжировка типа DJ гена Vp. На стадии npeTI осуществляется VDJ-перестройка этого гена, а также генов Vy и V8 (как уже говорилось, их реаранжировка может включаться еще до попадания клеток в тимус, однако в основном она осуществляется на стадии npeTI). Факторы, обусловливающие включение процесса реаранжировки генов TCR, не установлены. Известно лишь, что ИЛ-7 выступает при этом в роли кофактора (в случае включения реаранжировки гена Vy он, по-видимому, служит основным фактором). Успешное завершение перестройки гена Vp и других генов сопровождается прекращением экспрессии генов RAG-1 и RAG-2, что обеспечивает блокаду реаранжировки второй p-цепи (это служит основой аллельного исключения, т.е. экспрессии в каждой Т-клетке продуктов только одного р-гена).
Экспрессия продуктов перестроенных генов происходит на следующей стадии — npeTI I, когда клетка утрачивает мембранную молекулу CD25 и приобретает мембранный фенотип CD44“25_. Известно, что антигенраспознающие рецепторы как В-, так и Т-клеток появляются на поверхности клетки только при условии синтеза всех компонентов рецептора. Однако на преТ-клетках удается обнаружить p-цепь еще до того, как произойдет реаранжировка гена a-цепи. Происходит это потому, что на этих клетках экспрессируется проторецептор, аналогичный примитивному рецептору В-клеток, содержащему суррогатную L-цепь. Образующаяся p-цепь соединяется с так называемой a-цепью проторецептора (preTCR-a). Проторецептор — димер p/preTCR-a — содержит также комплекс CD3. Экспрессия перестроенного гена p-цепи существенна для дальнейшего развития Т-клеток, поскольку направленная инактивация этого гена приводит к задержке клеток на стадии CD44~CD25+, и лишь трансфекция интактного p-гена восстанавливает способность клеток к дальнейшему развитию. Мутация гена p-цепи не влияет на развитие у5+- Т-клеток.
Функции проторецепторов преТ- и преВ-клеток аналогичны друг другу. Вследствие контакта с неизвестным лигандом, локализующимся на поверхности эпителиальных клеток, в преТ-клетку подается сигнал (при участии цепей CD3), который вызывает их пролиферацию, обозначаемую как р-селекция. Как и в случае с В-лимфоцитами, эта волна пролиферации обеспечивает поддержку клеток, в которых успешно осуществился первый этап реаранжировки генов TCR. Она важна и для достижения достаточной численности предшественников Т-лимфоцитов, позволяющей сформировать разнообразный рецепторный репертуар. Помимо пролиферации, указанное взаимодействие проторецептора с эндогенным лигандом приводит к экспрессии небольшого количества молекул CD4 и 8 на поверхности преТП-клеток.
На стадии CD44_CD25_ преТП-клеток окончательно «решается» выбор в пользу формирования рецепторов ар- или у5-типа. До этого момента перестройка V-генов Р-, у- и 5-цепей могла совершаться параллельно в каждой клетке. Хотя механизмы выбора до конца не выяснены, установлено, что решающая роль в этом принадлежит регуляторному участку Vy-гена, в частности последовательностям, ответственным за блокаду его экспрессии (сайленсерам). По-видимому, в тимусе существу-
ют условия, благоприятствующие формированию TCR ар-типа,, для че! нужна реаранжировка Va-гена.
Как и в случае перестройки Vp-гена, реаранжировке Va-гена пре; шествует повторная активация генов RAG-1 и RAG-2, которая открывав стадию преТП. Успешное ее завершение и экспрессия a-цепи приводят формированию зрелого рецептора aP-типа и его появлению на повер: ности клетки. Мутации зрелого гена a-цепи предотвращают экспресси TCR-aP, но не влияют на формирование TCR-y5. Экспрессия TCR-c определяется также активностью генов 8- и ^-цепей. Перестройка Vc гена окончательно блокирует экспрессию V5-reHa в случае, если после; ний уже был перестроен. Этому способствует то, что 5-гены встроены генетический регион, занимаемый семейством генов a-цепи (см. разд< 3.1.3). И в данном случае очевидна аналогия описанной последовател] ности с порядком перестройки генов иммуноглобулинов, при которс вначале реаранжировке подвергается V-ген ц-цепи, последняя экспре< сируется на поверхности клетки в составе проторецептора, и лишь зате перестраивается ген легкой цепи.
Одновременно с формированием полноценного рецептора аР на п< верхности тимоцитов усиливается экспрессия молекул CD4 и 8 и пода] ляется экспрессия генов RAG-1, RAG-2, npeTCRa, а также протоонке гена Вс1-2. В результате свойства клеток существенно меняются, в час ности они становятся чрезвычайно уязвимы к индукции программире ванной гибели. Клетки этой стадии обозначают как незрелые, ил двойные положительные (CD4+CD8+) тимоциты (см. ниже).
В процессе формирования зрелых генных комплексов TCR использ ется только один из многочисленных V-генов. В результате этого, а такх вследствие индивидуальной комбинации пары цепей, образующих ТО на каждой клетке формируются практически неповторимые по спещ фичности рецепторы. Потомки Т-клеток, несущих эти уникальные pi цепторы, образуют моноспецифичные клоны. Если каждый клс распознает только один антигенный эпитоп, то в сумме все клетки сп< собны обеспечить распознавание практически всех мыслимых пептиднь структур и их комбинаций с продуктами генов МНС (об особенностз распознавания антигенов Т-клетками см. раздел 3.3.2). Среди них есть клетки, распознающие комплексы пептид — молекула МНС, свойстве! ные данному организму. Этот набор специфичностей рецепторов тим< цитов обозначают как первичный клональный репертуар Т-клеток.
Помимо основных рецепторных молекул, в осуществлении описа! ных выше событий большую роль играют адгезивные взаимодействия ti моцитов с клетками эпителия, а на стадиях СО44+-клеток — также фибробластами и клетками эндотелия. В их реализации участвуют адп зивные молекулы тимоцитов CD2, LFA-1 и VLA-4, взаимодействующ! с молекулами клеток стромы тимуса — соответственно CD58, ICAM-1 VCAM-1, а также с белками межклеточного матрикса, особенно с фибре нектином. В обеспечении пролиферации преТ-клеток (в частности, р-а лекции) важная роль принадлежит цитокинам — уже упоминавшемус ИЛ-7 и в меньшей степени ИЛ-2, 1 и 6, ГМ-КСФ и ФНОа, которые различных сочетаниях вызывают пролиферацию этих клеток. Однако пр
Таблица 6. Экспрессия в тимоцитах факторов, способствующих и препятствующих развитию апоптоза
Популяция
Процент Ра$+-клеток
Процент клеток, содержащих Вс1-2
CD4-CD8"
10-15
25-40
CD4+CD8+
80-95
5-10
CD4+CD8"
48-65
100
CD4-CD8+
40-68
100
инактивации гена цитокинов процесс внутритимусного развития Т-кле- ток почти не изменяется. Лишь выключение гена ИЛ-7 приводит к блокаде этого процесса и опустошению тимуса, а инактивация гена фактора стволовых клеток — к двукратному снижению численности тимоцитов. ПреТ-клетки сами выделяют аутокринные цитокины, способные обеспечить пролиферацию этих клеток и восстановление их при действии повреждающих факторов.
Итак, основным результатом событий, происходящих на стадии СО4~СО8~-тимоцитов на уровне генов и клеточной мембраны, является формирование на поверхности каждой клетки антигенраспознающего рецептора TCR с индивидуальной специфичностью, а на уровне популяции тимоцитов — первичного антигенраспознающего репертуара.
Кортикальные тимоциты и селекция их клонов. Незрелые кортикальные тимоциты образуют самую многочисленную фракцию клеток тимуса (80—85 % от общего числа тимоцитов). Они локализуются преимущественно в глубоких слоях коры тимуса. Важной особенностью этих клеток является одновременная экспрессия двух корецепторов — CD4 и 8 и довольно низкий уровень мембранной экспрессии рецепторного комплекса TCR-CD3 (CD310). Молекула CD8 на поверхности тимоцитов представлена гетеродимером оф, тогда как на тех Т-клетках слизистых оболочек, которые развиваются вне тимуса (см. раздел 1.2.3), CD8 присутствует в форме гомодимера аа. У незрелых кортикальных тимоцитов есть и ста- диоспецифический антиген — CD1, существующий в трех разновидностях (а, Ь, с). Для этих клеток характерны блокада экспрессии гена а-цепи рецептора для ИЛ-2 (CD25) и отсутствие высокоаффинного рецептора ИЛ-2 даже в условиях активации клеток. Тем не менее около 20 % клеток этого типа находятся в клеточном цикле; природа ростового фактора для них не установлена.
На поверхности СВ4+СВ8+-тимоцитов присутствует молекула Fas (CD95), служащая проводником в клетку сигналов к апоптозу — активной форме гибели клеток (см. раздел 3.5.3). В сочетании с низкой экспрессией Вс1-2 (табл. 6) это делает незрелые кортикальные тимоциты очень чувствительными к действию индукторов апоптоза, так что на многие стимулирующие влияния они реагируют не активацией и пролиферацией, а развитием апоптоза. Этим же обусловлена их высокая чувствительность к кортикостероидам и ионизирующим излучениям.
цГМФГТФГМФ| Гуанин(д)Гуанозин <|| ПНФ |ГМФIГДФГТФцГМФГТФГМФ| Гуанин(д)Гуанозин <|| ПНФ |ГМФIГДФГТФde novode novoцАМФIАТФцАМФIАТФИМФ Амф|*-^ Инозин| ^^АденинГипоксантин >\| АДА ^^Аденозин||ПНф]tКсантиндАМФИМФ Амф|*-^ Инозин| ^^АденинГипоксантин >\| АДА ^^Аденозин||ПНф]tКсантиндАМФIМочевая кислотаIМочевая кислотаIдАДФtДАТФIдАДФtДАТФ
цГМФ
ГТФ
ГМФ
| Гуанин
(д)Гуанозин <
|| ПНФ |
ГМФ
I
ГДФ
ГТФ
цГМФ
ГТФ
ГМФ
| Гуанин
(д)Гуанозин <
|| ПНФ |
ГМФ
I
ГДФ
ГТФ
de novo
de novo
цАМФ
IАТФ
цАМФ
IАТФ
ИМФ Амф
|*-^ Инозин| ^^Аденин
Гипоксантин >\| АДА ^^Аденозин
||ПНф]t
КсантиндАМФ
ИМФ Амф
|*-^ Инозин| ^^Аденин
Гипоксантин >\| АДА ^^Аденозин
||ПНф]t
КсантиндАМФ
I
Мочевая кислота
I
Мочевая кислота
IдАДФtДАТФ
IдАДФtДАТФ
Рис. 10. Превращение пуриновых нуклеотидов.
Показаны этапы превращений, катализируемые аденозиндезаминазой (АДА) пуриннуклеотидфосфорилазой (ПНФ).
Для развития и выживания кортикальных тимоцитов важны особег ности экспрессии в них ферментов, имеющих отношение к метабол из^ нуклеиновых кислот, экто-5'-нуклеотидазы, аденозиндезаминазы и щ риннуклеотидфосфорилазы (рис. 10). Они катализируют последовател] ные фазы превращения пуриновых нуклеотидов, содержание которых е внутренней среде тимуса велико в связи с массовой гибелью клеток. Hi копление некоторых метаболитов пуринового обмена токсично для кл< ток. В кортикальных тимоцитах выше, чем в периферических Т-клетка активность экто-5'-нуклеотидазы и аденозиндезаминазы и ниже — актап ность пуриннуклеотидфосфорилазы. Вследствие этого в кортикальных та моцитах накапливаются дезоксигуанозин, гуанозин, соответствующе нуклеотиды, ди- и трифосфаты, среди которых наиболее токсичны ГТФ дезоксиГТФ. Это служит одной из причин массовой гибели кортикальнь тимоцитов. Фактором, защищающим их от токсического действия эта метаболитов, может служить контакт с макрофагами стромы тимуса, бон тыми пуриннуклеотидфосфорилазой, которая может передаваться в тимс цит через цитоплазматические мостики. Наследственный дефицит аденс зиндезаминазы и пуриннуклеотидфосфорилазы служит основой двух ра: новидностей Т-клеточного иммунодефицита (см. раздел 5.1.1).
Выше отмечалось, что первичный клональный репертуар теоретиче< ки перекрывает все мыслимые антигенные специфичности, включая aj тологичные. Для того чтобы он соответствовал своему назначению - распознавать чужеродные для данного конкретного организма, но не aj тологичные белки (точнее, их пептидные фрагменты в комплексе с пре дуктами аутологичных генов МНС), клоны тимоцитов должны подвер] нугься процедуре отбора, осуществляемого в несколько этапов на стади незрелых тимоцитов. Сказанное выше относится к Т-клеткам, несущи TCR ар-типа, поскольку селекция их клонов осуществляется в тимус Что касается у8+-Т-клеток, в том числе происходящих из тимуса, т практически неизвестно, где и каким образом происходит их селекция.
"Свой" пептид, "Чужой" пептид, "своя" молекула "своя" молекуле МНС МНС"Свой" пептид, "Чужой" пептид, "своя" молекула "своя" молекуле МНС МНССтруктуры, не связанные с МНССтруктуры, не связанные с МНС"Чужой" пептид, "чужая" молекула МНС"Чужой" пептид, "чужая" молекула МНСАпоптозАпоптозАпоптозАпоптоз"Свой" пептид, "чужая" молекула МНС"Свой" пептид, "чужая" молекула МНСРаспознаваемые структурыРаспознаваемые структурыПоддержка ПоддержкаПоддержка ПоддержкаАпоптоз ВыживаниеАпоптоз ВыживаниеПоложительная селекцияОтрицательная селекцияПоложительная селекцияОтрицательная селекция
"Свой" пептид, "Чужой" пептид, "своя" молекула "своя" молекуле МНС МНС
"Свой" пептид, "Чужой" пептид, "своя" молекула "своя" молекуле МНС МНС
Структуры, не связанные с МНС
Структуры, не связанные с МНС
"Чужой" пептид, "чужая" молекула МНС
"Чужой" пептид, "чужая" молекула МНС
Апоптоз
Апоптоз
Апоптоз
Апоптоз
"Свой" пептид, "чужая" молекула МНС
"Свой" пептид, "чужая" молекула МНС
Распознаваемые структуры
Распознаваемые структуры
Поддержка Поддержка
Поддержка Поддержка
Апоптоз Выживание
Апоптоз Выживание
Положительная селекция
Отрицательная селекция
Положительная селекция
Отрицательная селекция
Дальнейшееразвитие
Рис. 11. Судьба клонов тимоцитов в зависимости от специфичности их рецепторов (TCR).
Заштрихованы символические изображения распознаваемых молекул МНС и пептидов, отличающихся от аутологичных («своих»); изображения «своих» молекул не заштрихованы.
Наиболее широко приняты следующие представления о селекции Т- клеток (рис. 11; см. также введение). Более ранняя по времени положительная селекция осуществляется в глубоких слоях коры тимуса. Ее основой служит взаимодействие тимоцитов с эпителиальными клетками, несущими на поверхности молекулы МНС II класса. На этом этапе поддерживаются те клоны тимоцитов, рецепторы которых обладают той или иной степенью сродства к продуктам аутологичных генов МНС в сочетании с любыми антигенными пептидами, т.е. на этом этапе поддерживаются клоны, способные распознать как полностью аутологичные комбинации молекул МНС и пептидов, так и аутологичные молекулы МНС, модифицированные чужеродными пептидами. Все остальные «конструкции» не имеют отношения к функциям Т-клеток, которые состоят в поддержании нативности, сохранности клеток организма, и клетки, распознающие «посторонние» антигенные детерминанты, игнорируются отбором.
Основой положительной селекции является контактное взаимодействие клеток вследствие комплементарности рецептора тимоцита и молекулы МНС эпителиальной клетки (рис. 12). В этом взаимодействии участвуют уже упоминавшиеся пары адгезивных молекул, стабилизирующие взаимодействие. Его результаты до конца не выяснены: или аутоспецифические клетки стимулируются к пролиферации, или они лишь избегают гибели (спонтанной, индуцируемой эндогенными гормонами коры надпочечников, метаболитами гуанидина или иными агентами). Не исключено, что срабатывают оба механизма. В пользу участия активации и пролиферации свидетельствует экспрессия на клетках, поддержанных положительным отбором, раннего маркера активации — молекулы CD69. Уже упоминалось о чувствительности незрелых тимоцитов к действию кортикоидов и пуриновых метаболитов, которые включают программу
1. Положительная селекция1. Положительная селекцияКлон не распознает "свои" молекулы МНС; не поддержан селекцие» подвергается апоптозуКлон не распознает "свои" молекулы МНС; не поддержан селекцие» подвергается апоптозу2. Отрицательная селекция2. Отрицательная селекцияКлон распознаетКлон распознаеткомплекс МНС - пептид;комплекс МНС - пептид;аутологичный комплекс МНС - пептид; подвергается апоптозуаутологичный комплекс МНС - пептид; подвергается апоптозуРис. 12. Межклеточные взаимодействия при селекции тимоцитов.Показана судьба клонов тимоцитов в зависимости от способности или неспосо( ности распознавать комплекс аутологичной молекулы МНС с аутологичным пет тидом на поверхности эпителиальных и дендритных клеток стромы тимуса. Кор TH — кортикальный тимоцит; ЭК — эпителиальная клетка; ДК — дендритнг клетка.Рис. 12. Межклеточные взаимодействия при селекции тимоцитов.Показана судьба клонов тимоцитов в зависимости от способности или неспосо( ности распознавать комплекс аутологичной молекулы МНС с аутологичным пет тидом на поверхности эпителиальных и дендритных клеток стромы тимуса. Кор TH — кортикальный тимоцит; ЭК — эпителиальная клетка; ДК — дендритнг клетка.
1. Положительная селекция
1. Положительная селекция
Клон не распознает "свои" молекулы МНС; не поддержан селекцие» подвергается апоптозу
Клон не распознает "свои" молекулы МНС; не поддержан селекцие» подвергается апоптозу
2. Отрицательная селекция
2. Отрицательная селекция
Клон распознает
Клон распознает
комплекс МНС - пептид;
комплекс МНС - пептид;
аутологичный комплекс МНС - пептид; подвергается апоптозу
аутологичный комплекс МНС - пептид; подвергается апоптозу
Рис. 12. Межклеточные взаимодействия при селекции тимоцитов.
Показана судьба клонов тимоцитов в зависимости от способности или неспосо( ности распознавать комплекс аутологичной молекулы МНС с аутологичным пет тидом на поверхности эпителиальных и дендритных клеток стромы тимуса. Кор TH — кортикальный тимоцит; ЭК — эпителиальная клетка; ДК — дендритнг клетка.
Рис. 12. Межклеточные взаимодействия при селекции тимоцитов.
Показана судьба клонов тимоцитов в зависимости от способности или неспосо( ности распознавать комплекс аутологичной молекулы МНС с аутологичным пет тидом на поверхности эпителиальных и дендритных клеток стромы тимуса. Кор TH — кортикальный тимоцит; ЭК — эпителиальная клетка; ДК — дендритнг клетка.
гибели по механизму апоптоза. Защита части клеток от действия корта коидов может осуществляться при одновременной подаче сигнала чер< рецептор CD3—TCR (когда тимоцит распознает «свою» молекулу МНС или путем индукции вследствие этого же распознавания перехода клето на кортизонустойчивую стадию развития. О возможных путях защиты та моцитов от токсического действия продуктов метаболизма пуриновы
Таблица 7. Судьба клонов тимоцитов, экспрессирующих рецепторы различной специфичности
Специфичность клонов тимоцитов
Судьба клонов
Этап селекции
К молекулам, не связанным с продуктами МНС
Элиминируются
Положительная
К чужому пептиду/чужому МНС
К своему пептиду/чужому МНС
*
К чужому пептиду/своему МНС
Сохраняются, пролиферируют
Отрицательная
К своему пептиду/своему МНС
Элиминируются
нуклеотидов речь шла выше. Пролиферация выживших клеток осуществляется при условии снятия блокады с a-гена рецептора ИЛ-2 (что является результатом дифференцировки клеток, поддержанных отбором), и при этом ИЛ-2 является основным ростовым фактором.
После осуществления фазы положительного отбора на поверхности клеток выживших клонов усиливается экспрессия CD3—TCR и вспомогательных молекул CD4 и 8. Клетки, претерпевшие такие изменения, становятся субстратом для отрицательной селекции. Она осуществляется в мозговом слое и кортико-медуллярной зоне тимуса в процессе взаимо-
Таблица 8. Характеристика основных субпопуляций зрелых Т-лимфоцитов
Тип рецептора
Экспрессия CD4 и 8
Распознавание АГ в составе МНС
Локализация, содержание
Функции
ар
CD4+CD8"
II класса
Т 8-10 %; ЛУ 30-40 %;
С 20—25 %; кровь 35—50 %; кожа; слизистые оболочки, групповые лимфатические фолликулы
Хелперы, супрессоры
аР
CD4-CD8+
I класса ■
Т4-5 %; ЛУ 15-20 %; С 10—15 %; кровь 20—25 %; кожа; слизистые оболочки
Киллеры, ограниченные по МНС, супрессоры
аР
CD4-CD8-
?
Печень; брюшная полость; костный мозг
?
аР
CD4+CD8+
?
Т 80—85 %; кровь < 1 %
9
у5
CD4-CD8*
—
Т 1 %; С, ЛУ и кровь 3— 4 %; слизистые оболочки, кожа
Киллеры, не ограниченные по МНС
Примечание. Т — тимус; С — селезенка; ЛУ — лимфатические узлы; АГ — антиген.
действия с дендритными клетками, богатыми продуктами МНС I и I классов. Достаточно высокая экспрессия молекул МНС на дендритны клетках и рецептора на тимоцитах может стать источником сильного сиг нала в случае распознавания аутологичного антигенного комплекса (ау тологичного пептида на «своей» молекуле МНС). Такой сигнал вызывающий активацию зрелых Т-клеток, индуцирует гибель незрелы тимоцитов по механизму апоптоза. Эта активационная форма апоптоз лишь в деталях отличается от апоптоза, вызванного кортизолом (имеютс. некоторые отличия в чувствительности к ингибиторам, особенно к цик лоспорину А, который подавляет только апоптоз, вызванный связывани ем рецептора). Такая форма реакции тимоцитов (апоптоз вместо актива ции) обусловлена уже упоминавшейся предрасположенностью корти кальных тимоцитов к апоптозу вследствие высокой экспрессии рецепте pa Fas и слабой — рецептора Вс1-2.
В конечном счете внутри тимуса гибнет более 90 % развивающихс клеток Т-ряда. В результате двух фаз отбора элиминируются те клоны ти моцитов, которые несут рецепторы, специфичные к антигенам, не имею щим никакого отношения к аутологичным МНС, а также к комплекса! аутологичных антигенных пептидов с аутологичными МНС. И лиш клоны Т-клеток, несущих рецепторы к комплексам чужеродных антиген ных пептидов с аутологичными МНС, поддерживаются отбором (табл. ' см. рис. 11). Специфичностью этих клеток и определяется вторичны: клональный репертуар популяции Т-лимфоцитов.
Формирование субпопуляций Т-клеток. На стадии селекции тимоци тов формируется другой тип гетерогенности Т-клеток — субпопуляцион ный (табл. 8). В основе разделения Т-лимфоцитов на субпопуляции ле жиг характер распознавания антигенных пептидов. Т-клетки, распознаю щие комплекс антигенного пептида с продуктами генов МНС I класса, функциональном отношении являются предшественниками цитотокси ческих Т-лимфоцитов, а Т-клетки, распознающие комплекс антигенног пептида с продуктами генов МНС II класса, — хелперов. Указанны типы распознавания определяются вспомогательными молекулами CD и 8, связанными с комплексом TCR — CD3 и обладающими сродством молекулам соответственно МНС II и I класса. Для Т-киллеров такой мо лекулой является CD8, участвующая в распознавании пептида на молеку ле МНС I класса, для Т-хелперов — CD4, определяющая распознавание зависимое от молекул II класса.
Уже отмечалось, что на кортикальных тимоцитах обе молекулы сосу ществуют одновременно. В процессе созревания утрачивается одна и вспомогательных молекул. Пока неясно, каким образом это происходит однако предполагается следующая схема событий (рис. 13). Допускается что тип вспомогательной молекулы, сохраняемой на поверхности Т-клет ки, зависит от случайности — от того, с какой молекулой МНС (I ил: II класса) раньше проконтактирует соответствующая мембранная молеку ла тимоцита (CD8 или 4). В результате комплементарный тип вспомога тельной молекулы (I класс — CD8, II класс — CD4) сохранится, экспрессия молекулы альтернативного типа будет блокирована. Затем воз никший вариант закрепляется или отвергается путем «сверки» экспресси
Рис. 13. Условия дифференцировки Т-лимфоцитов на субпопуляции.I — спонтанное прекращение экспрессии одного из корецепторов; II — «примерка» корецептора при распознавании комплекса молекулы МНС с пептидом (контакт клеток означает соответствие корецепторов специфичности TCR, отсутствие контакта означает их несоответствие); III — судьба клеток при соответствии и несоответствии корецепторов специфичности TCR. CD4 и TCR, специфичный к пептидам в составе молекулы МНС II класса, зачернены, CD8 и TCR, специфичный к пептидам в составе молекул МНС I класса, — белые. Клетки, подвергающиеся апоптозу, перечеркнуты.Рис. 13. Условия дифференцировки Т-лимфоцитов на субпопуляции.I — спонтанное прекращение экспрессии одного из корецепторов; II — «примерка» корецептора при распознавании комплекса молекулы МНС с пептидом (контакт клеток означает соответствие корецепторов специфичности TCR, отсутствие контакта означает их несоответствие); III — судьба клеток при соответствии и несоответствии корецепторов специфичности TCR. CD4 и TCR, специфичный к пептидам в составе молекулы МНС II класса, зачернены, CD8 и TCR, специфичный к пептидам в составе молекул МНС I класса, — белые. Клетки, подвергающиеся апоптозу, перечеркнуты.
Рис. 13. Условия дифференцировки Т-лимфоцитов на субпопуляции.
I — спонтанное прекращение экспрессии одного из корецепторов; II — «примерка» корецептора при распознавании комплекса молекулы МНС с пептидом (контакт клеток означает соответствие корецепторов специфичности TCR, отсутствие контакта означает их несоответствие); III — судьба клеток при соответствии и несоответствии корецепторов специфичности TCR. CD4 и TCR, специфичный к пептидам в составе молекулы МНС II класса, зачернены, CD8 и TCR, специфичный к пептидам в составе молекул МНС I класса, — белые. Клетки, подвергающиеся апоптозу, перечеркнуты.
Рис. 13. Условия дифференцировки Т-лимфоцитов на субпопуляции.
I — спонтанное прекращение экспрессии одного из корецепторов; II — «примерка» корецептора при распознавании комплекса молекулы МНС с пептидом (контакт клеток означает соответствие корецепторов специфичности TCR, отсутствие контакта означает их несоответствие); III — судьба клеток при соответствии и несоответствии корецепторов специфичности TCR. CD4 и TCR, специфичный к пептидам в составе молекулы МНС II класса, зачернены, CD8 и TCR, специфичный к пептидам в составе молекул МНС I класса, — белые. Клетки, подвергающиеся апоптозу, перечеркнуты.
руемого корецептора со специфичностью рецептора TCR (которая определяется не только структурой пептида, но и классом молекулы МНС, в составе которой находится распознаваемый пептид). Так, экспрессия CD4 оказывается «правильной» в том случае, если TCR детерминирован к распознаванию пептида в составе молекулы МНС II класса. В этом случае данный тип дифференцировки закрепляется. Если же клетка, на которой сохранен корецептор CD4, специфична к пептиду, связанному с молекулой МНС I класса, возникшая комбинация оказывается бессмысленной, и такая клетка выбраковывается (очевидно, по механизму апоптоза). Аналогично клетка, на которой сохранился корецептор CD8, выживает в том
DpoT(CD44+)
IL—2/7yI Размножение
pSe** 1 Дифференцировка
RAG-1,RAG-2 I|
SCID1 Перестройка генов TCR
ПреТ l(CD44~CD25+)
TCR-P11
IL-7 I1 [1-селекция
CD3£ I'|
ПреТП (CD44-CD25-)
P56k* TCRa1
CD3e.
Незрелые тимоциты (CD4*CD8+)
CD38 Fas(CD95)|FastI—CD3;CD45-6 экзонp56kkCD38 Fas(CD95)|FastI—CD3;CD45-6 экзонp56kk■] Положительная селекция■| Отрицательная селекция4 Разделение на субпопуляции:МГ—llCD4*CD8- CD4~CD8+■] Положительная селекция■| Отрицательная селекция4 Разделение на субпопуляции:МГ—llCD4*CD8- CD4~CD8+CD8a р2-мг МНС-I TAP-1IRF-1ZAP-70CD8a р2-мг МНС-I TAP-1IRF-1ZAP-70CD4 li МНС-IlCD4 li МНС-IlРис. 14. Нарушения развития Т- лимфоцитов при нарушении активности генов.Слева — гены, влияющие на развитие Т-клеток, справа — стадии развития Т-лимфоцитов и связанные с ними процессы. Знаком —I отмечена блокада развития Т-кле- ток при мутации или направленной инактивации соответствующих генов.Рис. 14. Нарушения развития Т- лимфоцитов при нарушении активности генов.Слева — гены, влияющие на развитие Т-клеток, справа — стадии развития Т-лимфоцитов и связанные с ними процессы. Знаком —I отмечена блокада развития Т-кле- ток при мутации или направленной инактивации соответствующих генов.
CD38
Fas(CD95)|
FastI—
CD3;
CD45-6 экзон
p56kk
CD38
Fas(CD95)|
FastI—
CD3;
CD45-6 экзон
p56kk
■] Положительная селекция
■| Отрицательная селекция
4 Разделение на субпопуляции:
МГ—ll
CD4*CD8- CD4~CD8+
■] Положительная селекция
■| Отрицательная селекция
4 Разделение на субпопуляции:
МГ—ll
CD4*CD8- CD4~CD8+
CD8a р2-мг МНС-I TAP-1
IRF-1ZAP-70
CD8a р2-мг МНС-I TAP-1
IRF-1ZAP-70
CD4 li МНС-Il
CD4 li МНС-Il
Рис. 14. Нарушения развития Т- лимфоцитов при нарушении активности генов.
Слева — гены, влияющие на развитие Т-клеток, справа — стадии развития Т-лимфоцитов и связанные с ними процессы. Знаком —I отмечена блокада развития Т-кле- ток при мутации или направленной инактивации соответствующих генов.
Рис. 14. Нарушения развития Т- лимфоцитов при нарушении активности генов.
Слева — гены, влияющие на развитие Т-клеток, справа — стадии развития Т-лимфоцитов и связанные с ними процессы. Знаком —I отмечена блокада развития Т-кле- ток при мутации или направленной инактивации соответствующих генов.
случае, если ее рецептор распознает пептид «в контексте» молекулы МНС I класса. После «выбора» вспомогательной молекулы (которая с этого момента становится маркером субпопуляции) формируется способность Т- клетки выполнять ту или иную функцию после стимуляции антигеном — выделять комплекс цитокинов (для СВ4+-хелперов) или превращаться в цитотоксические клетки (для сЬ8+-киллеров).
Небольшая часть созревших и дифференцировавшихся тимоцитов сохраняется в медуллярном слое. На долю медуллярных тимоцитов приходится 12—15 % от общего числа лимфоидных клеток тимуса, из них 8— 10 % составляют CD4+CD8~- и 4—5 % — CD4~CD8+-клетки. Назначение медуллярных тимоцитов не вполне ясно; возможно, они участвуют в формировании внутренней среды тимуса, в частности, выделяя цитокины. По своим основным свойствам они идентичны зрелым Т-лимфоцитам периферического пула и отличаются лишь деталями (низкой способностью секретировать ИЛ-2 после активации, наличием антигена CD38, развитием апоптоза по крайней мере части клеток в ответ на активирующие воздействия и тд.).
Общая продолжительность развития тимоцитов составляет примерно 20 сут (in vitro 5—7 сут). Как уже можно было убедиться, знакомясь с изложенным выше материалом, процесс развития Т-клеток осуществляется в результате перестройки и активации ряда генов в самих Т-клетках и контролируется разнообразными факторами микроокружения. Наиболее точная информация о незаменимых факторах, определяющих развитие Т-клеток, получена при изучении последствий прицельной инактивации конкретных генов (как правило, такие исследования проводят на мышах, см. раздел 5.1.1). Эта информация в определенной степени отражена на рис. 14.
Подготовка Т-клеток к эмиграции. Эмиграция и заселение периферии. Перед тем как покинуть тимус и поступить в кровоток, Т-лимфоциты подвергаются ряду изменений, важных для защиты Т-клеток, попадающих в периферический отдел иммунной системы, от поглощения макрофагами. Последние несут на своей поверхности лектиновые структуры, распознающие мембранные гликоконъюгаты лимфоцитов. Подобное распознавание служит сигналом к фагоцитозу. Поэтому углеводные детерминанты на поверхности Т-лимфоцитов перед их выходом в циркуляцию блокируются путем присоединения к ним остатков сиаловой кислоты. Изменения углеводного состава поверхности созревающих Т-лимфоцитов удается проконтролировать с помощью меченых лектинов. Юные представители Т-ряда на стадии СП4~СВ8~-клеток связывают лектин сои (SBA), распознающий концевые остатки D-N-ацетилглюко- замина, а кортикальные СВ4+СВ8+-тимоциты связывают лектин арахиса (PNA), распознающий остатки D-маннозы. Т-клетки, покидающие тимус, являются 8ВА~РКА~-клетками, т.е. не связывают ни тот, ни другой из названных лектинов вследствие блокады концевых сахаров остатками. сиаловой кислоты, что достигается благодаря активации сиалил- трансферазы медуллярных тимоцитов. Другое изменение состоит в том, что перед эмиграцией из тимуса на поверхности медуллярных тимоцитов экспрессируются «рецепторы хоминга», в частности CD44.
Зрелые Т-клетки покидают тимус через сосуды кортико-медуллярной зоны. За сутки из тимуса эмигрирует около 1 % от общего числа тимоцитов. Поступив в кровоток, Т-лимфоциты становятся частью единого пула рециркулирующих Т-клеток. До встречи с антигеном они экспрессируют наряду с другими маркерами Т-лимфоцитов изоформу CD45RA молекулы CD45, на их поверхности содержится много селектина L (CD62L) и относительно мало CD44, что обусловливает особенности их миграции в ткани (хоминга), которые будут рассмотрены ниже. Такие клетки обозначают как «наивные» Т-лимфоциты (в отличие от активированных лимфоцитов и клеток памяти).
В лимфоидных органах Т-лимфоциты занимают преимущественно специализированные тимусзависимые участки: паракортикальные зоны лимфатических узлов, параартериальные муфты селезенки и групповых лимфатических фолликулов (пейеровых бляшек) и т.д.; в других участках они перемешаны с В-лимфоцитами. Т-лимфоциты ненадолго задерживаются в лимфоидных органах, вскоре они покидают их, поступая в лимфу (из селезенки Т-клетки эмигрируют с током крови). Скорость рецирку-
Таблица 9. Маркеры зрелых Т-лимфоцитов человека
Группа маркеров
Название маркеров
Мол. масса, хЮОО
Семейства
I. Рецепторный комплекс
TCR, ар-тип
27/32
1g
для антигена
TCR, у8-тип
35/45
Ig
СОЗ, цепи у, 8, е ^2 ИЛИ (г|
26, 20, 16
16 х 2; 16/21
Ig
II. Основные общие
CD2
50
Ig
маркеры Т-клеток
CD5
67
SCR
III. Основные маркеры субпопуляций и стадий развития
CD7
40
Ig
Т-хелперов
CD4
59
Ig
Т-киллеров
CD8, ар, аа
34/32, 34/34
Ig
кортикальных тимоцитов
CDla, b, с
55/12
Ig/MHC
наивных Т-клеток
CD45RA
220
Фосфатаза
Т-клеток памяти
CD45R0
180
IV. Сигнальные молекулы
CD28
44
Ig
CD30
105
Ig
CD43 (лейкосиалин)
115
NGFR
СО 152 (CTLA)
32-37
Ig
CD154 (CD40L)
33
TNF
V. Адгезивные молекулы
CDlla/CD18 (LFA-1)
180/95
Р2-интегрин
CDllc/CD18 (CR4)
150/95
Р2-интегрин
VLA-2, 4, 5 и 6 (CD29/CD49)
150/ 120-150
Pi-интегрин
CD54 (ICAM-1)
90-115
Ig
CD58 (LFA-3)
55-70
Ig
CD56 (N-CAM)
220/135
Ig
CD44 (рецептор хоминга)
80-95
Протеогликан
CD31 (РЕСАМ)
130
Ig
CD48
45
Ig
CD54 (ICAM-1)
95-115
Ig
CD50 (ICAM-3)
116-140
Ig
CD62L (L-селектин)
70-90
С-лектин
VI. Рецепторы и ферменты
CD16 (FcyRIII)
С026 (эктопептидаза
DPPIV)
CD73 (экзо-5'-нуклеоти- даза)
50-65 120
69
Ig
CD90 (Thyl)
25-35
Ig
VII. Молекулы активации
CD69
32/28
С-лектин
CD25 (a-цепь ИЛ-2Р) С 071 (рецептор для трансферрина)
55
34/28
ССР
CD95 (Fas, АРО-1)
36-45
NGFR
HLA-DR, DQ, ОР
35/30
18\
1
Группа маркеров
Название маркеров
Мол. масса, xlOOO
Семейства
VIII. Рецепторы цитокинов
CD117 (c-kit, для ФСК) CD121a (для ИЛ-1, тип I) CD25/122/132 (для ИЛ-2) CD124/132 (для ИЛ-4) CD127/132 (для ИЛ-7) CD129/132 (для ИЛ-9)
145-150
80
55/70/64 140/64
75/64
64/64
1g, киназа 1g
CKR, ССР
CKR CKR CKR
Примечание. ССР — контрольные белки системы комплемента; CKR — цито- киновые рецепторы; NGFR — рецепторы фактора роста нервов; SCR — рецепторы-мусорщики (scavenger); TNF — семейство факторов некроза опухоли.
ляции Т-лимфоцитов (особенно Т-хелперов) выше, чем В-лимфоцитов. При контакте с антигеном Т-клетки вовлекаются в процессы активации и иммунного ответа.
Т-лимфоциты гетерогенны по продолжительности жизни. Большая часть их относится к долгоживущим клеткам, время их полуобновления составляет годы, что обнаруживается по длительному сроку (иногда сопоставимому со сроком жизни) сохранения индуцированных хромосомных перестроек. Лишь небольшая часть Т-лимфоцитов живет несколько недель или месяцев. Определенных сведений о различиях в сроке жизни Т-клеток, относящихся к разным субпопуляциям, нет, но принято считать, что Т-хелперы живут дольше, чем Т-киллеры.
Маркеры Т-лимфоцитов, определение Т-клеток и их субпопуляций. В начале этой главы мы уже рассматривали маркеры Т-лимфоцитов, связанные с комплексом TCR. К мембранным маркерам Т-клеток относится также ряд молекул, которые играют определенную роль в адгезивных взаимодействиях Т-лимфоцитов с окружающими клетками. К ним относятся гликопротеины CD2, 5 и 7. CD2 распознает широко распространенную в тканях молекулу CD58, a CD5 — маркер В-клеток CD72. Взаимодействия, опосредованные этими молекулами, могут служить источником вспомогательных, а иногда и самостоятельных активационных сигналов. Другие адгезивные молекулы особенно важны для осуществления контактов с межклеточным матриксом и клетками стромы при миграции Т-лимфоцитов, а также с вспомогательными клетками иммунной системы и с клетками-мишенями в процессе индукции иммунного ответа и при осуществлении реакций иммунитета. К ним относятся L-селекти- ны — тканевые лектины, которые распознают углеводные остатки (сиа- лированную фукозу) мембранных гликопротеинов других клеток, а также интегрины. Среди Рринтегринов для Т-лимфоцитов свойственны молекулы VLA-4 (a4Pi) и VLA-5 (азР]), среди Р2-интегринов — LFA-1. Сведения о мембранных маркерах Т-лимфоцитов обобщены в табл. 9 и на рис. 7.
На выявлении мембранных маркеров основаны определение Т-лимфоцитов и их субпопуляций, подсчет их количества в норме и при пато-
логии. Наиболее специфичным маркером зрелых Т-лимфоцитов следует признать комплекс TCR — CD3, поскольку антигенраспознающий рецептор неиммуноглобулиновой природы присущ только Т-лимфоцитам. Менее специфичны, но свойственны преимущественно Т-клеткам адгезивные молекулы CD7, 2 и 5 (CD2 определяется также на естественных киллерах, a CD5 — на субпопуляции В-лимфоцитов Bl). CD2 взаимодействует с другой адгезивной молекулой CD58, которая экспрессирована практически на всех клетках организма, включая эритроциты. В результате взаимодействия CD2 с гомологом CD58 происходит адгезия эритроцитов барана на Т-клетках, что проявляется в формировании так называемых Е-розеток (агрегаты клеток, в центре которых находится Т-лимфоцит, а вокруг — прилипшие к нему эритроциты).
До создания гибридомной технологии, когда отсутствовали антитела, пригодные для идентификации маркеров Т-клеток, реакцию образования розеток с эритроцитами барана использовали для определения Т-клеток. Этот метод иногда применяют и в настоящее время — при недоступности моноклональных антител и проточного цитомера. Недостатком этого метода, помимо нестандартности и невозможности его автоматизации, является зависимость формирования розеток не только от присутствия на поверхности Т-клетки достаточно большого числа молекул CD2, необходимого для удержания эритроцитов, но и от состояния цитоскелета, определяющего феномен розеткообразования. Поэтому использование теста Е-розеткообразования можно считать оправданным только для оценки адгезивной способности Т-лимфоцитов (как тест на СВ2-зависимую адгезию Т-клеток).
Корецепторные молекулы CD4 и 8 определяют с целью идентификации субпопуляций Т-клеток (см. табл. 8). Следует еще раз подчеркнуть, что эти молекулы обусловливают не столько функции клетки, сколько тип распознавания антигена — «в контексте» молекул МНС I или II класса. Тем не менее в настоящее время считается общепринятой идентификация Т- хелперов путем определения экспрессии на поверхности клеток молекулы CD4, а Т-киллеров — по экспрессии молекулы CD8. Как уже отмечалось, трактовка СП8+-клеток как супрессорной субпопуляции некорректна, поскольку СП4+-клетки также могут выступать в качестве супрессоров.
Развитие Т-клеток вне тимуса. Большинство Т-лимфоцитов дифференцируется и проходит селекцию в тимусе. Однако некоторые процессы, связанные с развитием и даже образованием Т-лимфоцитов, происходят вне тимуса. В экспериментах на трансгенных животных показано, что на периферии завершается процесс отрицательной селекции Т-лимфоцитов путем индукции анергии и (в меньшей степени) апоптоза клеток, недавно покинувших тимус, при их контакте с суперантигенами и некоторыми обычными антигенами. На периферии завершается также функциональное созревание Т-клеток. Важными факторами, ответственными за «дозревание» Т-клеток на периферии, являются гормоны тимуса, циркулирующие в кровотоке (подробнее о них см. раздел 1.2.2). Под влиянием гормонов тимуса устанавливается более высокий уровень функциональных потенций Т-клеток, реализующихся после контакта с антигеном (в частности, более высокая способность к выработке ИЛ-2, 50
чем у медуллярных тимоцитов). Наконец, на периферии происходит так называемая периферическая экспансия Т-лимфоцитов, т.е. не зависящее от антигена поликлональное размножение Т-клеток, которое не сопровождается их дифференцировкой в эффекторные клетки.
Полагают, что образование из преТ-клеток зрелых Т-лимфоцитов, несущих рецептор ар-типа, в норме осуществляется только в тимусе и лишь в отсутствие последнего в очень слабой степени реализуется в других органах, в частности в костном мозгу. Однако для Т-клеток, несущих TCR у5-типа, внетимусное развитие характерно в значительно большей степени. Известно, что 90 % TCRyS-тимоцитов, прошедших развитие в тимусе, имеют в составе рецептора продукты семейств V-генов Vy9 и V52, а также Vyl и Vy2. Другая субпопуляция у5-клеток, рецептор которых содержит продукты подсемейств Vy3, Vy4 и V31, образуется в тимусе в эмбриональном периоде, затем выселяется в кожу и слизистые оболочки и там самоподдерживается в течение оставшейся жизни. Наконец, уд-клет- ки, имеющие в составе TCR продукты подсемейств генов Vy4 и V56, развиваются вне тимуса — в основном в слизистой оболочке кишечника или в печени (см. раздел 1.2.3). Таким образом, в целом Т-клетки, несущие рецептор TCR у5-типа, в меньшей степени зависят от тимуса, проводя в нем более короткое время или полностью минуя его при своем развитии.
1.1.1.3. NK-клетки (естественные киллеры)
В периферическом пуле лимфоцитов присутствует фракция клеток, лишенных маркеров Т- и В-лимфоцитов, обозначаемая как 0-клетки. Величина этой фракции оценивается по-разному в зависимости от чувствительности используемых методов. Доля ^~СОЗ-лимфоцитов в крови и периферических лимфоидных органах составляет около 10—15 % от общего числа лимфоцитов. Эта фракция гетерогенна. В ее состав входят небольшое число незрелых лимфоидных предшественников, неидентифи- цированные лимфоциты, однако большую часть их составляют NK-клетки (от англ, natural killer), или естественные киллеры.
Основное свойство, обусловившее название этих клеток, состоит в том, что они способны лизировать определенные клетки-мишени без предварительного контакта и развития реакции типа иммунного ответа. Свойства естественных киллеров могут проявлять Т- и В-лимфоциты, а также макрофаги. Однако лишь NK-клетки представляют собой специализированные естественные киллеры. Они идентифицируются морфологически как большие гранулярные лимфоциты. Их содержание в крови составляет 5—20 % от общего числа лимфоцитов. По размеру они соответствуют большим лимфоцитам (12—15 мкм в диаметре при 7—9 мкм для малых лимфоцитов). Плотность (1,062—1,064) NK-клеток ниже, чем у большинства лимфоцитов, что используется для выделения этих клеток в градиенте перколла. Гранулы больших гранулярных лимфоцитов содержат перфорин — белок, обусловливающий образование пор в мембране клеток-мишеней, а также сериновые эстеразы — гранзимы, обусловливающие индукцию апоптоза при проникновении в клетки-мишени (см. раздел 2.2), и хондроитинсульфат А, защищающий NK-клетки от аутолиза.
Таблица 10. Мембранные маркеры NK-клеток
Группа маркеров
’ Название
Мол. масса, xlOOO
Семейство
Маркеры, при-
CD56(NKH1, N-CAM)
175-185
Ig
частные к распо-
CD57 (HNK1, Leu-7)
ПО
Ig
знаванию и NK
CD161 (NKRP-1) NK1.1
80-80
С-лектин
цитолизу
KAR (p50.1, p50.2)
50, 50
KAR (p50.3)
55-58
Ig
Ингибиторные
NKB1
70
Ig
рецепторы кил-
CD158a (KIR)
58
Ig
леров (KIR)
CD158b (KIR)
58
Ig
p70/pl40 (KIR)
70/140
Ig
CD94
70
С-лектин
Маркер К-клеток
CD16 (FcyRIII)
50-65
Ig
Молекулы
Р2-интегрины (CD11/CD18) —
180/, 170/, 150/95
Интегрины
адгезии
LFA-1, MAC-1, CR4
Pi-интегрины (VLA-2)
160/130
Интегрин
CD2 (LFA-2)
50
Ig
CD7
40
Ig
CD8aa
32/32
Ig
CD58
55-70
Ig
CD54 (ICAM-1)
90-115
Ig
CD44
80-95
Протеогликан
Прочие мембран-
CD48, 69, 122 (p-цепь ИЛ-2-
ные молекулы
рецептора)
Маркерами естественных киллеров (см. рис. 8; табл. 10) служат анти гены CD56 и 57; CD56 представляет собой изоформу адгезивной молекул! N-CAM. Субфракцию К-клеток (т.е. клеток, осуществляющих зависи мый от антител клеточный цитолиз — лизис клеток, опсонизированны антителами) маркирует молекула CD 16, являющаяся низкоаффинным ре цептором IgG — FcyRIII, способным связывать агрегированные IgGl и IgG; Очевидна связь этого рецептора с функцией К-клеток. Определение с по мощью указанных маркеров содержания NK-клеток в популяциях лимфо цитов различных органов показало их высокий уровень в печени (42 %) 1 селезенке (36 %) при низком содержании в лимфатических узлах (3 %) легких (5 %), тонкой кишке (3 %), костном мозгу (2 %); по этим данным, крови на долю NK-клеток приходится 12 % от общего числа лимфоцитов.
Кроме названных маркеров, на NK-клетках определяются адгезив ные молекулы, в том числе интегрины и их рецепторы. Преобладание ад гезивных молекул среди маркеров естественных киллеров не случайнс оно отражает важность межклеточных контактов для осуществления ци толиза. Среди маркеров этих лимфоцитов необходимо упомянуть такж! ганглиозид асиалоСМ!, а у мышей — антиген Thy-1.
Участие NK-клеток в иммунной защите будет рассмотрено в раздел! 2.2; здесь мы приведем лишь самые общие сведения. Мишенями естест венных киллеров служат разного рода трансформированные (инфициро
ванные вирусом, опухолевые) и быстро пролиферирующие (например, кроветворные) клетки. При тестировании активности NK-клеток in vitro в качестве мишеней используют ограниченное число культивируемых клеточных линий, чаще других — клетки эритромиелолейкоза человека К562 и клетки лимфомы мыши YAC-1. Природа рецепторов, распознающих клетки-мишени естественных киллеров, начала раскрываться совсем недавно. Описана группа молекул, обладающих лектиноподобной распознающей способностью, к которой относятся высокомолекулярный гликопротеин NKR.1P(CD161), а также так называемые KAR-рецепторы (от англ, killer activation receptor). ■
Недавно установлена природа рецепторов, подавляющих цитолитическую активность NK-клеток в случае распознавания ими аутологичных молекул МНС I класса на клетках-мишенях. Ими оказались мембранные рецепторы, по структуре родственные иммуноглобулину, — NKB1, который распознает молекулы HLA-B, имеет 4 Ig-подобных внеклеточных домена, и два белка р58 — р58.1 и р58.2 (CD158a и Ь), имеющие по два Ig-подобных домена и распознающие HLA-C. У мышей ту же функцию выполняют молекулы семейства Ly49. Эта группа рецепторов получила наименование KIR (от англ, killer inhibitory receptor). Они вариабельны и формируют индивидуальную распознающую способность клетки, что дает основание говорить о клональной структуре NK-клеток.
Генез естественных киллеров изучен фрагментарно. Не вызывает сомнений, что их предшественники происходят от стволовой кроветворной клетки. Несмотря на определенные черты близости NK-клеток к миелоидному ряду, а также В-лимфоцитам, преобладает представление о том, что NK-лимфоциты являются ответвлением Т-клеточного ряда развития лимфоцитов. Об этом свидетельствуют наличие общих маркеров, ростстимулирующих факторов, присутствие предшественников NK-клеток в тимусе, общность функции с Т-киллерами и даже наличие начальных признаков реаранжировки (D-J-типа) p-гена TCR в естественных киллерах. В то же время очевидна определенная реци- прокность содержания в периферических лимфоидных органах NK-клеток и активности тимуса: численность и активность естественных киллеров у врожденно бестимусных и тимэктомированных мышей выше, чем у животных с нормальной функцией тимуса. Показано, что CD4- СВ8~-клетки эмбрионального тимуса, несущие на поверхности Fcy-pe- цептор II и/или III типа, могут развиваться в Т- или NK-клетки в зависимости от того, попадают ли они в тимическое или селезеночное микроокружение.
В процессе развития предшественников естественных киллеров в костном мозгу под влиянием ИЛ-1 экспрессируется p-цепь рецептора для ИЛ-2. После этого ИЛ-2 становится важнейшим фактором пролиферации и созревания NK-клеток. Вторым важным фактором, обусловливающим дифференцировку и активацию естественных киллеров, служит интерферон у. ИЛ-3, наоборот, подавляет развитие NK-клеток.
В норме содержание этих клеток особенно велико в селезенке, микроокружение которой, как полагают, необходимо для завершения развития NK-лимфоцитов. Они присутствуют также в лимфатических узлах и
лимфоидных образованиях кишечника. В тимусе и костном мозгу зрелые NK-клетки не определяются, но присутствуют их предшественники, активируемые под влиянием ИЛ-2. Под действием ряда цитокинов, в первую очередь ИЛ-2, повышается литическая активность и расширяется спектр клеток — мишеней естественных киллеров. NK-клетки превращаются в ЛАК-клетки (см. раздел 2.2 и 4.3.2).
Антигенпредставляющие и фагоцитирующие клетки
Важнейшую группу клеток иммунной системы составляют антигенпредставляющие клетки, а также частично «перекрывающаяся» с этой группой популяция фагоцитирующих клеток. Назначение первых состоит в обработке антигена (которая в случае макрофагов включает фагоцитоз) г представлении (презентации) его Т-хелперам. Эту группу образуют макрофаги и дендритные клетки; указанную функцию выполняют также В-лимфоциты. Функция клеток данной группы не ограничивается презентацией антигена; выделение этих клеток в особую группу подчеркивает центральную роль для осуществления функций иммунитета процессов связанных с судьбой антигенов в организме. К фагоцитам, помимс макрофагов, относятся нейтрофильные, а также (с некоторой долей условности) эозинофильные гранулоциты.
Моноциты и макрофаги
Наиболее изученными и численно преобладающими клетками этой группы являются моноциты крови и образующиеся из них макрофаги тканей Они происходят от стволовых кроветворных клеток костного мозга () эмбрионов — желточного мешка и печени). Моноцитарный ряд является ответвлением миелоидного ствола кроветворения, имея общие предшественники с нейтрофильными гранулоцитами (рис. 15). В костном мозг) клетки проходят стадии монобласта, промоноцита и, дозревая до стадии моноцита, поступают в кровоток. Длительность пребывания моноцитов е кровотоке составляет 2—4 сут. После этого они мигрируют в ткани, превращаясь в макрофаги.
Развитие клеток моноцитарного ряда в костном мозгу поддерживается факторами микроокружения — контактными и гуморальными. Последние включают в первую очередь колониестимулирующие факторы — гранулоцитарно-моноцитарный (ГМ-КСФ) и моноцитарно-макрофагальный (М-КСФ). Некоторые цитокины (ИЛ-3, ГМ-КСФ) действуют на общие миелоидные предшественники, а на стадии моноцитарных предшественников оказывают вспомогательное влияние. М-КСФ является специализированным цитокином, поддерживающим выживаемость и пролиферацию коммитированных предшественников моноцитов, а также зрелых моноцитов и макрофагов в тех случаях, когда они вступают в пролиферативный процесс. В качестве кофакторов, способствующих развитию моноцитов, могут выступать и другие цитокины (например, ИЛ-6), в то время как некоторые факторы ингибируют их развитие (например, трансформирующий фактор роста р).
Рис. 15. Дифференцировка миелоидных клеток.
В кружках — стадии развития миелоидных клеток в костном мозгу, выявленные при культивировании кроветворных клеток, в прямоугольниках — традиционные обозначения стадий их развития, описанные традиционными морфологическими методами; цифры соответствуют продолжительности стадий развития и длительности пребывания клеток в кровотоке и тканях. СК — стволовая клетка; КОЕ — колониеобразующая клетка: ГМ — гранулоцитарно-моноцитарная, Г — гранулоцитарная, М — моноцитарно-макрофагальная; НГр — нейтрофильный гранулоцит; Мон — моноцит; ДК — дендритная клетка; МФ — макрофаг.
Таблица 11. Маркеры макрофагов и дендритных клеток
Тип клеток
Характерные ферменты
Мембранные антигены
Некоторые рецепторы
Моноциты/ макрофаги
Дендритные клетки (белые отростчатые эпидермоциты, ин- тердигитальные клетки)
Неспецифическая эстераза (диффузная), миелопероксидаза (-), 5'-нуклеотидаза (+), [3-галактозидаза (+), аминопептидаза (+), трансглутаминаза (в зрелых клетках), NADR-оксидаза, су- пероксиддисмутаза, каталаза, аргиназа, лизоцим, катепсин G и т.д.
АТФаза, неспецифическая эстераза
МНС I и II (DR); Р2-интегрины: LFA-1, Мас-1, gpl50/95; Pi-инте- грины: V1A-1, 2, 3, 4, 5, 6; ICAM-1, 2, 3; CD14, CD9, CD12, 13, 17, 31, 33, 36, 4, 45, 68, CD4O10, CD80 - только на макрофагах; CD86 ±
ГКГ I и II (DR, DP, DQ), LFA-1, 3; ICAM-1, СШа, CD4 и 68, CD14 - на субфракциях, CD40hi, 80 и 86
FcyRI, П, Ш (CD64, CD32, CD16); FcpR, FcaR, FceRII (CD23), CR1, CR2, CR3, CR4 и другие рецепторы для С', рецепторы для фибрина, гормонов, нейромедиаторов, цитокинов и т.д.
FcyRI и 11 (CD32, 64), iC3bR и др.
Примечание. + — при созревании клетки содержание фермента возрастает и - — убывает. Жирным шрифтом выделены характерные отличия между моноцитами/макрофа- гами и дендритными клетками.
Продолжительность жизни моноцитов/макрофагов составляет, по разным данным, от 20 сут до 7 мес (речь идет о различных субпопуляциях тканевых макрофагов); в большинстве случаев срок обновления популяций тканевых макрофагов равен 20—40 дням. Общая численность моноцитов и макрофагов в организме человека — около 2 х 10й. Интенсивность их пролиферации вне костного мозга невелика (2—3 % делящихся клеток).
Моноциты и макрофаги хорошо охарактеризованы морфологически. Это крупные клетки (диаметр 15—25 мкм) с ядром неправильной формы, тонкой структурой хроматина. Макрофаги крупнее моноцитов из-за распластанной конфигурации. В отличие от округлых моноцитов они имеют неправильные очертания и весьма полиморфны. Макрофаги разделяют на резидентные (стабильно локализующиеся в определенных тканях) и подвижные, мобилизуемые в очаг воспаления. Резидентные макрофаги в ряде случаев имеют специальные названия. Так, в особую группу выделяют звездчатые ретикулоэндотелиоциты (клетки Купфера), выстилающие пространство между сосудами печени и гепатоцитами и участвующие в фильтрации продуктов, которые поступают из кровотока в паренхиму печени. На их долю приходится около 50 % популяции моноцитарно-макрофагальных клеток. Определенным своеобразием отличаются альвеолярные макрофаги, служащие посредниками между воздушным пространством альвеол и кровотоком, перитонеальные макрофаги, макрофа-
ги лимфоидных органов, центральной нервной системы (микроглия) и почек (мезангиальные клетки) и т.д.
Часто морфологические признаки оказываются недостаточными для того, чтобы идентифицировать моноциты и макрофаги. В этом случае используют дополнительные приемы. В отличие от лимфоцитов, разновидности которых определяют практически только идентификацией мембранных маркеров, при определении моноцитов/макрофагов наряду с этим способом широко используют энзимологический метод идентификации этих клеток (табл. 11). Чаще с этой целью определяют неспецифическую эстеразу, локализующуюся в цитоплазме моноцитов-макрофагов диффузно (иногда она выявляется в Т-лимфоцитах, но в гранулах). Другим ферментом, определение которого важно для изучения клеток указанной группы, является миелопероксидаза. Существенна динамика изменения активности этого фермента в процессе превращения моноцитов в макрофаги: его активность при этом снижается. Активность 5'-нук- леотидазы, р-галактозидазы и аминопептидазы в той же ситуации повышается. Лишь в зрелых формах макрофагов определяется трансглутаминаза. Помимо названных ферментов, в макрофагах присутствуют, а в условиях активации секретируются и другие разнообразные ферменты: коллагеназа, эластаза, протеиназы, липазы, нуклеазы, фосфатазы и др. Некоторые ферменты моноцитов/макрофагов участвуют в реализации бактерицидной активности — как кислородзависимой (NADPH-оксидаза, миелопероксидаза, супероксиддисмутаза, каталаза), так и не зависящей от кислорода (лизоцим, катепсин G, аргиназа, протеазы и другие гидролазы, катионные белки). Сами механизмы реализации антимикробной защиты, включая детали осуществления «кислородного взрыва», описаны в разделе 2.1.
Моноциты и макрофаги, помимо некоторых из упомянутых ферментов, активно секретируют ряд других субстанций разнообразной природы — продукты метаболизма арахидоновой кислоты, цитокины, компоненты комплемента, гормоны, катионные белки, эритропоэтин, протеогликаны, фибронектин, тромбоспондин. Секреторная активность моноцитов и макрофагов специально рассмотрена в разделе 2.1.3.
Среди разнообразных мембранных белков моноцитов/макрофагов (рис. 16), ответственных за взаимодействие с клетками и матриксом и прием сигналов, первыми должны быть упомянуты рецепторы для Fc-nop- ции иммуноглобулинов. Только для Fc-IgG эти клетки располагают тремя типами рецепторов: высокоаффинным FcyRI (CD64), взаимодействующим как с агрегированным, так и с мономерным IgG, FcyRII (CD32), который взаимодействует с меньшим аффинитетом только с агрегированными IgG и низкоаффинным FcyRIII (CD16). Кроме рецепторов для Fc- IgG, макрофаги располагают рецепторами для Fc-порций IgM, IgA, IgE (FceRII, CD23). Как правило, взаимодействие иммуноглобулинов (агрегированных или в составе иммунных комплексов) с соответствующими рецепторами приводит к перераспределению последних на поверхности клетки (к образованию «шляпки») и поглощению комплекса клеткой. Затем развивается ответная реакция в виде активации макрофага, сопровождаемой синтезом цитокинов и других биологически активных субстан-
Рис. 16. Мембранные маркеры моноцитов, макрофагов и дендритных клеток.
Мон/Мф — моноциты и макрофаги; ДК — дендритные клетки, а — одной звездочкой помечены маркеры, свойственные только моноцитам, двумя — только макрофагам; б — одной звездочкой помечены маркеры, свойственные только клеткам Лангерганса, двумя — интердиги- тальным клеткам.
ций. Но при активации, а также под влиянием интерферона повышается плотность экспрессии Fc-рецепторов на поверхности макрофагов.
Отличия в экспрессии Fcy-рецепторов используют для маркировки субпопуляций моноцитов. Так, СО64+-моноциты сильнее продуцируют цитокины, особенно ИЛ-1, тогда как СО64~-клетки обладают более выраженной способностью представлять антиген. Повышение экспрессии CD 16 сопровождается снижением экспрессии CD 14 и приобретением моноцитами некоторых свойств тканевых макрофагов с выраженной провоспалительной активностью. -
Значительную группу мембранных структур макрофагов и моноцитов образуют рецепторы для компонентов комплемента — Clq, СЗа, C3e/C3d, С5а, фактора Н (об этих компонентах см. раздел 2.3.1). Фрагменты СЗ специфически распознают рецепторы CR1 (CD35), CR2 (CD21), CR3 (CD1 lb/CD18) и CR4 (CD1 lc/CD18), два последних рецептора относятся к группе ^-интегринов. Эти рецепторы предназначены для распознавания опсонизированных клеток, в том числе микробных, а также иммунных комплексов; они необходимы для осуществления фагоцитоза и регуляции иммунных процессов.
Чрезвычайно важную роль во взаимодействии с окружающими клет-
ками и межклеточным матриксом играет ряд адгезивных молекул и рецепторов поверхности макрофагов, которые обусловливают важнейшее свойство макрофагов — высокую адгезивность к субстратам различной природы. В группу адгезивных молекул входят прежде всего интегрины (см. раздел 1.2.4) — гетеродимеры, состоящие из а- и p-цепей, которые представлены в них в различных комбинациях. Макрофаги экспрессируют 3 типа р2-интегринов, имеющих одинаковую р2-цепь (CD18) и различные а-цепи — а^ (CD Па) в молекуле LFA-1, ам (CD 11b) в молекуле Мас-1 (уже упоминавшемся CR3) или ах (CD 11с) в молекуле CR4. Молекулы, с которыми взаимодействует LFA-1, ICAM-1 (CD54), I CAM-2 (CD 102) и ICAM-3 (CD50), также содержатся на поверхности макрофагов, но преимущественно после их активации, за исключением IСАМ-2, которая экспрессируется спонтанно. Интегрины Pi (главным образом VLA-2 и 4) взаимодействуют с молекулами межклеточного матрикса — фибронектином, ламинином, коллагеном и т.д., а также с клеточными рецепторами (например, с VCAM-1, экспрессируемыми макрофагами). Наконец, для межклеточных взаимодействий и удаления старых и погибших клеток очень важны мембранные лектины макрофагов, специфичные для остатков D-глюкозы, D-галактозы, М-ацетилглюкозамина, N-ацетилгалактоза- мина, маннозы, фукозы и др., «оголяющихся» вследствие утраты остатков сиаловых кислот на молекулах сывороточных гликопротеинов (в частности, иммуноглобулинов), а также при старении и в процессе гибели клеток.
Для участия моноцитов и макрофагов в реакции на внедрение бактерий чрезвычайно важно присутствие на их поверхности рецепторов для бактериальных липополисахаридов, одним из которых является молекула CD 14, служащая также одним из основных маркеров миелоидных клеток. На поверхности моноцитов/макрофагов имеются многочисленные рецепторы для биологически активных субстанций — цитокинов, гормонов, нейромедиаторов, гистамина и др. На всех моноцитах и макрофагах содержатся продукты генов гистосовместимости I класса и только на активированных клетках — продукты II класса, имеющие прямое отношение к представлению антигенных пептидов Т-хелперам, а также к индукции дифференцировки и селекции Т-хелперов в тимусе. Однако у человека из трех основных классов молекул МНС II класса на макрофагах экспрессируются лишь молекулы DR (но не DP и DQ). На некоторых моноцитах и макрофагах в малых количествах представлен рецептор продуктов МНС класса II — CD4.
Кроме перечисленных выше молекул, на поверхности моноцитов/макрофагов определяется ряд других молекул (см. табл. 11 и рис. 16). Активированные макрофаги экспрессируют рецепторы для ИЛ-2 (CD25, р55), ИЛ-1, ФНО (р55 и р75), ИЛ-6, а также для трансферрина (CD71).
Из свойств моноцитов/макрофагов, определяющих их функциональные особенности, кроме особенностей ферментативного спектра и рецепторной структуры поверхности, существенна высокая подвижность, обусловленная свойствами их цитоскелета и чувствительностью к хемотаксическим стимулам. Такая подвижность связана с наличием на поверхности клеток рецепторов хемокинов (хемотаксических цитокинов) подкласса р. Подвижность клеток является предпосылкой осуществления
фагоцитарной реакции — наиболее широко известного проявления функции этих клеток.
Другая важная черта моноцитов/макрофагов — высокая «возбудимость» клеток, выражающаяся в их активации при самых разнообразных стимулах, включая простое прилипание к субстрату, действие бактериальных продуктов, цитокинов и физиологических стимуляторов, например компонентов комплемента. Активация сопровождается изменением метаболизма макрофагов, развитием «кислородного взрыва», появлением на поверхности клеток новых рецепторов. Это в свою очередь служит предпосылкой для осуществления эффекторных функций, в том числе направленных на разрушение микробов. Макрофаги не имеют собственных рецепторов для распознавания антигенов. Однако фиксация на их поверхности антител через Fc-рецепторы (армирование) придает им способность к специфическому распознаванию мишеней. Подробнее роль макрофагов в презентации антигенов и осуществлении эффекторных функций иммунитета рассмотрена в разделе 2.1.
Дендритные клетки
Уже в начале 60-х годов стало понятным, что макрофаги не являются единственным типом вспомогательных клеток. Было сформулировано представление об «А-клетках» — малочисленных адгезивных клетках, обладающих более высокой способностью обрабатывать антиген, чем макрофаги. Позже эту роль стали связывать с группой отростчатых клеток, чаще всего называемых дендритными. Несмотря на то что общая численность этих клеток в организме достаточно велика (только белых отростчатых эпидермоцитов — клеток Лангерганса — у человека 109), в связи с диффузным распределением их концентрация даже в лимфоидных органах незначительна, поэтому эти клетки до сих пор недостаточно полно изучены, хотя они и играют исключительно важную роль в иммунной защите.
В эту группу входят прежде всего хорошо известные гистологам клетки Лангерганса, которые в соответствии с современной гистологической классификацией обозначаются как белые отростчатые эпидермоциты. Эти клетки локализуются в основном в эпидермисе (в его исчерченном сквамозном слое). Они происходят из костного мозга, являясь ветвью миелоидно-моноцитарного ряда кроветворения. Срок их пребывания в эпидермисе около 3 нед. Под влиянием цитокинов (ГМ-КСФ, ФНОа) они могут перемещаться в дерму или мигрировать в лимфатические узлы. Это происходит почти исключительно в условиях повреждения кожи, развития воспаления и иммунных процессов. В запуске этих процессов указанным клеткам принадлежит ключевая роль, поскольку они связывают, обрабатывают антиген и доставляют его Т-лимфоцитам в регионарный лимфатический узел.
Белые отростчатые эпидермоциты обладают слабой адгезивностью. Они практически лишены фагоцитарной активности. Морфологическим маркером этих клеток служат слоистые включения в цитоплазму — гранулы Бирбека. Важнейшей особенностью указанных клеток является
экспрессия на их поверхности продуктов генов гистосовместимости не только I, но и II класса (у человека DR, DP и DQ), а также рецепторов для Fc-порции IgG и компонентов комплемента. Они экспрессируют маркеры незрелых тимоцитов CD 1а и Т-хелперов — CD4, ряд адгезивных молекул, включая LFA-1 и ICAM-1 (см. рис. 16). В их цитоплазме определяется активность АТФазы, кислой фосфатазы и неспецифической эстеразы, но нет активности миелопероксидазы (см. табл. 11). Эти ферменты не определяются в культивируемых белых отростчатых эпидермоцитах. Последние способны секретировать ряд активных продуктов, в частности ИЛ-1, 7 и 6, нейропептиды. Их отличительной особенностью является высокая чувствительность к действию ультрафиолетовых лучей, вызывающих функциональную инактивацию и гибель клеток.
Белые отростчатые эпидермоциты (клетки Лангерганса) обладают выраженной способностью связывать антиген и обрабатывать его, в результате чего образующиеся пептиды заполняют специальную полость в молекулах 1а (в продуктах генов МНС II класса — см. раздел 3.3.1). Присутствие на поверхности этих клеток молекул CD 1а свидетельствует об их возможной роли в презентации липидных антигенов (см. раздел 3.3.2). Тем не менее названные клетки практически не способны стимулировать реакцию Т-хелперов на антигенсодержащий комплекс, т.е. осуществлять презентацию антигена. Полагают, что это связано с отсутствием на их поверхности костимулирующих молекул В7 (CD80 и 86) и неспособностью продуцировать ИЛ-12. Для приобретения всех этих свойств белые отростчатые эпидермоциты должны мигрировать в лимфатический узел и, пройдя определенные этапы развития, превратиться в интердигитальные (межпальцевые) клетки лимфатических узлов. Промежуточным звеном этого развития считают вуалевые клетки лимфы, обладающие характерными цитоплазматическими отростками — «вуалями» (отсюда их название), а также рядом свойств, «роднящих» их с белыми отростчатыми эпидермоцитами, с одной стороны, и интердигитальными клетками — с другой. Вуалевые клетки богаты продуктами МНС II класса, содержат не только АТФазу, но и пероксидазу, иногда в них определяются гранулы Бирбека (которые отсутствуют в интердигитальных клетках). На белые отростчатые эпидермоциты по своим свойствам похожи дендритные клетки слизистых оболочек бронхолегочного и пищеварительного трактов. Срок пребывания клеток этой группы в коже и слизистых оболочках составляет 2—3 сут, после чего клетки эмигрируют с током лимфы (этот процесс ускоряется при наличии воспалительной реакции).
Существует несколько разновидностей клеток лимфоидных органов с дендритной морфологией (табл. 12). Интердигитальные (иногда их называют и дендритными) клетки лимфатических узлов и других периферических лимфоидных органов представляют собой обязательный элемент микроокружения Т-клеток в тимусзависимых зонах (см. раздел 1.2.2). Бдльшая часть их является потомками белых отростчатых эпидермоцитов (они исчезают после перевязки афферентных лимфатических сосудов). В отличие от белых отростчатых эпидермоцитов интердигитальные клетки не способны связывать и обрабатывать антиген, но эффективно представляют антигенный пептид, процессированный на предыдущей стадии
Таблица 12. Разновидности дендритных клеток
Вид клеток
Локализация
Происхождение
Маркеры
Функция
БОЭ (клетки Лангерганса)
Эпидермис
Из костного мозга
МНС-I, II, CD4, CDla, LFA-1, ICAM-1, АТФаза, гранулы Бирбека, FcyR
Связывание и процессинг антигена
Вуалевые клетки
Лимфа
Из БОЭ
МНС-I, II, CD4, CDla, ICAM-1, АТФаза, пероксидаза
Доставка антигена в лимфатические узлы
ДК
Слизистые
Из костного
То же (кроме пе-
Связывание, про-
слизистых оболочек
оболочки
мозга
роксидазы), CD80, CD86
цессинг и презентация антигена
ИК лимфатических узлов
Тимусзависи- мые зоны
То же
МНС-I, II, CD40, 80 и 86, LFA-1, ICAM-1
Презентация антигена Т-хелперам
ИК тимуса
Кортикомедуллярная и медуллярная зоны
То же
Отрицательная селекция и дифференцировка тимоцитов
Фолликулярные ДК
Зародышевые центры
Местное
FcyR, ICAM-1
Контроль выживаемости, пролиферации и функционального созревания В-клеток. Хранение антигена
Примечание. ДК — дендритные клетки; ИК — интердигитальные клетки; БОЭ — белые отростчатые эпидермоциты.
развития, Т-хелперам, вызывая их активацию, деление и секрецию цитокинов. Эти клетки лишены активности эстеразы, АТФазы и пероксидазы, на их поверхности много продуктов МНС класса И, но нет Fc-pe- цепторов и рецепторов для компонентов комплемента. Интердигитальные клетки обладают адгезивностью, но более низкой, чем у макрофагов, не фагоцитируют, хотя и способны к пиноцитозу. Таким образом, они являются антигенпредставляющими клетками.
Термин «дендритная клетка» в узком смысле относится к разновидности отростчатых клеток стромы лимфоидных органов (до 1 % от общего числа клеток), несущих молекулы МНС II класса (1а+-клетки). Эти клетки присутствуют также в большинстве нелимфоидных органов. Они лишены рецепторов для Fey и компонентов комплемента, пероксидазы, АТФазы, эстеразы и гранул Бирбека, не способны к фагоцитозу. Названные клетки прикрепляются к поверхности стекла и пластика, но затем отделяются от нее и после этого утрачивают способность к адгезии. Эти клетки имеют выраженные отростки цитоплазмы с трубчатыми или пу-
зыревидными выступами. Им отводится важная роль в развитии смешанной лимфоцитарной реакции in vitro в качестве клеток, обрабатывающих и представляющих антигенный пептид.
Интердигитальные (дендритные) клетки тимуса по своим свойствам больше напоминают белые отростчатые эпидермоциты (клетки Лангерганса), чем зрелые интердигитальные клетки периферических лимфоидных органов. В то же время им свойственна способность формировать агрегаты с тимоцитами, что сближает их с интердигитальными клетками лимфатических узлов. Указанные клетки локализуются в кортико-медуллярной зоне и мозговом слое тимуса и отвечают, как полагают, за осуществление отрицательной селекции аутоспецифических клонов Т-кле- ток, вызывая их апоптоз. Эти клетки близки по генезу Т-лимфоцитам: те и другие могут развиваться из общего предшественника, мигрирующего из костного мозга в тимус.
В коже мышей обнаружена разновидность отростчатых эпидермоцитов — клетки Гранштейна. Их функция выявляется после инактивации ультрафиолетовыми лучами белых отростчатых эпидермоцитов. В этом случае связывание антигена клетками Гранштейна приводит к активации супрессорных клеток и развитию неотвечаемости на антиген. Как полагают, аналогичные клетки содержатся и в коже человека.
Все перечисленные разновидности дендритных клеток имеют костномозговое происхождение и являются представителями миелоидного ряда (см. рис. 15). В костном мозгу и крови описаны кроветворные клетки-предшественники, способные формировать in vitro колонии моноцитарно-макрофагального и дендритно-клеточного типов. При культивировании моноцитов в присутствии некоторых цитокинов (таких, как ГМ-КСФ, ИЛ-4, ФНОа), а также при действии факторов, повышающих уровень внутриклеточного цАМФ, часть моноцитов дифференцируется в дендритные клетки. Предполагают, что последние могут происходить как из моноцитарных предшественников (наряду с моноцитами), так и из самих моноцитов (наряду с макрофагами). По некоторым данным, дендритные клетки тимуса могут дифференцироваться из общего миелолимфоцитарного предшественника, мигрирующего в этот орган из костного мозга. Как отмечалось, при рассмотрении дифференцировки Т-лимфоцитов, способность к дифференцировке в дендритные клетки сохраняется у клеток Т-ряда довольно долго (см. рис. 9).
Уже из описания разновидностей дендритных клеток следует, что существует несколько этапов созревания дендритных клеток в процессе их функционирования. Можно выделить 3 таких этапа. На первом они способны связывать и обрабатывать антиген, но не могут презентировать его Т-клеткам (пример — белые отростчатые эпидермоциты, или клетки Лангерганса). Под влиянием сигналов, исходящих из их окружения, особенно бактериальных продуктов и цитокинов (ИЛ-10, ГМ-КСФ, ФНОа), способность этих клеток процессировать антиген снижается, но повышается способность презентировать его Т-клеткам. Это сопровождается увеличением экспрессии молекул МНС, костимулирующих молекул CD80 и 86, адгезивных субстанций, возрастанием миграционной активности и секрецией цитокинов (ИЛ-10, ФНОа). Примером дендритных клеток на
этом этапе развития могут служить интердигитальные клетки лимфатических узлов. Под влиянием продуктов активированных макрофагов и Т- хелперов (интерферона у) и контакта с Т-хелперами, опосредованного молекулами CD40 и CD40L, описанные выше изменения проявляются в еще большей степени, клетки начинают вырабатывать ИЛ-12, что сопровождается дальнейшим усилением способности представлять антиген. Однако эта фаза завершается апоптозом дендритных клеток.
Еще одна разновидность дендритных клеток является составной частью стромы зародышевых центров и элементом микроокружения В-лим- фоцитов. Хотя природу этих клеток нельзя считать точно установленной, полагают, что они имеют местное происхождение, являясь потомками фибробластов. Если это подтвердится, эту группу клеток следует рассматривать как независимую от остальных типов дендритных клеток, с которыми описываемые клетки зародышевых центров сходны только морфологически. Они располагают длинными цитоплазматическими отростками и бедны лизосомами. Эти клетки рассматривают как «хранилище» антигена, который долго обнаруживается на их поверхности. Считают, что это свойство дендритных клеток зародышевых центров обеспечивает длительное поддержание иммунологической памяти.
Нейтрофилы
Нейтрофилы, как и другие типы гранулоцитов, традиционно рассматриваются в рамках гематологии (у взрослого человека на долю нейтрофилов приходится 60—70 % от числа белых клеток крови). Однако в связи с их очевидным участием в иммунологических процессах следует дать им краткую характеристику в ряду других клеток иммунной системы.
Нейтрофилы, или полиморфно-ядерные гранулоциты, происходят из костного мозга, являясь основными продуктами миелоидного ряда кроветворения (см. рис. 15). Имея общего предшественника с моноцитами, миелоидные клетки затем обособляются и, пройдя стадии миелобласта, промиелоцита, миелоцита и палочкоядерного нейтрофила, достигают зрелости на стадии сегментоядерного нейтрофила. Клетки этого ряда покидают костный мозг не только на последней стадии развития, но и на стадии палочкоядерного нейтрофила, особенно в условиях стимуляции миело- поэза. У человека за сутки вырабатывается около 1011 нейтрофильных гранулоцитов. Зрелый гранулоцит пребывает в циркуляции всего несколько (8—10) часов, а затем поступает в ткани, образуя в них значительный по численности пул. Скорость обновления нейтрофилов 1,6 х 109 клеток на 1 кг массы в сутки. Общая продолжительность жизни нейтрофильного гранулоцита составляет 2—3 дня. После этого он гибнет по механизму апоптоза. Зрелый гранулоцит не способен к синтезу белка de novo.
На поверхности нейтрофилов присутствуют продукты генов МНС I класса (HLA-A, В, С), молекулы CD 13 (аминопептидаза N), рецептор липополисахарида CD 14, 0гинтегрины LFA-1, Мас-1 и р 155/95, Fcy-pe- цепторы типа II (CD32) и III (CD16), рецепторы компонентов комплемента CR1, 3 и 4, рецепторы для анафилактогенных пептидов СЗа и С5а, лейкотриена В4, а также хемотаксических пептидов. Нейтрофилы имеют
Таблица 13. Свойства гранул некоторых клеток иммунной системы
Тип клеток
Тип гранул
Состав
Функциональное назначение
NK-клетки
Перфорин, хондроитинсульфат А, сериновые эстеразы
Участие в цитолизе, защита от аутолиза
Нейтрофилы
Азурофильные (первичные);
Специфические (вторичные)
Кислые гидролазы, сульфатазы, фосфатазы, нейтральные протеиназы, катионные белки, миелопероксидаза, лизоцим
Щелочная фосфатаза, лактоферрин, лизоцим
Медленная фаза бактериолиза
Быстрая фаза бактериолиза
Эозинофилы
Эозинофильные (крупные)
Мелкие
Главный щелочной белок (в кристаллической форме), перекиси
Кислая фосфатаза, арилсульфатаза и т.д.
Внеклеточный цитолиз
Бактерицидность
Тучные клетки
Базофильные
Гистамин, гепарин, трип- таза и другие протеиназы, пероксидаза, РНКаза, дегидрогеназы
Реакция гладкой мускулатуры сосудов и бронхов и другие проявления аллергии
Базофилы
Базофильные
Хондроитинсульфат А, протеиназы, пероксидаза и т.д.
Местные проявления аллергических реакций
Тромбоциты
а-Гранулы
Плотные тельца
Катионные белки, Р-селектин, катионные белки
S-Гидрокситриптамин
Повреждение сосудов, бактерицидность
Сосудистые реакции при воспалении
также рецепторы для ИЛ-8 и других а-хемокинов, что определяет их высокую отвечаемость на хемотаксические стимулы, генерируемые в очаге воспаления.
Основные морфологические особенности нейтрофильных гранулоцитов, позволяющие при их идентификации обходиться без использования дополнительных маркеров, состоят в сегментированном ядре с плотной упаковкой хроматина и наличии в цитоплазме нейтральных (что определило название клеток) гранул, содержащих бактерицидные субстанции и ферменты. Нейтрофилы отличаются высокими подвижностью и отвечаемостью на хемотаксические и активационные факторы. Именно это обеспечило им роль наиболее мобильных клеток, ранее всего вовлекаемых в воспалительные и иммунные процессы и обусловливающих пусковые механизмы развития воспаления и ранние защитные реакции (см. раздел 2.1.1).
Существует два типа гранул нейтрофильных гранулоцитов — первич-
3 - 1092
ные (азурофильные) и вторичные (специфические) (табл. 13). Первые содержат большой набор гидролаз и других ферментов: а-фукозидазу, S’- нуклеотидазу, р-галактозидазу, арилсульфатазу, а-маннозидазу, N-аце- тилглюкозаминидазу, p-глюкуронидазу, кислую р-глицерофосфатазу, нейтральные протеиназы — катепсин G, эластазу, коллагеназу, катионные белки, миелопероксидазу, лизоцим (мурамилидаза), а также кислые гликозаминогликаны (мукополисахариды). Во вторичных гранулах кислые гидролазы отсутствуют и содержатся ферменты, проявляющие активность при нейтральных и щелочных значениях pH: лактоферрин, щелочная фосфатаза, лизоцим, а также белок, связывающий витамин В12- Содержимое гранул способно облегчить разрушение практически любых микробов. Это достигается в процессе слияния гранул с фагосомами при фагоцитозе или дегрануляции, являющейся разновидностью секреторного процесса. Специфические гранулы быстрее сливаются с фагосомами и выбрасываются клеткой, чем азурофильные. После опорожнения гранул их восстановления не происходит.
Быстрота мобилизации нейтрофилов дополняется их способностью в течение секунд развивать метаболические процессы, приводящие к «кислородному взрыву» (см. раздел 2.1.1), а также осуществлять выброс пред- существующих гранул, которые содержат бактерицидные субстанции (дегрануляцию). В нейтрофилах обнаружены ферменты, причастные к бактериолизу и перевариванию микроорганизмов. Среди перечисленных выше ферментов этой способностью обладают кислые протеиназы, миелопероксидаза, лактоферрин, лизоцим и щелочная фосфатаза.
Эозинофилы
Эозинофилы составляют небольшую часть клеток крови (0,5—2 %), в которой циркулируют в течение 30 мин, после чего поступают в ткани; срок их полужизни —12 сут. Эти клетки образуются в костном мозгу из миелоидных предшественников при участии ИЛ-5, который является фактором роста и дифференцировки эозинофилов. Обособление эозинофилов от миелоидного ствола происходит на той стадии развития, когда формируются эозинофильные гранулы. В целом же этапы развития эозинофилов и нейтрофилов аналогичны.
Зрелые эозинофилы представляют собой крупные клетки (около 9 мкм в диаметре) с сегментированным ядром. Они содержат крупные (около 1 мкм в диаметре) эозинофильные гранулы (см. табл. 13), в зрелых клетках имеются также более мелкие гранулы. Основными компонентами крупных гранул являются главный щелочной белок (мол. масса 9000— 10 000), локализующийся в их сердцевине в кристаллической форме, а также перекиси, обладающие бактерицидной активностью. В мелких гранулах преобладают кислая фосфатаза и арилсульфатаза. В эозинофилах выявлены также коллагеназа, эластаза, глюкуронидаза, катепсин, РНКаза и миелопероксидаза. На поверхности этих клеток присутствуют Fc-pe- цепторы FcyRII (CD32) и FceRII (CD23), рецепторы для компонентов комплемента, а также молекулы CD9 (этот маркер позволяет дифференцировать эозинофилы от нейтрофилов) и CD35.
Рис. 17. Тучные клетки — покоящаяся (а) и стимулированная (б). Электроно- грамма (х 5400). В покоящихся клетках есть гранулы, содержащие медиатор; в стимулированных клетках часть гранул опустошена в результате дегрануляции, некоторые гранулы имеют сообщение с внеклеточным пространством (из учебника C.A.Janeway, P.Travers «Immunobiology*, 1994).
Обладая слабой фагоцитарной активностью, эозинофилы обусловливают внеклеточный цитолиз, играя важную роль в защите от паразитов. Основное значение в осуществлении внеклеточного цитолиза имеет главный щелочной белок, который перед тем, как секретироваться, должен перейти из кристаллической формы в растворимую. Для привлечения эозинофилов в очаг поражения важен IgE, который взаимодействует с низкоаффинным рецептором CD23, расположенным на поверхности клеток.
Базофилы и тучные клетки
Базофилы представляют собой еще одну разновидность гранулоцитов крови (на их долю приходится всего 0,5 % от общего числа лейкоцитов). Их основная особенность — наличие базофильных гранул (см. табл. 13), в которых содержатся хондроитинсульфаты А и С, гистамин, гепарин, серотонин (у кроликов и мышей), а также ряд ферментов (трипсин, химотрипсин и другие протеиназы, дегидрогеназы, пероксидаза, РНКаза, гистидинкарбоксилаза) и кислые гликозаминогликаны. Второе важное свойство базофилов — наличие на их поверхности высокоаффинных и низкоаффинных рецепторов для IgE — FceRI и FceRII. Присутствие рецепторов первого типа обеспечивает возможность не только связывания IgE, но и реакции на это связывание, выражающейся в освобождении гранул, содержимое которых обусловливает развитие аллергических реакций. Базофилы подвижны, обладают способностью к фагоцитозу, но не могут делиться и восстанавливать гранулы.
Тучные клетки являются тканевыми аналогами .базофилов и основными эффекторами аллергических реакций немедленного типа. Они локализуются в серозных оболочках, селезенке, в эпителии и подслизистом
Таблица 14. Разновидности тучных клеток
Свойства
Тучные клетки типа t (MCt; слизистые оболочки)
Тучные клетки типа tc (MCtc, соединительнотканные)
Локализация
Кожа, миндалины, подслизистый слой кишечника
Слизистая оболочка бронхов и альвеол, носа, кишечника
Срок жизни
< 40 сут
> 40 сут
Зависимость от тимуса
+
—
Мембранный фенотип
CD13+CD29+<
3D45+CD117+
Тип протеиназ
Химаза, триптаза, карбоксипептидаза А, катепсин С
Триптаза
Среднее число FceRI на поверхности
2х Ю5
Зх 104
IgE в цитоплазме
+
—
Наличие гистамина
+
+
Преобладающий протеогликан
Хондроитинсульфат
Гепарин
Соотношение LTC4: PTD2
25 : 1
1 : 40
слое пищеварительного, дыхательного и урогенитального трактов, в коже, а также соединительной ткани, окружающей капилляры. На 1 г тканей указанных локализаций приходится 104—106 тучных клеток. В отличие от базофилов они способны к делению и имеют довольно большой срок жизни (месяцы, годы). Тучные клетки крупнее базофилов (размер 10—20 мкм), имеют ворсинчатую поверхность, содержат больше гранул (10—150 на клетку) (рис. 17). Их состав аналогичен составу гранул базофилов, но они богаче трипсино- и химотрипсиноподобными протеиназами. В тучных клетках, как и в базофилах, вырабатываются эйкозаноиды — лейкотриены (особенно СД тромбоксаны, простагландины (в основном D2) (см. раздел 2.3.2).
Существуют различия в свойствах тучных клеток соединительной ткани (серозных) и слизистых оболочек, позволяющие квалифицировать эти два типа клеток как субпопуляции (табл. 14). Те и другие имеют костномозговое происхождение, но лишь вторые в своем развитии зависят от тимуса, т.е. отсутствуют у генетически бестимусных или тимэктомиро- ванных животных (роль тимуса в их развитии не вполне ясна). Эти клетки отличаются по зависимости их пролиферации от различных ростовых факторов: хотя основным ростовым цитокином для тех и других служит фактор стволовых клеток, существуют кофакторы роста: для серозных тучных клеток — ИЛ-3, для тучных клеток слизистых оболочек — ИЛ-3 в сочетании с ИЛ-4. В серозных тучных клетках преобладающим пепти-
догликаном является гепарин, а в тучных клетках слизистых оболочек — хондроитинсульфат. Аналоги этих типов тучных клеток обнаружены и у человека. Первые преобладают в коже; они содержатся также в периваскулярном пространстве различных органов. В их гранулах наряду с триптазой имеются химотрипсиноподобная протеиназа (химаза), а также карбоксипептидаза А и катепсин С. Вторые преобладают в слизистых оболочках пищеварительного и дыхательного путей; в их гранулах отсутствует химаза. Спектр протеаз, свойственный двум типам тучных клеток человека, отражен в их обозначении — MCtc и MCt (МС — mast cell, t — триптаза, с — химаза).
На поверхности тучных клеток присутствуют FceRI и FceRII, а также Fcy-рецепторы и рецепторы для комплемента (его фрагментов СЗ и С5). Дегрануляция базофилов и тучных клеток происходит главным образом при воздействии на них иммунных комплексов, содержащих IgE, но она может быть вызвана также действием ионофоров кальция, повышением внутриклеточного уровня цАМФ, связыванием рецепторов для компонентов комплемента. Механизмы активации и дегрануляции тучных клеток, а также их последствия будут рассмотрены детальнее при описании аллергических реакций (см. раздел 5.2.1). Дегрануляция не сопровождается гибелью клеток. В тучных клетках (но не в базофилах) возможен процесс восстановления гранул.
По некоторым свойствам тучные клетки «сближаются» с антиген- представляющими клетками и лимфоцитами. Так, они экспрессируют молекулы МНС не только I, но и II класса, а также вспомогательные молекулы В7-2 (CD86). Подобно Т-лимфоцитам, они секретируют цитокины: ИЛ-4, 5, 10, 12, 13, а также ГМ-КСФ и ФНОа. Полагают, что тучные клетки участвуют в регуляции дифференцировки Т-хелперов, способствуя образованию Th2, с которыми у них есть наибольшее сходство (см. раздел 3.5.2).
Тромбоциты
Кровяные пластинки, тромбоциты, основная функция которых связана со свертыванием крови, также участвуют в выполнении иммунологических функций — в основном в качестве депо активных субстанций, освобождаемых под влиянием сигналов, которые генерируются при воспалении и иммунных процессах. Носителями этих сигналов служат фактор, активирующий тромбоциты (ФАТ), иммунные комплексы и другие агенты. Эти сигналы воспринимаются соответствующими мембранными структурами — рецепторами для ФАТ, Fc-рецепторами. Особенно богата поверхность тромбоцитов молекулами адгезии, они несут мембранные молекулы ргинтегринов a2pi, a4pi, a5pi, абр1, avpi, рецепторы для фибриногена (CD61/CD41), витронектина (CD61/CD51), тромбина (CD42a), фактора фон Виллебрандта (CD42b) и тромбоспондина (CD36). Это обеспечивает как выполнение основной функции тромбоцитов — участие в свертывании крови, так и вклад в развитие воспалительного процесса и иммунных реакций.
Активные субстанции содержатся в гранулах двух типов: «плотные
CD34CD34CD58CD58IL-4RIL-4RCD62P CD62E CD62L ICAM-1 ICAM-2ClCAM- -GlyCAI -MadCACD62P CD62E CD62L ICAM-1 ICAM-2ClCAM- -GlyCAI -MadCAАктивацияIL-1, TNFa, IL-6, IFNyАктивацияIL-1, TNFa, IL-6, IFNyПлоский эндотелийПлоский эндотелийICAM-2 CD58ICAM-2 CD58IL-1R TNFR IFNyRIL-1R TNFR IFNyRВысокий (кубовидный) эндотелий
CD34
CD34
CD58
CD58
IL-4R
IL-4R
CD62P CD62E CD62L ICAM-1 ICAM-2
ClCAM- -GlyCAI -MadCA
CD62P CD62E CD62L ICAM-1 ICAM-2
ClCAM- -GlyCAI -MadCA
Активация
IL-1, TNFa, IL-6, IFNy
Активация
IL-1, TNFa, IL-6, IFNy
Плоский эндотелий
Плоский эндотелий
ICAM-2 CD58
ICAM-2 CD58
IL-1R TNFR IFNyR
IL-1R TNFR IFNyR
IL-1R П I 'IFNyRTNFR IL-6R
Puc. 18. Изменение мембранного фенотипа эндотелиальных клеток при их акт вации цитокинами.
TNF — фактор некроза опухолей (ФНО).
тельца» содержат 5-гидрокситриптамин и АДФ, а a-гранулы — катио ные белки, протеазы, Р-селектин (см. табл. 13). Указанные субстанц] играют определенную роль в развитии воспалительных процессов, в час ности в формировании повреждений эндотелия при отложении имму ных комплексов (см. раздел 5.2.1).
Стромальные клетки
Стромальные клетки принципиально не отличаются по составу и свойс вам от клеток рыхлой соединительной ткани других органов. В стро1 преобладают фибробласты, коллагеновые и эластиновые волокна, а таю клетки сосудистого эндотелия, относимые к эпителиальной ткани. Ва: ным свойством этих клеток для иммунологических процессов и развит клеток иммунной системы являются наличие мембранных адгезивт молекул, определяющих взаимодействие самих стромальных клеток межклеточным матриксом, а также формирование контактов и обм сигналами между клетками. Особенно существенно присутствие молек адгезии на поверхности эндотелиальных клеток капилляров и посткапи лярных венул, поскольку их взаимодействие с комплементарными 1 молекулами поверхности лейкоцитов обеспечивает миграцию последи из кровяного русла в ткани. В отсутствие воспалительной реакции большинстве тканей эндотелий мелких сосудов представлен плоски» клетками с очень низким содержанием на их поверхности молекул адг зии. Лишь в лимфоидных органах — лимфатических узлах и группов] лимфатических фолликулах (пейеровы бляшки) — посткапиллярные в нулы выстланы высоким (кубовидным) эндотелием; аналогичный энд телий появляется и в других органах при воспалении. Он представля собой активированную форму эндотелиальных клеток (в качестве акт вирующих факторов выступают цитокины — ИЛ-1, ФНОа, интерферон (рис. 18).
Эпителиальные клетки разной локализации несколько отличаются i набору экспрессируемых ими молекул адгезии. На большинстве эндотел альных клеток присутствует рецептор интегринов — молекула ICAM-2, i
условиях активации появляются две разновидности селектинов (тканевых лектинов, распознающих углеводные группировки) — Р и Е, а также ин- тегриновые рецепторы ICAM-1 и 3, ELAM и VCAM-1. На этих клетках присутствует также CD34, представляющий собой муциноподобную молекулу, углеводные ветви которой взаимодействуют с селектинами, в частности с L-селектином лейкоцитов. L-селектин распознается также молекулой GlyCAM-1, которая экспрессируется на клетках высокого эндотелия посткапиллярных венул. В слизистых оболочках эти клетки экспрессируют молекулу MadCAM, распознающую наряду с L-селектином Р^интегрин VLA-4. Эндотелиальные клетки несут рецепторы для хемоки- нов, ИЛ-1, ФНО, интерферона у, ИЛ-3, 4 и 6 и ГМ-КСФ.
Клетки сосудистого эндотелия, а также другие стромальные клетки, будучи активированными, выделяют некоторые цитокины (например, колониестимулирующие факторы, ИЛ-1, 6 и 7, ФНОа, трансформирующие факторы роста, хемокины и др.), весьма важные для функционирования клеток иммунной системы в условиях воспаления. Строма различных кроветворных и лимфоидных органов характеризуется своеобразием, проявляющимся в формировании адекватного микроокружения, которое обеспечивает развитие и функционирование различных типов клеток. Эта специфика «заложена» уже в камбиальных элементах стромы этих органов, пересадка которых позволяет сформировать соответствующее микроокружение в новых местах. Детали и механизмы осуществления этих процессов изучены пока лишь в самых общих чертах.
Лимфоциты — главные клетки иммунной системы. Они определяют специфичность иммунного ответа на конкретные антигены. Это достигается благодаря присутствию на их поверхности антигенрас- познающих рецепторов. Существуют 3 разновидности лимфоцитов: В-, Т- и NK-клетки. В-лимфоциты развиваются в костном мозгу (у птиц — в фабрициевой сумке), Т-клетки — в тимусе, местом завершения развития NK-клеток считают селезенку. Популяции Т- и В- лимфоцитов представляют собой совокупности клонов (клон — потомство одной клетки); клетки одного клона несут рецепторы, идентичные по специфичности, распознающие только один антиген. Лишь в совокупности клоны лимфоцитов способны распознать все мыслимые антигены. NK-клетки распознают углеводные детерминанты делящихся клеток. Группу вспомогательных клеток образуют фагоцитирующие, антигенпредставляющие (АПК) и некоторые другие клетки. Большинство их относится к клеткам миелоидного происхождения. Моноциты и их потомки — макрофаги «совмещают» свойства фагоцитов и АПК. Основным типом АПК являются дендритные клетки. Их особенность состоит в экспрессии на поверхности молекул МНС II класса, важных для «презентации» антигена. К клеткам, участвующим в иммунных процессах, относят также нейтрофилы, эозинофилы, тучные, эндотелиальные и другие клетки.
1.2. СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ
Хотя клетки, выполняющие иммунологические функции, рассеяны пс всему организму, к иммунной системе, строго говоря, относятся лишь лимфоидные органы и лимфоидные скопления, т.е. органы и структурные образования, основу которых составляют лимфоциты. Лимфоидные органы разделяют на центральные (первичные) и периферические (вторичные). Сведения о структуре иммунной системы представлены в табл. 15 (они отображены также на рис. 1). В табл. 16 представлены данные о содержании в лимфоидных органах и циркуляции лимфоцитов, относящихся к различным популяциям.
В первичных лимфоидных органах происходит дифференцировка лимфоцитов. К этим органам относится тимус, в котором созревают Т (ти- мусзависимые)-лимфоциты. Аналогичный орган для В-лимфоцитов, бурса (фабрициева сумка), есть у птиц; у млекопитающих В-лимфоциты созревают в костном мозгу. Костный мозг лишь с оговорками может быть отнесен к центральным лимфоидным органам: это прежде всего кроветворный орган, в котором в силу общности происхождения от плюрипотентной стволовой клетки образуются и лимфоциты. Кроме того, костный мозг выполняет некоторые функции периферического лимфоидного органа, являясь местом развития вторичного гуморального иммунного ответа,
В процессе развития лимфоциты мигрируют из центральных органов в периферические (Т-клетки мигрируют дважды; промежуточным органом оказывается тимус). Организация периферического отдела иммунной системы сложнее. Он включает органы, в которых осуществляются контакт лимфоцитов с антигенами и развитие иммунного ответа В основе организации системы этих органов лежит региональный принцип: каждый лимфоидный орган контролирует определенную часть тела, от которого к нему поступает лимфа (лимфатические узлы) или является барьером на кровеносных путях (селезенка), или, наконец, непосредственно контактирует с барьерами, ограничивающими внутреннюю среду организма (лимфоидная ткань, связанная с кожей и слизистыми оболочками). Периферические лимфоидные органы объединень системой рециркуляции лимфоцитов, обеспечивающей их постоянные перемещение и перемешивание, что позволяет им выполнять патрульную функцию по выявлению источников агрессии, являясь частью единого клеточного пула. Однако полноценная иммунная реакция может развиться лишь в самих лимфоидных органах, где существует необходимый набор клеток, оптимально организованных для развития иммунных реакций.
Иммунная система не только подвижная, но и непрерывно обновляющаяся. В то же время постоянство ее состава поддерживается достаточно строго. Хотя принципы этого гомеостаза еще недостаточнс понятны, очевидно, что регуляция осуществляется на уровне отдельны) разделов (компартментов) системы: численность и состав клеток костного мозга, тимуса и периферических лимфоидных органов регулируются самостоятельно и относительно независимо друг от друга, причем периферические лимфоидные органы регулируются как единое целое.
Таблица 15. Органы и другие структурные образования иммунной системы
Группы органов и структур
Органы и структуры
Источники клеток- предшественников
В эмбриогенезе — желточный мешок, печень; у взрослых — костный мозг (для В1 — сальник)
Центральные органы В-лимфопоэза
Фабрициева сумка (у птиц), групповые лимфатические фолликулы подвздошной кишки (у овец), костный мозг (у грызунов), плевроперитонеальная полость (?)
Центральный орган Т-лимфопоэза
Периферические лимфоидные органы
Лимфоидные скопления в нелимфоидных органах
Циркуляция
Тимус'
Лимфатические узлы, селезенка, миндалины, групповые лимфатические фолликулы (пейеровы бляшки), аппендикс
Внутриэпителиальные лимфоциты слизистых оболочек и кожи, lamina propria кишечника и матки, солитарные фолликулы слизистых оболочек; молочные пятна сальника
Кровь, лимфа
Уникальная особенность лимфоидных клеток состоит в том, что для их терминального созревания во внутренней среде организма в норме отсутствуют необходимые стимулы: для этого требуется поступление извне или образование внутри (вследствие патологического процесса) чужеродной субстанции — антигена. Лишь при появлении последнего во внутренней среде организма лимфоциты превращаются в эффекторные
Таблица 16. Клеточный состав лимфоидных органов человека
Органы и тканевые жидкости
% лимфоцитов от общего числа клеток*
% от общего числа лимфоцитов
В- клетки, %
т- клетки, %
CD4+- клетки, %
CD8+- клетки, %
Делящиеся клетки, %
Костный мозг
10-15
8-10
10-12
1-4
2,6
2,3
25-30
Тимус
95-98
10-12
96-98
8-10
4-6
20-25
Селезенка
80-85
20-25
40-50
25-35
20-25
10-12
5-7
Лимфатические узлы
90-95
15-20
35-40
55-65
30-40
15-20
2-4
Миндалины
85-90
40-55
25-50
н.д.
н.д.
5-10
Групповые лимфатические фолликулы
90-95
20-25**
30-40
25-30
н.д.
. Н.д.
5-8
Кровь
20-35
0,5
13-18
60-70
35-50
20-25
< 5
* Этот показатель рассчитан для мышей.
” Данные для лимфоидной ткани пищеварительного тракта в целом.
клетки, способные выполнять иммунологические функции, которые и служат конечными стадиями их развития.
Костный мозг
В костном мозгу образуются все форменные элементы крови, включая лейкоциты — клетки, непосредственно связанные с иммунной системой. Часть клеток, развивающихся из костномозговых предшественников и относящихся к иммунной системе, практически не определяется в крови, таковы дендритные и тучные клетки. Кроветворная ткань представлена в костном мозгу цилиндрическими скоплениями вокруг артериол, образующими шнуры, отделенные друг от друга венозными синусоидами. Они расположены радиально и впадают в центральный синусоид. Клетки различных типов располагаются в кроветворной ткани островками. Наибольшее число стволовых элементов сосредоточено в периферической части просвета костномозгового канала. Рядом с ними вокруг разветвлений артериол располагаются лимфоидные и моноцитарные элементы, тогда как предшественники нейтрофильных гранулоцитов сосредоточены в центре гемопоэтических долек. Размножающиеся и созревающие кроветворные клетки располагаются в петлях, которые образуют ретикулярные клетки. По мере созревания клетки (в частности, лимфоидные) перемещаются из периферической части просвета к центру, где они проникают в синусоиды и поступают в кровоток.
На долю миелоидных элементов в костном мозгу человека приходится 60—65 % клеток, на долю лимфоидных — около 10—15 % кари- оцитов. Примерно 60 % лимфоидных клеток находится в процессе созревания, остальные — зрелые клетки, готовые к эмиграции из костного мозга или, наоборот, мигрировавшие в костный мозг из крови. Доля ежедневно эмигрирующих лимфоцитов составляет у мышей около 50 % от общего числа лимфоидных элементов в костном мозгу (180 из 230—320 млн клеток). Обратный приток лимфоцитов из крови в костный мозг в 10 раз меньше (20 млн клеток в день). Содержание в костном мозгу лимфоцитов В-ряда выше, чем Т-клеток и их предшественников. Несколько более 50% клеток В-ряда приходится на преВ-клетки, имеющие ц-цепь в цитоплазме (у человека 5,8 %). Содержание В-кле- ток, несущих иммуноглобулин на поверхности, 3,7 % при соотношении IgM+ : IgG+: IgA+, равном 20 : 10 : 1. Среди зрелых В-лимфоцитов лишь часть IgM+-mieTOK относится к новообразованным, остальные заносятся кровью. В костном мозгу содержится 1—2 % плазматических клеток, что можно рассматривать как отражение иммунных реакций, реализуемых в костном мозгу.
В-росток лимфопоэза отличается большой интенсивностью функционирования. За сутки у мыши образуется 20—50 млн В-клеток, что значительно превосходит число клеток, требующихся для обновления популяции В-лимфоцитов. Полагают, что значительная часть образующихся клеток гибнет на стадии преВ-лимфоцитов. В настоящее время признано, что костный мозг служит основным местом дифференцировки В-лимфо- цитов у млекопитающих (хотя признается роль в В-лимфопоэзе групповых
лимфатических фолликулов толстой кишки у овец и некоторые другие особые случаи экстрамедуллярной дифференцировки В-клеток).
Небольшое количество (7—8 %) кариоцитов костного мозга приобретает маркеры Т-клеток под влиянием дифференцировочных факторов, т.е. представляют собой предшественники Т-лимфоцитов. Часть из них экспрессирует маркеры Т-лимфоцитов — CD7, 2 и 5. Формирование этих маркеров зависит от гормонов тимуса, приносимых в костный мозг с кровью. У клеток-предшественников, испытавших воздействие этих гормонов, повышается способность к миграции в тимус, в котором они продолжают свое развитие. На костномозговой стадии развития предшественники Т-лимфоцитов стимулируют (при участии выделяемого ими гуморального фактора) пролиферацию стволовых клеток.
До 4 % клеток костного мозга (20—30 % от общего числа его лимфоидных клеток) несут маркеры зрелых Т-лимфоцитов, в частности CD3. Часть из них — Т-клетки, мигрировавшие из крови, — является представителями рециркулирующего пула лимфоцитов. Для этих клеток характерно преобладание CD8+-лимфоцитов над CD4+-лимфоцитами: соотношение CD4+/CD8+ составляет в костном мозгу 0,5—1,0 (в крови 1,5—2,0). Миграция зрелых Т-лимфоцитов, а также части тимоцитов в костный мозг усиливается под влиянием гормонов коры надпочечников. В связи с этим содержание Т-клеток в костном мозгу увеличивается при стрессе. Физиологический смысл этого явления неясен; возможно, это связано с усилением процесса образования антител в костном мозгу вследствие миграции сюда Т-клеток, но это объяснение имеет отношение лишь к миграции CD4+-клеток.
В то же время для костного мозга характерна субпопуляция Т-клеток, имеющих фенотип CD3+CD4“CD8~. На их долю приходится 60 % СВЗ+-клеток. Среди них 70—80 % несут рецептор ар-типа, а 20—30 % — у5-типа. Первые похожи на аналогичные клетки печени, но лишены (у мышей) маркера В220. Полагают, что они дифференцируются локально, минуя тимус.
Тимус (вилочковая железа)
В отличие от костного мозга, совмещающего функции кроветворного органа и центрального органа иммунной системы, в котором детерминируется развитие лимфоидных клеток и созревают В-лимфоциты, тимус специализирован исключительно на развитии Т-лимфоцитов (а также, как выяснилось в последнее время, миелоидных элементов собственного микроокружения). Это отражает особую сложность процесса развития Т-лимфоцитов.
Тимус представляет собой лимфоэпителиальный орган. Эпителиальная часть органа является стабильной составляющей, имеющей местное происхождение, а лимфоидные элементы (собственно тимоциты) являются транзиторными: их предшественники мигрируют в тимус из костного мозга (в эмбриональном периоде из печени), а бдльшая часть созревших в тимусе Т-лимфоцитов эмигрирует в периферический отдел иммунной системы, где они включаются в функциональный рециркули-
Рис. 19. Структура тимуса.
Слева — клеточный состав и организация различных зон тимуса, справа — стадии развития клеток и основные процессы, приуроченные к изображенным зонам тимуса. К — капсула; Т — трабекула; ЭК — эпителиальная клетка; Тб — бластная форма тимоцита (субкапсулярные бласты); Тц — малый тимоцит; Мф — макрофаг; ДК — дендритная клетка; ТГ — тельце Гассаля.
рующий пул Т-клеток. Основное назначение тимуса и состоит в формировании данного пула, что включает в себя:
созревание Т-лимфоцитов, в частности появление у них антиген- распознающих рецепторов;
дифференцировку Т-клеток на субпопуляции;
отбор (селекцию) клонов Т-лимфоцитов, способных распознавать чужеродные пептиды в комплексе с аутологичными продуктами МНС.
Эти процессы осуществляются путем воздействия на предшественники Т-лимфоцитов и созревающие тимоциты клеточных и гуморальных факторов микроокружения, создаваемого элементами стромы тимуса.
Тимус млекопитающих обычно состоит из двух долей, объединенных друг с другом (у человека) или изолированных (у грызунов). Каждая доля ограничена капсулой, от которой внутрь ткани отходят перегородки, делящие ее на дольки на уровне наружной части органа — коры. Внутренняя часть органа — мозговая — едина для каждой доли.
Тимус как бы разделен на два пространства (компартмента). Одно из них представлено обычной соединительнотканной стромой, сопровождающей сосуды и нервы. Строма образована фибробластами, эндотелием капилляров, волокнами; в периваскулярном пространстве присутствуют макрофаги, реже — плазматические и тучные клетки. Большая же часть объема органа приходится на второй — эпителиальный (внутритимус- ный) — компартмент, образованный трехмерным каркасом из эпителиальных клеток и ограниченный этими же клетками снаружи. В норме эпителиальное пространство заполнено тимоцитами, и эпителиальные клетки на гистологических срезах выглядят сдавленными. Структура тимуса схематически представлена на рис. 19.
Процессы в эмбриональном тимусе. Местные компоненты тимуса формируются из третьего глоточного кармана (эктодерма) с участием третьей жаберной щели (энтодерма). Некоторые авторы считают, что эпителиальные клетки являются по преимуществу производными энтодермы, другие исследователи полагают, что эпителий глубоких слоев коры происходит из энтодермы, а субкапсулярной зоны коры и мозгового слоя — из эктодермы. Соединительнотканные элементы, как и клетки костномозгового происхождения, происходят из мезодермы. Формирование эпителиальной закладки тимуса завершается у мышей и птиц к 9-м суткам эмбрионального развития. Затем происходит заселение закладки предшественниками Т-лимфоцитов из печени эмбрионов в виде нескольких импульсных миграционных актов. Особенно детально этот процесс изучен у птиц благодаря удобной экспериментальной модели с подсадкой зачатков тимуса кур эмбрионам перепелки (и наоборот). Поскольку лимфоциты этих птиц легко различаются с помощью ферментативной метки, процесс заселения тимуса прослежен у них с высокой точностью. Оказалось, что заселение происходит в виде трех волн, у кур они осуществляются на 6—8-е, 12—14-е и 18—21-е сутки, у перепелок — на 5—6-е, 11—12-е и 17—20-е сутки. Аналогичные волны миграции клеток-предшественников в строму эмбрионального тимуса имеются и у млекопитающих. Так, у мышей они осуществляются на 11—13-е и на 17— 19-е сутки развития (рис. 20).
В начальном периоде после заселения тимуса эмбрионов мышей в нем преобладают СО4-СО8“-клетки-предшественники, которые несколько отличаются от таковых в тимусе взрослых особей. Первыми развиваются тимоциты, содержащие в составе TCR-рецептора у- и 5-цепи (вероятно, в силу особенностей микроокружения эмбрионального тимуса). Причем при построении их генов из большого разнообразия зародышевых Vy- и VS-генов используются лишь ограниченное их число (о формировании «зрелых» генов TCR см. раздел 3.1.3): сначала Vy3 и V51, несколько позже — Vy4 и V51. Образующиеся уб+-клетки покидают тимус на 15—16-е сутки эмбриогенеза (у мышей), причем первыми эмигрируют УуЗ+-клетки в эпидермис кожи, а вслед за ними — Уу4+-клетки в слизистую оболочку языка и репродуктивного аппарата самок. В последующем популяции этих клеток самоподдерживаются местно. После этого в тимусе формируются у5+-клетки, имеющие в составе TCR сегменты Vy2, Vyl.l и Vyl.2, свойственные большинству периферических уб+-клеток. Эти
I
II
III
6,5912141820,5 сут
Куры
5711 121720 сут
Перепелки
В ЛУ, сел,ПБ
В кожу В спи- В ЛУ, сел, Л Б зистые оболочки
Рис. 20. Миграционные процессы в тимусе эмбрионов птиц и мышей. Заштриховано — периоды миграции в тимус клеток-предшественников. Римские цифры — порядковые номера волн миграции, арабские цифры — сроки развития эмбрионов. Внизу указаны семейства V-генов TCR эмигрирующих клеток и направления их миграции.
ЛУ — лимфатические узлы; ПБ — пейеровы бляшки (групповые лимфатические фолликулы); сел. — селезенка.
клетки мигрируют в основном сразу после рождения — до 13-х суток постнатального развития. Лимфоциты у5+, созревающие в тимусе в более поздние сроки, являются потомками клеток-предшественников, которые мигрировали в тимус на протяжении первой волны его заселения. Из клеток второй волны миграции в последние дни эмбриогенеза в тимусе начинают дифференцироваться Т-клетки, имеющие в составе TCR-рецептора а- и (3-цепи. Они выселяются на периферию в селезенку, лимфатические узлы и групповые лимфатические фолликулы (пейеровы бляшки) начиная с 7-х суток после рождения.
Заселение тимуса клетками-предшественниками. Гематотимический барьер. Начиная с 7-х суток после рождения устанавливается свойственный взрослым особям режим работы тимуса: в него постоянно поступают клетки-предшественники из костного мозга, которые дифференцируются преимущественно в аР+-Т-клетки, пополняющие периферический пул Т-лимфоцитов. Срок развития тимоцитов от момента поступления клеток-предшественников в тимус до эмиграции на периферию составляет около 20 сут, хотя in vitro весь процесс дифференцировки от стадии «тройных отрицательных» (CD3“CD4~CD8-) клеток до стадии «одинарно положительных» (CD4+ или CD8+) клеток требуется всего 5 сут. Приток костномозговых предшественников невелик. Расчеты показали, что в 78
Рис. 21. Гематотимический брьер.
I — кровеносный сосуд; II — периваскулярное пространство; III — «эпителиальное» («внутреннее») пространство тимуса; 1 — сосуд; 2 — эндотелиальная клетка; 3 — макрофаг; 4 — мигрирующие лимфоидные клетки; 5 — базальная мембрана; 6 — эпителиальные клетки; 7 — тимоциты.
тимусе имеется не более 200 ниш, способных принять мигрантов из костного мозга, причем в норме большинство из этих ниш занято. Они опустошаются при действии повреждающих факторов (стероидов, ионизирующих излучений). При этом мобилизуются внутритимусные предшественники, которые служат источником экстренного восстановления органа; существенно, что это восстановление реализуется в виде образования у5+-клеток.
У взрослых особей воротами тимуса, в которые входят сосуды и нервы, является так называемое кортико-медуллярное сочленение. Поступившие сюда клетки затем мигрируют в наружный слой коры — субкапсулярную зону, откуда они продвигаются, созревая и размножаясь, в глубь коры. Скорее всего в кортико-медуллярном сочленении эти клетки проникают в венулы и покидают тимус. В мозговом слое сохраняются зрелые тимоциты, по-видимому, не покидающие тимус.
Между сосудистым руслом и эпителиальным пространством тимуса имеется гематотимический барьер, который образован тремя клеточными слоями: эндотелием сосудов, окружающими их макрофагами и наружной эпителиальной выстилкой внутритимусного компартмента (рис. 21). Барьер препятствует свободному обмену клетками и макромолекулами между кровью и корой тимуса и обеспечивает избирательное проникновение в орган претимоцитов и ограниченного набора других клеток. Вопрос о наличии барьера между кровью и мозговым слоем тимуса окончательно не решен. Полагают, что в этой части тимуса возможен свободный обмен клетками и макромолекулами между тимусом и кровью.
Механизмы преодоления гематотимического барьера предшественниками Т-лимфоцитов изучены недостаточно. Предполагают, что в основе этого процесса лежат закономерности, свойственные хомингу лимфоцитов, т.е. направленной миграции лимфоцитов в органы иммунной системы. Надо учитывать, однако, что в тимусе отсутствует высокий эндоте-
Таблица 17. Основные субпопуляции тимоцитов человека
Мембранный фенотип субпопуляций
Содержание, %
Локализация
Функция
CD4-CD8-CD3-
4-5■
Субкапсулярная зона
Предшественник
Т-лимфоцитов
CD4+CD8+CD3/
ТСКар1°М
80-85
Кора, глубокие слои
Субстрат селекш клонов
CD4+CD8+CD3/ TCRaphi
8-10
Мозговой слой
Хелперы
CD4-CD8-CD3/ TCRaphi
4-5
То же
Киллеры и супрессоры
CD4-CD8-CD3/
TCRap+
< 1
?
CD4-CD8-CD3/
TCRy8
1
Субкапсулярная зона
«Нерестриктиро- ванные» киллерь
Примечание. 1о — низкое, int — промежуточное и hi — высокое содержа комплекса CD3 — TCR на поверхности клетки.
лий, через который лимфоциты обычно мигрируют в лимфатичесь узлы и групповые лимфатические фолликулы (см. раздел 1.2.4), и, крс преодоления сосудистого барьера, претимоциты должны пройти че] базальные мембраны эпителиального компартмента.
В качестве рецепторов хоминга в тимусе выступает ряд молекул, р познающих (в силу комплементарности) сигнальные структуры на i верхности эндотелиальных клеток. Роль таких проводников претик цитов в тимус выполняют адгезивные молекулы CD44, р^интегри VLA-б и 4, а также L-селектин (о функциях этих молекул см. также р делы 1.2.4, 2.1.1 и 3.4.1). Все они представлены на поверхности проТ-к. ток. Обработка клеток костного мозга антителами к этим молекул перед внутривенным введением мышам ослабляет их миграцию в тим CD44 распознает производные гиалуроновой кислоты, некоторые мо. кулы поверхности эндотелиальных клеток (адрессины) и компоне межклеточного матрикса фибронектин. Интегрины VLA-4 (адР^) и VU (ct6pi) распознают молекулу эндотелия VCAM-1 и белки матрикса — ( ответственно фибронектин и ламинин. Для хоминга в тимус важно раст знавание последовательности аминокислотных остатков RGD (Аг; Gly—Asn), имеющейся в этих молекулах. L-селектин распознает углев< ные остатки мембранных белков клеток гематотимического барье] среди которых особенно важны сахара, имеющие в качестве термина) ных остатков D-p-галактозу и D-p-N-ацетилглюкозамин. Судя по эфф( ту антител в осуществлении хоминга претимоцитов в тимус опре; ленную роль играет мембранная молекула Thy-1.
Инвазивность протимоцитов проявляется в расплавлении мембрг ных структур благодаря выделению гиалуронидазы и коллагеназы. Ва ную роль в миграции клеток-предшественников в тимус играют хемот;
сические сигналы, роль которых, как полагают, выполняют хемокины, в частности р-хемокин МСР-1 и лимфотаксин, вырабатываемый самими тимоцитами и клетками стромы, а также Р2'микРогл°булин (легкая цепь молекулы МНС I класса).
Лимфоидные клетки тимуса. Лимфоидные клетки составляют подавляющее большинство клеток тимуса; большая часть их относится к Т- ряду. Развитие Т-клеток и их свойства на основных этапах созревания в тимусе описаны в разделе 1.1.1, посвященном Т-лимфоцитам и обобщены в табл. 6. Здесь мы представим лишь некоторые характеристики субпопуляций тимоцитов, соответствующие основным стадиям развития Т-клеток, которые они проходят внутри тимуса (табл. 17).
СD4-CD8--клетки субкапсулярного слоя коры представляют собой предшественники Т-лимфоцитов. На этой стадии происходит перестройка генетического аппарата, приводящая к формированию «зрелого» гена Т-клеточного рецептора (TCR). Эта стадия развития заканчивается экспрессией комплекса TCR — CD3 на поверхности клеток, т.е. приобретением тимоцитами способности распознавать антиген, а также появлением мембранных молекул CD4 и 8.
СВ4+СВ8+-клетки — кортизончувствительные незрелые корковые тимоциты. На этой стадии развития происходят отбор клонов, распознающих аутологичные продукты МНС (положительная селекция), и выбраковка клонов, которые распознают аутологичные антигенные пептиды в комплексе с аутологичными молекулами МНС (отрицательная селекция). В результате гибнет более 90 % тимоцитов. Выжившие клетки дифференцируются в зрелые Т- клетки, мигрируют на периферию и в мозговой слой.
Таблица 18. Клетки и их гуморальные продукты, формирующие микроокружение тимуса
Клетки стромы
Локализация
Функции
Гуморальные продукты
Эпителиальные
«Внутреннее» пространство тимуса
Дифференцировка тимоцитов, положительная селекция
Гормоны тимуса, КСФ (ГМ, Г, М), ИЛ-1, 6 и 7
Макрофаги
Все отделы тимуса
Дифференцировка тимоцитов, отрицательная селекция
ИЛ-1, ИЛ-6, ФНОа, ПГЕ2
Дендритные
Кортико-медуллярная зона
Отрицательная селекция клонов
ИЛ-6 и 12
Фибробласты
Соединительнотканное пространство тимуса
Формирование стромы
ИЛ-7 и 6, все КСФ
Миоидные
Эпителиальное пространство
Пролиферация, дифференцировка тимоцитов
Фактор роста тимоцитов, ИЛ-1
Таблица 19. Эпителиальные клетки тимуса
Типы клеток
Локализация
Морфологические особенности
Маркеры
Продукты
Камбиальные
Субкапсулярная зона
Лопатковидная форма, немногочисленные отростки
Кератин, десмосомы
?
Секреторные
Субкапсулярная и медуллярная зоны
Отростчатые, реже гладкие, содержат вакуоли
Кератин, ТЕ 3, 4, MR10, 14, GO, GT, IP1
Тимозины, ти- мулин, тимо- поэтин, АКТГ, ИЛ-1, 6 и 7, нейропептиды, ГМ-, Г-, М-КСФ
Клетки- няньки
Наружные слои коры
Крупные отростчатые клетки, содержат внутри себя лимфоциты
МНС I и II классов, кератин
a 1-тимозин
Ретикулярные
Глубокие слои коры
Звездчатые, с дес- мосомами, тоно- филаментами, без вакуолей
Кератин, МНС I и II классов, ТЕ 3, MP3, 6, IP1, 2
а7-тимозин (?) ИЛ-1 (?)
Ороговевающие
Мозговой слой вокруг телец вилочковой железы
Отростчатые с десмосомами, с признаками ороговения
Кератин, ТЕ19, IP1, 3
аб-тимозин (?)
Медуллярные CD4+CD8“- и СВ4"СВ8+-тимоциты — зрелые Т клетки со свойствами предшественников соответственно Т-хелпе ров и Т-киллеров. Почти все СВЗ+-тимоциты имеют рецепто] (TCR) а|3-типа. Менее 1 % составляют CD3—TCRap+CD4"CD8~ клетки, функция которых неизвестна. На долю СВЗ+-Т-клеток < уб-рецептором приходится 1 % тимоцитов. По-видимому, они по кидают тимус на ранних этапах развития.
В тимусе содержится небольшое число (около 1 %) В-лимфоцитов 1 плазматических клеток, функция которых не выяснена. В норме они ло кализуются исключительно в соединительнотканном компартменте и (1 меньшей степени) в мозговом слое. При некоторых заболеваниях числен ность В-клеток в тимусе, особенно в его мозговом слое, увеличивается Появление этих клеток в коре тимуса служит признаком грубых наруше ний структуры тимуса и гематотимического барьера.
Микроокружение тимуса. Клетки и гормоны. Развитие Т-лимфоцито] является результатом серии взаимодействий клеток-предшественников v незрелых тимоцитов с компонентами стромы тимуса. Последняя содержит несколько типов клеток, создающих опорный каркас и формирую
Таблица 20. Характеристика гормонов тимуса
Название
Аминокислотная последовательность
Число остатков
Мол. масса
pl
Содержание в сыворотке крови
Эффект тимэктомии*
Тимулин (Zn++-FTS)
AcEAKSQGGSD
9
847
7,5
0,5-4,0 пг/мл
Отсутствие фактора
а 1-тимозин
AcSDAAVDTSSEITTKDLKE KKEWEEAEN
28
3108
4,2
0,5-2,5 нг/мл
= или 1
Тимопоэтин II
AcSEFLEDPSVLTKEKLKSEL VANNVTLPAGEGRKDVYVE LYLQHLTAVKR*
49
5562
5,5
Нет данных
= или I
Примечание. = — концентрация гормона не меняется, i — снижается.
* В структуре тимопоэтина выделена последовательность активного фрагмента ТР-5.
щих микроокружение развивающихся тимоцитов (табл. 18). Основной и наиболее специфичный для органа тип клеток ретикулярного каркаса тимуса — эпителиальные клетки. С помощью моноклональных антител, а также путем изучения линий эпителиальных клеток тимуса и их гуморальных продуктов выделено несколько разновидностей этих клеток (табл. 19). Основные из них — секреторные (субкапсулярные и медуллярные), ретикулярные, клетки-няньки и клетки, связанные с тельцами Гассаля (участками ороговения эпителиальных клеток).
Секреторные клетки, локализующиеся в наружных слоях коры и мозговом слое, выделяют гуморальные субстанции — несколько разновидностей тимозина, тимулин, тимопоэтин. Часть из них — aj-тимозин, тимулин и тимопоэтин — поступает в кровь и выполняет функцию гормонов (табл. 20). Полагают, что роль этих субстанций во внутритимусном развитии тимоцитов вспомогательная (более существенны прямые межклеточные взаимодействия тимоцитов с клетками стромы), в то время как вне тимуса им принадлежит важное значение в посттимусном «дозревании» Т-лимфоцитов и поддержании их функциональной активности, в частности секреции ИЛ-2, о чем уже говорилось в связи с Т-лимфоцитами. Снижение уровня сывороточных гормонов при старении, после тимэктомии, при ряде заболеваний и действии неблагоприятных факторов среды, сопровождающееся ослаблением функций Т-лимфоцитов (в том числе супрессорной), может служить основой развития иммунодефицитного состояния, а также проявлений аутоагрессии. Эти ситуации являются поводом для лечебного применения тимусных препаратов (см. раздел 5.5.2).
До конца не решен вопрос о специфичности для тимуса названных выше гормонов. Известно, что ai-тимозин является N-концевым фрагментом более крупной молекулы — а ।-протимозина, который образуется
Таблица 21. Образование цитокинов и проявление их активности в тимусе
Цитокин
Клетки-продуценты
Эффекты
ИЛ-1
Э, М
Костимуляция пролиферации ПТЛ и CD3+4-8-
ИЛ-2
ПТЛ, CD4+, CD8+
Пролиферация CD4+ и CD8+
ИЛ-3
CD4+
Костимуляция ПТЛ
ИЛ-4
ПТЛ, CD4+, CD3+4-8"
Пролиферация CD4+ и CD8+
ИЛ-5
CD4+
Костимуляция CD4+ и CD8+ (?)
ИЛ-6
Ф, Э, М
Костимуляция ПТЛ, CD4+ и CD8+
ИЛ-7
Э, Ф
Пролиферация ПТЛ, CD4+, CD8+ и CD3+4-8"
ИЛ-9
CD4+
Костимуляция ПТЛ
ИЛ-10
CD4+
Подавление пролиферации (?)
ИЛ-11
Ф
Развитие миелоидных элементов (?)
ИЛ-12
М
Костимуляция ПТЛ и CD8+
ФНОа
ПТЛ, м, э
Костимуляция ПТЛ, CD4+ и CD8+
Фактор стволовых клеток
Ф
Пролиферация ПТЛ, Э (?)
Интерферон у
ПТЛ, CD4+ CD8+, CD3+4-8-
Активация М, Э (?) и ДК (?)
Интерферон р
Ф
Активация М
ГМ-КСФ
ПТЛ, Ф, М, Э
Костимуляция CD3+4_8~, развитие М и ДК
Г-КСФ
Ф, м, э
Развитие миелоидных клеток (?)
М-КСФ
Ф, м, э
Развитие макрофагов
MIPla
ПТЛ, CD3+4-8-
Хемотаксис ПТЛ (?)
MIPip
CD3+4-8-
Хемотаксис ПТЛ (?)
Трансформирующий фактор роста р
Ф
Подавление пролиферации (?)
Примечание. ПТЛ — предшественники Т-лимфоцитов, Ф — фибробласты, М — макрофаги, Э — эпителиальные клетки, ДК — дендритные клетки.
Жирным шрифтом выделены цитокины, отсутствие которых (вследствие направленного удаления или мутации гена) приводит к существенным нарушениям в тимусе.
в самых различных тканях и, вероятно, играет определенную роль во внутриклеточных процессах (как и а]-тимозин, взаимодействует с гистоном Н1, участвующим в регуляции активности генов). Некоторые пептиды тимуса обладают свойствами нейротрансмиттеров (т.е. участвуют в
передаче нервных сигналов) и эндорфинов (эндогенных обезболивающих факторов). К этой группе пептидов, помимо известных нейропептидов, которые также образуются в тимусе, относится тимопоэтин, подавляющий передачу импульсов от нервов к мышцам. Существуют две разновидности этого полипептида — тимопоэтин I и тимопоэтин II, которые отличаются тремя аминокислотными остатками в позициях 1, 6 и 43. Они сходны по биологической активности; на Т-клетки сильнее действует тимопоэтин II. Тимопоэтины образуются также клетками эпидермиса, по крайней мере у эмбрионов. Пептид с очень сходной структурой — спле- нин, или тимопоэтин III, образуется в селезенке. Он отличается от тимо- поэтина II остатками в позициях 6, 34 и 43, а от тимопоэтина I — остатками в позициях 1 и 34 и обладает несколько иной биологической активностью. В тимусе образуется также ряд известных гормонов и других активных пептидов: АКТЕ, пролактин, вазопрессин, соматостатин, нейрофизин, эндорфины, окситоцин.
Пока лишь нонапептид тимулин, активность которого проявляется при условии его связывания с ионами Zn2+, считается фактором, специфичным для тимуса. Именно этот пептид, определяемый в сыворотке крови в свободной и связанной с белками-транспортерами форме, выполняет роль основного гормона тимуса. Однако понимание природы и биологической роли тимулина серьезно ограничивается тем обстоятельством, что до сих пор не выяснено, фрагментом какой более крупной молекулы он является и какие гены детерминируют образование и расщепление этой материнской молекулы.
Кроме гормональных субстанций, эпителиальные клетки тимуса секретируют цитокины (табл. 21): ИЛ-1, 6 и 7, колониестимулирующие факторы (ГМ-КСФ, Г-КСФ, М-КСФ), по-видимому, «причастные» к событиям дифференцировки и пролиферации тимоцитов. Судя по эффекту удаления цитокиновых генов (с помощью процедуры нокаута — см. раздел 5.1.1), наиболее важным для развития тимоцитов среди цитокинов, которые выделяются эпителиальными клетками, является ИЛ-7, эффекты остальных цитокинов в тимусе взаимозаменяемы.
Ретикулярные клетки эпителия тимуса выполняют каркасную функцию. Кроме того, они являются факторами микроокружения развивающихся тимоцитов (см. табл. 20 и рис. 19) и служат источниками сигналов, генерируемых при прямых клеточных контактах. В основе этих контактов лежат взаимодействия мембранных молекул CD2 тимоцитов и CD58 (LFA-3) эпителия, а также интегринов тимоцитов с их рецепторами ICAM-1 и VCAM-1 поверхности эпителиоцитов. На СВ4~СВ8_-тимоци- тах эмбрионов обнаружена экспрессия интегрина аЕр7, который играет ключевую роль во взаимодействии внутриэпителиальных лимфоцитов кишечника с эпителием слизистой оболочки. Возможно, этот интегрин имеет аналогичное значение в тимусе, взаимодействуя с Е-кадхерином эпителиальных клеток. Экспрессируемые на поверхности тимоцитов ин- тегрины VLA-4 и 5 обладают сродством к фибронектину, который не только присутствует в межклеточном матриксе, но и фиксируется на эпителиальных клетках. Вероятно, указанные интегрины могут вследствие этого участвовать во взаимодействиях тимоцитов и клеток эпителия. Мо-
лекулы CD81 и 27, экспрессируемые на эпителиальных клетках корковой зоны тимуса, очевидно, причастны к (3-селекции (размножению клеток несущих (3-цепь в составе проторецептора, см. 1.1.1).
Взаимодействие созревающих тимоцитов с эпителиальными клетками служит условием процесса положительной селекции, который был рассмотрен выше (см. раздел 1.1.1). В положительной селекции тимоцитое особенно существенно участие эпителиальных клеток, несущих на своег поверхности продукты МНС II класса (1а+-клеток). Следствием контактных взаимодействий является взаимная активация как лимфоидных, так v эпителиальных клеток. Во всяком случае известно, что не только нормальное развитие эпителиального ретикулума тимуса служит условием заселения тимуса лимфоидными элементами, но и это заселение необходимо для поддержания нормального функционального состояния эпителия тимусе и даже для формирования эпителиального ретикулума и кортико-медуллярной структуры тимуса в онтогенезе.
Полагают, что в активации эпителиальных клеток важную роль наряду с контактной сигнализацией играет интерферон у, выделяемый тимоцитами.
Функция телец вилочковой железы (телец Гассаля) до сих пор не установлена. Они обнаруживаются в тимусе не всех видов млекопитающих (имеются у человека, но отсутствуют у мыши). Сама морфология этил телец (округлые образования, которые содержат концентрические ороговевшие структуры, напоминающие срез луковицы) свидетельствует с том, что они предназначены для утилизации ороговевших клеток, однако неясно, как она осуществляется.
Особым компонентом микроокружения тимоцитов являются клетки- няньки. Они располагаются в нескольких наружных слоях коры и участвуют в формировании многоклеточных агрегатов путем эндоцитоза незрелых тимоцитов или обволакивания их. В любом случае тимоциты (до нескольких десятков) оказываются погруженными в клетки-няньки и, вероятно, испытывают действие комплекса факторов, необходимых для их созревания и дифференцирования на субпопуляции. In vitro тимоциты спонтанно выходят из клеток-нянек через 12 ч, приобретая некоторые признаки функциональной зрелости. Имеются свидетельства участия клеток-нянек в элиминации погибших тимоцитов (вероятно, тех клеток, которые не были поддержаны положительным отбором), возможно, и в индукции их апоптоза. Во всяком случае способность эпителиальных клеток индуцировать апоптоз тимоцитов многократно показана, и даже предполагают, что они могут участвовать в отрицательной селекции тимоцитов.
Наряду с эпителиальными клетками функционально важными элементами стромы тимуса являются макрофаги и дендритные клетки. Макрофаги присутствуют во всех отделах органа. Примерно 50 % йх имеют признаки активации, в частности экспрессируют продукты генов МНС II класса (1а-антиген). Дендритные клетки локализуются преимущественно в кортико-медуллярном сочленении. Все они несут 1а-антиген. Дендритным клеткам тимуса свойственны некоторые черты, «роднящие» их с тимоцитами: они экспрессируют на своей поверхности молекулы CD1, 4, 8
(ар-типа), 2, 5, 25, 44, 45 и Thy-1. Как и другие дендритные клетки, они экспрессируют ряд молекул адгезии, в том числе участвующие в межклеточных взаимодействиях с лимфоцитами — CD4, 8 и 86. Активированные макрофаги выделяют цитокины — ИЛ-1 и 6, ФНОа, служащие кофакторами роста тимоцитов (т.е. факторами, усиливающими действие других ростовых агентов). 1а+-макрофаги и особенно дендритные клетки играют роль факторов микроокружения при дифференцировке Т-хелперов и отрицательной селекции тимоцитов — выбраковке потенциально аутоагрессивных клонов. Эти функции реализуются при условии формирования прямых межклеточных контактов, которые удается воспроизвести in vitro (гроздеобразование между макрофагами и тимоцитами). Ключевую роль при этом играют мембранные молекулы МНС, а также взаимодействие Р2- интегринов с молекулами ICAM-1. Взаимодействие тимоцитов с дендритными клетками является предпосылкой процесса отрицательной селекции (см. раздел 1.1.1), в основе которой лежит распознавание аутологичных молекул МНС рецепторами TCR тимоцитов. При этом адгезивные взаимодействия играют вспомогательную роль в качестве факторов, усиливающих основной сигнал.
Скорее всего в тимус не поступают зрелые дендритные клетки, а возможно, и макрофаги. Они образуются в тимусе из клеток-предшественников, общих для миелоидного и лимфоидного рядов, мигрирующих из костного мозга. В пользу этого свидетельствуют упомянутые черты сходства мембранного фенотипа дендритных клеток и Т-лимфоцитов. Внутри тимуса имеется достаточно факторов, способных обеспечить развитие как дендритных клеток (ГМ-К.СФ, ИЛ-4), так и макрофагов (ГМ-КСФ, М-КСФ).
Кроме рассмотренных клеток, в обеспечении развития тимоцитов участвуют и другие клеточные элементы. Так, фибробласты служат источниками ряда гуморальных факторов — ИЛ-7 и 6, КСФ, фактора стволовых клеток, трансформирующего фактора роста р и др. Показана роль клеток мезенхимального происхождения в качестве факторов микроокружения на самых ранних стадиях развития тимоцитов. Некоторые малоизученные ростовые факторы выделяются миоидными клетками. Миоидные клетки, лаброциты, а также малочисленные В-лимфоциты, присутствующие в тимусе, являются компонентами внутритимусного микроокружения. В его формировании участвуют также сами тимоциты, выделяющие цитокины и контактирующие друг с другом.
Помимо клеточных элементов, важной составной частью микроокружения тимоцитов является межклеточный матрикс. На поверхности тимоцитов, в частности наиболее юных СВ4_СВ8_-клеток, содержатся интегрины, позволяющие тимоцитам взаимодействовать с основными компонентами межклеточного матрикса (о чем уже упоминалось в связи с миграцией клеток-предшественников в тимус).
Инволюция тимуса. Тимус достигает наибольшей величины и активности (образование гормонов, поддержание дифференцировки и пролиферации тимоцитов) в возрасте 1 года, когда его объем у человека составляет 25 см3. Начиная с этого возраста, происходит возрастная инволюция тимуса, сопровождающаяся уменьшением объема эпителиального ком-
партмента (у человека он замещается жиром и соединительной тканью, его масса снижается меньше, чем у мышей). Снижается также секреци гормонов, причем именно падение секреторной активности тимуса сл] жит самым ранним функциональным проявлением возрастной инволк ции тимуса, которое регистрируется уже в период полового созревание Ежегодно теряется около 3 % активной ткани тимуса; теоретический рас чет показывает, что полная инволюция тимуса должна происходить в во: расте 120 лет. Среди популяций тимоцитов наиболее сильно убывает чис ленность кортикальных СЕ>4+СВ8+-клеток. Тем не менее в тимус посте янно поступают костномозговые предшественники, и из тимуса эмигрр руют зрелые Т-клетки, хотя интенсивность этого потока снижается.
После 50—60 лет регистрируется ослабление функции Т-клеток (раш ше других страдает функция Т-хелперов) и еще позже снижается их чис ленность в кровотоке и органах. При возрастной инволюции тимус благоприятное влияние оказывают препараты гормонов тимуса, а у экспс риментальных животных — подсадка тимуса новорожденных. Считаете) что возрастная инволюция органа определяет старение иммунной систе мы, а через нее — в значительной степени старение всего организма.
С возрастом повышается автономность популяции периферически Т-клеток вследствие усиления способности этой популяции к самопол держанию: периферические Т-клетки становятся менее зависимыми с тимуса. Механизмы внетимусной дифференцировки и самоподцержани Т-лимфоцитов изучены недостаточно и в настоящее время привлекают себе пристальное внимание исследователей.
. Периферические лимфоидные органы
Как отмечалось, периферический отдел иммунной системы включае систему органов (лимфатические узлы, селезенка, лимфоидные структур! и диффузная лимфоидная ткань, связанные со слизистыми оболочками кожей), объединенных системой рециркуляции с относительной автоно мией субсистем, которые связаны с различными отделами слизисты оболочек (желудочно-кишечного тракта, бронхолегочного аппарата, уро генитального тракта) и кожи.
Л. Лимфатические узлы
Лимфатические узлы дренируют лимфу с определенных регионов тела 1 контролируют появление в них чужеродных объектов — антигенов и и носителей. В некоторых отделах организма, например вдоль крупны сосудов на брыжейке, узлы располагаются цепочками или образую конгломераты. Они имеют бобовидную форму и размеры от зерна д< миндального ореха.
Схематическое изображение структуры лимфатического узла пред ставлено на рис. 22. Приносящие лимфатические и кровеносные сосу ды проникают в узел с его выпуклой стороны и впадают в краевой си нус, через который лимфа проникает в ткань коры. Узел покрыт кап сулой, от которой внутрь органа отходят тонкие соединительнотканньк
Рис. 22. Строение лимфатического узла.
1 — афферентный лимфатический сосуд; 2 — капсула; 3 — краевой синус; 4 — первичный лимфоидный фолликул; 5 — наружные слои коры (перифолли- кулярное пространство); б — паракортикальная зона; 7 — мозговой слой; 8 — вторичный фолликул; 9 — зародышевый центр; 10 — артерия; 11 — вена; 12 — эфферентный лимфатический сосуд; 13 — медуллярный синус; 14 — медуллярный шнур.
перегородки — трабекулы. Эфферентные сосуды выходят с вогнутой поверхности узла.
Лимфатический узел содержит наружную, корковую и более глубокую, медуллярную, зоны. В наружной части коры имеются фолликулы, которые служат средоточием В-лимфоцитов; среди стромальных элементов фолликулов находятся фолликулярные дендритные клетки. При развитии иммунного ответа в фолликулах появляются центры размножения (содержащий их фолликул называется вторичным). При этом дендритные клетки длительное время сохраняют на своей поверхности антиген, что является условием для формирования в зародышевом центре клеток памяти. В пространстве, окружающем фолликулы, содержатся как В-, так и Т-лимфоциты. Фолликулярные дендритные клетки отсутствуют у мышей с разрушенными генами лимфотоксинов а и Р; параллельно блокируются развитие лимфатических узлов и формирование центров размножения в фолликулах селезенки. Очевидно, «выпадающие» морфогенетические процессы контролируются лимфотоксинами.
Глубокие слои коры лимфатических узлов — паракортикальные зоны — содержат почти исключительно Т-лимфоциты. Эти зоны недоразвиты у наследственно бестимусных животных (голых мышей-носителей мутации nude) и опустошаются после тимэктомии, что послужило основанием для обозначения их как тимусзависимых зон. Особенностью стромы этих участков лимфатических узлов является присутствие интер- дигитальных клеток. В различных участках лимфатических узлов, особенно в зонах одновременного присутствия Т- и В-лимфоцитов, содержатся макрофаги.
Мозговая зона лимфатических узлов содержит мякотные шнуры, образованные ретикулиновыми волокнами, лимфоцитами обоих классов (с преобладанием В-лимфоцитов) и плазматическими клетками, число которых особенно увеличивается при иммунном ответе. Между мякотными шнурами находятся медуллярные синусы — скопления лимфы, собираемой в эфферентные лимфатические сосуды.
Клеточный состав лимфатических узлов приведен в табл. 15. Из пред-
Красная пульпаКрасная пульпаБелая пульпаБелая пульпаРис. 23. Строение белой пульп селезенки.
Красная пульпа
Красная пульпа
Белая пульпа
Белая пульпа
— фолликул с зародышевы центром; 2 — мантия (В-клето ная зона); 3 — периартериал ная муфта (Т-клеточная зона).
ставленных в ней данных следует, что в узлах преобладают Т-лимфоцил Хотя в них развивается как гуморальный, так и клеточный ответ на анл гены, полагают, что второй тип ответа в большей степени отражает спещ фику иммунологической функции лимфатических узлов. В основе это] лежат особенности микроокружения лимфатических узлов, которые в у ловиях антигенной стимуляции способствуют дифференцировке CD4" клеток преимущественно в направлении «воспалительных» хелперов тш ТЫ. Последние обеспечивают развитие клеточных иммунных реакци Отличия в структуре и функции лимфатических узлов, локализующихся различных отделах организма, невелики. Наибольшим своеобразием о личаются брыжеечные лимфатические узлы, в которых несколько вып процент В-лимфоцитов, особенно несущих мембранный IgA. Кроме тог они занимают особое место в рециркуляции лимфоцитов (см. ниже).
Селезенка
Селезенка расположена на гематогенных путях распространения антип нов, что отличает ее от лимфатических узлов, контролирующих лимфал ческие пути, и обусловливает единичность этого органа (в отличие ( множественности лимфатических узлов, дренирующих определенные р< гионы тела). Селезенка обладает более комплексными функциями, че лимфатический узел: у многих животных в ней осуществляется гемопоэ она служит фильтром для старых эритроцитов, резервуаром, регулируя щим объем циркулирующей крови и т.д.
Селезенка окружена плотной капсулой, от которой внутрь отход; трабекулы, несущие сосуды (как и в лимфатических узлах). Содержимс селезенки представляет собой массу красного цвета (красная пульпа), которую вкраплены белесоватые зерновидные тельца (белая пульпа Строение белой пульпы схематически иллюстрировано рис. 23. Бела пульпа связана с артериолами селезенки и имеет наиболее прямое отнош< ние к иммунологической функции органа. Артериолы, отходящие от тра
бекулярных артерий, окружены лимфоидными скоплениями, муфтами, образованными в основном Т-лимфоцитами и являющимися тимусзави- симыми зонами селезенки. Муфты соседствуют с фолликулами, аналогичными фолликулам лимфатических узлов и образованными В-лимфо- цитами. В фолликулах от артериол отделяются капилляры, открывающиеся в ткань, которая окружает фолликулы, и муфты — маргинальную зону. Последняя отделяет белую пульпу от красной, в которую переходит артериола. В маргинальной зоне В-лимфоциты преобладают, но здесь присутствуют и Т-клетки. Плотность лимфоцитов в маргинальной зоне меньше, чем в фолликулах и муфтах. Структура стромы тимусзависимых и тимус - независимых зон селезенки напоминает таковую аналогичных зон лимфатических узлов и характеризуется теми же особыми типами клеток.
В красной пульпе наряду с элементами крови, сосредоточенными в расширенных сосудах — синусоидах, содержатся губчатые скопления ткани, в которой присутствуют макрофаги, плазматические клетки и лимфоциты обоих классов. Плазматические клетки обнаруживаются в селезенке даже вне явно выраженных иммунных реакций. Это связано с тем, что в организме всегда присутствуют антигены (например, пищевые), на которые реагирует прежде всего селезенка. «Спонтанные» антителообразующие клетки селезенки и являются отражением этого фонового уровня иммунных реакций организма, тем более что селезенка служит тем органом периферического отдела иммунной системы, в котором существуют оптимальные условия именно для развития гуморального ответа.
В табл. 16 приведены клеточный состав лимфоцитов селезенки. В селезенке В-лимфоциты преобладают над Т-клетками, что также свидетельствует о преимущественной ориентации органа на развитие гуморального иммунного ответа (в противоположность лимфатическим узлам). Среди Т-лимфоцитов преобладают, как и в других периферических органах иммунной системы, Т-хелперы. Однако в красной пульпе сосредоточены почти исключительно Т-клетки с супрессорной активностью. Здесь имеются также 0-клетки (т.е. клетки, лишенные маркеров Т- и В-лимфоцитов), в том числе значительное число NK-киллеров. В селезенке много макрофагов, и уровень их функциональной активности достаточно высок. В связи с тем что селезенка служит хранилищем крови, регулятором ее циркуляторного объема и местом, где задерживаются (при участии макрофагов) старые эритроциты, в суспензиях спле- ноцитов всегда имеется много красных кровяных элементов.
Селезенка лишена афферентных лимфатических сосудов. Эфферентные лимфатические сосуды выходят рядом с венами, собирающими кровь от синусоидов красной пульпы, в воротах селезенки — там же, где в селезенку проникает артерия.
Лимфоидные ткань и структуры, связанные со слизистыми оболочками
Лимфоидные структуры и диффузные лимфоциты свойственны всем основным типам слизистых оболочек — в пищеварительном, бронхолегочном и урогенитальном трактах. Это огромный по объему отдел иммун-
ной системы: площадь поверхности слизистых оболочек у человека о ставляет 400 м2 (для сравнения: поверхность кожи —1,8 м2). Наиболыш объем данных накоплен относительно лимфоидной ткани, ассоциирова] ной со слизистой оболочкой желудочно-кишечного тракта, на приме] которой и будет рассмотрен этот отдел иммунной системы.
Различают структурированную и диффузную составляющие лимф» идной ткани, ассоциированной со слизистыми оболочками. Перв! включает в себя единичные некапсулированные фолликулы, а так» такие организованные формирования лимфоидной ткани, как миндал) ны, аппендикс, групповые лимфатические фолликулы (пейеровы бляв ки). Вторая составляющая представлена единичными клетками, и) фильтрирующими эпителиальные пласты слизистых оболочек (Т-лимф< циты) и собственную пластинку (lamina propria), а также подслизисть слой (преимущественно В-лимфоциты). Другая классификация лимф< идных образований, связанных со слизистыми оболочками, основана i учете места этих образований в иммунных процессах: их разделяют i индуктивные и эффекторные участки. К первым в пищеварительнс тракте относятся миндалины, групповые лимфатические фолликулы региональные лимфатические узлы, ко вторым — межэпителиальнь лимфоциты и собственная пластинка. Первые осуществляют проце» восприятия и первичной обработки антигена, вторые реализуют имму] ные реакции (подробнее об иммунном ответе, связанном со слизистыл оболочками, см. в разделе 4.1.2).
Лимфоидные структуры слизистых оболочек. Миндалины (глоточнь и небные) представляют собой скопления лимфоидной ткани между ел) зистой оболочкой, формирующей крипты, и соединительнотканны слоем, который служит источником кровоснабжения миндалин. Лимф» циты в миндалинах находятся в фолликулах и межфолликулярном пр( странстве. Фолликулы миндалин в принципе устроены так же, как других лимфоидных органах, основой межфолликулярного пространен служит ретикулярная строма, в петлях которой располагаются лимфощ ты. В миндалинах преобладают В-лимфоциты с повышенной по сравн нию с таковыми в селезенке долей клеток, несущих мембранный I& Аппендикс представляет собой почти сплошной конгломерат фоллик лов, окружающих просвет отростка.
Групповые лимфатические фолликулы (пейеровы бляшки) имеют ту отдела (рис. 24). В части бляшки, противоположной просвету, располап ется В-зона — фолликул (как и любые фолликулы, заселенные В-лимф< цитами), обычно содержащий зародышевый центр. Среди В-клеток этс зоны 20 % приходится на долю лимфоцитов, несущих на своей поверхно< ти IgA. Глубже располагается артериола с окружающими ее лимфоцитам] принадлежащими в основном к Т-ряду. На долю Т-клеток в групповь лимфатических фолликулах (пейеровых бляшках) приходится 45 % лил фоцитов. Подавляющее большинство из последних имеет рецептор (TCI типа ар и лишь менее 5 % — у5. СВ4+-клетки составляют 60 % от чист Т-лимфоцитов, СВ8+-клетки — 25 %, СВЗ+СВ4~СВ8~-клетки — 5 9 В зоне, прилегающей к просвету кишки, находится купол бляшки — учас ток, содержащий Т- и В-лимфоциты, которые контактируют с эпителием
Рис. 24. Строение групповых лимфатических фолликулов (пейеровой бляшки).
1 — энтероциты; 2 — эпителиальный купол (М-клетки); 3 — субэпителиальный купол; 4 — фолликул; 5 — зародышевый центр; 6 — Т-зависимая зона.
112323Этот эпителий образован так называемыми М-клетками — микроскладча- тыми или фолликулоассоциированными клетками. Это ворсинчатые клетки, содержащие небольшое число лизосом, непосредственно контактируют с окружающими их лимфоцитами и ответственны за проведение антигенов из просвета кишечника внутрь групповых лимфатических фолликул.
1
1
23
23
Высказывалось предположение о том, что пейеровы бляшки, особенно их купол, причастны к формированию популяции В-лимфоцитов. Эти представления нашли подтверждение лишь в отношении групповых лимфатических фолликул толстой (подвздошной) кишки овец. На долю В-клеток в этих фолликулах приходится до 90 % лимфоцитов. Имеются данные, свидетельствующие о возможном участии сальника в В-лимфо- поэзе у млекопитающих других видов. В лимфоидных структурах кишечника отмечается массовая гибель В-лимфоцитов, что иногда связывают с процессом формирования клонального репертуара В-клеток.
К лимфоидным органам, связанным с кишечником, относится центральный лимфоидный орган птиц, предназначенный для обеспечения развития В-лимфоцитов — бурса (сумка) Фабрициуса. Закладка стромы этого органа, являющейся производным слизистой оболочки кишечника, происходит у кур на 8-е сутки развития, после чего она в течение 6 сут заселяется клетками-предшественниками из печени эмбрионов. Бурса располагается в хвостовой части кишечника и соединяется с клоакой. По структуре она сходна с тимусом: разделена на корковую и мозговую части, первая из которых имеет дольчатое строение. Удаление бурсы сразу после рождения приводит к недоразвитию популяции В-лимфоцитов. Однако есть данные, что В-лимфоциты, созревшие в бурсе, мигрируют в тимус и лишь после этого заселяют периферические лимфоидные органы. В отличие от тимуса бурса содержит фолликулы и, возможно, совмещает свойства центрального и периферического органа иммунной системы. Эпителиальные клетки бурсы секретируют пептидные субстанции, вероятно являющиеся гормонами; их структура и биологическая активность не охарактеризованы. Через 4 мес после рождения происходит атрофия бурсы со снижением ее секреторной активности. В реализации этого процесса участвуют половые стероиды. Таким образом, имея сход-
ство с тимусом, бурса по ряду свойств не может служить его полным клеточным аналогом.
Диффузная лимфоидная ткань. Диффузная лимфоидная ткань кише ника представлена лимфоцитами собственной пластинки (lamina ргорг и межэпителиальными лимфоцитами. Первые — это преимуществен В-клетки, несущие на поверхности IgA, а также плазматические клет* которые в своей цитоплазме содержат IgA (избирательность в отношен: сосредоточения здесь IgA+-KneTOK проявляется в условиях антигенн активации и отсутствует у стерильных животных). В-клетки собственн пластинки происходят в основном от В1-клеток брюшной полости. Ко центрация лимфоцитов в lamina propria и подслизистом слое кишечни достигает 75—150 млн в 1 мм3. Присутствующие здесь Т-клетки состз ляют часть рециркулирующего пула и мало отличаются от соответству щих клеток в селезенке и лимфатических узлах за исключением нескол ко более высокой доли у6+-Т-клеток (8 %), а также сф+-СВ4-СВ8~-к/ ток (5 %).
Межэпителиальные лимфоциты — это почти исключительно Т-кл( ки. У человека выделяют три популяции межэпителиальных Т-клетс 75 % их приходится на СВЗ+-клетки, имеющие рецептор ар-типа, эн прессируются также CD2, 5 и 7. Подавляющее большинство (85—95 ' клеток этой группы несут субпопуляционный маркер CD8 и лишь 1 15 % — CD4. Для них характерно также наличие маркера клеток памя CD45R0. О том, что межэпителиальные аР+-Т-клетки не являются «г ивными» лимфоцитами, свидетельствуют низкое их содержание у гнт бионтов и постепенное нарастание с возрастом их числа в кишечни] В толстой кишке ар+-клеток больше, чем в тонкой кишке. Кишечн СВ4+-Т-клетки в условиях антигенной стимуляции дифференцируют) основном в направлении ТЬ2-хелперов, обеспечивающих развитие гум рального иммунного ответа.
Вторая популяция межэпителиальных Т-клеток представляет соб СВЗ+-клетки, несущие TCRyS-типа. На их долю приходится около 15 Т-клеток этой локализации; их отличительная особенность — отсутств мембранной молекулы CD5; 70 % у5+-межэпителиальных клеток кише ника лишены маркеров субпопуляций, 30 % несут CD8. Спектр семейс Vy- и VS-генов, которые используются при построении рецептора эт клеток, отличается от такового уб+-клеток, локализующихся в других р гионах иммунной системы. Часть этих клеток экспрессирует гены RA кодирующие рекомбиназы, ответственные за перестройку генов ТС Это свидетельствует о дифференцировке данной субпопуляции у5+-кл ток в кишечнике, т.е. об их независимости от тимуса. Именно по особе ностям субпопуляции у5+-Т-клеток различаются слизистые оболоч] желудочно-кишечного и урогенитального тракта; в последнем у сам присутствуют Т-клетки, несущие Уу4-содержащий рецептор, эти клет выселяются из тимуса в эмбриональном периоде.
Среди межэпителиальных Т-лимфоцитов, несущих рецептор а типа, преобладают (75 %) СВ4~СВ8+-клетки, тогда как на дол СВ4+СВ8~-клеток приходится всего 7 %. В межэпителиальном пр странстве слизистых оболочек встречаются также CD4+CD8+ (7 %)
Таблица 22. Особенности Т-лимфощитов, дифференцирующихся в тимусе иене его
Свойство
Тимусзависимые Т-клетки
Тимуснезависимые Т-клетки
Экспрессия генов RAG
Нет
Есть в части клеток
Экспрессия TCR
Сильная
Слабая или умеренная
Семейства Vy-генов, используемые при построении TCR-y8
Vyl.l, Vyl.2, Vy2, Vy3
Vy4, Vy5
Цепи, передающие сигнал от CD3-TCR
С
^-цепь и у-цепь FcRII
Цепи CD8, экспрессируемые на СВ8+-клетках
a, p
a
Локализация
Во всех органах иммунной системы, особенно в лимфатических узлах, групповых лимфатических фолликулах и селезенке
В печени, костном мозгу, брюшной полости (TCR- aploCD4“8_, часть у5+-кле- ток); в слизистой оболочке кишечника (Vy4+ и TCR- ар+СВ8а+р~-клетки), эпидермисе (часть ТСВу8+-кле- ток), легких (Уу5+-клетки)
CD3+CD4~CD8“-ap-клетки (10 %), т.е. незрелые Т-лимфоциты. Для межэпителиальных клеток характерен высокий уровень гибели по механизму апоптоза. Еще одна популяция межэпителиальных лимфоцитов имеет мембранный фенотип CD3~CD7+. Природа этих клеток не выяснена. Они обладают морфологическими признаками цитотоксических лимфоцитов (содержат внутриклеточные гранулы). Возможно это юные формы Т-лимфоцитов, но нет полной уверенности, что они относятся к Т-клеткам.
В слизистых оболочках пищеварительного, дыхательного и урогенитального тракта содержится два типа нелимфоидных клеток, выполняющих иммунологические функции. Дендритные клетки слизистых оболочек подобно белым отростчатым эпидермоцитам (клетки Лангерганса) кожи обладают выраженной способностью связывать антиген, но низкой способностью представлять его Т-лимфоцитам. Активация этих клеток происходит или после миграции в лимфатические узлы, или местно, в условиях воспаления под влиянием ГМ-КСФ и ФНОа. Дендритные клетки легких обмениваются в течение 2—3 сут и покидают слизистую оболочку с током лимфы (этот процесс ускоряется в участках воспаления).
Другой тип иммунологически значимых нелимфоидных клеток слизистых оболочек — сами эпителиальные клетки. В покоящемся состоянии они не имеют признаков иммуноцитов, однако в условиях воспаления экспрессируют молекулы МНС II класса, а также корецепторную молекулу В7 (CD80) и секретируют ИЛ-7. Вследствие этого они начинают выполнять роль клеток, представляющих антиген СВ4+-хелперам, и стимулируют пролиферацию Т-клеток (особенно CD8+).
Таким образом, для лимфоидных скоплений, локализующихся в слизистых оболочках различных органов и систем, характерны организация в виде комплексных лимфоидных органов (групповые лимфатические фолликулы, миндалины) или единичных фолликулов, а также диффузное распределение лимфоидных клеток в эпителиальном пласте (главным образом Т-лимфоцитов, в том числе у5+-Т-клеток) и в подслизистом слое (в основном В-лимфоцитов и плазматических клеток, содержащих IgA).
Следует упомянуть также о лимфоцитах Т-ряда, которые присутствуют в печени взрослых животных. Они имеют фенотип CD3+CD4_CD8“ В220+, который совпадает с фенотипом необычных Т-клеток, накапливающихся в периферических лимфоидных органах мышей — носителей мутаций 1рг и gid (см. разделы 3.5.3 и 5.3.3). Полагают, что клетки с этим фенотипом дифференцируются в печени, т.е. являются еще одним примером развития Т-клеток вне тимуса. Некоторые отличительные черты Т-клеток, созревающих в тимусе и вне его, отражены в табл. 22.
Наконец, особым отделом иммунной системы является брюшная полость. В ней сосредоточиваются клетки СВ5+-субпопуляции В-лимфоцитов, СВЗ+СВ4-СВ8~-субпопуляции оф-Т-клеток и некоторые разновидности у5+-Т-клеток. У этих клеток есть три общие черты. Во-первых, они образуются вне обычных мест дифференцировки В- и Т-клеток (соответственно костного мозга и тимуса), возможно, в самой брюшной полости. Во-вторых, они обладают относительно примитивной антиген- распознающей способностью, позволяющей распознавать скорее группы антигенов, чем индивидуальные эпитопы. В-третьих, среди них высока доля аутореактивных клеток. Физиологическая значимость этого ком- партмента иммунной системы пока не выяснена.
Лимфоидная ткань, связанная с кожей
Другим компартментом иммунной системы, имеющим очень большой объем и связанным с барьерной системой, является лимфоидная ткань, ассоциированная с кожей. Для нее характерны три главных клеточных элемента — белые отростчатые эпидермоциты (клетки Лангерганса), лимфоциты и кератиноциты (табл. 23).
Белые отростчатые эпидермоциты, описанные выше (см. раздел 1.1.2), являются антигенпредставляющими клетками, связывающими и обрабатывающими антиген, но неспособными представлять его Т-хелперам и активировать их. Они локализуются в эпидермисе. При проникновении в него антигена эти клетки фиксируют его и мигрируют в региональный лимфатический узел,\созревая в процессе миграции до стадии интердигитальной клетки, способной активировать Т-хелперы.
Лимфоидные клетки эпидермиса представлены исключительно Т-лимфоцитами, несущими сф- или у8-рецептор (см. табл. 23). Первые постоянно выполняются за счет созревания в тимусе; они составляют часть общего рециркулирующего пула лимфоцитов. yS-T-клетки частично представляют собой потомки клеток, выселившихся из тимуса в эмбриональном периоде; их маркером является продукт УуЗ-гена, который содержится в составе их TCR. Другую группу образуют Уу5+-клетки, которые,
Таблица 23. Клетки кожи, связанные с выполнением иммунологических функций
Название
Локализация
Основные маркеры
Продукты*
Функции
Л и м ф о
ц и т ы
аР+-Т-хел- перы
Э, Д
CD3, 4, 2, 5, 7, CLA
ВК-2, 3, 4, 5, 6, 10, ИФНу, ФНОа, р
Хелперы
(в основном ТЫ)
аР+-Т-кил- леры
Э, д
CD3, 8аР, 2, 5, 7
ИЛ-2, ИФНу
Пре-килл еры, супрессоры (?)
y8(Vy3+)-T- клетки
э
CD3, 2, 5, 7
ИЛ-2, ИФНу (?)
Пре-киллеры (?)
y8(Vy5+)-T- клетки
э
CD3, 8аа, 2, 5, 7
ИЛ-2, ИФНу (?)
Пре-киллеры (?)
В-клетки
д
IgM, CD19, 20
1g**, ИЛ-1
Предшественники продуцентов антител
Вспомог
ательные и стромальные
клетки
Клетки
Лангерганса
э
la, CDla, 4, 40
ИЛ-1, 12 (?)
Обработка и представление антигена
Макрофаги
Фибробласты
д
д
CD14, 15, 32, 64
ИЛ-1,6, 11, 12, 15, ФНОа, ИФНа, хемокины
ИЛ-6, 7, КСФ, ИФНр, хемокины
Фагоцитоз, выделение цитокинов
Выделение цитокинов
Эндотелиальные клетки
д
ICAM-2, CD34, ICAM-Г, ELAM* и др.
ИЛ-6, 7, КСФ, ИФНр, хемокины
Контроль миграции
Кератиноциты
э
Кератин, 1а*
ИЛ-1, 3,6, 7, 8идр. хемокины, КСФ, ФНОа, ИФНар
Механическая защита, представление антигена, источник цитокинов
Примечание. Э — эпидермис; Д — дерма; ИФН — интерферон.
* Только для активированных клеток.
” Для плазматических клеток (потомков В-лимфоцитов).
как полагают, созревают вне тимуса. В коже мышей присутствуют уникальные у5+-Т-лимфоциты, имеющие морфологию дендритных клеток. Считают, что у5+-Т-клетки кожи осуществляют первую линию защиты, реагируя на наиболее распространенные детерминанты бактериальных антигенов, в частности стресс-белки (белки теплового шока). В дерме присутствуют как Т-, так и В-лимфоциты, поступающие в нее из рециркуляции.
Кератиноциты, т.е.эпидермальные клетки, в неповрежденной коже служат барьерными клетками, строго говоря не относящимися к иммунной системе. Однако под влиянием повреждения и действия микроорга-
4 1092
Таблица 24. Нормальные показатели содержания в крови взрослого человека основных популяций и субпопуляций лимфоцитов [Симонова А.В. и др., 1989]
Клетки
Процент от числа мононуклеаров, М ± т*
Интервал колебаний**
Число клеток в 1 мкл, М ± m
Интервал колебаний
В (CD72+)
8± 1
5-12
240 ±22
100-500
NK (CD16+)
15±2
5-25
380 ± 33
100-650
Т (CD3+)
69 ± 1
55-80
1500 ±76
800-2200
CD2+
78 ± 1
68-88
1700 ±75
1100-2500
CD4+
41 ± 1
31-49
950 ±37
600-1600
СВ8+
18 ± 1
19-37
622 ± 35
300-800
* Содержание лимфоцитов 19—37 %, абсолютное число в 1 мкл 1200—3000; отношение CD4+/CD8+ составляет 1,2—2,5.
низмов и их продуктов, а затем цитокинов они активируются, экспрессируют молекулы адгезии (Е-кадхерин, Е-селектин и т.д.) и начинают выделять разнообразные цитокины (ИЛ-1,, 3, б и 7, ГМ-КСФ, Г-КСФ, М-КСФ), служащие пусковыми факторами и медиаторами иммунных реакций в коже.
Особого внимания заслуживает специфичность миграции в кожу лимфоцитов. Установлено, что такая специфичность существует лишь в отношении проникновения Т-клеток в эпидермис, причем имеющиеся данные относятся только к СО4+-клеткам. Проникновению в кожу способствует экспрессия на поверхности CD4+-клеток памяти или активированных Т-клеток маркера CLA, распознаваемого Е-селектином активированных клеток эндотелия. Экспрессия CLA индуцируется предпочтительно при активации Т-клеток через молекулу CD2 при участии трансформирующего фактора роста 0 и ИЛ-2. Другим проводником Т-клеток в эпидермис является интегрин ар07, распознающий молекулу Е-кадхерина, которая экспрессируется на активированных кератиноци- тах. Указанный интегрин присутствует на активированных СВ4+-лимфо- цитах и клетках памяти; как и в случае с CLA, его экспрессии способствует трансформирующий фактор роста р. Наконец, сама молекула CD4 благодаря ее сродству с молекулами МНС II класса, которые присутствуют на активированных кератиноцитах, также, как полагают, способствует миграции в эпидермисе преимущественно СП4+-Т-лимфоцитов.
Обсуждается возможная роль кожи и слизистой оболочки кишечника как мест внетимусного развития Т-лимфоцитов. Основанием для этого служит не только наличие в этих образованиях, как и в тимусе, контакта лимфоцитов с эпителиальными клетками, но и обнаружение пептидных продуктов эпителиальных клеток, родственных гормонам тимуса. Кроме того, как указывалось, в коже присутствуют тимуснеза- висимые Уу5+-Т-клетки. Однако имеющиеся в настоящее время данные недостаточны для положительного ответа на вопрос о возможности созревания здесь Т-клеток.
Кровь и лимфа
Кровь является местом временного пребывания клеток иммунной системы, будучи «руслом», по которому они перемещаются из кроветворных органов в периферические органы иммунной системы, а для лимфоцитов — также одним из путей рециркуляции. К путям рециркуляции лимфоцитов относится также лимфа, в которую лимфоциты проникают из лимфатических узлов и лимфоидной ткани слизистых оболочек и из которой они поступают в кровоток.
Содержание в крови лимфоцитов составляет 20—35 % (обычно — около 25 %), моноцитов — 5—8 %, нейтрофильных гранулоцитов — 60— 75 %. Представительство в ней основных популяций и субпопуляций лимфоцитов отражено в табл. 16 и 24. Более высокое содержание Т-, чем В-клеток, связано, очевидно, с особенностями их рециркуляции — большей интенсивностью рециркуляции Т-лимфоцитов. Преобладание субпопуляции CD4+-лимфоцитов (хелперов) над CD8+-киллерами отчасти также связано с разной скоростью их рециркуляции, но в целом отражает сходное соотношение клеток этих субпопуляций в периферическом отделе иммунной системы.
Кровь и присутствующие в ней клетки, в частности лимфоциты, будучи наиболее доступными для исследования, изучены особенно подробно. При этом следует иметь в виду, что они представляют всего лишь около 0,1 % от общего пула лимфоцитов и свойства циркулирующих лимфоцитов могут не вполне объективно отражать состояние этих клеток в органах иммунной системы. Во-первых, в рециркуляцию поступают в целом наиболее «здоровые» клетки, способные к активному перемещению и взаимодействию с тканевыми барьерами. Во-вторых, разновидности лимфоцитов различаются по способности к рециркуляции и, следовательно, вероятности оказаться в кровотоке. Наконец, в крови почти отсутствуют делящиеся клетки и клетки, участвующие в данное время в реакции на антиген. Напротив, популяция клеток памяти может быть предпочтительно представлена в крови в силу их высокой способности к рециркуляции.
Сказанное в еще большей степени относится к лимфе, в которой нет примеси свежеобразованных клеток, перемещающихся из костного мозга в органы, а присутствуют практически исключительно рециркулирующие лимфоциты, преимущественно Т-класса. Содержание в лимфе лимфоцитов составляет около 95 %, из них 85 % приходится на долю Т-клеток с преобладанием СО4+-лимфоцитов над СО8+-клетка- ми. В лимфе, оттекающей от ноги человека, содержится 1—3 % вуалевидных клеток — отростчатых клеток, несущих на своей поверхности молекулы МНС II класса и представляющих собой переходную стадию развития между белыми отростчатыми эпидермоцитами (клетками Лангерганса) и дендритными (интердигитальными) клетками лимфатических узлов; лимфа является для них транспортным путем при миграции из кожи (где они получают активационный сигнал и связывают антиген) в лимфатические узлы (где они взаимодействуют с Т-хелперами и запускают иммунный ответ).
Кровоток
Рис. 25. Рециркуляция лимфоцитов.
Стрелки — направления движения лимфоцитов; Афф. — афферентная; Эфф. — эфферентная.
Рециркуляция лимфоцитов
Лимфоциты периферического отдела иммунной системы объединены в единый пул благодаря непрерывной рециркуляции (рис. 25). Под рециркуляцией понимают процесс перехода клеток из кровяного русла в органы, оттуда в лимфу и вновь в кровоток. При этом клетки, покинувшие конкретный лимфатический узел, возвращаются в любой узел или селезенку, что и обеспечивает перемешивание рециркулирующих лимфоцитов (с оговорками, которые будут сделаны далее). Большинство зрелых «наивных» лимфоцитов поступает из органов в циркуляцию и обратно 1—2 раза в день, причем время, соответствующее половине срока их однократного пребывания в циркуляции, составляет 30 мин.
Предпосылкой рециркуляции являются слабая связь лимфоцитов с клетками стромы лимфоидных органов и достаточно высокая степень их подвижности. Однако в определении направления миграции и в преодолении барьеров между кровью и тканями основную роль играют хемотаксические сигналы и специфические межклеточные взаимодействия, основанные на взаимном распознавании мембранных структур клеток. Механизм этого распознавания, обеспечивающий избирательность расселения рециркулирующих клеток («хоминг»), изучен достаточно подробно.
юо '
Таблица 25. Селектины и их рецепторы, экспрессируемые па клетках иммунной системы
Основное название
Другие названия
Мол. масса, xlOOO
Лиганд
Локализация
Сел
е к т и н ы
L-селектин
CD62L, LECAM, MEL-14
75-80
CD34, GlyCAM-1, MadCAM-1
Л, М, Н, Эо
Е-селектин
CD62E, ELAM
115
sLex, С LA
Эа
Р-селектин
CD62P
150
sLex
Эа
А д р
е с с и н ы
CD34
—
105-120
L-селектин
Э, ств. кл.
GlyCAM-i
—
55
L-селектин
Э
MadCAM-1
—
50
L-селектин, интегрины CI4P7, анР?, VLA-4
Э слизистых оболочек
CD15, CD15s (связан с белками)
—
Различная
Р- и Е-селектины
М, Н
ПримечаниеЛ — лимфоциты, М — моноциты и макрофаги, Н — нейтрофилы, Эо — эозинофилы, Э — эндотелиальные клетки, Эа — активированные эндотелиальные клетки, ств. кл. — кроветворные стволовые клетки и юные клетки-предшественники.
Молекулы адгезии
Установлено, что на поверхности рециркулирующих лимфоцитов имеются адгезивные структуры — рецепторы хоминга. У человека описано несколько таких структур: L-селектин CD62L (его аналог у мыши MEL- 14), протеогликан CD44, рг, р2-, Р4" и Ру-интегрины. Они обладают сродством к адрессинам — адгезивным молекулам, экспрессируемым клетками эндотелия посткапиллярных венул — по преимуществу высокого (кубического), который представляет собой активированную форму плоских эндотелиальных клеток. Групповые и индивидуальные характеристики молекул адгезии, участвующих в миграции клеток иммунной системы и межклеточных взаимодействиях при воспалении и иммунном ответе, представлены в табл. 25 и 26 и на рис. 26.
Селектины и их рецепторы. Селектины — это тканевые лектины, обладающие сродством к концевым остаткам маннозы и фукозы, для связывания которых требуется присутствие Са2+ (свойство группы С-лек- тинов). Известно три их варианта — Р-, Е- и L-селектины. Они имеют однотипное строение. В качестве составляющих они включают три типа доменов: наружный — собственно лектиновый, промежуточный — подобный эпидермальному фактору роста и несколько коротких повторов, прилегающих к мембране, — доменов контроля комплемента. Число пос-
Таблица 26. Интегрины и их рецепторы, экспрессируемые на клетках иммунной системы
Название по CD-номен- клатуре
Другие названия
Мол. масса, X1000
Лиганды
Локализация
Pi - интегрины
CD49a/CD29
aip|, VLA-1
210/130
Ламинин, коллаген
Ta, Ba, Эо
CD49b/CD29
атРь VLA-2
160/130
Коллаген, ламинин (DGEA)
Ta, Tp
CD49d/CD29
«4Р1, VLA-4
150/130
Фибронектин, VCAM-1 (E1LDV)
T, В, M, Эо
CD49e/CD29
asP], VLA-5
132/130
Фибронектин, ламинин (RGD)
T, H, Tp
p2 - интегрины
CDlla/CD18
aLp2, LFA-1
180/95
1САМ-1, 2, 3
T, B, NK, M
CDllb/CD18
«мР2> Мас-1, CR3
170/95
ICAM-1, 1СЗЬ
M, H, NK
CDllc/CD18
axp2, CR4
150/95
iC3b (GPRP)
M, ДК, H
Pt - интегрины
CD49d/X
a4P?
150- 180/120
MadCAM
в
CD103/X
“еР?
150/120
MadCAM
T (слиз.)
Рецепторы интегринов из суперсемейства иммуноглобулинов
CD54
ICAM-1
90
LFA-1, Mac-1
ЛаЭн-а
CD102
ICAM-2
60
LFA-1
Эн, T, В, M, Тр
CD50
ICAM-3
124
LFA-1
М, ДК, Н
CD106
VCAM-1
100-110
VLA-4
Эн-а
Другие молекулы адгезии из суперсемейства иммуноглобулинов
CD2
LFA-2
50
CD58
Т, NK
CD58
LFA-3
65-70
CD2
Практически все типы клеток
Примечание. Т — Т-клетки, В — В-клетки, NK — NK-клетки, М — моноциты и макрофаги, ДК — дендритные клетки, Н — нейтрофилы, Эн — эндотелиальные клетки, Тр — тромбоциты, Эо — эозинофилы, а — активированные клетки, слиз. — клетки слизистых оболочек. В скобках — аминокислотные последовательности, распознаваемые факторами, в однобуквенном коде.
Рис. 26. Схематическое изображение молекул адгезии, участвующих в миграции и взаимодействиях клеток иммунной системы.
а — селектины и интегрины, б — их рецепторы. Представлена доменная структура молекул адгезии. Ромбами обозначены лектиновые домены, квадратами — домены, гомологичные эпидермальному фактору роста, кружками — повторы, гомологичные белкам, контролирующим систему комплемента, вытянутыми овалами — иммуноглобулиноподобные домены; отростки от прямых «стволов» — углеводные компоненты гликопротеинов.
ледних варьирует в разных видах селектинов (L — 2, Е — 5, Р — 9), что и составляет основу структурных различий между видами селектинов. Часть из них представляет собой трансмембранные белки с коротким цитоплазматическим участком, тогда как другая (бдльшая) представлена Молекулами, заякоренными в мембране через гликозилфосфоинозитол. Молекулы такого типа легко смываются с мембраны и обычно не способны запускать сигнал в клетку.
Р-селектин локализуется в эндотелиальных клетках и в гранулах тромбоцитов и нейтрофилов; он быстро мобилизуется на мембрану эндотелиальных клеток при их активации и смывается с нее в среду. Р-селектин имеет отношение к активации тромбоцитов и ранним этапам миграции клеток в очаг воспаления (см. раздел 2.1.1). Е-форма является основным селектином эндотелиальных клеток. Под влиянием активирую-
щих воздействий Е-селектин экспрессируется на поверхности эндотелиальных клеток и служит проводником нейтрофилов и других клеток в очаг воспаления.
К миграции лимфоцитов в нормальные ткани имеет прямое отношение лишь L-селектин, который экспрессируется на лимфоцитах (а также на нейтрофилах). Он обеспечивает осуществление начального этапа миграции лимфоцитов через высокий эндотелий — этапа прилипания и качения — и после его завершения смывается с поверхности лимфоцита. Поскольку именно L-селектин определяет исходные моменты взаимодействия лимфоцитов с высоким эндотелием, его иногда называют рецептором хоминга лимфоцитов.
Селектины связываются с концевыми маннозой, фукозой, а также остатками сиаловой кислоты, которые присутствуют на мембранных молекулах в нескольких формах (см. рис. 26). Прежде всего это групповое вещество Льюиса в двух его формах — Lea и Lex, присутствующих на молекуле CD 15. Сиалированная форма Lex содержится в составе молекул CD66 и некоторых интегринов. На клетках эндотелия присутствует также углеводсодержащая молекула GlyCAM-1. Все они содержатся на поверхности клеток эндотелия и служат лигандами L-селектина лимфоцитов и в то же время могут экспрессироваться на нейтрофилах и моноцитах и распознаваться Р- и Е-селектинами эндотелия. Альтернативным лигандом для L-селектина служит молекула CD34 (маркер стволовых кроветворных клеток), которая экспрессируется на поверхности эндотелиальных клеток. В эндотелии слизистых оболочек основной молекулярной формой, распознаваемой L-селектином, служит гликопротеин MadCAM, однако его экспрессия в значительной степени определяется цитокинами, выделяемыми при локальном воспалении.
Селектиноподобную функцию выполняет еще один рецептор хоминга лимфоцитов — пептидогликан CD44 (Pgp-1), который взаимодействует с неидентифицированными компонентами мембраны эндотелиальных клеток и, кроме того, с компонентами межклеточного матрикса (фибронектином, коллагеном, гиалуроновой кислотой), способствуя продвижению лимфоцитов в соответствующие тканевые домены.
Интегрины и их рецепторы. Термин «интегрины» многозначен; одно из его толкований состоит в том, что эти молекулы соединяют внутреннюю и внешнюю среду клетки, проводя сигналы как изнутри клетки на ее поверхность, так и извне внутрь клетки. Внутриклеточная часть интегринов связана с компонентами цитоскелета, что определяет многие функции этих молекул.
Интегрины представляют собой трансмембранные гетеродимеры. Известны 14 вариантов их a-цепей и 8 — p-цепей. Большинство р-цепей связывает различные a-цепи (рис. 27), и группы интегринов обозначают по общим p-цепям. Номенклатура индивидуальных интегринов имеет три варианта: используют формулу, содержащую обозначение цепей, которые образуют данную молекулу (например, а4р!), CD-номенклатуру — CD49d/CD29 или традиционное обозначение, например, для того же ин- тегрина — VLA-4. Традиционные названия обычно связаны с обстоятельствами открытия соответствующих групп молекул. Так, обозначение VLA
Рис. 27. Способность различных полипептидных а- и 0-цепей интегринов формировать гетеродимеры.
происходит от англ, very late antigen, так как вначале эти интегрины обнаружили в культуре лимфоцитов в поздние сроки после активации. Некоторые a-цепи способны связывать цепь-партнер только одного типа, другие (ад, а$, av) связываются с двумя типами 0-цепей (см. рис. 27).
Известно, что лигандсвязывающий центр интегринов формируется с участием обеих цепей, точнее, их доменов, включающих примерно 100— 200-е (считая от N-конца) остатки, организованные в виде петель, которые расположены в а- и 0-цепях друг против друга. Этот связывающий участок может находиться в неактивной и активной формах (только вторая обеспечивает эффективное связывание лиганда и выполнение функции интегринов). «Активация» связывающего участка, в основе которой лежит изменение конформации с повышением сродства к лиганду, происходит под влиянием слабой адгезии клеток, создаваемой взаимодействием других молекул и передающейся через цитоплазматический фрагмент к компонентам цитоскелета. Известно, например, что гигантский цитоплазматический участок 0гцепи интегринов (он содержит 1000 остатков) связан с компонентами цитоскелета — винкулином, талином, a-актинином и через них — с актином. После этого устанавливается прочный контакт интегрина с рецептором, который не только обеспечивает надежную адгезию взаимодействующих клеток, но и служит источником вспомогательных сигналов извне внутрь клетки. Природа сигна-
лов состоит в активации тирозинкиназ и фосфорилировании их белков - мишеней, а также в защелачивании внутренней среды клетки (вследствие усиления обмена Na+/H+ с выходом части протонов из клетки). Это способствует активации клетки. «Активация» интегринов обратима; под влиянием повышенного уровня внутриклеточного цАМФ интегрины переходят в неактивную форму, что способствует ослаблению контакта между клетками и прекращению их взаимодействия.
Интегрины содержатся на поверхности самых разнообразных клеток, включая эпителиальные, нервные, но особенно важную роль они и их рецепторы играют в функционировании клеток мезенхимального происхождения — лейкоцитов, тромбоцитов, клеток стромы, сосудистого эндотелия. Сведения о распределении интегринов в клетках иммунной системы приведены в табл. 26. Наибольший интерес с точки зрения иммунологии представляют интегрины семейств р) и р2, присутствующие на поверхности клеток иммунной системы (лимфоцитах, макрофагах, нейтрофилах). РрИнтегрины (молекулы группы VLA) взаимодействуют с компонентами межклеточного матрикса (фибронектином, ламинином, коллагеном, фибриногеном) и мембранным рецептором VCAM-1, экспрессируемым на активированных клетках эндотелия. Наиболее важную роль в физиологии лимфоцитов среди интегринов этой группы играет VLA-4.
р2-Интегрины (LeuCAM) представлены на поверхности лейкоцитов. Основной интегрин лимфоцитов LFA-1 (от англ. Lymphocyte function antigen; первоначально он был обнаружен с помощью антител, которые блокировали цитотоксическую активность Т- и NK-киллеров). Он присутствует и на других лейкоцитах. Два других интегрина этой группы служат рецепторами компонентов комплемента (CR3 и CR4); они находятся на поверхности моноцитов, макрофагов, нейтрофилов.
Рецепторами интегринов служат, как отмечено выше, компоненты межклеточного матрикса, а также молекулы суперсемейства иммуноглобулинов. Последние, как правило, появляются на поверхности клеток при их активации — на активированных эндотелиальных клетках, лейкоцитах, включая лимфоциты, и т.д. Рецептором ргинтегринов является молекула VCAM-1 (CD106), содержащая 7 внеклеточных иммуноглобулиновых доменов. Рецепторами р2-интегринов служат три типа молекул ICAM (Intercellular adhesion molecules) — ICAM-1 (CD54), ICAM-2 (CD 102) и I CAM-3 (CD50); из них только ICAM-2 присутствует на покоящихся эндотелиальных клетках. Эти молекулы могут синтезироваться в растворимой форме и влиять на процессы, связанные с межклеточным взаимодействием. На клетках эндотелия слизистых оболочек экспрессируется молекула Mad- САМ-1, служащая рецептором как интегрина VLA-4, так и L-селектина. Часто оба типа взаимодействующих клеток экспрессируют как интегрин, так и его рецептор. Адгезивная молекула РЕСАМ (CD31) служит собственным рецептором (явление гомотипической адгезии).
Связывание интегринов с рецепторами зависит от двухвалентных ионов (Са2+ и особенно Mg2+); a-цепи интегринов имеют для них специальный связывающий участок — «карман». Многие интегрины (в частности, 0! и 0з) распознают в молекуле рецепторов последовательность RGD (Arg—Gly—Asp), которая присутствует в составе мембранных ре-
цепторов, молекул межклеточного матрикса, некоторых компонентов комплемента. Однако связывание с молекулами семейств ICAM и VCAM не зависит от RGD.
Преодоление сосудистого барьера и миграция лимфоцитов в ткань
В норме высокий эндотелий имеется в лимфатических узлах и групповых лимфатических фолликулах (пейеровых бляшках). Природа сродства лимфоцитов этих органов и структур к эндотелию посткапиллярных венул соответствующих лимфоидных органов различна, и это различие обусловлено свойствами эндотелия. В групповых лимфатических фолликулах L-селектины и интегрины 014Р7 поверхности лимфоцитов распознают адрессины MadCAM поверхности эндотелиальных клеток, тогда как в лимфатических узлах L-селектины лимфоцитов взаимодействуют с другими адрессинами, в частности с CD34, а также молекулами CD 15, несущими сиалированные остатки фукозы. Эти различия являются основой обособления двух кругов рециркуляции «наивных» лимфоцитов. В брыжеечных лимфатических узлах эти пути рециркуляции пересекаются, т.е. их изоляция не является абсолютной. При рециркуляции активированных лимфоцитов и клеток памяти распознавание эндотелиальных клеток несколько иное: оно в большей степени определяется интегринами и пептидогликаном CD44 и обладает более выраженной органоспецифичностью (см. раздел 4.1).
Процесс проникновения рециркулирующих лимфоцитов (как и других клеток крови) в ткани включает 4 стадии (рис. 28):
стадия 1 — качение клетки вдоль внутренней поверхности сосуда, она обусловлена слабым обратимым взаимодействием селектинов (в случае групповых лимфатических фолликулов и интегрина 014Р7) с адрессинами и продолжается несколько секунд;
стадия 2 — активация, она занимает 1—20 с, обусловлена, вероятно, активностью выделяющихся локально хемокинов и реализуется с участием ГТФ-связывающего белка Rho;
стадия 3 — задержка (арест), она реализуется в течение нескольких минут при участии более сильных межмолекулярных взаимодействий, чем те, которые определяют фазу 1. Эти взаимодействия опосредованы р2-интегринами (в случае лимфоцитов — молекулой .LFA-1), распознающими молекулы семейства ICAM эндотелиаль
ных клеток, а также а4-интегринами, распознающими молекулы MadCAM и VCAM-1 эндотелия;
стадия 4 — диапедез лимфоцита, она осуществляется в течение примерно 10 мин. Лимфоцит проникает внутрь лимфоидного органа, продвигаясь между эндотелиальными клетками под влиянием хемотаксических сигналов, обеспечиваемых скорее всего хемокинами.
Дальнейшее продвижение лимфоцитов в ткани обусловлено теми Же хемотаксическими стимулами и сопровождается установлением об-
Рис. 28. Миграция лейкоцитов через сосудистую стенку.
Л — лейкоцит (в частности, лимфоцит), Э — эндотелиальная клетка. Между ними схематически показаны рецепторные взаимодействия. Стрелки около обозначения ХК (хемокины) — сигналы хемокинов, приводящие к усилению экспрессии интегринов (2, 3) или миграции клетки внутрь ткани (4).
ратимых контактов как с окружающими клетками, так и с межклеточным матриксом. Эти контакты обусловлены в первую очередь рринтег- ринами (VLA), распознающими молекулы матрикса (фибронектин, ламинин, коллаген) и рецепторы на поверхности стромальных клеток (молекулы VCAM-1). Преодоление сосудистого барьера и начальный этап миграции внутрь ткани осуществляются Т- и В-лимфоцитами одинаково. Однако внутри лимфоидных органов они перегруппировываются, занимая специализированные участки, хотя в некоторых участках локализуются лимфоциты обоих классов. Вероятно, особенности локализации Т- и В-лимфоцитов обусловлены их сродством к ключевым стромальным клеткам различных участков лимфоидных органов. Так, В-лимфоциты, очевидно, имеют сродство к дендритным фолликулярным клеткам, а Т-лимфоциты — к интердигитальным клеткам паракор- тикальных зон лимфатических узлов. Возможны также различия в ответе на дифференцированные хемотаксические стимулы, исходящие из разных участков органа.
В селезенке механизмы рециркуляции упрощены и лишены специфической компоненты в виде процесса хоминга. Здесь клетки «изливаются» в ткань из открытых капилляров на границе красной и белой пульпы в маргинальной зоне. Дальнейшие передвижения лимфоцитов внутри органа аналогичны таковым в лимфатических узлах. Если в лимфатических узлах и групповых лимфатических фолликулах (пейеровых бляшках) лим-
1ЛО
фоциты, покидающие орган, поступают в лимфу, то в селезенке большую роль в оттоке клеток играет гематогенный путь.
Рециркуляция лимфоцитов и взаимодействие со стромой лимфоидных органов
Как уже отмечалось, Т-лимфоциты рециркулируют более интенсивно, чем В-клетки. Для осуществления цикла рециркуляции В-лимфоцитам требуется примерно в 4 раза больше времени, чем Т-лимфоцитам. Относительно темпа рециркуляции субпопуляций Т-клеток четких данных нет; считается, что наиболее активно рециркулируют Т-хелперы. Макрофаги и другие вспомогательные клетки иммунной системы, по-видимому, не рециркулируют, хотя их выход из лимфоидных органов в кровь и лимфу вполне возможен [о миграции белых отростчатых эпидермоцитов (клеток Лангерганса) из кожи в лимфатические узлы говорилось выше].
Взаимодействия лимфоцитов и стромальных клеток очень важны не только для передвижений и локализации лимфоцитов внутри лимфоидных органов, но и для регуляции численности лимфоцитов и даже продолжительности их жизни. Контактные взаимодействия, осуществляемые с участием молекул адгезии (например, СВ2-лимфоцитов и стромальных СВ58-клеток, интегринов поверхности лимфоцитов и их рецепторов на стромальных клетках или в межклеточном матриксе), могут служить источниками активации лимфоцитов (особенно при сочетанном действии). Следствием активации может стать пролиферация или гибель (апоптоз) клеток в зависимости от их исходного состояния, характера и интенсивности сигналов. Так, при низкой степени заполненности стромального каркаса лимфоцитами (например, после действия облучения и других цитотоксических факторов) создаются условия, благоприятствующие размножению клеток («периферическая экспансия лимфоцитов»), а при переполнении лимфоидных органов могут генерироваться сигналы к развитию апоптоза.
Взаимодействие лимфоцитов со стромальными элементами существенно также для удаления из циркуляции клеток, преждевременно покинувших органы лимфопоэза, а также старых клеток. При этом ключевая роль принадлежит упоминавшемуся углеводбелковому (лектино- вому) распознаванию поверхностных молекул клеток-мишеней. Тканевые лектиноподобные рецепторы, в наибольшем количестве содержащиеся на поверхности макрофагов, распознают свободные углеводные группы несиалированных мембранных гликоконъюгатов лимфоцитов. Такие клетки, как правило, фагоцитируются. Зрелые покоящиеся лимфоциты защищены от подобного захвата макрофагами благодаря тому, что концевые углеводные группы на их поверхности блокированы сиаловой кислотой. Эта защита ослаблена у незрелых клеток, преждевременно покинувших места образования (пре-В-клеток, незрелых тимоцитов), у активированных и старых клеток в связи с ослаблением экспрессии сиалилтрансфераз. Поэтому эти клетки и становятся объектом такого распознавания, приводящего к захвату и разрушению данных клеток фагоцитами.
Иммунная система представляет собой динамическое образование, которое включает ряд лимфоидных органов, объединенных путями рециркуляции (повторяющееся перемещение клеток из органов в циркуляторное русло и обратно). Органы иммунной системы разделяют на центральные и периферические. В центральных органах происходит развитие клеток иммунной системы, в периферических органах эти клетки реализуют свое действие. Основным источником клеток иммунной системы (миелоидных и лимфоидных) является костный мозг. В тимусе развиваются Т-лимфоциты. Здесь формируется их клональный репертуар, т.е. способность распознавать определенный спектр антигенов, происходят селекция клонов и дифференцировка субпопуляций (Т-хелперов и Т-киллеров); эпителиальные клетки тимуса секретируют гормоны. Периферические лимфоидные органы (лимфатические узлы, селезенка, групповые лимфатические фолликулы) сходны по своей структуре. Они содержат фолликулы, в которых сконцентрированы В-лимфоциты, тимусзависимые зоны, содержащие Т-лимфоциты, а также участки смешанного заселения клетками обоих типов. Лимфоциты присутствуют также в барьерных тканях (коже и слизистых оболочках): Т- клетки — в их наружных слоях, между эпителиальными клетками, В-клетки — в более глубоких слоях, в рыхлой соединительной ткани. Лимфоциты (особенно Т-клетки) активно рециркулируют, возвращаясь в лимфоидные органы благодаря механизму «хоминга», основанному на сродстве молекул адгезии лимфоцитов и эндотелиальных клеток лимфоидных органов.
Факторы естественного иммунитета
Специфику функций иммунной системы определяют процессы, индуцируемые чужеродными субстанциями, антигенами, и основанные на распознавании последних. Однако, как уже отмечалось во введении, базой для развертывания специфических иммунных процессов являются более древние реакции, связанные с воспалением. Поскольку они предсущест- вуют в любом организме до начала любой агрессии и для их развития не требуется развертывания иммунного ответа, эти защитные механизмы называют естественными, или врожденными. Они обеспечивают первую линию защиты от биологической агрессии. Вторая линия защиты — это реакции адаптивного иммунитета — антигенспецифический иммунный ответ. Факторы естественного иммунитета сами по себе обладают достаточно высокой эффективностью в предотвращении биологической агрессии и борьбе с ней, однако у высших животных эти механизмы, как правило, обогащаются специфическими компонентами, которые как бы наслаиваются на них. Система естественных факторов иммунитета является пограничной между собственно иммунной системой и областью, относимой к компетенции патофизиологии, которая также рассматривает механизмы и биологическую значимость ряда проявлений естественного иммунитета, служащих составными компонентами воспалительной реакции, например фагоцитоза. Факторы врожденного иммунитета условно можно разделить на клеточные и гуморальные.
КЛЕТОЧНЫЕ ФАКТОРЫ ПЕРВОЙ ЛИНИИ ИММУННОЙ ЗАЩИТЫ
В реализации первой линии иммунной защиты, обусловленной факторами врожденного иммунитета, участвуют различные клетки миелоидномоноцитарного ряда, в первую очередь фагоцитирующие клетки, а из лимфоцитов — естественные киллеры. Все эти клетки объединяют по меньшей мере две особенности. Первая из них состоит в том, что запуск активации этих клеток достигается при воздействии на рецепторы, распознающие не индивидуальные молекулы (как в случае Т- и В-лимфоци- тов), а группы молекул, которые сигнализируют о чужеродности или агрессивности их носителей. Вторая общая черта этих клеточных факторов заключается в том, что ответом на это распознавание служит быстрая реакция, не требующая процессов межклеточных взаимодействий, пролиферации и дифференцировки, которые составляют основу иммунного
Таблица 27. Функции макрофагов при иммунных реакциях
Функция
Пуги реализации
Значение для иммунитета
фагоцитоз
Поглощение и разрушение потенциально агрессивных агентов (микроорганизмов, опухолевых клеток), погибших собственных клеток, детрита
Противомикробная и противоопухолевая зашита, очистка от продуктов тканевого распада
Внеклеточный цитолиз
Разрушение бактерий, паразитов, опухолевых клеток с помощью секретируемых продуктов и индукции цитолиза при контакте
Противомикробная и противоопухолевая защита
Образование факторов иммунной защиты
Синтез и секреция цитокинов, компонентов комплемента, ферментов
Выработка гуморальных эффекторных факторов иммунитета (в основном антимикроб ного)
Обработка антигена
Частичное расщепление поглощенного антигена и связывание его пептидов с молекулами МНС II класса
Подготовка к восприятию антигена Т-хелперами
Презентация антигена
Контакт с Т-хелпером через его рецептор для антигена, активация цитокинами (ИЛ-1 и др.)
Включение специфического звена иммунного ответа через активацию клонов Т-хелперов
Регуляция иммунного ответа
Выработка простагландинов, лейкотриенов, цитокинов и других пептидных факторов
Супрессия и ограничение иммунного ответа, в основном на его поздних стадиях
ответа. Такая врожденная готовность к осуществлению защитных реакций и определила обозначение данных факторов как естественных и врожденных, т.е. не индуцированных и приобретенных, каковыми являются факторы, формируемые при адаптивном иммунном ответе.
Вовлечение и активация клеток —
эффекторов естественного иммунитета
Основной группой клеток, обеспечивающих реакции естественного иммунитета, являются фагоцитирующие лейкоциты. По особенностям морфологии и функции их разделяют на мононуклеарные клетки и гранулоциты, что примерно соответствует предложенному И.И.Мечнико- вым разделению на макрофаги и микрофаги. Роль этих клеток в иммунной защите достаточно разнообразна. Они участвуют и в развитии иммунного ответа. Однако обозначение этой группы клеток определила та функция, которая была обнаружена ранее других — фагоцитарная.
Особенно многообразна роль главных эффекторных клеток этой группы — макрофагов, являющихся потомками моноцитов крови. Мак- 112
Таблица 28. Функциональные различия нейтрофилов и макрофагов
Свойство
Нейтрофилы
Макрофаги
Темп мобилизации и активации Длительность активации Срок жизни (и проявления активности)
Способность к пиноцитозу
Регенерация мембраны Реутилизация фагосом Fc-рецепторы
Рецепторы для комплемента Нелизосомная секреция
Быстрый (минуты) Короткая (минуты) Короткий (2—3 дня)
Умеренная Отсутствует Невозможна FcyR II, Ш CR1, 3, 4 Отсутствует
Более длительный (часы) Длительная (часы) Длительный (2—3 нед)
Высокая
Происходит Возможна FcyR I, II, III CR1, 3, 4, 5 Имеется (например, секреция цитокинов)
рофаги выполняют ряд ключевых функций как в естественной защите, так и при иммунном ответе (табл. 27).
Гранулоциты — более специализированные клетки. Однако и им свойственна определенная полифункциональность. Так, нейтрофильным гранулоцитам присуща не только фагоцитарная, но и секреторная функция, состоящая в выделении цитокинов и других биологически важных продуктов, в осуществлении внеклеточного цитолиза. У эозинофилов последняя функция даже преобладает над фагоцитарной. В то же время эти клетки в отличие от макрофагов не причастны к обработке антигена и его представлению лимфоцитам. Основные функциональные различия нейтрофилов и макрофагов обобщены в табл. 28.
Вовлечение эффекторных клеток естественной защиты в очаг воспаления. Основные эффекторы естественного иммунитета — нейтрофилы и макрофаги — прежде чем попасть в ткани, проходят стадию циркуляции в крови. Именно из кровотока они рекрутируются в очаг потенциальной угрозы, например в область повреждения тканей. Поскольку сами циркулирующие лейкоциты еще не испытали воздействия бактериальных и иных активирующих факторов, центральную роль в этом процессе играют эндотелиальные клетки. Выше (см. раздел 1.2.4) рассматривались нормальные механизмы хоминга лимфоцитов — их поступления в лимфоидные ткани из кровотока. При хоминге лимфоциты преодолевают сосудистый барьер через высокий эндотелий посткапиллярных венул лимфатических узлов и групповых лимфатических фолликулов, представляющий собой спонтанно активированный эндотелий. При развитии воспалительной реакции эндотелиальные клетки в очаге воспаления (вне зависимости от его локализации) активируются и приобретают свойства, аналогичные (хотя и не вполне идентичные) свойствам высокого эндотелия лимфоидных органов, и способность пропускать в воспаленные ткани лейкоциты. Активирующими факторами при этом могут служить
как бактериальные продукты (в первую очередь липополисахарид), так и цитокины, вырабатываемые местными клетками в очаге воспаления.
Активация эндотелиальных клеток развертывается следующим образом (см. рис. 25). В первые минуты в мембраны перемещается Р-селек- тин, который предсуществует в клетках, но хранится в цитоплазматических гранулах. Затем на протяжении 1-го часа экспрессируются гены Е-селектина, а также ряда цитокинов: а-хемокинов (ИЛ-8, IP-10, GRO-a), р-хемокинов (МСР-1 и 3, RANTES; о хемокинах см. раздел 2.1.2), ИЛ-1, ФНОа, ИЛ-6. Спустя несколько часов эти и другие цитокины начинают выделяться клетками. Особенно существенна при этом выработка хемокинов, поскольку хемокины эндотелиального происхождения служат основными хемоаттрактантами на стадии преодоления сосудистой стенки. В то же время на поверхности эндотелиальных клеток экспрессируются рецепторы для цитокинов (ИЛ-1, ФНОа, интерферона у, хемокинов). В эндотелиальной клетке усиливается метаболизм арахидоновой кислоты. Он осуществляется в основном по циклооксигеназному пути и его главным продуктом становится простациклин PGI2 (см. раздел 2.3.2). Образуется и другой продукт липидного метаболизма — фактор активации тромбоцитов. Наконец, вследствие усиления активности индуци- бельной NO-синтетазы повышается продукция окиси азота, обусловливающей бактерицидную активность этих клеток.
Процесс миграции лейкоцитов в очаг воспаления осуществляется по схеме, описанной при рассмотрении хоминга лимфоцитов (см. раздел 1.2.4 и рис. 28), здесь мы лишь кратко напомним об основных его этапах. Этих этапов 4. Первый обозначается как качение: благодаря установлению слабых и обратимых связей муциноподобных и углеводных детерминант лейкоцита с Р- и Е-селектинами эндотелиальной клетки или L-селектина лейкоцита с углеводными детерминантами эндотелиальной клетки лейкоцит катится вдоль внутренней поверхности капилляра или посткапиллярной венулы. Второй этап — активация, которая обусловлена усилением экспрессии мембранных молекул (в частности, Pj- и р2-интегринов) на лейкоцитах и их рецепторов на эндотелиальных клетках. Этот этап осуществляется преимущественно хемокинами, выделяемыми эндотелиальными клетками (a-хемокины активируют в основном нейтрофилы, а р-хемокины — моноциты и лимфоциты). При миграции нейтрофилов и моноцитов в очаг воспаления их активация не ограничивается усилением экспрессии интегринов; на этом этапе включаются метаболические проявления (активации этих клеток), которые реализуются уже в очаге воспаления (см. ниже). Третий этап — задержка, обусловленная прочной адгезией, которая является следствием предыдущего этапа. Она обусловлена установлением связей интегринов с рецепторами и приводит к остановке клеток и прилипанию их к эндотелию. Это вместе с хемотаксическим импульсом, исходящим от хемокинов, продуцированных клетками и связанных с ними, служит сигналом для осуществления четвертой фазы — проникновения лейкоцита через сосудистую стенку в ткань. Этому способствует сокращение эндотелиальных клеток (под влиянием фактора некроза опухоли и других цитокинов) и увеличению пор между ними.
Воспринимая стимулы со стороны цитокинов, достигающих сосудистой стенки из очага воспаления, эндотелиальная клетка проходит очередные фазы активации. В результате процесс, начинающийся с активации клеток эндотелия бактериальными продуктами, через фазу миграции, накопления лейкоцитов в очаге воспаления и их локальной активации «возвращается» к эндотелиальным клеткам в результате их дальнейшей стимуляции цитокинами, что способствует прогрессированию воспалительного процесса. Из других следствий активации эндотелиальных клеток отметим усиление экспрессии гена bcl-2, обусловливающее повышение устойчивости этих клеток к гибели по механизму апоптоза (см. раздел 3.5.3). Накопление цитокинов, обладающих ростовой активностью в отношении клеток эндотелия, обусловливает их пролиферацию и как следствие формирование новых сосудов, т.е. ангиогенез. Среди цитокинов ФНОа в зависимости от дозы может усиливать или подавлять этот процесс, однако в концентрациях, создающихся в очаге воспаления, он оказывает в основном стимулирующее действие на ангиогенез.
В тех случаях, когда в очаге воспаления накапливаются специфические активированные Т-клетки, важную роль начинает играть интерферон у — основной продукт CD4+-клеток типа ТЫ. Под его влиянием на поверхности эндотелиальных клеток усиливается экспрессия молекул МНС II класса, что обусловливает участие этих клеток в процессе обработки антигенов и представления антигенных пептидов Т-хелперам. При аллергическом воспалении аналогичный, хотя и менее выраженный эффект вызывает ключевой продукт ТЬ2-клеток ИЛ-4.
1 Таким образом, активация эндотелиальных клеток в ранний период воспалительной реакции обеспечивает миграцию в очаг биологической агрессии клеток, обусловливающих как первую (нейтрофилы, моноциты), так и вторую (лимфоциты) линию иммунной защиты. Сами эндотелиальные клетки при этом частично берут на себя роль макрофагов как ^бактерицидных клеток, источников цитокинов и других медиаторов воспаления и даже антигенпредставляющих клеток.
Распознающие структуры клеток — эффекторов естественного иммунитета. Выше уже отмечалось, что рецепторы, запускающие реакции естественного иммунитета, распознают химические структуры или группы структур, не свойственные нормальным клеткам данного организма. К ним относятся бактериальные липополисахариды и пептидогликаны, а также концевые сахара мембранных гликопротеинов. В результате контакт лейкоцитов с бактериальными клетками, на поверхности которых содержатся указанные субстанции, приводит к активации клеток и включению первой линии иммунной защиты, хотя распознавания индивидуальных бактериальных антигенов при этом не происходит (на уровне первой линии защиты понятие «антиген» не имеет смысла). Аналогичная реакция распознавания осуществляется при контакте лейкоцитов с собственными клетками организма — интенсивно пролиферирующими, трансформированными (в том числе опухолевыми) или «состарившимися», поскольку во всех этих случаях нарушается защита концевых углеводных остатков мембранных гликоконъюгатов, и они становятся Доступными для распознавания.
Таблица 29. Основные распознающие структуры, ответственные за активацию клеток-эффекторов естественного иммунитета
Рецепторы
Структурные типы
Клетки- носители
Лиганды
Функции
Рецепторы май
н о з ы ( Р М )
РМ Мф
8 цепей С-реак- тивного белка
Мф, эндотелий печени
Углеводы, содержащие маннозу
Подключение к ответу Т-хелперов
DEC-205
10 цепей С-реак- тивного белка
ДК, эпителий тимуса
То же
То же
Р е ц е п т о
рлипополисахарид;
i
CD14
Гликопротеин, заякоренный в липидном бислое
Мон, Мф, Нф
ЛПС
Удаление бактерий, индукция выработки цитокинов
Р е ц е 1
пторы-мусорщики
Тип I
Трансмембранный белок типа 1Г, содержит домен SRCR
Мф, эндотелий
Компоненты стенок бактерий и дрожжей
Удаление бактерий, адгезия
Тип II
Аналог типа I, лишенный домена SRCR
Мф
То же
То же
MARCO
Аналог типа I большего размера
Мф
Компоненты стенок бактерий
Удаление бактерий
Р е ц е п
торы комплемента
CD35 (CR1)
Содержит 30 повторяющихся последовательностей
Мон, Мф, Нф, Лф
СЗЬ, С4Ь
С-зависимый клиренс
CD21 (CR2)
Содержит 15 повторяющихся последовательностей
В-Лф, фолликулярные ДК
iC3b, C3dg, C3d
Активация В-клеток
CDllb/ CD18 (CR3)
амр2-интегрин
Мон, Мф, Нф, NK
iC3b, ЛПС, фибронектин
Удаление бактерий, адгезия
Примечание. Мф — макрофаги; Мон — моноциты; Нф — нейтрофилы; Лф — лимфоциты; ДК — дендритные клетки; ЛПС — липополисахарид; SRCR — домен типа мусорщика (scavenger), богатый цистеином.
* Трансмембранные белки типа 11 — белки, встроенные в мембрану таким образом, что наружу клетки направлен С-конец молекулы (у белков типа 1 — N-конец).
В табл. 29 обобщены основные типы распознающих молекул естественного иммунитета, выполняющих функции клеточных рецепторов. Данные, представленные в последней колонке, показывают, что результатом связывания рецепторов является удаление из организма соответствующего лиганда и его носителей (обычно микроорганизмов), иногда с подключением Т- или В-клеток, т.е. факторов второй (антигенспецифи- ческой) линии защиты.
Активация макрофагов и нейтрофилов. В основе проявлений функциональной активности макрофагов и нейтрофилов лежит активация. По своей природе она родственна процессу активации других клеток, однако отличается многими проявлениями и последствиями. Так, активация лимфоцитов означает переход из фазы покоя в клеточный цикл, что отнюдь не обязательно для макрофагов и гранулоцитов; «кислородный взрыв», являющийся одним из основных событий активации фагоцитирующих клеток, не характерен для активируемых Т-лимфоцитов. Тем не менее, как и в случае с другими клетками, активация эффекторных клеток естественной защиты индуцируется внешними стимулами (как правило, воздействием экзогенных молекул на мембранные рецепторы клеток, рассмотренных выше) и реализуется с помощью цепи внутриклеточных сигналов, приводящих к изменению метаболических процессов и активности генов. Механизмы активации нейтрофилов и макрофагов в общих чертах сходны, хотя имеются и определенные различия, которые будут упомянуты ниже.
Активирующими стимулами для фагоцитирующих клеток служат факторы, взаимодействующие с рассмотренными выше рецепторными структурами:
бактериальные продукты, в частности липополисахариды;
цитокины, среди которых в качестве активатора наиболее эффективен интерферон у;
активированные компоненты комплемента, их фрагменты;
тканевые полисахариды, в частности содержащие концевую маннозу;
прилипание к различным поверхностям, происходящее с участием •адгезивных молекул поверхности макрофагов, а также процесс
tфагоцитоза;
с • любые другие факторы, вызывающие активацию протеинкиназы С и повышение содержания Са2+ в клетке (в модельных опытах in vitro — сочетание форболмиристатацетата и ионофоров кальция).
Процесс активации в ряде случаев разделяется на два этапа: прайми- рование и запуск. Праймирующими агентами могут служить интерферон и ГМ-КСФ, которые облегчают проявление активации под действием Пускового агента — липополисахарида. На молекулярном уровне эффект Праймирования трактуется как процесс, приводящий к активации протеинкиназы С (вследствие накопления 1,2-диацилглицерина) без мобилизации Са2+, т.е. как неполный сигнал. Последующее воздействие липополисахарида завершает формирование сигнала путем мобилизации
Са2+ с участием 1,4,5-инозитолтрифосфата — продукта расщепления фосфатидилинозитол-4,5-дифосфата (см. раздел 3.5.1). Однако активация может осуществляться и одномоментно вследствие одновременного прохождения обоих внутриклеточных процессов.
Основные проявления активации макрофагов следующие:
«кислородный взрыв», накопление свободных радикалов;
генерация окиси азота;
изменение активности ряда ферментов, не связанных с кислородным и азотным метаболизмом;
усиление синтеза la-молекул (продуктов генов МНС II класса) и их экспрессии на поверхности клеток;
усиление синтеза и секреции цитокинов (ИЛ-1, ФНОа и т.д.) и других биологически активных молекул;
повышение фагоцитарной активности и эффективности фагоцитоза;
увеличение противоопухолевой активности;
повышение способности обрабатывать антиген и представлять его Т-клеткам;
проявление регуляторной активности при иммунном ответе.
Ббльшая часть перечисленных проявлений наблюдается и при активации нейтрофилов. Это относится, в частности, к кислородному взрыву, некоторым изменениям метаболизма и повышению фагоцитарной активности.
Далее мы несколько детальнее рассмотрим механизмы кислородного взрыва и генерации окиси азота в связи с исключительно важной ролью этих процессов как в активации фагоцитирующих клеток, так и в реализации бактерицидной функции последних.
Кислородный, или дыхательный, взрыв (рис. 29) — это процесс образования продуктов частичного восстановления кислорода, свободных радикалов, перекисей и других продуктов, обладающих высокой антимикробной активностью. Образование этих метаболитов в своей основе имеет усиление потребления глюкозы и ее расщепление с участием NADP+ по механизму гексозомонофосфатного шунта, что сопровождается накоплением NADPH. Взаимодействие NADPH с молекулой кислорода в клеточной мембране при участии NADPH-оксидазы приводит к генерации супероксид-ан ион а (О2“). NADPH-оксидаза представляет собой мультиферментный комплекс, включающий флавопротеин, убихинон, цитохром Ь558, а также пептиды — мембранные (р22 и gp91) и цитоплазматические (р47 и р67). В активации этой системы участвуют фосфолипазы и протеинкиназа С, активируемые теми же пусковыми агентами.
При последующих реакциях, в которые вовлекаются ионы водорода, образуются другие продукты с бактерицидной активностью — перекись водорода, синглетный кислород (!О2) и гидроксил-радикал ( ОН). Образование перекиси водорода (дисмутация супероксид-радикала) происходит как спонтанно, так и с участием супероксиддисмутазы. При участии
aaГлюкозомонофосфатныйшунтГлюкоза + NADP*► Пентозофосфат+NADP.HЦитохром Ь245NADP.H + О2► NADP.H * О2~ГлюкозомонофосфатныйшунтГлюкоза + NADP*► Пентозофосфат+NADP.HЦитохром Ь245NADP.H + О2► NADP.H * О2~Спонтанная дисмутация2О2- + 2Н+ ► Н2О2 * 1О2О2" * Н2О2► НО * ОН" * 1О2Спонтанная дисмутация2О2- + 2Н+ ► Н2О2 * 1О2О2" * Н2О2► НО * ОН" * 1О2МиелопероксидазаН2О2 * С1“► ОСГ * Н2ОМиелопероксидазаН2О2 * С1“► ОСГ * Н2ООСГ + Н2О► Ю2 + СГ + Н2ООСГ + Н2О► Ю2 + СГ + Н2ОСупероксиддисмутазаСупероксиддисмутаза2О2- * 2Н*2О2- * 2Н*О2 * Н2ОО2 * Н2О2Н2О22Н2О2КаталазаКаталаза2Н2О * О22Н2О * О2бб
a
a
Глюкозомонофосфатныйшунт
Глюкоза + NADP*► Пентозофосфат+NADP.H
Цитохром Ь245
NADP.H + О2► NADP.H * О2~
Глюкозомонофосфатныйшунт
Глюкоза + NADP*► Пентозофосфат+NADP.H
Цитохром Ь245
NADP.H + О2► NADP.H * О2~
Спонтанная дисмутация2О2- + 2Н+ ► Н2О2 * 1О2
О2" * Н2О2► НО * ОН" * 1О2
Спонтанная дисмутация2О2- + 2Н+ ► Н2О2 * 1О2
О2" * Н2О2► НО * ОН" * 1О2
МиелопероксидазаН2О2 * С1“► ОСГ * Н2О
МиелопероксидазаН2О2 * С1“► ОСГ * Н2О
ОСГ + Н2О► Ю2 + СГ + Н2О
ОСГ + Н2О► Ю2 + СГ + Н2О
Супероксиддисмутаза
Супероксиддисмутаза
2О2- * 2Н*
2О2- * 2Н*
О2 * Н2О
О2 * Н2О
2Н2О2
2Н2О2
Каталаза
Каталаза
2Н2О * О2
2Н2О * О2
б
б
Рис. 29. Кислородзависимые процессы в фагоцитах, приводящие к образованию бактерицидных субстанций.
а — основные стадии превращений продуктов «кислородного взрыва», б — химические реакции, составляющие их основу.
миелопероксидазы, активность которой существенно возрастает, из перекиси водорода с участием ионов галогенов формируются дополнительные бактерицидные продукты. Для предотвращения ущерба собственным клеткам от накопления этих продуктов, цитотоксичных не только в отношении микроорганизмов, срабатывают механизмы их инактивации путем превращения в воду и кислород с участием супероксиддисмутазы и каталазы. Впрочем, эти же защитные механизмы могут проявлять и микробные клетки.
Рассмотренные выше процессы развиваются в течение нескольких секунд, что и определило их обозначение как «взрыв». Место генерации бактерицидных продуктов точно не установлено, в конечном счете они оказываются в фаголизосоме и могут секретироваться во внеклеточное пространство. Кислородный взрыв вызывают все активирующие и прай- мирующие агенты, ряд хемоаттрактантов, цитокинов, препараты, разрушающие микротрубочки (колхицин), и т.д. При действии различных агентов может проявляться определенное своеобразие, касающееся, например, выраженности отдельных составляющих реакции. Обнаружены определенные различия в генерации кислородного взрыва при активации нейтрофилов и макрофагов: в первом случае реакция более кратковременна, но более интенсивна, она приводит к большему накоплению перекиси водорода и не зависит от синтеза белков, во втором случае она длится дольше и подавляется ингибитором синтеза белка циклогексимидом.
Поскольку рассмотренные процессы сопровождаются переходом электронов с более высокоэнергетических орбит на менее высокоэнергетические, они сопровождаются и излучением квантов энергии, что регистрируется как люминесценция. Хемилюминесценция клеточных мембран с использованием усилителей (легко окисляемых веществ типа люминола, люцигенина) широко используется для оценки кислородного взрыва в активированных клетках.
Большое внимание в настоящее время привлекает NO-зависимый механизм бактерицидности фагоцитов. Окись азота образуется в результате расщепления аргинина до цитруллина, катализируемого NO-синте- тазой при участии Са2+, лейкотриена В4 и NADP. Существует конститутивная и индуцибельная формы NO-синтетазы. Первая содержится в активной форме в покоящихся клетках, вторая — iNO-синтетаза — активируется при участии провоспалительных цитокинов. ИЛ-10, ФНОа и особенно интерферон у усиливают, а продукты ТЬ2-клеток ИЛ-4, 10 и 13 подавляют эти процессы.
Фагоцитоз
Открытие фагоцитоза И.И.Мечниковым в конце прошлого века было одним из самых впечатляющих достижений молодой тогда иммунологии. Оно сильно повлияло на направление исследований и теоретических построений по крайней мере на полвека вперед. Еще И.И.Мечников разделил фагоцитирующие клетки на микрофаги и макрофаги. К первым он отнес нейтрофильные гранулоциты, которые рано мобилизуются при развитии воспаления (через минуты, часы), но обладают умеренной способностью к поглощению микробных и иных чужеродных частиц. Макрофаги (в отличие от первого этот термин сохранился до наших дней) мобилизуются позже (через часы, сутки), но обладают более значительным фагоцитарным потенциалом и разнообразным спектром иных эффекторных функций.
Тем не менее основные этапы фагоцитарной реакции сходны для клеток обоих типов, хотя в их феноменологии и механизмах имеются оп-
1ЭА
Таблица 30. Стадии фагоцитоза
Стадия
Событие
Факторы клетки-мишени и ее окружения
Факторы фагоцита
Хемотаксис
Сближение фагоцита и объекта
Хемотаксины: бактериальные, СЗа, С5а, хемокины
Рецепторы хемотаксинов, цитоскелет, лейкотриены и др.
Прилипание
Установление контакта
Опсонины (антитела, компоненты комплемента, фибронектин), молекулы адгезии
Соответствующие рецепторы, интегрины
Активация мембраны
Подготовка к погружению
Липополисахариды, лиганды рецепторов фагоцита
Интегрины, рецепторы, липиды, Са2+, протеин- киназа С
Инициация фагоцитоза
Обволакивание объекта
Молекулы адгезии
Элементы цитоскелета, Са2+, интегрины
Формирование фагосомы
Замыкание мембраны и погружение объекта
—
Элементы цитоскелета
Формирование фаголизосомы
Слияние фагосом и лизосом
Блокирующие агенты (подавляют фагоцитоз)
Компоненты мембраны, цитоскелета
КиллиНГ и переваривание
Гибель объекта фагоцитоза, его переваривание
Компоненты клеточной стенки (предотвращают фагоцитоз)
Продукты кислородного и азотного метаболизма, галоидные производные, гидролазы
Выброс продуктов деградации
Выброс содержимого фаголизосомы из клетки
—
Цитоскелет, мембрана
ределенные различия. Реакция фагоцитоза может быть подразделена на несколько стадий: хемотаксис, прилипание к объекту, активация участка мембраны фагоцита, погружение частицы, формирование фагосомы, разрушение объекта, освобождение продуктов деградации (табл. 30, рис. 30).
Хемотаксис
Хемотаксис — это направленное движение клеток, определяемое градиентом химических факторов, хемотаксинов, или хемоаттрактантов. Наряду с положительным (движение в сторону высокой концентрации хемотаксина) наблюдается отрицательный (удаление от хемотаксина) хемотаксис. В реакции фагоцитоза более важную роль играет положительный хемотаксис. Хемотаксис следует отличать от хемокинеза — ненаправленного усиления подвижности клеток под влиянием химических агентов.
В случае фагоцитоза хемоаттрактантами служат, как правило, про-
2. Адгезия
3. Активация мембраны
4. Погружение
5. Образование фагосомы
6. Слияние фагосомы
Рис. 30. Основные стадии фагоцитоза [по Ройт А., 1991].
дукты, выделяемые микроорганизмами и активированными клетками в очаге воспаления (цитокины, лейкотриен В4, гистамин), а также продукты расщепления компонентов комплемента (СЗа, С5а), протеолитические фрагменты факторов свертывания крови и фибринолиза (тромбин, фибрин), нейропептиды, фрагменты иммуноглобулинов, С-реактивный белок, цАМФ и др. Среди микробных продуктов наиболее активен пептид N-формил — метионил — лейцил — фенилаланин (fMLP) или его аналоги. Этот пептид участвует в инициации синтеза белка у бактерий; он отсутствует у эукариот, его появление служит сигналом бактериальной инвазии. Пептид fMLP часто используют в экспериментальной практике в качестве хемотаксического фактора. Большинство названных хемоаттрактантов сами привлекают фагоциты (собственно цитотаксины), другие, например бактериальные эндотоксины, индуцируют выработку цитотаксинов другими клетками, в том числе самими фагоцитами.
К хемотаксическим продуктам фагоцитов и лимфоцитов относится ряд цитокинов, например ИЛ-10 (привлекает нейтрофилы, моноциты, лимфоциты) и ИЛ-2 (привлекает Т-клетки). Однако «профессиональными» хемотаксинами служат цитокины группы хемокинов. Они представляют собой довольно короткие полипептиды с молекулярной массой 8000—10 000. Хемокины разделяют на два семейства, отличающиеся по взаиморасположению двух остатков цистеина вблизи N-конца молекулы. В молекуле а-хемокинов эти остатки разделены другой аминокислотой (последовательность Cys-X-Cys), тогда как в молекулах р-хемокинов они располагаются рядом (Cys-Cys). Хемокины а, как правило, служат хемоаттрактантами для нейтрофилов, иногда для других клеток, а р-хемокины привлекают преимущественно моноциты и макрофаги, а также Т-лимфоциты. Сведения об основных представителях этих семейств хемокинов приведены в табл. 31.
Таблица 31. Основные проявления хемотаксической активности хемокинов
Название
Клетки- продуценты
Хемотаксическое действие в отношении клеток
Активирующее действие с указанием типа клеток
Б
м
т
Н
Э
a - х е м о
к и г
ы
ИЛ-8
М, NK, Т
+
+
+
(+)
Н, Э, Б
IP-10
М, Ф, Энд, Кер, Т
+
+
PF4
Тромбоциты
+
+
(+)
GROa, Р, у
М
+
+
3 - х
5 M О
К И F
I ы
RANTES
м
+
+
т, м
МСР-1, 2, 3
м
(+)
+
+
+
+
Б
MIP-la
М, Т, В, БОЭ
+
+ (CD4+)
т, м
MIP-1P
То же
(+)
+
+
+
+ (CD8+)
т
Примечание. Н — нейтрофилы; Э — эозинофилы; Б — базофилы; М — моноциты и макрофаги; Т — Т-лимфоциты; В — В-лимфоциты; NK — NK-клетки; Ф — фибробласты; Энд — эндотелиальные клетки; Кер — кератиноциты; БОЭ — белые отростчатые эпидермоциты. Хемокины: IP-10 — индуцируемый интерфероном белок 10 (Interferone Inducible Protein 10); PF4 — тромбоцитарный фактор 4 (Platelet Factor 4); МСР-1 — 3 — макрофагальные хемотаксические пептиды (Macrophage Chemotactic peptides 1—3); MIP-la, MIP-lp — макрофагальные воспалительные белки la, ip (Macrophage Inflammatory Proteins la, 1 p); RANTES — регулируемый активацией фактор, экспрессируемый и секретируемый нормальными Т-клетками (Regulated upon Activation Normally T cell Expressed and Secreted).
В организме наряду с факторами, способствующими хемотаксису, присутствуют ингибиторы хемотаксиса, подавляющие как активность хемоаттрактантов (например, а2~макроглобулин), так и реакцию клеток (некоторые гормоны, бактериальные продукты).
Для большинства упомянутых факторов на поверхности фагоцитов найдены рецепторы, связывание которых служит пусковым сигналом направленного движения клеток, а также ряда других реакций, связанных с фагоцитозом и активацией клеток. Рецепторами хемокинов служат белки, 7 раз пронизывающие мембрану (аналогично другим членам семейства родопсинов, к которому они относятся). Известны 4 рецептора а-хемокинов и 5 рецепторов р-хемокинов, большая часть которых взаимодействует с несколькими представителями одного семейства. Лишь один рецептор (CXCR1, или ИЛ-8рА) обладает высоким сродством только к ИЛ-8; сродством к этому цитокину обладает еще один рецептор — ИЛ-8РВ. Все эти рецепторы, а также рецепторы для fMLP и лейкотриена В4 связаны с белком G, который служит передаточным фактором для запуска сигнала в клетку и для ее активации. Синтез de novo белков и нук-
леиновых кислот при этом необязателен. Энергия для хемотаксиса поставляется преимущественно за счет процессов гликолиза. При этом существенно изменяется метаболизм фагоцитов, усиливается секреторный процесс, повышается восприимчивость клеток к действию других активирующих агентов.
В основе направленного движения фагоцитов лежит реакция контрактильных белков цитоскелета, прежде всего актина и миозина. Мобилизация компонентов цитоскелета происходит в процессе активации клетки. Вследствие реорганизации цитоскелета клетка из округлой становится поляризованной (обычно треугольной). В сторону объекта хемотаксиса выдвигается ламеллоподиум — участок цитоплазмы, бедный органеллами, но содержащий сеть микрофиламентов, в частности нитчатый (F) актин. Последний образуется в результате полимеризации G-актина. Ориентацию клетки в процессе хемотаксиса определяет полимеризация микротрубочек, а процесс движения — сокращение микрофиламентов.
Определенная часть мембранных гликопротеинов перемещается в сторону полюса поляризации, на котором резко усиливается экспрессия (32-интегринов (CDlla, b, c/CD18). Аппарат Гольджи переориентируется в направлении движения клетки. Происходит конформационная перестройка (ремоделирование) фосфолипидов мембран. Одновременно клетка секретирует эластазу, коллагеназу, катепсины, что способствует преодолению преград в виде базальных мембран.
Как известно, ранее других клеток в очаг воспаления мигрируют нейтрофилы, существенно позже сюда поступают макрофаги. Однако скорость хемотаксического перемещения нейтрофилов и макрофагов сопоставима (около 15 мкм/мин). Различия во времени их проникновения в очаг воспаления связаны, очевидно, с не вполне идентичным набором факторов, служащих для них хемоаттрактантами, и с более быстрой начальной реакцией нейтрофилов (запуск хемотаксиса), а также присутствием нейтрофилов в пристеночном слое сосудов (т.е. их готовность к проникновению в ткани).
Адгезия фагоцитов к объекту фагоцитоза
Адгезия фагоцитирующих клеток к своим мишеням обусловлена наличием на поверхности этих клеток рецепторов для молекул, представленных на поверхности объекта (собственных или связавшихся с ней).
Когда объектом фагоцитоза служат клетки, рецепторная природа адгезии проявляется особенно ярко, хотя и в этом случае в основе адгезии лежит взаимодействие, опосредованное рецепторами. При фагоцитозе бактерий или старых клеток организма хозяина происходит распознавание концевых сахаридных групп (глюкозы, галактозы, N-ацетилгалактозами- на, фукозы, маннозы и т.д.), которые представлены на поверхности фагоцитируемых клеток. Распознавание осуществляется лектиноподобными рецепторами соответствующей специфичности, в первую очередь маннозосвязывающим белком и селектинами, присутствующими на мембране фагоцитов. Другим типом рецепторов, важных для распознавания объек-
тов фагоцитоза, служат интегрины (см. раздел 1.2.4). На поверхности макрофагов, как отмечалось выше, имеются Р2-интегрины (LFA-1, Мас-1, 180/95), а также ^-интегрины группы VLA. Они распознают такие мембранные рецепторы клеток, как ICAM-1, 2 и 3, а также фибронектин, ламинин, коллаген и другие белки межклеточного матрикса, особенно те, которые содержат характерные последовательности. Из последних наиболее изучена последовательность Arg—Gin—Asp (в однобуквенном коде RGD; распознающие ее структуры обозначают как RGD-рецепторы). Поскольку эти последовательности присутствуют на поверхности различных клеток и на клеточном матриксе, их распознавание фагоцитами наряду с действием хемоаттрактантов способствует передвижению фагоцитов.
В тех случаях, когда объектом фагоцитоза являются не живые клетки, а кусочки угля, асбеста, стекла, металла и т.д., фагоциты предварительно делают объект поглощения «приемлемым» для осуществления реакции, окутывая его собственными продуктами (в частности, компонентами межклеточного матрикса, который они продуцируют). Хотя фагоциты способны поглощать разного рода «неподготовленные» объекты, наибольшей интенсивности фагоцитарный процесс достигает при условии опсонизации — фиксации на поверхности объектов таких молекул, для которых на поверхности фагоцитов имеются специфические рецепторы. Наибольшую роль в распознавании опсонизированных клеток играют Fc-рецепторы и рецепторы для компонентов комплемента.
Интактные компоненты комплемента практически не фиксируются на микробных клетках и не распознаются фагоцитами. Однако многие микроорганизмы способны вызывать активацию комплемента по альтернативному пути и продукты расщепления компонентов этой системы часто фиксируются на бактериальных клетках. Комплемент, активируемый по классическому пути, сорбируется на бактериальных клетках, опсонизированных IgG-антителами. Распознавание таких опсонизированных клеток осуществляется с помощью соответствующих рецепторов для компонентов комплемента на поверхности фагоцитов (см. разделы 1.1.2 и 2.3.1). В процессе развития иммунного ответа на бактериальные антигены на поверхности микробных клеток фиксируются антитела и фрагменты компонентов комплемента, активированных по классическому пути. Наиболее важным опсонизирующим фактором в этой группе является СЗЬ, который образуется при обоих путях активации комплемента и рецепторы к которому имеются на поверхности как макрофагов, так и Нейтрофилов. Несколько меньшую роль играет С4Ь, образующийся только при классической активации комплемента и имеющий рецепторы лишь на макрофагах, а также С5Ь, фактор Н и т.д.
Но наиболее значимы в качестве опсонизирующих агентов иммуноглобулины — антитела, распознаваемые разнообразными Fc-рецептора- Ми фагоцитов. Как правило, условием опсонизации такого рода служит Присутствие в организме или предобразованных антител (естественных, ранее индуцированных этим микроорганизмом, или посторонних, перекрестно реагирующих с ним), или антител, сформировавшихся de novo в Процессе иммунного ответа на данный возбудитель. Наконец, опсонизирующим фактором могут служить неспецифические иммуноглобулины
(чаще их агрегаты), которые могут фиксироваться на объектах фагоцитоза. Наибольшую роль в качестве опсонизирующих агентов играют IgG- антитела (особенно IgGl), для Fc-порции которых имеются рецепторы на поверхности как макрофагов (FcyRI, FcyRII, FcyRIII), так и нейтрофилов (FcyRII, FcyRIII; подробнее см. разделы 1.1.2 и 3.1.1). Однако опсонинами могут служить и иммуноглобулины других классов. IgM обладают не меньшей опсонизирующей активностью, чем IgG, но их содержание в сыворотке, как правило, ниже, чем IgG, и рецепторы для них имеются лишь на макрофагах.
Процессы адгезии играют основную роль при миграции фагоцитирующих клеток в очаг воспаления, особенно при преодолении преград в виде сосудистой стенки, базальной мембраны и т.д.
Активация фагоцитов при адгезии и распластывании
Выше уже рассматривались основные проявления и механизмы активации фагоцитов. Адгезия фагоцитирующих клеток к субстрату является одним из факторов их активации, необходимой для осуществления последующих событий фагоцитоза, начиная от распластывания фагоцита на поверхности клетки-мишени и кончая перевариванием убитой клетки-мишени. Решающая роль в процессе запуска активации клеток под влиянием хемотаксических агентов, иммунных комплексов и молекул адгезии принадлежит белку G, который, как уже отмечалось, связан с рецепторами для большинства этих агентов. При взаимодействии с ними клеточных рецепторов происходит диссоциация белка G, что приводит к активации фосфолипазы С. Она в свою очередь катализирует расщепление фосфоинозитидов до диацилглицерина и инозитол-3-фосфата. Первый активирует протеинкиназу С, второй обусловливает мобилизацию ионов Са2+ из внутриклеточных депо (подробнее см. раздел 3.5.1).
Активация клетки сопровождается деполяризацией мембраны со снижением ее отрицательного заряда, изменением трансмембранного потока ионов (усилением поступления в клетку Са2+, К+, Na+), активацией сериновой эстеразы, изменениями в системе циклических нуклеотидов с преходящим повышением уровня цАМФ, усилением трансметилирования белков.
Мембранные структуры, взаимодействующие при контакте фагоцитов с клетками-мишенями (в частности, опсонины на поверхности микробной клетки и их рецепторы на поверхности фагоцита), расположены на поверхности взаимодействующих клеток равномерно. Это создает условия для последовательного охвата частицы псевдоподиями, что обеспечивает, с одной стороны, тотальное вовлечение в процесс всей поверхности фагоцита, с другой — поглощение частицы вследствие замыкания мембраны по принципу застежки «молния». Условием распластывания фагоцита и охвата им частицы служат активация протеинкиназы С и мобилизация Са2+. Процесс распластывания может быть смоделирован в обход адгезии — путем действия на клетку сочетания форболовых эфиров и ионофоров Са2+.
Связующим звеном между активацией протеинкиназы С и мобилиза-
цией Са2+, с одной стороны, и распластыванием клетки — с другой, являются перемещение белков цитоскелета к рецепторам адгезии, особенно к интегринам, и их сосредоточение у поверхности клетки (происходящее, в частности, под влиянием взаимодействия молекулы CD14 с бактериальными липополисахаридами). В событиях, происходящих в мембране фагоцита при его адгезии на клетках, большая роль принадлежит актомиозиновой системе, а также переходам гель — золь в системе клеточных коллоидов. Сокращение актиновых волокон и разжижение коллоидов обеспечивают инвагинацию мембраны и формирование фагосомы.
Указанные процессы сопровождаются другими проявлениями активации фагоцитирующих клеток, такими как кислородный взрыв, а кроме того, в случае мононуклеарных фагоцитов — экспрессией мембранных 1а-антигенов, Fc- и СЗ-рецепторов и секрецией монокинов, в случае нейтрофилов — экспрессией Fcy-рецептора, секрецией гранул.
Погружение частицы
Как упоминалось выше, прямым следствием контактной активации фагоцита является изменение состояния цитоскелета и физико-химической структуры цитоплазмы. Относительно низкомолекулярный G-актин превращается в нитевидный полимеризованный F-актин. Последний входит в состав цитофиламентов, которыми богата псевдоподия, формируемая фагоцитом при контакте с частицей. Псевдоподия вытягивается в направлении частицы и прилипает к ней. Вследствие сокращения актиновых волокон и изменения вязкости цитоплазмы (желатинизации) частица полностью охватывается мембраной фагоцита, которая «застегивается» над частицей.
Желатинизация представляет собой процесс сшивки нитей филаментов актиногелином (MARCKS) — белком, перекрестно связывающим актин, в результате F-актин переходит в состояние геля. Сокращение геля происходит при участии миозина, служащего источником энергии. Этот процесс регулируется Са2+ и белком гельсолином, препятствующим гелеобразованию. Зона повышенной жесткости цитоплазмы возникает вначале в месте контакта частицы с клеткой, что и обеспечивает образование локального вдавления цитоплазмы. По мере расширения зоны адгезионного контакта распространяется область желатинизации цитоплазмы.
В конечном счете в результате упомянутых процессов частица, а вместе с ней часть мембраны фагоцита (до 50 % общей ее поверхности) погружаются внутрь клетки в виде везикулы, называемой фагосомой.
Формирование фаголизосомы
Фагосома, погруженная внутрь клетки, сливается с лизосомами, в результате чего формируется фаголизосома — гранула, в которой существуют оптимальные условия для бактериолиза и расщепления убитой микробной клетки. В нейтрофилах фагосома сначала (через 30 с) сливается с вторичными, несколько позже (через 1—3 мин) — с азурофильными гранулами. Механизмы сближения и слияния фагосом и лизосом неясны. По-види-
мому, имеют место активное движение лизосомных гранул к фагосоме, их адгезия и слияние на основе гидрофобных взаимодействий.
Предполагают, что слиянию мембран способствуют локальное закисление в фаголизосоме, сопровождающееся нарушением гидрофобных связей в мембранах, а также перекисное окисление полиненасыщенных жирных кислот в липидах мембран под влиянием восстановленного кислорода.
Лизис и расщепление фагоцитированных клеток
В фаголизосоме существует несколько систем факторов бактерицидности:
факторы, требующие участия кислорода для своего формирования (зависящие и не зависящие от миелопероксидазы);
азотистые метаболиты;
активные субстанции, в том числе ферменты;
локальное закисление.
Кислородзависимые механизмы формирования факторов бактерицидности рассмотрены выше и иллюстрированы рис. 29. Среди промежуточных форм восстановленного кислорода и продуктов переокисления бактерицидную активность в фаголизосоме проявляют перекись водорода, гидроксил-радикал и синглетный кислород, по-видимому, суперок- сид-анион сам по себе не обладает бактерицидной активностью: токсичны его продукты.
Бактерицидность этих факторов усиливается под влиянием галогенов (особенно иодида), некоторых ионов металлов, витамина С. Иодид и другие ионы галоидов вовлекаются в процесс бактериолиза при участии миелопероксидазы, катализирующей образование при участии упомянутых ионов из перекиси водорода синглетного кислорода и продуктов окисления галоидов типа ионов 01”. Последние обладают токсичностью в отношении не только бактерий, но также грибов и микоплазм. Полагают, что кислородзависимые факторы, генерируемые при участии миелопероксидазы, обладают наибольшей эффективностью при бактериолизе. Они реализуют свою активность в нейтрофилах и моноцитах, но не обнаружены в резидентных макрофагах. Основной эффекторной молекулой бактериолиза в макрофагах считается перекись водорода. Все упомянутые бактерицидные продукты лишены какой-либо специфичности в отношении микроорганизмов. Они обладают также туморицидной и вообще цитотоксической активностью (отсюда — необходимость формирования в активированных макрофагах защитных механизмов их инактивации).
К весьма активным факторам бактерицидности относятся продукты азотного метаболизма, в частности окись азота и радикал NO-, образующиеся под влиянием NO-синтетазы, особенно при действии на фагоцитирующие клетки интерферона у или его сочетания с ФНОа. Эти метаболиты особенно важны при разрушении микобактерий, устойчивость к которым коррелирует с активностью NO-синтетазы.
Среди кислород- и азотнезависимых факторов повреждение микроб
ной мембраны вызывают дефензины (низкомолекулярные, а также более высокомолекулярные катионные белки, в частности р25, р37 и р57), катепсин G, белок ВР1, усиливающий проницаемость бактериальной стенки, и аргиназа. Определенный вклад в лизис микробной стенки вносит лизоцим (мурамидаза), расщепляющий пептидогликаны. Лактоферрин проявляет свой эффект через связывание ионов железа и активацию системы кислородзависимого киллинга.
Закисление внутренней среды фаголизосом (pH 4,5—6,5) может оказывать бактериостатическое или бактерицидное действие, поскольку при pH, близком к 4,5, затрудняется поступление в микробную клетку питательных веществ вследствие снижения ее электрического потенциала. Кроме того, кислая среда способствует активации большего количества ферментов фаголизосом, в том числе участвующих в бактериолизе или обеспечивающих его. Продукты жизнедеятельности микроорганизмов сами могут способствовать усилению локального закисления в фаголизо- соме.
Процесс разрушения фагоцитированных клеток завершается благодаря активности протеаз, нуклеаз, липаз и ферментов, расщепляющих углеводы (всего в лизосомах обнаружено более 60 разновидностей ферментов). Активность этих ферментов оптимальна как раз при кислых значе- иях pH, имеющихся в фаголизосоме.
Продукты разрушения микроорганизмов вместе с содержимым фаго- изосом выбрасываются из клетки наружу в результате процесса, анало- шчного дегрануляции.
Секреторная активность фагоцитов
Расширение представлений о функциях фагоцитирующих клеток в последние годы было в первую очередь связано с разработкой учения о секреторной активности этих клеток. Такая активность свойственна преимущественно активированным фагоцитирующим клеткам, однако по крайней мере макрофаги выделяют ряд субстанций (например, лизоцим и простагландин Е2) спонтанно. Секреторная активность выражается по меньшей мере в двух формах — выбросе содержимого гранул (для макрофагов — лизосом), т.е. дегрануляции, и секреции с участием эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи. Дегрануляция свойственна всем основным типам фагоцитирующих клеток — нейтрофилам, эозинофилам и макрофагам, тогда как второй тип секреции присущ в основном или исключительно макрофагам.
Процесс дегрануляции особенно подробно изучен на нейтрофилах. Хотя он тесно связан с фагоцитозом и даже составляет основу последнего его этапа (выброса переваренных частиц), это автономные процессы. В присутствии цитохалазина В, разрушающего микрофиламенты, подавляется фагоцитоз, но осуществляется дегрануляция. Стимуляторами дегрануляции нейтрофилов служат иммунные комплексы, фрагменты компонентов комплемента СЗа и С5а, некоторые регуляторные пептиды, цитокины, метаболиты арахидоновой кислоты (гидроксиэйкозотетраено- вые кислоты — ГЭТЕ), ионофоры Са-+, цГМФ (цАМФ подавляет дегра-
нуляцию). Освобождение специфических гранул происходит быстрее и интенсивнее, чем азурофильных.
Состав гранул нейтрофилов уже рассматривался выше (см. раздел 1.1.2). Основу секретируемого содержимого гранул составляют предобра- зованные ферменты, способные вызвать гибель микробов, паразитов, опухолевых клеток, а также переварить компоненты этих клеток. Часть этих ферментов (содержащихся преимущественно в специфических гранулах) проявляет активность при нейтральных и щелочных значениях pH, другая (содержащаяся в азурофильных гранулах) представляет собой кислые гидролазы. Наиболее важны для проявления активности вне клетки нейтральные ферменты — преимущественно протеиназы (катепсин G, эластаза, коллагеназа), активные при нормальных значениях pH внеклеточной среды. Кислые протеиназы активны в условиях закисления, создающихся при высокой активности процессов лизиса тканей и формирования гноя.
Протеолитические ферменты участвуют также в формировании вазоактивных пептидов и опосредуют, таким образом, развитие сосудистой компоненты воспалительной реакции. Так, под влиянием нейтральных и кислых протеиназ образуются кинины, влияющие на сократимость и проницаемость мелких сосудов (см. раздел 2.3.2). Под действием сериновой протеиназы, производимой нейтрофилами, ангиотензиноген плазмы превращается в ангиотензин II, сужающий сосуды и повышающий кровяное давление. Низкомолекулярные катионные белки обусловливают высвобождение вазоактивных аминов и гистамина из тучных клеток и тромбоцитов, вызывают агрегацию последних. Фермент, сходный по специфичности с протеиназами системы комплемента и способный отщепить вазоактивный пептид С5а от молекулы С5 (см. раздел 2.3.1), содержится в специфических, а ферменты, вызывающие деградацию пептида, — в азурофильных гранулах. Часть вазоактивных пептидов образуется в гранулах нейтрофилов и выделяется непосредственно при дегрануляции.
Важную роль в развитии воспаления и его регуляции играют эйкозаноиды — липидные продукты расщепления арахидоновой кислоты (см. раздел 2.3.2). Среди последних нейтрофилы выделяют простагландин Е2, лейкотриен В4, 5-ГЭТЕ, в меньшем количестве — тромбоксан А2, лейкотриен С4 и ряд других соединений этой группы. Их выделение длится 10—15 мин, причем сами метаболиты разрушаются ферментами, выделяющимися при дегрануляции нейтрофилов. К липидным продуктам, выделяемым нейтрофилами и играющим определенную роль в развитии воспалительной реакции, относится фактор, активирующий тромбоциты.
Важную группу субстанций, выделяемых нейтрофилами, составляют бактерицидные продукты дыхательного взрыва и переокисления — перекись водорода, синглетный кислород, гидроксил-радикал, а также миелопероксидаза и галоидсодержащие продукты, образующиеся при участии последней (галиды и гипогалиты, особенно производные йода). Секретируемый нейтрофилами лизоцим обусловливает разрушение пептидогликанов бактериальной стенки, а лактоферрин связывает ионы железа, необходимые для жизнедеятельности бактерий. Продукты, секретируемые нейтрофилами, токсичны для бактерий, грибов, микоплазм, вирусов.
Таблица 32. Секреторная активность макрофагов
Группы факторов
Факторы
Условия секреции
Функциональная значимость
Компоненты комплемента
С1-9, СЗа, СЗЬ, С5а, ВЬ, пропердин, факторы В, D, I, Н
Спонтанно, усилена при активации
Эффекторные реакции иммунитета, бактериолиз, цитолиз
Факторы свертывания крови
Факторы V, VII, IX, X, протромбиназа
То же
Свертывание крови и смежные процессы
Белки матрикса, интегрины
Фибронектин, тромбоспондин, протеогликаны: гепарин-и хондроитинсульфаты
Формирование межклеточного матрикса, межклеточные контакты
Транспортные белки, ингибиторы
Трансферрин, «2-макро- глобулин, авидин, транскобаламин II, ингибиторы протеиназ
Спонтанно и при активации
Регуляция транспорта и метаболизма белков, развитие воспаления
Метаболиты арахидоновой кислоты
Простагландин Е2, лейкотриены В и С, тромбоксан А2, 5-НЕТЕ, 15-НЕТЕ
То же
Регуляция воспаления, иммунного ответа и других процессов, ауторегуляция
Продукты «кислородного взрыва»
Ог—, Н2О2, ОН и др.
При активации
Бактерицидное, тумори- цидное, цитотоксическое действие
Ферменты, их ингибиторы
Нейтральные протеиназы, кислые гидролазы, лизоцим, лактопероксидаза
При активации, лизоцим — спонтанно
Бактерицидное, тумори- цидное действие, разрушение тканевого детрита
Цитокины
ИЛ-1, ФНОа, ИЛ-6 и 8, ИФНа и Р, ГМ-, Г- и М-КСФ, ТФРр, эритропоэтин и др.
При активации
Обеспечение воспалительной и иммунной реакций, пролиферации, гемопоэза, межсистемных коммуникаций, авторегуляция, туморицидность
Гормоны, регуляторные пептиды
СТГ, АКТГ, р-эндорфи- ны, бомбезин
В основном при активации
Регуляция активации и функционирования клеток, развития воспаления
Примечание. ИЛ — интерлейкин, ИФН — интерферон, ФНО — фактор некроза опухоли, ТФР — трансформирующий фактор роста, КСФ — колониестимулирующий фактор: Г — гранулоцитарный, М — макрофагальный, ГМ — гранулоцитарно-макрофагальный.
Во многом аналогичны проявления секреторной активности эозинофилов. Их главная особенность — преимущественная способность убивать внеклеточных паразитов и относительно слабая бактерицидная активность. Хотя эозинофилы способны секретировать продукты, образующиеся при дыхательном взрыве, а также метаболиты арахидоновой
кислоты, специфика их действия связана, по-видимому, с секрецией продукта их гранул — главного щелочного белка (мол. масса 21 000), токсичного для паразитов (например, шистосом). Секреты эозинофилов богаты лизофосфолипазой, расщепляющей фосфолипиды мембран погибших клеток, особенно лизолецитин. Продукты эозинофилов токсичны также для некоторых клеток организма-хозяина, а также для опухолевых клеток. Они участвуют в отрицательной регуляции воспаления и реакций гиперчувствительности.
Сведения о продуктах, секретируемых моноцитами и макрофагами, обобщены в табл. 32. Главные особенности моноцитов/макрофагов в сравнении с нейтрофилами и эозинофилами состоят в значительной выраженности процессов секреции, не связанных с дегрануляцией, а также способность клеток к синтезу секретируемых белков и пептидов и формированию гранул de novo. Это обусловливает большую длительность и интенсивность секреторной деятельности этих клеток, а также возможность спонтанной секреции некоторых продуктов. Если секреторная активность нейтрофилов и эозинофилов связана преимущественно с их бактерицидной и киллерной активностью, то секреция моноцитов/макрофагов наряду с этой функцией в значительной степени направлена на выполнение регуляторной роли в развитии воспалительной реакции и иммунного ответа.
Процесс секреции, не связанной с дегрануляцией, не зависит от микротрубочек: их разрушение колхицином препятствует дегрануляции с освобождением кислых гидролаз, но усиливает секрецию макрофагами эластазы, коллагеназы, активатора плазминогена. Циклические нуклеотиды в большей степени влияют на дегрануляцию (цГМФ усиливает, а цАМФ ослабляет ее), чем на истинную секрецию ферментов макрофагами.
Макрофаги спонтанно секретируют ряд продуктов: лизоцим, компоненты комплемента, ряд ферментов (например, эластазу), фибронектин, аполипопротеин А и липопротеиновую липазу. Последние два продукта имеют отношение к липидному обмену. Поскольку липопротеиновая липаза способствует образованию из липопротеинов низкомолекулярных липидных метаболитов, способных проникать в стенки артерий, ее активность имеет отношение к развитию атеросклероза. К этому процессу причастны и макрофаги как таковые в связи со способностью этих клеток (в частности, поглотивших частицы липидов) проникать в стенку сосудов. Вырабатывая фибронектин и родственные белки, макрофаги участвуют в формировании межклеточного матрикса, который служит важнейшим компонентом микроокружения клеток иммунной системы. Нормальное содержание в сыворотке крови и биологических жидкостях компонентов комплемента поддерживается благодаря их секреции макрофагами и клетками печени.
Активация макрофагов по-разному влияет на секрецию указанных веществ. Образование липопротеиновой липазы и эластазы при этом уменьшается. Синтез компонентов комплемента, кроме С2, С4 и С5, изменяется мало. Синтез С5 модифицируется на посттрансляционном уровне. В то же время происходит истинное усиление выработки и секреции С2, С4, кислых гидролаз, фибронектина, активатора плазминогена, включается син
тез цитокинов (ИЛ-1, 6 и 8), ФНОа, интерферонов аир, гормонов и других пептидных факторов (АКТЕ, СТГ, p-эндорфина и т.д.).
Активация макрофагов приводит также к процессам дегрануляции лизосом и фагосом с выделением продуктов, аналогичных тем, которые выделяются при дегрануляции нейтрофилов, — продуктов дыхательного взрыва, миелопероксидазы и галоидных производных, многочисленных ферментов-протеиназ (сериновой, аспартатной, металлозависимых и т.д.), кислых гидролаз и др. Комплекс этих продуктов обусловливает внеклеточный бактериолиз и цитолиз, а также переваривание компонентов разрушенных клеток. Однако внеклеточная бактерицидная активность у макрофагов выражена несколько слабее, чем у нейтрофилов. Макрофаги не вызывают и массированного аутолиза, приводящего к формированию гноя. Это связано с особенностями выделяемых ферментов (миелопероксидазы, протеиназ, гидролаз), а также с их количеством и особенностями динамики процесса, который никогда не бывает столь бурным и «концентрированным» во времени, как реакция нейтрофилов. Другая особенность секреции этих продуктов макрофагами состоит в ее регулируемости, в осуществлении которой важная роль принадлежит метаболитам арахидоновой кислоты.
В то же время продукты секреции моноцитов/макрофагов очень важны для регуляции развития воспаления и иммунных процессов. В этом отношении особенно значимы простагландины, лейкотриены, регуляторные пептиды и особенно цитокины. Секреция этих веществ, как правило, не связана с освобождением гранул, а является классическим секреторным процессом, происходящим при участии аппарата Гольджи.
Из простагландинов (см. раздел 2.3.2) макрофаги образуют PGE2, который является важным регулятором активности (в том числе секреторной) самих макрофагов и других клеток, преимущественно подавляя процессы, связанные с развитием воспаления и иммунного ответа. Продукты липооксигеназного пути также влияют на функции макрофагов, в основном усиливая их (в частности, хемотаксическую и секреторную). Эти продукты являются важными медиаторами реакции гиперчувствительности немедленного типа. Из веществ этой группы макрофаги образуют лейкотриены В и С, тромбоксан А2, 5-ГЭТЕ и 15-ГЭТЕ.
К регуляции биохимических процессов в воспаленных тканях имеют отношение разного рода ингибиторы, выделяемые макрофагами, — ингибиторы протеаз (а2-макроглобулин, а-антитрипсин, ингибитор плазмина), фосфолипазы (липомодулин), ингибитор активатора плазминогена, ингибиторы компонентов комплемента (факторы I и Н).
Важнейшими регуляторами воспалительных и иммунных процессов являются монокины — цитокины, выделяемые активированными моноцитами и макрофагами. Стимуляторами выработки ИЛ-1, 6 и ФНОа служат бактериальные липополисахариды, полигликаны, а также другие Цитокины, регуляторные пептиды и множество иных разнообразных субстанций. С индукцией синтеза цитокинов сопряжены не любые формы активации макрофагов: например, частицы зимозана и латекса не индуцируют, а частицы кремния индуцируют секрецию ИЛ-1, хотя все они активируют макрофаги. Включение генов ИЛ-1 регистрируется в преде-
лах 1—2 ч после действия активаторов по экспрессии цитоплазматической мРНК, белковый продукт появляется в цитоплазме через 3—4 ч, а через 4—6 ч цитокин выявляется в среде. Максимум секреции ИЛ-1 достигается через 24—48 ч; через 48 ч новая мРНК уже не образуется. Секреция ФНОа развертывается еще быстрее и достигает максимума через 3 ч после действия активирующего агента, однако условием такого быстрого реагирования служит праймирование животных бактериальными клетками (у непраймированных животных секреция очень кратковременна и слаба). Если ФНОа и ряд других цитокинов секретируются при участии аппарата Гольджи, то ИЛ-1, не имеющий сигнальной последовательности, секретируется иным путем. В цитоплазме молекула — предшественник ИЛ-1 расщепляется протеиназой, конвертирующей ИЛ-1 (ICE — IL-1-converting enzyme). Этот фермент, специфически гидролизирующий пептидную цепь около остатков аспартата, играет, кроме того, ключевую роль в реализации апоптоза.
Таким образом, секреторная активность свойственна всем фагоцитирующим клеткам. Она часто сопряжена с их активацией, хотя механизмы запуска этих процессов не идентичны. Секреция осуществляется путем высвобождения содержимого клеточных гранул или путем выделения синтезируемых de novo веществ. Секреторный процесс связан с выполнением бактерицидной (шире — цитотоксической) и, особенно для макрофагов, регуляторной функций фагоцитирующих клеток.
Киллерная активность фагоцитов
Киллерный эффект макрофагов, столь важный для проявления противоопухолевой активности этих клеток, не сводится ни к их фагоцитарной активности, ни к внеклеточному цитолизу, обусловленному секретируемыми продуктами (хотя оба этих процесса могут участвовать в реализации цитотоксического действия макрофагов). Более важную роль в его осуществлении играют механизмы, требующие прямого клеточного контакта.
Для достижения контакта используются по меньшей мере три механизма:
неспецифический контакт, основанный на взаимодействии адгезивных молекул типа интегринов (например, LFA-1 — ICAM-1);
взаимодействие Fc- и CR-рецепторов макрофага с опсонирующи- ми субстанциями на поверхности клетки-мишени (с антителами, компонентами комплемента), при этом макрофаг приобретает способность к антителозависимому цитолизу;
специфическое взаимодействие с клетками-мишенями макрофагов, «армированных» путем связывания с их поверхностнымг Fc-рецепторами антител к клеткам-мишеням. Поскольку при этол активные центры антител направлены наружу, макрофаг приобре тает способность распознавать специфические антигенные марке ры клетки-мишени и целенаправленно «находить» эту клетку В формировании «армированных» макрофагов важная роль при надлежит Т-клеткам и их продуктам, в частности интерферону у.
Эффективность цитолиза в этом ряду последовательно повышается; «армированные» макрофаги являются, по-видимому, наиболее эффективными из известных киллерных клеток. Природа киллерного эффекта макрофагов не раскрыта. Вероятно, как и в случае киллерных лимфоцитов, в основе киллерного действия макрофагов лежит сочетание различных механизмов: индукции апоптоза, внедрения в мембрану клетки-мишени цитолитических молекул, продуцируемых макрофагом, выделения цитокинов с цитолитической активностью (например, ФНОа). Очевидно, что продукты, образующиеся при дыхательном взрыве, а также галоидные производные и некоторые ферменты, секретируемые в межклеточную среду активированными макрофагами, также вносят вклад в опосредованный ими цитолиз. Допускается возможность «инъекции» в клетку- мишень лизосом макрофагов.
Киллерной активностью обладают также гранулоциты. Если для эозинофилов это исключительно внеклеточный цитолиз, обусловленный секретируемыми продуктами, то для нейтрофилов природа цитотоксической активности не установлена. По-видимому, как и в случае с макрофагами, она связана с действием нескольких механизмов — контактной индукцией апоптоза, токсичностью секретируемых продуктов и, возможно, передачей в клетки-мишени токсического материала.
Таким образом, клетки рассмотренной группы выполняют ряд важнейших функций, направленных на разрушение и удаление из организма чужеродных и потенциально вредных для него, а также устаревших эндогенных компонентов. Это достигается путем фагоцитоза, а также механизмов внеклеточного киллинга с участием контактных взаимодействий и секретируемых продуктов. Опознание объектов атаки этих клеток осуществляется независимо от их антигенной специфичности — вследствие отсутствия элементов защиты клеточной поверхности (как результат де- сиалирования) или опсонизации антителами или компонентами комплемента. Существенно, что активация клеток, опосредующих естественную защиту организма, происходит быстро и не требует развития иммунного ответа. В то же время некоторые из рассмотренных клеток (особенно макрофаги) участвуют в иммунном ответе.
Факторы естественного иммунитета формируются в организме до внедрения чужеродных агентов и независимо от него. В условиях биологической агрессии происходят мобилизация и активация этих факторов в процессе развития воспалительной реакции. Источником активации служат сами патогены и поврежденные клетки организма. Условием развития местной защитной реакции является поступление в очаг поражения циркулирующих лейкоцитов. Это происходит благодаря повышению адгезивности клеток эндотелия мелких сосудов в очаге поражения, а также наличию хемотаксического сигнала, исходящего из этого очага. Активация лейкоцитов (нейтрофилов, моноцитов/макрофагов и т.д.) заключается в усилении метаболических процессов, что приводит к образованию бактерицидных субстанций (продуктов метаболизма кислорода и
азота, ферментов). Уничтожение агрессивных агентов реализуется в форме внеклеточного, внутриклеточного и контактного цитолиза. Внеклеточный цитолиз осуществляется секретируемыми бактерицидными продуктами. Условием реализации внутриклеточного цитолиза, наиболее эффективного при защите от микроорганизмов, является фагоцитоз — поглощение и переваривание микроорганизмов лейкоцитами. Контактный цитолиз основан на индукции апоптоза клеток-мишеней в результате поступления сигналов с мембраны или проникновения внутрь клетки сигнальных молекул.
ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ КИЛЛЕРОВ
Система естественных киллеров представляет собой компонент первой линии защиты, в то же время имеющий некоторые черты, свойственные адаптивному звену иммунитета. С одной стороны, для реализации активности естественных киллеров не требуется их предварительного контакта с индуцирующим агентом и развития иммунного ответа. С другой стороны, типичные естественные киллеры представляют собой лимфоциты и, хотя они лишены антигенраспознающих рецепторов, им свойственны некоторые примитивные распознающие функции и ряд особенностей, сближающих их скорее с Т-лимфоцитами, чем с фагоцитирующими клетками. В фило- и онтогенезе эта система появляется раньше, чем факторы антигенспецифической иммунной защиты. Данная система ответственна за противоопухолевую и противовирусную резистентность. Кроме того, естественные киллеры выполняют регуляторную функцию, контролируя (через проявление цитотоксичности и выделение цитокинов) пролиферацию гемопоэтических клеток-предшественников костного мозга, лимфоцитов, вовлекаемых в иммунный ответ, а также других активно делящихся клеток. Это те же функции, которые выполняют Т-лимфоциты, но в отличие от них NK-лимфоциты убивают клетки-мишени быстро (1—2 ч), используя упрощенный механизм без распознавания индивидуальных антигенов и подготовки в виде иммунного ответа.
Таблица 33. Типы активации естественных киллеров
Тип активации
Факторы
Проявления
Подготовительная
Продукты активированных макрофагов: ИЛ-12, интерфероны
Усиление адгезивности, индукция секреции интерферона у
Контактная
Контакт с клетками-мишенями, опосредованный интегринами, селектинами и CD16, 57 и 2
Освобождение гранул, секреция цитокинов, индукция гибели клеток-мишеней
Цитокиновая
ИЛ-2, кофакторы: ИЛ-1, 7, 12, 3 и 6, интерфероны
Расширение спектра клеток- мишеней, повышение цитолитической активности
Рис. 31. Стадии активации NK- клеток и цитокины, которые обусловливают эти стадии.
Хотя NK-клетки реализуют цитотоксическую реакцию без развернутого иммунного ответа, они все-таки нуждаются в предварительной активации (табл. 33, рис. 31). В условиях целостного организма проявлению их активности обычно предшествуют инфицирование вирусами, формирование воспалительного или опухолевого процесса, а в условиях эксперимента — введение интерферонов или их индукторов (среди которых двуспиральная РНК, свойственная вирусам). Индуцируемая при этом активация NK-клеток обусловлена выделением макрофагами интерферонов а и р и особенно ИЛ-12, который способен 100-кратно увеличить активность естественных киллеров. При этом усиливается адгезивность NK-клеток, изменяется экспрессия некоторых мембранных молекул, индуцируется секреция интерферона у- Другой уровень активации естественных киллеров достигается при их взаимодействии с клетками-мишенями, о чем будет сказано далее. Наконец, существенную перестройку свойств и функций NK-клеток вызывают продукты воспалительных Т- хелперов (Thl) — ИЛ-2 в сочетании с другими лимфокинами. В результате существенно повышается цитолитический потенциал NK-клеток и они превращаются в лимфокинактивированные (ЛАК) клетки.
Взаимодействия естественных киллеров и клеток-мишеней, ведущие к гибели последних, можно условно разделить на несколько стадий (рис. 32).
Распознавание мишеней и установление межклеточного контакта (рис. 33). Рецептор NK-клеток, предназначенный для распознавания клеток-
Опосредуется рецепторами NKR, KAR, возможно, CD56 и др.Опосредуется рецепторами NKR, KAR, возможно, CD56 и др.Опосредуется молекулами адгезии, в частности Рг-интегрином LFA-1, с участием Мд2*, участием микрофиламентовОпосредуется молекулами адгезии, в частности Рг-интегрином LFA-1, с участием Мд2*, участием микрофиламентовПерестройка гранул, секреция цитокинов, взаимная ориентация клетокПерестройка гранул, секреция цитокинов, взаимная ориентация клетокФормирование перфориновых пор в клетке-мишени, передачагранзимов, активация каспазФормирование перфориновых пор в клетке-мишени, передачагранзимов, активация каспазДеградация ДНК и другие проявления апоптоза. Формирование пор в мембранах и проявления некроза. ФагоцитозДеградация ДНК и другие проявления апоптоза. Формирование пор в мембранах и проявления некроза. ФагоцитозРис. 32. Стадии осуществления цитолиза клеток- мишеней естественными киллерами.Рис. 32. Стадии осуществления цитолиза клеток- мишеней естественными киллерами.ИнгибицияИнгибицияАктивацияАктивацияМК-клеткаМК-клеткаКостимуляцияКостимуляцияУсиление адгезииУсиление адгезииKIR:Лектин KAR:NKH1 HNK-1 FCyRIII LFA-2 LFA-1KIR:Лектин KAR:NKH1 HNK-1 FCyRIII LFA-2 LFA-1Рис. 33. Мембранные молекулы, участвующие в адгезивном взаимодействии естественных киллеров с клетками-мишенями.Рис. 33. Мембранные молекулы, участвующие в адгезивном взаимодействии естественных киллеров с клетками-мишенями.
Опосредуется рецепторами NKR, KAR, возможно, CD56 и др.
Опосредуется рецепторами NKR, KAR, возможно, CD56 и др.
Опосредуется молекулами адгезии, в частности Рг-интегрином LFA-1, с участием Мд2*, участием микрофиламентов
Опосредуется молекулами адгезии, в частности Рг-интегрином LFA-1, с участием Мд2*, участием микрофиламентов
Перестройка гранул, секреция цитокинов, взаимная ориентация клеток
Перестройка гранул, секреция цитокинов, взаимная ориентация клеток
Формирование перфориновых пор в клетке-мишени, передачагранзимов, активация каспаз
Формирование перфориновых пор в клетке-мишени, передачагранзимов, активация каспаз
Деградация ДНК и другие проявления апоптоза. Формирование пор в мембранах и проявления некроза. Фагоцитоз
Деградация ДНК и другие проявления апоптоза. Формирование пор в мембранах и проявления некроза. Фагоцитоз
Рис. 32. Стадии осуществления цитолиза клеток- мишеней естественными киллерами.
Рис. 32. Стадии осуществления цитолиза клеток- мишеней естественными киллерами.
Ингибиция
Ингибиция
Активация
Активация
МК-клетка
МК-клетка
Костимуляция
Костимуляция
Усиление адгезии
Усиление адгезии
KIR:Лектин KAR:NKH1 HNK-1 FCyRIII LFA-2 LFA-1
KIR:Лектин KAR:NKH1 HNK-1 FCyRIII LFA-2 LFA-1
Рис. 33. Мембранные молекулы, участвующие в адгезивном взаимодействии естественных киллеров с клетками-мишенями.
Рис. 33. Мембранные молекулы, участвующие в адгезивном взаимодействии естественных киллеров с клетками-мишенями.
KIR — ингибиторные рецепторы киллеров; KAR — активирующие рецепторы киллеров; МСБ — белки, содержащие концевую маннозу; фиксир. АТ — антитела, опсонизирующие клетки-мишени.
мишеней (см. раздел 1.1.1), представляет собой С-лектин (т.е. белок, распознающий углеводные остатки при участии ионов Са2+) NKR-P1 (CD161). Он распознает концевые остатки маннозы на молекулах мембранных гликопротеинов и гликолипидов. В норме эти остатки на большинстве клеток, с которыми контактируют зрелые лимфоциты и макрофаги, блокированы остатками сиаловой кислоты. Это защищает их от фагоцитоза макрофагами, которые тоже имеют рецепторы, связывающие маннозу, и от лизиса NK-киллерами. Свободная манноза присутствует на поверхности юных и, наоборот, старых клеток, а также пролиферирующих и трансформированных (инфицированных вирусами и злокачественно перерожденных) клеток. Еще недавно считалось, что все эти клетки могут служить мишенями для естественных киллеров.
Однако было известно, что NK-клетки способны убивать клетки очень ограниченного числа опухолевых линий и практически не убивают свежевыделенные опухолевые клетки. Природа ограничений в проявлении активности естественных киллеров в основном прояснилась в результате открытия рецепторов, ограничивающих киллинг (KIR). Как уже отмечалось, эти рецепторы (NKB-1, р58.1, р58.2) распознают аутологичные молекулы МНС, экспрессированные на клетках-мишенях, и подают в NK-клетку сигнал, который запрещает развитие дальнейших событий, ведущих к цитолизу. В результате мишенями естественных киллеров могут стать клетки, на поверхности которых присутствуют гликоконъюгаты со свободными остатками маннозы и не содержатся молекулы МНС I класса. Наибольшую роль в ограничении активности NK-клеток играют молекулы HLA-C (у мышей — H-2.D) и HLA-B, распознаваемые соответственно KIR-рецепторами р58 (CD158a и b) и NKB-1. В распознавании NK-клетками молекул I класса существует много важных деталей, которые не до конца изучены. Так, пока непонятно значение распознавания вместе с молекулами МНС пептидов, которые в них встроены, а также некоего процесса, подобного обучению (селекции) NK-клеток этому распознаванию.
При соблюдении условий, определяемых узнаванием углеводных компонентов клеточной поверхности и отсутствием распознавания молекул МНС, происходит сближение NK-клеток с их мишенями. Оно обусловлено не только связыванием рецептора с гликоконъюгатом, но (в значительно большей степени) и сопутствующими адгезивными взаимодействиями. В качестве участников этого взаимодействия рассматриваются различные адгезивные молекулы — CD57 (HNK1), ганглиозиды, P-цепь ламинина (р48), CD2, а также различные типы интегринов, особенно р2-интегрин LFA-1, распознающий молекулы ICAM-1, 2 и 3. Предполагают, что распознающие и распознаваемые молекулы при установлении контактов NK-клеток и клеток-мишеней могут меняться местами, поскольку и те и другие могут присутствовать как на киллерах, так и на их мишенях. Это должно способствовать упрочению контактов между клетками. Особое место в этом отношении занимает молекула Fc- рецептора типа Fcylll (CD16), которая экспрессируется на значительной части (75 %), но не на всех NK-клетках. Поскольку эти рецепторы распознают Fc-порции иммуноглобулинов (IgG3 и IgGl), они обусловлива-
NK-клетка
Экзоцитоз перфорина и гранзимов
Клетка-мишень
О Гранзимы
Активациякаспаз
Реализацияапоптоза
Рис. 34. Иллюстрация основного механизма индукции апоптоза клеток-мишеней при их контакте с NK-клетками.
Микрополость в области контакта NK-клеток и клеток мишеней, в которую из клеток-киллеров путем экзоцитоза поступают молекулы мономерного перфорина и гранзимов. Перфорин встраивается в мембрану клетки-мишени и, полимеризуясь, формирует пору, через которую в клетку-мишень поступают молекулы гранзимов. Гранзимы активируют сериновые протеазы (каспазы), которые запускают заключительные этапы апоптоза клеток-мишеней.
ют распознавание клеток, опсонизированных антителами соответствующих классов. Конечным результатом такого распознавания является цитолиз, обозначаемый как антителозависимый клеточно опосредованный цитолиз. Клетки-эффекторы, которые его осуществляют, называют К- клетками (следовательно, К-клетки — это разновидность NK-клеток). Во всем, кроме механизмов распознавания клеток-мишеней, реакции кил- линга, обусловленные NK- и К-клетками, не отличаются друг от друга.
Фаза сближения складывается из двух этапов, дифференцируемых по участию микрофиламентов цитоскелета (подавляется цитохалазином А) и зависимости от ионов Mg2+. Она предполагает переориентацию элементов цитоскелета и цитоплазматических гранул с реорганизацией участков мембраны киллеров.
Программирование лизиса (рис. 34). Фаза включает основные события, осуществляющиеся в клетке-киллере и подготавливающие последующие стадии цитолиза. Несмотря на отсутствие видимых повреждений, клетка-мишень уже на этой стадии оказывается обреченной на гибель даже после ее отделения от киллера.
Еще недавно считалось, что механизмы цитолиза, обусловленного цитотоксическими Т-лимфоцитами и NK-клетками, практически идентичны. Однако выяснилось, что если Т-клетки используют несколько механизмов для разрушения клеток-мишеней (см. раздел 4.1.5), то в основе цитолиза, обусловленного естественными киллерами, по-видимому, лежит единственный — перфоринзависимый — механизм. Оказалось, что у мышей с удаленным геном перфорина может осуществляться Т-клеточ- ный цитолиз, но невозможен цитолиз, обусловленный NK-клетками.
Контакт NK-лимфоцитов и клеток-мишеней приводит к активации NK-клеток, выражающейся в освобождении гранул и секреции ряда цитокинов в локализованном участке, обращенном в сторону клетки-мишени. В гранулах содержится два типа субстанций — перфорин и гранзимы (фрагментины). Перфорин представляет собой белок с молекулярной массой 66 000—70 000. В присутствии ионов Са2+ он изменяет свою конформацию; при этом открываются гидрофобные участки, способствующие внедрению белка в мембрану клетки-мишени. Акцепторами перфорина в мембране являются молекулы фосфорилхолина. Погрузившись в мембрану, перфорин полимеризуется. Соединения 3— 4 мономеров уже достаточно для формирования функционирующего канала, однако обычно формируется канал больших размеров, состоящий из 10—20 молекул перфорина. Его диаметр равен 10—20 нм (в среднем 16 нм). Такой канал создает возможность для прохождения не только ионов, но и молекул белка. Его образование, казалось бы, должно служить условием, достаточным для осуществления лизиса клетки вследствие нарушения изоляции внутренней среды клетки от ее окружения.
Однако анализ с использованием клеток с инактивированными генами перфорина и гранзимов показал, что в действительности для реализации «перфоринового» лизиса необходимо участие гранзимов, для которых перфориновый канал служит проводником. Гранзимы представляют собой сериновые протеиназы/эстеразы трипсин/хемотрипсинового типа. Имеется по меньшей мере три их варианта. При проникновении в клетку гранзимы активируют другие сериновые протеиназы — каспазы. Каспазы включают процессы, которые завершаются активацией эндонуклеазы и деградацией ДНК вследствие разрывов нитей ДНК между нуклеосомами, т.е. реализацией апоптоза (см. раздел 3.5.3). Как уже отмечалось, другие механизмы лизиса и индукции апоптоза естественными киллерами не используются: это относится как к Fas-зависимым процессам, так и к проявлению действия лимфотоксина, секретируемого NK-клетками при их контакте с мишенями.
Таким образом, суть программирования лизиса в случае NK-клеток заключается в формировании в мембране клеток-мишеней перфориновых пор и проникновении через них гранзимов, запускающих в клетке
процесс, который приводит к развитию апоптоза. После программирования лизиса NK-клетка отделяется от клетки-мишени; при этом сохраняется возможность повторного участия в цитолизе (рециклинга) естественных киллеров.
Реализация лизиса. В цитолизе клеток-мишеней сочетаются проявления апоптоза и некроза (см. раздел 3.5.3). Основой этого служат описанные выше процессы программирования. В клетке включаются механизмы апоптоза, но путь, который для этого используется (формирование пор), неизбежно приводит к проявлениям некроза (осмотические явления, сопровождающиеся изменением работы ферментов и т.д.). В целом в клетках-мишенях преобладают признаки апоптоза, прежде всего сморщивание клеток и конденсация хроматина.
Общая продолжительность цитолиза, обусловленного NK-клетками, составляет 1—2 ч. Из этого времени на установление контакта между клетками тратится 0,5—1,5 мин (при этом температура не имеет значения). Для стабилизации контактов и взаимной ориентации клеток требуется 5—15 мин, для программирования лизиса — от нескольких минут до часа (эта фаза осуществляется при 37 °C), столько же времени расходуется на реализацию лизиса.
Гуморальные факторы, выделяемые NK-клетками и действующие на них. В процессе взаимодействия с клетками-мишенями и реализации цитолиза естественные киллеры выделяют цитокины — интерфероны а, Р и у, ИЛ-1 и 2, ФНОа и р, колониестимулирующие и хемотаксические факторы, а также простагландины, p-эндорфин, серотонин, адреналин и мелатонин. Возможно, некоторые из них выступают в качестве кофакторов цитолиза. Однако, по-видимому, их главная роль состоит в иммунорегуляции. NK-клетки, испытывающие активирующее действие макрофагов (о чем говорилось выше), оказывают на них ответное влияние, которое также способствует активации этих клеток. Особенно это относится к основному продукту естественных киллеров — интерферону у. В сочетании с ФНОа он повышает активность NO-синтетазы, обеспечивая генерацию окиси азота — одного из основных факторов бактерицидности макрофагов. Этот цитокин является, кроме того, аутокринным активатором естественных киллеров. В его присутствии наблюдается 5-кратное ускорение лизиса. Он усиливает экспрессию мембранных протеиназ и, по-видимому, других эффекторных факторов цитолиза. Кроме того, интерферон у обеспечивает условия для осуществления повторного проявления цитолитической активности естественных киллеров.
Факторами, способствующими осуществлению NK-опосредованного лизиса, являются лейкотриен В4 и тромбоцитактивирующий фактор. Факторами, угнетающими активность естественных киллеров, служат ингибиторы протеиназ, простагландины, кортикостероиды, адреналин, норадреналин, прогестерон, эстрадиол, циркулирующие иммунные комплексы. Любые факторы, действующие на NK-клетки через р-адренерги- ческие рецепторы и приводящие к повышению уровня внутриклеточного цАМФ, подавляют киллерную активность этих клеток. Ингибиторами естественных киллеров служат Т-супрессоры, активированные макрофаги 142
и гранулоциты, причем подавляющее действие этих клеток связано в основном с выделением указанных субстанций. Имеются сведения о саморегуляции активности NK-клеток по механизму обратной связи. Возможно, она реализуется через ингибирующий эффект повышенных концентраций интерферона у, достигающихся при чрезмерной активации естественных киллеров. Не исключено, что авторегуляторные NK-клетки идентичны так называемым естественным супрессорным клеткам — супрессорным лимфоцитам, лишенным маркеров как Т-, так и В-клеток.
Образование ЛАК-клеток. Особого рассмотрения заслуживает действие ИЛ-2 на естественные киллеры и обусловленный ими цитолиз (см. табл. 33 и рис. 31). Большие гранулярные лимфоциты непосредственно (без предварительной активации) реагируют на действие ИЛ-2 пролиферацией, повышением цитолитической активности и расширением спектра клеток-мишеней, хотя они не экспрессируют CD25 — a-цепи высокоаффинного рецептора для ИЛ-2. Действие ИЛ-2 обусловлено присутствием на поверхности этих клеток р- (CD 122) и у- (CD 132) цепей, формирующих рецептор с промежуточным сродством к ИЛ-2. Весьма существенно, что под влиянием активации ИЛ-2 естественных киллеров последние приобретают способность лизировать in vitro свежевыделенные опухолевые клетки, к чему, как правило, не способны обычные NK-клетки. Это означает, что, помимо повышения литической активности естественных киллеров, ИЛ-2 снимает ингибирующий эффект распознавания аутологичных молекул МНС I класса, которые часто присутствуют на клетках опухолей.
NK-клетки, активированные ИЛ-2, составляют основную фракцию так называемых ЛАК-клеток (лимфокинактивированных киллеров), которые образуются в процессе 3—5-дневного культивирования мононук- леаров крови в присутствии ИЛ-2. Эту фракцию ЛАК-клеток идентифицируют по наличию мембранных маркеров NK-клеток — CD 16 и 56. Определенный вклад в популяцию ЛАК-клеток вносят активируемые Т- лимфоциты, которые определяются по экспрессии CD3. Методология получения ЛАК-клеток разработана в процессе поиска методов лечения злокачественных опухолей. Формированию ЛАК-клеток под влиянием ИЛ-2 способствуют ИЛ-1 и 7, ГМ-КСФ, интерфероны. ИЛ-4, действующий в комплексе с ИЛ-2, снижает активирующее действие ИЛ-2, но сам в определенных ситуациях может вызвать образование ЛАК-клеток.
Роль естественных киллеров в иммунной защите. Естественным киллерам всегда отводилась большая роль в опосредовании защиты организма от опухолей и внутриклеточных инфекций. Однако мнение об их месте в иммунной защите было существенно пересмотрено в связи с выявленным «запретом» на лизис этими киллерами клеток-мишеней, несущих аутологичные молекулы МНС I класса. В настоящее время полагают, что мишенями естественных киллеров служат клетки, утратившие молекулы МНС I класса. Известно, что некоторые вирусы (аденовирусы и т.д.) ингибируют экспрессию этих молекул. Утрата последних наблюдается и при росте некоторых опухолей (см. раздел 4.3.2). Это явление рассматривается как способ избежать распознавания СО8+-клеток Т-киллерами (их рецепторы, как известно, специфичны к чужеродным пептидам,
представляемым молекулами I класса). В таком случае NK-клетки, выявляющие и разрушающие мишени, которые «избежали» действия иммунных механизмов второй линии защиты, могут рассматриваться как факторы не первой, а третьей линии защиты, если таковая существует. Накопленные данные свидетельствуют о том, что содержание и функциональное состояние естественных киллеров коррелируют с резистентностью к опухолям, особенно к лейкозам. До сих пор не решен вопрос о возможности формирования в организме-опухоленосителе ЛАК-клеток и их реальной роли в защите от опухолей.
Значение NK-клеток в противоинфекционной защите прояснилось благодаря наблюдению за редкими случаями дефицита NK-клеток. У таких больных чрезвычайно бурно протекают ранние этапы заражения вирусами герпеса. Однако спустя 7—10 дней процесс сдерживается, наступает выздоровление. Аналогично у мышей, лишенных NK-клеток (но не Т- или В-лимфоцитов), очень тяжело протекает листериозная инфекция, которая часто приводит к гибели в первые дни заболевания. Эта феноменология объясняется следующим образом. При заражении внутриклеточными агентами (вирусами, листериями и т.д.) решающая защитная роль на ранних этапах инфекции, когда не сформировались механизмы адаптивного иммунитета, принадлежит естественным киллерам. Поэтому в их отсутствие начальные этапы инфекции протекают очень тяжело. Но позже срабатывают иммунные механизмы (связанные с активностью Т- клеток) и происходит выздоровление, вклад в которое NK-клеток невелик.
Основная функция естественных киллеров — контактный цитолиз клеток-мишеней, пораженных вирусом или трансформированных. NK-клетки распознают свободные углеводные остатки на поверхности клеток-мишеней. При контакте из киллера в клетку-мишень поступают сигнальные молекулы, включающие процесс ее программированной гибели (апоптоза). В случае присутствия на поверхности клетки-мишени продуктов МНС I класса реакция цитолиза блокируется (мера против повреждения собственных клеток организма).
ГУМОРАЛЬНЫЕ ФАКТОРЫ ЕСТЕСТВЕННОГО ИММУНИТЕТА
В сыворотке крови присутствуют белки, являющиеся компонентами систем факторов, которые каскадно активируются в ответ на воздействия, возмущающие гомеостаз. Это системы комплемента, кининов, свертывания крови и фибринолиза. Существуют и другие белковые факторы, участвующие в первой линии защиты организма. Указанные факторы и системы факторов при определенной автономии их выработки и функционирования связаны между собой звеньями, обусловливающими включение одной системы при активации другой. Среди них система комп-
Таблица 34. Компоненты комплемента человека
Компонент
Мол. масса, xlOOO
Цепи (мол. масса, хЮОО, число цепей)
Продукты расщепления
Концентрация в сыворотке крови, мкг/мл
Клас
сический путь
Clq
459
18 (по 6 цепей 3 типов)
80
Clr
190
95x2
60; 35
34-50
Cis
85
1 цепь
59; 28
30-50
С2
110
1 цепь
87(a); 30(b)
15-25
С4
200
93 780 и 33
6(a); 197(b)
350-500
Альте
рнативныйпуть
Фактор В
95
1 цепь
63(b); 30(a)
200
Фактор D
25
1 цепь
1-5
Пропердин
220
47,5 х 4
25
Общ
ие компоненты
СЗ
190
НО и 75
185(b); 10(a)
1200
сзь
185
100 и 75
40(d); 145(c)
—
С5
190
«, Р
15(а); 185(0)
75
С6
128
1 цепь
—
60
С7
120
1 цепь
—
60
С8
160
а, Р, Y
—
60
С9
79
1 цепь
—
60
э е г у л я т
о р ы и и н г и б и
торы
C1EI
105
1 цепь
-
180
С4Ьр
560
70 х 8
250
Фактор Н
150
1 цепь
—
500
Фактор I
90
40 и 50
—
25-35
Белок S (витронектин)
89
1 цепь
—
500
лемента имеет наиболее длительную историю изучения и исследована наиболее полно.
Система комплемента
Характеристика основных компонентов системы комплемента дана в табл. 34. Это белки, которые представлены в сыворотке крови, главным
Классический путь
Альтернативный путь
C1q,r,sC1q,r,sАГ-АТАГ-АТС4С4ф.В,0ф.В,0
C1q,r,s
C1q,r,s
АГ-АТ
АГ-АТ
С4
С4
ф.В,0
ф.В,0
СЗ(Н2О)
C1qrsC1qrsС4ЬС4Ь
C1qrs
C1qrs
С4Ь
С4Ь
СЗ(Н2О)ВЬ
•сз
С2
С4Ь2а
СЗЬ
СЗЬВ D
сзьвь
С4Ь2аЗЬС4Ь2аЗЬС5ЬС5ЬС5С5СЗЬПВЬ(Р) С5-конвертазыСЗЬПВЬ(Р) С5-конвертазырр
С4Ь2аЗЬ
С4Ь2аЗЬ
С5Ь
С5Ь
С5
С5
СЗЬПВЬ(Р) С5-конвертазы
СЗЬПВЬ(Р) С5-конвертазы
р
р
С5Ь6
С5Ь67
С5Ь678
С5Ь6789
Лизис
Рис. 35. Активация системы комплемента по классическому и альтернативному путям (объяснение см. в тексте).
образом во фракции р-глобулинов. Они вырабатываются преимущественно макрофагами и клетками печени. В норме компоненты комплемента неактивны.
Пусковые события их активации зависят от продуктов, формирующихся при иммунном ответе или содержащихся в микроорганизмах. Дальнейшее функционирование системы состоит в последовательной активации большого числа компонентов при постоянном отрицательном контроле со стороны регуляторных факторов, сдерживающих реакцию. Схема активации комплемента приведена на рис. 35, основное содержание этапов активации — на рис. 36. Первый этап реакции, завершающийся формированием СЗ/С5-конвертаз, связанных с клеточными мембранами, может реализоваться двумя различными путями, обозначаемыми как классическая и альтернативная активация. Следующий этап,
СтадииСтадииКлассический путьКлассический путьАльтернативный путьАльтернативный путьРезультатыРезультатыРис. 36. Основные этапы активации комплемента и их результаты (объяснение см. в тексте).Рис. 36. Основные этапы активации комплемента и их результаты (объяснение см. в тексте).
Стадии
Стадии
Классический путь
Классический путь
Альтернативный путь
Альтернативный путь
Результаты
Результаты
Рис. 36. Основные этапы активации комплемента и их результаты (объяснение см. в тексте).
Рис. 36. Основные этапы активации комплемента и их результаты (объяснение см. в тексте).
общий для обоих путей, приводит к атаке мембран и лизису клеток, на поверхности которых осуществляется каскад реакций комплемента.
Классическая активация комплемента
Эта форма активации включает фазы узнавания (инициации) и усиления (амплификации). В первую фазу вовлечены молекулы Cl — Clq, С1г и Cis, во вторую — С4, С2 и СЗ.
Образование комплекса Clqrs. Пусковым этапом каскада классической активации комплемента является формирование иммунного комплекса. При этом важно, чтобы в состав комплекса входили антитела, принадлежащие к определенным классам и подклассам иммуноглобулинов, — IgM, IgGl, IgG3, в меньшей степени — IgG2. В составе их кон-
Рас. 37. Строение комплекса Clqrs.Рас. 37. Строение комплекса Clqrs.стантных доменов (Сц4, Су2) имеется участок, обладающий сродством к Clq. Этот участок становится доступным для связывания лишь после взаимодействия антитела с антигеном, т.е. в составе иммунного комплекса. Clq связывается не менее чем с двумя Сн2-доменами одной и той же молекулы IgM и с Сн2- доменами одновременно двух молекул IgG (это обусловливает существенно более низкую ком- плементактивирующую активность IgG по сравнению с таковой IgM). В последние годы установлено, что активаторами классического пути могут быть также некоторые компоненты бактерий (в том числе липополисахарид, точнее липид А, входящий в его состав), холесте
Рас. 37. Строение комплекса Clqrs.
Рас. 37. Строение комплекса Clqrs.
ринсодержащие липиды, комплексированный С-реактивный белок, некоторые ретровирусы. Однако основными активаторами служат все-такиринсодержащие липиды, комплексированный С-реактивный белок, некоторые ретровирусы. Однако основными активаторами служат все-такииммунные комплексы.
ринсодержащие липиды, комплексированный С-реактивный белок, некоторые ретровирусы. Однако основными активаторами служат все-таки
ринсодержащие липиды, комплексированный С-реактивный белок, некоторые ретровирусы. Однако основными активаторами служат все-таки
Clq представляет собой большую молекулу, состоящую из 18 поли- пептидных цепей — по 6 цепей трех типов А, В и С. Белки такого типа называются коллектинами. Каждая из этих цепей имеет вблизи N-конца коллагеноподобный участок (78 остатков), тогда как С-концевая часть (103—108 остатков) имеет глобулярную структуру. В собранном виде молекула Clq напоминает букет тюльпанов (рис. 37): «ствол» букета образован переплетенными спиралями коллагеноподобных структур, а расходящиеся «ветви» и их бутонообразные завершения — глобулярными частями молекул. Этими концевыми структурами Clq взаимодействуют с ком- плементсвязывающими участками антител. Связывание приводит к активации Clq, состоящей в приобретении Clq активности сериновой протеиназы (эстеразы).
Субстратом для действия Clq-протеиназы служат гомодимерные молекулы С1г и Cis. Каждая цепь этих молекул расщепляется при действии Clq-протеиназы на контактный и каталитический фрагменты, которые «удерживаются» в составе комплекса благодаря наличию внутримолекулярных связей. Расщепление сопровождается активацией каталитического фрагмента. Первым активируется С 1г, который участвует в расщеплении — активации Cis. В результате попарного взаимодействия контактных и каталитических фрагментов С1г и Cis и их встраивания в молекулу Clq образуется комплекс Clqrs (точнее Clqr2s2), обладающий активностью трипсиновой протеиназы (эстеразы). Активации способствует сближение активных центров С1г и Cis. Формированием комплекса
1ЛО
Clqrs завершается фаза узнавания. Специфичность Clqrs складывается из специфичностей С 1г и Clq. Субстратом эстеразной активности С1г является Cis, субстратом аналогичного действия Clq — С4 и С2. Комплекс Clqrs может существовать в растворимой и мембранной формах. Последняя образуется, когда иммунный комплекс локализован на поверхности клетки, и на ней же фиксируются компоненты комплемента.
Процесс формирования комплекса Clqrs подавляется сывороточным ингибитором С1-эстеразы С linh, который обладает способностью отщеплять С 1г и Cis. Ингибитор входит в систему факторов, ограничивающих активацию комплемента. Известен наследственный дефицит Cljnh, обозначаемый по своему главному проявлению как ангионевротический отек. Причина развития отека, иногда представляющего угрозу жизни, состоит в накоплении анафилактогенных фрагментов компонентов комплемента (см. ниже). Чрезмерная активация факторов комплемента при этом не происходит, поскольку их образование ограничивается другими регулирующими факторами.
Формирование СЗ-конвертазы. Следующая стадия активации заключается в образовании СЗ-конвертазы. Clqrs-эстераза обусловливает расщепление С4 и С2 на тяжелые (С4Ь и С2а) и легкие (С4а и С2Ь) фрагменты. С4Ь взаимодействует с комплексом Clqrs и затем связывает С2а при участии ионов Са2+. Комплекс С4Ь2а обладает СЗ-конвертазной активностью. Возможно, он включает также фрагмент С2Ь, который упрочивает комплекс С4Ь2а. Собственно СЗ-конвертазная активность комплекса определяется ферментативной специфичностью С2а.
Недавно описан вариант классической активации комплемента, который можно трактовать и как самостоятельный — лектиновый — путь активации. Его запуск связан с маннозосвязывающим белком (МСБ), который присутствует в сыворотке крови (0,1—5 мкг/мл). Он имеет структуру, очень сходную со структурой Clq («букет тюльпанов»), хотя и не гомологичен ему. МСБ является лектином С-типа (т.е. Са2+-зависимым лектином), обладает сродством к маннозе, которая в свободной форме присутствует на микробных клетках, но не на клетках организма. Связавшись с клеткой, МСБ приобретает способность, подобно Clqrs, активировать С4 и С2 (черта над обозначением комплексов означает наличие ферментной активности). Все дальнейшие этапы лектинового и классического путей совпадают.
При активации комплемента проявляется закономерность: каждый очередной продукт расщепления компонентов комплемента имеет два активных центра — для связывания с предобразованным комплексом (контактный) и для активации очередного компонента (каталитический). При этом больший по размерам компонент (обозначаемый обычно буквой «Ь»; исключение составляют продукты расщепления С2) обладает активностью трипсиноподобной сериновой протеиназы/эстеразы. Легкие фрагменты (обычно обозначаемые буквой «а») лишены ферментативной активности, но обладают собственной активностью, как правило, связанной с развитием воспаления (хемотаксические факторы) или реакций гиперчувствительности (анафилактогены). Так, С4а обладает хемотаксической и кининовой (сосудорасширяющей) активностью.
IIсзсз
I
I
сз
сз
Рис. 38. Расщепление компонента комплемента СЗ.
Слева — типы мембранных рецепторов клеток, с которыми взаимодействуют соответствующие фрагменты. В скобках — молекулярная масса.
В случае формирования комплекса Clqrs2a4b на поверхности клеточной мембраны он ковалентно иммобилизуется на ней благодаря наличию в структуре С4а тиосложноэфирной связи между остатками цистеина и глутамина. Если по той или иной причине комплекс остается в растворе, то он быстро инактивируется. На этой стадии может проявляться активность инактиваторов — С4Ь-связывающего белка (С4Ьр), мембранного рецептора CR1 и мембранного фактора, ускоряющего распад, DAF (от англ. Decay-activating factor, CD55); все они обладают способностью вытеснять С2 из комплекса.
Активация СЗ. Мишень комплекса С2а4Ь — молекула СЗ является узловым компонентом системы, общим для ее классической и альтернативной составляющих. Комплекс представляет собой а-глобулин, состоящий из двух полипептидных цепей с молекулярной массой 120 000 (а) и 75 000 (Р) (рис. 38). При действии конвертазы С4Ь2а (а также конвертазы альтернативного пути СЗЬВЬ, см. ниже) в присутствии двухвалентных ионов a-цепь СЗ расщепляется, в результате чего образуются комплекс р-це- пи с остатком а-цепи — фрагмент СЗЬ, в составе которого сохраняются 2 полипептидные цепи, соединенные дисульфидной связью (молекулярная масса 185 000), и фрагмент а-цепи — СЗа (молекулярная масса 10 000). Фрагмент СЗа остается в жидкой фазе, обладает выраженной хемотакси-
ческой и более слабой анафилактогенной активностью, действует на лимфоциты, нейтрофилы, тучные и эндотелиальные клетки. СЗЬ связывается с иммобилизованным на мембране комплексом Clqrs4b2a. При этом на клетке фиксируется значительно больше молекул СЗЬ (до 1000), чем требуется для насыщения комплекса. Часть молекул СЗЬ формирует ковалентную связь непосредственно с мембранными молекулами клетки. Это осуществляется, как и при фиксации С4Ь, с участием тиоэфирной связи. Иммобилизованный комплекс С14Ь2аЗЬ способен расщеплять С5, т.е. обладает активностью С5-конвертазы, которая связана с С2а. Таким образом, СЗ- и С5-конвертазы представляют собой фактически один фермент (часто они так и обозначаются — СЗ/С5-конвертаза). Однако в разные периоды формирования С2а-содержащего комплекса создаются оптимальные условия для связывания сначала СЗ, затем С5. В связи с этим по традиции и для удобства часто используют раздельные обозначения кон- вертазы — СЗ- и С5-типов.
Оставаясь в жидкой фазе, фрагмент СЗЬ быстро расщепляется в двух точках фактором I в присутствии фактора Н с образованием фрагмента iC3b. Фактор I способен действовать (хотя и слабее) и на иммобилизованный СЗЬ. Фрагмент 1СЗЬ затем расщепляется на фрагменты C3d (остающийся на мембране) и СЗс (выделяющийся в жидкую фазу). Как iC3b, так и C3d неактивны. На некоторых фагоцитирующих клетках (в частности, макрофагах) имеются рецепторы для iC3b и C3d. Присутствие СЗЬ на мембране обусловливает опсонизацию клеток (поскольку фагоциты несут на поверхности рецепторы для СЗЬ), повышает их адгезивность, определяет их участие в регуляции иммунного ответа, а также связь систем комплемента и свертывания крови.
Альтернативная активация комплемента
Начальная активация СЗ. Как и в случае активации комплемента по классическому пути, ключевым событием альтернативной активации является формирование С5-конвертазы (см. рис. 35 и 36). Чтобы это произошло, необходимо присутствие активированного фактора В и компонента СЗЬ. Однако их образованию предшествует несколько иной процесс, составляющий содержание фазы инициации альтернативного пути. Суть его состоит в следующем. Уже говорилось о наличии в составе СЗ (как и в составе С4) тиоэфирной связи, которая активируется при взаимодействии с водой или компонентами мембраны. Обычно эта связь недоступна для растворителя. Однако небольшая часть молекул СЗ имеет развернутую конформацию (в силу статистических закономерностей), при которой и происходит взаимодействие упомянутой связи с водой. При этом связь гидролизуется и развернутая (денатурированная) конформация стабилизируется. Эта спонтанная активация СЗ происходит редко, но при этом образуется небольшое количество активного СЗЬ-подобного продукта СЗ(Н2О), достаточное, чтобы включить последующие события.
Включение усиливающего звена. Молекула СЗ(Н2О) взаимодействует в присутствии ионов Mg2+ с фактором В. Фактор В — сывороточный зимоген, по структуре сходный с компонентом классического пути С2 (во-
обще прослеживается очевидный структурный и функциональный параллелизм между некоторыми факторами классического и альтернативного путей). В результате связывания фактор В становится доступным для расщепления предсуществующей сывороточной трипсиноподобной сериновой протеиназой (эстеразой) — фактором D — на фрагменты Ва (молекулярная масса 33 000) и ВЬ (60 000). Образуется комплекс СЗ(Н2О)ВЬ, который представляет собой СЗ/С5-конвертазу. Ее ферментативная активность связана с фрагментом ВЬ, а СЗ(Н2О) играет вспомогательную роль. Этот вариант конвертазы, образующийся в следовых количествах, запускает фазу амплификации: в результате расщепления СЗ образуется СЗЬ, который, связываясь с ВЬ, формирует комплекс СЗЬВЬ — амплифици- рующую СЗ-конвертазу, под влиянием которой конверсия СЗ идет значительно быстрее. СЗЬ, образующийся при классической активации, усиливает альтернативную активацию комплемента, действуя на этом этапе.
Находясь в растворе, комплекс СЗЬВЬ быстро инактивируется путем ускорения диссоциации под влиянием фактора Н (он вытесняет ВЬ из комплекса), а также расщепления a-цепи СЗ при действии фактора I. Последний проявляет активность при условии предварительного связывания фактора Н с атакуемым комплексом. Стабилизация комплекса СЗЬВЬ происходит при его иммобилизации за счет упомянутой выше тиосложноэфирной связи, находящейся в составе СЗЬ. Мембранносвязанный комплекс СЗЬВЬ может быть доступен для фактора Н (и, следовательно, инактивирован) только при наличии на поверхности клетки остатков сиаловых кислот. Мембранные рецепторы CR1 и DAF выступают в качестве кофакторов фактора I и способствуют разрушению комплекса.
Стабилизация комплекса. Все эти условия (наличие CR1, DAF, сиаловых кислот) выполняются в случае фиксации комплексов на собственных клетках организма, но не на бактериальных клетках. Таким образом предотвращается спонтанная активация комплемента по альтернативному пути, но допускается ее осуществление при бактериальной агрессии. Более того, некоторые бактериальные продукты выступают в качестве стабилизаторов факторов альтернативного пути активации комплемента. Это относится к липополисахариду (его стабилизирующий эффект связан с полисахаридной частью молекулы) и полисахаридным токсинам, а также зимозану, полиэлектролитам, агрегированным иммуноглобулинам, которые предохраняют комплекс СЗЬВЬ (СЗ-конвертазу) от деградации под действием фактора Н. Принципиально, что эти агенты должны присутствовать на поверхности частиц (в частности, бактерий). Таким образом, альтернативная активация служит примитивным способом атаки против чужеродных клеток.
Другим фактором, обеспечивающим стабилизацию СЗЬВЬ за счет ослабления его спонтанной диссоциации, является пропердин (фактор Р). Он же ускоряет сборку этого комплекса и предотвращает действие на него фактора Н. Активностью, сходной с действием пропердина, обладает СЗ- нефритический фактор — естественные аутоантитела, специфичные к комплексу СЗЬВЬ. Пропердин способен связываться с поверхностью бак-
Рис. 39. Литический комплекс комплемента.Рис. 39. Литический комплекс комплемента.МембранаМембранатермальной клетки и инициировать при этом фиксацию на ней СЗ-конвертазы. В этих условиях к комплексу могут присоединяться дополнительные молекулы СЗЬ (т.е., как и при классической активации, СЗЬ фиксируются на поверхности клетки в избытке). Комплекс состава Р(СЗЬ)ВЬ выполняет функцию С5-конвертазы (при этом ферментативная активность связана с С2а, как и при расщеплении СЗ).
Рис. 39. Литический комплекс комплемента.
Рис. 39. Литический комплекс комплемента.
Мембрана
Мембрана
Таким образом достигается результат, аналогичный тому, к которому приводит классическая активация комплемента. Однако альтернативный путь является менее мощным и продуктивным, чем классический, и при его реализации вероятность возникновения ошибок больше.
Атака клеточной мембраны
Формиро вани^С 5-кон вертаз классического (С14Ь2аЗЬ) или альтернативного [P(C3b)nBb] пути служит предпосылкой для осуществления терминальных стадий каскада, завершающегося лизисом клетки. Результаты действия обеих С5-конвертаз идентичны: расщепление фактора С5 на более крупный (С5Ь) и мелкий (С5а) фрагменты, из которых первый связывается с комплексом компонентов комплемента на клеточной мембране, а второй остается в жидкой фазе и реализует свою хемотаксическую активность, сходную с активностью СЗа. В отличие от СЗа С5а обладает высокой анафилактогенной активностью. Как и другие малые фрагменты компонентов комплемента (СЗа и С4а), С5а инактивируется карбоксипептидазой N, хотя и обладает несколько большей стабильностью, чем С4а и СЗа. Ферментативная активность С5-конвертаз связана с фрагментами ВЬ и С2а, роль СЗЬ состоит в обеспечении связывания нативного компонента С5 и поддержании ферментативной активности комплексов. С5Ь в составе мембранного комплекса быстро инактивируется.
Активация С5 «открывает» терминальный этап активации комплемента — формирование литического комплекса (рис. 39). Как на мембране, так и в растворе С5Ь обладает способностью связывать компонент Сб с образованием комплекса С5Ьб, в свою очередь быстро связывающего компонент С7, а затем — С8. С5Ь и Сб обладают довольно слабым сродством к фиксированной на мембране С5-конвертазе, поэтому значительная часть комплекса С5Ь6 оказывается в жидкой фазе и инактивируется. На терминальной стадии каскада не происходит повышения ферментативной активности очередных факторов; связывание факторов, начиная с Сб, увеличивает сродство комплекса к очередным компонентам.
Связывание С7 делает связь комплекса с мембраной более прочной благодаря наличию у этого компонента гидрофобного участка. С8 ограничивает образование комплекса С5Ь67 и его прикрепление к мембране,
т.е. является регулятором поздних этапов действия комплемента. Комплекс С5Ь678 уже насквозь прошивает мембрану, поскольку гидрофобный домен в составе С8 имеет достаточную протяженность. Этот комплекс способен формировать поры диаметром 3 нм, что обеспечивает проникновение в клетку низкомолекулярных веществ. При этом происходит и ограниченный лизис (в случае эритроцитов), однако он реализуется очень медленно и его функциональная значимость не выяснена. О том, что эта форма лизиса может иметь значение в защите организма, свидетельствует факт, что при наследственном дефиците факторов С5—С8 страдает защита от нессерий, тогда как дефект последующей стадии не имеет клинических проявлений.
Завершающий этап формирования литического комплекса состоит в присоединении 12—20 молекул С9, который повышает в 1000 раз литическую активность комплекса. С9 представляет собой белок, гомологичный перфорину. Как и перфорин, С9 способен полимеризоваться при контакте с фосфолипидами мембраны. В результате формируется цилиндрический комплекс, встраивающийся в мембрану как ее интегральный компонент, который может быть извлечен только с помощью детергентов. Его молекулярная масса составляет 1—1,7 х 106. Высота цилиндров — 15 нм, внутренней диаметр — 8—12 нм. Цилиндры образуют поры, которые нарушают целостность мембраны и создают возможность для поступления в клетку ионов Н+, Na+ и воды (но не белков), что и приводит к разрыву мембраны и гибели клетки. При формировании поры комплекс С5Ь678 выполняет механическую роль «строительного каркаса», на котором «монтируется» литическая конструкция из молекул С9. Наружная поверхность этого комплекса образована гидрофобными, а внутренняя (трансмембранный канал) — гидрофильными участками.
Комплекс С5Ь6789 может присутствовать и в жидкой фазе, однако при этом он не активен, что связывают с присутствием в его составе сывороточного белка S. Полагают, что этот белок препятствует формированию литически активного димера С5Ь6789. Аналогичной активностью обладают липопротеины низкой плотности. Некоторые ингибирующие субстанции (протектин, DAF, С8Ьр, гликофорин) взаимодействуют с атакующим комплексом в составе мембран и препятствуют осуществлению лизиса клеток, в частности аутолиза клеток хозяина.
Роль комплементзависимых процессов в иммунной защите
Комплементзависимый лизис бактериальных клеток является одним из факторов противоинфекционной защиты. В то же время он обусловливает гемолиз при переливании несовместимой крови и анемии аутоиммунного генеза, служит фактором повреждения микроорганизмов при инфекционных процессах и ядросодержащих клеток при аутоиммунной патологии. Впрочем, роль литической функции комплемента в отношении ядросодержащих клеток в настоящее время склонны ограничивать вкладом в защиту от небольшого числа патогенов, в частности нессерий, поскольку, как уже отмечено, при наследственном дефекте факторов, определяющих мембранную атаку, снижается резистентность именно к этим возбудите-
Таблица 35. Рецепторы для компонентов комплемента на клетках человека
Название
Лиганды
Молекулярная масса, xlOOO
Экспрессирующие клетки
Биологические функции
CR1 (CD35)
C4b, СЗЬ, iC3b
160-250
Эр, Мон/Мф, Нф, Эо, В
Опсонизация, расщепление СЗЬ, клиренс ИК
CR2 (CD21)
iC3b, C3d, C3dg
140
В, Т, NK
Иммунорегуляция, связывание ВЭБ
CR3 (СОНЬ/ CD 18)
iC3b
170/95
Мон/Мф, Нф
Опсонизация, расщепление iC3b
CR4 (CD 11с/ CD18)
C3b, iC3b, C3dg
150/95
Мон/Мф, Нф
Опсонизация
C3aR
C3a
ТК, Бф, Эо, Мон/Мф, Нф, гладкомышечные при аллергии
Освобождение медиаторов
C4aR
C4a
ТК, Бф
То же
C5aR
C5a
ТК, Бф
C3eR
Нф
Выброс Нф из депо
Примечание. Эр — эритроциты, Мон — моноциты, Мф — макрофаги, Нф — нейтрофилы, Эо — эозинофилы, Бф — базофилы, ТК — тучные клетки, Т — Т-лимфоциты, В — В-лимфоциты, NK — NK-клетки, ИК — иммунные комплексы, ВЭБ — вирус Эпштейна — Барр.
лям. При этом значимость вклада С9 и, следовательно, полномасштабного цитолиза подвергается сомнению вследствие полной «безнаказанности» инактивации его гена с клинической точки зрения.
Роль системы комплемента в защите от патогенных факторов сводится, по-видимому, в первую очередь к опсонизации клеток-мишеней, которые становятся доступными для проявления активности эффекторных клеток, несущих на своей поверхности рецепторы для этих компонентов, прежде всего фагоцитирующих клеток — макрофагов и нейтрофилов. Наиболее распространены рецепторы для СЗЬ и его фрагментов C3d, iC3b (табл. 35), что свидетельствует об особой функциональной значимости гиперфиксации СЗЬ на поверхности клеток. Эти рецепторы служат инструментами адгезии фагоцитирующих клеток к клеткам, опсонизированным компонентами комплемента. Лимфоциты также имеют рецепторы для фрагментов СЗЬ (CR2); более того, CR2 (CD21) в качестве корецептора входит в состав рецепторного комплекса В-лимфоцитов (см. раздел 1.1.1). Полагают, что распознавание опсонизированных клеток лимфоцитами (особенно В-клетками) является одним из факторов, определяющих активацию клеток и их участие в регуляции иммунных процессов. Иммуноре- гуляторная роль компонентов комплемента состоит также в их участии в солюбилизации (переводе в растворимую форму) иммунных комплексов.
Как уже упоминалось, освобождающиеся при активации комплемента фрагменты С4а, СЗа и С5а являются активными хемотаксическими и сосудорасширяющими факторами, а С5а и в более слабой степени СЗа обладают анафилактогенной активностью и участвуют в реакциях воспаления и гиперчувствительности (отсюда их название — анафилатокси- ны). Рецепторы для этих фрагментов присутствуют на поверхности фагоцитирующих клеток, что обусловливает проявление хемотаксического эффекта названных фрагментов, а также на поверхности тучных клеток и базофилов, что связано с функционированием СЗа и С5а в качестве анафилатоксинов. Они занимают особое положение в системе комплемента в том отношении, что отсутствуют специальные факторы, ограничивающие их действия (у всех остальных компонентов системы комплемента имеются ингибиторы). Иными словами, СЗа и С5а не имеют собственных ингибиторов, и их гиперпродукция контролируется общими стадиоспецифическими ингибиторами. По этой причине удается наблюдать последствия бесконтрольного накопления данных пептидных факторов при «ангионевротическом» отеке, который развивается при наследственном дефиците инактиватора Clq.
Система комплемента взаимодействует с другими гуморальными системами, активируемыми при воспалительных процессах, и при активации способствует вовлечению этих систем в реакцию иммунного воспаления. Наконец, отложение компонентов комплемента в составе иммунных комплексов на биологических мембранах является инициирующим фактором для развития иммунопатологии в силу их способности привлекать в очаг поражения макрофаги и другие эффекторы иммунного воспаления.
Медиаторы воспаления
Воспалительные цитокины
Ключевая роль в реализации воспалительной реакции и в целом реакций первой линии иммунной защиты принадлежит цитокинам, выделяемым активированными макрофагами и моноцитами (табл. 36). Среди них выделяют воспалительные цитокины — три тесно взаимосвязанных по своим функциям и эффектам цитокина: ИЛ-1 (в его а- и p-формах), ИЛ-б и ФНОа. Хотя общей характеристике цитокинов и функциональной системы, которую они образуют, а также описанию индивидуальных цитокинов посвящен специальный раздел (3.4.2), приведем основные сведения о вкладе названных цитокинов в развитие воспалительной реакции и связанных с ним процессов.
Все три указанных цитокина вырабатываются большим числом различных клеток организма. Однако в условиях воспаления наиболее существенно их продуцирование макрофагами, а также некоторыми локальными клетками в очаге воспаления, например синовиальными клетками суставов. Естественными индукторами выработки этих цитокинов является действие микробов и их токсинов, а в условиях эксперимента — форболовых эфиров. Выше (см. раздел 2.1.3) уже говорилось о кинетике
Таблица 36. Вклад цитокинов в развитие воспаления
Цитокин
Клетки- продуценты
Участие в воспалительной реакции
ИЛ-1
М, Эн, Эп, СК, ДК, ТЕ, В
Усиление прокоагулянтной активности, расширение сосудов, усиление экспрессии молекул адгезии, хемотаксис М,Н и Т, активация М и Н, усиление образования супероксид- радикалов и оксида азота, монокинов и PGE2, костимуля- ция Т и В, резорбция кости и хряща. Стимуляция миелопо- эза (нейтрофильный лейкоцитоз), повышение температуры тела, усиление синтеза белков острой фазы
ФНОа
М, Эн, ТЫ, СК
Расширение сосудов, усиление экспрессии молекул адгезии, стимуляция ангиогенеза, усиление катаболизма липидов, активация М и Н, усиление выработки монокинов и PGE2, образования супероксидрадикалов и оксида азота, гибель клеток (апоптоз), костимуляция Т, регуляция миелопоэза. Вызывает септический шок
ИЛ-6
Ф, Эн, М, Th2, СК, ТК
Усиление синтеза белков острой фазы, костимуляция Т и В. Активирует М, усиливает выработку супероксид-радикалов, экспрессию молекул адгезии. В то же время оказывает противовоспалительное действие, подавляя выработку провос- палительных монокинов и PGE2
а-хемо- кины
М, Эн, Ф, ТК
Хемотаксис и активация Н, стимуляция ангиогенеза, усиление выработки окиси азота и супероксид-радикалов, хемотаксис, М, Эн, Ф, ТК
Р-хемо- кины
М, Эн, Ф
Хемотаксис и активация М, Эо, лимфоцитов, усиление ангиогенеза, пирогенный эффект
ГМ- КСФ
Ф, Эн, М, т
Стимуляция миелопоэза, активация Н, М, костимуляция Т. Усиливает ангиогенез, выработку острофазных белков, хемотаксис Н и М
Г-К СФ
Ф, Эн, М, Т
Стимуляция гранулоцитоза, активация Н, усиление выработки супероксид-радикалов
М-КСФ
Ф, Эн, М,Т
Стимуляция моноцитопоэза, активация М
ИЛ-12
м,дк
Способствует образованию ТЫ и переключению на иммунное воспаление с вовлечением Т (ГЗТ)
ИФНу
ТЫ, NK
Мощная активация М, усиление экспрессии молекул МНС обоих классов и молекул адгезии, стимуляция образования супероксид-радикалов и окиси азота (главный стимулятор) Главный фактор иммунного воспаления
ИЛ-4
Th2, ТК
Усиление экспрессии молекул адгезии и МНС. Усиливает образование окиси азота, способствует развитию аллергического воспаления, главный его фактор, подавляет ГЗТ
ИЛ-1ра
М, Эн
Противовоспалительное действие, отмена эффектов ИЛ-1, в то же время индукция лихорадки и острофазной реакции
Примечание. М — моноциты и макрофаги, Н — нейтрофилы, Т — Т-лимфоциты, В — В-лимфоциты, NK — NK-клетки, Эо — эозинофилы, Эн — эндотелиальные клетки, Эп — эпителиальные клетки, Ф — фибробласты, ТК — тучные клетки, СК — синовиальные клетки, ДК — дендритные клетки, PG — простагландины.
выработки этих цитокинов. Напомним лишь, что экспрессия генов происходит в пределах 1—2 ч после активации, а сами цитокины появляются в среде через 3—4 ч, причем их выработка на уровне индивидуальной клетки продолжается немногим долее 2 сут. Значительная часть ИЛ-1а продуцируется в мембранной форме, т.е. сохраняет связь с клеткой, проявляя при этом функциональную активность. На мембране присутствует также молекула — предшественник ФНОа. Продукция ИЛ-6 может по времени несколько отставать от секреции ИЛ-1 и ФНОа. Известно, что выработка всех трех рассматриваемых цитокинов стимулируется под действием ГМ-КСФ, интерферона у, ИЛ-2. ИЛ-1 и ФНОа взаимно усиливают секрецию друг друга и ИЛ-6, тогда как последний подавляет продукцию ИЛ-1 и ФНОа, участвуя в ограничении воспалительной реакции (см. рис. 63).
Воспалительные цитокины обладают исключительной широтой действия и многочисленными мишенями. Остановимся на эффектах, имеющих отношение к формированию воспалительной реакции. В комплексе эти эффекты способны обеспечить развитие воспаления и воспроизвести практически все его локальные и общие симптомы.
ИЛ-1 действует на эндотелиальные клетки сосудов, усиливая экспрессию на их поверхности молекул адгезии и повышая их прокоагулянтную активность, а также проницаемость капилляров. Тем самым создаются условия для развития местной гиперемии, тромбозов и стаза, выхода жидкой части крови и форменных элементов в ткани с формированием отека и клеточных инфильтратов. Последнему способствуют некоторые влияния, оказываемые ИЛ-1 на клетки крови: хемотаксическая активность ИЛ-1 по отношению к нейтрофилам, макрофагам и В-лимфо- цитам, усиление экспрессии молекул адгезии, а также участие в качестве костимулятора в индукции пролиферации Т- и В-лимфоцитов. ИЛ-1 повышает активность клеток, мигрировавших в очаг воспаления: увеличивает кислородный метаболизм нейтрофилов, освобождение ими ферментов, выработку макрофагами и фибробластами простагландинов, макрофагами и Т-клетками — цитокинов. ИЛ-1 обусловливает проявление ряда общих симптомов воспаления. Действуя на гипоталамус, он вызывает развитие лихорадки, стимулируя клетки печени, обусловливает выработку белков острой фазы, проникая в костный мозг, усиливает грану- лоцитопоэз, что проявляется в нейтрофильном лейкоцитозе и омоложении популяции нейтрофилов. ИЛ-1 опосредует также действие остеокластов, вызывая резорбцию костей, стимулирует протеолитические процессы в миоцитах.
Обе формы ИЛ-1 взаимодействуют с одними и теми же рецепторами и поэтому практически не различаются по физиологической активности. Известно две разновидности рецепторов ИЛ-1 — CD121a (рецептор I типа, представленный на Т-клетках, фибробластах и эндотелиальных клетках) и CD 121b (рецептор II типа, представленный на В-клетках, макрофагах и моноцитах); функциональная значимость последнего подвергается сомнению. С теми же рецепторами взаимодействует рецепторный антагонист ИЛ-1 (ИЛ-lpa), который, однако, не подает в клетку активирующих сигналов и таким образом блокирует действие ИЛ-1. ИЛ-lpa вы-
рабатывается под влиянием тех же сигналов, что и ИЛ-1, но с несколько иной (замедленной) кинетикой. Соотношение их концентраций в значительной степени определяет баланс про- и противовоспалительных факторов при местных воспалительных процессах (например, в суставах при ревматоидном артрите). Известны и другие ингибиторы ИЛ-1, например растворимый рецептор II типа, который связывает свободный ИЛ-1.
ФНОа также синтезируется клетками многих типов, включая макро- фаги/моноциты и их производные в тканях (звездчатые ретикулоэндоте- лиоциты, астроциты и др.), Т- и В-лимфоциты, NK-клетки, и обладает столь же разнообразными эффектами. Действие ФНОа и ИЛ-1 во многом перекрывается. Он усиливает экспрессию ряда молекул адгезии на эндотелиальных клетках и лейкоцитах, активирует нейтрофилы и макрофаги, участвует в качестве кофактора в индукции пролиферации лимфоцитов, усиливает выработку макрофагами и Т-клетками цитокинов. Но ФНОа вызывает также некоторые эффекты, отличающие его от ИЛ-1. Так, он способен активировать в клетках-мишенях липопротеиновую липазу, что обусловливает расходование запасов жира и приводит к развитию кахексии (один из синонимов ФНОа — кахексии). ФНОа является основным гуморальным фактором, обусловливающим развитие септического шока. В сочетании с интерфероном ФНОа повышает активность NO-синтетазы и наработку активных метаболитов азота, чем способствует осуществлению защиты от ряда микроорганизмов, особенно от микобактерий.
Имеется две разновидности рецепторов для ФНО (общих с ФНОр, или лимфотоксином): форма I (р55; CD121a), представленная на клетках самых разнообразных типов, и форма II (р75; CD121b), содержащаяся на клетках миелоидного происхождения. Рецепторы обоих типов гомологичны рецептору Fas, принимающему сигналы к развитию апоптоза. Однако лишь рецептор р55 содержит цитоплазматический домен, свойственный также рецептору Fas. Этот домен служит для проведения сигнала к включению апоптоза («домен смерти»). И действительно, ФНОа может вызывать апоптоз клеток, особенно опухолевых; этот эффект проявляется и при воспалении.
ИЛ-б вырабатывается клетками стромы (фибробластами и эндотелиальными клетками), макрофагами, активированными Т-лимфоцитами и рядом других клеток. Его эффекты реализуются в значительной степени помимо воспалительной реакции. Однако ИЛ-б одновременно является важным фактором воспаления, объединяющим функции про- и противовоспалительного агента. С одной стороны, ИЛ-б служит основным активатором синтеза гепатоцитами белков острой фазы, способствует вовлечению в воспалительный процесс мезангиальных клеток почки, В- и Т- лимфоцитов и участвует в индукции пролиферации последних (особенно в случае В-клеток и плазмоцитов). Он действует также на гемопоэз, стимулируя его ранние этапы, на нейроэндокринную систему, способствует развитию лихорадки и секреции АКТГ. С другой стороны, ИЛ-6, как уже отмечалось, подавляет выработку ИЛ-1, ФНОа и простагландина Е2 макрофагами, тем самым способствуя завершению воспалительной реакции. Ограничительные сигналы ИЛ-6 частично реализуются через центральные механизмы. Стимулируя выработку АКТГ, ИЛ-6 участвует в развер-
тывании стрессорных реакций, в том числе связанных с ингибирующим действием глюкокортикоидов. Очевидно, альтернативные эффекты ИЛ-6 в отношении воспалительной реакции реализуются на разных этапах ее развертывания и в значительной степени определяются наличием в очаге воспаления соответствующих клеток-мишеней и их чувствительностью к ИЛ-6, а также различной скоростью реализации про- и противовоспалительного действия.
Исключительно велика роль в развитии воспаления хемокинов, уже рассматривавшихся в связи с хемотаксисом клеток, вовлекаемых в воспалительный процесс (см. раздел 2.1.1). Помимо проявления хемотаксической активности, хемокины способны активировать клетки, имеющие для них рецепторы. Таковыми являются нейтрофилы, взаимодействующие с а-цитокинами, макрофагами, моноциты и Т-лимфоциты, несущие рецепторы для р-хемокинов.
Третья важнейшая группа цитокинов, участвующих в первой линии защиты, — это интерфероны. В отличие от рассмотренных выше воспалительных цитокинов они вырабатываются в ответ на стимуляцию вирусами или свойственной им двуспиральной РНК, а не бактериями и их продуктами. Группа из 20 интерферонов, обозначаемых как интерфероны а, вырабатывается макрофагами, интерферон р — фибробластами и макрофагами, интерферон у (который существенно отличается от интерферонов аир) — активированными Т-хелперами (ТЫ), цитотоксическими Т-лимфоцитами и NK-клетками.
В соответствии с природой индукторов назначение интерферонов а и р состоит в противовирусной защите. Это достигается двумя путями: с помощью подавления репликации вирусов в клетках и воздействием на инфицированные клетки, делающим их доступными для проявления иммунной защиты. Под влиянием интерферонов в клетках индуцируется синтез 2'5'-олигоаденилатсинтетазы, которая активирует эндорибонук- леазу, расщепляющую вирусную РНК. Кроме того, интерфероны активируют серинтреониновую протеинкиназу (Pl-киназу), которая подавляет репликацию вируса, действуя на фактор инициации белкового синтеза eIF2. При реализации этого защитного механизма в клетке появляется белок Мх. У мышей, мутантных по этому белку, повышена чувствительность к заражению вирусом гриппа.
Под влиянием интерферонов на клетках усиливается экспрессия молекул МНС I класса и, следовательно, повышается вероятность появления на мембране этих молекул, несущих пептидные фрагменты вирусных (или опухолевых) белков, распознаваемых Т-киллерами. Реализации Т-клеточного механизма защиты способствует активация ТЫ под влиянием ИЛ-12, вырабатываемого макрофагами, и интерферона у. Комплекс цитокинов, продуцируемых «воспалительными» ТЫ-хелперами (в первую очередь интерферон у), стимулирует активность антигенпредставля- ющих клеток (усиливается экспрессия на их поверхности молекул МНС II класса) и макрофагов. Интерфероны всех типов повышают активность NК-клеток, участвующих в противовирусной защите при условии подавления экспрессии на клетках-мишенях молекул МНС I класса.
Таким образом, интерфероны а и р, не являясь провоспалительными
факторами, обеспечивают защиту организма от вирусов. Интерферон у, также выполняющий эту функцию, кроме того, реализует связь между первым и вторым уровнями защиты: являясь продуктом ТЫ-клеток, он стимулирует активность макрофагов, включает секрецию ими цитокинов, опосредующих развитие воспаления. В этом смысле интерферон у может быть назван провоспалительным цитокином. Связь между макрофагами и лимфоцитами в обратном направлении опосредует продукт макрофагов ИЛ-12, ответственный за дифференцировку ТЫ.
Четвертую группу цитокинов, участвующих в реакциях первой линии защиты, образуют колониестимулирующие факторы — ГМ-КСФ, Г-КСФ и М-КСФ. Являясь гемопоэтинами, они сохраняют способность стимулировать активность зрелых миелоидных клеток: ГМ-КСФ активен в отношении моноцитов, макрофагов и гранулоцитов; Г-КСФ стимулирует развитие и проявления активности нейтрофильных гранулоцитов, а МК- КСФ — моноцитов и макрофагов. Эти факторы способствуют активации указанных типов клеток, осуществлению ими защитных функций, секреции цитокинов. Кроме того, ГМ-КСФ и Г-КСФ обусловливают развитие нейтрофильного лейкоцитоза, являющегося одним из важнейших системных проявлений воспалительной реакции.
Белки острой фазы
Известно, что существуют реакции врожденного иммунитета, которые по своему назначению и конечным результатам аналогичны реакциям адаптивного иммунитета и являются, очевидно, их эволюционными предшественниками. Некоторые такие реакции клеточного типа были рассмотрены выше. Однако существуют и гуморальные реакции, воспроизводящие по ряду параметров гуморальный иммунный ответ, но, с одной стороны, они развертываются быстрее, а с другой — лишены иммунологической специфичности. Обладая некоторыми преимуществами перед специфическими иммунными процессами (прежде всего быстрота развития), эти реакции не были вытеснены в процессе эволюции более совершенными реакциями адаптивного иммунитета, и сосуществуют с ними.
Гуморальной реакцией такого рода, во многих отношениях сходной с процессом антителообразования, является реакция острой фазы воспаления. Как известно, клетки печени продуцируют разнообразные белки, в частности являются основным источником белков сыворотки крови. При действии на них воспалительных цитокинов ПЛ-6 и в меньшей степени ИЛ-1 и ФНОа под влиянием внутриклеточного процесса, аналогичного процессам активации клеток иммунной системы, изменяется спектр экспрессируемых генов гепатоцитов. В результате синтез некоторых белков подавляется, а продукция других усиливается (иногда на несколько порядков за сутки). Последние белки называются белками острой фазы. К ним относятся фибриноген, С-реактивный белок, маннозосвязывающий белок и сывороточный амилоидный протеин. Если фибриноген имеет отношение к сосудистым реакциям при воспалении, то остальные белки, будучи полифункциональными, «задействованы» в реализации иммунных процессов.
С-реактивный белок и сывороточный амилоидный протеин родственны по структуре; они относятся к семейству пентраксинов, для которого характерен комплекс из 5 дискообразных субъединиц. Их молекулярная масса в молекуле С-реактивного белка составляет 23 000, а молекулярная масса всего белка — 110 000—115 000. Если в норме концентрация С-реактивного белка в сыворотке крови составляет около 1 мкг/мл, то при острофазной реакции она быстро возрастает до 1— 2 мг/мл.
Оба названных пентраксина обладают свойствами С-лектинов, т.е. связывают углеводные группы. Другими их лигандами являются фосфо- рилхолин, ДНК, полиэлектролиты, белки межклеточного матрикса. Они не взаимодействуют с фосфолипидами собственных клеток организма, но связываются с фосфорилхолином грамположительных микроорганизмов. При связывании с ним С-реактивного белка в структуре фосфорил- холина открываются новые участки молекулы, которые ранее были замаскированы. Эти участки способны взаимодействовать с компонентами комплемента и активировать его классический и альтернативный пути. С другой стороны, связанный С-реактивный белок служит хемоаттрактантом для нейтрофилов, а участки его молекулы, обнажающиеся при связывании с микроорганизмами, распознаются фагоцитирующими клетками, т.е. С-реактивный белок может играть роль опсонина. Эти следствия связывания С-реактивного белка позволяют рассматривать его как своеобразное «протоантитело» (тем более что между ним и иммуноглобулинами существует некоторая гомология). После расщепления фагоцитирующими клетками могут освобождаться фрагменты молекулы С-реактивного белка, активирующие моноциты и индуцирующие секрецию ими цитокинов; такими же свойствами обладает мономерная форма этого белка.
С-реактивный белок способен связываться с рецепторами Т-лимфо- цитов. Кроме того, эти клетки в небольшом количестве синтезируют его, причем часть белка продуцируется в мембранной форме. В результате на поверхности 16—24 % Т-клеток определяется С-реактивный белок (связанный или собственный). Полагают, что этот белок играет определенную роль в регуляции иммунных процессов.
Маннозосвязывающий белок относится к семейству коллектинов, к которому принадлежит Clq. Его исходная концентрация в сыворотке крови составляет 0,1—1 мкг/мл, но в острой фазе повышается в 5—10 раз. Практически не обладая гомологией по первичной структуре, молекулы маннозосвязывающего белка и Clq имеют сходную конфигурацию («букет тюльпанов», см. рис. 36). Как и Clq, маннозосвязывающий белок содержит 18 пептидных цепей трех типов, каждый из которых имеет коллагеноподобную структуру и С-лектиновый домен. Как отмечалось выше, связываясь с остатками маннозы, фукозы, глюкозамина, белок изменяет свою конформацию, приобретая активность сериновой протеиназы/эсте- разы, активирует сериновую протеиназу, ассоциированную с маннозосвязывающим белком. Эта протеиназа гомологична С1г и Cis и, подобно им, способна расщеплять С4 и С2, что обусловливает включение классического пути активации комплемента.
Таким образом, рассмотренные белки обтрой фазы выполняют функции по элиминации патогенов. Эти функции во многом сходны с теми, которые выполняют антитела, особенно принадлежащие к IgM.
Другие медиаторы воспаления. Эйкозаноиды
Помимо цитокинов, в реализации воспаления участвует ряд факторов, происходящих из различных клеток и определяющих в основном сосудистую составляющую воспалительной реакции. Большинство из этих факторов участвует в реализации аллергического воспаления. Как правило, они изучаются в контексте патологической физиологии, и мы здесь лишь кратко охарактеризуем их в самых общих чертах.
Нонапептид брадикинин является основным представителем семейства кининов. Он образуется из высокомолекулярного кининогена путем его расщепления протеиназой — плазменным калликреином. Последний образуется из предшественника прекалликреина (циркулирующего в крови) при действии на него фактора Хагемана. Этот фактор относится к свертывающей системе (фактор ХПа) и активируется в процессе коагуляции крови. Такая взаимосвязь с другими патофизиологическими системами весьма характерна для функционирования белков, участвующих в развитии воспаления. Другой представитель семейства кининов — каллидин (лизилбрадикинин) образуется из низкомолекулярного кининогена после его расщепления тканевым калликреином. Последний образуется из прокалликреина под влиянием плазмина или плазменного калликреи- на; этот процесс включается при повреждении тканей. Образование кининов ограничивают ингибитор С1 (С!^), Рг-макроглобулин и а у-антитрипсин. Кинины расщепляются карбоксипептидазами, как и некоторые другие медиаторы воспаления, например фрагменты компонентов комплемента СЗа и С5а.
Кинины участвуют в реализации местных проявлений воспаления, действуя в основном на уровне мелких сосудов. Кинины значительно расширяют венулы, снижают давление в микроциркуляции, повышают проницаемость сосудистой стенки, тем самым способствуя формированию отека и эмиграции лейкоцитов. Кроме того, они вызывают спазм гладкой мускулатуры, усиливают синтез арахидоновой кислоты и образование эйкозаноидов.
Некоторые активные медиаторы аллергического воспаления содержатся в гранулах тучных клеток и базофилов, освобождающихся под влиянием связывания IgE и перекрестного сшивания его мембранных рецепторов, а также ряда других стимулов (см. разделы 1.1.2 и 5.2.1). К этим медиаторам относятся гистамин, серотонин, гепарин, гепаринсульфат и некоторые ферменты. Все они предсуществуют в гранулах до активирующего воздействия.
Гистамин (5-р-имидазолилэтиламин) среди этих субстанций играет наиболее важную роль в развитии аллергических реакций. Поскольку процесс дегрануляции тучных клеток происходит быстро, гистамин и сопутствующие факторы очень рано появляются в очаге аллергического воспаления, причем сразу в достаточно больших концентрациях, чтобы
вызвать ранние проявления гиперчувствительности немедленного типа. Они столь же быстро метаболизируются (95 % за 1 мин), уступая место эйкозаноидам, которые образуются клетками de novo под действием тех же стимулов.
Гистамин действует преимущественно на гладкие мышцы и эндотелий сосудов, связываясь с их Н1-рецепторами. Через эти рецепторы включается активационный процесс, опосредованный превращениями фосфоинозитидов с образованием диацилглицерина и мобилизацией Са2+. Это по-разному проявляется в различных клетках, но конечный эффект сводится к расширению сосудов с усилением локального кровотока и повышением проницаемости капилляров. Указанные эффекты частично связаны с образованием в клетках окиси азота и простациклина (см. ниже). Действуя на нервные окончания, гистамин обусловливает ощущение зуда, свойственное проявлениям аллергии в коже.
У человека гистамин играет важную роль в развитии кожной гиперемии и аллергического ринита. Менее очевидно его участие в развитии общих аллергических реакций и бронхиальной астмы. В то же время через Н2-рецепторы гистамин и родственные субстанции реализуют регуляторные воздействия, иногда уменьшающие проявления воспаления путем ослабления хемотаксиса нейтрофилов и выброса ими лизосомных ферментов, а также освобождения самого гистамина. Через Н2-рецептор гистамин действует на сердце, секреторные клетки желудка, подавляет пролиферацию и цитотоксическую активность лимфоцитов, секрецию ими цитокинов. Ббльшая часть этих эффектов опосредована активацией аденилатциклазы и повышением уровня внутриклеточного цАМФ. Знания об относительной роли различных гистаминовых рецепторов в реализации их конкретного действия очень важны, поскольку значительная часть антиаллергических препаратов представляет собой блокаторы Ш- (но не Н2-)рецепторов гистамина.
Роль серотонина (5-гидрокситриптамина) в патогенезе аллергических реакций более сомнительна, его влияние сильно варьирует в зависимости от вида животных. Вероятно, он имеет значение в системной анафилаксии у кроликов, а также в гиперчувствительности замедленного типа у мышей.
Протеогликан гепарин, освобождающийся из гранул тучных клеток и общеизвестный как антисвертывающий фактор, оказывает определенное регулирующее воздействие на пролиферативную и миграционную активность клеток иммунной системы, на активацию эндотелиальных клеток. Он усиливает фагоцитарную реакцию, подавляет некоторые проявления цитотоксичности клеток, регулирует гиперчувствительность замедленного типа.
Свойства малых фрагментов СЗа и С5а, образующихся в процессе активации комплемента, рассматривались выше (см. раздел 2.3.1). Эти пептиды обладают выраженным сосудорасширяющим и хемотаксическим действием по отношению к нейтрофилам, макрофагам, эозинофилам и способны активировать их. В то же время значительная часть эффектов указанных пептидов опосредована усилением выброса гистамина тучными клетками. Самостоятельные воздействия, в частности способность 164
Рис. 40. Метаболизм арахидоновой кислоты.
Использованы международные сокращенные обозначения простагландинов (PG), лейкотриенов (LT) и тромбоксанов (Тх).
вызывать бронхоспазм, в наибольшей степени свойственны С5а. Он является очень сильным хемоаттрактантом; по способности повышать проницаемость сосудов и вызывать сокращение гладкой мускулатуры С5а в 10—100 раз превосходит СЗа и в тысячи раз — С4а.
Фактор, активирующий тромбоциты (ФАТ, PAF), представляет собой продукт липидной природы. Он синтезируется de novo из лизогли- церинового эфира фосфорилхолина тучными клетками, базофилами, нейтрофилами и моноцитами при их активации. Вызывая агрегацию тромбоцитов, этот фактор способствует выбросу содержащихся в них ферментов и активных факторов. Он повышает проницаемость сосудов путем сокращения эндотелиальных клеток, активирует нейтрофилы, вызывает спазм гладкой мускулатуры бронхов и расслабляет гладкие мыш-
Таблица 37. Биологические эффекты эйкозаноидов
Группы и названия
Клетки- продуценты
Действие на сосуды
Действие на бронхи
Хемотаксис
Активация
Лейкотриены
D4, С4, Е4
М, ТК
Расширяют, повышают проницаемость
Сильный спазм
+
Подавляют
В4
ТК, н
Сильно расширяет
Спазм (±)
(Н, М, Э, I)
Активируют М, Н, Э, Т
Проста
гландины
Е2
м, н
Расширяют, усиливая эффект гистамина
Спазм (на фоне действия LT) или расширение
+
(усиливает эффект LT, С5а)
Подавляет М, Т, подавляет агр. тромб.
F2a, D2
М, ТК
Расширяют
Спазм
±
Подавляет агр. тромб.
12
Эндотелий
Сильно расширяет, повышает проницаемость
—
—
Подавляет агр. тромб.
Тромбоксаны
А2 (простациклин)
Тромбоциты, М
Суживает
Спазм
—
Вызывает агр. тромб.
5-НЕТЕ
ТК, Н
—
—
Активирует Н, ТК, Э
Примечание. М — моноциты/макрофаги; Н — нейтрофилы; ТК — тучные клетки; Т — Т-лимфоциты; агр. тромб. — агрегация тромбоцитов; Э — эозинофилы; LT — лейкотриены.
цы сосудистой стенки. В связи с коротким сроком жизни РАБ его роль в развитии аллергических реакций подвергается сомнению.
Эйкозаноидами называют продукты метаболизма арахидоновой кислоты (жирной ненасыщенной кислоты, молекула которой содержит 20 атомов углерода и 4 ненасыщенные связи). Арахидоновая кислота образуется из мембранных фосфолипидов как прямой продукт проявления активности фосфолипазы А или косвенный продукт превращений, опосредованных фосфолипазой С. Это происходит при активации различных типов клеток, особенно тех, которые участвуют в развитии воспаления, в частности аллергического: эндотелиальных и тучных, базофилов, моноцитов, макрофагов. Схема превращений арахидоновой кислоты представлена на рис. 40, а характеристика образующихся при этом продуктов — в табл. 37. Наиболее принципиальным является раздвоение путей превращения арахидоновой кислоты, катализируемых двумя ферментами — цик- локсигеназой и 5'-липооксигеназой. Циклооксигеназный путь приводит к 166
образованию простагландинов и тромбоксанов из нестабильных промежуточных продуктов — эндоперекисных простагландинов G2 и Н2, а липоксигеназный — к образованию лейкотриенов и 5-ГЭТЕ (5-гидроксиэйкозатетраеноат) через промежуточные этапы — 5-ГПЭТЕ и лейкотриен А4.
Простагландины и лейкотриены во многих отношениях альтернативны по своим физиологическим эффектам, хотя и внутри этих групп су- - ществуют значительные различия в активности. Общим их свойством4 являются преобладание действия на сосудистую стенку и гладкие мышцы, а также хемотаксический эффект. Эти воздействия реализуются в результате взаимодействия эйкозаноидов со специфическими рецепторами на поверхности клеток. Некоторые представители семейства эйкозаноидов усиливают действие других вазоактивных и хемотаксических факторов (например, анафилактоксинов) в большей степени, чем проявляют собственное влияние.
Лейкотриены С4, D4 и Е4 представляют собой С2о~жирные кислоты, молекула которых в положении 5 содержит ОН-группу, а в положении 6 — боковые серосодержащие цепи (например, глутатион). Эти лейкотриены образуются и выделяются в среду в течение 5—10 мин после активации тучных клеток или базофилов. LTC4 присутствует в среде 3— 5 мин, в течение которых он превращается в LTD4; последний преобладает в последующие 15 мин, медленно превращаясь в LTE4. Эти лейкотриены (особенно LTD4) вызывают спазм гладкой мускулатуры и регулируют локальный кровоток, снижая артериальное давление. Активность LTD4 в отношении гладких мышц в 100 раз выше, чем гистамина, и в 2—10 раз выше, чем LTC4 и LTE4. Последние оказывают хемотаксическое действие, но более слабое, чем LTD4. Лейкотриены этой группы являются медиаторами аллергических процессов, в частности медленной фазы бронхоспазма при бронхиальной астме. Ранее комплекс этих факторов (LTC4, LTD4 и LTE4) называли медленно реагирующей субстанцией А. Кроме того, они подавляют пролиферацию лимфоцитов и способствуют их дифференцировке. LTB4 (дигидроксиэйкозотетраеновая кислота) в большей степени проявляет хемотаксическое и активирующее действие в отношении моноцитов, макрофагов, нейтрофилов, эозинофилов и даже Т-клеток. Еще один продукт липоксигеназного пути, 5-ГЭТЕ, менее активен, чем лейкотриены, но тем не менее и он может служить хемоаттрактантом и активатором нейтрофилов и тучных клеток.
Простагландины представляют собой С2о~жирные кислоты, молекула которых содержит циклопентановое кольцо. Варианты, отличающиеся по типу и положению замещающих групп (окси-, гидрокси-), обозначают различными буквами, цифра в обозначении — число двойных связей в молекуле. Простагландины накапливаются в очаге воспаления позже таких агентов, как кинины и гистамин, несколько позже лейкотриенов и одновременно с монокинами (через 6—24 ч). Помимо вазоактивного и хемотаксического воздействия, достигаемого в кооперации с другими факторами, простагландины (особенно PGE2) проявляют регулирующее действие при воспалительных и иммунных процессах. Экзогенный PGE2 вызывает некоторые проявления воспалительной реакции, но подавляет иммунный ответ и аллергические реакции. Так, PGE2 снижает цитотокси-
ческую активность макрофагов, лимфоцитов и нейтрофилов, пролиферацию лимфоцитов, продукцию цитокинов. Он способствует дифференцировке незрелых лимфоцитов и клеток других кроветворных рядов. Некоторые его эффекты связаны с повышением уровня внутриклеточного цАМФ. PGE2 и PGD2 подавляют агрегацию тромбоцитов. PGF2 и PGD2 вызывают сокращение мускулатуры бронхов, тогда как PGE2 расслабляют ее.
Тромбоксан А2 (ТХА2) — С2о-жирная кислота; в его молекуле есть 6-членное кислородсодержащее кольцо. Это очень нестойкая субстанция (время полужизни 30 с), которая превращается в неактивный тромбоксан В2. ТХА2 вызывает сужение сосудов и бронхов, агрегацию тромбоцитов с освобождением их ферментов и других активных факторов, способствует митогенезу лимфоцитов. Еще один продукт циклогеназного пути, PGI2 (простациклин), также нестоек. Он реализует свое действие через цАМФ, сильно расширяет сосуды, увеличивает их проницаемость, ингибирует агрегацию тромбоцитов. Наряду с брадикинином простациклин обусловливает ощущение боли при воспалении.
Таким образом, часть медиаторов воспаления (кинины, анафилатокси- ны) формируется в жидкой фазе вследствие повреждения тканей и индукции свертывания крови, активации комплемента и других процессов, сопровождающихся активацией протеиназ. Роль основных медиаторов воспаления выполняют цитокины, продуцируемые преимущественно макрофагами. Небелковые медиаторы воспаления, вырабатываемые макрофагами и нейтрофилами (эйкозаноиды), играют вспомогательную и регуляторную роль в развитии воспаления и дополняют эффект других факторов. Особое место занимают продукты тучных клеток и базофилов, определяющие развитие аллергического воспаления. Эти продукты выделяются в два приема: практически мгновенно выбрасываются предобразованные медиаторы короткого срока действия (гистамина и др.) и несколько позже продуцируются и секретируются эйкозаноиды (прежде всего — лейкотриены), которые определяют медленную фазу аллергической реакции.
Существует несколько систем гуморальных факторов, участвующих в первой линии иммунной защиты. Основная из них — система комплемента — работает по принципу каскада последовательно активируемых факторов. Эта система запускается с участием иммунных комплексов (классический путь) и без них (альтернативный путь). Результатами активации комплемента являются опсонизация клеток (что способствует их фагоцитозу), цитолиз вследствие образования пор в мембране, образование пептидных фрагментов, обладающих хемотаксическим и сосудорасширяющим действием. В первой линии защиты участвуют цитокины, секретируемые моноцитами и макрофагами (ИЛ-1, ФНОа, ИЛ-6, хемокины) и обладающие провоспали- тельным действием. В обеспечении естественной резистентности играют роль также белки острой фазы, продукты расщепления арахидоновой кислоты (эйкозаноиды) — простагландины и лейкотриены, факторы, секретируемые тучными клетками, воспалительные пептиды.
Молекулярные и клеточные основы адаптивного иммунитета
АНТИГЕНРАСПОЗНАЮЩИЕ МОЛЕКУЛЫ
Основу иммунологических процессов составляют события, связанные с распознаванием антигенов и реакцией на них клеток иммунной системы. Способностью специфически распознавать антигены и их пептидные фрагменты обладают две группы молекул — иммуноглобулины и Т-кле- точные рецепторы. Они присутствуют на поверхности соответственно Ви Т-лимфоцитов, выполняя роль антигенраспознающих рецепторов. Иммуноглобулины существуют, кроме того, в свободной, растворимой, форме, представляя собой сывороточные антитела.
Иммуноглобулины (антитела)
Антитела, т.е. молекулы, специфически взаимодействующие с антигенами, первоначально обнаружили во фракции у-глобулинов сыворотки крови. Позже было идентифицировано семейство молекул, с которыми связана активность антител, — иммуноглобулины. Было установлено, что молекулы антител различной специфичности имеют аналогичную структуру, но отличаются строением активного центра — антигенсвязывающего участка. В середине 60-х годов были описаны мембранные иммуноглобулины, составляющие основу антигенраспознающих рецепторов В-лимфо- цитов. Наиболее интенсивные исследования структуры иммуноглобулинов и природы их сродства к антигену проводились в 60—70-е годы в лабораториях, возглавлявших R.Porter и G.Edelman. Большой вклад в изучение антител внесли работы С.Milstein, который ввел в научный обиход использование моноклональных миеломных иммуноглобулинов и был одним из создателей гибридомной технологии (G.Kohler, C.Milstein). С помощью этих методов были получены моноклональные антитела любой специфичности (см. раздел 4.1.2). Наконец, решающим достижением в изучении генетических и молекулярно-биологических основ формирования разнообразия антител явилось сделанное S.Tonegawa открытие процесса перестройки (реаранжировки) V-генов иммуноглобулинов.
Сывороточные иммуноглобулины — антитела
Организация молекул иммуноглобулинов. Полипептидные цепи и домены. Молекула иммуноглобулинов построена из цепей двух типов — тяжелых (Н) и легких (L). Так называемый мономерный иммуноглобулин включает
a
Ac. 41. Строение молекулы IgGl человека.
a — расположение доменов, локализации углеводных остатков (ув), участков, чувствительных к протеолизу папаином (пап) и пепсином (пеп); L, Н — соответственно обозначения легких и тяжелых цепей; VlVhClCh1—3 — обозначения доменов; S-S — дисульфидные связи; Fab, Fc — фрагменты, образующиеся при действии папаина; a, F(ab')2, Fc' — при действии пепсина; I, II и III — гипервариабельные участки, б — формирование доменами молекулы IgGl петель за счет внутридоменных дисульфидных связей [по Дееву С.М., 1997] (обозначения те же; цифры соответствуют номерам аминокислотных остатков).
две Н- и две L-цепи, соединенные дисульфидными связями. Каждая цепь содержит от 2 до 5 гомологичных участков, состоящих примерно из 110 остатков аминокислот и имеющих сходную пространственную организацию. Эти участки образуют компактные, относительно изолированные пространственные структуры, скрепленные дисульфидной связью, и обладают автономными функциями. Такие структуры называют доменами (рис. 41).
Во всех цепях лишь N-концевой домен имеет отношение к распознаванию антигена. Это связано с тем, что цепи индивидуальных молекул иммуноглобулинов, как правило, отличаются первичной структурой данного домена (отсюда его название — вариабельный, или V-домен). Такая структура является основой для формирования антигенсвязывающих участков с индивидуальной, сильно варьирующей от молекулы к молекуле специфичностью. Эти участки образуются в результате комбинирования V-доменов Н- и L-цепей. Структура остальных доменов постоянна в молекулах конкретных типов, поэтому они называются константными, или С-доменами. В L-цепях содержится один С-домен, в Н-цепях — 3— 4 С-домена. С С-доменами связаны некоторые функции иммуноглобулинов, не имеющих отношения к распознаванию антигенов: взаимодействие с рецепторами клеток, активация комплемента и др.
При действии на молекулы иммуноглобулинов папаина молекулы расщепляются с образованием двух фрагментов — Fab (antigen-binding) и одного Fc (cristallizable). Первый фрагмент содержит всю легкую цепь, V- домен и первый С-домен Н-цепи; Fc-фрагмент включает остальные С- домены Н-цепей. При воздействии пепсина разрыв Н-цепей происходит ближе к С-концу. Образующиеся антигенсвязывающие фрагменты несколько больше по размерам, чем Fab-фрагменты, и соединены дисульфидной связью. Они обозначаются как Р(аЬ')2-фрагменты. Пепсиновый Fc'-фрагмент короче папаинового Fc-фрагмента.
Строение С-домена L-цепей обусловливает принадлежность этих цепей одному из двух изотипов — к и Л. Строение константных участков Н-цепей определяет наличие нескольких изотипов этих молекул, которые первоначально были идентифицированы серологически (с помощью антител). Существует 5 основных изотипов Н-цепей — ц, у, а, 5 и е. Каждая молекула может содержать цепи лишь одного изотипа. В зависимости от разновидностей Н-цепей различают 5 основных классов иммуноглобулинов: IgM, IgG, IgA, IgD и IgE (латинские буквы в обозначении классов иммуноглобулинов соответствуют греческим буквам в обозначении Н- цепей). На основе более тонких различий аминокислотной последовательности Н-цепей среди IgG выделяют подклассы (субтипы) IgGl, IgG 2, IgG3 и IgG4 (у мышей IgGl, IgG2a, IgG2b, IgG3), среди IgA — IgAl и IgA2. Иммуноглобулины всех классов могут относиться к К- или L-типу в зависимости от присутствия в их составе к- или Х-цепей. У человека соотношение К- и L-типов иммуноглобулинов составляет 3:2.
Данные о свойствах иммуноглобулинов разных классов и подклассов и их содержании в сыворотке крови представлены в табл. 38. Как уже отмечалось, домены иммуноглобулинов весьма сходны по пространственной организации. Они представляют собой компактные глобулы, обра-
Рис. 42. Структура доменов иммуноглобулинов.Характер укладки p-слоев полипептидных цепей в вариабельном (V) и константном (С) доменах. Буквенные обозначения отражают последовательность расположения участков цепи («полос») в молекуле (от N- к С-концу, которые также отмечены на схеме). Незаштрихованные и заштрихованные полосы относятся к двум разным p-слоям, лежащим напротив друг друга. S-S — внутридоменная дисульфидная связь. Следует обратить внимание на две полосы С' и С", которые присутствуют в V-, но не в С-домене.Рис. 42. Структура доменов иммуноглобулинов.Характер укладки p-слоев полипептидных цепей в вариабельном (V) и константном (С) доменах. Буквенные обозначения отражают последовательность расположения участков цепи («полос») в молекуле (от N- к С-концу, которые также отмечены на схеме). Незаштрихованные и заштрихованные полосы относятся к двум разным p-слоям, лежащим напротив друг друга. S-S — внутридоменная дисульфидная связь. Следует обратить внимание на две полосы С' и С", которые присутствуют в V-, но не в С-домене.
Рис. 42. Структура доменов иммуноглобулинов.
Характер укладки p-слоев полипептидных цепей в вариабельном (V) и константном (С) доменах. Буквенные обозначения отражают последовательность расположения участков цепи («полос») в молекуле (от N- к С-концу, которые также отмечены на схеме). Незаштрихованные и заштрихованные полосы относятся к двум разным p-слоям, лежащим напротив друг друга. S-S — внутридоменная дисульфидная связь. Следует обратить внимание на две полосы С' и С", которые присутствуют в V-, но не в С-домене.
Рис. 42. Структура доменов иммуноглобулинов.
Характер укладки p-слоев полипептидных цепей в вариабельном (V) и константном (С) доменах. Буквенные обозначения отражают последовательность расположения участков цепи («полос») в молекуле (от N- к С-концу, которые также отмечены на схеме). Незаштрихованные и заштрихованные полосы относятся к двум разным p-слоям, лежащим напротив друг друга. S-S — внутридоменная дисульфидная связь. Следует обратить внимание на две полосы С' и С", которые присутствуют в V-, но не в С-домене.
зованные двумя p-слоями, которые сформированы фрагментами поли- пептидной цепи, свернутой в виде гармошки (в С-доменах 4 фрагмента с одной стороны и 3 — с другой, в V-доменах — по 4 фрагмента). В центре этой двуслойной структуры находится дисульфидная связь. Ориентация слоев, состоящих из 4 и 3 фрагментов, в доменах противоположна (повернута на 180е относительно друг друга). Противоположна также ориентация слоев в прилегающих друг к другу доменах Н- и L-цепей. С-до- мены Н- и L-цепей контактируют гидрофобными поверхностями слоев, образованных четырьмя фрагментами. Структура V- и С-доменов в схематической форме отражена на рис. 42.
V-домены. Антигенсвязывающие участки. V-домены содержат 4 участка (занимающих большую часть домена), для которых характерна относительная стабильность состава (каркас V-домена), и 3 участка с очень высокой вариабельностью между индивидуальными молекулами (гипервариабельные участки). Положение участков несколько варьирует в разных цепях и примерно соответствует аминокислотным остаткам 28—36, 49—68, 92—103. Поскольку эти участки играют ключевую роль в распознавании и связывании антигена, их еще называют регионами, определяющими комплементарность (CDR от англ, complementarity determining regions).
V-домены Н-цепей одинаковы для иммуноглобулинов всех классов.
Рис. 43. Строение пентамера IgM.
Черные овалы — домены; прямоугольные выступы — углеводные цепи; линии, соединяющие мономеры IgM, — межмолекулярные дисульфидные связи. J — соединительная цепь (см. с. 177).
По строению каркаса эти домены подразделяются на 3 подгруппы, V-домены к-цепей — на 3 и Х-цепей — на 5 подгрупп. Каркасная последовательность V-доменов весьма консервативна. Гомология между V-доменами одной подгруппы составляет 85—90 %.
В пространственной структуре V-домена вариабельные последовательности локализованы в зоне изгибов полипептидной цепи, направленной в сторону, противоположную С-доменам, навстречу соответствующим участкам V-домена цепи другого типа (т.е. CDR Н- и L-цепей по-, вернуты навстречу друг другу). При этом формируется гидрофильный канал, соответствующий антигенсвязывающему участку (активному центру) антител. Он представляет собой полость, которая, по данным электронно-микроскопического изучения, имеет длину около 6 нм и диаметр 1,2—1,5 нм. Площадь поверхности, предназначенной для контакта с антигеном, составляет 7,2 нм2.
В формировании антигенсвязывающего сайта участвуют пространственно разделенные остатки, входящие в состав Н- и L-цепей (см. рис. 41). В структуру сайта входят гипервариабельные участки V-доменов, однако не полностью: поверхность антигенсвязывающего участка захватывает лишь около 30 % поверхности CDR. Структура антигенсвязывающего
сродству. В основе метода лежит использование гаптена (низкомолекулярного соединения, связывающегося с активным центром антител), способного при взаимодействии с антителом устанавливать с ним ковалентную связь и, кроме того, несущего метку, с помощью которой это связывание может быть зарегистрировано. Позже многие детали структуры активных центров антител и их взаимодействия с антигеном были установлены с помощью рентгеноструктурного анализа. Антигенсвязывающая способность V-доменов Н- и особенно L-цепей в отдельности выражена значительно слабее, чем активного центра, сформированного в результате их комбинации. Поскольку молекулы мономерных иммуноглобулинов имеют две пары Н- и L-цепей, формируется два антигенсвязывающих участка. Это наглядно демонстрируется электронно-микроскопически, когда при связывании антителами бифункциональных молекул образуются видимые кольцевые структуры.
Хотя строение V-доменов и связывающих участков в целом однотипно, вариации аминокислот, участвующих в формировании антигенсвязы- вающей полости, приводит к изменению тонких деталей ее конфигурации. Это служит основой огромной вариабельности данной части молекул иммуноглобулинов, в результате чего почти каждая индивидуальная молекула иммуноглобулина-антитела уникальна по специфичности в отношении связывания антигенов. Биологические основы формирования этой вариабельности рассмотрены ниже.
Идиотипия и аллотипия. Отражением структурного разнообразия антигенсвязывающего участка иммуноглобулинов-антител является их идиотипическое многообразие. Если рассматривать антитела как молекулы с антигенными свойствами, то естественно предположить, что антигенная специфичность их вариабельных участков будет практически уникальна. Антигенные участки — эпитопы, локализующиеся в вариабельных зонах, называют идиотопами, а соответствующие антигенные типы иммуноглобулинов — идиотипами. Некоторые идиотипы свойственны практически всем антителам данной специфичности, вырабатываемым в организме генетически однородных животных. Таков идиотип Т15, свойственный антителам к фосфорилхолину, которые продуцируются у мышей линии C57DL/6. Конкретные антитела имеют повторяющиеся (перекрестно реагирующие, или общие, идиотипы) и так называемые частные идиотипы. Общие идиотипы характерны для антител к распространенным эпитопам, например, IdX — идиотип антител к декстрану мышей, имеющих аллель IgHa. Частные идиотипы являются уникальными маркерами антител. Активный центр антител к некоторым идиотипам воспроизводит пространственную структуру антигена, против которого направлены антитела, несущие идиотип; такие активные центры обозначаются как внутренний образ антигена. Антиидиотипические антитела играют важную роль в регуляции гуморального иммунного ответа (см. раздел 4.2.2).
Генетически обусловленная вариабельность константных доменов или каркасных участков V-доменов проявляется в варьировании антигенных свойств иммуноглобулинов, обозначаемом как аллотипия. Как пра-
Свойство
IgM
IgG
IgA
IgD
IgE
Коэффициент седиментации
19S
7S
7S, 9S, 11S
7S
8S
Мол. масса, хЮОО
950
150-170
160; 380
185
85
Число мономеров
5
1
1 или 2
1
1
Изотип Н-цепи
М
У
а
5
Е
Число С-доменов
5
4
4 •
4
5
Валентность
5
2
2 или 4
2
2
Число S—S-связей между Н-цепями
4
3-12*
4 или 5
1
3
Содержание углеводов, %
12
3
8
13
12
Содержание в сыворотке
0,5—
2 мг/мл
8—16 мг/мл
1,4—
4 мг/мл
0
0,4 мг/мл
14
450 нг/мл
% от общего уровня 1g
6
80**
13
0-1
0,002
Срок полужизни, сут
5,1
23
5,8
2,8
2,5
Скорость синтеза, мг/кг в сутки
6,7
33
24
0,4
0,016
Функции
Первичный иммунный ответ
Вторичный иммунный ответ, защита от бактерий и токсинов
Секреторные антитела
Мембранный рецептор
Реагины, защита от паразитов
* IgGl - 3, IgG2 - 5, IgG3 - 13, IgG4 - 3.
” Среди IgG: IgGl - 65, IgG2 - 23, IgG3 - 8, IgG4 - 4 %.
вило, аллотипические варианты обусловлены различиями по 1—2 аминокислотным остаткам. Описаны аллотипические системы для различных цепей [к (Кт, или Inv), у (Gm; имеет 24 варианта, реализующихся в различных подклассах), а, ц], а также V-доменов; аллотипы тяжелых цепей включают 2—3 варианта. Функциональная значимость аллотипии не вполне ясна. Аллотипы используют в качестве генетических маркеров молекул иммуноглобулинов в популяционных исследованиях.
■ С-домены. Изотипы иммуноглобулинов. При явном принципиальном сходстве структуры различных константных доменов гомология их по аминокислотной последовательности невелика: эта гомология составляет 25—30 % и лишь в отдельных случаях существенно превышает эту величину (например, для пары доменов Cyl и Cel — 45 %). Домены сущест-
Рис. 44. Строение секреторного IgA.
Обозначения см. в подписи к рис. 43. SP — секреторный белок. Остальные обозначения — названия доменов IgA.
венно различаются по функциям, которые не имеют отношения к связыванию антигена, но важны для проявления биологических эффектов. Так, в молекулах IgG в домене Су2 находится участок, ответственный за связывание компонента комплемента С4Ь, а в домене СуЗ — за связывание Clq. В домене Су2 находятся участки связывания рецепторов FcyRI и FcyRII, в доменах Су2 и СуЗ — последовательности, имеющие сродство к FcyRIII. Структура домена Су2 определяет скорость метаболизма молекулы. С этим доменом в молекуле IgG связаны углеводные цепи, величина, число, состав и локализация которых неодинаковы в молекулах иммуноглобулинов разных классов (табл. 38). Различия между классами и подклассами иммуноглобулинов определяются в основном особенностями строения константных доменов, а также различиями в их числе (4 — в IgM и IgE, 3 — в иммуноглобулинах остальных классов).
Помимо уже упоминавшихся внутрицепьевых дисульфидных связей, стабилизирующих структуру доменов, имеются дисульфидные связи между цепями (см. рис. 41). Единственная такая связь между Н- и L-це- пями соединяет домены CL и С1н. Она расположена в области С-конца L-цепи. Один из аллотипов молекулы IgA2 (Am2) сопряжен с утратой остатка цистеина в a-цепи, следствием чего является отсутствие межцепье- вой дисульфидной связи (Н- или L-цепи в молекулах этого иммуноглобулина связаны нековалентно). В формировании связей между Н-цепями особую роль играет шарнирный участок — особая часть полипептидной цепи, не входящая в состав доменов и генетически не родственная им. В этом гибком участке, доступном для протеолиза, локализуются остатки цистеина, формирующие межцепьевые связи. Их число, как и протяженность шарнирного участка, варьирует в молекулах разных классов от 1 (IgD) до 12 (IgG3).
Структурные различия между классами иммуноглобулинов обусловлены, помимо особенностей строения, числом и организацией Н-цепей. Большинство классов иммуноглобулинов представляет собой «мономерные» структуры. В то же время молекула сывороточного IgM — пентамер. В нем мономерные субъединицы соединены дисульфидными цепями, особенно чувствительными к восстановлению: при действии 2-меркапто- этанола 198-молекула распадается на 78-мономеры. Мономеры расположены в виде круга, причем их Fab-фрагменты ориентированы наружу, а Fc-фрагменты — внутрь. В центральной части пентамера IgM локализуется полипептидная цепь J (от англ, joint), ответственная за стабилизацию полимера. Ее молекулярная масса составляет 15 000. Структурно эта цепь не родственна Н- и L-цепям молекул иммуноглобулинов. Строение IgM показано на рис. 43 (см. с. 173).
Существенными структурными особенностями обладает молекула секреторного IgA. В отличие от сывороточного IgA, обычно представляющего собой мономер, IgA, секретируемый плазматическими клетками слизистых оболочек, — это димер, скрепленный дисульфидными связями между С-концами Н-цепей, а также между Н- и J-цепью. Димер IgA взаимодействует с поли-Ig-penenTopoM (представитель суперсемейства иммуноглобулинов, содержит 5 доменов) на поверхности эпителиальных клеток слизистой оболочки кишечника. Комплекс подвергается эндоци- тозу и транспортируется к поверхности клетки, обращенной к просвету кишечника. Когда комплекс IgA с рецептором достигает мембраны, рецептор подвергается протеолизу, а его часть вместе с димером IgA выходит в просвет кишки в результате экзоцитоза. Фрагмент рецептора, секретируемый вместе с IgA, называется секреторным компонентом (8- компонент). Его молекулярная масса составляет 60 000. S-компонент защищает IgA от протеолиза в содержимом кишечника, богатом протеазами. Комплекс димера IgA с S-компонентом обозначается как секреторный IgA. В такой форме IgA присутствует в просвете не только кишечника, но и других трактов (бронхиального, урогенитального), а также в секретах экзокринных желез (молочных, слюнных, слезных, потовых). Строение секреторного IgA показано на рис. 44.
Иммуноглобулины представляют собой гликопротеины. Различные их классы существенно отличаются по содержанию углеводных остатков — от 3 до 12 % (см. табл. 38). Углеводные цепи представляют собой обычно 20-членные цепи, имеющие маннозил-хитобиозную основу и две антенны. Ббльшая часть углеводов связана с остатками аргинина (N-гли- козилирование). В молекуле IgG углеводные цепи локализованы преимущественно в Ун2-домене (см. рис. 41), а в иммуноглобулинах других изотипов они имеются во всех Сн-доменах (кроме Се4). Хотя углеводная составляющая молекулы иммуноглобулинов не влияет на их специфичность, дефекты гликозилирования могут существенно влиять на биологические эффекты антител и обусловливать некоторые проявления иммунопатологии (см. раздел 5.3). Негликозилированные молекулы IgG обладают меньшим сродством к FcyRI, FcyRII и Clq.
Роль иммуноглобулинов различных классов в иммунном ответе и защитных функциях иммунной системы различна. В соответствии с после-
Рис. 45. Суперсемейство иммуноглобулинов.
Петли округлой формы соответствуют Ig-подобным доменам типов V, С1 или С2, прямоугольные петли — домены, не родственные Ig. Внизу — обозначения молекул.
довательностью локализации С-генов иммуноглобулинов ранее других в процессе иммунного ответа начинают секретироваться IgM. С ними связана значительная часть антител при первичном иммунном ответе. Эти антитела обладают высокой способностью связывать комплемент, агглютинировать и лизировать клетки-мишени. В то же время им свойственно относительно низкое сродство к антигену, причем это сродство не возрастает в процессе иммунного ответа (отсутствует «созревание» аффинитета — см. раздел 4.1.2). Fc-фрагмент IgM-антител относительно слабо взаимодействует с клетками, что ограничивает биологическую активность последних. Это антитела экстренной иммунной защиты, предохраняющие организм от бактериемии.
Напротив, IgG-антитела, на долю которых приходится основная часть антител (особенно при вторичном иммунном ответе), обладают рядом преимуществ перед IgM-антителами по сродству к антигену, эффекторным и регуляторным функциям. Они обеспечивают защиту организма от микроорганизмов и их токсинов. Ббльшая часть проявлений защитной активности антител обусловлена именно IgG-антителами. Известны определенные различия биологических свойств IgG-антител различных подклассов. Так, IgG4 не связывает комплемент, не взаимодействует с белком А золотистого стафилококка; IgG2 плохо проникает через плаценту, не сенсибилизирует кожу, антитела этого класса образуются в ответ на действие углеводных антигенов. По сродству к FcyIR и FcyllR подклассы IgG располагаются в следующей последовательности: Gl > G3 > G4 > G2; с FcylllR взаимодействуют только IgGl и IgG3. Классическим носителем свойств антител является IgGl, на долю которого приходится несколько более 50 % всего количества сывороточных иммуноглобулинов.
IgA является основным иммуноглобулином секретов слизистых оболочек и основным фактором их специфической защиты. Аналогичную функцию выполняет IgE (особенно при паразитарных инфекциях). Этот 178
Pec. 46. Мембранные Fcy-рецепторы.
Внеклеточные домены изображены в форме овалов. Трансмембранные части окрашены в черный цвет. Линия, соединяющая трансмембранные участки у-цепей FcyRIIIA, соответствует дисульфидной связи. (А и В — см. в тексте с. 182.)
иммуноглобулин является главным фактором аллергических реакций гиперчувствительности немедленного типа, что связано с его сродством к рецепторам тучных клеток. Функция сывороточного IgD не вполне ясна; общеизвестна его роль в качестве одного из основных (наряду с IgM) типов мембранных иммуноглобулинов.
Суперсемейство иммуноглобулинов. Структурное сходство различных доменов молекул иммуноглобулинов дало основание предположить общность их происхождения. Считают, что существовал некий ген-предшественник, кодирующий первичный домен. От этого гена в результате дубликаций и мутационного процесса возникло все разнообразие V- и С- генов иммуноглобулинов. Более того, оказалось, что домены, сходные с иммуноглобулиновыми, входят в состав других молекул (например, Т- клеточного рецептора), некоторых молекул адгезии, продуктов генов гистосовместимости, Thy-1-антигена и других структур (рис. 45). Все они объединяются в суперсемейство иммуноглобулинов, которому принадлежит ключевая роль в иммунных процессах.
Мембранные иммуноглобулины как основа рецептора В-клеток для антигена
Существование на поверхности лимфоцитов рецепторов для антигенов было предсказано Эрлихом; на этой же идее базировалась селекционно-
клональная теория Бернета. Обнаружение в середине 60-х годов мембранных иммуноглобулинов на поверхности В-лимфоцитов послужило основой для понимания биохимической природы В-клеточных рецепторов для антигена, в качестве которых и стали рассматривать мембранные иммуноглобулины (mlg). Недавно установлено, что рецептор В-лимфоцитов для антигена представляет собой комплексную структуру, включающую, помимо мембранного иммуноглобулина, несколько полипептидных цепей иной природы, а также некоторые ферменты (см. раздел 1.1.1 и рис. 5).
Преобладающим классом мембранных иммуноглобулинов является IgM, который присутствует на поверхности всех зрелых В-лимфоцитов, не контактировавших с антигенами. В-клетки, созревание которых уже завершилось в костном мозгу, наряду с IgM, несут рецептор IgD. В процессе иммунного ответа происходит смена изотипа рецептора на IgG, IgE и IgA. Число молекул иммуноглобулиновых рецепторов на зрелой В- клетке до ее контакта с антигеном составляет около 150 000. Все рецепторы каждой клетки идентичны по специфичности, поскольку их Н- и L-цепи имеют одинаковые V-домены. Молекулы идентичны также по типу L-цепей и аллотипу. Генетические механизмы этой унификации, а также переключения изотипов и смены экспрессии мембранных иммуноглобулинов на секреторные рассмотрены ниже.
Индивидуальные В-лимфоциты, как правило, различаются по специфичности Ig-рецептора. Лишь потомки одной клетки-предшественницы (клоны), если в их V-генах не произошло мутации, идентичны по специфичности. Сумма всех клонов, образующих популяцию В-лимфоцитов, обеспечивает возможность распознавания основных антигенных конфигураций, что определяет ее антигенраспознающий репертуар.
По структуре мембранные иммуноглобулины несколько отличаются от сывороточных. Мембранный IgM представлен мономерной 88-формой, а 50 % молекул мембранного IgD — полумолекулой (HL). Мембранные иммуноглобулины обладают гидрофобностью и выходят в раствор лишь с помощью детергентов. Это связано с наличием в С-концевой части их Н-цепей трансмембранного домена, не гомологичного другим доменам иммуноглобулинов. В ц-цепи этот участок включает 41 остаток и имеет молекулярную массу 1700. В мембранных иммуноглобулинах других классов величина трансмембранного и цитоплазматического участков может быть больше: их молекулярная масса варьирует от 2000 до 8000.
Как уже отмечалось (см. раздел 1.1.1), В-клеточный рецептор для антигена содержит в своем составе дополнительные молекулы, не связанные с распознаванием, но важные для передачи сигнала (см. рис. 5; табл. 39). Прежде всего это гомодимерные молекулы Iga и Igp (CD79a и CD79b). Они сходны по величине и структуре, их молекулярная масса составляет около 40 000. К дополнительным молекулам относятся также компоненты корецептора, который включает CD19, 22 и 81 (ТАРА-1). С рецепторным комплексом связаны также молекулы CD20, 21 и Leu 13. К цитоплазматическим доменам некоторых из дополнительных молекул примыкают тирозинкиназы р561ск, р59^п, р56'Уп, а также blk, обеспечивающие включение активационного сигнала; с корецептором связана 180
Таблица 39. Молекулярные компоненты В-клеточного рецептора (BCR)
Молекула
Мол. масса, X число цепей
Субъединичный состав
Семейство
Функция
IgM, мономер
200
2 ц- и
2 L-цепи
1g
Связывание антигена
IgD, мономер
185
2 8- и
2 L-цепи
То же
CD79a (Iga, димер)
35x2
2 а-цепи
Передача сигнала
CD79b
(IgP, димер)
37 х 2
2 р-цепи
То же
CD19
95
1 цепь
Корецептор, часть комплекса CD19 — CD21 — CD81
CD21 (CR2)
145
1 цепь
Контрольный белок компле
мента
Рецептор для С 3d, корецептор для антигена, часть комплекса CD 19 — CD21 — CD81
CD81
(ТАРА-1)
26
1 цепь
4-кратно пронизывает мембрану
Корецептор, часть комплекса CD19 — CD21 — CD81
CD20
33-37
1 цепь
То же
Регулирует активацию В-клеток
CD22
130/140
а- и
Р-цепи
1g
Адгезия на Т-клетках, моноцитах
Leul3
Нет данных
Нет данных
С-лектин
Участвует в активации В-клеток
Р13-киназа. Механизмы передачи сигналов через рецепторы лимфоцитов и роль указанных ферментов рассмотрены в разделе 3.4.
Fc-рецепторы
Решающую роль в реализации биологических функций антител принадлежит их взаимодействию с клетками организма (не только иммунной системы). Это взаимодействие осуществляется благодаря присутствию на поверхности клеток Fc-рецепторов, т.е. участков, обладающих сродством к уже упоминавшимся фрагментам Сн2- и Сн3-доменов иммуноглобулинов.
Характеристика различных Fc-рецепторов представлена в табл. 40. Мы уже неоднократно упоминали об этих рецепторах при рассмотрении функций макрофагов и NK-клеток и еще много раз обратимся к ним в дальнейшем.
Таблица 40. Характеристика Fc-рецепторов
Традиционное обозначение
CD
Мол. масса, xlOOO
Экспрессия на клетках
Сродство к изотипам
Аффинитет, Ка (M-i)
FcyRI
CD64
72-75
М, Н, Э
G1>G3>G2>G4
108-109
FcyRII
CD32
40-50
М,Н, В,Тр,КЛ,аТ
Gl > G2, G4 > G3
2 • 106
FcyRIII
CD16
50-65
М, Н, аТ, NK, аЭ
Gl, G3
2 105
FceRI
ТК, Б, М
IgE
109-10Ю
FceRII
CD23
45-50
В, аМ, Э
IgE
107
FcaR
CD89
55-75
т, В, м
IgA
—
Примечание. М — моноциты/макрофаги, Н — нейтрофилы, Э — эозинофилы, В — В-лимфоциты, Т — Т-лимфоциты, NK — естественные киллеры, Тр — тромбоциты, Б — базофилы, ТК — тучные клетки, а — активированные клетки.
Известны 3 типа Fcy-рецепторов, 2 — Fce-рецепторов (рис. 46, с. 179) и 1 — Fca-рецептора. По-видимому, существует Fcp-рецептор, однако он пока не идентифицирован. Преобладание среди Fc-рецепторов молекул, специфичных к Fey, отражает основную роль субклассов IgG в осуществлении гуморального иммунного ответа и его регуляции. Высокоаффинный рецептор FcyRI присутствует только на поверхности макрофагов и моноцитов (они имеют Fcy-рецепторы всех 3 типов) и способен взаимодействовать с Су2-доменом IgG, как свободного, так и связанного с антигеном. Последнее относится и к высокоаффинному рецептору FceRI, присутствующему на поверхности тучных клеток и базофилов. Остальные рецепторы обладают более низким сродством к иммуноглобулинам и связываются только с иммуноглобулинами в составе иммунных комплексов. Соответствующие константы сродства приведены в табл. 40.
Все разновидности Fcy-рецепторов, а также Fcal-рецептора построены однотипно: их Fc-связывающие цепи имеют два (FcyllR, FcylllR и Fea) или три (Fcyl) внеклеточных домена, относящихся к суперсемейству иммуноглобулинов. Причем эти домены у FcyRI и FcyRII сходны по первичной структуре. Все Fc-рецепторы, кроме одного из вариантов FcylllRB, имеют трансмембранный участок и цитоплазматический домен, протяженность которого существенно варьирует: короткий — у FcaR и FcyHIRA, промежуточный — у FcyIR и длинный — у FcyRII. В последнем случае размер цитоплазматического участка может быть различным; один вариант FcyRII присущ лимфоцитам, два сходных варианта — моноцитам.
Имеются принципиальные различия в строении вариантов FcyRIII А и В. Первый вариант представлен тримером, включающим уже упомянутую иммуноглобулиноподобную трансмембранную цепь и две у-цепи, родственные ^-цепи Т-клеточного рецептора (см. раздел 3.1.2). Более того, эта у-цепь входит в состав TCR во многих Т-клетках слизистых оболочек. Она имеет цитоплазматический участок ITAM (см. раздел 3.5.1), предназначенный для передачи внутриклеточного сигнала. Вариант В 182
б
Рис. 47. Строение рецепторного комплекса Т-клеток TCR—CD3.
а — доменная структура TCR—CD3; указаны названия цепей и молекулярных комплексов и их расположение относительно клеточной мембраны; S-S — дисульфидные связи; + и — заряд трансмембранной части полипептидных цепей, б — взаиморасположение полипептидных цепей в рецепторном комплексе TCRap—CD3 (см. с. 186).
лишен трансмембранного и цитоплазматического участков; он относится к белкам, заякоренным в мембране через гликозилфосфатидилинозитол. Как правило, такие белки легко смываются с поверхности клетки и обладают ограниченной способностью генерировать внутриклеточный сигнал. Указанные формы FcyRIII экспрессируются на разных клетках: FcyRIIIA — на NK-клетках, моноцитах и макрофагах; FcyRIIIB — на нейтрофилах.
Сложной четвертичной структурой обладает FceRI. В его состав, помимо рассмотренной выше a-цепи, входят р-цепь (4 раза пересекающая мембрану) и две у-цепи, идентичные у-цепям FcyRIIIA, которые участвуют в передаче сигнала (см. раздел 5.2.1). Низкоаффинный рецептор
FceRII (CD23) также является трансмембранным белком, но его внеклеточный домен относится к суперсемейству не иммуноглобулинов, а С- лектинов. Он легко смывается с поверхности клеток (прежде всего В-лимфоцитов) и участвует в регуляции их активности, в частности, усиливает синтез IgE.
Антигенраспознающий рецепторный комплекс Т-лимфоцитов TCR — CD3
Природа антигенраспознающего рецептора Т-клеток оставалась неизвестной до начала 80-х годов, когда совместными усилиями нескольких исследовательских групп были идентифицированы две полипептидные цепи (а и 0), входящие в состав рецептора Т-клеток вместе с ранее описанной молекулой CD3. Для обнаружения цепей, образующих рецептор, были использованы клоноспецифические моноклональные антитела, оказывающие на клетки соответствующих клонов антигеноподобное действие, вызывая их пролиферацию и дифференцировку в киллеры. В конце 80-х годов было установлено существование второго типа рецептора Т-клеток, образованного двумя другими полипептидными цепями (у и 8), которые комплексированы с той же молекулой CD3. Если основным назначением собственно рецептора (TCR) является связывание антигенного пептида, комплексированного с продуктами главного комплекса гистосовместимости (МНС), то функция CD3 заключается в передаче антигенного сигнала в клетку. Структура и генетический контроль рецепторов а0- и у8-типов аналогичны.
Димеры сс0 и уЗ. Полипептидные цепи, образующие собственно рецепторную часть антигенраспознающих комплексов, относятся к суперсемейству иммуноглобулинов и имеют доменную структуру. Молекулярная организация TCRa0 и TCRy3 совершенно аналогична (за редкими исключениями, которые будут упомянуты далее). Основные сведения о полипептидных цепях TCR приведены в табл. 41.
Гомология цепей TCR и молекул иммуноглобулинов невелика. Их сходство в большей степени относится к доменной организации и особенностям вторичной и третичной структуры доменов, которая имеет слоистый вид и стабилизирована дисульфидной связью, как и в цепях молекул иммуноглобулинов. Каждая цепь TCR имеет по одному V- и С- домену (в каждом домене содержится 87— 113 аминокислотных остатков), трансмембранный (12—20 остатков) и очень короткий цитоплазматический (3—5 остатков) домены. Структура TCR схематически показана на рис. 9.
В V-доменах TCR, как и в V-доменах молекул иммуноглобулинов, имеется 4 участка с относительно постоянной аминокислотной последовательностью (каркасные участки) и 3 гипервариабельных участка (участки, определяющие комплементарность, — CDR). Особенно высокая степень вариабельности свойственна третьему гипервариабельному участку. Гипервариабельные участки входят в состав полости, образующей антигенсвязывающий участок рецептора (его активный центр). V- домены TCR, как и молекул иммуноглобулинов, подразделяются на
Таблица 41. Характеристика полипептидных цепей, входящих в состав рецепторного комплекса TCR — CD3
Цепь
Мол. масса, xlOOO
Число остатков
Число остатков Cys
Число участков гликозилирования
TCR a
27 (37-45)
250-270
5-6
3
Р
32 (52-54)
290-315
6
3
Y
35 (40-44)
300-315
8
3
8
45 (50-52)
400-425
6
3
CD3 у
25
160
3
3
8
20
150
4
3
£
19
164
2
0
16
142
1
0
п
22
1
0
несколько семейств со сходной каркасной последовательностью. Для некоторых семейств V-домена p-цепи установлена связь с определенной специфичностью в отношении суперантигенов или молекул МНС. Например, Урб связан с распознаванием эндогенного суперантигена Mis-1а, а Ур17а — продуктов гена МНС 1-Е. Гомология различных семейств V- доменов составляет 15—60 % (для каркасной последовательности — около 70 %), С-доменов — около 80 %.
Для распознавания антигенного пептида в комплексе с продуктами МНС требуется сохранение целостности димера: антигенсвязывающий участок TCR образован V-доменами обеих цепей, а изолированные цепи практически лишены антигенсвязывающей способности. Несмотря на различие цепей, формирующих антигенсвязывающие участки TCR и молекул иммуноглобулинов, иногда удавалось выявить перекрестную реактивность их идиотопов, что отражает сходство их пространственной структуры. Полипептидные цепи TCR соединены дисульфидными связями (исключение составляет одна из разновидностей уб-TCR, в которой цепи связаны нековалентно). Эта связь находится в непосредственной близости к мембране вне иммуноглобулиновых доменов, в гибком (шарнирном) участке. Обе цепи имеют по два участка гликозилирования.
Цепи TCR экспрессируются на мембране только в комплексе с CD3. Для установления связи с ними в составе трансмембранного домена цепей TCR имеется положительно заряженный остаток лизина, который взаимодействует с отрицательно заряженным остатком аспарагиновой кислоты в цепях CD3.
Доказана альтернативность экспрессии ар-TCR и уб-TCR. Как и в случае иммуноглобулинов, каждая клетка может экспрессировать только TCR, идентичные по составу и специфичности. В норме на поверхности зрелых Т-клеток содержится 30 000—40 000 молекул TCR. Растворимые
молекулы рецептора в норме не определяются, они продуцируются лишь клетками с мутациями по С-генам TCR.
На основе аналогий с иммуноглобулинами и данных кристаллографических исследований созданы модели активного центра TCR. Согласно одной из них, участки CDR1 и 2 вовлекаются во взаимодействие с наружными доменами молекул МНС, a CDR3 — с антигенным пептидом. В пользу такого распределения свидетельствует ограниченное разнообразие молекул МНС и высокое — антигенных пептидов, что соответствует аналогичной вариабельности CDR, участвующих в их распознавании.
Комплекс CD3. Комплекс полипептидных цепей, обозначаемый CD3, выявлен в 1979 г. (т.е. раньше, чем цепи TCR) с помощью моноклональных антител ОКТЗ. Оказалось, что эта структура включает молекулы 4—5 типов (рис. 47, с. 183). Все цепи комплекса CD3 (у, 8, е, (, т|) являются трансмембранными белками. Сведения о размерах и структуре цепей CD3 приведены в табл. 41. Цепи у, 8 и е гомологичны между собой, а также а- и (3-цепям В-клеточного рецептора; они относятся к суперсемейству иммуноглобулинов. Эти цепи весьма консервативны по структуре (межвидовая гомология составляет 85—90 % при 70—80 % для цепей TCR). Цепи у, 8 и е соединены между собой, а также с TCR и (-димером нековалентно (уже упоминалось об их связывании с цепями TCR, через заряженные остатки аминокислот в трансмембранной части молекул). Четыре остатка цистеина в у- и 8-цепях используются для формирования доменов.
Цепь С, представлена в рецепторном комплексе в виде димера, который иногда рассматривают как автономную часть комплекса TCR — CD3 благодаря его структурной обособленности и существенному отличию (-цепи от других составляющих комплекса CD3: (-цепь не относится к суперсемейству иммуноглобулинов. Из 143 аминокислотных остатков (-цепи лишь 9 располагаются внеклеточно и 22 — трансмем- бранно; 112 остатков образуют цитоплазматический домен. Необычно большой размер цитоплазматического участка связан с важной ролью (-цепи в передаче сигнала внутрь клетки: эта цепь содержит так называемую активационную последовательность, связанную с рецептором (ITAM; подробнее см. в разделе 3.4.3). Через эту последовательность формируется нековалентная связь (-цепи с тирозинкиназой ZAP-70, что является ключевым звеном на начальном этапе передачи сигнала с мембраны внутрь клетки (см. раздел 3.4). Молекула (-цепи не гликозилирована.
Около 10 % (-цепей комплекса образуют не гомодимер, а гетеродимер с т|-цепью. Обе цепи являются продуктами одного гена; различия обусловлены присутствием или отсутствием в молекуле продуктов последнего экзона. Как гомодимер, так и гетеродимер, содержащие (-цепь, соединены дисульфидной связью. В составе TCR Т-клеток слизистых оболочек наряду с (-цепью имеется у-цепь, идентичная таковой FcyRIII и FceRI (см. раздел 3.1.1).
Представления о четвертичной структуре комплекса TCR — CD3 окончательно не сложились. Его молекулярная масса при условии мяг- 186
Рис. 48. Строение корецепторных и костимулирующих молекул Т-лимфоцитов.
Внизу названия молекул. Внутри кружков указан тип, к которому относятся соответствующие иммуноглобулиноподобные домены S-S — дисульфидные связи; прямоугольные выступы — углеводные остатки. В прямоугольных рамках названия киназ, с которыми связаны цитоплазматические участки молекул.
кой экстракции без применения восстанавливающих агентов составляет 300 000. Соотношение димера ар, е- и ^-цепей составляет 1 : 1 : 1, а упомянутых компонентов и у-, 5-цепей — 2 : 1. На этом основании сделан вывод, что формула рецепторного комплекса такова: азРз, у, 8, б2, ^2, т е- это двухвалентный комплекс (см. рис. 47).
Цепи CD3 синтезируются в избытке. Их сборка происходит в эндоплазматическом ретикулуме. При этом сначала формируется тетрамер у5Е2, затем к нему подсоединяются димеры ар или у5 (допускается, что к комплексу CD3 цепи рецептора могут подсоединяться по отдельности). В аппарате Гольджи происходит их гликозилирование, и полимер в составе (аР)2убЕ2 перемещается на мембрану, где к нему подсоединяется димер ^2- Экспрессия становится возможной только при наличии всех компонентов комплекса TCR — CD3 («узким местом» обычно оказываются компоненты TCR). До этого цепи CD3 присутствуют в цитоплазме клеток. В состав TCRaP и TCRyS входят идентичные цепи CD3; организация комплексов обоих типов сходна.
С Т-клеточным рецептором ассоциировано несколько молекул про- теинкиназ: помимо упомянутой тирозинкиназы ZAP-70, с ним некбва- лентно связана тирозинкиназа fyn. Кроме того, функционирование рецепторного комплекса связано с дополнительными адгезивными молекулами, представленными на поверхности клетки.
CD4 и CD8. На зрелых Т-клетках присутствует один из двух вариан-
Таблица 42. Некоторые характеристики молекул CD4 и 8
Показатель
CD4
CD8ap
CD8aa
Хромосома
3
2/2
2
Мол. масса, хЮОО
55-59
34/32
34/34
Доменная структура
V-C-C-C-TM-Cy
V-S-TM-Cy/V- S-TM-Cy
V-S-TM-Cy
Экспрессия на Т-клетках
Т-хелперы
Т-киллеры, развивающиеся в тимусе
Т-киллеры, развивающиеся вне тимуса
Распознаваемый класс МНС (в скобках — распознающий домен)
П (Ср2)
I (Са3)
I (Са3)
функция
Корецепция, передача сигнала, регуляция ответа, индукция апоптоза
Корецепция, передача сигнала, регуляция ответа
Вероятно, то же, что у CD8a0
Примечание. Сокращенные обозначения доменов: V — иммуноглобулиновый, подобный вариабельному; С — иммуноглобулиновый, подобный константному; S — соединительный (спейсерный) участок; ТМ — трансмембранный; Су — цитоплазматический.
тов молекул, играющих вспомогательную роль при распознавании антигенных пептидов. Они различны для Т-клеток, распознающих антигенный пептид в комплексе с разными типами молекул МНС (см. разделы 1.2.2 и 3.3.2) и выполняющих различные функции: на Т-хелперах, распознающих антиген в молекулярном «контексте» молекул МНС II класса, это CD4 (gp56), а на Т-киллерах, распознающих антиген в комплексе с молекулами I класса, — CD8 (гетеродимер, содержащий а- и 0-цепи, gp34/32 или гомодимер, состоящий из двух а-цепей). Подобная «приуроченность» вспомогательных молекул к определенным типам молекул МНС связана с их сродством к этим молекулам. Это обусловливает основную функцию CD4 и CD8, которая состоит в повышении сродства рецепторного комплекса Т-клеток к комплексу молекулы МНС с антигенным пептидом, который представляют им антигенпрезентирующие клетки. На поверхности «наивных» клеток эти вспомогательные молекулы не связаны физически с комплексом TCR — CD3, физическое взаимодействие с последним возникает в процессе распознавания молекул МНС, несущих пептиды. На основании косвенных данных предполагают, что связь CD4 и CD8 с рецепторным комплексом сохраняется у активированных Т-лимфоцитов и Т-клеток памяти.
Сведения о молекулах CD4 приведены в табл. 42 и на рис. 48. Эти молекулы довольно сильно отличаются друг от друга, хотя основой обеих являются внеклеточные иммуноглобулиновые домены и цитоплазматическая часть, связанная с тирозинкиназой р561ск. Молекула CD4 имеет 4 внеклеточных домена. Из них N-концевой построен по типу V-доме-
Рис. 49. Локализация генетических сегментов неперестроенных генов Т-клеточ- ного рецептора AD (кодирует а- и 5-цепи TCR), В (кодирует [3-цепь) и G (кодирует у-цепь).
п.о. — пары оснований. Для всех трех регионов схема построена в одном масштабе. Множественные вертикальные полоски в сегментах Va/V5 и Vp соответствуют многочисленным кодирующим участкам (с. 191).
нов, а остальные по структуре аналогичны С-доменам. В наружном домене сосредоточены важные в функциональном отношении участки, ответственные за связь с молекулой МНС II класса (точнее, с ее р2-доменом, с которым соединяется V-домен CD3). Известно, что CD4 является рецептором вируса СПИД — ВИЧ-1. Связывающий участок для него также находится в V-домене; в него вовлечены аминокислотные остатки 31—57 и 81-94.
Обе цепи димера CD8 имеют по одному Ig-подобному внеклеточному домену V-типа, который соединен с трансмембранной частью молекулы с помощью длинного спейсерного («разъединительного») участка. Последний содержит в а-цепи 50, а в 0-цепи — 30 аминокислотных остатков. Два участка, ответственных за взаимодействие с молекулой МНС I класса, расположены в V-домене. Цепи соединены дисульфидной связью. С молекулой МНС I класса (ее аЗ-доменом) взаимодействует а-цепь CD8. Гетеродимер CD8-a0 присутствует на поверхности большинства зрелых СП8+-Т-клеток, прошедших дифференцировку в тимусе, а гомодимер CD8-aa — на Т-клетках, дифференцирующихся вне тимуса. Биологический смысл использования гетеро- и гомодимеров CD8 разными Т-клетками не установлен.
На поверхности кортикальных тимоцитов оба типа вспомогательных молекул сосуществуют. Выбор одного из них происходит в процессе дифференцировки на субпопуляции и неразрывно связан с селекцией (см. раздел 1.1.1 и рис. 14). Полагают, что одна из функций вспомогательных молекул состоит в обеспечении возможности использования одного и того же рецептора (TCR) Т-клетками с различными функциями. Действительно, функция клеток каким-то образом связана со способом распо-
1 а о л ица «. ларактеристика генов, оетерминирующих антигенраспознами^не молекулы
Цепь
Хромосома
Размер неперестроенного гена, тыс. п.о.
Размер транскрипта, тыс. оснований
Структура транскрипта
Число генов (сегментов)
V
D
J
С
Н
14q32
—
—
VDJC
Около 500
15
4
9
к
2р12
—
—
VJC
Около 200
—
4
1
X
22qll
—
—
VJC
2
—
4
4
а
14qll
700-1000
1,7
VJC
Около 100*
—
Около 80
1
0
7q32— 35
Около 700
1,3
VDJC
50- 100**
4
17
2
Y
7р15
160
1,6
VJC
7
—
5
2
8
14qll
35
2,0
VDJC
7
3
2
4
• 22 семейства.
** 20 семейств.
знавания, который определяется типом молекул МНС, входящих в состав распознаваемого комплекса. Распознавание молекул МНС в составе их комплекса с антигенным пептидом лишь частично обусловлено специфичностью TCR; значительный вклад в распознавание МНС вносят вспомогательные молекулы (корецепторы) CD4 и 8.
Еще одна важнейшая функция молекул CD4 и 8а состоит в инициации передачи сигнала в клетку. Эта функция реализуется благодаря установлению связи данных молекул с тирозинкиназой src-типа (см. раздел 3.5.1) р5б1ск. Сродство киназы к CD4 и 8а повышается после того, как их конформация изменяется под влиянием взаимодействия с молекулой МНС. Когда происходит связывание р561ск с цитоплазматической частью вспомогательных молекул, киназа активируется, результатом чего является фосфорилирование нескольких белков, включая ^-цепь TCR — CD3 (см. раздел 3.5.1).
Помимо рассмотренных «положительных» функций молекул CD4 и 8, они играют определенную регуляторную роль. Изолированное перекрестное связывание этих молекул (без вовлечения рецептора) вызывает подавление ответа при действии на TCR. В случае предварительного связывания CD4 последующая стимуляция через TCR вызывает апоптоз клеток.
Можно заключить, что молекулы CD4 и 8 способствуют распознаванию комплекса антигенного пептида с молекулами МНС, повышая сродство к нему рецептора Т-клеток, определяют специфику распознавания антигена Т-хелперами и Т-киллерами, участвуют в запуске активационного сигнала благодаря контакту с тирозинкиназой р561ск и участвуют в 190
регуляции активности Г-клеток. Но ориентировочным данным, участие вспомогательных молекул повышает примерно в 100 раз эффективность стимуляции Т-клеток антигеном.
Формирование разнообразия антигенраспознающих молекул лимфоцитов
Происхождение разнообразия антител и антигенраспознающих рецепторов Т-клеток относится к центральным проблемам иммунологии, в основных чертах решенных лишь в последнее десятилетие.
Очевидно, что при раскрытии природы разнообразия антигенраспознающих структур антител и TCR неизбежно обращение к генетической детерминации синтеза этих молекул. У человека имеется 7 генетических кластеров, определяющих формирование к-, X- и Н-цепей иммуноглобулинов, а-, 0, у- и 5-цепей TCR. Сведения об их локализации и структуре представлены в табл. 43. Принципиальна однотипность организации всех этих генных участков (рис. 49, с. 189): они имеют некоторое (как правило, большое) количество зародышевых V-генов, соединительный сегмент J (от англ, joint — соединение), а также один или несколько С-генов. В случае Н-, 0- и 5-цепей между V-геном и J-сегментом имеется еще один сегмент — D (от англ, diversity). В генах зародышевых и соматических клеток (за исключением лимфоидных) V-, D- и J-сегменты пространственно разделены (расстояние между V- и С-генами составляет обычно 700—1000 тыс. пар оснований). Число V-генов, которое теоретически должно определять разнообразие V-доменов соответствующих цепей, в ряде генных кластеров велико (100 или более), однако не настолько, чтобы полностью обеспечить это разнообразие. Вариабельность антигенсвязывающих участков существенно увеличивается за счет комбинации V-доменов цепей, которые формируют этот участок. Однако и с учетом этого обстоятельства число вариантов антигенсвязывающих участков в молекуле антител должно составлять около 100 000, а в молекуле TCR-ap — 3000 (см. табл. 44).
Обнаружены несколько дополнительных механизмов формирования разнообразия антигенраспознающих структур. Основной из них связан с перестройкой (реаранжировкой) генов, которая осуществляется при созревании лимфоцитов (см. раздел 1.1.1 и см. рис. 5). Такая перестройка также приводит к формированию «зрелого» V-гена на основе одного из зародышевых V-генов и произвольно выбранных D- и J-сегментов. В собранном таким образом «зрелом» V-гене участок, происходящий из зародышевого V-гена, кодирует соответственно 95—96 аминокислотных остатков, а происходящий из D- и J-сегментов — 12—14 остатков V-до- мена. Этот процесс, родственный рекомбинации генов, осуществляется при участии экзонуклеаз, кодируемых генами RAG-1 (его продукт гомологичен бактериальным топоизомеразам — ферментам, обусловливающим пространственную реорганизацию геномной ДНК) и RAG-2, которые экспрессируются непосредственно перед началом реаранжировки.
Последовательность событий реаранжировки приведена на рис. 50.
В процессе перестройки
Образование "шпилек"
До перестройки
С=3
(
Формирование Р- и М-последо- вательностей
9
23
После перестройки
Рис. 50. Перестройка (реаранжировка) рецепторных зародышевых генов.
V,J — генетические участки. Цифры на двух верхних схемах (сверху) — число нуклеотидов в отрезках генома, вовлекаемых в формирование петли. Цифры на 3- и 4-й схемах — участки, прилегающие к V- и J-генам, которые вовлекаются в формирование P-последовательностей. Стрелками указаны места нематричной подстройки нуклеотидов (N-вставок), катализируемой терминальной дезоксири- бонуклеотидилтрансферазой (TdT).
Кратко ее суть можно свести к сближению комплементарных последовательностей, содержащих 7 и 9 нуклеотидов (гептамеров и нонамеров). Эти последовательности находятся между сближаемыми участками, которые застегиваются подобно застежке «молния» и формируют петлю, содержащую изымаемый материал (TCR-делетирующий, или TCRD-элемент). Экзонуклеазы обусловливают разрыв двух нитей ДНК в гептамерах. Нити на участках, прилежащих к сближаемым сегментам, воссоединяются, формируя «шпильку». Затем эндонуклеазы катализируют разрыв одной нити в области, прилежащей к «шпильке», что приводит к выпрямлению нити ДНК и достройке комплементарной нити (за счет достройки формируется фрагмент Р). В это время активируется терминальная дезоксирибонуклеотидилтрансфераза (TdT), которая обеспечивает нематричную (и следовательно, случайную, не детерминированную генетически) достройку олигонуклеотидного фрагмента в месте разрыва; такие вставки называют N-фрагментами.
В реаранжировке участвует система ферментов, часть которых «задействована» также в процессах репарации любых разрывов ДНК (в том числе продукты гена scid, мутация которого приводит к нарушению реаранжировки генов рецепторов Т- и В-лимфоцитов и к развитию тяжелого комбинированного иммунодефицита — см. раздел 5.1.1). В состав «зрелого» V-гена входит лишь один зародышевый V-ген, выбор которого происходит случайно, но с определенным предпочтением V-генов, расположенных ближе к З'-концу занимаемого ими участка. Из нескольких J-cer- ментов также произвольно выбирается один. Последовательность нуклеотидов в D-сегменте может транскрибироваться в трех рамках считывания, что также реализуется случайно. Все это служит дополнительным источником разнообразия, которое определяет структуру 3-го гипервариабельного участка цепей, в наибольшей степени обусловливающего специфичность рецепторов.
Доказана гипермутабельность V-генов иммуноглобулинов: частота соматических мутаций в Ун-гене составляет 2—4 % при 0,0001 % для генов нелимфоидных клеток. Однако гипермутабельность лишь в малой степени реализуется при созревании В-клеток в костном мозгу; в основном она происходит в процессе иммунного ответа в зародышевых центрах периферических лимфоидных органов (см. раздел 3.5.2). Наличие гипермутабельности в V-генах TCR не доказано.
Таким образом, существует несколько источников разнообразия V- генов:
множественность зародышевых V-генов;
соматическая гипермутабельность V-генов (для V-генов антител);
комбинации V-генов с различными J- и D-сегментами;
вариабельность величины J-сегмента при соединении с V-геном;
использование различных рамок считывания в D-сегменте;
Р- и N-вставки;
комбинации V-доменов полипептидных цепей.
Суммарное число вариантов структуры антигенсвязывающих участков, рассчитанное с учетом только комбинаций различных V-генов, J- и
Таблица 44. Источники вариабельности антигенраспознающих рецепторов лимфоцитов
Характеристика
BCR
TCR
Н
К
X
a
Р
Y
8
Число V-сегментов
500—
1000
250
2
100
50
7
7
Число D-сегментов
10
0
0
0
2
0
2
Число J-сегментов
4
4
3
50
12
3
2
N- и Р-вставки
++
—
—
+
++
+
++
Соматический гипермутагенез
+
+
+
—
—
—
—
Число перестроенных V-генов
Зх 104
800
6
5000
1620
18
28
Число ассоциаций
Нк - ю. -
- 2,4 х 106, - 0,18 х 106
8,1 х 106
504
Число вариантов, обусловленных соединением V(D)J
Около 10й
Около 1013
Около 1015
Общее число вариантов
Около 1017
Около 1019
Около 1017
Примечание. + имеются нерегулярно; ++ имеются как правило; — не имеются.
D-сегментов, а также V-доменов полипептидных цепей, для молекул иммуноглобулинов составляет 24 х 10б, а для молекул ap-TCR — 8 х 106 (комбинаторная вариабельность yS-TCR также высока). Реальные цифры должны быть увеличены с учетом гипермутабельности, N-вставок, вариабельности, обусловленной особенностями считывания D-сегмента и подсоединения J-сегмента; по-видимому, они превышают сотни миллионов (табл. 44).
Хотя перестройка генов иммуноглобулинов и TCR может в принципе происходить независимо в обеих гомологичных хромосомах, реально экспрессируются гены только одной из них, так как завершение перестройки гена конкретной цепи в одной хромосоме приводит к прекращению экспрессии генов RAG-1 и RAG-2. Это обеспечивает аллельное исключение в отношении V-генов (т.е. невозможность одновременной экспрессии в одной клетке молекул иммуноглобулинов или TCR с разной специфичностью). На сходных принципах основывается аллельное исключение в отношении С-генов иммуноглобулинов. Оно проявляется в невозможности экспрессии одной клеткой молекул иммуноглобулинов разных классов (кроме ситуации с коэкспрессией IgM и IgD). На таких же принципах базируется запрет на одновременную экспрессию TCR ари у5-типов. При построении TCR аллельное исключение строго соблюдается в отношении p-цепи и значительно слабее — в отношении а- и у- цепей.
Аллельное исключение достигается определенной последовательностью событий перестройки генов иммуноглобулинов и TCR. Она начина- 794
ется по сближении J- и D-сегментов в генах Н-, у- и p-цепей обеих хромосом, после чего образуются перестроенные гены VJD или VJ в одной из хромосом. Если этот процесс завершился успешно (не возникло помех для считывания), аналогичный процесс в другой хромосоме блокируется. Если же перестройка произошла неудачно, такой процесс осуществляется во второй хромосоме и заканчивается удачно (тогда происходят подключение С-генов и транскрипция мРНК) или неудачно (в этом случае клетка, как правило, гибнет). Затем по той же схеме происходит перестройка а-генов.
В В-лимфоцитах описанный процесс сначала осуществляется в генах Н-цепей. Вслед за этим происходит перестройка генов L-цепей. Вначале она затрагивает гены к-цепи и осуществляется сначала в одной хромосоме. Удачная перестройка приводит к блоку аналогичных процессов в другой хромосоме и в кластере генов Х-цепей. В случае неудачи перестройки k-генов в обеих хромосомах аналогичным образом осуществляется перестройка генов Х-цепей.
В принципе аналогично происходит выбор типа рецептора в Т-клет- ках. Перестройки генов у- и 0-цепей начинаются в одной из хромосом почти одновременно. Запрет или разрешение на перестройку генов в другой хромосоме осуществляется в принципе так же, как для генов иммуноглобулинов. Более специфичны закономерности выбора между перестройкой одной из пар генетических кластеров — у5 или ар. Нередко в одной и той же клетке параллельно перестраиваются гены полипептид- ных цепей, входящих в состав TCR ар- и у8-типов. В этом случае выбор определяется на уровне регуляторных участков этих генов. Установлено, что активация ингибирующего участка (сайленсера) гена у-цепи обусловливает выбор клеткой TCR ар-типа. Противоположный выбор осуществляется при связывании сайленсера а-гена.
Существует 3 типа антигенраспознающих молекул — иммуноглобулины, димеры ар и у5 Т-клеточных рецепторов (TCR). Иммуноглобулины составляют основу В-клеточных рецепторов (BCR), а в секретируемой форме представляют собой антитела. В состав иммуноглобулинов входит по две или более тяжелые и легкие цепи. Их структурными единицами являются домены (относительно автономные участки цепей). Наружные (от мембраны клетки) домены (V-домены) отличаются очень высокой вариабельностью. Комбинация V-доменов тяжелых и легких цепей формируют анти- генсвязывающий участок. Остальные домены (С-домены) имеют постоянную аминокислотную последовательность. В них содержатся участки, распознаваемые тканевыми Fc-рецепторами. Свойства С-доменов тяжелых цепей обусловливает принадлежность молекулы к изотипам — IgM, IgD, IgG, IgA, IgE. В составе BCR «наивных» В-клеток содержатся IgM и IgD. IgG представляет собой основной изотип антител при иммунном ответе (особенно вторичном), IgA- антитела преобладают в слизистых оболочках, IgE-антитела обеспечивают защиту от паразитов и являются аллергическими анти-
телами, строение димеров оф и уЗ TCR аналогично структуре иммуноглобулинов. Они также содержат V- и С-домены, из которых первые участвуют в формировании антигенраспознающего участка. Кроме рассмотренных молекул, в состав рецепторов лимфоцитов входят дополнительные молекулы, участвующие в передаче сигнала о связывании антигена внутрь клетки. В BCR это димеры CD79, в TCR- комплекс CD3. Разнообразие распознающих структур лишь в малой степени обусловлено множественностью V-генов и комбинацией V-доменов полипептидных цепей, которые формируют связывающий участок. В наибольшей степени это разнообразие обусловлено процессом перестройки V-генов, которая происходит на определенных этапах развития лимфоцитов и сопряжена с удалением части генетического материала, случайными стыковками сохранившихся фрагментов, достройкой новых фрагментов ДНК. Достигаемое разнообразие антигенраспознающих структур обеспечивает возможность распознавания практически любых конфигураций молекул.
АНТИГЕНЫ И ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С АНТИТЕЛАМИ
Антигены
Антигенами называются вещества, способные при попадании во внутреннюю среду организма вызывать иммунный ответ, т.е. систему реакций, направленных на удаление этих веществ из организма. Антигены — это не особый класс соединений: ими могут быть практически любые макромолекулы, особенно белки и полисахариды. Антигенность определяется способностью вещества вызвать реакцию иммунной системы конкретного организма (подобно тому, как пахучие вещества — это любые соединения, воспринимаемые органами обоняния). Таким образом, возможность обозначения вещества как антигена определяется не на основании однозначных объективных критериев, а исходя из его способности вызывать реакцию иммунной системы (т.е. как бы «с точки зрения» иммунной системы). Это существенно осложняет изучение антигенов, в том числе в практическом аспекте. Тем не менее есть несколько признаков, которыми должно обладать вещество, чтобы выступать в качестве антигена. Это — чужеродность, иммуногенность и специфичность. Однако даже эти признаки не совпадают при реакции на антиген В- и Т-лимфоцитов. В этой главе мы рассмотрим представления о природе антигенов, сложившиеся на основании изучения их способности индуцировать выработку антител и взаимодействовать с ними. В разделе 3.3 будет представлен материал, характеризующий антигены, распознаваемые Т-лимфоцитами.
Чужеродность
Условие чужеродности антигена для организма связано с основной функцией иммунной системы, состоящей в защите организма от биологичес-
кой агрессии. Агрессия чаще всего исходит извне в виде микроорганизмов, вирусов, паразитов, а также выделяемых ими токсинов; и сами микроорганизмы, и их продукты чужеродны для высших животных. Эндогенная агрессия (рост опухолей) также часто связана с приобретением клетками определенных черт чужеродности (например, в результате экспрессии на поверхности опухолевых клеток вирусных белков). В результате антиген именно как чужеродная субстанция может рассматриваться в качестве маркера клеток или молекул, потенциально опасных для организма. Антигенность важна как наиболее ранний сигнал опасности, поскольку при поступлении в организм потенциально вредоносных объектов их действие проявляется не сразу и организм может «опознать» их потенциальную агрессивность только по наличию антигена.
Таким образом, эволюция избрала косвенный путь «опознания» потенциально опасных объектов по их чужеродности для данного организма. Это послужило основанием для определения, данного Р.В.Петровым: антигены — это биологические тела и. молекулы, несущие признаки чужеродной генетической информации. Поскольку чужеродность проявляется относительно конкретного организма, молекула, воспринимаемая как антиген одним организмом, может не восприниматься в качестве антигена другим организмом.
Связь антигенности со степенью чужеродности макромолекулы для данного организма наглядно проявляется при оценке иммуногенности гомологичных белков. Их иммуногенность возрастает по мере увеличения «эволюционного расстояния» между донором и реципиентом белка. В основе повышения иммуногенности лежит увеличение степени различий в первичной структуре белков. Эти закономерности используют при серологической оценке степени эволюционного родства видов.
Даже единичные замены аминокислот, лежащие в основе внутривидового антигенного полиморфизма (в частности, в системе гистосовместимости), эффективно распознаются с помощью антител, особенно при аллоиммунизации (т.е. иммунизации генетически неидентичных особей того же вида). Комбинация достаточно большого числа полиморфных генов (особенно высокополиморфных генов гистосовместимости) обеспечивает биологическую индивидуальность, которая проявляется, в частности, в отторжении тканей, происходящих практически от любого другого индивидуума того же вида. На той же основе, хотя и не во всех случаях, организм распознает неоантигены, возникающие вследствие мутаций.
Однако требование чужеродности не является абсолютным при определении понятия «антиген». Об этом свидетельствует возможность образования аутоантител, т.е. антител к собственным компонентам организма, аутоантигенам (см. раздел 5.3). В тех случаях, когда аутоантигенами являются компоненты тканей, в норме изолированных от иммунной системы («забарьерные ткани»), это не нарушает общего принципа чужеродности. В других случаях аутоантитела образуются в ответ на действие чужеродных субстанций, имеющих структурное сродство с аутологичными компонентами; эти антитела перекрестно реагируют с аутоантигенами. Так бывает, например, при стрептококковой инфекции, при которой образуются антитела к микробным полисахаридам, реагирующие с полисахаридами
соединительной и эпителиальных тканей. Лишь в редких случаях, обычно при патологии, затрагивающей иммунную систему, механизмы селекции клонов лимфоцитов и иммунорегуляцию, возникает истинная реакция на собственные антигены (например, при системной красной волчанке).
Определенное количество аутоспецифических клонов лимфоцитов постоянно присутствует в организме. Среди В-лимфоцитов они характерны в основном для субпопуляции СВ5+-клеток. Их активность, как полагают, подавлена супрессорными вето-клетками. Однако некоторое фоновое количество их продуктов, аутоантител, постоянно присутствует в организме. Чаще всего это полиспецифические антитела, взаимодействующие с ДНК, IgG, компонентами цитоскелета, миелином, тиреоглобулином, коллагеном, альбумином и другими широко распространенными в организме белками. Вероятно, эти фоновые аутоантитела играют регуляторную или какую-то иную роль в организме.
Другую разновидность аутоантител, не только не связанных с патологией, но играющих важную регуляторную роль, представляют антитела к идиотипам иммуноглобулинов. Они копируют конфигурации антигенных детерминант, являясь их «внутренними образами», и играют определенную роль в регуляции гуморального иммунного ответа (см. разделы 3.1.1 и 4.2.2).
Иммуногенность
Иммуногенность обусловливает способность антигена вызывать иммунный ответ независимо от его специфичности. Биологической основой для проявления этого свойства антигенов служат те механизмы развития иммунного ответа, которые предполагают участие, помимо лимфоцитов, определяющих специфическую компоненту реакции, некоторых вспомогательных клеток, а также кооперацию различных типов лимфоцитов. Способность чужеродных веществ вовлекать в реакцию весь необходимый клеточный ансамбль и составляет основу их иммуногенности. Иммуногенность антигенов зависит не только от свойств молекулы, но и от пути и режима их введения в организм, от дополнительных воздействий.
Структурно-химические условия иммуногенности. Антигенами могут быть прежде всего белки и углеводы. Липиды, нуклеиновые кислоты и другие органические вещества слабоиммуногенны и эффективны лишь в составе комплексных соединений (например, в виде конъюгатов с белками). В составе таких конъюгатов они могут обусловливать антигенную специфичность. Использование конъюгатов низкомолекулярных соединений (гаптенов) с белками-носителями, введенное в научную практику К.Ландштейнером, сыграло ключевую роль в анализе свойств антигенов. В частности, с помощью конъюгатов было показано, что специфичность антигена определяется преимущественно гаптеном, а иммуногенность — белком-носителем. С позиций современной иммунологии, предполагающей необходимость кооперации В-лимфоцитов, вовлекаемых в гуморальный иммунный ответ, с Т-хелперами, иммуногенность в значительной степени обусловливается способностью антигена активировать Т-хелпер.
Важнейшим качеством, определяющим иммуногенность антигенов,
является размер молекулы. С повышением молекулярной массы полимерных молекул увеличивается их иммуногенность. Исключения известны лишь для углеводных антигенов, для которых это правило срабатывает лишь до определенного предела. Универсальной шкалы зависимости иммуногенности от молекулярной массы не существует. Для белков пороговый размер молекулы, определяющий появление иммуногенности, ниже, чем для углеводов. Для белков эта граница, вероятно, связана с появлением а-спиральной структуры (7—10 аминокислотных остатков), однако она варьирует в зависимости от конкретного состава, в том числе от способности остатков участвовать в формировании а-спирали. Минимальная описанная молекулярная масса иммуногена составляет 450 (арсанил—N- ацетил—DL-тирозин). При переходе от мономерной формы флагеллина (40 000) к полимерной (20 000 000) титры антител возрастают на два порядка. Для углеводов граница между низкой и высокой иммуногенностью располагается на «уровне» молекулярной массы в десятки тысяч: полимер декстрана с массой 52 300 слабоиммуногенен, а с массой 90 700 обеспечивает развитие достаточно сильного ответа. Численность антителообразующих клеток, появляющихся в селезенке при иммунизации тремя полимерами пневмококкового полисахарида с молекулярными массами 220 000, 121 000 и 40 000, отличается примерно на порядок.
Помимо формирования определенных структур, от которых зависит иммуногенность (например, а-спирали), размер молекулы важен и для увеличения числа групп, обусловливающих специфичность ответа, — антигенных детерминант, или эпитопов, т.е. повышения валентности антигена. Значение этого фактора также проявляется наиболее четко при использовании конъюгатов, содержащих различное число гаптенных групп. С повышением числа идентичных групп иммуногенность конъюгата растет, даже если его размеры не увеличиваются. Однако после достижения определенной эпитопной плотности дальнейшее возрастание иммуногенности с увеличением числа эпитопов прекращается, и может наблюдаться даже снижение иммуногенности вследствие стерических помех в распознавании детерминант, их взаимной маскировки. Естественно, чем больше величина молекулы, тем больше детерминант она может вместить без подобного перенасыщения.
Влияние валентности на иммуногенность имеет значение также в связи с разнообразием эпитопов, присутствующих на молекуле. Установлено, что молекула приобретает иммуногенность лишь при условии достаточного разнообразия ее структуры. Так, поли-Ь-лизин иммуногенен только для ограниченного числа животных, например для некоторых линий морских свинок. Однако введение в состав этой молекулы боковых цепей или чередование лизина с другими остатками в составе основной цепи делает полимер иммуногенным практически для любых реципиентов.
Наконец, роль размера молекулы в проявлении ее иммуногенности может быть проиллюстрирована на примере молекулярных агрегатов. Их высокая иммуногенность в значительной степени обусловлена тем, что они активно подвергаются эндоцитозу, это важно для процесса обработки антигена и его представления Т-хелперам.
Давно отмечено, что иммуногенность антигенов зависит от жесткос-
ти их структуры, т.е. способности сохранять достаточно определенную конфигурацию, детали которой и являются объектами распознавания лимфоцитарными рецепторами. Стабилизации конформации способствует присутствие ароматических, заряженных, полярных аминокислотных остатков. Так, молекула желатина, утратившая жесткость конформации в результате обработки, практически неиммуногенна, но становится иммуногенной после введения в ее состав ароматических аминокислот. Наоборот, гидрофобные остатки в большом количестве препятствуют формированию а-спирали и стабилизации конформации молекул. Чрезмерную гибкость придают полимерам остатки пролина, особенно повторяющиеся. В обоих случаях снижение стабильности молекул сопровождается ослаблением их иммуногенности. На «уровне» выбора участка молекулы, определяющего специфичность антител (см. далее), однако предпочтительной является достаточно высокая его гибкость, позволяющая «подстроиться» под структуру активного центра иммуноглобулинового рецептора BCR.
Существует еще одно свойство антигенов, от которого зависит их иммуногенность: они должны принадлежать к тем классам полимеров, из которых построены организмы высших животных. Так, полипептиды, состоящие из D-аминокислот, не свойственных позвоночным, не иммуногенны или слабо иммуногенны для этих животных. Полагают, что это связано с затруднениями деградации этих веществ из-за отсутствия необходимых ферментов (частичное разрушение является условием вовлечения в иммунный ответ Т-хелперов, т.е. реализации иммуногенности). Считают, что со снижением способности расщепляться ферментами связано уменьшение иммуногенности белков после их рацемизации щелочами. Таким образом, хотя антигены по определению должны быть чужеродны для организма-хозяина, эта чужеродность не должна переходить определенные границы. Она проявляется в рамках типичного для высших животных и их окружения класса макромолекул, для расщепления которых организм располагает необходимым арсеналом ферментов.
Генетические аспекты иммуногенности. Поскольку иммуногенность антигена зависит от эффективности процессов обработки, которым он подвергается в организме, следует ожидать, что она зависит и от генотипа реципиента, что имеет место в действительности. Существование генетического контроля иммунного ответа на конкретные антигены показано в разнообразных экспериментах. Так, при иммунизации инбредных морских свинок полимерами (Glu — Lys)n или конъюгатом динитрофенил — поли-L-Lys свинки одной линии отвечали образованием антител на оба конъюгата, а свинки другой линии не отвечали ни на один из них. Гибридологический анализ показал, что отвечаемость детерминируется одним доминантным геном.
Аналогичные результаты получены также в экспериментах на мышах с использованием других синтетических полипептидов. Если мышей иммунизировать разветвленными полипептидами (Т, G) — A-L и (His, G) — A-L (эти полипептиды содержат основную цепь, образованную поли-L- лизином, с боковыми полиалан иловыми цепями, заканчивающимися остатками тирозина и глутаминовой кислоты или гистидина и лизина), то
мыши линии C57BL/6 дают высокий иммунный ответ на первый, но не на второй пептид. Мыши линии СВА, наоборот, сильно реагируют на второй и слабо — на первый пептид. И в этом случае сильный ответ детерминируется одним доминантным геном.
И у морских свинок, и у мышей показана связь генов иммунного ответа (Ir-1) с комплексом МНС. В столь четкой форме генетическая детерминация иммуногенности проявляется лишь в отношении некоторых достаточно простых по структуре антигенов. Существуют и другие гены иммунного ответа; отвечаемость на сложные антигены подвержена комплексному генетическому контролю (см. раздел 4.2.1). Данные генетических исследований особенно наглядно подчеркивают относительность понятия «иммуногенность» и зависимость иммуногенности от свойств организма, в который введен антиген. Оказывается, что иммуногенность антигена может зависеть от особенностей реакции организма в большей степени, чем от структуры антигена.
Тимуснезависимые антигены
Особую группу составляют антигены, гуморальный ответ на которые происходит без участия Т-клеток, например, у генетически бестимусных мышей nude. Такие антигены называют тимуснезависимыми. Антигены этой группы обладают некоторыми общими свойствами. Как правило, это очень крупные молекулы, их молекулярная масса превышает 106. Это могут быть белки и полисахариды, они поливалентны, обычно имеют повторяющиеся идентичные эпитопы. Полимеризация и агрегирование тимусзависимых антигенов, а также связывание их с полиэлектролитными носителями обычно делают эти антигены тимуснезависимыми. Для некоторых антигенов этой группы свойственны митогенность по отношению к В-лимфоцитам и способность вызывать поликлональный иммунный ответ. Еще недавно считали, что тимуснезависимые антигены не нуждаются в обработке макрофагами, поскольку ответ на них не зависит от генов гистосовместимости и по этой причине избегает Ir-генного контроля. В настоящее время допускают участие вспомогательных клеток в ответе на тимуснезависимые антигены, хотя полной ясности в этом вопросе не достигнуто. Известно, что многие из этих антигенов медленно деградируют, что обеспечивает их длительное персистирование в организме.
Важные сведения были получены при изучении ответа на тимуснезависимые антигены мышей с мутацией xid, блокирующей дифференцировку В-лимфоцитов до стадии, на которой экспрессируется мембранный антиген Lyb-5. Эти мыши (а также новорожденные особи других линий, у которых не успели созреть ЬуЬ-5+-клетки) способны реагировать лишь на некоторые тимуснезависимые антигены (включая митогенные) и не реагируют на другие тимуснезависимые антигены. Антигены, на которые способны отвечать мыши с мутацией xid, обозначают как тимуснезависимые антигены I класса, а антигены, на которые они не отвечают, — как тимуснезависимые антигены II класса. К первым относятся вещества, митогенные для В-лимфоцитов: большинство бактериальных липополисахаридов, туберкулин, полифлагеллин, полисахарид бордетелл, а также их конъ-
югаты с гаптенами. К антигенам II класса относятся поливалентные конъюгаты гаптенов с фиколлом, леваном, липополисахариды, выделенные некоторыми специальными способами, и т.д. Чисто полисахаридные субстанции способны (при условии полимерности и полифункциональности) выступать в качестве тимуснезависимых антигенов II класса, тогда как для индукции тимусзависимого ответа молекулы должны содержать в своем составе наряду с углеводным белковый компонент.
Как следует из сказанного выше, ЬуЬ-5+-В-клетки способны реагировать на тимуснезависимые антигены обоих классов, тогда как менее зрелые ЬуЬ-5“В-клетки — только на антигены I класса. При ответе на тимуснезависимые антигены (особенно I класса) преобладают IgM-антитела, обычно не происходит переключение классов антител, повышение сродства антител к эпитопам в процессе ответа («созревания» ответа), отсутствует или слабо выражена иммунологическая память. Из этого правила бывают исключения, например, переключение классов антител и «созревание» их аффинитета при ответе на некоторые антигены II класса, в некоторых случаях — наличие вторичного ответа. Поскольку перечисленные особенности связаны с преобладанием наименее зависящих от Т- клеток звеньев гуморального иммунного ответа, можно предположить, что при ответе на тимуснезависимые антигены участие Т-лимфоцитов каким-то образом блокируется. В тех случаях, когда этой блокады нет, наблюдаются упомянутые исключения из правил.
Полагают, что в основе независимости ответа на антигены I класса от Т-лимфоцитов лежит митогенность названных антигенов в отношении В-лимфоцитов. Связывание этих молекул с BCR создает на поверхности В-клеток концентрацию данных молекул, достаточную для реализации их активирующего действия через рецепторы митогенеза, для осуществления которого не требуются ростовые факторы Т-клеточного происхождения. Эффективность тимуснезависимых антигенов II класса связывают с их способностью к многоточечному взаимодействию с мембраной В-клеток, обусловливающему перекрестное сшивание их рецепторов, которого оказывается достаточно для активации В-клеток. В настоящее время полагают, что по крайней мере при ответе на тимуснезависимые антигены II класса обязательно участие хелперных клеток. Однако их функцию могут выполнять не Т-лимфоциты, а естественные киллеры или другие клетки. Показана роль в развитии ответа на эти антигены цитокинов, в первую очередь ИЛ-З, ГМ-КСФ и интерферона у.
Толерогенность
Альтернативой индукции иммунного ответа при введении антигена может служить не только простое отсутствие ответа, но и развитие неотвечае- мости, обозначаемое для уровня клетки как анергия, а для уровня организма — как иммунологическая толерантность (см. раздел 4.3.4), т.е. устойчивая неотвечаемость на данный антиген, восприятие его организмом как своего. Толерогенность индуцируется при введении высоких доз белков и полисахаридов; для белков существует также зона низких толерогенных доз. Из свойств молекулы антигена, способствующих развитию
толерантности, наиболее важными являются безагрегатность и мономерность. В связи с этим для индукции толерантности белковые растворы подвергают ультрацентрифугированию для освобождения от агрегатов. Два других свойства, способствующих проявлению толерогенности, — относительно низкая молекулярная масса (ее порог для полисахаридов выше, чем для белков) и высокая эпитопная плотность. Таким образом, молекулы одного класса могут выступать в качестве иммуногенов и толерогенов или не оказывать влияния на иммунную систему в зависимости от величины, состава, агрегированности, наличия примесей и т.д. Не меньшую роль в индукции анергии играют свойства отвечающих клеток, в частности, наличие у них должного рецепторного «оснащения» (см. разделы 3.5.2 и 4.3.4). При этом специфичность реакции существенно не меняется, поскольку она детерминируется другими структурами антигена и реализуется через другие процессы в реагирующем организме.
Специфичность
Как уже отмечалось, при изучении иммунного ответа на конъюгаты гаптенов с белками-носителями было установлено, что специфичность конъюгатов обусловливается гаптеном, т.е. относительно небольшими порциями молекулы иммуногена, обладающими четкой структурной индивидуальностью. Позже это подтвердилось при анализе специфичности природных молекул белков и полисахаридов, а также при изучении ответа на синтетические полипептиды.
В этих работах было, в частности, установлено, что практически в любой молекуле антигена есть несколько детерминант, или эпитопов. Для антигенов с монотонной структурой (например, углеводных антигенов) характерны повторяющиеся однотипные детерминанты. Для белков свойственны разнообразные детерминанты, против каждой из которых в принципе может быть индуцирована выработка антител, отличающихся по специфичности от антител к другим детерминантам. При этом внутри молекулы устанавливается определенная иерархия детерминант, когда одна из них является доминирующей (явление иммунодоминантности), т.е. в спектре антител, которые образуются при введении этого антигена, преобладают антитела, специфичные к данной детерминанте. После ее искусственного удаления доминирующая роль переходит к другому эпитопу.
Связь специфичности антигенов с относительно небольшими фрагментами их молекулы объясняется самой природой этой специфичности. Она служит отражением особенностей тех структур, которые способны распознавать антиген и связывать его. Такими структурами являются рецепторы лимфоцитов и свободные антитела. Именно соответствие (прежде всего пространственное) между антигеном и рецептором или антителом, дающее им возможность взаимодействовать с высокой степенью сродства, является материальным проявлением специфичности антигенов. Но в этом случае размер антигенных детерминант неизбежно должен определяться размерами активных центров антигенсвязывающих рецепторов и антител, поскольку упомянутые активные центры представ-
ляют собой впадины, которые могут заполняться антигенной детерминантой.
Объем детерминант составляет примерно 2—3 нм3, а протяженность — 2—4 нм. Полипептидная цепь такой длины соответствует 7— 15 аминокислотным остаткам (мол. масса 600—1000), углеводная цепь — примерно 6 моносахаридным остаткам. Роль остатков в проявлении специфичности эпитопа неодинакова: на долю концевого сахара приходится 39 % энергии взаимодействия эпитопа с активным центром антитела, по мере удаления от конца эта доля убывает и для 6-го остатка она составляет менее 6 %.
Следует подчеркнуть относительность границ эпитопов в нативных молекулах, особенно белковых. Не только животные разных видов, но и разные представители одного вида «различают» неидентичные по размерам и составу эпитопы. Более того, анализ специфичности моноклональных антител, продуцируемых гибридными клонами, которые получены на основе клеток селезенки одной мыши, иммунизированной антигеном, свидетельствует о размытости границ эпитопов и наличии целых популяций моноклональных антител к вариантам одного и того же эпитопа. Кроме того, при этом регистрируется разнообразие антител сходной специфичности по сродству к эпитопу, т.е. по степени пространственного соответствия активных центров антител конфигурации эпитопа. Отсутствие жесткого соответствия их конфигураций — важная особенность иммунологической специфичности (особенно при первичном иммунном ответе). Это несоответствие выглядит вполне естественным, если учесть, что связывающие структуры формируются без участия антигена и поэтому соответствие конфигураций активного центра антител и эпитопа неизбежно является неполным. Формирование этого соответствия завершается в процессе «подгонки» при взаимодействии антигена с антителом. В него вовлекаются как антитела, так и антиген, незначительно изменяющие свою конфигурацию для достижения ком- плементарности (отсюда роль гибкости структуры в формировании им- мунодоминантных эпитопов).
Разрешающая способность распознавания гаптенов антителами детально изучена с помощью реакции задержки. Сущность ее состоит в том, что исследуемый свободный гаптен, взаимодействуя с антителами, препятствует реакции с ними конъюгата гаптен — белок, дающий видимые эффекты типа преципитации. При использовании идентичных гаптенов в свободной форме и в конъюгате реакцию можно полностью блокировать. При отсутствии идентичности степень подавления реакции будет тем выше, чем больше сходство между гаптенами. Аналогичные результаты можно получить при оценке перекрестной реакции конъюгатов, содержащих сравниваемые гаптены, с антителами к одному из них. Анализ, выполненный с помощью этих методик, позволил установить высокую разрешающую способность серологического распознавания (т.е. распознавания с помощью сыворотки, содержащей антитела). Выяснилось, что антитела различают оптическую конфигурацию углеводов, замещение атомов водорода в циклических соединениях на кислотные и азотсодержащие группы (в определенной степени даже на галогены). Четко распозна-
ются позиции замещения (орто, мета, пара), особенно при замещении кислотными группами. Наконец, распознается заряд детерминанты, которому соответствует противоположный заряд активного центра.
Как известно, белковые молекулы имеют развитую пространственную структуру, причем гидрофильные аминокислотные остатки оказываются экспонированными на поверхности белковой глобулы, тогда как другие (преимущественно гидрофобные) скрыты в глубине клубка. В основе взаимодействия антигенов и антител лежит пространственное соответствие конфигураций эпитопа и активного центра антител. Учитывая это, можно полагать, что в формировании детерминанты могут иметь значение не только линейная последовательность аминокислотных остатков, но и пространственные образования, включающие отдаленные друг от друга участки молекулы. Оказалось, что это действительно так. Серологически выявляемые антигенные детерминанты белков бывают двух типов — секвенциальные (линейные), по преимуществу концевые, и конформационные, причем последние количественно преобладают. Оба типа детерминант объединяет лишь локализация на поверхности белковой глобулы.
Существование конформационных детерминант четко обосновано в опытах с синтетическими полипептидами. Было получено два типа полипептидов на основе остатков Glu, Ala, Туг. В одном из них триада этих остатков повторялась последовательно и многократно, причем цепь приобретала а-спиральную конфигурацию. В другом полипептиде к линейному пептиду, образованному остатками Ala, «подшивали» боковые группы Glu—Ala—Туг. Схематически структура этих пептидов выглядит следующим образом.
Пептид 1-го типа:
Glu—Ala—Туг—Glu—Ala—Туг—Glu—Ala—Туг—Glu—Ala—Туг—....
Пептид 2-го типа:
GluGlu
AlaAla
ТугTyr
Ala—Ala—Ala—Ala—Ala—Ala—Ala—Ala—Ala—Ala—Ala—Ala—....
К пептидам обоих типов получали антитела. Оказалось, что они не реагировали между собой перекрестно. Реакция антител с полипептидами второго типа блокировалась трипептидом Glu-Ala-Tyr. Реакция полипептидов первого типа со своими антителами блокировалась линейными пептидами, образованными как минимум 17 чередующимися остатками Glu, Ala, Туг, формирующими а-спираль. Таким образом, антитела к линейному полипептиду были направлены к конформационной детерминанте, формируемой а-спиралью, а антитела к разветвленному полипептиду — к секвенциальной детерминанте, т.е. к детерминанте, зависящей от последовательности аминокислотных остатков.
Рис. 51. Конформационные эпитопы белковых антигенов (из учебника А Ройта, 1991).
а — эпитоп молекулы лизоцима, связанный с «петлей» полипептидной цепи, положение в целой молекуле (петля выделена черным цветом); б — та же петля в изолированном виде сохраняет свою конформацию; в — конформация петли нарушается после восстановления дисульфидной связи; г — эпитопы молекулы миоглобина спермы кашалота. Соединенные в виде цепочки остатки 18—22 соответствуют линейному эпитопу, две группы остатков, обведенные овалами, соответствуют двум конформационным эпитопам, распознаваемым моноклональными антителами, остаток 109 входит в состав Т-клеточного эпитопа.
Классическим примером конформационной детерминанты является петля в молекуле лизоцима, включающая аминокислотные остатки в положении 60—83, скрепленная дисульфидной связью (рис. 51). Разрыв связи ликвидирует эту детерминанту. Эпитопы подобного рода обнаружены в различных белках. Они ликвидируются при денатурации, восстановлении и других воздействиях, влияющих на конформацию белковых молекул. Линейные и конформационные детерминанты могут «сосуществовать» в одной молекуле. Так, в составе молекулы миоглобина есть линейная детерминанта, содержащая аминокислотные остатки в положении 18—22 и конформационные детерминанты, включающие остатки в положениях 83, 144 и 145, а также 34, 53 и 113.
Конформационные детерминанты особенно наглядно демонстрируют важность для серологического (и В-клеточного) распознавания не столько определенных химических соединений, сколько пространственных структур, которые они образуют. Это положение может быть иллюстрировано на примере перекрестной реактивности конкретных химических соединений — гаптенов — с эпитопами антиидиотипических антител (т.е. антител, распознающих некоторые идиотопы антител, специфичных к этим группам). Перекрестная реактивность в этом случае основана на том, что кон-
Рис. 52. Зоны реакции преципитации.
Изменение количества преципитата (б) и содержания (а) антигена (АГ) и антител (АТ) в надосадочной жидкости при добавлении к постоянному количеству антигена нарастающих количеств антител — кроличьих (1) и лошадиных (2) (с. 210).
фигурация активного центра (и, следовательно, в определенной степени идиотопов) комплементарна, с одной стороны, конфигурации эпитопа иммуногена, с другой — антиидиотипу. Следовательно, эпитоп и антиидиотип, если не идентичны, то сходны друг с другом.
Анализ специфичности конформационных детерминант с помощью методов, разработанных при изучении гаптенов и применимых для секвенциальных детерминант, практически невозможен. Это связано с тем, что при извлечении из целой молекулы конформационная детерминанта изменяет свою конфигурацию. Эти эпитопы изучают путем подбора белков (от родственных видов, мутантных линий клеток и т.д.), отличающихся единичными заменами аминокислотных остатков. При этом для оценки реакции часто используют твердофазный иммуноферментный анализ, позволяющий достичь высокой степени стандартизации и производительности. В исследованиях такого рода широко применяют синтетические пептиды достаточно большой протяженности (для воспроизведения конформационных структур).
Размеры конформационных детерминант варьируют даже в более широких пределах, чем линейных детерминант; они соответствуют 6— 17 аминокислотным остаткам. Так, в молекуле миоглобина размер конформационного эпитопа соответствует 6—8, в молекуле бычьего сыворо-
точного альоумина — 1U—12 остаткам. Описаны случаи пространственного разобщения частей конформационных детерминант (например, в некоторых аллотипических детерминантах иммуноглобулинов, в уже упоминавшихся эпитопах миоглобина). Как и в линейных детерминантах, в конформационных эпитопах значение отдельных остатков может существенно варьировать. Так, в формировании описанной выше петлевой детерминанты лизоцима ключевая роль принадлежит остатку в положении 68. В данном случае проявляется уже упоминавшийся фактор гибкости эпитопа, позволяющей «подогнать» конфигурацию конформационного эпитопа к структуре активного центра антител. Оно реализуется благодаря присутствию в эпитопах остатков, обеспечивающих эту гибкость (например, пролина).
Важным и практически неизученным является вопрос об активных факторах, обусловливающих иерархию эпитопов и реализуемых через ингибирование одними эпитопами иммунного ответа на другие эпитопы, что может происходить с участием супрессорных клеток.
Несмотря на то что знания о структурных основах конформационных и линейных эпитопов белков пока далеко не полные, их достаточно, чтобы с высокой долей уверенности прогнозировать, какие участки белковой молекулы окажутся антигенными детерминантами. В основе расчетов лежат различные соображения. В первую очередь выбираются участки с высоким соотношением гидрофильных и гидрофобных остатков (условие локализации эпитопа на поверхности молекулы), а также с аминокислотными остатками, придающими этому участку гибкость. Детерминанты, сконструированные на основе такого расчета (с использованием компьютерных программ), синтезируются и с успехом используются в серодиагностике и для приготовления искусственных вакцин.
Взаимодействие антигенов и антител
В основе реакции антиген — антитело лежит взаимодействие между эпитопами антигена и активными центрами антител, основанное на их пространственном соответствии (комплементарности). Реакция протекает в два этапа. На первом этапе происходит взаимодействие как таковое, на втором — видимые его проявления, возникающие вследствие изменения физико-химического состояния компонентов реакции при их комплекси- ровании.
Первый этап реакции происходит очень быстро. Взаимодействие эпитопов с активными центрами антител основано на установлении химических связей (нековалентных), не отличающихся от тех, которые возникают между молекулами других типов. В основе этих связей лежат следующие типы сил межмолекулярных взаимодействий:
электростатические, включающие ионные (между заряженными группами, например, карбоксильными и аминогруппами аминокислотных остатков) и полярные (связанные с формированием диполей);
водородные (связанные с образованием водородных мостиков между гидрофильными группами);
гидрофобные (обусловленные энергетическими преимуществами контакта гидрофобных участков молекул между собой по сравнению с их взаимодействием с водой);
силы Ван-дер-Ваальса (основанные на взаимодействии электронных облаков).
Все эти взаимодействия проявляются при близком контакте молекул, основой которого является комплементарность участков молекул антигена и антител. Известно, что интенсивность электростатических взаимодействий убывает пропорционально квадрату расстояния, а сил Ван-дер- Ваальса — пропорционально расстоянию в седьмой степени. При близком контакте молекул проявляются и силы отталкивания (в случае несоответствия конфигурации электронных облаков).
Взаимодействие антигена с антителом обратимо и подчиняется закону действия масс, на основе которого рассчитывают константу равновесия формирования и диссоциации иммунных комплексов: К = [АЬН]/[АЬ][Н], где К — константа равновесия, [АЬ] — концентрация несвязанных антител, [Н] — концентрация свободного гаптена, [АЬН] — концентрация комплекса антител с гаптеном.
Константа равновесия служит мерой сродства (аффинности) антител. Поскольку аффинность отражает степень пространственного соответствия активного центра антитела и эпитопа, она может служить количественной оценкой специфичности антител по отношению к данному эпитопу. Для ее определения используют метод равновесного диализа. Антитела находятся внутри диализуемого объема, а свободный (но не связанный) гаптен способен проникать через диализационную мембрану. Это создает возможность прямого измерения всех параметров приведенной выше формулы. Для расчетов аффинности используют также графический подход с применением координат Скэтчарда. Последние представляют собой зависимость отношения концентрации связанного гаптена на 1 моль антител (г) к концентрации свободного гаптена от величины г, для гомогенных антител эта зависимость имеет линейный характер.
Помимо кинетического подхода к изучению аффинности, существует термодинамический подход, основанный на анализе изменений свободной энергии при взаимодействии антиген — антитело. Изменение свободной энергии обратно пропорционально логарифму константы аффинности.
При использовании высокомолекулярных и поливалентных антигенов измерение аффинности антител осложняется. Для суммарной оценки сродства (функциональной аффинности, или авидности) антител в этом случае применяют дополнительные приемы, позволяющие оценить концентрацию хотя бы одного из компонентов реакции. Это осуществляют обычно на основе радиоиммунного или иммуноферментного тестов. Оценка функциональной аффинности актуальна также с точки зрения учета эффекта поливалентности антител. Так, каждый активный центр
IgM-антител обычно имеет меньшую аффинность по отношению к эпитопам, чем активный центр IgG-антител той же специфичности, но суммарная (функциональная) аффинность IgM-антител может оказаться выше вследствие большего числа активных центров.
При анализе взаимодействий с антителами сложных молекул (особенно белковых), которые несут несколько эпитопов, необходимо учитывать взаимные влияния связывания различных пар эпитоп — антитело. Установлено, что при связывании нескольких различных эпитопов молекулы антигена с соответствующими антителами эффективность (т.е. сродство) каждого взаимодействия повышается. Это объясняют снижением вероятности диссоциации каждой связи при сохранении контакта взаимодействующих молекул благодаря наличию других связей.
Другая проблема, осложняющая изучение сродства антигенов и антител, это гетерогенность популяции антител по показателю сродства. Такая гетерогенность обусловлена тонкими различиями антител по специфичности. С помощью перечисленных выше подходов удается оценить усредненную аффинность популяции антител, а также рассчитать показатель их гетерогенности по аффинности. Указанная проблема полностью решается в случае использования моноклональных антител, «гомогенных» по всем показателям, включая специфичность и, следовательно, аффинность (см. раздел 4.1.2).
Первый этап взаимодействия антигена с антителом сам по себе не имеет видимых проявлений. Для его обнаружения используют разного рода метки (флюоресцентные красители, ферменты, изотопы и др.). Обычно метят антитела; при их связывании с материалом, содержащим антиген (клетками, веществами, фиксированными на носителе и др.), на нем удается обнаружить метку. Этот подход лежит в основе разнообразных тестов, широко используемых в исследовательской и клинико-лабораторной практике. Традиционно его комбинировали с гистологическим или электронно-микроскопическим исследованием фиксированного биологического материала (срезов). В последние годы широкое распространение получило определение мембранных молекул клеток с помощью моноклональных антител, меченных флюорохромами; определение в этом случае осуществляют методом проточной цитофлюорометрии. Созданы новые высокочувствительные методы регистрации связывания антигенов антителами, фиксированными на поверхностях, в основу которых положена оценка трансформации энергии связывания в физические сигналы (биосенсорные системы).
Другая группа методов основывается на оценке второго этапа реакции антиген — антитело, проявляющегося в образовании иммунного комплекса с разнообразными физико-химическими и биологическими последствиями. Основное из этих проявлений — формирование преципитата. Еще в те времена, когда структура антител и их валентность были неизвестны, анализ реакции преципитации (количественная преципитация по Гейдельбергеру, рис. 52, с. 207) позволил сформулировать основные иммунохимические закономерности. Реакция количественной преципитации послужила важнейшим источником информации о свойствах антител, когда иные методы их изучения были недоступны.
H-2
I II III
П1II1 r
TAP/LMP Bf HSP70
KPmIa EC4/C2 TNF D
Q
I
■ lllllllllll I
JJ
J
J
IIIIL
IIIII
Puc. 53. Генетический регион главного комплекса (МНС) гистосовместимости мыши (Н-2) и человека (HLA).
Римскими цифрами отмечены участки, занимаемые генами МНС I, II и III классов; буквами обозначены индивидуальные гены (с. 214).
Тогда же была создана теория решетки, согласно которой в основе формирования преципитата лежат бивалентность антитела и поливалентность антигена. В результате при взаимодействии антигена с малым количеством антител формируются комплексы из одиночных пар молекул. Эти комплексы растворимы. По мере увеличения количества антител возникает возможность не только каждой молекуле антитела связывать две молекулы антигена, но и разным молекулам антитела взаимодействовать с одной молекулой антигена. В результате формируется молекулярная решетка, не способная «удержаться» в растворе и формирующая преципитат. Размер решетки и объем преципитата увеличиваются с нарастанием дозы антител (при постоянной концентрации антигена). В зоне эквимолярных соотношений (когда в жидкости над преципитатом не удается обнаружить ни антигена, ни антител), а также при некотором избытке антител объем преципитата максимален. Дальнейшее добавление антител приводит к своеобразной блокаде молекулы антигена: антиген оказывается связанным с обеими валентностями нескольких антител. Это препятствует формированию решетки и сопровождается образованием относительно небольших растворимых комплексов состава Ag4Ab3, Ag3Ab2 или Ag2Ab. Такие представления в основном подтвердились, хотя и были уточнены во многих деталях.
В настоящее время методы, основанные на преципитации, продолжают использоваться в экспериментальной и клинической иммунологии. Примером может служить метод радиальной диффузии, позволяющий оценивать концентрацию антигена по радиусу кольца преципитации. Кольцо формируется при диффузии антигена из лунки в агар, содержащий антитела. На иммунопреципитации основаны многие современные
методы иммунохимического анализа, например осаждение моноклональными антителами клеточных лизатов с последующим электрофоретическим анализом преципитированного материала. Преципитация лежит в основе широко распространенного в настоящее время метода иммуноблоттинга («иммунопромокания»), при котором комплекс белков разделяют электрофоретически, переносят в целлюлозу и «проявляют», осаждая антителами. В обоих этих случаях удается определить молекулярную массу изучаемых молекул и другие их свойства.
Другой подход к регистрации реакции антиген — антитело основан на феномене агглютинации. Его сущность в том, что при взаимодействии частиц (в том числе клеток, например, эритроцитов), суспендированных в растворе, с антителами происходит перекрестное связывание, которое приводит к формированию агрегатов частиц. Стабильность суспензии частиц, поддерживаемая их взаимным электростатическим отталкиванием, нарушается, и формируется агглютинат, обнаруживаемый визуально. В реакции агглютинации используют как нативные клетки, так и клетки (или другие частицы), нагруженные антигенами (непрямые варианты метода).
Третий подход к выявлению второй фазы взаимодействия антиген — антитело основан на лизисе клеток, с поверхностью которых связались антитела, в присутствии комплемента. Для осуществления реакции лизиса требуется перекрестное сшивание антителами мембранных молекул. Этот подход лежит в основе реакций гемолиза и лимфоцитотоксичности.
Антигенами называют макромолекулы (чаще всего белки), способные вызывать иммунный ответ организма при условии их распознавания специфическими рецепторами лимфоцитов. Для индукции ответа В- и Т-клеток требуются различные условия и свойства антигена. При индукции гуморального В-клеточного ответа обязательными свойствами антигена являются чужеродность (т.е. отсутствие аналогичных субстанций в реагирующем организме), специфичность (способность распознавать иммуноглобулиновые рецепторы В-клеток и взаимодействовать с антителами той же специфичности) и иммуногенность (способность вызывать иммунный ответ вне зависимости от его специфичности). Степень пространственного соответствия детерминант- ных групп антигена (эпитопов) и активного центра антител обусловливает силу их взаимодействия, мерой которой является аффинность (сродство). Реакция антигенов и антител приводит к формированию иммунных комплексов и сопровождается изменением физико-химических свойств компонентов реакции, что используют в иммунологических исследованиях.
АНТИГЕНЫ И Т-КЛЕТКИ
Вскоре после описания феномена кооперации между Т- и В-лимфоцитами было установлено, что Т-клетки распознают иные, чем В-лимфоциты, 212 • - . . *
детерминанты на молекуле иммуногена. В случае конъюгатов в иммунный ответ на них вовлекаются В-клетки, специфичные к гаптену, и Т-клетки, специфичные к носителю. Анализ особенностей клеточного иммунного ответа привел к выявлению еще более радикальных различий в распознавании антигенов лимфоцитами этих двух типов. Оказалось, что Т-лимфо- циты не реагируют на растворимые антигены и, строго говоря, не способны распознавать чужеродные субстанции. Для реагирования на антиген необходимо, чтобы он был каким-то образом связан с сингенными клетками, «представлен» ими Т-лимфоцитам. В начале 70-х годов R.M.Zinkernagel и P.C.Dogherty сформулировали представление о распознавании Т-клетками «измененного своего» и принцип генетической рестрикции (ограничения) Т-клеточного ответа, постулирующий необходимость совпадения по МНС распознающих и распознаваемых клеток. Вскоре было установлено, что иммунный ответ с участием Т-лимфоцитов не развивается в отсутствие макрофагов или иных вспомогательных клеток, и именно последние осуществляют обработку и представление (презентацию) антигена Т-хелперам. Так были заложены основы современного учения о распознавании антигенов Т-клетками.
Главный комплекс гистосовместимости (МНС) и его продукты
Генетика МНС
В 20-е годы в связи с исследованием генетической детерминации злокачественных опухолей в лаборатории G.D.Little (США) была начата работа по получению генетически чистых линий мышей. Современные линии мышей прямо или косвенно ведут происхождение от линий, выведенных этой лабораторией. Данные исследования послужили основой для изучения генетики и иммунологии трансплантаций органов и тканей. В опытах с межлинейной пересадкой опухолей G.Snell и другие американские исследователи установили существование генетических локусов, детерминирующих тканевую (как мы теперь понимаем, антигенную) индивидуальность. Различия по этим локусам обусловливают несовместимость тканей при трансплантациях и отторжение пересаженных опухолей и органов. Одновременно английский иммунолог P.Gorer, изучая группы крови мышей, обнаружил групповой антиген (их называли также изоантигенами, а позже стали обозначать как аллоантигены), который, как оказалось, определяет сильную тканевую несовместимость. В совместных работах G.Snell и P.Gorer была изучена генетика и серология этого антигена, который был обозначен Н-2 (от англ, histocompatibility 2). Оказалось, что Н-2 представляет собой не единичный генетический локус, а комплекс генов, локализующийся в хромосоме 17 и отличающийся беспрецедентно высоким полиморфизмом. Позже было выделено два гена — Н-2К и H-2D, детерминирующих образование антигенов, в ответ на которые формируются антитела. Вторая группа Н-2-генов детерминирует антигены гистосовместимости H-2I, которые были первоначально выявлены по способности вызвать Т-клеточные реакции и лишь позже к
QZZBZZ.TZZZZZZZZZZZZZZZZZZ^ZZZZZZZZZX ^ГQZZBZZ.TZZZZZZZZZZZZZZZZZZ^ZZZZZZZZZX ^Г
QZZBZZ.TZZZZZZZZZZZZZZZZZZ^ZZZZZZZZZX ^Г
QZZBZZ.TZZZZZZZZZZZZZZZZZZ^ZZZZZZZZZX ^Г
COOHCOOH COOH
Puc. 54. Строение молекул МНС I и II классов.
Греческими буквами обозначены домены, черными кружками отмечена локализация углеводных групп.
ним были получены антитела. Так было заложено учение о двух классах молекул гистосовместимости.
В 60-х годах французский иммуногематолог J.Dausset, исследовавший лейкоцитарные антигены человека, описал несколько аллоантиге- нов, аналогичных Н-2-антигенам мышей. Изучение аллоантигенов человека затруднялось невозможностью получения антител в аллогенной системе. Для серологического анализа тканевых аллоантигенов человека пользовались антителами, случайно обнаруживаемыми в сыворотках крови многорожавших женщин. Проведенный некоторое время спустя анализ наследования антигенов, известных к тому времени, позволил J.Dausset и другим специалистам в области генетики трансплантаций прийти к выводу о существовании у человека комплекса генов гистосовместимости, аналогичного Н-2. Он был локализован в хромосоме б и обозначен HLA (от англ. Human Leukocyte Antigens).
Так как вскоре аналогичные комплексы были обнаружены у всех изучавшихся видов млекопитающих и птиц, им было дано общее название — главный комплекс гистосовместимости (МНС, от англ. Major Histocompatibility Complex). Во всех случаях МНС характеризуется весьма сложной структурой и необычайно высокой полиморфностью и ему принадлежит решающая роль в детерминировании тканевой несовместимости при пересадках тканей между особями одного вида. Для всех видов характерно наличие двух основных классов молекул МНС — индуцирующих преимущественно гуморальный и преимущественно клеточный иммунный ответ. Как оказалось, второй класс имеет большее значение для отторжения несовместимых тканей. Соответствующие молекулы обозначают как молекулы МНС I и II классов.
Структура генетических локусов Н-2 и HLA схематически изображена на рис. 53 (с. 211).
Рассмотрим несколько детальнее комплекс HLA. Он расположен в коротком плече хромосомы 6 и включают более 4000 тыс. пар оснований. Гены, кодирующие полиморфные продукты МНС I и II классов, располагаются соответственно в 3'- и 5'-участках комплекса. В средней части комплекса локализуются гены, детерминирующие продукты МНС III
класса, большинство из которых не имеет непосредственного отношения к полиморфизму, служащему основой тканевой несовместимости. Среди этих продуктов компоненты комплемента С2 и С4, ФНОа и р, белки теплового шока.
Гены МНС I класса отличаются очень высоким полиморфизмом. Так, для гена HLA А известны 60, для HLA В — 136, а для гена HLA С — 38 аллельных вариантов. Недавно описаны так называемые неклассические гены МНС I класса (Е, F, G). Они отличаются от известных ранее генов необычным тканевым распределением продуктов, особой (хотя не вполне ясной) ролью в индивидуальном развитии организма. МНС-анти- гены Е, F, G не участвуют в представлении антигенных пептидов Т-клет- кам. Еще недавно считали, что для генов МНС II класса (DR, DP, DQ) характерна значительно меньшая степень полиморфности. Это связано с тем, что, как уже упоминалось, они слабо индуцируют выработку антител, и эти антитела не удавалось обнаружить в сыворотках крови много- рожавших женщин. Считалось даже, что антигены, детерминируемые этими генами, могут быть определены только по реакции Т-клеток в смешанной культуре. Полная оценка полиморфизма генов МНС II класса стала возможной лишь после того, как были разработаны методы HLA- генотипирования. Эти методы основаны на анализе молекул ДНК соответствующих генов, которые синтезируются и амплифицируются (преумножаются) в полимеразной цепной реакции. Оказалось, что генам, детерминирующим p-цепи молекул II класса, свойственна более высокая степень полиморфизма, чем генам a-цепи. Так, ген p-цепи HLA-DR существует в 137 аллельных формах, HLA-DP — в 66, HLA-PQ — в 25; гены а-цепей — соответственно в 2, 8 и 16 аллельных вариантах.
Говоря о вариабельности генов МНС и их продуктов, следует отличать ее от вариабельности рецепторов лимфоцитов — мембранного иммуноглобулина и TCR. Если вариабельность рецепторов проявляется в пределах каждого индивидуального организма, на уровне популяции клеток, то вариабельность молекул МНС реализуется на уровне популяций человека и животных, причем каждый индивид может иметь не более двух разновидностей продуктов каждого гена МНС. Биологические основы этой гипервариабельности до конца не выяснены. Вероятно, она обусловлена необходимостью обеспечения достаточно широкого репертуара молекул МНС для связывания антигенных пептидов и, следовательно, вариабельности иммунной защиты на уровне популяции. Каждый индивид не обязательно может полноценно распознавать весь спектр белковых пептидов, но для популяции в целом такая возможность гарантирована разнообразием репертуара HLA.
Распределение в тканях и структурах молекул МНС
Продукты генов МНС I и II классов отличаются по тканевому распределению. Молекулы I класса содержатся на поверхности клеток всех типов, кроме эритроцитов и клеток ворсинчатого трофобласта. В основе этих исключений из правила лежит биологическая целесообразность. Эритроциты — это безъядерные клетки, и они не могут быть инфицированы
Таблица 45. Характеристика полипептидных цепей, входящих в состав молекул МНС I и II классов
Класс МНС
Название цепи
Мол. масса, хЮОО
Число ВК доменов
Число остатков в доменах
Число S-S- связей
Участие в формировании щели
ТМ
ЦИТ
ВК
1
a
44
3
90-90-90
25
30
2
+
I
0(02-М‘)
12
1
100
0
—
II
a
33
2
90-90
25
вар**
1
+
II
Р
29
2
90-90
25
вар
2
+
Примечание. Обозначение доменов: ВК — внеклеточный (данные для отдельных В К доменов разделены дефисами), ТМ — трансмембранный, ЦИТ — цитоплазматический; дано округленное число остатков в доменах.
* Р2"микР°ГЛОбулИН.
” вар — число остатков варьирует в продуктах разных аллелей.
вирусами. Но именно в опознании внутриклеточного инфицирования заключается смысл экспрессии молекул МНС I класса, несущих пептидные фрагменты внутриклеточных молекул (см. ниже). Отсутствие молекул МНС на клетах трофобласта предотвращает опасность отторжения плода, экспрессирующего молекулы МНС отца, чужеродные для матери. Плотность молекул I класса максимальна на поверхности лимфоцитов — примерно 7000 молекул на клетку, или около 1 % ее поверхности. Экспрессия молекул МНС I класса усиливается под влиянием ряда цитокинов, в частности интерферонов.
Молекулы II класса определяются на поверхности так называемых антигенпредставляющих (вспомогательных) клеток — дендритных, активированных макрофагов, В-лимфоцитов, а также активированных эндотелиальных, эпителиальных и тучных клеток, Т-хелперов. Экспрессия молекул МНС усиливается при действии интерферона у и подавляется простагландином Е2. Под влиянием интерферона у возможна экспрессия антигенов МНС II класса на клетках, в обычных условиях их не имеющих, что может служить основой развития иммунопатологии (см. раздел 5.3).
Молекулы МНС I класса представляют собой димер, образованный а- и 0-цепями (табл. 45, рис. 54 на с. 214). Цепь а является продуктом генов МНС HLA А, В или С. Молекула состоит из трех внеклеточных доменов aj, a2 и ад, содержащих по 90 аминокислотных остатков, а также трансмембранной (25 остатков) и цитоплазматической (30 остатков) порций. Полиморфные последовательности сосредоточены в доменах а( и а2 (нумерация от наружных доменов к мембранным). Наиболее высокая изменчивость связана с остатками в положении 68—80, с группами остатков около позиций НО и 135. С доменом аз нековалентно связана 0- цепь, представляющая собой 02-микроглобулин и являющаяся продуктом гена, не связанного с МНС (локализован в хромосоме 15).
Микроглобулин 02 и домен а3 прилегают к мембране. Домен аз и 02- микроглобулин гомологичны доменам иммуноглобулинов (особенно СуЗ 216
Рис. 55. Антигенсвязывающая щель молекул МНС 1 и II классов.
Плоские полосы — петли полипептидных цепей, формирующих 0-слой, который образует дно щелей, спиралевидные структуры — а-спирали, формирующие стенки щелей.
и Су4) и имеют сходную пространственную организацию: два антипарал- лельные 0-слоя, образованные 3 и 4 отрезками полипептидной цепи (свернутой в виде гармони) и скрепленные дисульфидной связью. Над этими глобулами располагаются домены оц и а2, не относящиеся к суперсемейству иммуноглобулинов. N-концевая часть этих доменов формирует 0- слой в виде платформы, на которой располагаются по две а-спирали, сформированные С-концевыми порциями доменов разной длины. Как показали результаты рентгеноструктурного анализа, домены а^ и а2 формируют щель (щель Бьоркмана), стенки которой образованы внутренними поверхностями а-спиральных участков, а дно — 0-слоем (рис. 55). Со стенками щели Бьоркмана связаны практически все гипервариабельные участки молекулы. Эта щель заполняется пептидным фрагментом антигена (см. далее) и является, таким образом, структурной основой презентации антигена. Вариабельность остатков и, следовательно, конфигурации щели определяют разнообразие молекул МНС по их сродству к различным пептидам.
Строение молекул МНС II класса принципиально сходно с таковым молекул I класса, несмотря на большие различия в составе образующих их субъединиц (см. табл. 45 и рис. 54). В состав этих молекул также входят две цепи — а и 0, но в отличие от существенно отличающихся друг от друга а- и 0-цепей молекул I класса, а- и 0-цепи молекул II класса очень сходны между собой. Обе цепи кодируются разными генами, расположенными в участках МНС, соответствующих II региону. Цепи а и 0 представляют собой трансмембранные полипептиды, внеклеточная часть которых организована в два домена по 90 аминокислотных остатков каждый. Гидрофобный трансмембранный домен содержит 30, а цитоплазматический участок — 12—15 остатков. Наружные домены aj и 0| по конфигурации аналогичны доменам aj и а2 молекул МНС I класса. Наиболее существенное различие между доменами at и 0[ состоит в отсутствии внутридоменной дисульфидной связи в aj и ее наличии в 0р
TCR
МНС-Il
Рис. 56. Пространственные взаимодействия распознающего комплекса TCR— CD4 и распознаваемого комплекса МНС—антигенный пептид.
Указаны обозначения греческими буквами полипептидных цепей TCR и МНС, а также названия участков пептида, «щели» молекулы МНС и TCR, вовлекаемых в распознавание.
В этих доменах содержатся полиморфные последовательности, которые участвуют в формировании щели для связывания антигенного пептида (см. рис. 55). Полиморфизм в значительно большей степени характерен для р-, чем для a-цепи. В p-цепи HLA-DQ они соответствуют аминокислотным остаткам в положениях 52—58, 70—77 и 84—90. Структура
Экспрессия комплекса МНС-4 - пептид на мембране
Трансмембранный пузырек
Аппарат Гольджи
Рис. 57. Процессинг и презентация эндогенных антигенов в составе молекулы МНС I класса.Содержащийся в цитоплазме белок подвергается протеолизу в протеасомах. Образующиеся пептиды перемещаются при участии транспортных белков ТАР в эндоплазматический ретикулум. Здесь они встраиваются в молекулы МНС I класса, стабилизируя последние (до этого они стабилизировались калнексином). Затем в составе мембран образовавшиеся комплексы перемещаются в аппарат Гольджи и в составе транспортной везикулы доставляются на поверхность клетки, где эти комплексы доступны для распознавания рецепторами СВ8+-Т-клеток.Рис. 57. Процессинг и презентация эндогенных антигенов в составе молекулы МНС I класса.Содержащийся в цитоплазме белок подвергается протеолизу в протеасомах. Образующиеся пептиды перемещаются при участии транспортных белков ТАР в эндоплазматический ретикулум. Здесь они встраиваются в молекулы МНС I класса, стабилизируя последние (до этого они стабилизировались калнексином). Затем в составе мембран образовавшиеся комплексы перемещаются в аппарат Гольджи и в составе транспортной везикулы доставляются на поверхность клетки, где эти комплексы доступны для распознавания рецепторами СВ8+-Т-клеток.ЦитоплазмаЦитоплазма
Рис. 57. Процессинг и презентация эндогенных антигенов в составе молекулы МНС I класса.
Содержащийся в цитоплазме белок подвергается протеолизу в протеасомах. Образующиеся пептиды перемещаются при участии транспортных белков ТАР в эндоплазматический ретикулум. Здесь они встраиваются в молекулы МНС I класса, стабилизируя последние (до этого они стабилизировались калнексином). Затем в составе мембран образовавшиеся комплексы перемещаются в аппарат Гольджи и в составе транспортной везикулы доставляются на поверхность клетки, где эти комплексы доступны для распознавания рецепторами СВ8+-Т-клеток.
Рис. 57. Процессинг и презентация эндогенных антигенов в составе молекулы МНС I класса.
Содержащийся в цитоплазме белок подвергается протеолизу в протеасомах. Образующиеся пептиды перемещаются при участии транспортных белков ТАР в эндоплазматический ретикулум. Здесь они встраиваются в молекулы МНС I класса, стабилизируя последние (до этого они стабилизировались калнексином). Затем в составе мембран образовавшиеся комплексы перемещаются в аппарат Гольджи и в составе транспортной везикулы доставляются на поверхность клетки, где эти комплексы доступны для распознавания рецепторами СВ8+-Т-клеток.
Цитоплазма
Цитоплазма
Эндоплазматический ретикулум
щели в молекулах II класса в принципе аналогична таковой в молекуле МНС I класса: на р-слоистой поверхности располагаются две а-спирали, служащие стенками щели. Однако если в молекулах I класса щель сформирована разными доменами одной цепи, то в молекулах II класса она образована двумя разными цепями. Структура щелей в молекулах двух типов различается деталями, что обусловливает особенности встраивания в них антигенных пептидов (см. далее). Домены а2 и Р2 прилежат к мембране; они гомологичны доменам иммуноглобулинов и имеют р-слоис- тую структуру.
I а о л и ц a 46. Свойства и особенности встраивания антигенных пептидов в молекулы МНС I и П классов
Показатель
МНС I класса
МНС II класса
Число остатков в пептиде
9-10
12-25
Тип щели
Закрытый
Открытый
Положение пептида
Аркообразное
Прилегающее
Число якорей
2
5-6
Шапероны и связывающие белки
Калнексин
Ii-цепь, калнексин
Примечание. Шаперон — стабилизатор молекулы (см. ниже).
Антигенные пептиды в составе молекул МНС
Структура молекул без антигенного пептида, нековалентно встроенного в щель Бьоркмана, не является завершенной. Только присоединив пептид, эти молекулы становятся стабильными тримерами. Характер встраивания пептида в молекулы МНС I и II классов, как и структура щели в этих молекулах, различны.
Щель в составе молекулы I класса замкнута с обоих концов. По длине щель соответствует в среднем 9 аминокислотным остаткам. Длина встраиваемого пептида составляет, как правило, 9—10 остатков, но в отдельных случаях (для некоторых аллельных вариантов молекул) достигает 13 остатков. Поскольку место для пептида ограничено и оба его конца фиксированы, в случае превышения «допустимой» длины пептид выбухает из щели, образуя арку. Пептид «заякорен» в двух участках, которые соответствуют «карманам» в щели Бьоркмана. Один из них соответствует С-концевому остатку пептида, второй может соответствовать позициям 2, 3, 5 или 7.
Щель для связывания пептида в молекулах МНС II класса открыта с обоих концов. Длина встраивающихся в нее пептидов соответствует 12— 25 остаткам, что явно превышает длину щели. В то же время пептид не может выбухать из щели, поскольку он заякорен не в 2, а в 5 местах вдоль всей щели (позиции 1, 4, 6, 7 и 9 пептида). Поэтому он прилежит к ее дну, но его концы выступают за пределы щели. Особенности связывания пептидов с молекулами МНС I и II классов отражены в табл. 46.
Стерические характеристики взаимодействия комплекса пептид — молекула МНС с TCR Т-лимфоцита аналогичны для комплексов, содержащих молекулы МНС I и II классов. Специфичность взаимодействия определяется как эпитопом (антигенным пептидом), так и гистотопом — частью молекулы МНС, изменяющейся под влиянием комплексирования с этим пептидом. Эпитоп и гистотоп распознаются рецептором TCR как единое целое (рис. 56).
Различия в распознавании комплексов пептидов с молекулами I и II классов касаются вспомогательных молекул Т-клеток, участвующих в этом акте. Молекулы МНС имеют в районе щели Бьоркмана участки 220
(гистотопы) повышенного сродства не только к Т-клеточному рецептору, но и к вспомогательным молекулам CD4 и 8. CD4 связывается с доменом р2 продуктов МНС II класса, а a-цепь CD8 — с доменом а3 молекул I класса. Эти особенности сродства продуктов МНС I и II классов в отношении вспомогательных молекул, характерных для различных субпопуляций Т-клеток, обусловливают участие молекул CD4 и 8 в представлении антигенных пептидов Т-клеткам соответствующих субпопуляций.
Процессинг и презентация антигенов Т-клеткам
Комплексирование антигенных пептидов с молекулами МНС I класса
Следствием вышесказанного является известный факт, что СО8+-лимфо- циты-киллеры распознают антигенные пептиды, связанные с молекулами МНС I класса. Поскольку они присутствуют практически на всех клетках организма, любая клетка, несущая молекулы МНС I класса с антигенным пептидом, в принципе может активировать клон СВ8+-Т-киллеров. Известно, что «назначением» Т-киллеров является удаление мутантных, трансформированных, инфицированных вирусом клеток, т.е. клеток, экспрессирующих чужеродные или измененные антигены. Молекулы МНС I класса не различают аутологичные и чужеродные пептиды. Из этого следует, что в клетках могут формироваться комплексы молекул МНС I класса с фрагментами любых эндогенных белков и только в случае появления среди них чужеродного или измененного белка это приведет к активации киллеров. Как выяснилось, так оно и есть на самом деле. После того как был разработан метод кислой элюции пептидов из щели молекул МНС, было установлено, что из 10 000 различных пептидов, экстрагированных из молекул МНС I класса двух разных типов клеток, 90 % пептидов были для них общими. Причем особенно много пептидов происходило из сигнальных участков белков и из самих молекул МНС. Очевидно, на долю чужеродных пептидов приходится исчезающе малая доля пептидных фрагментов, встраиваемых в молекулы I класса. Но именно на распознавании этих пептидов основывается работа клеточного звена иммунной защиты. Зачем на поверхность клеток выносятся аутологичные пептиды, встроенные в молекулы МНС I класса, неизвестно.
Комплексированию эндогенных пептидов с молекулами МНС I класса способствуют особенности биосинтеза этих молекул (рис. 57). Для них характерна необычайно высокая скорость синтеза (мембранные молекулы после их удаления с помощью протеолиза замещаются за 6 ч). Кроме того, a-цепи молекул МНС многократно используются: мембранные молекулы подвергаются эндоцитозу, от них отщепляется р-цепь, тогда как а-цепь остается встроенной в мембрану и к ней в эндоплазматическом ретикулуме подсоединяются p-цепь и новый пептид. Известно, что в отсутствие антигенного пептида, представляющего собой как бы третью цепь молекул МНС, молекулы нестабильны. Поэтому до подсоединения p-цепи и пептида молекула стабилизируется шапероном («сопроводителем»), Функцию шаперона молекул МНС I класса выполняет
Аппарат ГольджиАппарат ГольджиМНС-11 - пептид на мембранеМНС-11 - пептид на мембранеЭндоплазматический ретикулумЭндоплазматический ретикулумMIIC- везикулыMIIC- везикулыРис. 58. Процессинг и презентация экзогенных антигенов в составе молекулы МНС II класса.Молекулы антигена поступают из внеклеточной среды в клетку в результате эн- доцитоза. Перемещаясь в глубь клетки в составе ранней и поздней эндосом, они постепенно деградируют. Затем они сливаются с везикулой, содержащей «пус- тые> молекулы МНС II класса, которые до связывания с антигенным пептидом стабилизированы Ii-цепью. Расщепляемая li-цепь замещается пептидным фрагментом антигена. Сформированный таким образом комплекс доставляется на поверхность клетки, где распознается рецепторами СП4-Т-клеток.Рис. 58. Процессинг и презентация экзогенных антигенов в составе молекулы МНС II класса.Молекулы антигена поступают из внеклеточной среды в клетку в результате эн- доцитоза. Перемещаясь в глубь клетки в составе ранней и поздней эндосом, они постепенно деградируют. Затем они сливаются с везикулой, содержащей «пус- тые> молекулы МНС II класса, которые до связывания с антигенным пептидом стабилизированы Ii-цепью. Расщепляемая li-цепь замещается пептидным фрагментом антигена. Сформированный таким образом комплекс доставляется на поверхность клетки, где распознается рецепторами СП4-Т-клеток.
Аппарат Гольджи
Аппарат Гольджи
МНС-11 - пептид на мембране
МНС-11 - пептид на мембране
Эндоплазматический ретикулум
Эндоплазматический ретикулум
MIIC- везикулы
MIIC- везикулы
Рис. 58. Процессинг и презентация экзогенных антигенов в составе молекулы МНС II класса.
Молекулы антигена поступают из внеклеточной среды в клетку в результате эн- доцитоза. Перемещаясь в глубь клетки в составе ранней и поздней эндосом, они постепенно деградируют. Затем они сливаются с везикулой, содержащей «пус- тые> молекулы МНС II класса, которые до связывания с антигенным пептидом стабилизированы Ii-цепью. Расщепляемая li-цепь замещается пептидным фрагментом антигена. Сформированный таким образом комплекс доставляется на поверхность клетки, где распознается рецепторами СП4-Т-клеток.
Рис. 58. Процессинг и презентация экзогенных антигенов в составе молекулы МНС II класса.
Молекулы антигена поступают из внеклеточной среды в клетку в результате эн- доцитоза. Перемещаясь в глубь клетки в составе ранней и поздней эндосом, они постепенно деградируют. Затем они сливаются с везикулой, содержащей «пус- тые> молекулы МНС II класса, которые до связывания с антигенным пептидом стабилизированы Ii-цепью. Расщепляемая li-цепь замещается пептидным фрагментом антигена. Сформированный таким образом комплекс доставляется на поверхность клетки, где распознается рецепторами СП4-Т-клеток.
калнексин. Транспорт эндогенных пептидов из гиалоплазмы, где они образуются в результате протеолиза эндогенных белков, в полость эндоплазматического ретикулума осуществляется с помощью протеасом, построенных из продуктов генов МНС II класса LMP2 и 7, и транспортной системы, образуемой продуктами генов ТАР1 и 2, соседствующих на хромосоме с генами LMP. TAP-зависимый транспорт осуществляется при участии АТФ.
Пептид, перенесенный в просвет эндоплазматического ретикулума, встраивается в щель Бьоркмана, образуемую a-цепью МНС I класса. Сродство пептида к щели обычно невысоко: константа связывания составляет примерно 10-5 М. Вскоре после пептида к комплексу подсоеди-
няется р2-микроглобулин. После этого шаперон (калнексин) отделяется от молекулы. Пока не установлено, в какой степени молекулы транспортных систем ограничивают поступление пептидов в эндоплазматический ретикулум и насколько велика специфичность молекул МНС в отношении различных вариантов пептидов.
Из эндоплазматического ретикулума молекула попадает в комплекс Гольджи, а затем в образующиеся из него «конститутивные секреторные везикулы». При их опорожнении (экзоцитозе) мембрана везикулы вместе с молекулами HLA, содержащими пептиды, оказывается частью наружной клеточной мембраны. Таким образом, формирование комплекса антигенного пептида с молекулой МНС I класса является частью непрерывно протекающего процесса связывания пептидных фрагментов эндогенных белков с молекулами МНС I класса, биологический смысл которого неясен.
Комплексирование антигенных пептидов с молекулами МНС II класса
Роль антигенпредставляющих клеток в активации Т-хелперов. Ситуация при подготовке антигена для представления СП4+-Т-хелперам существенно иная, хотя при этом достигаются сходные конечные результаты. Из данных о сродстве молекул МНС разных классов к различным вспомогательным молекулам следует, что антигенный пептид должен презентироваться СН4+-клеткам в комплексе с продуктами генов МНС II класса, что и имеет место на самом деле. Но эти продукты экспрессируются лишь немногими типами клеток, которые выполняют функции вспомогательных, антигенпредставляющих клеток (АПК). Это дендритные клетки, В-лимфоциты, активированные макрофаги и только в особых случаях — некоторые другие разновидности клеток, например эндотелиальные или эпидермальные.
Еще в 60-е годы было показано, что после удаления прилипающих клеток из суспензии спленоцитов оставшиеся клетки (в основном лимфоциты) утрачивают способность к антителообразованию in vitro. Зависимость от радиорезистентных прилипающих клеток была показана также для Т-клеточного ответа в смешанной культуре лимфоцитов. Наиболее детально вспомогательная активность изучена на макрофагах. Было установлено, что ее основой являются обработка и представление Т-хелперам антигена (точнее, антигенных пептидов). Антигенпредстав- ляющая активность обнаружена также у клеток В-лимфом, активированных В-лимфоцитов, а также у дендритных клеток. Установлено, что у последних она в 100 раз выше, чем у макрофагов.
Другое направление исследований феномена презентации антигена Т-клеткам связано с изучением генетической рестрикции (т.е. ограничения) иммунного ответа. Суть феномена рестрикции состоит в том, что клетка, представляющая антиген, и реагирующие Т-лимфоциты должны быть сингенны. Этот факт привел к пониманию природы Т-клеточного распознавания как распознавания не чужого, а измененного «своего», т.е. собственных продуктов МНС, модифицированных антигенным пепти-
дом (R.M.Zinkernagel, P.C.Dogherty). В соответствии с этой концепцией Т-клетка распознает искажения структуры МНС, а не антиген, который вызывает эти изменения. В настоящее время признана точка зрения, согласно которой распознаются и антигенный пептид, и изменения структуры МНС. Это, в частности, выражается в том, что TCR, формирующийся в процессе перестройки генов рецептора, специфичен не к изолированному пептиду, а к пептиду, представляемому конкретной молекулой МНС. Пока не вполне ясно, способны ли Т-клетки распознавать аллогенные продукты генов МНС как таковые или эти продукты также должны быть расщеплены и презентированы в составе собственных молекул МНС II класса, т.е. отличаются ли каким-либо своеобразием реакции на аллоантигены при формировании трансплантационного иммунитета или он реализуется по общему правилу. В настоящее время более вероятным представляется последний вариант, хотя он и противоречит первоначальным представлениям.
Феноменологически описанные процессы выглядят следующим образом. После поступления в среду антигенных субстанций они поглощаются (по механизму эндоцитоза) АПК. Начальная фаза этого процесса — адсорбция белков на поверхности клеток — может осуществляться при низкой температуре и не требует затрат энергии. Сорбцию связывают с присутствующим на поверхности АПК маннозосодержащим белком. В течение часа антиген уже в значительной степени перерабатывается внутри клетки, и его фрагмент экспрессируется на поверхности в составе молекулы МНС II класса. Хотя для полного завершения этого процесса требуется несколько часов (до 10—20), уже через 60 мин после контакта макрофага с антигеном фиксация макрофагов не предотвращает презентации антигенного пептида Т-лимфоциту (тогда как фиксация через 5 мин полностью ее отменяет). Первоначально основная роль в обработке антигена отводилась фагоцитозу. Позже было установлено, что формирование пептидов, образующих комплекс с молекулами класса II, не связано с пребыванием их в фаголизосомах, в которых происходит расщепление белков до более мелких фрагментов. О том, что это так, свидетельствует высокая презентирующая способность дендритных клеток и В-лимфоцитов, которые не способны к фагоцитозу.
Встраивание пептидов в молекулы. В настоящее время процесс формирования тримерного комплекса МНС II класса представляется следующим образом (рис. 58). В эндоплазматическом ретикулуме синтезируются а- и p-цепи молекул II класса, которые встраиваются в мембрану, и образующийся ap-димер стабилизируется с помощью не только шаперона калнексина, но и цепи П (инвариантной) с молекулярной массой 31 000—41 000. Взаимодействие Ii-цепь с «пустой» молекулой II класса осуществляется с участием антигенсвязывающей щели, сродством к которой обладает фрагмент Ii-цепи, обозначаемый СЫР (от англ. Class II associated invariant chain peptide). Этот участок, содержащий 25 аминокислотных остатков, служит как бы универсальным суррогатом пептидов, которые встраиваются в молекулы МНС II класса. Как и другие мембранные белки, образующийся комплекс выносится на поверхность клетки, но затем может возвратиться в цитоплазму в результате эндоцитоза 224
Рис. 59. Распознавание Т- хелперами суперантигена.Тх — Т-хелпер; АПК — анти- генпредставляющая клетка; САГ — суперантиген.Рис. 59. Распознавание Т- хелперами суперантигена.Тх — Т-хелпер; АПК — анти- генпредставляющая клетка; САГ — суперантиген.теперь уже в составе мембран ранних эндосом. При этом в просвете эндосом могут оказаться внеклеточные белки. Возможен и другой вариант: везикулы, которые содержат «пустые» (т.е. не содержащие антигенного пептида) молекулы МНС (HLA), сливаются с «ранними» эндосомами, содержащими экзогенные белки. При условии сродства определенных пептидных участков этих белков к антигенсвязывающей щели молекулы МНС происходит встраивание этого участка в щель с одновременным отделением Ii-цепи от образовавшегося комплекса. Важную роль в этом процессе играют цепи DM, детерминируемые генами МНС II класса и обладающие сродством к СЫР. В отсутствие DM формируются молекулы II класса, бдльшая часть которых оказывается заполненной молекулами СЫР. В условиях закисления внутренней среды эндосом активируются протеиназы, которые «отстригают» участки белков, не уместившиеся в щель. В составе мембран этих гранул сформировавшиеся гримерные комплексы молекул II класса и экзогенных пептидов выносятся на поверхность клеток.
Рис. 59. Распознавание Т- хелперами суперантигена.
Тх — Т-хелпер; АПК — анти- генпредставляющая клетка; САГ — суперантиген.
Рис. 59. Распознавание Т- хелперами суперантигена.
Тх — Т-хелпер; АПК — анти- генпредставляющая клетка; САГ — суперантиген.
С точки зрения иммунологии, значимость взаимодействия молекул II класса с пептидами состоит в формировании их комплексов с фрагментами экзогенных внеклеточных белков. Однако среди пептидов, элюируемых из молекул II класса, на долю экзогенных (не обязательно чужеродных) пептидов обычно приходится менее 10 %, а преобладающими являются пептидные фрагменты различных продуктов генов МНС. Но даже если в окружении АПК окажется чужеродный антиген, его пептидные фрагменты обычно содержатся в составе не более 100 из примерно 100 000 мембранных молекул МНС II класса. Для усиления эффекта распознавания выработался механизм многократного взаимодействия с одной и той же молекулой МНС разных молекул TCR Т-хелпера. Однако сродство TCR к комплексам МНС — пептид очень невелико: константа ассоциации не превышает 10“7. Правда, это взаимодействие довольно продолжительно (ti^ составляет около 30 с). Столь слабое взаимодействие едва ли может генерировать биологически значимый сигнал.
В связи с этим выработался механизм усиления указанного сигнала, связанный с участием в нем вспомогательной молекулы CD4 (сказанное относится и к распознаванию пептидов в составе молекул МНС I класса). CD4 обладает сродством к молекулам МНС II класса и взаимодействует
Рис. 60. Распределение эпитопов, распознаваемых В- и Т-клетками вдоль поли- пептидных цепей белков оболочки ВИЧ-I gp!2O и gp41.
С — сигнальная последовательность белка gpl60, из которого формируются белки gpl20 и gp41. Функционально важные участки gpl20: 1 — последовательность 105—117, ответственная за взаимодействие с белком gp41; 2 — 254—274 — участок, необходимый для проникновения ВИЧ-1 в клетку; 3 — 303—337 — петля V3, содержащая доминантный эпитоп и закрепленная дисульфидной связью; 4 — 420—463 — участок, ответственный за связывание с CD4. Функционально важные участки gp41; 5 — 518—527 — домен слияния мембраны вируса с мембраной клетки-мишени; 6 — 579—601 — участок, ответственный за взаимодействие с gpl20, источник супрессорных влияний на Т-клетку; ТМ — трансмембранный участок; ВЫ — внутривирусный участок молекулы gp41 (с. 229).
с их доменом £2- Это способствует стабилизации связывания и служит источником сигнализации в Т-клетку (через тирозинкиназу р561ск, связанную с CD4). В период взаимодействия лимфоцита с АПК CD4 становится частью рецепторного комплекса и перемещается на мембране вместе с ним. Благодаря участию вспомогательных молекул интенсивность сигнала, воспринимаемого TCR, повышается примерно в 100 раз.
Распознавание комплекса антиген — молекулы МНС II класса Т- клеточным рецептором и вспомогательными молекулами служит фактором отбора клеток для последующей активации. Достаточно прочное связывание взаимодействующих клеток и эффективная сигнализация становятся возможными благодаря установлению многочисленных дополнительных контактов между адгезивными молекулами, не только делающих контакт прочнее, но и служащих источником дополнительной сигнализации, которая необходима для активации лимфоцитов (см. раздел 3.4.1). При таком взаимодействии активационный сигнал поступает как в Т-лимфоцит, так и в АПК, поскольку при этом активируются киназы АПК, связанные с молекулой МНС II класса. Эти ферменты катализируют фосфорилирование цитоплазматических участков АПК.
Суперантигены. Особая разновидность взаимодействия чужеродной субстанции с АПК и Т-лимфоцитами была описана при изучении суперантигенов. К этой группе относится ряд микробных токсинов и других компонентов бактерий и вирусов, некоторые эндогенное субстанции (например, продукты генов Mis и Mtv, имеющих вирусное происхождение) и др. Суперантигены также презентируются Т-клеткам макрофагами и другими клетками, несущими молекулы МНС II класса. Однако эти белки не подвергаются процессингу в форме частичного расщепления и действуют как целая молекула. Они связываются с молекулами МНС II, но не I класса, причем не со щелью Бьоркмана, а с «боковой» стороной этой молекулы (рис. 59). Точно так же на поверхности Т-клетки они рас-
познают не антигенспецифический участок вариабельных доменов TCR, а так называемый 4-й гипервариабельный участок позиции 65—85 V-домена p-цепи, содержащий маркерные последовательности Vp-субсемейств. Например, стафилококковый экзотоксин SEB связывается с «1 -доменом молекулы МНС II класса презентирующей клетки и с ргдо- меном молекул TCR, которые относятся к семействам Vp7 и Vp8. Поэтому реакция Т-лимфоцитов на суперантигены не клоноспецифична, как реакция на обычные антигены, а в нее вовлекаются многочисленные клоны определенных Vp-субсемейств Т-хелперов. Поскольку количество активируемых клеток может достигать 20—30 % от общей численности Т- димфоцитов, происходит гиперпродукция цитокинов и проявляются другие признаки активации Т-лимфоцитов, а затем их апоптоз. Это вносит евой вклад в формирование неспецифических синдромов инфекционных заболеваний и других патологических процессов.
. В настоящее время сведения о распознавании антигенов Т-клетками ограничиваются данными, полученными для пептидных антигенов. Лишь д последнее время появились свидетельства того, что Т-клетки могут распознавать небелковые антигены. В частности они распознают липиды микробного происхождения, которые презентируются на молекулах CD1.
Особенности антигенов, распознаваемых Т-клетками
^Из данных о молекулярных основах распознавания антигенов Т-лимфоцитами следует, что интерпретация понятий чужеродности и иммуногенности антигенов при ответе Т-лимфоцитов должна быть иной, чем при индукции гуморального ответа. Так, вместо чужеродности необходимы комплексирование с собственными молекулами МНС, т.е. формирование ^измененного своего». Как было рассмотрено в разделе 3.2.1, при индукции гуморального иммунного ответа иммуногенность антигенов тем выше, чем сильнее они отличаются от собственных молекул организма (т.е. чем они чужероднее). В случае Т-клеточного иммунного ответа, наоборот, необходимо, чтобы антигенный (чужеродный) пептид был обязательно связан с аутологичной молекулой МНС, причем основой такой особенности распознавания антигена Т-клетками является положительная селекция клонов тимоцитов, т.е. отбор и поддцержка клонов Т-клеток, способность распознавать аутологичные молекулы МНС (см. раздел 1.1.1).
Иммуногенность антигенов в отношении Т-клеточного ответа сводится к возможности их обработки АПК и связывания с молекулами МНС (т.е. к способности подвергнуться эффективному процессингу и презентации), поскольку свободные нерасщепленные растворимые макромолекулы не могут индуцировать реакцию Т-клеток. И в этом случае может наблюдаться ситуация, противоположная той, какая отмечается при гуморальном ответе. Например, в отличие от цельной молекулы белка, которая не может быть воспринята Т-лимфоцитом без процессинга вспомогательными клетками, пептидные фрагменты того же белка в некоторых ситуациях могут индуцировать ответ Т-клеток (они как бы уже подверглись процессингу).
Естественно ожидать, что и требования к специфичности антигенов при Т-клеточном ответе иные, чем при индукции гуморального ответа и взаимодействии антигенов с антителами. В то же время не следует забывать, что в развитии гуморального иммунного ответа участвуют Т-хелперы и особенности распознавания ими антигена накладывают отпечаток на требования к антигенам, индуцирующим гуморальный иммунный ответ, в частности на их иммуногенность.
Специфичность распознавания антигенов Т-клетками определяется свойствами антигенных пептидов, комплексирующихся с молекулами МНС. Размер пептидов, связывающихся с молекулами МНС II класса, составляет 12—25 аминокислотных остатков, а связывающихся с молекулами I класса несколько меньше (9—10). Он определяется, с одной стороны, вместимостью антигенсвязывающей щели молекулы МНС, с другой — величиной пептидов, образующихся при процессинге эндогенных и экзогенных антигенов в АПК. Именно такой размер пептида требуется для формирования а-спирали, важность которой для Т-клеточ- ного распознавания доказана. Другая особенность пептида, необходимая для его взаимодействия со стенками щели в молекуле МНС, — амфипа- тичность, т.е. определенная периодичность гидрофобных и гидрофильных остатков. Теоретическая оценка способности формировать а-спи- раль, циклической амфипатичности и характерного для Т-эпитопов чередования остатков используют в качестве основы для теоретического предсказания локализации Т-эпитопов в белковой цепи. Ввиду того что Т-эпитопы являются довольно короткими фрагментами белковой молекулы, все они линейные (секвенциальные), но не конформационные. Совершенно необязательна локализация эпитопа на поверхности белковой глобулы (что существенно для серологического распознавания). Лишь небольшая часть линейной последовательности белковой цепи формирует эпитопы, которые распознаются Т-клетками. Число эпитопов, распознаваемых Т-клетками в составе белковой молекулы, меньше, чем число детерминант, распознаваемых антителами.
Это обусловлено большей выраженностью при Т-клеточном распознавании явления иммунодоминантности, проявляющегося в том, что один или небольшое число эпитопов обусловливает «спектр» специфичности Т-клеток, реагирующих на данный антиген, за счет наибольшего сродства иммунодоминантного эпитопа к молекуле МНС. Таким образом, иммунодоминантность в конечном счете зависит от взаимодействия агре- топа (участка пептида) с дезетопами (участком молекулы МНС). Как известно, с одной и той же молекулой МНС могут взаимодействовать разные пептиды, однако последние отличаются по сродству к этой молекуле (оно колеблется от 10~3 до 10-7 М). Отражением полиморфизма молекул МНС является различие в спектре Т-клеточных антигенов и иммунодоминантности Т-эпитопов различных антигенов. В основном через этот механизм реализуется It-1 -генный контроль интенсивности иммунного ответа на антигены. Поскольку Т-хелперы участвуют и в клеточном, и в тимусзави- симом гуморальном ответе, обе эти формы иммунного ответа оказываются подверженными контролю со стороны генов It-1, тогда как Т-независи- мый ответ свободен от этого контроля. Однако в формировании иммуно-
доминантности определенную роль может играть снижение одними эпитопами индуцирующей способности других (пример такого ингибирования на уровне Т-клеточных эпитопов — молекула лизоцима, см. рис. 51).
Иммунодоминантными при Т-клеточном и В-клеточном распознавании могут быть разные эпитопы. Так, антитела реагируют преимущественно с N-концевой детерминантой глюкагона, а Т-клетки в большей степени с его С-концевой детерминантой. Подобные различия описаны для молекул миоглобулина, гемагглютинина вируса гриппа и других белков. На рис. 60 соотношение В- и Т-клеточных эпитопов проиллюстрировано на примере белка gpl20 оболочки вируса СПИД. В Т-клеточных 3>питопах сильнее, чем в серологически выявляемых детерминантах, выражена доминантность конкретных остатков в составе эпитопа: специфичность Т-эпитопов определяется 1—2 остатками.
Как отмечалось выше, взаимодействие агретопа и дезетопа влияет на конфигурацию гистотопа — части молекулы МНС, взаимодействующей с рецептором Т-клетки (TCR), т.е. обусловливает формирование «измененного своего» (см. рис. 56). Однако объектом распознавания является комплексная детерминанта, включающая собственно пептидный эпитоп и измененный гистотоп молекулы HLA. По специфичности эта детерминанта отличается от эпитопов, определяемых с помощью антител.
Анализ перекрестной реактивности свидетельствует о более тонком серологическом (т.е. осуществляемом антителами) распознавании детерминант по сравнению с Т-клеточным распознаванием. Это справедливо, Например, в отношении распознавания эритроцитов разного видового происхождения. При взаимодействии с синтетическими разветвленными полипептидами Т-клетки проявляют перекрестную реактивность по отношению к полипептидам, имеющим одинаковую основную цепь, но не к полипептидам с одинаковыми боковыми цепями, тогда как в случае антител отмечается оба типа перекрестной реактивности.
Как уже говорилось, до сих пор не отвергнуто, хотя и поставлено под сомнение, представление о том, что наряду с распознаванием аутологичных молекул МНС, комплексированных с чужеродным пептидом, Т- клетки способны распознавать аллогенные молекулы МНС «напрямую», и при этом одна и та же детерминанта совмещает функции эпитопа и гистотопа. Антигенными для Т-клеток являются также аутологичные молекулы (продукты МНС или другие белки), модифицированные гаптенами. Модификация аутологичных белков лежит в основе индукции Т-клеточной реакции контактной гиперчувствительности.
Т-лимфоциты распознают не свободный антиген, а его фрагменты, встроенные в аутологичные молекулы главного комплекса гистосовместимости (МНС). Таким образом, Т-клетки распознают «измененное свое». Молекулы МНС являются продуктами высокополиморфных генов. У человека эти гены образуют комплекс HLA, различия по которому обусловливают несовместимость тканей. Имеются продукты генов МНС I и II классов. Оба типа молекул встроены в мембрану клеток. Молекулы I класса несут все ядросо-
держащие клетки, они связывают фрагменты внутриклеточных белков; молекулы II класса несут только антигенпредставляющие клетки, они связывают фрагменты внеклеточных белков, которые попадают в клетку в результате эндоцитоза. Комплексы пептидов с молекулами МНС II класса распознаются TCR Т-хелперов при участии корецептора CD4, а комплексы пептидов с молекулами МНС I класса распознаются TCR Т-киллеров при участии коре- цепторов CD8. В результате хелперная и киллерная функции Т- клеток основывается на распознавании разных молекулярных комплексов.
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ МЕЖКЛЕТОЧНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ В ИММУННОЙ СИСТЕМЕ
В предыдущих разделах этой главы рассмотрены антигены и молекулы, специфически их распознающие, — иммуноглобулины/антитела и Т-кле- точные рецепторы. Однако, чтобы это распознавание было действенным и привело к развитию иммунного ответа, необходимы некоторые «вспомогательные» события, как правило, сводящиеся к обмену сигналами между клетками иммунной системы. Эти межклеточные взаимодействия основаны на взаимном специфическом распознавании макромолекул, которое принципиально отличается от распознавания типа антиген — антитело отсутствием клоноспецифичности, но обусловлено связыванием пар молекул, обладающих сродством друг к другу. Взаимодействия этих молекул способствуют передаче основного иммунологически значимого сигнала, вызванного действием антигена на клетки, и служит источником вспомогательных стимулов. Это в конечном итоге приводит к активации клеток, реагирующих на антиген. Усиление сигнала, поступающего через TCR, было рассмотрено в главе 2 на примере действия вспомогательных молекул CD4 и 8. В этой главе далее речь пойдет о взаимодействиях, прямо не связанных с распознаванием антигена, а лишь сопутствующих ему. Сигнал, генерируемый при этих взаимодействиях, самостоятелен, хотя и взаимодействует с сигналом, поступающим от TCR или BCR, усиливая его.
Подобные вспомогательные молекулярные взаимодействия осуществляются двумя путями: с помощью прямых контактов клеточных поверхностей и через гуморальные медиаторы (цитокины), выделяемые одними клетками и воспринимаемые другими с помощью специфических рецепторов.
Контактные взаимодействия клеток иммунной системы
Межклеточные контактные взаимодействия при иммунном ответе можно объединить в три группы:
взаимодействия, связанные с презентацией антигена. В них участвуют вспомогательные клетки (дендритные, макрофаги, В-лимфо- циты) и Т-хелперы;
кооперация лимфоцитов, т.е. взаимодействие Т-хелперов с В-лим- фоцитами и предшественниками Т-киллеров;
взаимодействие киллеров с клетками-мишенями в процессе их распознавания и разрушения.
Во всех случаях основой для контакта клеток служит распознавание антигенного эпитопа рецепторами лимфоцитов. В случае взаимодействия АПК и Т-хелперов — это распознавание комплекса молекула МНС II класса — пептид Т-клеточным рецептором (TCR — CD3) в кооперации с молекулой CD4. При взаимодействии Т-хелперов с В-клеткой указанный тип распознавания также имеет место, поскольку В-лимфоцит является АПК. В этом случае такое распознавание обозначают как когнатное (т.е. распознавательное) взаимодействие. Однако специфичность ответа В-лимфоцитов обусловлена связыванием свободного антигена с иммуноглобулиновым компонентом BCR.
Связывание эпитопа с рецептором обеспечивает адгезию клеток, недостаточно сильную, чтобы генерировать эффективный сигнал, необходимый для активации лимфоцитов. Усиление адгезии и формирования полного сигнала, подаваемого в клетку, достигается с помощью взаимодействия ряда вспомогательных адгезивных молекул. На рис. 61 и 62 показаны взаимодействия мембранных молекул поверхности АПК и других клеток с Т-хелперами, некоторые характеристики которых представлены в табл. 47. В-лимфоциты выступают в роли одновременно доноров и акцепторов активационных сигналов, т.е. как АПК и как предшественники антителообразующих клеток. Двунаправленность сигналов вообще характерна для межклеточных взаимодействий. При этом всегда достигается двойная цепь активации обеих взаимодействующих клеток; при этом могут включаться самостоятельные цепи событий, направленные на осуществление иммунной защиты.
Взаимодействие CD28/CTLA4 и В7.1/В7.2. Альтернативная активация Т-лимфоцитов. Основную роль в осуществлении костимуляции отводят взаимодействию корецептора CD28 Т-клетки с молекулами CD80 (В7-1) и CD86 (В7-2) антигенпрезентирующих клеток (АПК). Молекула CD28 присутствует на поверхности всех покоящихся СО4+-клеток и 70 % СО8+-клеток. После активации на Т-клетках появляется другая молекула со сходной структурой — CTLA-4 (CD152). Блокада взаимодействия CD28 и CD80/CD86 в результате отключения гена CD28, введения растворимой формы CTLA-4 или использования в качестве партнера АПК, лишенных антигенов В7, не только ослабляет активацию Т-клеток, но и обусловливает их анергию, т.е. отсутствие ответа на последующую стимуляцию. Однако при этом некоторые формы иммунного ответа могут частично сохраняться, что допускает возможность дополнительных путей костимуляции.
CD28 — трансмембранный гликопротеин — гомодимер с молекулярной массой 44 000, субъединицы которого соединены дисульфидной свя-
Рис. 61. Основные типы межклеточных взаимодействий в иммунной системе.
I — взаимодействие АПК и Т-хелперов при презентации антигена; II — взаимодействие Т-хелперов и В-лимфоцитов при индукции образования антител (Т—В- кооперация); III — взаимодействие цитотоксических Т-лимфоцитов и клеток- мишеней при осуществлении иммунного цитолиза. Приведены лишь основные типы межмолекулярных взаимодействий, отражающие специфическое распознавание, костимулируюшую или апоптогенную сигнализацию и адгезивные взаимодействия, стабилизирующие контакты. Стрелками обозначены основные направления сигнализации.
зью и образуют один внеклеточный домен, гомологичный V-домену иммуноглобулина, и спейсерный участок (структура, свойственная также CD8). Молекулы CD80 и CD86 также сходны между собой. Они относятся к суперсемейству иммуноглобулинов, по своей структуре похожи на молекулу CD2, имеют N-концевой V-подобный и прилежащий к мембра-
Антигенпредставляющая клетка
Рис. 62. Взаимодействия взаимно комплементарных молекул поверхности АПК и Т-лимфоцитов.
Заштрихованы рецепторный комплекс TCR—CD3, корецепторы CD4 и CD8, а Также распознаваемый им комплекс МНС—антигенный пептид (АП); черный цвет — костимулирующие и адгезивные молекулы, светло-серый — внутриклеточные ферменты, связанные с мембранными молекулами (тирозинкиназы, ТК) или являющиеся их частью (тирозинфосфатаза, ТФ). Условно на схеме совмещены признаки двух различных субпопуляций Т-клеток — CD4 и CD8 и в составе одной молекулы МНС — цепи I и II классов.
не С-подобный внеклеточные домены. Эти молекулы экспрессируются на активированных АПК (дендритных клетках, макрофагах, В-лимфоци- тах), a CD86, кроме того, на покоящихся моноцитах.
Во взаимодействие вовлекаются V-домены реагирующих пар моле- кул. CD86 обладает несколько более высоким сродством к CTLA-4, чем CD80. Формирующаяся связь является очень кратковременной (время полужизни около 10 с). В результате взаимодействия CD28 с CD80/CD86 устанавливается связь между аминокислотной последовательностью внутриклеточного участка CD28 YMNM (указана последовательность аминокислот в однобуквенном коде), который предварительно фосфорилируется, и липидной PI 3-киназой, через которую запускается каскад реакций, завершающийся активацией генов цитокинов. Особенно чувствительны к костимуляции через CD28 Т-клетки хелперной (CD4+) субпопуляции. Активация через CD28 в большей степени способствует дифференцировке этих клеток в ТН2-хелперы гуморального ответа, хотя преимущественное включение набора цитокинов, свойственных Thl или Th2, зависит от некоторых деталей взаимодействия. Несмотря на структурное сходство молекул CD28 и CTLA-4, взаимодействие последней с молекулами CD80/CD86 порождает не костимулирующие, а ингибирующие сигналы в Т-клетках.
Таблица 47. Вспомогательные молекулы, связанные с активацией лимфоцитов
Название
Мол. масса, xlOOO
Локализация
Суперсемейство
Лиганды
Функциональные эффекты
Молекулы
, с в я з а
иные с реп
I e п т о ]
> ами для антигена
CD4
59
Тх, сМ
Ig
МНС-П
Участие в рецепции антигена, передаче сигнала (связь с р5б1ск)
CD8
34/32
Тк
Ig, гетеро- или гомодимер
MHC-I
Участие в рецепции антигена, передаче сигнала (связь с р561ск)
CD45
180- 240
Лейкоциты
Варьирующий состав внеклеточной части
?
Регуляция подачи сигнала в лимфоциты; активность тирозинфосфатазы в цитоплазматическом домене
Молек
ул ы.
опосре;
1ующие меж
клеточное взаимодействие
CD28
44
Тх, сТк, аВ
Ig
CD80/ 86
Корецептор предохраняет клетки от анергии и апоптоза
CD152 CTLA-4
аТ
Ig
CD80/ 86
Корецептор
CD80 (В7-1)
60
В, сМ, ДК
Ig
CD28
Источник костимулирую- щего сигнала для Т-клеток
CD86 (В7-2)
80
В, сМ, ДК
Ig
CD28
То же
CD40
50
в, м, ДК
NGF-R
CD154
Рецептор Т—В-кооперации, защита от апоптоза
CD154 (CD40L)
39
аТ
TNF
CD40
Источник контактного сигнала от Т- к В-клетке
Моле!
суды
ал ьт е р1
нативной a
ктивацииикостимуляции
CD2
50
Т, cNK
Ig
CD58
Альтернативная активация
CD5
67
Т, сВ
Sc
CD72
Костимуляция
CD7
40
Т, cNK
Ig
?
CD72
43/39
В
С-лектин
CD5
Т—В-кооперация (?)
CD43
95- 135
Т, Г
Сиало-gp
CD54
Саморегулируемая костимуляция
CD44
SO- 95
т, Г, э
Гиалуронат
Костимуляция
Примечание. Т — Т-клетки, Тх — Т-хелперы, Тк — Т-киллеры, В — В-лимфо- Циты, М — моноциты/макрофаги, Г — гранулоциты, Э — эритроциты, NK — естественные киллеры, ДК — дендритные клетки, с — субпопуляция, gp — гликопротеин; семейства: Ig — иммуноглобулинов, Sc — мусорщиков (от англ, scavanger), NGF-R — рецептора фактора роста нервов, TNF — фактора некроза опухоли, а — активированные клетки.
Стимуляция «наивных» Т-клеток может быть осуществлена in vitro при совместном действии моноклональных антител к CD3 и CD28, что служит моделью костимулирующей функции CD28. Однако и одни антитела к CD28 способны активировать Т-клетки, не затрагивая рецепторного комплекса TCR — CD3. Такой путь активации называют альтернативным (в «противовес» классической активации через TCR — CD3). Впервые он был описан при активации Т-клеток через молекулу CD2. Для реализации этого варианта активации требуются моноклональные антитела к двум разным эпитопам молекулы CD2. Антитела к одному эпитопу Требуются для того, чтобы вызвать перестройку мембранных белков, приводящую к экспрессии другого эпитопа, антитела к которому и вызывают активацию Т-клетки по альтернативному пути. Но в отличие от активации через CD28 в СО2-зависимый ответ вовлекается комплекс TCR — €D3.
По-видимому, CD2-зависимая активация лимфоцитов имеет отношение не к иммунным процессам, а к так называемой спонтанной, или фоновой, активации лимфоцитов. Последняя происходит, возможно, при взаимодействиях с клетками других типов, например в процессе их миграции через эндотелий сосудов, при контакте с клетками стромы и т.д. Этому способствует, в частности, экспрессия лиганда СО2-молекулы LFA-3 (CD58) практически на всех типах клеток организма. Вероятно, Эта форма активации имеет отношение к самоподдержанию популяции Т-лимфоцитов на периферии, роль которой существенно увеличивается £ возрастом. Пока трудно оценить значимость этого явления для функционирования иммунной системы и развития ее патологии.
Взаимодействие CD40 — CD40L (CD154). Вскоре после открытия Межклеточной кооперации при развитии гуморального иммунного ответа стало ясно, что хелперная функция Т-лимфоцитов реализуется двояко — через выделение гуморальных факторов (ими оказались открытые позже Цитокины) и через прямые контактные взаимодействия между Т- и В- клетками. Этот тип взаимодействия был расшифрован совсем недавно. В данном случае происходят взаимодействия, в принципе сходные с рассмотренными выше, но имеющие ряд своеобразных черт. Как и при взаимодействии АПК с Т-хелперами, при Т—В-кооперации имеется двусторонняя направленность сигналов, однако преобладающее направление их в этом случае — от Т- к В-клетке, поскольку при этом именно В-лимфоцит вовлекается в иммунную реакцию, а Т-хелпер способствует этому. В осуществлении такого типа кооперации основная роль принадлежит взаимодействию двух пар молекул: CD40 В-клеток и CD40L (CD 154) Т-клеток, а также уже рассмотренной пары CD80/CD86 (В7-1 и В7-2) В-клеток и CD28 Т-клеток.
Молекула CD40 представляет собой фосфопротеин с молекулярной массой 48 000. Она экспрессируется не только на В-лимфоцитах, но и на клетках эндотелия, макрофагах, дендритных (в основном на фолликулярных) клетках, а также на некоторых других вспомогательных клетках иммунной системы, особенно активированных. Ее лиганд CD 154 экспрессируется на активированных Т-клетках, тучных клетках и базофилах.
По своей структуре молекула CD40 гомологична рецепторам для
фактора некроза опухолей (ФНО), CD30, Fas-рецептору (рецептору сигналов к индукции апоптоза) и ряду других представителей семейства рецепторов фактора роста нервов. Молекула CD40 особенно похожа на рецептор ФНО I типа (р55). Она имеет 4 внеклеточных домена и короткий шарнирный участок, но в отличие от рецептора ФНО I типа в цитоплазматическом участке CD40 отсутствует «домен гибели», определяющий передачу сигнала к апоптозу (см. раздел 3.4.2). CD40L, или CD154 (мол. масса 33 000), также входит в семейство родственных молекул, служащих лигандами молекулам предыдущей группы. В это семейство входят ФНОа, лимфотоксины, фактор роста нервов, Fas-лиганд (индуктор апоптоза) и т.д. Все они имеют один внеклеточный домен, представляющий собой клубок переплетенных p-структур.
Сигнал, передаваемый в В-лимфоцит через молекулу CD40, обусловливает основные события Т—В-взаимодействия. Ранняя реакция на взаимодействие CD40—CD40L заключается в тримеризации CD40, которая осуществляется с участием, цитоплазматического белка CRAF-1 (от англ. CD40 receptor associated factor). Этот белок перекрестно сшивает цитоплазматические участки CD40 (аналогично он действует в отношении рецепторов ФНО и Fas). Благодаря наличию в его составе «цинковых пальцев» он может вступать во взаимодействие с ДНК, а благодаря наличию участка, богатого остатками изолейцина (изолейциновая застежка- молния) — с другими белками. Таким образом, этот белок опосредует передачу сигнала в ядро. Такой сигнал в конечном итоге обеспечивает включение в В-лимфоцитах ряда событий первостепенной важности: переключение классов иммуноглобулинов, индукцию пролиферации и дифференцировки при гуморальном иммунном ответе. Этот сигнал важен также для развития В-клеток памяти, формирования зародышевых центров, защиты В-лимфоцитов от апоптоза. Аналогичный сигнал, генерируемый в макрофагах, эндотелиальных клетках и фибробластах, включает активационные события, важные для осуществления воспалительной реакции.
Последствия отключения взаимодействия CD40—CD40L, как обычно, изучаются на мышах с инактивированными генами CD40 и CD40L. Однако в данном случае имеется и «человеческая модель» — вариант иммунодефицита, называемый гипер-^М-синдромом. При этом заболевании отсутствует или резко снижено образование иммуноглобулинов любых классов, кроме IgM, которые определяются в сыворотке в повышенной концентрации, отсутствуют зародышевые центры, не формируются В-клетки памяти. Вследствие этого гуморальный ответ оказывается сниженным. Кроме того, у таких больных ослаблены все проявления воспалительной реакции и клеточный иммунный ответ. В результате защита от внутриклеточных инфекционных агентов страдает даже в большей степени, чем защита от внеклеточных бактерий (см. раздел 5.1.1).
Вовлекаемые во Т—В-взаимодействие пары молекул CD28 и CD80/CD86 «порождают» сигнал (который рассмотрен выше), направленный в сторону Т-клеток, что служит условием эффективной активации этих клеток с интенсивной выработкой интерлейкинов. Затем уже через эти гуморальные факторы сигнал возвращается к В-лимфоцитам.
Интегрины
Важную, хотя и вспомогательную роль в межклеточных взаимодействиях с участием лимфоцитов играют интегрины. Об этих молекулах уже говорилось в разделах 1.2.4 и 2.1.1 в связи с рециркуляцией лейкоцитов, функциями макрофагов и нейтрофилов, а в табл. 26 была дана характеристика некоторых интегринов и их рецепторов.
Наиболее прямое отношение к межклеточным взаимодействиям в иммунной системе, происходящим с участием лимфоцитов, имеют пары молекул LFA-1 — ICAM-1/2/3 и VLA-4 — VCAM-1, поскольку ₽2- и рг интегрины присутствуют на поверхности лимфоцитов. Однако из их рецепторов только ICAM-1 экспрессируется (под влиянием активации цитокинами — ИЛ-1, ФНОа, интерфероном у) на АПК, включая В-лим- фоциты. ICAM-2 спонтанно экспрессируется на клетках эндотелия, а экспрессия VCAM-1 индуцируется на них под влиянием цитокинов. Экспрессия ICAM-3 индуцируется на поверхности лимфоцитов при их активации и может играть определенную роль при Т—В-взаимодействии. Роль молекул группы ICAM наиболее существенна при миграции лимфоцитов (наряду с другими лейкоцитами) в очаг воспаления. Эти молекулы участвуют в представлении антигена Т-лимфоцитам активированными клетками эндотелия.
При взаимодействии макрофаг — Т-хелпер и В-лимфоцит — Т-хелпер первоначальная слабая адгезия, обусловленная связыванием комплекса TCR—CD3 лимфоцита с комплексом антигенного пептида и молекулы МНС II класса, приводит к реорганизации цитоскелета и генерации сигнала (при участии противотока Са2+ и Mg2+, активации протеинкиназы С и тирозинкиназ) изнутри клетки наружу. Это приводит к «активации» интегрина на поверхности лимфоцита и усилению экспрессии его рецептора. Обусловленную интегрином межмолекулярную связь активация делает более прочной, что важно для стабилизации контактов между клетками. Сигналы, передаваемые через интегрины и их рецепторы, играют вспомогательную роль в активации взаимодействующих клеток.
Цитокины
Гуморальная составляющая межклеточных взаимодействий в иммунной системе опосредуется продуктами взаимодействующих клеток — цитокинами. Это белковые или полипептидные продукты активированных клеток иммунной системы, которые являются медиаторами межклеточных коммуникаций при иммунном ответе, гемопоэзе и развитии воспаления, эффекторами некоторых реакций иммунитета и служат связующим звеном между иммунной и другими системами организма. Значение цитокинов существенно выходит за рамки иммунологии, поскольку они играют важную роль в кроветворении, развитии патологии и т. д. Цитокины традиционно подразделяют на несколько групп: интерлейкины (факторы взаимодействия между лейкоцитами), интерфероны (цитокины с противовирусной активностью), факторы некроза опухолей (цитокины с цито-
Таблица 48. Основные типы клеток — продуцентов цитокинов
Клетки- продуценты
Индукторы цитокинов
Кинетика выработки
Продуцируемые цитокины
Стромальные
Контактные взаи-
В пределах часа
ГМ-, Г-, М-КСФ; ИФНр, ТФРр,
клетки (фибро-
модействия, бакте-
мРНК, через 3—4 ч
бласты, эндотелиальные клетки)
риальные продукты
пик секреции цитокинов
ИЛ-6, 7, 8, 11
Моноциты/
Бактерии и их про-
В пределах часа
ИЛ-1, 6; ФНОа,
макрофаги
дукты, полиэлектролиты, фор- боловые эфиры
мРНК, через 6— 14 ч пик секреции цитокинов
ИЛ-10, 12, 15; ГМ-, Г-, М-КСФ, ТФРр, ИФНа, хемокины
ТЫ
Связывание антиге- на/митогена через TCR—CD3/CD28+ +ИЛ-12
Через 5—8 ч мРНК, через 10—48 ч пик секреции цитокина
ИЛ-2, ИФНу, ФНОа и р, ИЛ-3, ГМ-КСФ, хемокины
Th2
Связывание антигена/митогена + ИЛ-4
Через 5—8 ч мРНК, через 24—48 ч пик секреции цитокина
ИЛ-4, 5,6, 9, 10, 13, 3; ГМ-КСФ, хемокины
Примечание. ИНФ — интерферон, ТФР — трансформирующий фактор роста.
токсической активностью), колониестимулирующие факторы (гемопоэтические цитокины). Границы между группами условны.
По структуре выделяют несколько разновидностей молекул цитокинов. Подавляющее большинство из них в качестве характерного структурного элемента содержит 4 а-спирали и лишь для немногих (ИЛ-1, ФНОр, трансформирующий фактор роста) характерно преобладание р- слоистой структуры.
Можно выделить 3 относительно автономные группы клеток — продуцентов цитокинов. Они характеризуются своим собственным типом ответа на активирующие воздействия и природой активаторов, а также собственным, хотя и значительно перекрывающимся набором продуцируемых ими цитокинов (табл. 48) и теми процессами, реализацию которых они обеспечивают. Это стромальные соединительнотканные клетки, которые вырабатывают цитокины и ответственны преимущественно за гемопоэз, моноциты/макрофаги, которые являются продуцентами цитокинов —• медиаторов воспаления, и лимфоциты, вырабатывающие лим- фокины, которые обеспечивают развитие антигенспецифической составляющей иммунного ответа.
В норме уровень продукции цитокинов стромальными клетками невысок. Стимулами для выработки этих цитокинов в отсутствие повреждающих и патогенных факторов служат, по-видимому, контакты с кроветворными клетками. Бактериальные продукты существенно усиливают выработку указанных цитокинов, причем это происходит не только в кроветворных органах, но и в очагах агрессии, что приводит к формированию экстрамедуллярных очагов кроветворения. В условиях активации
Таблица 49. Типы Т-хелперов и их связь с системой цитокинов
Тип Т-хелперов
Секретируемые цитокины
Ответ на действие цитокинов
ThO
ИЛ-2, слабо - ИЛ-3,4,5,6,10, 13, ИФНу,ФНОа и р, ГМ-КСФ
ИЛ-12 и ИФНу индуцирует развитие в направлении Thl, ИЛ-4 и ТФРр — в направлении Th2
ТЫ
ИФНу, ИЛ-2, ФНОа и р, ИЛ-3, ГМ-КСФ, хемокины
ИЛ-2 — фактор роста, ИЛ-10 — ингибитор
Th2
ИЛ-4,5,6,9,10,13,3; ГМ-КСФ, хемокины
ИЛ-2 и ИЛ-4 — факторы роста, ИФНу и ИЛ-10 — ингибиторы
Примечание. ТФР — тромбоцитарный фактор роста, ИНФ — интерферон.
аналогичную активность проявляют эпителиальные клетки кожи и слизистых оболочек.
Выработка цитокинов (монокинов) клетками миелоидно-моноцитарного происхождения индуцируется главным образом под влиянием бактериальных продуктов. Вызвать ее могут также многие метаболиты, сами цитокины, пептидные факторы, полиэлектролиты, а также контакты с окружающими клетками, процессы адгезии и фагоцитоза. Активация цитокиновых генов происходит в моноцитах и макрофагах в пределах 1 ч, и в ближайшие часы цитокин уже можно обнаружить в среде. Среди выделяемых этими клетками цитокинов преобладают факторы, участвующие в развитии воспаления. Их называют монокинами.
Третью группу клеток — продуцентов цитокинов (лимфокинов) составляют лимфоциты. Практически все разновидности лимфоцитов способны выделять цитокины, однако «профессиональными» продуцентами их являются СD4+-клетки-хелперы. Покоящиеся лимфоциты не продуцируют гуморальных факторов. Активация клеток осуществляется в результате связывания антигенраспознающих рецепторов и корецепторов. Самый ранний из лимфокинов — ИЛ-2 — появляется в цитоплазме Т- клеток через 2 ч после стимуляции; остальные лимфокины вырабатываются значительно позже и в определенной последовательности: ИЛ-4 через 4 ч, ИЛ-10 через 6 ч, ИЛ-9 через 24 ч. Пик выработки различных лимфокинов варьирует: 12 ч для ИЛ-2, 48 ч для ИЛ-4 и 5, 72 ч для ИЛ-9 и ИФНу.
Эта последовательность отражает процессы дифференцировки Т-хелперов (см. раздел 3.5.2). «Наивные» СП4+-клетки в ответ на стимуляцию вырабатывают лишь ИЛ-2, затем, превращаясь в хелперы типа ThO, они начинают продуцировать в малом количестве широкий спектр цитокинов. При дальнейшей (или повторной) стимуляции ThO дифференцируются на субпопуляции Thl и Th2, которые характеризуются различным спектром цитокинов (табл. 49), хотя и не различаются по мембранному фенотипу. Продукция цитокинов этими клетками значительно более высокая, чем в случае лимфоцитов, рассмотренных выше. Thl вырабатывают ИЛ-2, ИФНу, ФНОа и р, Th2 -ИЛ-4, 5, 6, 9, 10 и 13; оба типа клеток вырабатывают ИЛ-3 и ГМ-КСФ. В определенной степени аналогичная
поляризация характерна также для CD8+-клеток, но интенсивность секреции цитокинов этими клетками значительно ниже, чем Т-хелперами.
Цитокины взаимосвязаны и образуют цельную систему взаимодействующих элементов — цитокиновую сеть. Для ее функционирования свойственны некоторые общие черты. Назовем некоторые из них.
Без антигенной стимуляции иммунной системы цитокиновая сеть функционирует на минимальном уровне. В отсутствие стимуляции клетки иммунной системы практически не выделяют цитокины и обычно не реагируют на них при их экзогенном введении. Синтез цитокинов и экспрессия их рецепторов, достаточная для развития ответа на эти факторы, осуществляются при действии на клетки иммунной системы антигенов или иных стимулирующих агентов. Исключение составляют гемопоэтические цитокины, которые функционируют практически постоянно в ограниченных компартментах, а также некоторые цитокины, продуцируемые в малых количествах спонтанно (например, ИЛ-6 и 15 в моноцитах и ИЛ-1 в кератиноцитах). Такая особенность биосинтеза цитокинов связана с характером функционирования их генов. Практически все эти гены являются индуцибельными, т.е. для их активации требуется действие индукторов, в качестве которых выступают транскрипционные факторы, взаимодействующие с усиливающими (энхансерными) последовательностями регуляторного участка гена. Структура промоторных участков, ответственных за индукцию генов различных цитокинов и их рецепторов, различна, хотя и содержит общие элементы. Промотор гена ИЛ-2 содержит последовательности, с которыми взаимодействуют факторы транскрипции, из которых особенно важны NF-АТ, АР-1 и NFkB. Указанные факторы транскрипции в готовом виде в покоящейся клетке не содержатся, они формируются в процессе передачи активационного сигнала.
Индукторами выработки цитокина и экспрессии его рецептора служат одни и те же факторы. Это обусловливает преимущественно локальный характер действия цитокинов. Локальность действия обеспечивается также тем, что экспрессия генов рецепторов продолжается дольше, чем экспрессия генов самих цитокинов. На уровне индивидуальной клетки экспрессия гена ИЛ-2 и выработка ИЛ-2 продолжаются 1 сут, а экспрессия высокоаффинного рецептора — до 3 сут. За этот срок локально секретированный цитокин успевает полностью утилизироваться клетками - мишенями. Кроме того, экспрессия рецептора усиливается под влиянием самого ИЛ-2. В результате местно секретированный цитокин полностью потребляется в том микрообъеме, в котором он проявляет свое действие. В норме в кровотоке присутствуют следовые количества цитокинов, недостаточные для проявления системных эффектов. Помимо указанных выше обстоятельств, это обусловлено чрезвычайно быстрым выведением цитокинов из кровотока через почки (время полужизни Ti^ составляет обычно минуты). Так, в случае ИЛ-1 Ti^ для быстрой составляющей равно 1,9 мин, для медленной — 41,1 мин, в случае ИЛ-2 — соответственно 5—7 и 30—120 мин. Лишь у отдельных цитокинов время полужизни достаточно большое.
Для системы цитокинов характерна избыточность: каждая их разно-
Рис. 63. Взаимные влияния цитокинов на уровне их выработки и секреции клетками-продуцентами.
Стрелки — влияние одного цитокина на выработку другого. Все влияния усиливающие, за исключением двух случаев, помеченных знаком — (подавление секреции ИЛ-1 и ФНОа под действием ИЛ-6).
видность может продуцироваться разными клетками (в связи с этим разделение их на моно- и лимфокины условно). Однако клетки одного и того же типа могут секретировать разные цитокины. Все цитокины поли- функциональны, для них характерно значительное перекрывание функций. Цитокины могут усиливать или угнетать как выработку, так и функции друг друга. Пример взаимовлияний («сеть») воспалительных цитокинов в отношении их выработки представлен на рис. 63. В этой «сети» практически все влияния стимулирующие; лишь ИЛ-б подавляет выработку ИЛ-1 и ФНОа. В результате отсутствие любого из цитокинов, обусловленное мутациями соответствующего гена, не вызывает катастрофических последствий (см. ниже). Воздействие же на любое звено системы (например, с лечебной целью) вызывает реакцию, в которую вовлекается вся система.
Другой пример иллюстрирует взаимосвязи между субпопуляциями ТЫ и Th2 (см. раздел 3.5.2), между которыми существует антагонизм.
ИЛ-1,2,3,4,5,6, 7,8,9,10,12,15, ФНОа.ИФНаДу, ГМ-, ГМ-КСФ
ИЛ-1,2,3,4,5,6,7, 10,11,12,13,14, 16, ФНОа.В, ИФНаД.у, ТФРР
ИЛ-1,2,3,4,5,6, 7,8,9,10,12,15, ФНОа, ГМ-, Г-КСФ, ИФНаДу ТФРР
Рис. 64. Цитокины, действующие на клетки различных типов и продуцируемые ими.
а — Т-хелпер, дифференцирующийся в хелперы ТЫ- и ТЬ2-типов; б — В-клетка; в — цитотоксический Т-лимфоцит; г — NK-клетка.
Моноцит/макрофагМоноцит/макрофагЭндотелиальная клаткаЭндотелиальная клатка
Моноцит/макрофаг
Моноцит/макрофаг
Эндотелиальная клатка
Эндотелиальная клатка
ИЛ-1,2,3.4,7,8, 10,13, ИЛ-1 ра, ФНОа, ИФНу.а, ГМ-, М-КСФ, UF. RANTES, МСР-1,2,3, MAF, ТФРР
ИЛ-1,4,6,в.ФНОа, ИфНу, ГМ-КСФ
ИЛ-1,3,4.6,8,10, 12,13, ФНОа, ИФНа.у, МСР-1, ГМ-, Г-КСФ
ИЛ-3,4.9,10, ФСК, ИФНа
д — моноцит/макрофаг; е — дендритная клетка; ж — эндотелиальная клетка; з — тучная клетка. В прямоугольных рамках, находящихся вне кружков, помещены названия цитокинов, действующих на клетки (направление стрелки в сторону кружка — клетки), а в рамки, находящиеся внутри кружка (клетки), помещены названия цитокинов, секретируемых клеткой (направление стрелки наружу кружка).
Таблица 50. Клетки — продуценты цитокинов
Цитокины
М
Тх
Тх1
Тх2
ЦТЛ
в I
NK
СтрК
ТК
эк
Прочие клетки
И
н т е
р л
5 Й К
ины
ИЛ-1
+
—
—
—
+
+
—
+
ДК, клетки глии, СК
ИЛ-2
—
+
+
—
±
±
+
—
—
—
ИЛ-3
—
+
+
+
+
—
—
—
+
+
А.
ИЛ-4
—
+
—
+
±
—
—
—
+
—
ИЛ-5
—
+
—
+
—
—
—
—
—
—
ИЛ-6
+
+
—
+
—
—
—
+
—
+
ИЛ-7
—
—
—
—
—
—
—
+
—
+
ИЛ-8
+
—
+
ИЛ-9
—
+
—
+
—?
—
—
—
+?
—
ИЛ-10
+
+
—
+
—
—
—
—
—
—
ИЛ-11
—
—
—
—
—
—
+
—
—
—
ИЛ-12
+
—
—
—
+
+
—
—
—
—
ДК
ИЛ-13
—
+
—
+
+
—
—
-
—
—
ИЛ-14
+
ИЛ-15
+
+
+
ДК, миобласты
ИЛ-16
+
+
+
Эозинофилы
ИЛ-17
Ф a
КТО]
) ы н
е к
) о з :
ion
у X 0 л и
ФНОа
+
+
+
+
+
+
—
+
+
+
СК
ЛТа
—
+
+
—
+
—
±
—
—
—
лтр
Гемо]
1 о э
тин
ы и
колониестимулирующие факторы
ФСК
—
—
—
—
—
—
—
+
—
—
гм-к СФ
+
+
+
+
+
—
+
+
+
+
Г-КСФ
+
±
—
—
—
—
—
+
—
+
М-КСФ
+
±
—
—
—
—
—
+
—
+
4 н т
е р ф е р t
) н ы
ИФНа
+
—
—
—
—
±
—
+
—
+
ИФНр
+
—
—
—
—
—
—
+
—
+
ИФНу
—
+
+
—
+
—
+
—
—
—
Примечание. М — моноциты/макрофаги, Тх1 — Т-хелперы 1-го класса, Тх2 — Т-хелперы 2-го класса, ЦТЛ — цитотоксические Т-лимфоциты, NK — естественные киллеры, В — В-лимфоциты, СтрК — стромальные клетки (фибробласты, эндотелий), ТК — тучные клетки, ЭК — эпителиальные клетки, ДК — дендритные клетки, А — астроциты, СК — синовиальные клетки.
Здесь, а также в табл. 51 и 52 незаполненные графы — отсутствие данных.
Таблица 51. Молекулярная и генетическая характеристика цитокинов
Цитокины
Мол.масса, хЮОО
Число остатков
Хромосома*
Число экзонов
И н
терл ейки1
1 ы
ИЛ-1а
17,5
159
2q
7
ИЛ-1р
17,3
153
2q
7
ИЛ-2
15-20
133
4q
4
ИЛ-3
14-30
152
5q
5
ИЛ-4
15-19
153
5q
4
ИЛ-5
2 х 21,5
112x2
5q
4
ИЛ-6
21-28
184
7q
5
ИЛ-7
25
152
8q
ИЛ-8
7,5
72
4q
ИЛ-9
32-39
144
5q
4
ИЛ-10
17-21
178
1
5
ИЛ-11
23
199
19q
5
ИЛ-12
35/40
253/328
3pl2-13,
5q31-33
ИЛ-13
10
132
5q
4
ИЛ-14
468
ИЛ-15
14-15
114
4q
8
ИЛ-16
56(14x4)
15q26
Фактор
ы некроза
опухоли
ФНОа
3 х 17
157x3
6p
ЛТа
20-25
171
6p
лтр
6p
Гемопоэтины и кол
ониестимулирующие
факторы
ГМ-КСФ
22
127
5q
4
Г-КСФ
18-22
133
17q
М-КСФ
45-70
224 х 2
5q
И
нтерферо
I Ы
ИФНа
16-27
150-170
9q
ИФНр
20
161
9q
ИФНу
20-24
146
12q
* Хромосома, в которой локализован ген соответствующего цитокина у человека.
Таблица 52. Клетки-мишени и биологические эффекты цитокинов
Цитокин
Клетки-мишени
Хем
О2
МНС
Адг
Апо
М
Н
э
т
в
NK
Гем
Энд
И
н т е р л
е й
КИН
ы
ИЛ-1
+
+
+
а,п
а,п,л
+
+
+(а)
+
+
+
ИЛ-2
+
а,п,д
п,д
+
+
+
+
ИЛ-3
+
+
+
п,д
+
+
+
+
II
+
ИЛ-4
+
+
+
а.п.д
а,п,д,и
+
+
+
+
+
II
+
ИЛ-5
+
+
а,п,д
+
I
+
ИЛ-6
+
а,п,д
пд
+
+
+
ИЛ-7
+
а,п,д
п,д
+?
+
ИЛ-8
+
+
+
+
+
I
+
ИЛ-9
п
ИЛ-10
+
п
Д
+
+
+
II
ИЛ-11
+
+
+
ИЛ-12
П,д
с
+
+
ИЛ-13
+
а,пд,и
+
+
II
+
ИЛ-14
4-
ИЛ-15
+
ИЛ-16
а,п
+
+
Фак
тор
ы н е I
с р о
з а с
п у >
С о л
и
ФНОа
+
+
+
п
а,п,д
+
+
+
+
+
I
+
+
ЛТа
п,д
+
+
I
+
Гем он
О э
г и н
ы и
кол
о н и е
С Т 1
1 м у
лир
у ю щ и е ф а х
т о р ы
ФСК
+
ГМ-КСФ
+
+
+
п
+
+
+
4-
Г-КСФ
+
+
+
+
+
М-КСФ
+
+
+
+
и
1 н т е р
фе]
) о н
ы
ИФНа
+
+
п
п,д
+
+
I
ИФНр
+
+
+
п
+
I
ИФНу
+
+
п,д
а,п,д,и
+
+
+
+
и/1
+
Примечание. М — моноциты/макрофаги, Г — гранулоциты, Э — эозинофилы, Т — Т-лимфоциты, В — В-лимфоциты, ЕК — естественные киллеры, Гем — гемопоэтические клетки, Энд — эндотелиальные клетки; Хем — хемотаксис, О2 — индукция кислородного взрыва, МНС — усиление экспрессии молекул МНС (указаны классы молекул МНС), Адг — усиление адгезии, Апо — индукция апоптоза; а — активация, п — пролиферация, д — дифференцировка, с — супрессия, и — переключение классов иммуноглобулинов.
В регуляцию дифференцировки и соотношений этих клеток вовлекаются продукты нелимфоидных клеток, прежде всего макрофагов. В конечном счете это определяет структуру иммунного ответа и преобладающий характер иммунной защиты.
Таким образом, цитокины образуют систему (сеть) близкодействующих факторов, тесно взаимосвязанных на уровне продукции и осуществления эффекта. Цитокиновая сеть характеризуется высокой надежностью вследствие избыточности обеспечения основных влияний; условием ее функционирования служит активация клеток иммунной системы.
Наиболее существенные сведения о происхождении, структуре и биологических свойствах цитокинов суммированы в табл. 50—52 и на рис. 64.
Интерлейкины
В 1979 г. на Международном симпозиуме комитета экспертов по лимфо- кинам в Швейцарии были обобщены накопленные к тому времени данные о лимфокинах и монокинах и сформулирована концепция интерлейкинов (ИЛ) — медиаторов межлейкоцитарных взаимодействий. Тогда же получили порядковые номера два первых интерлейкина — ИЛ-1 и 2. В последующем было описано еще 16 интерлейкинов. Все они получены в рекомбинантной форме, известна их первичная структура.
Интерлейкин-1. ИЛ-1 описан в 1972 г. как фактор, способный индуцировать пролиферацию тимоцитов при совместном действии с митогенами в низких концентрациях ^костимуляция\ Тест на костимуляцию тимоцитов до сих пор используется при биологическом тестировании ИЛ-1.
Клонирование генов ИЛ-1 показало, что существует два различных белка с практически идентичной активностью — ИЛ-1а и 10, которые имеют близкую молекулярную массу (15 000—17 000), но отличаются по изоэлектрической точке (5,0 и 7,0 соответственно для а- и 0-форм ИЛ-1 человека). Гомология двух форм ИЛ-1 по нуклеотидной последовательности составляет 40—45 %, по аминокислотной последовательности — 22—26 %. Имеются различия в структуре промоторов генов этих форм, что обусловливает 10—50-кратную разницу в уровне экспрессии генов под влиянием липополисахаридов (она выше для ИЛ-10).
В цитоплазме содержатся молекулы — предшественницы ИЛ-1 с молекулярной массой 31 000—37 000, лишенные сигнальной последовательности, важной для осуществления секреции белка. Незрелая форма ИЛ-1а присутствует также на поверхности макрофагов. Условием поступления цитоплазматической и мембранной форм ИЛ-1 в среду является протеолиз молекул, который осуществляется при участии сериновой протеиназы ICE (Interleukin 1 converting factor) — представителя семейства каспаз, играющих ключевую роль в осуществлении апоптоза. В биологических жидкостях определяются и более мелкие продукты протеолиза, сохраняющие активность ИЛ-1 (с молекулярной массой 12 000—20 000 и даже 2000—4000). В молекуле ИЛ-1 имеется 3 участка гликозилирования.
Основные продуценты ИЛ-1 — моноциты и макрофаги. ИЛ-1 обра-
зуется также В-лимфоцитами, белыми отростчатыми эпидермоцитами (клетками Лангерганса), глиальными, эндотелиальными и синовиальными клетками, фибробластами, эпителием кожи и тимуса, в культуре — некоторыми клонами Т-клеток. Условием выработки ИЛ-1 моноцитами и макрофагами является их активация бактериальными и иными продуктами (липополисахариды, некоторые экзотоксины, мурамилдипептид, пептидогликаны, митогены), а также вследствие адгезии, фагоцитоза. Экспрессия генов ИЛ-1 наблюдается уже в пределах 1 ч после действия стимула, синтез ИЛ-1а достигает максимума через 6 ч, а ИЛ-1(3 — через 12—16 ч. Синтез усиливается под действием цитохалахина В, колхицина, а также ингибитора синтеза белка циклогексимида (явление супериндукции). Ингибиторами синтеза ИЛ-1 являются простагландин Е2, глюкокортикоиды, факторы, повышающие уровень цАМФ.
Спектр клеток-мишеней ИЛ-1 чрезвычайно широк: активированные Т- и В-клетки, макрофаги, естественные киллеры, клетки эндотелия, мышц и хряща, базофилы, плазмоциты, кроветворные клетки. Все они экспрессируют рецепторы, общие для а- и p-форм ИЛ-1. Высокоаффинных рецепторов на поверхности покоящейся Т-клетки около 40, на активированной — около 350. Описано два типа рецепторов, один из которых (CD121a, мол. масса 80 000) экспрессируется на Т-клетках и фибробластах, другой (CD 121b, мол. масса 68 000) — на преВ-, В-клетках и макрофагах. Связывание второго рецептора не приводит к активации клеток.
Сродство рецепторов для ИЛ-lp почти на порядок выше, чем для ИЛ-1а. На уровне реализации действия эта разница становится примерно 3-кратной. Условием проявления действия ИЛ-1 является погружение комплекса цитокина с рецептором внутрь клетки. В передаче сигнала, запускаемого ИЛ-1, участвует несколько механизмов: цАМФ-за- висимый, связанный с накоплением диацилглицерина (вследствие превращения не фосфоинозитидов, как обычно, а фосфохолинов), и связанный с активацией серинтреониновых протеинкиназ. В реализации влияния ИЛ-1 на синтез других цитокинов участвуют ядерные факторы NF-кВ, c-jun и NF-IL-6.
Биологические эффекты ИЛ-1 можно условно разделить на иммунологические, воспалительные, кроветворные и межсистемные. ИЛ-1 причастен к запуску начальных событий иммунного ответа, в частности к вовлечению в него Т-хелперов. Среди Т-клеток рецепторы для ИЛ-1 в наибольшей степени экспрессируют «иммунные» Т-хелперы (Th2), продуцирующие ИЛ-3, 4 и 5, но не ИЛ-2 и интерферон у. Между тем ИЛ-1 способствует экспрессии генов ИЛ-2 и рецепторов для него. По-видимо- му, первый из этих эффектов реализуется посредством косвенных механизмов. Мембранный ИЛ-1 участвует в контактном взаимодействии Т-клеток с макрофагами. ИЛ-1 наряду с другими цитокинами вызывает пролиферацию активированных В-клеток и их дифференцировку в плазматические клетки. Введение ИЛ-lp вместе с антигеном способствует стимуляции антителообразования; более противоречивы данные о стимуляции гуморального иммунного ответа ИЛ-1а (возможно, он участвует в ограничении антителообразования).
ИЛ-1 стимулирует миелопоэз и ранние этапы эритропоэза (позд-
ние — подавляет, будучи антагонистом эритропоэтина). Действие ИЛ-1 в значительной степени связано с повышением выживаемости развивающихся клеток. ИЛ-ip подавляет развитие В-лимфоцитов, участвует в выборе направления гемопоэза между миело- и В-лимфопоэзом (в пользу первого). С действием на кроветворение связан радиозащитный эффект ИЛ-1, проявляющийся при его введении до облучения и усиливающийся при введении через 5 сут после облучения. ИЛ-1 известен как провоспа- лительный агент (см. раздел 2.3.2). Он способен индуцировать большую часть местных и общих проявлений воспалительной реакции. Это достигается через повышение адгезивности эндотелия сосудов для клеток крови, увеличение прокоагулянтной активности клеток. ИЛ-1 повышает подвижность нейтрофилов, для ряда клеток является хемоаттрактантом, способствует активации клеток в очаге воспаления, усиливает продукцию ими других цитокинов, а также простагландинов, синтез коллагена и фибронектина, стимулирует фагоцитоз, генерацию супероксид-радика- лов, вызывает дегрануляцию тучных клеток. Все это способствует развитию экссудативной и пролиферативной составляющих воспалительной реакции.
Обусловливая рассасывание костной и хрящевой ткани, ИЛ-1 участвует в развитии альтеративных проявлений воспалительной реакции. ИЛ-1 является пирогенным фактором и обусловливает развитие лихорадки. Через действие на миелопоэз ИЛ-1 вызывает нейтрофильный лейкоцитоз. Кроме того, он способствует усилению синтеза белков острой фазы воспаления. Многие эффекты ИЛ-1 осуществляются в кооперации с ИЛ-6 и ФНОа. ИЛ-1 участвует в обмене сигналами между иммунной и нервной, а также нейроэндокринной системами. Он синтезируется в центральной нервной системе клетками глии и сосудистым эндотелием и, кроме того, проникает из крови в области III и IV желудочков головного мозга. Рецепторы для ИЛ-1 обнаружены на клетках головного мозга, особенно в извилинах, хориоидных сосудистых сплетениях, гиппокампе, гипофизе. ИЛ-1 усиливает экспрессию гена проопиомелано- кортина, влияя таким образом на образование ряда гормонов гипоталамуса и гипофиза, стимулирует выработку гормона тимуса тимулина, подавляет образование пролактина, участвует в регуляции сна, поведенческих реакций.
Описано несколько ингибиторов ИЛ-1. Один из них получен из мочи людей с повышенной температурой тела (фебрильный ингибитор ИЛ-1 с молекулярной массой 30 000). Этот ингибитор взаимодействует с рецептором для ИЛ-1 и отменяет большую часть его эффектов. Другой ингибитор (мол. масса 26 000) получен из мочи больных моноцитарным лейкозом. Он является структурным аналогом рецептора для ИЛ-1 Т-клеток и фибробластов, взаимодействует с ним и обозначается как антагонист рецептора для ИЛ-1. Третий мочевой антагонист ИЛ-1 — уро- модулин (мол. масса 85 000) — выделен из мочи беременных женщин; он взаимодействует с углеводной частью молекулы ИЛ-1.
Наибольший интерес представляет рецепторный антагонист ИЛ-1 (раИЛ-1) — представитель того же семейства молекул, к которому принадлежат ИЛ-1а и ИЛ-1р. Он имеет молекулярную массу 17 000 и обла-
дает сродством к рецепторам для ИЛ-1. Однако раИЛ-1 не только не оказывает ИЛ-1-подобного действия, но, наоборот, отменяет большинство эффектов ИЛ-1. В настоящее время он рассматривается как перспективный противовоспалительный фактор локального действия.
Таким образом, ИЛ-1, представленный двумя (а включая раИЛ-1 и тремя) молекулярными формами, является цитокином широкого спектра действия, продуцируемым преимущественно макрофагами. Он обусловливает пусковые реакции иммунитета, играет ключевую роль в развитии воспаления, участвует в регуляции гемопоэза, является медиатором взаимодействий между иммунной и нервной системами.
Интерлейкин-2. ИЛ-2 описан в 1976 г. как фактор роста Т-клеток, в 1980 г. очищен и охарактеризован биохимически. В 1983 г. клонирован ген ИЛ-2, включающий 4 экзона. ИЛ-2 представляет собой гликопротеин с молекулярной массой 15 000 (в гликозилированной форме —17 000— 22 000). В молекуле имеется одна дисульфидная связь. Биологическая активность связана с остатками, распределенными по всей длине молекулы ИЛ-2. Молекула ИЛ-2 имеет один участок гликозилирования, которое не влияет на функцию, но сказывается на длительности пребывания молекулы в циркуляции.
Экспрессия гена ИЛ-2 происходит параллельно с активацией клетки, достигает максимума через 8—16 ч, когда клетка находится в фазе Glb и прекращается через сутки. Секреция ИЛ-2 выявляется через 3—4 ч после стимуляции, достигает пика через 8—12 ч (раньше, чем секреция других лимфокинов) и прекращается через 24 ч. In vivo синтез ИЛ-2 достигает максимума через 1—3 сут после иммунизации и сохраняется в течение 12 сут.
На долю СН4+-лимфоцитов приходится 90 % клеток-продуцентов ИЛ-2, на долю CD8+ — около 10 %. Основными продуцентами ИЛ-2 являются активированные Т-хелперы 1-го класса (ТЫ, «воспалительные» Т-хелперы; о ТЫ и Th2 см. раздел 3.5.2). Образование ИЛ-2 подавляют глюкокортикоиды (блокирующие активность гена ИЛ-2), оксимочевина, азатиоприн, ганглиозиды, дезоксиаденозин, а также простагландины и другие факторы, повышающие уровень цАМФ. Лейкотриены и агенты, ингибирующие фосфолипазы и циклоксигеназу, усиливают синтез ИЛ-2. Ингибирование синтеза регуляторных ядерных белков циклогексимидом вызывает стимуляцию образования ИЛ-2 (супериндукция). Усиливающее влияние на синтез ИЛ-2 оказывает облучение в дозе 10—15 Гр. Среди цитокинов способностью повышать продукцию ИЛ-2 обладают ИЛ-1, 6, ФНОа, интерферон у.
Высокоаффинный (Kj = 10~п М) рецептор для ИЛ-2 состоит из трех цепей. Легкая а цепь (CD25) представляет собой трансмембранный белок (мол. масса 55 000). Известна растворимая форма a-цепи, соответствующая внеклеточной части молекулы. Цепь а сама по себе способна связываться с ИЛ-2 с низким сродством (Kd = 10-8 М), не обеспечивающим поглощение (интернализацию) образуемого комплекса с ИЛ-2 клеткой и включение ростового сигнала. Тяжелая (р) цепь рецептора для ИЛ-2 (CD 122), р75 присутствует на покоящихся Т-клетках, NK-клетках, моноцитах. Она ответственна за интернализацию комплекса цитокина и ре- 250
цептора и передачу сигнала в клетку. В составе рецептора имеется также у-цепь (р64, CD132), общая с рецепторами ИЛ-4, 7, 9, 13 и 15. Эта цепь также спонтанно экспрессируется на поверхности лимфоцитов. Ее комбинация с (3-цепью формирует рецептор промежуточной аффинности (Кд = 10-9—10-10 М), функционирующий, например, на NK-клетках.
При активации Т-клеток происходит экспрессия цепи р55 и повышается экспрессия двух других цепей. В результате нековалентного взаимодействия всех трех цепей формируется высокоаффинный рецептор. Число его молекул на активированных Т-клетках составляет 3000—20 000 (на покоящихся — около 85). Легкие цепи синтезируются в 10-кратном избытке, и на поверхности клеток наряду с высокоаффинными присутствуют низкоаффинные рецепторы, функция которых неясна. Синтез а- цепи рецептора начинается через 6 ч после действия активатора, достигает максимума через 72—96 ч и прекращается через 5 сут. Таким образом, экспрессия гена a-цепи рецептора для ИЛ-2 (определяющая формирование высокоаффинного рецептора) длится значительно дольше, чем экспрессия гена ИЛ-2. Сам ИЛ-2 усиливает экспрессию гена а-цепи своего рецептора. Ингибиторами этого процесса являются циклоспорин ■ А, агенты, подавляющие гликозилирование, активаторы протеинкиназы С (форболовые эфиры). Среди цитокинов интерферон у усиливает экс- ; прессию рецепторов для ИЛ-2, а ИЛ-4 подавляет ее.
Комплекс ИЛ-2 с высокоаффинным рецептором поглощается клеткой (интернализуется), перемещается в лизосомы и через 1 ч определяется в ядре. При этом индуцируются синтез не менее 10 белков и фосфори- £ лирование по тирозину ряда белков, в том числе fl-цепи рецептора (а- ’ цепь фосфорилирована изначально).
ИЛ-2 обладает относительно узким спектром мишеней и биологи- ческих эффектов. Основными его клетками-мишенями являются акти- ; вированные Т- и В-лимфоциты и NK-клетки. Главное действие, оказываемое им на Т-лимфоциты, — индукция пролиферации в результате преодоления точки рестрикции между фазами цикла Gla и Glb (см. ; раздел 3.5.1). Присутствие ИЛ-2 необходимо и для осуществления дальнейших митозов. На этом основано получение длительных культур клонированных Т-лимфоцитов, хотя на определенном этапе они могут ’ утрачивать чувствительность к ИЛ-2 (иногда при сохранении рецепто- ' ров). Возможно прямое активирующее действие ИЛ-2 без антигена или , митогена, в этом случае требуются высокая концентрация ИЛ-2 и присутствие прилипающих клеток или ИЛ-1. ИЛ-2 предохраняет активированные клетки от апоптоза.
Предшественники Т-лимфоцитов экспрессируют легкую цепь р55, но при этом лишены высокоаффинных рецепторов, для формирования которых, как обычно, нужна активация клеток. По некоторым данным, предшественники Т-лимфоцитов тимуса человека отвечают пролиферацией на прямое действие ИЛ-2.
ИЛ-2 служит дифференцировочным фактором для Т-киллеров. Это действие ИЛ-2 проявляется позже, чем ростовое, и для его эффективного осуществления требуются дополнительные факторы, такие как ИЛ-6, 4, 7 и 12. ИЛ-2 способствует реализации функции Т-хелперов, усиливая вы-
работку интерферона у, экспрессию протоонкогенов и т.д. Он препятствует развитию иммунологической толерантности и даже отменяет ее.
ИЛ-2 действует как один из ростовых факторов на предварительно активированные В-лимфоциты. Это его влияние усиливают ИЛ-5 и интерферон у. ИЛ-2 может также повышать синтез IgM, IgG и IgA. При стимуляции В-клеток митогеном лаконоса ИЛ-2 заменяет Т-клетки и позволяет обойти Ir-генный контроль антителообразования.
NK-клетки экспрессируют только Ру-димер рецептора для ИЛ-2. ИЛ-2 увеличивает цитотоксическую активность NK-клеток, расширяет спектр их цитотоксического действия.
При обработке клеток крови опухоленосителей in vitro ИЛ-2 индуцируется дифференцировка цитотоксических клеток с более широким спектром действия, чем у NK-клеток. Эти клетки были названы ЛАК- клетками (см. раздел 2.2). На их индукции в культуре мононуклеаров больных и последующем возврате в организм больного основана адоптивная терапия опухолей (см. раздел 4.3.2).
ИЛ-2 воздействует также на моноциты (они экспрессируют Ру-димер рецептора для ИЛ-2), усиливая генерацию активных форм кислорода и перекисей, а также на процесс кроветворения. Он повышает образование эозинофилов и тромбоцитов, но подавляет миелоидный и эритроидный ростки кроветворения, способствует развитию эктрамедуллярных очагов гемопоэза.
Таким образом, ИЛ-2 представляет собой фактор роста и дифференцировки Т-лимфоцитов и NK-клеток, в меньшей степени В-лимфоци- тов, продуцируемый активированными Т-хелперами. Он является важнейшим медиатором иммунитета (особенно клеточного) и участвует в реализации иммунной защиты и противоопухолевой резистентности.
Интерлейкин-3. ИЛ-3 описан в 1981 г. как фактор дифференцировки Т-клеток, повышающий активность 20-а-гидроксистероиддегидрогена- зы. Несколько позже было установлено, что ИЛ-3 является фактором, стимулирующим ранние стадии гемопоэза, полипоэтином. ИЛ-3 — сильно гликозилированный белок с молекулярной массой 21 000—36 000 (белковая часть — 15 000). В молекуле имеется одна дисульфидная связь, важная для проявления активности.
Клетками — продуцентами ИЛ-3 являются Т-хелперы 1-го и 2-го классов, а также ряд других клеток (В-лимфоциты, миелоидные клетки, стромальные клетки костного мозга, астроциты головного мозга, керати- ноциты). Активация гена ИЛ-3 наблюдается через 4 ч после стимуляции клетки и поддерживается несколько суток. Секреция ИЛ-3 выходит на плато через 16 ч и продолжается не менее 2 сут. Секреция ИЛ-3 подавляется циклоспорином А и глюкокортикоидами.
Клетками-мишенями ИЛ-3 служат в основном юные, в том числе полипотентные, кроветворные предшественники.
ИЛ-3 (в комбинации с сывороточными кофакторами) обеспечивает поддержание пролиферации стволовых клеток и некомиттированных СВ34+-предшественников; in vitro ИЛ-3 обусловливает образование колоний смешанного и незрелого типов. В сочетании с линейно-специфическими факторами ИЛ-3 усиливает образование различных специали- 252
зированных колоний кроветворных клеток, возможно, подготавливая кроветворные клетки к проявлению их действия.
Поскольку ИЛ-3 образуется в основном активированными Т-лимфоцитами, а не клетками стромы кроветворных органов, в которых синтез ИЛ-3 невелик, возникает вопрос о значении ИЛ-3 в регуляции гемопоэза. По-видимому, ИЛ-3 — преимущественно экстренный регулятор кроветворения, проявляющий свое действие при стрессе (когда Т-клетки мигрируют в костный мозг) и иммунном ответе, сопровождающемся активацией Т-клеток. In vivo ИЛ-3 в большей степени усиливает экстрамедуллярный, чем костномозговой гемопоэз. ИЛ-3 влияет на ранние стадии В- и Т-лимфопоэза.
ИЛ-3 является ростовым фактором для тучных клеток слизистых оболочек (продуцирующих хондроитинфосфат) и усиливает ростстиму- лирующую активность ИЛ-4 в отношении тучных клеток соединительной ткани (серозные), усиливает продукцию ими гистамина. Таким образом, ИЛ-3 причастен к развитию аллергических реакций.
ИЛ-3 активирует эозинофилы и тормозит развитие NK-клеток. Следовательно, ИЛ-3 представляет собой продукт активированных Т-лимфоцитов, полипоэтин, влияющий в основном на ранние стадии гемопоэза и ответственный за его экстренную регуляцию. ИЛ-3 также участвует в развитии тучных клеток, подавляет формирование NK-клеток.
Интерлейкин-4. ИЛ-4 описан в 1981 г. как фактор, стимулирующий В-лимфоциты, поскольку он вызывает пролиферацию В-клеток, активированных антителами к IgM. ИЛ-4 — гликопротеин с молекулярной массой 19 000—22 000 (белковая часть 15 500). В молекуле ИЛ-4 имеется дисульфидная связь, важная для проявления активности.
Главными продуцентами ИЛ-4 являются Т-хелперы 2-го класса (Th2). При активации клеток экспрессия гена ИЛ-4 достигает пика через 6 ч, а синтез фактора — через 48 ч (т.е. позже, чем синтез ИЛ-2). In vitro максимум продукции ИЛ-4 наблюдается на 3-и сутки после иммунизации. ИЛ-4 синтезируется также тучными клетками и В-клеточными линиями. Продукция ИЛ-4 усиливается под влиянием ИЛ-1 и 2. Глюкокортикоиды в дозах, подавляющих синтез ИЛ-2, повышают образование ИЛ-4. Усиление синтеза ИЛ-4 происходит при старении.
Рецепторы для ИЛ-4 обнаружены на очень многих клетках. Существуют высоко- и низкоаффинные рецепторы. Первых на покоящихся клетках 200—300, а после активации их число увеличивается на порядок.
Основными мишенями ИЛ-4 служат В-лимфоциты, для которых он является самым сильным ростовым фактором. Он действует на В-клетки раньше других ростовых факторов и может даже самостоятельно привести к активации и размножению покоящихся клеток. ИЛ-4 вызывает синтез аутокринных ростовых факторов В-лимфоцитами.
ИЛ-4 усиливает выработку IgE и IgGl, вызывая переключение С- генов иммуноглобулинов. Он повышает экспрессию на В-лимфоцитах и тучных клетках и секрецию CD23 — низкоаффинного рецептора для IgE, который потенцирует выработку IgE. Эти эффекты, а также способность ИЛ-4 поддерживать пролиферацию серозных тучных клеток имеют прямое отношение к развитию аллергических реакций.
В отношении Т-лимфоцитов ИЛ-4 является как бы двойником-антагонистом ИЛ-2. ИЛ-4 вызывает пролиферацию тимоцитов (в сочетании с форболовым эфиром) и активированных зрелых Т-клеток, действуя сильнее на CD8+-, чем на СП4+-лимфоциты; среди последних на ИЛ-4 реагируют только Т-хелперы 2-го класса, т.е. его продуценты. ИЛ-4 является основным фактором, обусловливающим дифференцировку СП4+-клеток в направлении Th2. Он может выступать в роли дифференцировочного фактора и в отношении СО8+-клеток, способствуя образованию цитотоксических Т-лимфоцитов, которые вырабатывают набор цитокинов, свойственный Th2. Сообщалось об усилении под влиянием ИЛ-4 образования ЛАК-клеток из Т-лимфоцитов (однако более четко выражено его ингибирующее действие на их образование под влиянием ИЛ-2).
ИЛ-4 повышает экспрессию продуктов МНС II класса и антигенпрезентирующую активность вспомогательных клеток. В этом отношении ИЛ-4 является функциональным аналогом интерферона у, хотя во многих других ситуациях он выступает как его антагонист. Прежде всего это проявляется в том, что ИЛ-4 и интерферон у обусловливают альтернативные направления дифференцировки СВ4+-клеток. Однако ИЛ-4 отменяет или ослабляет некоторые эффекты своих двойников — ИЛ-2 и интерферона у, снижает синтез последних.
Подавляя функции макрофагов и секрецию ими ИЛ-1, ФИО и ИЛ-6, ИЛ-4 оказывает противовоспалительное действие. В то же время он повышает цитотоксическую активность макрофагов, способствует миграции в очаг воспаления нейтрофилов, усиливает выработку колониестимулирующих факторов. ИЛ-4 стимулирует гемопоэз, вступая в кооперацию с другими факторами. В частности, он способствует выживаемости кроветворных клеток. Описано противоопухолевое действие ИЛ-4.
Таким образом, ИЛ-4 является главным продуктом Th2-клеток, стимулирует их дифференцировку. Он обусловливает пролиферацию и дифференцировку В- и Т-лимфоцитов, влияет на развитие кроветворных клеток, на макрофаги, NK-клетки, базофилы, являясь функциональным двойником или антагонистом цитокинов, продуцируемых ТЫ-клетками. ИЛ-4 способствует развитию аллергических реакций, обладает противовоспалительным и противоопухолевым действием.
Интерлейкин-5. ИЛ-5 описан как дифференцировочный фактор В- лимфоцитов. Почти одновременно было обнаружено его ростстимули- рующее действие в отношении В-клеток, активированных декстрансульфатом. Одно из его первоначальных наименований — «Т-замещаю- щий фактор».
ИЛ-5 представляет собой гомодимер с молекулярной массой 45 ООО— 60 000 (после восстановления — 22 500, что соответствует одной поли- пептидной цепи). Белок сильно гликозилирован (3 участка гликозилирования); молекулярная масса белковой части каждой цепи ИЛ-5 составляет 12 500.
ИЛ-5 продуцируется Т-хелперами 2-го класса. Экспрессия его гена и секреция проявляются относительно поздно после воздействия активаторов: максимальное накопление мРНК для ИЛ-5 в клетках-продуцентах происходит лишь к 3-м суткам.
Основные клетки-мишени ИЛ-5 — В-лимфоциты и эозинофилы. Эти клетки несут высоко- и низкоаффинные рецепторы для ИЛ-5, число которых на клеточной поверхности клетки значительно возрастает после активации. Способность ИЛ-5 поддерживать пролиферацию В-клеток реализуется на более поздних стадиях активации, чем действие ИЛ-4 и ИЛ-1. Это действие осуществляется в кооперации с ИЛ-2 (ИЛ-5 усиливает экспрессию рецепторов для ИЛ-2). ИЛ-5 способствует дифференцировке В-лимфоцитов в плазматические клетки, особенно в продуценты IgM. ИЛ-5 повышает образование IgA и менее значительно — синтез IgM, IgGl и IgE. Стимулируя выработку секреторного IgA, ИЛ-5 способствует проявлению местной иммунной защиты слизистых оболочек.
ИЛ-5 является ростовым и дифференцировочным фактором эозинофилов; он способствует вовлечению этих клеток в воспалительные реакции, антипаразитарную и противоопухолевую защиту.
Таким образом, ИЛ-5 — продукт ТЬ2-клеток, обладающий относительно «узким» действием. Он является ростовым и дифференцировочным фактором В-лимфоцитов и эозинофилов, усиливает синтез IgA и тем самым способствует развитию местного иммунитета слизистых оболочек, стимулирует эозинофилы к участию в защите от паразитарных инвазий и опухолевого роста.
Интерлейкин-6. Многие эффекты ИЛ-6 были описаны задолго до его идентификации. Уже до этого ИЛ-6 был известен как фактор роста гибридом, гепатоцитактивирующий фактор, Т-активирующий фактор, интерферон 02, фактор, стимулирующий В-клетки (BSF-2).
? ИЛ-6 представляет собой гликопротеин с молекулярной массой ! 20 000—30 000 (белковая часть — 19 000). Обнаружена гомология ИЛ-6 с интерфероном 0. Гликозилирование молекулы может осуществляться по : N- или по N- и О-типу. Биологически активные участки сосредоточены преимущественно в N- и С-концах молекулы.
Клетки-продуценты ИЛ-6 чрезвычайно многочисленны: фибробласты, моноциты/макрофаги, лимфоциты, гепатоциты, кератиноциты, эндотелиальные, мезангиальные, кроветворные клетки, клетки трофобласта и опухолей различного происхождения. Условия индукции образования ИЛ-6 различны в зависимости от типа клеток — от простого прилипания к субстрату фибробластов и макрофагов до сложных событий активации лимфоцитов. Индукторами выработки ИЛ-6 могут быть бактериальные продукты, полиэлектролиты, митогены, а также ИЛ-1, ФНОа, интерфероны и колониестимулирующие факторы. Экспрессия мРНК для ИЛ-6 происходит в пределах 1 ч после активации, а секреция фактора — через несколько часов. Через 2 ч после внутривенного введения липополисахарида (ЛПС) уровень ИЛ-6 в сыворотке крови повышается в 1000 раз.
Не менее разнообразны клетки-мишени ИЛ-6. К ним относятся различные соединительнотканные элементы, клетки крови, иммунной и нейроэндокринной систем, печени. Высокоаффинный рецептор для ИЛ-6 образован двумя полипептидными цепями, одна из которых специфична для ИЛ-6, а другая (р130) является общей для группы цитокинов, выделяемой в семейство ИЛ-6. К этому семейству, помимо ИЛ-6, относятся ИЛ-11,
онкостатин М, лейкозингибирующий фактор, кардиотрофин-1. Растворимая форма рецептора для ИЛ-6 обнаружена в моче.
Биологические эффекты ИЛ-6 сходны с таковыми ИЛ-1 и ФНОа. Прежде всего это участие в реализации воспалительной и иммунной реакций и кроветворения. При воспалении трудно разграничить эффекты названных цитокинов. По-видимому, ИЛ-6 более, чем два других флого- генных цитокина, влияет на синтез белков острой фазы гепатоцитами. Его действие на местные проявления воспаления аналогично действию ИЛ-1. ИЛ-6 способствует как обострению хронических, так и хрониза- ции острых воспалительных процессов. Для него свойственно противовирусное действие. Выделяясь несколько позже, чем ИЛ-1 и ФНОа, ИЛ-6 подавляет их образование (они, наоборот, стимулируют его выработку) и поэтому относится к цитокинам, завершающим развитие воспалительной реакции.
В иммунной системе главной мишенью ИЛ-6 служат В-лимфоциты. ИЛ-6 является кофактором их пролиферации и самостоятельным диффе- ренцировочным фактором. Он равномерно стимулирует выработку иммуноглобулинов всех классов. ИЛ-6 является, кроме того, фактором роста плазматических клеток и гибридом. При множественной миеломе он служит аутокринным фактором роста опухолевых клеток. В сочетании с другими факторами ИЛ-6 вызывает пролиферацию юных CD4~CD8~- тимоцитов. Действуя на зрелые Т-клетки, ИЛ-6 подготавливает их к реакции на ИЛ-2, усиливает вызываемую ИЛ-2 пролиферацию Т-клеток и дифференцировку цитотоксических Т-лимфоцитов. Он повышает активирующее действие интерферона у на NK-клетки и образование ЛАК- клеток под влиянием ИЛ-2.
На кроветворные клетки ИЛ-6 действует в основном как кофактор, способствуя проявлению эффектов ИЛ-3, ГМ-КСФ и М-КСФ. В результате ИЛ-6 усиливает образование in vitro колоний всех типов. Не обладая самостоятельным радиозащитным действием, он повышает таковое ИЛ-1. ИЛ-6 выполняет определенную, пока недостаточно ясную роль во взаимодействии иммунной и нейроэндокринной систем.
Таким образом, ИЛ-6 представляет собой полифункциональный цитокин, продуцируемый фибробластами, макрофагами и другими клетками. По спектру биологического действия он близок ИЛ-1 и ФНОа, участвует в развитии воспаления, иммунных реакций, в регуляции кроветворения, служит ростовым фактором плазматических клеток, участвует в межсистемных взаимодействиях.
Интерлейкин-7. ИЛ-7 описан в 1988 г. как активатор преВ-клеток. Его молекулярная масса равна 25 000 (белковой части — 17 500). ИЛ-7 образуется стромальными клетками костного мозга и тимуса (фибробластами, эндотелиальными клетками, в тимусе также эпителиальными клетками), макрофагами.
ИЛ-7 представляет собой основной лимфопоэтин. Он участвует в коммитировании развития клеток крови в сторону В-лимфоцитов, является фактором выживания и роста проВ-клеток и ранних преВ-клеток, стимулирует пролиферацию внутритимусных предшественников Т-лимфоцитов (СО4~СО8~-тимоцитов), включает реаранжировку у-генов 256
ГСК, усиливает экспрессию ингибитора апоптоза bcl-2, способствуя тем гамым выживаемости преТ-клеток, обусловливает антигеныезависимое размножение Т-лимфоцитов вне тимуса. В качестве кофактора он влияет на пролиферацию Т-клеток и дифференцировку Т-киллеров; может ин- □уцировать образование ЛАК-клеток. В составе рецептора для ИЛ-7 содержится у-цепь (CD132), общая для рецепторов ИЛ-2, ИЛ-4 и ряда других цитокинов.
В отличие от большинства других цитокинов, эффект которых дублируется, влияние ИЛ-7 на развитие лимфоцитов не имеет подобной «страховки», и удаление гена ИЛ-7 приводит к опустошению тимуса, развитию тотальной лимфопении и тяжелого иммунодефицита.
Итак, ИЛ-7, являясь лимфопоэтином, играет важную роль в обеспечении Т-клеточного звена иммунной защиты.
Интерлейкин-8. ИЛ-8, или фактор аттракции нейтрофилов (NAP-1), относится к группе хемоаттрактивных пептидов — а-хемокинов (типа Cys-X-Cys, см. раздел 2.1.1). Его молекулярная масса составляет 7500. ИЛ-8 образуют макрофаги, фибробласты (последние — в трех различных молекулярных формах), гепатоциты, Т-лимфоциты и ряд других клеток. Он выделяется довольно рано — через 4 ч после активации. Основная мишень ИЛ-8 — нейтрофилы, на которые он действует как хемоаттрактант и активатор. In vivo ИЛ-8 вызывает нейтрофильный лейкоцитоз.
Кроме того, ИЛ-8 повышает секреторную активность макрофагов и вызывает хемотаксис эозинофилов (о хемокинах см. также раздел 1.2.4).
Интерлейкин-9. ИЛ-9 (р40) — фактор роста активированных клонов Т-хелперов, а также тучных клеток. Имеет молекулярную массу 30 ООО— 40 000. ИЛ-9 образуется в основном СП4+-Т-клетками типа Th2 позже других цитокинов (экспрессия мРНК через 24 ч после стимуляции). Помимо основного эффекта — поддержания пролиферации активированных Т-хелперов — ИЛ-9 влияет на кроветворение (особенно на эритропоэз), активность тучных клеток и т.д.
Интерлейкин-10. ИЛ-10 описан в 1989 г. как ингибитор активности ТЫ. Его молекулярная масса составляет 35 000—40 000. Он вырабатывается ТН2-клетками, а также моноцитами и цитотоксическими Т-клетка- ми. Основной эффект ИЛ-10 заключается в подавлении синтеза цитокинов ТЫ-клетками (т.е. он обладает действием, противоположным влиянию интерферона у) и в снижении активности макрофагов, в том числе продукции воспалительных цитокинов. ИЛ-10 подавляет экспрессию молекул МНС II класса, пролиферацию Т-клеток, вызванную митогенами, а также развитие гиперчувствительности замедленного типа. В то же время ИЛ-10 выступает в качестве кофактора ИЛ-2 и ИЛ-7 в отношении пролиферации тимоцитов, служит синергистом ИЛ-4, усиливает пролиферацию В-клеток, защищает их от апоптоза, повышает синтез IgM и IgA. В результате ИЛ-10 способствует развитию гуморальной составляющей иммунного ответа, обусловливая антипаразитарную защиту и аллергическую реактивность организма.
Таким образом, ИЛ-10 служит важнейшим регулятором иммунного ответа, подавляющим активность макрофагов и ТЫ-клеток и обеспечивающим реализацию некоторых биологических эффектов Th2.
Интерлейкин-11. ИЛ-11 — негликозилированный белок с молекулярной массой 23 000. Он образуется фибробластами. ИЛ-11 обусловливает пролиферацию ранних кроветворных предшественников, подготавливает стволовые клетки к восприятию действия ИЛ-3, способствует миело- и эритропоэзу, развитию мегакариоцитов; однако может вызывать умеренную анемию. ИЛ-11 стимулирует иммунный ответ и развитие воспаления, способствуя дифференцировке нейтрофилов, выработке белков острой фазы, подавляет активность липопротеиновой липазы (кахектический эффект). По ряду эффектов ИЛ-11 может рассматриваться как функциональный двойник ИЛ-6 (в составе их рецепторов есть общая цепь — gpl30).
Интерлейкин-12. ИЛ-12 включен в список интерлейкинов в 1994 г. (его биологические эффекты описаны в 1989 г.) как индуктор цитотоксических клеток и стимулятор выработки цитокинов. Это гетеродимер, образованный полипептидными цепями с молекулярной массой 40 000 и 35 000. ИЛ-12 образуется макрофагами, дендритными клетками и В-лим- фоцитами под влиянием стимуляции бактериальными продуктами. Известно три типа рецепторов для ИЛ-12, отличающихся по аффинитету. Высокоаффинные рецепторы (Kd около 10-10 М) присутствуют на NK- клетках и Т-лимфоцитах (CD4+ CD8+).
ИЛ-12 служит посредником между макрофагами и лимфоцитами, врожденным и приобретенным иммунитетом. Это проявляется в его способности регулировать соотношение клеточного и гуморального иммунного ответа через стимуляцию дифференцировки Т-хелперов в направлении ТЫ. Этот эффект в значительной степени опосредован быстрым повышением продукции интерферона у. ИЛ-12 стимулирует активность NK-клеток (естественных киллеров), пролиферацию этих клеток, обусловливает дифференцировку цитотоксических Т-лимфоцитов (оба эффекта осуществляются с участием интерферона у); увеличивает образование ЛАК-клеток. С активацией ТЫ - и NK-клеток связано противоопухолевое действие ИЛ-12 (его клинические испытания прошли успешно).
ИЛ-12 способствует активации В-лимфоцитов, особенно В1-клеток, что находит отражение в повышении уровня аутоантител. ИЛ-12 проявляет супрессорную активность в ряде иммунологических систем, в частности подавляет выработку IgE, в то время как количество Ig2a, зависимого от интерферона у, повышается.
ИЛ-12 обусловливает выход стволовых кроветворных клеток в циркуляцию и формирование экстрамедуллярных очагов кроветворения (с этим связано развитие гепато- и спленомегалии при системном введении ИЛ-12). Костномозговой гемопоэз под влиянием ИЛ-12 несколько подавляется вплоть до развития анемии.
Следовательно, ИЛ-12 служит связующим звеном между макрофагами и лимфоцитами, способствуя повышению активности ТЫ и цитотоксических клеток; тем самым он вносит решающий вклад в обеспечение противовирусной и противоопухолевой защиты.
Интерлейкин-13. ИЛ-13 выделяется активированными Т-лимфоцитами типа Th2, влияет на функции моноцитов и В-лимфоцитов, усиливая экспрессию некоторых мембранных молекул и повышая антигенпрезен- 258
тирующую активность клеток. ИЛ-13 является фактором роста В-лимфо- цитов, гомологичен ИЛ-4 и сходен с ним по некоторым функциональным эффектам.
Интерлейкин-14. ИЛ-14 — слабо охарактеризованный продукт Т-кле- ток. ИЛ-14 способствует образованию В-клеток памяти и пролиферации активированных В-клеток. Этот цитокин подавляет продукцию антител, усиливает экспрессию bcl-2, повышая устойчивость В-клеток к апоптозу. Полагают, что действие ИЛ-14 реализуется преимущественно в зародышевых центрах. ИЛ-14 стимулирует пролиферацию клеток В-лимфом.
Интерлейкин-15. ИЛ-15 вырабатывается макрофагами. По своему действию он близок ИЛ-2: поддерживает пролиферацию активированных Т-клеток, дифференцировку цитотоксических Т-лимфоцитов, активирует NK-клетки.
Интерлейкин-16. ИЛ-16 — гомотетрамер, содержащий полипептид- ные цепи с молекулярной массой 14 000—17 000 (суммарная молекулярная масса 56 000—80 000). ИЛ-16 продуцируется Т-лимфоцитами, главным образом СВ8+-клетками. Рецептор для ИЛ-16 относится к семейству CD4, поэтому ИЛ-16 способен взаимодействовать с CD4. CD4+- клетки являются его основными мишенями. ИЛ-16 служит для них хемоаттрактантом, повышает адгезивность этих клеток, обычно подавляет (в некоторых ситуациях индуцирует) пролиферацию, в то же время усиливает экспрессию CD25 и синтез цитокинов.
Факторы некроза опухолей
В 1975 г. было обнаружено, что в сыворотке крови мышей, сенсибилизированных M.bovis и получивших затем инъекцию Л ПС, накапливается гуморальный фактор. Этот фактор вызывал рассасывание перевиваемой упухоли и обусловливал развитие геморрагического некроза на месте введения ЛПС. Цитокин, ответственный за этот эффект, был назван фактором некроза опухолей (ФИО). Еще ранее был описан продукт J-лимфоцитов, участвующий в опосредовании иммунного цитолиза опухолевых клеток, названный лимфотоксином. Оказалось, что оба эти фактора действуют на один и тот же рецептор и вызывают сходные биологические эффекты. Поэтому оба фактора были включены в группу факторов некроза опухолей, причем первый получил обозначение Я>Н0а, а второй (лимфотоксин) — ФНО|3. Позже обнаружили еще один ^лен этого семейства — лимфотоксин р (в связи с этим ФНОр стали Называть также лимфотоксином а), представленный в основном мембранной формой. Гены всех трех представителей семейства ФИО расположены Тандемно в участке хромосомы 6, занимаемом генами МНС.
ФНОа и лимфотоксины представляют собой гликопротеины с молекулярной массой соответственно 17 400 и 20 000—25 000. Гомология Между ними (у человека) составляет 34 %, более велико сходство третичной структуры молекул. Молекулы ФНО гомологичны Fas-лиганду, мембранным молекулам CD40, CD30, фактору роста нервов и образуют Особое семейство белков. Последнее обусловливает общность рецепторов Для них. Известно две формы таких рецепторов — gp55 и gp75, относя-
щиеся к семейству рецепторов для фактора роста нервов, в которое входит также Fas-рецептор — мембранная молекула, принимающая сигнал к апоптозу. Это свойство обусловлено присутствием «домена гибели» в цитоплазматической части молекулы данного рецептора, который имеется в gp55, но не в gp75. Соответственно первый, но не второй тип рецептора для ФНО способен передавать летальный сигнал внутрь клетки-мишени. Имеются высоко- и низкоаффинные рецепторы для ФНО. Kd первого из них для ФНОа составляет 10-11 М, для ФНОр — почти на порядок ниже. Лимфотоксин р имеет особый рецептор, который воспринимает сигнал мембранного лимфотоксина. Указанный рецептор экспрессируют стромальные клетки лимфоидных органов, что определяет важную роль лимфотоксина р в гистогенезе этих органов.
Наиболее радикально ФНОа и р отличаются по клеточному происхождению. ФНОа является продуктом моноцитов/макрофагов, эндотелиальных, тучных и миелоидных клеток, ЛАК-клеток, клеток нейроглии, в особых случаях — активированных Т-лимфоцитов. Последние (как CD4+, так и CD8+) являются основными продуцентами ФНОр. Индукторами образования ФНОа служат микроорганизмы и их продукты, фор- боловые эфиры, полиэлектролиты, прилипание к субстрату и фагоцитоз. Экспрессия гена ФНОа происходит так же быстро, как таковая генов ИЛ-1. Секреция фактора регистрируется через 40 мин, максимум ее достигается через 1,5—3 ч после стимуляции. В сыворотке крови здоровых людей ФНОа практически не определяется. Его уровень возрастает при инфицировании, поступлении в организм бактериальных эндотоксинов. При ревматоидном артрите ФНОа накапливается в суставной жидкости, при многих воспалительных процессах он определяется в моче. В моче присутствуют также два ингибитора ФНОа, которые оказались растворимыми формами его рецепторов. Лимфотоксин (ФНОр) образуется при действии на Т-клетки антигенов и митогенов значительно позже, чем ФНОа (2-е — 3-и сутки после активации).
По спектру клеток-мишеней и биологических эффектов ФНОа близок ИЛ-1 и ИЛ-6. На ФНОа реагируют моноциты/макрофаги, Т-, В- и NK-клетки, кроветворные, тучные, хрящевые, костные клетки. Особенность ФНО состоит в их действии на трансформированные (опухолевые) клетки различной природы.
Цитотоксическое действие ФНО имеет комплексную природу. Обладая способностью индуцировать апоптоз, ФНОа вызывает также генерацию в клеточной мембране активных форм кислорода, супероксид- радикалов, а также окиси азота. Вероятно, ФНОа участвует в реализации цитотоксического действия NK- и ЛАК-клеток, среди продуктов которых он обнаружен. ФНОа способен лизировать не только опухолевые, но и инфицированные вирусом или инвазированные паразитами клетки. Цитотоксический эффект ФНОа обусловливает вклад этого фактора в развитие альтеративных признаков воспаления (например, при геморрагическом некрозе Шварцмана). Клеточная деструкция наряду с подавлением активности липопротеиновой липазы (ведущим к расходованию жировой ткани) является причиной кахексии, вызываемой ФНОа (одно из первоначальных названий фактора — кахексии).
Как и два других флогогенных цитокина (ИЛ-1 и ИЛ-6), ФНОа участвует в реализации многих местных и системных проявлений воспалительной реакции. Он влияет на эндотелий, усиливая экспрессию на нем молекул адгезии, макрофаги, нейтрофилы, усиливает ангиогенез и секрецию простагландинов, оказывает хемотаксическое действие на различные клетки, вызывает лихорадку и обусловливает синтез белков острой фазы воспаления.
ФНОа участвует в развитии иммунного ответа в качестве кофактора ростовых цитокинов, обусловливающих пролиферацию В- и Т-лимфоцитов. In vivo ФНОа усиливает антителообразование (только тимусзависи- мое), подавляет гиперчувствительность замедленного типа, препятствует формированию иммунологической толерантности. ФНОа влияет на процессы кроветворения, преимущественно угнетая эритро-, миело- и лимфопоэз. На фоне подавленного кроветворения проявляется стимулирующее действие ФНОа. Ему свойствен также радиозащитный эффект, реализуемый через систему кроветворения.
ФНОа определяется в цереброспинальной жидкости (особенно при воспалительных процессах) и действует на центральную нервную и нейроэндокринную системы, в частности усиливает экспрессию гена про- опиомеланокортина. Вероятно, он участвует в межсистемной регуляции.
Биологические эффекты, описанные для ФНОа, свойственны и ФНОр, хотя и выражены слабее, более локально и в более непосредственной связи с иммунным ответом, при котором активируются Т-клетки — ' продуценты лимфотоксина. Наряду с участием в цитолизе опухолевых клеток лимфотоксин усиливает экспрессию на клетках продуктов генов МНС и опухолеассоциированных антигенов, влияет на пролиферацию лимфоцитов и кроветворных клеток, участвует в развитии воспаления.
Из двух форм лимфотоксинов а-лимфотоксин идентичен ФНОр; помимо растворимой, обнаружена его мембранно-связанная форма. Эта форма лимфотоксина а не имеет трансмембранного домена: он является частью гримерного комплекса, две цепи которого представлены лимфо- токсином р, имеющим трансмембранный домен. Лимфотоксин р гомологичен ФНОа и лимфотоксину а. По-видимому, мембранная форма явля-
' ется основным вариантом молекулы лимфотоксина р.
1 Большой интерес вызвали данные о последствиях выключения (knockout) всех трех генов ФНО. Такое выключение генов привело к отсутствию развития лимфатических узлов и групповых лимфатических фолликулов (пейеровых бляшек), а также формирования зародышевых
■ Центров при иммунном ответе. При этом мыши сохраняли жизнеспособность и у них не наблюдалось грубых нарушений «результативности» иммунного ответа. Эффект обусловлен преимущественно утратой гена лимфотоксина р. Полагают, что мембранный тример лимфотоксинов играет важную роль в морфогенезе лимфоидной ткани и развитии дендритных клеток зародышевых центров.
Таким образом, ФНО представляют собой сходные по свойствам и спектру биологического действия продукты макрофагов (ФНОа) и Т- лимфоцитов (ФНОр). Помимо флогогенного действия и участия в регу-
ляции иммунного ответа и гемопоэза, оба ФНО обладают способностью влиять на трансформированные клетки, вызывая их гибель, и участвуют в морфогенезе лимфоидных органов.
Колониестимулирующие факторы
В эту группу входят три фактора, поддерживающих in vitro формирование колоний миелоидного и моноцитарного рядов, — ГМ-, Г- и М-КСФ. Фактически в эту группу должны быть отнесены ИЛ-3, 7 и 11, что подчеркивает условность существующей классификации цитокинов.
Первоначальная идентификация этих факторов была связана с разработкой методов получения колоний кроветворных клеток in vitro. По биологическим эффектам три названных КСФ были описаны в 70-е годы, но их окончательная молекулярная характеристика была осуществлена в 1985—1986 гг., когда были клонированы гены этих факторов.
КСФ представляют собой гликопротеины с молекулярной массой: ГМ-КСФ - 21 000-25 000, М-КСФ - 70 000-76 000 (димер субъединиц с молекулярной массой 30 000 и 40 000—45 000) и Г-КСФ — 19 000— 25 000. Все КСФ образуются клетками стромы костного мозга и других органов (фибробластами, эндотелиальными клетками), макрофагами, активированными Т-лимфоцитами. По-видимому, физиологический уровень секреции этих факторов в костном мозгу достигается благодаря слабым активирующим импульсам, возникающим при контактном взаимодействии клеток. Индукторами синтеза КСФ могут служить также бактериальные продукты, полиэлектролиты, митогены и антигены.
Если ИЛ-3 является ростовым фактором для самых юных кроветворных элементов, то ГМ-КСФ поддерживает пролиферацию несколько более дифференцированных, хотя тоже юных клеток — общих гранулоцитарно-макрофагальных предшественников, юных эритроидных, эозинофильных и мегакариоцитарных предшественников. Несколько слабее ГМ-КСФ действует на формирование специализированных гранулоцитарных и моноцитарно-макрофагальных колоний, а также на активность зрелых моноцитов макрофагов, гранулоцитов и эозинофилов. Последний эффект определяет «место» ГМ-КСФ среди воспалительных цитокинов. Кроме того, этот фактор повышает продукцию ИЛ-1 макрофагами. Действие ГМ-КСФ на кроветворение осуществляется во взаимосвязи с ИЛ-3, Г- и М-КСФ. Г- и М-КСФ влияют соответственно на гранулоцитарный и моноцитарно-макрофагальный ростки кроветворения и активируют зрелые клетки этих ростков. Действие этих факторов синергично влиянию ГМ-КСФ и ИЛ-3, а также кофакторов, присутствующих в сыворотке крови.
В функциональном отношении гемопоэтинами — колониестимулирующими факторами — может быть назван также фактор стволовых клеток. Последний был идентифицирован в связи с изучением мутаций W (затрагивающих ген его рецептора — протоонкогена c-kit) и SI (от англ, steel — стальной, по окраске волос; мутация затрагивает ген самого фактора). Эти мутации проявляются одинаково — изменением окраски волос, разнообразными нарушениями гемопоэза (в частности, макроци- 262
тарной анемией), дефицитом тучных клеток. Синонимы названия фактора стволовых клеток — c-kit-лиганд и steel-фактор.
Как и другие гемопоэтины, фактор стволовых клеток вырабатывается прежде всего стромальными клетками, особенно фибробластами. Его основные клетки-мишени — стволовые кроветворные клетки, ранние коммитированные предшественники клеток различных кроветворных рядов и тучные клетки. Фактор стволовых клеток действует на стволовые клетки и юные представители кроветворных рядов синергично с ИЛ-3, ГМ-КСФ, ИЛ-7 и эритропоэтином. Он участвует в поддержании пролиферации наиболее юных форм предшественников Т-лимфоцитов в тимусе. В отношении тучных клеток он является основным фактором роста и хемотаксическим агентом.
К той же группе цитокинов относят также эритропоэтин, продуцируемый эпителиальными клетками почек в ответ на гипоксию и действующий как линейно-специфический фактор на определенные стадии развития эритроидных клеток. То, что он синтезируется почти исключительно эпителиальными клетками почек и не связан по происхождению с иммунной системой, ставит этот фактор особняком по отношению к другим цитокинам, включая колониестимулирующие факторы (КСФ).
Таким образом, КСФ представляют собой группу цитокинов, влияющих на определенные стадии и ветви миело/моноцитопоэза. Эти факторы продуцируются клетками стромы кроветворных и лимфоидных органов, а также активированными макрофагами и Т-лимфоцитами. По- видимому, они являются факторами, обеспечивающими миело/моноци- топоэз в естественных условиях.
Интерфероны
Интерферон был описан в 1957 г. как активная субстанция, содержащаяся В аллантоисной жидкости эмбрионов кур, которых обрабатывали инактивированным вирусом гриппа. Эта субстанция была способна воспроизводить феномен интерференции — индуцированной устойчивости к действию различных вирусов, в том числе иных, чем вирусы-индукторы. Позже была показана возможность индукции интерферона невирусными агентами (сначала бактериальным липополисахаридом, затем полианионами и Цитогенами). В 70-х годах появилось понятие «иммунный интерферон», т.е. интерферон, образующийся в процессе иммунной стимуляции. Первоначально интерфероны рассматривались исключительно как противовирусные факторы. Однако у них были обнаружены также противоопухолевая и иммунорегуляторная активность. В настоящее время интерфероны выделены в особый класс цитокинов.
В 1980 г. принята номенклатура интерферонов, согласно которой выделяют а (макрофагальный), р (фибробластный) и у (лимфоцитарный, иммунный) интерфероны.
Интерфероны а и р. У человека известно 20 генов а-интерферона. Они расположены в хромосоме 9 рядом с геном p-интерферона. Молекулярная масса а-интерферонов варьирует от 16 000 до 24 000, для р-интер- ферона она составляет 20 000. Оба эти интерферона человека получены в
рекомбинантной форме. В отличие от у-интерферона а- и р-интерферо- ны устойчивы при низких и высоких значениях pH.
Как уже отмечалось, разные интерфероны отличаются клеточным происхождением: а-интерферон образуют моноциты, макрофаги, нейтрофилы и В-лимфоциты, а p-интерферон — преимущественно фибробласты. Однако различия в клеточном происхождении интерферонов менее четки, чем представлялось ранее. Индукторами образования а- и p-интерферонов являются вирусы (РНК- и ДНК-содержащие), бактериальные продукты, полиэлектролиты (особенно двуспиральная РНК), производные пиридина. Синтез интерферонов, вызванный индукторами, усиливается, если после них обработать клетки-продуценты ингибитором синтеза белка циклогексимидом (феномен супериндукции, свойственный также для некоторых других цитокинов, например ИЛ-2).
Биологические эффекты интерферонов аир практически неразличимы, поскольку они действуют через один и тот же рецептор. Иногда их обозначают как интерфероны I типа (в отличие от интерферона у, относимого ко II типу). Противовирусное действие интерферонов связывают с их способностью подавлять процессы транскрипции и трансляции вирусного генома. Этот эффект реализуется через активацию двух ферментов. Один из них 2'5'-олигонуклеотидсинтетаза, катализирующая образование 2'5'-олигоаденилатов, которые активируют латентную конститутивную эндонуклеазу, разрушающую вирусную РНК, чем достигается подавление транскрипции. Второй фермент — одна из протеинкиназ (Р1-киназа), фосфорилирующая и активирующая белок—ингибитор трансляции, вследствие чего подавляется трансляция белков, в том числе вирусных.
Противоопухолевое действие интерферонов также складывается из нескольких составляющих. Одна из них подавление пролиферации клеток вследствие активации аденилатциклазы и повышения уровня цАМФ внутри клетки. При этом активируется протеинкиназа А, фосфорилирующая белки, которые подавляют пролиферацию и включают процесс дифференцировки. Другой механизм противоопухолевого действия связан с активацией NK-клеток, цитотоксических Т-лимфоцитов, макрофагов. Наконец, большую роль играет усиление экспрессии клетками ряда мембранных молекул иммуноцитов, важных для выполнения иммунологических функций, молекул адгезии (интегринов группы VLA и ICAM-1), продуктов генов МНС I класса и т.д. Последнее способствует осуществлению процессов распознавания, поскольку молекулы МНС презентируют пептидные фрагменты опухолеассоциированных антигенов, которые распознаются Т-киллерами в качестве чужеродных мишеней.
Действие интерферонов а и р на иммунный ответ проявляется в усилении выработки некоторых цитокинов (в частности, ИЛ-1 и 2), хотя в функциональном отношении интерфероны часто выступают как их антагонисты. В достаточно высоких дозах интерфероны аир подавляют как гуморальный, так и клеточный иммунный ответ, однако в более умеренных концентрациях оказывают иммунорегуляторное действие, что скорее всего реализуется в естественных условиях in vivo.
Интерферон у. Интерферон у кодируется двумя (вероятно, идентич-
ными) генами, локализующимися в хромосомах 10 и 12. Он представляет собой чувствительный к кислой среде гликопротеин с молекулярной массой 20 000-25 000.
Источником у-интерферона служат активированные Т-лимфоциты и NK-клетки (в качестве активаторов выступают в первую очередь антигены и митогены). Среди Т-лимфоцитов продуцентами интерферона у являются как цитотоксические CD8+-, так и хелперные СВ4+-клетки, однако при дифференцировке последних на ТЫ и Th2 способность вырабатывать интерферон у сохраняют только ТЫ-клетки. Условия индукции синтеза у-интерферона те же, что и для любых Т-лимфоцитарных интерлейкинов (к которым он фактически относится). Экспрессия его гена происходит позже, чем генов многих интерлейкинов: пик ее приходится на 48—72 ч после действия митогенов или антигенов. Продолжительность синтеза интерферона у больше, чем ИЛ-2.
Образование у-интерферона может быть индуцировано также действием вирусов и полиэлектролитов, но такая индукция слабее, чем синтеза а- и p-интерферонов. Продукция интерферона у усиливается им самим, а также ИЛ-2. Описан феномен супериндукции синтеза интерферона у — повышение его продукции при действии ингибиторов синтеза белка.
Хотя интерферон у реализует свое действие через другой тип рецептора, такие эффекты, как подавление репликации вирусов, антипролифе- ративное действие и некоторые иммуномодулирующие влияния, сходны у интерферонов всех трех типов. В то же время интерферон у теснее связан с системой лимфокинов и вносит более существенный вклад в иммунорегуляцию, чем интерфероны аир.
• Важнейшей функцией интерферона у является его участие в опосредовании взаимосвязей между лимфоцитами и макрофагами и в регуляции соотношения клеточной и гуморальной составляющих иммунного ответа. Интерферон у служит стимулятором макрофагов, способствуя проявлению различных функций этих клеток, включая обработку и представление антигенов и выработку цитокинов, генерацию активных форм ^кислорода и азота. Первый из названных эффектов в значительной степени связан с усилением под влиянием интерферона у экспрессии моле- рул МНС II класса, необходимой для презентации антигенных пептидов д-хелперам. Среди цитокинов, продукция которых усиливается под влиянием интерферона у, ИЛ-1 и 12. Последний, как было сказано выше, Усиливает синтез интерферона у и дифференцировку Т-хелперов в направлении ТЫ-клеток.
Являясь основным продуктом ТЫ-клеток, интерферон у снижает Секреторную активность ТН2-клеток. В результате всех этих гуморальных Взаимодействий интерферон у усиливает развитие клеточного иммунитета и подавляет проявления гуморального иммунного ответа. В то же Время он служит фактором, обеспечивающим переключение С-генов иммуноглобулинов, приводящее к экспрессии генов Ig2a и Ig3, и, следовательно, способствует выработке IgG2a- и ^СЗ-антител.
Интерферон у, как и интерфероны аир, обладает противоопухолевым и противовирусным действием. Все сказанное выше относительно
механизмов проявления этих эффектов справедливо и для данного цитокина. Можно лишь добавить, что интерферон у в большей степени стимулирует процесс распознавания опухолевых антигенов (усиливая экспрессию молекул МНС как I, так и II класса) и что проявлению обеих названых форм защиты способствует та роль, которую играет интерферон у в развитии клеточного иммунного ответа. Являясь гуморальным продуктом цитотоксических Т- и NK-клеток, он, по-видимому, участвует в реализации цитотоксического эффекта.
Таким образом, интерфероны образуют группу полифункциональных белковых факторов с ярко выраженным противовирусным и противоопухолевым действием. В основе их эффектов лежат разнообразные влияния на процессы транскрипции и трансляции, пролиферации и дифференцировки, экспрессии мембранных антигенов и т.д. Интерферон у, кроме того, играет важную роль в иммунорегуляции, являясь ключевым цитокином клеточного иммунного ответа и ингибитором гуморального иммунного ответа.
Трансформирующий фактор роста р
Существует большое число ростовых факторов, лишь косвенно связанных с иммунной системой: эпидермальный фактор роста, фактор роста из тромбоцитов, инсулинподобный фактор роста, трансформирующий фактор роста а. Родственный последнему, трансформирующий фактор роста Р, обладающий очень широким спектром действия, проявляет свою активность и в отношении клеток иммунной системы. В связи с этим мы кратко охарактеризуем его.
Фактор описан в 1978 г. Свое название трансформирующие факторы роста получили из-за их способности индуцировать «трансформированный фенотип» у нормальных клеток, растущих в культуре (потеря контактного торможения роста, отсутствие прикрепления к субстрату, реорганизация цитоскелета). Трансформирующий фактор роста р представляет собой гомодимер (мол. масса одной цепи 25 000). Фактор существует в трех изоформах. Его продуцентами является огромное число клеток, включая стромальные клетки и макрофаги, а также клетки многих видов злокачественных опухолей. Фактор продуцируется в неактивной форме, содержащей наряду с основным димером фрагменты дополнительных цепей молекулы-предшественницы. Активация происходит в форме отщепления этих фрагментов с помощью протеиназ (плазмина, катепсина и др.). Активированная форма фактора может связываться компонентами межклеточного матрикса и аз-макроглобулином.
Мишенями фактора служат также разнообразные клетки, поскольку экспрессия его высокоаффинного рецептора (мол. масса 280 000) широко распространена. При его действии на иммунную систему преобладают ингибирующие эффекты. Фактор подавляет гемопоэз, синтез воспалительных цитокинов, ответ лимфоцитов на ИЛ-2, 4 и 7, формирование цитотоксических NK- и Т-клеток. В то же время он усиливает синтез белков межклеточного матрикса, способствует заживлению ран, оказывает анаболическое действие. Трансформирующий фактор роста р может 266
Таблица 53. Основные типы рецепторов для цитокинов
Тип рецепторов
Цитокины
Характерные особенности
I. Цитоки- новые
ИЛ. 2 (Р,у), 3, 4, 5, 6 (а)*, 7, 9, 12, 13, 15; ГМ-(а), Г-КСФ*, Эпо, пролактин, гормон роста, ЛИФ*
На N-конце 4 остатка Cys, к мембране прилегает последовательность WSXWS; 2—4 внеклеточных домена
II. Интерфе- роновые
Интерфероны а,р,у
На N- и С-концах пары остатков Cys в характерном окружении; 1—2 внеклеточных домена
III. NGFR/ TNFR
ФНОа и р (I и II), а также Fas, CD30, CD40
2—4 внеклеточных домена, в каждом — 3—4 остатка Cys
IV. Ig-подобные
ИЛ-1 (1,11), М-КСФ (c-fms), фактор стволовых клеток (c-kit)
Ig-подобная p-структура. Цитоплазматические домены c-fms и c-kit обладают активностью ти- розинкиназы
V. Хемоки- новые
а-(5 типов рецепторов) и р- (4 типа рецепторов) хемокины
7 раз пронизывают мембрану
Примечание. NGFR — рецептор для фактора роста нервов, TNFR — рецептор для фактора некроза опухоли, Эпо — эритропоэтин, ЛИФ — лейкозингибирующий фактор * Содержат также Ig-подобный домен.
проявлять дифференцировочное действие. Так, он вызывает переключение изотипов иммуноглобулинов на IgA и совместно с ИЛ-2 10-кратно повышает синтез IgA, тем самым способствуя защите слизистых оболочек.
Исключительно важную роль трансформирующего фактора роста р в функционировании иммунной системы иллюстрируют результаты выключения его гена. Это приводит к развитию фатальной генерализованной воспалительной патологии, в основе которой лежит аутоиммунный процесс.
Таким образом, трансформирующий фактор роста р, оказывая разнообразное влияние на иммунную систему, выступает преимущественно как супрессорный фактор, сдерживающий, в частности, аутоиммунные процессы.
Рецепторы для цитокинов
Ответ клеток иммунной системы на действие цитокинов возможен лишь при условии экспрессии на поверхности этих клеток соответствующих рецепторов. В покоящемся состоянии лимфоциты и моноциты/макрофа- ги содержат на своей мембране небольшое число рецепторных молекул, как правило, недостаточное для развития полноценной реакции на цитокины. Лишь при активации клеток в результате усиления экспрессии генов число рецепторов на поверхности клеток увеличивается до необходимого уровня, а в составе некоторых рецепторов (например, рецепторов
Рис. 65. Строение цитокиновых рецепторов.
I. Основные типы строения внеклеточной части рецепторов: 1 — цитокиновые (отмечена типичная последовательность аминокислот в однобуквенном обозначении); 2 — интерфероновые; 3 — тип рецепторов ФНО (или фактора роста нервов); 4 — иммуноглобулиноподобные; 5 — родопсиноподобные. II. Характерные варианты строения внутриклеточной части рецепторов и их связи с ферментами: 6 — контактные взаимодействия с тирозинкиназами (обычно Jak- или Lck-киназами); 7 — наличие различных участков взаимодействия с киназами — проксимального и дистального боксов; 8 — наличие домена смерти (DD), обусловливающего генерацию сигнала к развитию апоптоза; 9 — тирозинкиназная активность (ТК) внутриклеточного домена рецептора.
для ИЛ-2) появляются дополнительные полипептидные цепи, обеспечивающие необходимое сродство к цитокину.
Почти для всех цитокинов клетки имеют как минимум два типа рецепторов, отличающихся по сродству к цитокинам. Назначение низкоаффинных рецепторов неизвестно. Только высокоаффинные рецепторы с Кд около 1О~10—10-11 М обеспечивают погружение связавшегося цитокина вместе с рецептором внутрь клетки, что, как правило, служит условием развития ответа. Варианты рецепторов, отличающихся по сродству к цитокину, уже рассматривались при описании ИЛ-2. В большинстве случаев высокоаффинные рецепторы содержат несколько полипептид- ных цепей (рецепторы для ИЛ-2, 3, 4, 5, 6 и 7, ГМ-КСФ), реже они имеют одну цепь (рецепторы для Г-КСФ, эритропоэтина).
При всем разнообразии структур рецепторов для цитокинов удается выделить 5 основных типов, которые, однако, не перекрывают всего разнообразия рецепторных молекул. Характеристика этих типов представлена в табл. 53 и на рис. 65. Основные отличия их сводятся к различной структуре внеклеточных доменов. Число цитоплазматических доменов, как правило, варьирует внутри каждого типа, причем не все домены относятся к данному типу, например из 4 доменов рецептора ИЛ-6 лишь два соответствуют типу рецептора для цитокинов. В случае рецепторов
7KJP
ФНО/фактора роста нервов в состав семейства входят также мембранные молекулы, не связанные с рецепцией цитокиновых сигналов (например, CD40, CD30, CD27,Fas).
Преобладающим структурным компонентом рецепторов для цитокинов является полипептидная цепь типа I, для которой характерно присутствие последовательности, содержащей остатки триптофана (W) и серина (S): WSXWS (X — любой другой остаток), а также 4 остатка Cys. Цитоки- новые рецепторы типа II относятся к семейству рецепторов для фактора роста нервов. Во внеклеточной части они содержат несколько повторов домена, включающего 6 остатков цистеина. Заметную (хотя и не ведущую) роль в структуре рецепторов для цитокинов играют белки суперсемейства иммуноглобулинов, входящие в состав рецепторов для ИЛ-1, общей a-цепи рецепторов для ИЛ-3, 5 и ГМ-КСФ, а также М-КСФ и фактора стволовых клеток. Полипептидная цепь, относящаяся к семейству фибронектина, входит в состав рецептора для интерферонов а и 0, а а-цепь для рецептора ИЛ-2 содержит домены контроля комплемента.
У большинства факторов роста неимунной природы (например, эпидермального фактора роста) цитоплазматический домен обладает ферментативной (обычно тирозинкиназной) активностью. Это обеспечивает прямую трансформацию конформационных изменений рецептора, обусловленных его связыванием с лигандом, в энзиматический сигнал. Последний проявляется в фосфорилировании внутриклеточных белков (обычно каскадном), что и составляет сущность передачи внеклеточных сигналов генетическому аппарату клетки. Среди рецепторов для цитокинов лишь рецепторы для фактора стволовых клеток, М-КСФ и трансформирующего фактора роста р (тип V) обладают ферментативной активностью: два первых (c-fms и c-kit) представляют собой тирозинкиназы (продукты протоонкогенов), а третий — серинтреониновую киназу. В остальных случаях передача сигнала также осуществляется через киназы, однако для этого используются адаптерные механизмы или установление временных связей с молекулами ферментов. При этом обычно в процесс передачи сигнала от рецепторов для различных цитокинов вовлекаются общие компоненты и даже целые цепи реакций (см. раздел 3.5.1). Очевидно, с этим частично связано перекрывание эффектов цитокинов.
Другой причиной подобного перекрывания является наличие общих полипептидных цепей в рецепторах для разных цитокинов. Известно по крайней мере три примера такого рода (табл. 54). Рецепторы для ИЛ-2, 4, 7, 9, 13 и 15 имеют общую у-цепь (CD132). Рецепторы для ИЛ-3 и 5, а также ГМ-КСФ имеют общую p-цепь (CD131). Общий компонент — gpl30 (CD130) — входит в состав рецепторов для ИЛ-6 и 11, а также онкостатина М и фактора, ингибирующего лейкозные клетки (LIF).
Эффекты цитокинов на уровне организма
Подавляющее большинство сведений о биологических эффектах цитокинов получено in vitro. Учитывая широту и многоплановость действия Цитокинов, взаимную индукцию разных цитокинов и их взаимосвязи на Уровне проявления эффектов, нетрудно представить сложность перенесе-
Таблица 54. Общие цепи рецепторов для цитокинов
Общие цепи
Рецепторы, в состав которых входят общие цепи
Структура
Функция
р-цепь (CD131)
у-цепь
(CD132)
gpl30
(CD130)
ИЛ-3, 5; ГМ-КСФ
ИЛ-2, 4, 7, 9, 13, 15
ИЛ-6, И, 12, онкостатин М, лейкозин- гибирующий фактор
4 внеклеточных цитокиновых домена. Цитоплазматические домены box-1/box-2
2 внеклеточных цитокиновых домена
Внеклеточные домены: 1 — 1g, 2 — цитокиновые, 3 — фибронектиновые. Цитоплазматические домены box-1 /box- 2
Передача сигнала
То же
ния результатов, полученных in vitro, на ситуацию в целостном организме, а также интерпретации данных, полученных in vivo. Важная информация была получена при анализе последствий мутаций или целенаправленного выключения генов цитокинов, а также при введении больших доз цитокинов людям с лечебной целью.
Последствия выключения цитокиновых генов. Долгое время не существовало точного представления о значении конкретных цитокинов для нормальной жизнедеятельности организма. Высказывалось мнение о возможном существовании наследственной патологии, в основе которой лежит мутация цитокиновых генов. Точные сведения были получены в экспериментах на мышах, у которых были направленно удалены соответствующие гены с помощью технологии «knockout». Оказалось, что последствия подобного отключения генов менее значительны, чем ожидалось. Это рассматривается как проявление избыточности цитокиновой сети, дублирования функций цитокинов. В ряде случаев при этом доминирует выпадение функций, отнюдь не считающихся главными для данного цитокина; это означает лишь отсутствие их дублирования. Сведения о последствиях направленной инактивации цитокиновых генов приведены в табл. 55.
Иногда наблюдаются последствия удаления или мутации генов, соответствующие представлениям об основных функциях цитокинов, например исчезновение IgE, снижение уровня IgGl, дефицит ТЬ2-клеток при инактивации гена ИЛ-4 или лимфопения, опустошение лимфоидных органов, включая тимус, нарушение развития Т- и отсутствие В-клеток при устранении гена ИЛ-7. Напротив, отключение гена ИЛ-2 вызывает отнюдь не нарушение функций Т-лимфоцитов, как можно было бы ожидать, а развитие гемолитической анемии, хронического энтероколита, повышение уровня IgG 1 и IgE. К тем же последствиям (кроме энтероколита) приводит мутация гена p-цепи рецептора для ИЛ-2, а удаление гена у-цепи, общей для рецепторов Т-ростовых факторов (ИЛ-2, 4, 7, 9, 13, 15), обусловливает развитие нарушений, аналогичных тем, которые наблюдаются при отключении гена ИЛ-7.
Таблица 55. Последствия разрушения (нокаута) генов цитокинов и их рецепторов
Ген
Последствия разрушения
Инактивация генов цитокинов
ИЛ-2
Гемолитическая анемия, хронический энтероколит, повышение уровня IgGl, IgE
ИЛ-4
Исчезновение IgE, снижение уровня IgGl, дефицит ТЬ2-кле- ток. Облегчается индукция толерантности к аллотрансплантатам у новорожденных, предотвращается пренатальная аутоиммунизация
ИЛ-5
Отсутствие эозинофилов, дефицит ТЬ2-клеток
ИЛ-6
Повреждение костей. Снижение уровня IgA. Нарушение выработки белков острой фазы. Снижение образования IgG-антител, активности цитотоксических Т-лимфоцитов при вирусных инфекциях. Повышение чувствительности к листериям
ИЛ-7
Лимфопения, опустошение лимфоидных органов, в том числе тимуса, блокада развития В-клеток, нарушение развития В- и Т-клеток
ИЛ-10
Анемия, воспалительные заболевания кишечника
ИЛ-12
Снижение образования Th 1 -клеток. Повышение устойчивости к септическому шоку, снижение продукции ИФНу, IgG2a
ЛТа,р
Отсутствие лимфатических узлов и групповых лимфатических фолликулов (пейеровых бляшек), зародышевых центров, дефект фолликулярных дендритных клеток
ГМ-КСФ
Патология легких
Г-КСФ
Множественные дефекты макрофагов и гранулоцитов
М-КСФ
Остеопороз
Тфрр
Снижение массы тела. Массивные очаги воспаления аутоиммунной природы с инфильтрацией лейкоцитами. Снижение содержания клеток миелоидного ряда
ИФНу
Множественные дефекты в иммунной системе. Подавление образования антител к эритроцитам барана
И н а к т и
в аци я генов рецепторов для цитокинов
P-цепь ИЛ-2Р
Гемолитическая анемия, гипер-IgGl, гипер-IgE
ИЛ-ЗР(СО123)
Изменения отсутствуют
ИЛ-7Р(СО127)
Нарушение развития Т- и В-клеток
ИЛ-8Р(СЫ28)
Увеличение лимфатических узлов и селезенки
Общая Р-цепь(СО131)
Патология легких
Продолжение
Ген
Последствия разрушения
Общая у-цепь(СВ132)
Нарушение развития Т- и В-клеток, отсутствие NK- и у5-клеток
Общая цепь gpl30(CD130)
Гибель плода, нарушение развития миокарда
ФНОаР, p55(CD120a)
Устойчивость к индукции некрозов при введении ЛПС или ФНО, чувствительность к листериям. Иммудефицит
ФНОаР, р75(120Ь)
Устойчивость к индукции некрозов и летальному действию ФНОа
ИФНуР
Резистентность к ЛПС, чувствительность к листериям
ИФНа/рР
Нарушение противовирусной защиты
Примечание. Нокаут — см. раздел 5.1.1. ЛТ — лимфотоксины, ИНФ — интерферон, ТФР — трансформирующий фактор роста, ЛПС — липополисахарид.
В целом не вызывает сомнений, что выпадение функций конкретных цитокинов, хотя и не проходит для организма совершенно бесследно, но, как правило, хорошо компенсируется. Среди немногих исключений драматические эффекты разрушения генов интерферона у, трансформирующего фактора роста р, лимфотоксина р, ИЛ-7, о которых упоминалось выше.
Участие цитокинов в реализации системных реакций и иммунном ответе. В норме наиболее существенным и закономерным является участие цитокинов в реализации процессов кроветворения, воспаления или иммунного ответа.
На рис. 66 показано участие различных цитокинов в гемопоэзе. Можно сформулировать несколько принципов цитокиновой регуляции процесса кроветворения:
каждый этап созревания клеток всех кроветворных рядов находится под контролем нескольких факторов, среди которых обычно можно выделить основной, тогда как остальные выступают в роли кофакторов;
«по вертикали», т.е. по мере созревания кроветворных клеток, происходит смена доминирующих факторов в последовательности: ИЛ-3 и фактор стволовых клеток (для стволовых клеток и недифференцированных предшественников), ГМ-КСФ (для юных миелоидных клеток) и ИЛ-7 (для недифференцированных лимфоидных клеток), линейно-специфические факторы;
«ранние» факторы полностью не утрачивают своего действия на более зрелые представители кроветворных рядов, выступая в роли кофакторов линейно-специфических цитокинов. Последние, как
Рис. 66. Цитокиновый контроль процессов гемопоэза.
Указаны цитокины, действующие (как правило, обеспечивающие выживание и поддерживающие пролиферацию) на клетки (рядом в прямоугольных рамках). Непрерывные стрелки — превращения клеток, прерывистые стрелки — влияния цитокинов на клетки. В нижнем ряду около стрелок приведены названия цитокинов, влияющих на процессы соответствующих превращений.
правило, действуют и на зрелые клетки соответствующих рядов при условии активации этих клеток;
действие цитокинов на кроветворные клетки заключается преимущественно в поддержании их выживания путем блокады программы апоптоза и в меньшей степени — в обеспечении пролиферации клеток; существуют супрессорные цитокины, подавляющие, как правило, размножение клеток или блокирующие действие других цитокинов.
Цитокинам принадлежит ключевая роль в развитии воспалительной реакции. Запуск этой реакции в значительной степени связан с включением продукции цитокинов макрофагами и другими локальными клеточными элементами и с активацией клеток эндотелия. Дальнейшее развитие и самоподдержание локальной воспалительной реакции обусловливаются вызванной цитокинами миграцией из крови лейкоцитов, их активацией и продукцией цитокинов. Цитокины служат медиаторами всех трех основных типов тканевых процессов при воспалении — экссудации, альтерации и пролиферации. Цитокины участвуют также в развитии системных проявлений воспалительной реакции (подробнее см. в разделе 2.3.2).
Являясь продуктами клеток иммунной системы, цитокины, естественно, играют важную роль в ее функционировании. Их участие в осуществлении иммунного ответа иллюстрирует рис. 67. Воспалительная реакция, формирующаяся с участием цитокинов, служит основой развития иммунного ответа. В еще большей степени и с большим разнообразием эффекты цитокинов проявляются на антигенспецифической фазе иммунного процесса. Выделим лишь ключевые позиции, отражающие роль цитокинов в иммунном ответе.
Цитокины способствуют распознаванию антигенов, увеличивая экспрессию молекул МНС, которые их презентируют Т-лимфоцитам. Экспрессия молекул МНС повышается под влиянием интерферонов, причем интерферон у проявляет это действие особенно сильно и стимулирует экспрессию молекул МНС как I, так и II класса.
Цитокины способствуют экспрессии на клетках иммунной системы молекул адгезии, ответственных за межклеточные взаимодей-
Рис. 67. Участие цитокинов в иммунных процессах.
В левой части жирным шрифтом указаны названия процессов, связанных с мобилизацией факторов естественного иммунитета или с иммунным ответом. Жирными стрелками отмечены превращения клеток, тонкими — влияние цитокинов на клетки и их превращения, прерывистыми — секреция факторов. ЭК — эндотелиальная клетка; ХК — хемокин; Нф — нейтрофил; Мф — макрофаг; ИФН — интерферон; ДК — дендритная клетка; Тх — Т-хелпер; Тк — Т-киллер; ПК — плазматическая клетка; АТ — антитела; ТК — тучная клетка; Эф — эозинофил; ФСК — фактор стволовых клеток; NK — NK-клетки.
Включение факторов
ФНОа
Пролиферация и дифференцировка клонов лимфоцитов
ствия. К контролю экспрессии молекул адгезии причастны в первую очередь ИЛ-1 и 6, ФНОа, интерфероны.
Некоторые цитокины влияют на миграцию иммуноцитов. Так, миграцию дендритных клеток стимулируют ГМ-КСФ и ФНОа. Хемотаксис макрофагов и лимфоцитов осуществляют разные цитокины (в частности, ИЛ-1 и другие флогогены), но в первую очередь р-хемокины.
Среди цитокинов особенно многочисленны факторы, способные активировать моноциты и макрофаги. Это все те цитокины, которые участвуют в развитии воспалительной реакции: ИЛ-1, ФНОа, ИЛ-6, ГМ-, Г- и М-КСФ, хемокины. Наиболее мощным активатором макрофагов является интерферон у.
Цитокины сами по себе не способны вызывать активацию лимфоцитов (исключение составляют ИЛ-2 и 4, которые в высоких концентрациях активируют соответственно Т- и В-лимфоциты). Они являются кофакторами антигенов при активации и последующей пролиферации лимфоцитов. Для Т-клеток основным фактором роста является ИЛ-2. Пролиферацию активированных Т-клеток самостоятельно могут вызвать ИЛ-4, 7 и 9, в сочетании с другими факторами — ИЛ-1, 6 и 12, ФНОа. Факторами роста В-лимфоцитов служат ИЛ-4,13, 10, 2,1, 5 и 6 (последний действует также на стадии плазматических клеток). Кофакторами роста В-клеток могут быть все интерфероны, ФНО, ИЛ-3 и 7.
Цитокины обусловливают дифференцировку цитотоксических клеток (интерферон у, ИЛ-2 и 12). Они определяют также дифференцировку Т-хелперов на субпопуляции ТЫ и ТЬ2: первое направление развития поддерживается ИЛ-12 и интерфероном у, второе — ИЛ-4. Дифференцировочное действие цитокинов в отношении В-клеток проявляется главным образом в переключении изотипов иммуноглобулинов: переключение на IgGl и IgE вызывает ИЛ-4, на IgG2a и IgG3 — интерферон у, на IgG2b и IgA — трансформирующий фактор роста pi.
Выполнение эффекторных иммунологических функций лишь в малой степени обусловлено активностью цитокинов. Полагают, что определенный вклад в осуществление цитотоксического эффекта Т- и NK-киллеров вносят выделяемые ими цитокины, обладающие способностью вызывать апоптоз — ФНОа и р, а также интерферон у.
Таким образом, значение цитокинов является определяющим в индуктивной фазе иммунного ответа, когда они обусловливают развитие базовых реакций макрофагов и антигенспецифических клеток: взаимодействие этих клеток с лимфоцитами, активацию и пролиферацию последних, в определенной степени — формирование клеток-эффекторов. На поздних этапах иммунного ответа, в период реализации эффекторных иммунологических функций роль цитокинов становится менее значительной.
Системное действие токсических доз цитокинов. При введении цито-
Таблица 56. Системные проявления (синдромы) токсического действия цитокинов
Синдром
Основные проявления
Описан при введении цитокинов
Цитокины, участвующие в развитии синдрома
Гриппоподобный синдром
Синдром протекания капилляров
Синдром, подобный септическому шоку
Недомогание, потеря аппетита, тошнота, утомляемость, адинамия, мышечные боли
Повышение проницаемости капилляров, потеря жидкой части крови, жажда, отеки (в том числе отек легких)
Падение кровяного давления, лихорадка, метаболический ацидоз, диссеминированная внутрисосудистая коагуляция без бактериемии
ИФНа, ИФНу, ГМ-, Г-КСФ, ИЛ-1, 2 и 3
ИЛ-2, ГМ-КСФ
ФНОа, ИЛ-1
ИЛ-1 и др.
ФНОа, ИЛ-1, хемокины
ФНОа, ИЛ-1 и 6
кинов in vivo в умеренных дозах удается воспроизвести эффекты, в целом соответствующие тем представлениям о функциях цитокинов, которые сложились на основе их изучения in vitro. Иная картина наблюдается при введении высоких, субтоксических и токсических, доз. В этом случае нарушается один из основных принципов действия цитокинов — локальность и проявляется эффект активации всей цитокиновой сети. Причем «на выходе» может преобладать эффект не вводившегося, а другого цитокина, эндогенный синтез которого был индуцирован активацией цитокиновой сети.
В табл. 56 приведены сведения о трех наиболее часто наблюдающихся осложнениях при введении цитокинов в высоких дозах с тера- ^певтической целью (например, при лечении злокачественных опухолей). Гриппоподобный синдром наблюдается при введении самых разнообразных цитокинов. Его возникновение отражает роль цитокинов в развитии общих проявлений начальных стадий различных инфекционных процессов, в частности гриппа. Синдром, подобный септическому Шоку, в наибольшей степени связан с действием ФНОа и чаще всего развивается при введении именно этого фактора. Синдром протекания капилляров, являющийся грозным осложнением цитокинотерапии (в частности, введения высоких доз ИЛ-2), также обусловлен гиперпродукцией ФНОа, что может служить иллюстрацией изложенного выше тезиса о вовлечении цитокиновой сети в реализацию токсического действия цитокинов.
Таким образом, благодаря чрезвычайно многосторонним взаимосвязям цитокинов в целостном организме цитокиновая сеть функционирует Как целое, что особенно четко проявляется при системном введении высоких доз цитокинов. Это имеет первостепенное значение при использовании высоких доз препаратов цитокинов с лечебной целью.
Одного сигнала, поступающего в лимфоциты через рецептор для антигена, недостаточно, чтобы вызвать полноценную активацию этих клеток. Для этого требуется костимуляция, т.е. поступление в клетку дополнительных сигналов. Эти сигналы возникают в процессе межклеточных взаимодействий, как контактных, так и опосредованных гуморальными факторами. Контактные взаимодействия клеток иммунной системы становятся возможными благодаря взаимному прилипанию (адгезии). Наиболее важными являются взаимодействия двух пар молекул: CD28 на Т-клетках и CD80 (или CD86) на АПК, а также CD40 на В-клетках и АПК и CD154 на Т- клетках. Взаимодействие первой пары молекул служит костимули- рующим сигналом для Т-хелперов, второй пары — в основном для В-клеток. В результате поступления сигналов от рецептора для антигена и от костимулирующей молекулы лимфоциты активируются. Для последующего развития пролиферации и дифференцировки они должны получить гуморальные сигналы, источником которых являются цитокины. Цитокины — это белковые продукты активированных клеток иммунной системы, обусловливающие межклеточные коммуникации не только при иммунном ответе, но и при кроветворении, развитии воспаления и т.д. К ним относятся интерлейкины, интерфероны, факторы некроза опухоли, колониестимулирующие факторы, хемокины и др. Система цитокинов характеризуется тесной взаимосвязью факторов, выражающейся во взаимных влияниях и индукции, сильном перекрывании эффектов. Несмотря на преимущественно локальный характер действия, полифункциональность и опасность развития токсических эффектов, цитокины в настоящее время все шире используются в качестве лекарственных средств.
АКТИВАЦИЯ ЛИМФОЦИТОВ И СВЯЗАННЫЕ С НЕЙ ПРОЦЕССЫ
Распознавание лимфоцитами антигенных эпитопов и обмен сигналами с другими клетками иммунной системы являются условиями проявления активации лимфоцитов — процесса, на котором базируются практически все иммунологические реакции, проявления иммунного ответа. Активация — многозначное понятие. Ее суть сводится к переходу клетки в состояние, с которым связаны выполнение функций и проявление специфической активности клетки. Предпосылкой выполнения функций лимфоцитами всегда служит их пролиферация (поскольку на физиологический стимулятор реагирует небольшое число клонов, содержащих малое число клеток, для развития достаточно интенсивной реакции требуется их предварительное размножение). В связи с этим под активацией лимфоцитов понимают процессы, приводящие к делению этих клеток. В узком смысле активация — это переход лимфоцитов из фазы покоя (Go)
в фазу Gi клеточного цикла. Как правило, активация сопряжена также с последующей дифференцировкой клеток, однако связь между активацией и дифференцировкой менее ясна, чем связь между активацией и делением. Третьим вариантом исхода состояния активации лимфоцитов является их программированная гибель — апоптоз.
Активация и пролиферация лимфоцитов
При классическом варианте активации лимфоцитов ее пусковым сигналом служит связывание рецепторов BCR (или TCR) с антигеном (в случае В-клеток) или с комплексом антигенного пептида с молекулой МНС (для Т-клеток). При моделировании этого процесса с помощью антител к рецепторам требуется перекрестное сшивание мембранных рецепторов. Это сшивание осуществляется при участии вспомогательных клеток типа макрофагов. Очевидно, что перекрестное сшивание рецепторов требуется и при активации лимфоцитов антигенами. Сшивание рецепторов может осуществляться благодаря их бивалентности (установленной для иммуноглобулиновых и постулируемой для Т-клеточных рецепторов), однако его степень увеличивается благодаря участию антигенпредставляющих клеток (АПК.) или иных факторов. Поливалентность Т-независимых антигенов II класса сама по себе обеспечивает перекрестное сшивание рецепторов, что позволяет им активировать В-лимфоциты без их обязательного контакта с Т-хелперами.
С помощью техники построения оптических образов установлено, что взаимодействие комплексов молекула МНС—пептид и TCR—CD3 вызывает перераспределение мембранных молекул с формированием кольцевидных скоплений (кластеров), в которых внутреннее кольцо содержит комплекс TCR—CD3 и молекулу CD28, а наружное — интегрины LFA-1. Перераспределяются также цитоплазматические молекулы, прилежащие к мембране: под внутренним кольцом сосредоточивается проте- инкиназа С, а под внешним — белок цитоскелета талин, связанный с интегрином LFA-1. Кроме того, для Т-клеток показано, что одна молекула МНС, несущая антигенный пептид, способна поочередно взаимодействовать с большим числом рецепторов TCR, причем «отработавшие» молекулы рецепторов погружаются в клетку — интернализируются.
Активация лимфоцитов с помощью антител к антигенсвязывающим рецепторам лимфоцитов моделирует действие антигенов в поликлональном варианте. Аналогичным эффектом обладают митогены. В качестве таковых чаще всего используют (особенно для активации Т-клеток) растительные лектины. Они взаимодействуют с несколькими мембранными гликопротеинами, несущими концевые сахара, к которым данные лектины имеют сродство. Некоторые сведения о наиболее широко применяемых митогенах приведены в табл. 57.
Другим важным фактором для запуска активации лимфоцита являются дополнительные сигналы, исходящие от вспомогательных клеток. О них говорилось выше (см. раздел 3.4.1). Основную роль в случае контактной костимуляции Т-клеток играет взаимодействие CD28 Т-лимфоцита и молекул CD80 и/или CD86 вспомогательной клетки, а при костимуляции
Таблица 57. Характеристика наиболее известных митогенов Т- и В-лимфоцитов
Название
Происхождение
Мол. масса, xlOOO
Специфичность
Реагирующие лимфоциты
Фитогемагглютинин (ФГА)
Phaseolus vulgaris (фасоль)
L- и R-формы. 4 субъединицы по 34
М-ацетил-В- галактозамин
Т-клетки
Конканавалин
А (Кон А)
Canavalia ensi- formis
4 субъединицы по 25,5
a-D-глюко- и a-D-манно- пиранозиды
Митоген лаконоса (МЛ)
Phytolacca americana
5 компонентов с различными массами
ди-М-ацетил- хитобиоза
В-клетки при участии Т-хелперов
В-клеток — взаимодействие CD40 В-лимфоцита и CD 154 (CD40L) Т-хелпера. Среди гуморальных кофакторов основная роль принадлежит цитокинам, различным при активации разных клеток.
Условия активации лимфоцитов различных типов неодинаковы. Так, для активации ЬуЬ-5~-В-лимфоцитов, помимо действия антигена, требуется контактное взаимодействие с Т-хелперами (с участием молекулы CD40), тогда как для ЬуЬ-5+-В-клеток достаточно дополнительного влияния цитокинов. Активация СВ4+-Т-хелперов требует более обширного набора факторов (обычно включая прямой контакт с АПК при участии CD28), чем активация СВ8+-киллеров. Среди Т-хелперов более требовательными к условиям активации являются Т-хелперы 1-го класса: они нуждаются в действии АПК и ПЛ-12, тогда как Т-хелперы 2-го класса, как полагают, могут быть активированы в результате одного взаимодействия с АПК. Наконец, условия, требуемые для активации клеток памяти, являются более «облегченными» по сравнению с условиями активации покоящихся «наивных» лимфоцитов.
Поскольку активация в типичном случае служит подготовкой к делению клеток, ее основной результат состоит в индукции ряда генов, продукты которых обеспечивают продвижение по клеточному циклу. Эту функцию выполняют факторы роста — цитокины и рецепторы для них. Экспрессия их генов и происходит в результате активации лимфоцитов. Она осуществляется под влиянием регуляторных ядерных белков — транскрипционных факторов, способных взаимодействовать с определенными участками (энхансерными последовательностями) премоторных участков этих генов. О регуляторных участках цитокиновых генов, в частности ИЛ-2, уже говорилось (см. раздел 3.4.3). Результатом активации Т- лимфоцитов является экспрессия генов, детерминирующих рецепторы факторов роста (в первую очередь ИЛ-2), а в случае Т-хелперов — генов самих факторов роста (ИЛ-2 и др.). Оба результата достигаются при сходном сочетании условий, поскольку структура премоторных участков генов цитокинов и генов их рецепторов сходна. Несколько упрощая си-
SH3
SH2
tСвязывание
tСвязывание
COOH
с другими белками (участок, богатый пролином)
с другими белками
(НАМ)
Рис. 68. Строение тирозинкиназ.
SHI, SH2, SH3 — обозначения доменов; NH2, СООН — концы полипептидной цепи; Р — участки фосфорилирования; К+АТФ —К+-зависимая АТФаза.
туацию, можно сказать, что указанные результаты активации (в случае Т- клеток экспрессия генов ИЛ-2 и рецептора для ИЛ-2 осуществится), будут достигнуты, если произойдет связывание определенных регуляторных последовательностей указанных генов (NFAT, NFkB, ОКТ-1 и т.д.) соответствующими транскрипционными факторами. Эти факторы в готовом виде в клетках не присутствуют. К их формированию и активации генов сводится процесс передачи активационного сигнала.
Л. Запуск сигнала. Активация тирозинкиназ, связанных с рецептором
Как отмечалось (см. раздел 3.1.1), хотя полипептидные цепи, входящие в состав рецепторов Т- и В-клеток, лишены ферментативной активности, их цитоплазматические домены контактируют с протеинкиназами. Функция протеинкиназ заключается в фосфорилировании белков, переводящем их в функционально активное состояние. Фосфорилирование может осуществляться по остатку тирозина или по структурно сходным остаткам серина и треонина. В соответствии с этим протеинкиназы делятся на тирозиновые и серинтреониновые. Гены большинства киназ, особенно тирозиновых, представляют собой протоонкогены. При изменении их окружения (особенно регуляторных участков) они приобретают бесконтрольную активность, обусловливающую трансформацию клеток (в частности, злокачественное перерождение). Протеинкиназы, связанные с рецепторным аппаратом лимфоцитов, являются тирозинкиназами. В случае TCR это р561ск и р59^п, в случае BCR — pSStyn, р531Уп, р56Ь1к и р59^п. Все перечисленные тирозинкиназы относятся к семейству Src и имеют гомологичные домены SH (от англ. Src-homology), выполняющие стандартные функции, которые состоят во взаимодействии с другими молекулами (домены SH2 и SH3) и проявлении киназной активности (SH1-домен). В схематической форме типичная структура тирозинкиназ показана на рис. 68. С рецепторным комплексом связаны также тирозинкиназы, не относящиеся к семейству Src: в Т-клетках — ZAP-70 (от англ, ^-chain activating protein), в В-клетках — Syk.
Lek, FynLek, FynITAM-мотив ^-цепиITAM-мотив ^-цепиРис. 69. Взаимодействие £-цепи CD3 и тирозинкиназы ZAP-70.
Lek, Fyn
Lek, Fyn
ITAM-мотив ^-цепи
ITAM-мотив ^-цепи
Под влиянием тирозинкиназ Lek и Fyn происходит фосфорилирование участка ITAM ^-цепи, что обеспечивает возможность его взаимодействия с доменом SH2 киназы ZAP-70. Это обеспечивает дальнейшее фосфорилирование (с участием киназ Lek и Fyn) и активацию ZAP-70, необходимую для дальнейшей передачи сигнала.
Связывание и перекрестное сшивание рецепторов приводят к изменению их конформации, отражаются на конформации контактирующих с ними протеинкиназ и вызывают активацию последних. Этот начальный этап передачи сигнала детально не изучен. Ранние события, связанные с активацией лимфоцитов, показаны на рис. 69. Известно, что тирозинки- наза р561ск быстро (в течение секунд) активируется в ответ на конформационные изменения вспомогательных молекул CD4/CD8, происходящие при связывании Т-клеточного рецептора с лигандом. Эта тирозинкиназа катализирует фосфорилирование по тирозиновому остатку 12 субстратов, в том числе <^-цепи CD3 (уже через 2 мин). В ^-цепи фосфорилируются два остатка тирозина, составляющие часть очень важной последовательности ITAM (от англ. Immunoglobulin receptor family tyrosine-based activation motif; иногда используют другое его название — ARAM от англ. Antigen recognition activation motif). Эта последовательность следующая: YX2L/IX7YX2L/I, т.е. она содержит два остатка тирозина (Y), разделенные 7 остатками любых аминокислот и перемежающиеся остатками лейцина (L) или изолейцина (I). Последовательность ITAM в фосфорилированном виде обеспечивает контакт молекулы с 8Н2-доменами тирозинкиназ, т.е. передачу сигнала. Фосфорилирование обоих остатков тирозина в ITAM ^-цепи обусловливает связывание с ним двух 8Н2-до- менов киназы ZAP-70, что служит условием для дальнейшей передачи сигнала.
Важную роль на начальных этапах активации играют ферменты с противоположной направленностью эффектов — тирозиновые протеин- фосфатазы. Они дефосфорилируют белки, активность которых была блокирована вследствие чрезмерного исходного фосфорилирования. Такой активностью обладает цитоплазматический домен мембранной молекулы CD45, которая активирует указанным путем некоторые Src-киназы.
Под влиянием тирозинкиназ, связанных с рецепторами Т- и В-клеток, фосфорилируется большая часть компонентов TCR и BCR, CD5, некоторые белки цитоскелета и белки, важные для дальнейшей передачи сигнала (фосфолипаза Cyl, ГТФ-зависимая киназа Grb2, белки Vav и Sos), а также мембранный белок рЗ 1 ^ (от англ. Link — связующий, поскольку он служит связующим фактором между начальными событиями активации и более поздними этапами передачи сигнала).
Рис. 70. Превращения фосфоинозитидов в процессе активации лимфоцитов.
ТК — тирозинкиназы; PLC — фосфолипаза С; РКС — протеинкиназа С; Р1Р2 — фосфатидилинозитол 4,5-дифосфат; DAG — диацилглицерин; IP3 — инозитол 1,4,5 -трифосфат.
Дальнейшая передача сигнала и формирование транскрипционных факторов
Фосфолипаза С активируется в результате фосфорилирования по тирозиновому остатку и транспортируется из цитоплазмы в мембрану благодаря связыванию с упомянутым выше белком p31lnk. Фермент имеет несколько изомерных форм, объединяемых в 4 типа — а, 0, у (имеет несколько субтипов), 5, из которых в лимфоцитах представлен тип yl, активируемый При участии тирозинкиназ. Субстратом фосфолипазы С являются фосфо - Инозитиды, метаболизм которых контролируется липидными киназами (PI3-, Р14-киназами и т.д.). Наиболее важной реакцией, катализируемой Этим ферментом, является расщепление фосфатидилинозитол-4,5-дифос- фата на 1,2-диацилглицерин и 1,4,5-инозитолтрифосфат. Этот этап активации показан на рис. 70.
■ Диацилглицерин служит активатором протеинкиназы С — «узлового» фермента процесса активации лимфоцитов. Протеинкиназа С имеет молекулярную массу 77 000—80 000 и состоит из регуляторной (30 000) и каталитической (50 000) субъединиц. Из нескольких изоформ протеинкиназы С в лимфоцитах содержатся изоформы 0j и 02, в меньшем количестве — а. При запуске активационного сигнала наряду с активацией протеинкиназы С происходит ее перемещение из цитозоля в мембранную фракцию клетки. Протеинкиназа С катализирует фосфорилирование белков по остаткам серина и треонина. Ее мишени многочисленны. Среди них ряд
мембранных белков (CD4, 8, 5, 7, 43, 45), p-цепь LFA-1, молекулы МНС класса I, a-цепь рецептора для ИЛ-2 (CD25), тирозинкиназа р561ск, а также у- и s-цепи CD3. Фосфорилирование цепей CD3, а также CD4 и CD8 приводит к снижению экспрессии соответствующих молекул на клеточной мембране. Протеинкиназа С фосфорилирует также некоторые другие ферменты, в том числе ГТФ-связывающий белок p21ras и серинтреониновую киназу Raf-1, которые участвуют в дальнейшей передаче сигнала. Однако протеинкиназа С «причастна» не ко всем проявлениям активности перечисленных факторов. Протеинкиназа С также участвует в формировании транскрипционного фактора NF-кВ (см. ниже).
Инозитолтрифосфат обусловливает мобилизацию из внутриклеточных депо другого важного передатчика сигналов — Са2+. Ионы Са необходимы для реализации активности протеинкиназы С и ряда других ферментов, участвующих в процессе активации. Так, Са2+ вместе с инозитолтрифосфатом активируют серинтреониновую инозитолтрифосфат - киназу (1РЗ-киназу). Изменение баланса других ионов также служит важным проявлением активации лимфоцитов. При активации изменяется режим работы мембранных каналов для ионов; усиливаются приток Са2+ и К+ и противоток Na+/H+, незначительно защелачивается внутренняя среда клетки, происходит деполяризация клеточной мембраны.
Образование инозитолтрифосфата и диацилглицерина свидетельствует о раздвоении активационного сигнала. В экспериментах активацию лимфоцитов часто моделируют в обход связывания мембранных рецепторов. Для этого на клетку действуют комбинацией форболовых эфиров, служащих аналогами диацилглицерина и активаторами протеинкиназы С, с ионофорами Са2+, которые усиливают поступление этих ионов извне. Начиная с образования инозитолтрифосфата и диацилглицерина формируются завершающие звенья реакций, приводящих к образованию транскрипционных факторов NF-ATc/p и АР-1 (c-jun/c-fos), которым принадлежит основная роль в активации гена ИЛ-2, а также генов ряда других цитокинов и их рецепторов. Эти факторы взаимодействуют с соответствующими нуклеотидными последовательностями регуляторных участков цитокиновых генов.
Одна из заключительных цепей активационного процесса состоит в следующем. Под влиянием повышенного уровня Са2+ с участием Са2+- связывающего белка кальмодулина активируется серинтреониновая тирозинфосфатаза кальциневрин. Он катализирует дефосфорилирование неактивной формы с-субъединицы транскрипционного фактора NF-AT, что приводит к приобретению этой субъединицей способности связываться с предсуществующей субъединицей NF-ATp, т.е. к формированию транскрипционного фактора NF-ATc/p. Эта фаза активации чувствительна к циклоспорину А и веществу FK506, которые образуют комплекс с иммуно филлином, и данный комплекс связывает и инактивирует кальциневрин. Эти субстанции используются в качестве лекарственных препаратов для подавления активации лимфоцитов с целью направленной иммуносупрессии при аллотрансплантациях и аутоиммунной патологии. Схема рассмотренных взаимодействий приведена на рис. 138.
Другая ветвь активационного процесса связана с активацией так на-
АГ-МНС
CD4/8 TCR-CD3
КапьциневринJNKМЕК
ERK1ERK2ERK1ERK2Экспрессия c-jun, c-fosЭкспрессия c-jun, c-fos
ERK1
ERK2
ERK1
ERK2
Экспрессия c-jun, c-fos
Экспрессия c-jun, c-fos
I NF-ATc-P—*- NF-ATc + NF-ATP
t
NFkSNF-ATc/p
Ядерная
мембрана
Ген ИЛ-2
Рис. 71. Внутриклеточная сигнализация при активации Т-лимфоцитов.
Жирными стрелками отмечены превращения веществ, тонкими — влияния, прерывистыми — перемещения веществ (с. 287).
ИФНуИФНуСвязывание ИФНу с рецепторомСвязывание ИФНу с рецепторомАктивация генаАктивация генаРис. 72. Сигнализация через рецептор для интерферона (ИФН)у (с. 291).Рис. 72. Сигнализация через рецептор для интерферона (ИФН)у (с. 291).
ИФНу
ИФНу
Связывание ИФНу с рецептором
Связывание ИФНу с рецептором
Активация гена
Активация гена
Рис. 72. Сигнализация через рецептор для интерферона (ИФН)у (с. 291).
Рис. 72. Сигнализация через рецептор для интерферона (ИФН)у (с. 291).
ИНФу-рецептор ZZZZZZZ2HZZZZZZZZZ
JakiJakiJak2Jak2
Jaki
Jaki
Jak2
Jak2
STAT 1а Передача сигнала внутри клетки
зываемого MAP-каскада (МАР — от англ, mitogen-activated protein). Узловым событием в его включении является активация ГТФ-связываю- щего белка p21ras. В клетках различных типов это происходит при участии фактора mSOS и адапторных белков Grb2 и She (осуществляют обмен гуанинового нуклеотида). В Т-клетках активация белка Grb2 происходит при участии мембранного фактора Lnk (р36), о котором уже упоминалось в связи с перемещением фосфолипазы С в мембрану. В Т-клетках в активации p21ras участвует белок Vav. Активация p21ras создает условия для связывания с ним регуляторного участка серинтреониновой киназы Raf-1, запускающий MAP-каскад. Фактор p21ras активирует также ГТФ-связы- вающий белок Rac, включающий еще один сигнальный путь, который приводит к фосфорилированию транскрипционных факторов.
Под влиянием Raf-1 включается MAP-каскад: происходит последовательная активация киназ МЕК, МАРК и МАР. Последнее звено этой цепи представлено двумя МАР-киназами — ERK1 и ERK2 (от англ. Extracellular signal regulated kinase). К формированию ERK2, помимо рассмотренного каскада, приводит недостаточно изученный путь, включаемый протеинкиназой С. Киназы ERK перемещаются в ядро и активируют Elkl — один из белков, ответственных за экспрессию «ранних генов активации», в частности c-fos. Активация этого и, возможно, других путей приводит к кратковременной (примерно на 15 мин) экспрессии генов c-fos и c-jun; их продукты димеризуются, и димер выступает в качестве
транскрипционного фактора АР-1. Связывание участков NF-АТ и АР-1 означает выполнение основного условия активации генов ИЛ-2 и 2Р.
Еще один транскрипционный фактор, важный для индукции активационных генов, — NF-кВ (судя по названию, он впервые был обнаружен при анализе регуляции активности гена к-цепи иммуноглобулинов). В отличие от двух рассмотренных выше факторов он активируется не при сборке субъединиц, а при отделении ингибирующей субъединицы. Этот фактор предсуществует в клетке в форме тримера, включающего субъединицы Rei, NF-кВ 1 и IkB. Последняя субъединица является ингибирующей. Ее удаление приводит к активации фактора NF-кВ и его перемещению в ядро. В активации NF-кВ участвуют некоторые из рассмотренных выше факторов, в том числе протеинкиназа С. Однако для эффективной реализации этого акта требуются дополнительные сигналы, включаемые вследствие костимуляции клеток.
Выше описаны лишь основные процессы активации. Схематически они отражены на рис. 71 (с. 285). В действительности в этот процесс вовлекается значительно большее число передаточных путей, при его осуществлении формируется большее число транскрипционных факторов и экспрессируется много других генов (при активации Т-клеток по меньшей мере 70).
Сигналы, включаемые через корецепторы
Наиболее удовлетворительно изучены последствия связывания корецеп- тора Т-клеток CD28. Уже упоминалось (см. раздел 3.4.1), что своей цитоплазматической частью эта молекула может контактировать с липидной киназой — фосфатидилинозитол-3-киназой (PI-3K). Этот фермент Катализирует фосфорилирование гидроксила D3 фосфоинозитидов. Молекула фермента содержит регуляторную и каталитическую субъединицы |(мол. масса соответственно 85 000 и НО ООО), первая из которых включает ива домена SH2 и один SH3. При перекрестном сшивании TCR без участия ^D28 происходит слабая активация PI-3K. Однако лишь связывание |CD28 приводит к интенсивной активации этого фермента. Это обуслов- иено взаимодействием домена SH2 регуляторной субъединицы фермента к фосфорилированной последовательностью YMNM цитоплазматической расти CD28; при этом PI-3K перемещается в мембрану.
Различие путей сигнализации, запускаемых при связывании TCR и CD28, детерминируется уже на самых ранних этапах активации. Так, при ^связывании CD28 не затрагиваются тирозинкиназы комплекса TCR— !CD3—CD4/8, зато активируется адапторный белок рб2, по активности Сходный с Grb2. .
Точкой конвергенции активационных сигнальных путей, запускаемых через TCR и CD28, являются серинтреониновые киназы JNK1 и 2 (от англ. c-Jun-N-terminal kinase), формирование которых происходит При участии р21га8-зависимого ГТФ-связывающего белка Rac, о котором Уже упоминалось как о факторе сигнального пути, параллельного МАР- Каскаду. Активация JNK также зависит от кальциневрина и CD28-зависимых сигналов. Результатом активации этого пути является фосфо-
Таблица 58. Ключевые внутриклеточные факторы активации лимфоцитов
Фактор
Мол. масса, xlOOO
Ферментативная активность
Функции
p59fyn
59
Тирозинкиназа
Реагирует на связывание TCR. Участвует в запуске сигнала в клетку
p56lck
56
То же, фосфорилирует ^-цепь
ZAP-70
70
Обусловливает передачу сигнала от названных выше киназ к фосфолипазе С и p21ras
p56!yn
56
Включает сигнал при связывании BCR
p53'yn
53
То же
Фосфолипаза С
Фосфолипаза
Расщепляет фосфатидилинозитол-4,5- дифосфат на диацилглицерин и инозитолтрифосфат, что обусловливает включение протеинкиназы С и Са2+ в передачу сигнала
Протеинкиназа С
80
Серинтреониновая киназа
Участвует в активации p21ras и Raf-1, в формировании транскрипционного фактора NF-кВ и т.д.
Са2+
0,04
—
Активирует кальциневрин, участвует в активации протеинкиназы С
PI-3-киназа
195
Липидная киназа
Обусловливает подключение сигнала от корецептора (CD28)
JNK 1 и 2
Серинтреониновые киназы
Обусловливают конвергенцию сигналов от TCR и CD28
p21ras
21
ГТФ-связыва- ющий белок
Включает Raf- и Rac-зависимые сигнальные пути
Raf-1
Серинтреониновая киназа
Включает МАР-каскад
МАР-киназы (МЕК, МАРК, МАР)
Серинтреониновые киназы
Образуют МАР-каскад, приводящий к экспрессии генов c-fos и c-jun и формированию транскрипционного фактора АР-1
Кальциневрин
Серинтреониновая фосфатаза
Активирует субъединицу с транскрипционного фактора NF-AT
рилирование транскрипционных факторов при участии факторов Rho г CDC42. Еще один путь, на котором кооперируют CD28- и TCR-зависимые сигналы, связан с активацией транскрипционного фактора NFkB В суммарном виде сигналы, поступающие в ядро при стимуляции чере:
TCR и костимуляции через CD28, представлены на рис. 71, а наиболее значимые факторы, которые опосредуют передачу сигналов, перечислены в табл. 58.
Источником костимуляции В-лимфоцитов являются сигналы, поступающие при связывании CD40. Не останавливаясь детально на путях стимуляции и костимуляции В-клеток (они в принципе аналогичны таковым Т-клеток, но изучены менее детально), упомянем лишь наиболее принципиальные факты. При связывании BCR без костимуляции сильно активируется киназа ERK2 и очень слабо — ERK1, JNK и р38; при совместной активации две последние киназы активируются значительно больше. Этому соответствуют принципиально различные результаты: полный набор сигналов, сопровождающийся сильной активацией названных киназ, приводит к пролиферации клеток, а изолированное связывание BCR с активацией одной ERK2 — к развитию апоптоза. Отсутствие пролиферации при изолированной активации BCR по крайней мере частично обусловлено снижением активности циклиновых киназ (см. раздел 3.5.1.6) cdc4 и cdc6, играющих ключевую роль в продвижении клетки по циклу (см. ниже), тогда как одновременное связывание CD40 предотвращает этот эффект.
Расшифровка путей активации лимфоцитов не закончена. Успехи в этой области достигнуты благодаря использованию передовых технологий молекулярной инженерии — направленной инактивации генов и их трансфекции, направленного мутагенеза, конструирования гибридных молекул и т.д.
Маркеры активации
Продукты некоторых из этих генов, связанных с активацией, появляются в различные сроки активации на поверхности лимфоцитов; их называют активационными антигенами (табл. 59). Первыми после действия стимулятора на поверхности Т-клеток появляются молекулы CD23 (примерно через час) и CD69. К активационным антигенам лимфоцитов относятся молекулы CD29, 30, 56, 69 и 70, рецепторы для интегринов ICAM-1 и 3. Активационным антигеном Т-клеток является дипептидилпептидаза ГУ (CD26). Для В-клеток маркером активации служат молекулы МНС II класса; они экспрессируются также на активированных Т-клетках, но только на хелперах и лишь у человека. Позже, уже в период пролиферации, на лимфоцитах экспрессируется рецептор для трансферрина (CD71), еще позже — интегрины группы VLA.
Однако, как отмечалось выше, наиболее важным результатом активации является экспрессия генов факторов роста и их рецепторов. Формирование высокоаффинного рецептора для ИЛ-2 на поверхности Т-клеток происходит через сутки после действия стимулирующего агента в результате экспрессии гена CD25 — легкой (а) цепи рецептора. Экспрессия гена самого ИЛ-2 осуществляется раньше: соответствующая мРНК определяется в клетке через 2 ч после активации, а через сутки экспрессия гена ИЛ-2 прекращается. Гены других факторов роста экспрессируются позже в последовательности: ИЛ-4, ИЛ-6, ИЛ-10, ИЛ-9 (через 24 ч).
Таблица 59. Маркеры активации лимфоцитов
Группа маркеров
В-клетки
Т-клетки
Ранние маркеры активации
CD69
CD23, CD69
Молекулы МНС
МНС II класса
Молекулы межклеточных взаимодействий
CD86, CD30
CD152 (CTLA-4), CD154 (CD40L), CD30
Молекулы адгезии
CD39
VLA-4 и 1, CD44, CD50 (ICAM-3), CD54 (ICAM-1)
Рецепторы для цитокинов
CD25 (a-цепь ИЛ-2Р), CD126 (а-цепь ИЛ-6Р), CD130 (gpl30, общая цепь)
CD25 (a-цепь ИЛ-2Р), CD 134
Маркеры пролиферации
CD71 (рецептор для трансферрина)
CD71 (рецептор для трансферрина)
Ферменты
CD26 (дипептидилпепти- даза IV)
CD26 (дипептидилпептидаза IV)
Маркеры, связанные с апоптозом
CD95
CD95
Прочие маркеры активации
CD26, 70, 83, 85 и 86
CD26, 70, 8 3, 96 и 97
1
Эти события приводят к усилению биосинтетических процессов, что отражается на морфологии клетки. Клетка увеличивается в размерах за счет увеличения объема цитоплазмы, которая становится базофильной, обогащается гранулами; увеличивается также ядро, изменяется структура его хроматина. Малый лимфоцит превращается в бластную клетку (активацию лимфоцитов иногда обозначают термином «бласттрансформация»).
Экспрессия рецепторов факторов роста при условии присутствия этих факторов в среде (а в случае активации лимфоцитов они продуцируются частью активированных клеток — Т-хелперами) и их связывания с рецепторами приводит к дальнейшему продвижению клетки по циклу — к развитию пролиферативного процесса. В случае отсутствия фактора роста, как правило, происходит апоптоз — программированная гибель клеток. Ее предпосылкой является экспрессия в процессе активации Fas- рецептора (CD95) и Fas-лиганда — соответственно рецептора и источника сигналов, приводящих к развитию апоптоза.
Сигнализация, запускаемая цитокинами
Процесс активации выводит лимфоциты из фазы покоя в фазу клеточного цикла Gp Для дальнейшего продвижения по циклу и осуществления митоза клетке необходим сигнал, поступающий не с рецептора для анти-
Рис. 73. Регуляция клеточного цикла.
Стрелками отмечены активирующие влияния; стрелки, направленные на круг, символизирующий клеточный цикл, отражают влияния указанных факторов на Включение соответствующей фазы цикла. Прерывистые линии — изменение активности фактора E2F в процессе его взаимодействий с фактором рабдомиосаркомы (Rb) (с. 294).
гена, а с рецептора для фактора роста (ИЛ-2 в случае Т-клеток, ИЛ-4 и Других цитокинов — в случае В-клеток). Лишь при этом условии преодолевается «точка рестрикции», разделяющая субфазы Gla и G^.
; Молекулярные события, индуцируемые связыванием цитокинов с их рецепторами, изучены меньше, чем пусковые механизмы активации лимфоцитов. Существенно, что это особый путь передачи сигналов, отличающийся от такового при связывании рецептора с антигеном. В то же время в случае цитокинов с ростстимулирующей активностью их действие включает очередной этап продвижения клетки к митозу: если активация через рецептор для антигена доводит процесс активации до экспрессии генов цитокинов и их рецепторов, то взаимодействие последних, Преодолевая «точку рестрикции», завершает подготовку клетки к пролиферации. Некоторые события, связанные с передачей сигнала от рецептора для интерферона у, показаны на рис. 72 (с. 286).
Таблица 60. Тирозинкиназы JAK и транскрипционные факторы STAT, участвующие в передаче цитокинового сигнала в клетку
Цитокины
JAK
STAT
ИЛ-2, 4, 7
JAK1, 3
5, 3
ИЛ-3 и 5, ГМ-КСФ
JAK1, 2
—
ИЛ-6, LIF
JAK1, 2, ТУК
3
ИФНу, Г-КСФ
JAK1, 2
1а
ИФНа, Р
JAK1, ТУК
1аР, 2, 4
Примечание. LIF — фактор, ингибирующий лейкозные клетки.
Известно, что активация фосфолипазы С и протеинкиназы С, а также мобилизация Са2+ не имеют значения для реализации эффекта ИЛ-2. Ответ на ИЛ-2 не зависит также от активности протеинфосфатазы CD45 и от большинства тирозинкиназ, связанных с рецепторами для антигена.
Как и в случае с рецепторами для антигена Т- и В-лимфоцитов, важную роль в передаче сигнала играет цитоплазматический домен рецепторов для цитокинов. Этот домен, как правило, лишен ферментативной активности (исключение составляет тирозинкиназная активность в цитоплазматических доменах рецепторов для М-КСФ и фактора стволовых клеток — соответственно c-fms и c-kit), однако способен устанавливать связь с сигнальными ферментами. В цитоплазматическом домене рецептора для ИЛ-2 выделяют несколько участков, важных для взаимодействия с тирозинкиназами. Так, в р- и у-цепях имеются так называемые проксимальный и дистальный участки (боксы 1 и 2), которые связывают ключевые тирозинкиназы цитокинового сигнального каскада — JAK1 (взаимодействует с p-цепью) и JAK3 (взаимодействует с у-цепью). Название «JAK» происходит от «Yanus-associated family kinases» (Янус — римский бог с двумя лицами, смотрящими в разные стороны), что подразумевает двусторонний характер связей этих киназ. В составе этого семейства известно несколько членов — JAKI, JAK2, JAK3, TYK1, TYK2; все они в разных сочетаниях участвуют в передаче цитокиновых сигналов (табл. 60).
Субстратом JAK-киназ являются транскрипционные факторы семейства STAT (от англ. Signal transductors and activators of transcription). При действии ИЛ-2 фосфорилирование факторов STAT обусловлено преимущественно киназой JAK3, которая активирует транскрипционные факторы STAT3 и 5. Представители этого семейства столь же важны для реализации эффекта цитокинов, как тирозинкиназы JAK. Факторы STAT активируются при передаче сигнала через рецепторную цепь gpl30, общую для нескольких цитокинов (включая ИЛ-6). Факторы STAT, которые зависят от сигналов, исходящих от разных участков цитоплазматического домена цепи gpl30, ответственны за ростовой эффект, экспрессию FcyR и лизоцима.
В дистальных отделах цитоплазматических участков 0- и у-цепей рецептора для ИЛ-2 имеются участки с преобладанием отрицательно заряженных аминокислотных остатков, предназначенные для взаимодействия с 8Н2-доменами тирозинкиназ. Эти участки фосфорилируются по остатку тирозина под влиянием JAK. С таким участком 0-цепи связывается тирозинкиназа р561ск, о которой упоминалось в связи с запуском сигнала от антигенного рецептора. Вероятнее всего через р56,ск в передачу сигнала вовлекается PI-3-киназа, ответственная за перестройку цитоскелета клетки и участвующая в контроле пролиферации (через подключение к MAP-каскаду или в результате активации 86-киназы). Другим результатом вовлечения р561ск является активация фактора p21ras с последующей активацией Raf-1 и включением MAP-каскада. Как отмечалось выше, этот сигнальный путь приводит к экспрессии ранних генов активации c-jun и c-fos. При действии ИЛ-2 активируются и другие ранние гены активации с-тус и c-myb. По крайней мере для гена с-тус показана роль в дальнейшем продвижении клетки по циклу. При наличии в окружении клетки факторов роста реализуется программа пролиферации, при его отсутствии развивается апоптоз.
Подключение Ras-пути сигнализации свойственно для действия большинства цитокинов, имеющих рецепторы «цитокинового» типа. Существует одно исключение — ИЛ-4. Вероятно, различия эффектов ИЛ-2 и ИЛ-4 связаны с активацией Ras-пути или с ее отсутствием, тогда как черты сходства обусловлены общими механизмами сигнализации. Ras- путь сигнализации используется не только при реализации ростовых эффектов. Так, при действии ИЛ-6 на гепатоциты Ras-путь является одним из трех основных сигнальных путей, приводящих к экспрессии генов белков острой фазы.
Продвижение по клеточному циклу
Вступление клетки в митоз контролируется циклинами, которые связываются с циклинзависимыми киназами серинтреонинового типа и активируют их, выполняя роль регуляторных субъединиц. Эти киназы обозначают cdk (от англ, cyclin-dependent kinase). Известно 6 циклинов, обозначаемых буквами от А до Е, и 6 циклинзависимых киназ — cdc2 и cdk2—6. Один из результатов действия факторов роста заключается в индукции гена одной из ключевых циклинзависимых киназ — p32cdc2. Выход клетки в цикл связан с активацией циклина Е, взаимодействующего с этой киназой. Параллельно активации циклина Е и экспрессии генов с-тус и N-myc происходит фосфорилирование фактора Rb (фактора рабдомиосаркомы) и связывание им фактора E2F, сопровождающееся инактивацией этого фактора. Одновременно активируются ДНК-полимераза, тимидилаткиназа, тимидилатсинтетаза, дигидрофолатредуктаза, т.е. происходит подготовка к репликации ДНК.
Наибольшую роль в преодолении «точки рестрикции» между фазами цикла Gla и Glb (главное препятствие для вступления лимфоцитов в митоз) принадлежит циклинам D — D1, 2 и 3, ассоциированным с киназами cdk4 и cdk6, а также циклину Е, связанному с киназой p32cdc2. Пос-
aб
Рис. 74. Переключения С-генов иммуноглобулинов [по Райту А., 1993].
1,2 и 3 — уровни, соответственно: генный (ДНК), транскрипционный (РНК) и трансляционный (белки); а — исходное состояние экспрессии С-генов, обеспечивающее синтез IgM; б — процесс переключения на Cyl-ген в результате образования «петли», что обеспечивает синтез IgGl. Кружки — последовательности, ответственные за переключение С-генов (с. 297).
ледняя участвует также в активации циклинов А, В и С, которые нужны для дальнейшего продвижения по циклу, и обусловливает многие важные события клеточного цикла, в частности растворение ядерной мембраны и реорганизацию хроматина при митозе.
После преодоления «точки рестрикции» с участием факторов роста клетка уже не нуждается в дополнительных сигналах для прохождения следующих стадий цикла и вступления в митоз. Под влиянием комплекса циклина Е и киназы cdc2 в фазе G^ происходят фосфорилирование фактора Rb и освобождение активной формы E2F. Фактор E2F индуцирует экспрессию генов циклинов А и В, что реализуется уже в фазе S. Циклин В, комплексированный с cdc2, обусловливает вступление клетки в митоз, а затем выход из него. Схематически эти события показаны на рис. 73 (с. 291).
Завершив деление, клетка обычно сохраняет на своей поверхности рецепторы для факторов роста, но нуждается в повторном связывании соответствующего цитокина для продолжения пролиферации. Длительность экспрессии рецепторов для факторов роста обусловлена особенностями функционирования регуляторного аппарата соответствующих 294
генов. После импульсного воздействия антигенов на Т-клетки экспрессия рецепторов для ИЛ-2 продолжается в среднем 3 дня. ИЛ-2 усиливает экспрессию гена собственного рецептора и увеличивает ее продолжительность. Экспрессия рецептора возобновляется или продлевается под влиянием повторного действия антигена или факторов роста.
3.5.2. Дифференцировка лимфоцитов
После нескольких циклов пролиферации лимфоцитов обычно происходит их дифференцировка. Существует представление, что дифференцировка (по крайней мере в случае лимфоцитов, реагирующих на антигены) осуществляется как этап реализации генетической программы клетки и не нуждается в действии специальных факторов, а лишь провоцируется процессами активации и деления клеток. В результате после периода делений в фазу покоя переходит уже качественно иная клетка.
В целом дифференцировка рассматривается как процесс, альтернативный пролиферации. В его основе лежит стабильная и избирательная активация групп генов (в отличие от временной их экспрессии при активации). При этом, как правило, происходят сужение спектра работающих генов и его ограничение генами «домашнего хозяйства» и генами, детерминирующими выполнение специализированных функций, свойственных клеткам этого типа (например, секреции иммуноглобулинов плазматическими клетками). Детали этого процесса и его метаболические основы изучены недостаточно.
Из известных путей передачи сигналов к процессу дифференцировки имеет отношение цАМФ-зависимый путь. Рецепторы для ряда внешних агентов (например, адренергических) связаны с белком G, но после связывания рецепторов этот белок утрачивает сродство к ним и вступает во взаимосвязь с аденилатциклазой, активируя ее. Аденилат- । циклаза катализирует образование из АТФ циклического аденозинмо- ’нофосфата (цАМФ), который активирует цАМФ-зависимую протеин- киназу. Последняя находится в антагонистических функциональных отношениях с протеинкиназой С, что в значительной степени объясняет ■альтернативный характер процессов пролиферации и дифференцировки Клеток. цАМФ-зависимая протеинкиназа фосфорилирует ряд белков, как мембранных (что проявляется в изменении макромолекулярной структуры клеточной мембраны), так и ядерных. Среди последних — транскрипционные факторы, которые осуществляют реорганизацию активности генов. Следует, однако, подчеркнуть, что цАМФ-зависимый путь приводит скорее к временным и обратимым изменениям фенотипа >И функциональной активности клеток (т.е. к их модификации), чем к Истинной дифференцировке.
В отличие от дифференцировки лимфоцитов при их созревании, результатом которой является формирование клеток, готовых к распознаванию антигена и ответу на него, в результате дифференцировки При иммунном ответе формируются эффекторные клетки и клетки памяти. Можно привести по крайней мере 3 примера дифференцировки эффекторных клеток:
превращение В-лимфоцитов в плазматические антителообразующие клетки;
образование из СП8+-Т-клеток цитотоксических Т-лимфоцитов (Т-киллеров);
дифференцировка СО4+-Т-клеток в хелперы типов Thl и Th2 (современная иммунология не располагает свидетельствами о дифференцировке Т-супрессоров).
Дифференцировка антителопродуцентов и В-клеток памяти
Дифференцировка В-лимфоцитов в антителопродуценты может быть смоделирована совместным действием липополисахарида и ИЛ-4. Однако реально не менее важным костимулирующим фактором, чем действие ИЛ-4, является прямой контакт с Т-хелпером, в основе которого лежит взаимодействие CD40—CD40L (см. раздел 3.4.1). Именно через CD40 в В-клетку поступают основные сигналы к переключению изотипов и переходу на выработку секреторного иммуноглобулина, а также к повышению устойчивости к апоптозу. Цитокины, особенно ИЛ-4, выполняют более частную и тонкую «работу» на этапе переключения изотипов и при осуществлении ряда других событий дифференцировки.
Формирование антителопродуцентов — плазматических клеток из В- лимфоцитов происходит в зародышевых центрах, частично наслаиваясь на процесс интенсивной пролиферации (см. раздел 4.1.2). Можно вычленить 4 основные составляющие этого процесса. Две из них затрагивают иммуноглобулиновый компонент рецептора: переключение изотипа мембранного иммуноглобулина и повышение сродства рецептора к антигену вследствие мутационного процесса в V-генах. Суммарно эти события обозначают как созревание гуморального иммунного ответа. Третий процесс состоит в переходе синтеза иммуноглобулинов с мембранного на секреторный тип с сопутствующими морфологическими изменениями. Наконец, дифференцировка В-клеток в плазмоциты сопровождается изменением взаимоотношений клетки с окружением, основой которого служат изменение набора мембранных молекул (утрата большинства рецепторов) и «сосредоточение» клетки на выполнении ее специфической функции — секреции антител.
Известно, что при синтезе иммуноглобулинов проявляется феномен изотипического исключения, состоящий в том, что одна клетка может вырабатывать лишь один изотип иммуноглобулинов. Общеизвестное исключение касается одновременной экспрессии мембранных IgM и IgD зрелыми «наивными» В-лимфоцитами. В «наивных» В-клетках мРНК считывает информацию с Ун-гена и следующих за ним генов Ср или Ср и Сб с последующим удалением интрона между V- и С-генами с помощью сплайсинга (вырезания фрагмента мРНК).
Переключение классов (изотипов) Н-цепи иммуноглобулинов в процессе иммунного ответа происходит вследствие удаления части генетического материала путем формирования петли. Размер петли определяется расположением переключающей последовательности — S-участка, на-
Рис. 75. Цитокиновая регуляция переключения С-генов иммуноглобулинов человека (вверху) и мышей (внизу).
ИФН — интерферон; ТФР — трансформирующий фактор роста.
холящегося около 5'-конца того С-гена, который должен быть задействован при построении молекулы иммуноглобулина. Перед формированием петли происходят реорганизация хроматина в соответствующем участке, деметилирование ДНК, повышение ее чувствительности к ДНКазе. Осуществляется мультимеризация S-участка, что делает его мишенью для эндонуклеазы, которая осуществляет двунитевые разрывы в участках, фланкирующих петлю с обеих сторон. Концы разрывов ДНК затем воссоединяются. На первом этапе переключения в петлю попадают гены Ср. и С5 (последний не имеет собственного S-участка), а затем — следующие за ними на хромосоме С-гены. Как отмечалось в главе 1, последовательность их расположения, а следовательно, и порядок переключения у мышей таков: Ср, С5, СуЗ, Cyl, Су2Ь, Су2а, Се, Са, а у человека — Ср, CS, СуЗ, Cyl, Cal, Су2, Су4, Се, Са2. Существенно, что в процессе переключения при синтезе иммуноглобулинов используется один и тот же Ун-ген, т.е. специфичность иммуноглобулинов разных классов, которые секретируются данной клеткой, сохраняется. Процесс переключения С-ге- нов показан на рис. 74 (с. 294).
Имеются данные о возможности реализации альтернативного варианта переключения С-генов, не требующего удаления части генетического материала (свидетельством этому являются случаи обратимого переключения изотипов). Предполагают, что в этом случае формируется транскрипт одновременно с нескольких С-генов (например Ср и Cyl, а затем «ненужные» продукты удаляются по механизму сплайсинга — выстригания участков мРНК). Подобный механизм переключения может срабатывать в В1-клетках.
Переключение происходит при участии цитокинов, выделяемых в основном Т-хелперами, поэтому оно, как правило, отсутствует при ти- муснезависимом иммунном ответе. Уже отмечалось (см. раздел 3.4.2; рис. 75), что за переключение изотипов ответственны цитокины ИЛ-4 (IgGl и IgE), интерферон у (IgG2a и, вероятно, IgG3) и трансформирующий фактор роста р (IgG2b и IgA). Реализации переключения могут способствовать на посттранскрипционном уровне другие цитокины (например,
150
Рис. 76. Вариабельность аминокислотных остатков в V- домене L-цепи иммуноглобулина человека и локализация гипервариабельных участков (регионов, определяющих комплементарность — CDR 1—3; выделены черным цветом).
ДНКДНКРНКРНКБелокБелокРис. 77. Переключение синтеза IgM с мембранного на секретируемый тип.Второй уровень (уровень РНК) отражает различные результаты сплайсинга продукта транскрипции экзонов С-гена IgM. В случае сохранения продуктов экзонов Ml и М2 образуется мембранная форма IgM, в случае их удаления — секреторная форма IgM.Рис. 77. Переключение синтеза IgM с мембранного на секретируемый тип.Второй уровень (уровень РНК) отражает различные результаты сплайсинга продукта транскрипции экзонов С-гена IgM. В случае сохранения продуктов экзонов Ml и М2 образуется мембранная форма IgM, в случае их удаления — секреторная форма IgM.
ДНК
ДНК
РНК
РНК
Белок
Белок
Рис. 77. Переключение синтеза IgM с мембранного на секретируемый тип.
Второй уровень (уровень РНК) отражает различные результаты сплайсинга продукта транскрипции экзонов С-гена IgM. В случае сохранения продуктов экзонов Ml и М2 образуется мембранная форма IgM, в случае их удаления — секреторная форма IgM.
Рис. 77. Переключение синтеза IgM с мембранного на секретируемый тип.
Второй уровень (уровень РНК) отражает различные результаты сплайсинга продукта транскрипции экзонов С-гена IgM. В случае сохранения продуктов экзонов Ml и М2 образуется мембранная форма IgM, в случае их удаления — секреторная форма IgM.
ИЛ-5 — формированию изотипа IgA). Механизм действия цитокинов при этом до конца не выяснен. Он заключается преимущественно в «активации» участка, прилежащего к соответствующей S-последовательности, в повышении его транскрипционной активности и чувствительности к действию ферментов.
Важнейшей составляющей процесса дифференцировки В-лимфоци- тов в ходе иммунного ответа является повышение мутабельности их V- генов. Ее природа не выяснена, полагают, что она связана с механизмом репарации разрывов ДНК. В этот механизм вовлекаются в основном гипервариабельные последовательности, особенно CDR3 — область стыка V—DJ и непосредственно прилежащие к ней с обеих сторон участки (рис. 76). Этот процесс связан с переключением изотипов. Он осуществляется только в активированных и пролиферирующих клетках и прекращается в dor
ИЛ-10 (-)ИЛ-10 (-)
ИЛ-10 (-)
ИЛ-10 (-)
Рис. 78. Цитокиновый контроль дивергенции Т-хелперов на ТЫ - и ТН2-типы.
Сплошными стрелками отмечены превращения клеток, прерывистыми — влияние указанных цитокинов на соответствующие клетки, их дифференцировку и пролиферацию. Отсутствие знака — положительное влияние, знак «—» — отрицательное влияние. Мф — макрофаги; ТК — тучные клетки; NK — NK-клетки; ИФН — интерферон (с. 302).
зрелых плазмоцитах. Гипермутабельность несвойственна В-клеткам при тимуснезависимом иммунном ответе; ей не подвергаются СО5+-В-клет- ки. Подсчитано, что частота мутаций V-генов повышается на 4 порядка и достигает 10-3 на пару оснований на деление. По данным изучения динамики соматического мутагенеза В-клеток при ответе на оксазолоновый гаптен, усиление соматического мутагенеза регистрируется через 8 сут после начала иммунного ответа (на 4-е сутки после возникновения зародышевых центров) и достигает максимума на 12-е сутки.
' Не менее 50 % мутаций нарушают способность иммуноглобулина связывать антитела. Однако при столь высоком темпе мутирования неизбежно возникают мутации, увеличивающие сродство антител к эпитопу. Это явление вместе с последующими событиями отбора высокоаффинных вариантов составляет сущность процесса, обозначаемого как созревание аффинитета антител (см. раздел 3.1.3). По указанным причинам этот процесс неразрывно связан с переключением изотипов. Клетки, несущие рецепторы с повышенным сродством к антигену, подвергаются селекции в зародышевых центрах. В основе этого лежит контакт с антигеном, связанным с поверхностью фолликулярных дендритных клеток (см. раздел 4.1.2).
Переход от синтеза мембранных иммуноглобулинов к секреции растворимых иммуноглобулинов-антител осуществляется с помощью механизма, родственного переключению изотипов (рис. 77). После кластера С-генов на хромосоме располагается два экзона М, кодирующие трансмембранный и цитоплазматический фрагменты мембранного иммуноглобулина. При синтезе мембранной формы молекулы эти участки транскрибируются вслед за действующим С-геном. В случае переключения синтеза с мембранной формы иммуноглобулина на секреторную около 3'-конца работающего С-гена появляется полиаденилатная последовательность, «запирающая» процесс транскрипции. В результате экзоны М не транскрибируются, т.е. образуется растворимая, секретируемая форма иммуноглобулина, лишенная гидрофобного конца. При этом как
Таблица 61. Маркерные признаки покоящихся, активированных В-лимфоцитов, плазматических клеток и В-клеток памяти
Клетка
Морфология
Иммуноглобулины
Мембранные маркеры
Пролиферация
Покоящаяся В-клетка
Малый лимфоцит
Мембранные IgM и IgD
CD19,20,21,22,23, 24,40,43,44,45,72, 78,79,81, молекула МНС II класса
—
Активированная В-клетка
Лимфобласт
Мембранный IgM, переключение изотипов
То же, кроме того CD25,26,30,39,69, 70,71,83,126,130
+
Плазматическая клетка
Клетка с большой базофильной цитоплазмой и развитым эндоплазматическим ретикулумом
Цитоплазматические секретируемые иммуноглобулины одного из классов
PC-1, CD126, 130 (gpl30 — общая цепь рецепторов для цитокинов)
—
В-клетка памяти
Малый лимфоцит
Мембранные, обычно IgG
CD19,20,21,22,23, 40,45,72,81, молекула МНС II класса, bcl-2
—
специфичность, определяемая V-доменом, так и свойства, зависящие от С-доменов, у антител, секретируемых плазматической клеткой, совпадают с таковыми у мембранного иммуноглобулина В-клетки-предшествен- ницы.
Поскольку при этом существенно повышается интенсивность биосинтеза, это отражается на состоянии цитоплазмы, в которой появляется сильно развитый эндоплазматический ретикулум и происходят другие морфологические изменения, свойственные секреторным клеткам. Из малого лимфоцита, почти лишенного цитоплазмы, образуется крупная плазматическая клетка с обильной цитоплазмой.
Параллельно в зародышевых центрах происходит дифференцировка В-клеток памяти. Установлено, что их предшественники отличаются от предшественников антителопродуцентов первичного иммунного ответа некоторыми свойствами: экспрессией маркерного антигена JIID (предшественники В-клеток памяти экспрессируют его слабее), соотношением к- и Х-цепей (в предшественниках клеток памяти чаще экспрессируется к-цепь), клонотипом, т.е. набором клонов, образующих популяцию (оценивается по спектру специфичности образуемых антител). Решающим моментом индукции клеток памяти является СП40-опосредованное взаимодействие В-клеток с Т-хелперами. В-клетки памяти экспрессируют CD45R0, в остальном их фенотип практически не отличается от фенотипа обычных В-клеток. Такие клетки присутствуют как в рециркулирующем пуле, так и в органах. Рецепторы этих клеток обладают более высоким сродством к антигену вследствие интенсивного соматического мутагенеза и селекции высокоаффинных клонов. В-клетки памяти легче ак-
Таблица 62. Свойства CD4+-хелперов типов ТЫ и Th2
Показатель
ТЫ
Th2
Типичные индукторы
Факторы, благоприятствующие индукции
Ключевые цитокины
Функции
Защитная роль
Повреждающая роль
Микобактерии, стрептокиназа, вирус гриппа
Высокие и низкие дозы, высокая плотность на АПК (дендритных клетках), микроокружение лимфатических узлов, действие ИЛ-12 и ИФНу
ИФНу, ИЛ-2, ФНОр
ГЗТ, цитотоксический ответ, активация макрофагов, подавление гуморального ответа
При внутриклеточных инфекциях
При аутоиммунных процессах, отторжении трансплантатов
Аллергены
Промежуточные дозы, низкая плотность на АПК (В-клетках), микроокружение слизистых оболочек, действие ИЛ-4
ИЛ-4, 5, 6 и 10
Помощь В-клеткам при гуморальном ответе, активация эозинофилов и тучных клеток, подавление клеточного ответа
При внеклеточных инфекциях
При аллергии, некоторых аутоиммунных процессах
тивируются, условием этого является контакт с Т-клеткой при представлении ей антигена и действии Т-клеточных цитокинов. Некоторые признаки, свойственные активированным В-лимфоцитам, плазматическим клеткам и клеткам памяти, приведены в табл. 61.
Дифференцировка Т-хелперов
Обнаруженная совсем недавно дихотомия Т-хелперов на клетки подклассов ТЫ и Th2 оказалась в центре внимания иммунологов. Ранее считалось, что под влиянием антигенной стимуляции происходит лишь активация СО4+-Т-хелперов, состоящая в индукции выработки ими цитокинов и экспрессии некоторых мембранных молекул. Однако в экспериментах на длительных культурах клонированных Т-клеток мышей была показана специализация этих клеток в выработке определенных наборов цитокинов. Позже в опытах in vivo реальность такой специализации была подтверждена и была установлена связь одной субпопуляции, названной воспалительными хелперами (или воспалительными клетками), Thl, с развитием преимущественно клеточного иммунного ответа, а другой субпопуляции — иммунных хелперов (или просто хелперных клеток), Th2, с развитием гуморального иммунного ответа. У человека это разделение обнаружили не сразу и с большим трудом, поскольку для разделения человеческих Т-хелперов на ТЫ и Th2 требуется более длительное культивирование с повторными стимуляциями Т-клеток. Тем не менее реальная роль ТН1/П12-дихотомии показана и у человека, причем особенно ярко на примере патологии, избирательно затрагивающей клеточный или
гуморальный иммунный ответ (см. раздел 4.3). Основные особенности субпопуляций Т-хелперов перечислены в табл. 62.
Кратко повторим сведения о выработке цитокинов в процессе дифференцировки ТЫ- и ТН2-клеток (см. раздел 3.4.2). «Наивные» CD4+-T- лимфоциты человека, будучи стимулированы in vitro, вырабатывают в выявляемых количествах лишь ИЛ-2. При повторной стимуляции формируются клетки, продуцирующие в малом количестве разные цитокины (ИЛ-2, 3, 4, 5, 6, 9, 10, 13 и 14, ФНОа и р, интерферон у, ГМ- и Г-КСФ). И лишь при дополнительных воздействиях активирующих агентов удается получить клоны ТЫ и Th2, четко различающиеся по синтезу маркерных цитокинов, которыми служат для ТЫ интерферон у и ИЛ-2 (в меньшей степени ФНОа и 0), а для Th2 — ИЛ-4, 5 и 10 (в меньшей степени ИЛ-6, 9 и 13). Надежных различий между ТЫ- и Th2-клетками по мембранным или каким-либо иным характеристикам выявить не удалось (показано, что маркер CD30 в большей степени характерен для Th2).
Исключительно важным (не только с теоретической, но и с практической точки зрения) является вопрос о факторах, определяющих направление дифференцировки Т-хелперов в сторону ТЫ или Th2 (рис. 78, с. 299). Не удалось обнаружить влияний при модификации структуры антигенного пептида, индуцирующего активацию клонов Т-хелперов. Тем не менее при индукции аллергенами чаще формируются клоны Th2- клеток, а при индукции туберкулином — клоны ТЫ-клеток. Безусловно важна доза антигена: при действии высоких и низких доз индуцируется преимущественно дифференцировка Th 1-клеток, при действии промежуточных доз — ТЬ2-клеток. Путь дифференцировки в определенной степени зависит от природы антигенпредставляющих клеток (АПК), с которыми взаимодействует СВ4+-лимфоцит, и от молекул, вовлекаемых в это взаимодействие. Так, при контакте с В-лимфоцитами и при связывании молекулы CD28 Т-клетки с молекулой CD80 (В7-1) преимущественно развиваются ТЫ-клетки, а при контакте Т-лимфоцита с дендритными клетками и макрофагом и взаимодействии CD28 с CD86 (В7-2) — ТЬ2-клетки. АПК, экспрессирующие комплексы молекул МНС с пептидами высокой плотности, способствуют дифференцировке СВ4+-клеток в большей степени в направлении ТЫ, чем в направлении Th2.
Важным фактором дифференцировки Т-хелперов является микроокружение органов, в котором она происходит. Микроокружение лимфатических узлов благоприятствует развитию Th 1-клеток, а микроокружение слизистых оболочек — ТМ-клеток. Имеются данные, что в первом случае имеет значение присутствие в тканях дегидроэпиандростерона, образующегося локально благодаря наличию в лимфатических узлах соответствующего фермента (сульфатазы дегидроэпиандростерона), а во втором случае дифференцировочный эффект связан с присутствием другого стероида — 1,25-дигидроксивитамина D3).
Однако наиболее важные сведения были получены при анализе ци- токинового контроля ТЫ/ТЬ2-дихотомии. Обнаружено три уровня этого контроля. Один из них реализуется при выборе пути дифференцировки и осуществляется с участием АПК (в основном дендритных клеток и макрофагов). Показано, что некоторые инфекционные агенты (особенно
внутриклеточные) индуцируют выработку этими клетками ИЛ-12. Последний направляет дифференцировку СВ4+-лимфоцитов в сторону Thl- клеток. Аналогичным, но менее четко выраженным действием обладает интерферон у. Поскольку основной источник интерферона у — Thl-клетки — на этой стадии еще не функционирует, предполагают, что указанное влияние оказывает интерферон у, продуцируемый NK-клетками. При отсутствии вмешательства указанных цитокинов СВ4+-клетки дифференцируются в ТЬ2-клетки. Развитию последних способствует ИЛ-4, однако неясен источник этого цитокина в данной ситуации. Вероятнее всего его продуцируют тучные клетки (как и ТН2-клетки, участвующие в развитии аллергического ответа). Другим цитокином, «склоняющим» дифференцировку СВ4+-клетки в сторону Т112-клеток, является трансформирующий фактор роста р, образуемый клетками микроокружения слизистых оболочек.
Два других уровня имеют отношение не к дифференцировке Т-хелперов, а к регуляции баланса Thl/Th2; они рассматривались выше (см. раздел 3.4.2): продукты Thl- и ТЬ2-клеток, соответственно интерферон у и ИЛ-10, обусловливают взаимное ингибирование секреторной активности Thl- и ТЬ2-вариантов. Пролиферативная активность ТЫ- и Th2- клеток поддерживается аутокринно: фактором роста для Thl служит ИЛ-2, для Th2 — ИЛ-4 (хотя их пролиферацию поддерживает и ИЛ-2).
Дифференцировка цитотоксических Т-лимфоцитов и Т-клеток памяти
Значительно меньше известно о механизмах дифференцировки цитотоксических Т-лимфоцитов и о факторах, которые управляют этим процессом. Предполагают существование трех основных путей индукции экспансии и дифференцировки цитотоксических CD8+ Т-клеток. Один из них связан с действием антигенпредставляющих дендритных клеток. При условии экспрессии большого числа костимулирующих молекул CD80 и 86 эти клетки способны обеспечить достаточный стимул, чтобы активировать СВ8+-клетки и заставить их вырабатывать ИЛ-2 — аутокринный фактор, обусловливающий их дальнейшее развитие и пролиферацию. Второй вариант предполагает участие СВ4+-Т-клеток Thl-типа в случае недостаточной интенсивности костимулирующего сигнала АПК: Т-хелперы продуцируют интерферон у, который усиливает экспрессию В7-1 на АПК, а далее срабатывает первый механизм. Наконец, допускается, что СВ4+-Т-клетки под влиянием АПК стимулируются к выработке большого количества ИЛ-2, которым они обеспечивают умеренно стимулированные СВ8+-клетки (рис. 79). Таким образом, во всех этих моделях Т-хелперы и вспомогательные клетки нужны лишь для того, чтобы обеспечить аутокринное или паракринное снабжение ИЛ-2 активированных СВ8+-клеток. Очевидно, дифференцировочная программа Т-киллеров или срабатывает автоматически в условиях активации и повторных клеточных делений, или включается с участием ИЛ-2.
В процесс дифференцировки вовлекается ряд известных внутриклеточных передаточных механизмов. Об особой роли метаболизма фосфо-
Рис. 80. Формирование изоформ молекулы CD45.
Вверху — схема гена CD45 с указанием основных экзонов, ниже — варианты белковых продуктов, возникающие в результате альтернативного сплайсинга мРНК. N — N-концевой экзон и домен, ВК — внеклеточные, ТМ — трансмембранный, Цит — внутриклеточные (цитоплазматические) экзоны/домены (с. 308).
липидов в подготовке Т-клеток к проявлению цитотоксической активности свидетельствует ключевая роль активации липидной Р13-киназы в развитии этого процесса.
Главным результатом дифференцировки Т-киллеров является синтез молекул, участвующих в реализации киллинга клеток-мишеней (перфорина, гранзимов), а также мембранных молекул, обусловливающих индукцию апоптоза (FasL и, вероятно, других молекул). Характеристика некоторых молекул, экспрессируемых цитотоксическими Т-клетками и играющих ключевую роль при цитолизе, представлена в табл. 63. Кроме того, цитотоксическая клетка приобретает вспомогательный молекулярный аппарат, способствующий реализации киллинга: прежде всего усиление экспрессии мембранных молекул адгезии LFA-1, CD2, 58 и 44, экспрессия de novo рринтегрина VLA-4, интегриновых рецепторов ICAM-1,
<
Рис. 79. Межклеточные взаимодействия при дифференцировке цитотоксических Т-лимфоцитов.
Взаимодействия мембранных молекул с указанием направления основного сигнала, который при этом генерируется. 1 и 2 — стимулирующий и костимулирую- Щий сигналы при представлении антигена (АГ) антигенпрезентирующими клетками СВ8+-лимфоцитам; 3 и 4 — то же при презентации антигена АПК Т-хелперам; 5 — активирующее действие Т-хелперов на АПК, опосредованное интерфероном у; 6 и 7 — аутокринный и паракринный ростовой/дифференциро- вочный сигнал, опосредованный ИЛ-2, который обусловливает формирование Цитотоксических Т-лимфоцитов.
Таблица 63. Эффекторные молекулы клеточно-опосредованного цитолиза
Молекулы
Мол.масса, х1000
Локализация
Функция
Участие в цитолизе, опосредованном Т- и N К-клетками
Перфорин 1
70
Цитоплазма и секрет
Полимеризуется с образованием пор в мембране мишеней
CD8+-T-, NK-клет- ки
Гранзимы (фрагменти- ны), известно 10 представителей
29-60
То же
Сериновые протеиназы (в основном триптазы), проникая в клетку, включают апоптоз
9 гранзимов обнаружено в CD8+-T-, 5 — в NK-клетках
Лимфоток- сины аир
а - 20-25, р - 33
Мембрана и секрет
Включают апоптоз, действуя через рецептор р55
С D4+-киллеры
Fas-лиганд
46,75,105 (моно-, ди- и тример)
Мембрана киллеров
Включают апоптоз, действуя через Fas- рецептор
СП8+-Т-клетки
Таблица 64. Характеристика покоящихся «наивных*, активированных Т-клеток и Т-клеток памяти
Т-клетка
CD4/CD8
Рецепторы Т— В-взаи- модействия
CD45
Молекулы адгезии
Молекулы активации
Покоящаяся
Не связаны с TCR
CD28
CD45RA
CD62L, CD2, LFA-1
Активированная
Связаны с TCR
CD28, 152 (CTLA-4), CD 154 (CD40L)
CD45RA, RB, RC, R0; связаны с TCR
Ослаблена экспрессия CD62L, усилена — LFA-1 и CD2; появляются VLA-4 и 1, ICAM- 1 и 3
CD25,30, 69,70,71, 83, 95-97, 134, молекулы HLA II класса
Клетка памяти
Не связаны с TCR
CD28
CD45R0
LFA-1, VLA-4, CD2, CD44
—
ICAM-3 (табл. 64). Эти изменения обусловливают установление достаточно прочного контакта с клеткой-мишенью.
Все перечисленные изменения в экспрессии мембранных молекул характерны также для формирующихся Т-клеток памяти. В отличие от В-клеток памяти, которые образуют особую линию дифференцировки, Т-клетки памяти представляют собой варианты эффекторных Т-клеток, которые в силу невыясненных причин «выбывают из игры». Это сопровождается изменениями мембранного фенотипа, свойственными также активированным и эффекторным Т-клеткам: ослаблением экспрессии
L-селектина, усилением экспрессии р2~интегрина LFA-1, появлением рг интегрина VLA-4 (см. табл. 64).
В условиях иммунного ответа эффекторные Т-клетки и Т-клетки памяти присутствуют в большей степени в афферентной, чем в эфферентной лимфе лимфатических узлов, что свидетельствует о склонности этих клеток оседать в тканях. Им присуща особенность, не свойственная «наивным» Т-лимфоцитам, — определенная степень органоспецифичности их хоминга. Так, клетки, активированные в слизистых оболочках, возвращаются в слизистые оболочки, то же справедливо в отношении лимфатических узлов и групповых лимфатических фолликулов (пейеровых бляшек).
Часть СВ4+-клеток памяти экспрессирует (под влиянием стимуляции через CD2 с участием трансформирующего фактора роста р) молекулу CLA, обусловливающую возможность миграции клеток в кожу. Аналогично клетки, активированные в слизистой оболочке кишечника, экспрессируют интегрин agP7, определяющий их тропность к рецептору MadCAM. Последний экспрессируется на клетках высокого эндотелия посткапиллярных венул в групповых лимфатических фолликулах или в lamina propria кишечника (особенно в воспаленных участках).
К дифференцировке эффекторных Т-лимфоцитов и в еще большей степени Т-клеток памяти имеет отношение переключение изотипов CD45. Об этой молекуле уже говорилось в связи с тирозин фосфатазной активностью ее цитоплазматического домена. При дифференцировке Т- клеток изменения затрагивают внеклеточную часть молекулы. На поверхности «наивных» Т-клеток экспрессируется максимальная по размеру изоформа этой молекулы CD45RA (мол. масса 220 000). После стимуляции антигеном в процессе иммунного ответа доля СП45КА+-клеток уменьшается и прогрессивно нарастает содержание Т-клеток, несущих меньшие по размерам изоформы CD45. Последние образуются в результате альтернативного сплайсинга внеклеточных доменов — CD45RB и CD45RC (мол. масса соответственно 200 000 и 190 000). Наконец, на зрелых эффекторных клетках, а также на Т-клетках памяти экспрессируется молекула CD45R0 (мол. масса 180 000), соответствующая конечной стадии превращений (рис. 80, с. 305). Биологический смысл этих переключений пока неясен. Показано лишь, что СВ45В0+-клетки при прочих равных условиях более чувствительны к индукции апоптоза.
Выше уже отмечалось, что активация Т-клеток сопровождается экспрессией Fas-рецептора (CD95), через который в клетку поступают сигналы, индуцирующие апоптоз. Параллельно на различных клетках, включая АПК и сами Т-лимфоциты, появляется молекула Fas-лиганда, посылающая сигналы для развития апоптоза. Как правило, в активированных клетках экспрессируются митохондриальные факторы Вс1-2 и Bcl-xL, обеспечивающие защиту от многих форм апоптоза. Баланс этих факторов определяет судьбу клеток: быструю гибель эффекторных клеток после выполнения функций, коррелирующую со слабой экспрессией указанных факторов, и продолжительный срок жизни клеток памяти, характеризующихся сильной экспрессией этих факторов. Существенно, что для поддержания экспрессии Вс1-2 и увеличения срока жизни клеткам памяти требуется повторный контакт со специфическим антигеном: при
перенесении Т-клеток памяти в среду, в которой антиген отсутствует (например, сингенным неиммунизированным животным), Т-клетки памяти быстро гибнут.
3.5.3. Апоптоз
Еще одним исходом процесса активации лимфоцитов служит их программированная гибель по механизму апоптоза. По своим проявлениям он существенно отличается от другой формы гибели клеток — некроза, развивающегося при попадании клеток в неадекватные условия или при действии цитолитических агентов типа комплемента (табл. 65). Апоптоз в сущности представляет собой самоубийство клетки, поскольку он осуществляется вследствие срабатывания собственных внутренних механизмов клетки. В наиболее яркой и массовой форме апоптоз лимфоцитов реализуется в процессе их развития (в случае Т-клеток — в коре тимуса, при созревании В-клеток — в костном мозгу, см. раздел 1.1.1). В связи с этим тимоциты служат «излюбленной» моделью для изучения данного процесса. Покоящиеся зрелые лимфоциты апоптозу не подвержены. Однако они становятся чувствительными к индукции апоптоза после активации: по этому механизму гибнет значительная часть лимфоцитов при развертывании иммунного ответа и все эффекторные клетки — в определенные сроки после завершения выполнения функций. Среди форм лимфоцитов, индуцированных в результате антигенной стимуляции, лишь клетки памяти не подвергаются апоптозу или подвергаются ему спустя очень длительный срок после их возникновения.
Морфологические признаки апоптоза состоят в уменьшении размеров клетки, уплотнении и фрагментации хроматина с появлением скоплений хроматина, прилегающих к ядерной оболочке. В последней образуются инвагинации, что приводит к образованию апоптотических телец — фрагментов ядра, окруженных мембраной. В цитоплазме происходят конденсация и сморщивание гранул, расширение эндоплазматического ретикулума. Мембрана теряет микроворсинки и нормальную складчатость, образует пузыревидные вздутия. Клетки утрачивают связь с субстратом. Целостность мембраны нарушается позже. Клетки погибают по одиночке и очень быстро фагоцитируются, поскольку на их поверхности «открываются» молекулы, распознаваемые фагоцитирующими клетками (тромбоспондин, фосфолипиды, содержащие фосфосерин, гликоконъюгаты, содержащие концевой p-D-N-ацетилглюкозамин).
Наиболее ярким проявлением апоптоза на молекулярном уровне служит фрагментация ДНК. Сначала образуются крупные фрагменты ДНК (30 000—700 000 пар оснований). Затем происходит межнуклеосомная деградация ДНК — ее расщепление в результате формирования разрывов между нуклеосомами (ядерными структурами, представляющими собой нечто подобное катушкам, на которые намотаны нити ДНК определенной длины) с формированием фрагментов, содержащих 180—190 пар оснований (протяженность нити ДНК в нуклеосоме) или кратных им по величине. Эти фрагменты выявляются при электрофорезе ДНК апоптотических клеток в виде «лесенки» — дискретных полос, соответствующих
Таблица 65. Сравнительная характеристика апоптоза и некроза клеток
Показатель
Апоптоз
Некроз
Пусковой фактор
Сигнал, воспринимаемый мембранными рецепторами, или отсутствие физиологического сигнала
Токсические и мембранотропные агенты, неадекватные внешние условия
Скорость развития
1-12 ч
В пределах 1 ч
Локализация первичного повреждения
В ядре
В мембране
Причины гибели клетки
Деградация ДНК, нарушение энергетики клетки
Нарушение целостности мембраны
Изменение размера клетки
Уменьшение (сморщивание)
Увеличение (набухание)
Изменения ядра
Конденсация хроматина, пикноз, фрагментация
Набухание
Изменения в цитоплазме
Конденсация цитоплазмы, уплотнение гранул
Лизис гранул
Изменения клеточной мембраны
Потеря микроворсинок, образование вздутий
Нарушение целостности
Состояние ДНК
Разрывы с образованием сначала крупных, затем мелких фрагментов
Неупорядоченная деградация
Энергозависимость
Зависит
Не зависит
Зависимость от синтеза макромолекул
Примеры проявления
Метаморфоз, отрицательная селекция лимфоцитов, гормонозависимая атрофия, интерфазная радиационная гибель лимфоцитов
Гибель клеток от гипоксии, действия токсинов, вирусный цитолиз, комплемент- зависимый цитолиз
Методы выявления
морфологические
Сморщивание клетки
Набухание клетки
тинкториальные
Ослабление окрашиваемости ДНК-тропными красителями
Восприятие суправитальных красителей
цитофлюориметри - ческие
Гиподиплоидность, уменьшение размеров клетки
—
электрофоретические
Формирование дискретных фракций («лесенки») при электрофорезе ДНК
Размазанное пятно при электрофорезе ДНК
дискретности по молекулярной массе образующихся фрагментов ДНК. Электрофоретический метод широко используют для идентификации апоптотической гибели клеток. На регистрации снижения содержания в клетке ДНК (появление фракции гиподиплоидных клеток) основан ци- тофлюорометрический метод определения апоптоза.
Деградация хроматина является активным процессом: зависит от температуры, блокируется энергетическим ядом азидом натрия, требует синтеза РНК и белка de novo, ингибируется при связывании ионов Са, действии ионов Zn. Осуществление различных этапов деградации ДНК связывают с проявлением активности разных ферментов. Межнуклео- сомная деградация ДНК обусловлена активацией ядерной Ca2+/Mg2+-зависимой эндонуклеазы.
Большой прогресс в понимании природы и генетической детерминации апоптоза был достигнут при изучении контроля клеточной гибели у нематоды Caenorhabditis elegans, отличающейся очень жестким гомеостазом суммарного числа клеток. На этой модели вычленено 4 уровня контроля апоптоза, реализуемых с участием 14 генов: выбор гибели, осуществление гибели, фагоцитоз и переваривание погибших клеток. Гомологи трех генов, контролирующих вторую стадию, обнаружены у млекопитающих.
Апоптоз может быть вызван различными индукторными факторами. В иммунной системе чаще других реализуются три формы апоптоза: гибель клеток вследствие дефицита факторов роста, апоптоз, вызванный глюкокортикоидами и другими агентами со сходным действием, и «активационный» апоптоз (табл. 66). Именно последняя разновидность апоптоза свойственна зрелым лимфоцитам. «Активационный» апоптоз развивается в результате дисбаланса активационных сигналов или вследствие экспрессии и последующего связывания специализированных рецепторов для индукторов апоптоза.
Апоптоз обычно развивается в пределах 12—16 ч после действия индукторных факторов. Это сопровождается экспрессией 10—13 генов, среди которых гены, детерминирующие некоторые из названных ферментов.
Специализированным рецептором сигналов к индукции апоптоза является мембранная молекула Fas (CD95, мол. масса 48 000), которая принадлежит к семейству рецепторов для ФНО/фактора роста нервов. В состав цитоплазматической части этой трансмембранной молекулы входит уже упоминавшийся «домен гибели», свойственный лишь немногим представителям этого семейства (например, ФНО-рецептору I типа, р55). Естественным лигандом для Fas-рецептора служит лиганд FasL (гомолог ФНОа), также экспрессирующийся на части клеток под влиянием активации. У мышей с мутациями, затрагивающими гены fas или fasl (соответственно мутации 1рг и gid), подавляется апоптоз периферических лимфоцитов, что сопровождается развитием аутоиммунного (волчаночного) и лимфопролиферативного синдромов (см. раздел 5.3). При этом селекция тимоцитов почти не нарушается: патология затрагивает преимущественно периферические клетки иммунной системы. Известно несколько цитоплазматических белков, способных взаимодействовать с
Таблица 66. Разновидности сигналов, приводящих к развитию апоптоза
Сигналы
Природа сигнала
Примеры
Внеклеточные сигналы
Антиген
Отрицательная селекция тимоцитов
Гормон
Действие глюкокортикоидов
Цитокин или его аналог
Fas-зависимый апоптоз, цитолиз, вызванный ФНОа или р
Внутриклеточные сигналы
Повреждение хромосом
Радиационная гибель лимфоцитов в интерфазе. Действие топоизомераз
Дефицит сигнала
Цитокиновый
Гибель кроветворных клеток при дефиците цитокинов. Гибель активированных Т-клеток в отсутствие ИЛ-2
Корецептор
Активация Т-клеток в отсутствие сигнала с CD28
«доменами гибели» и передавать в клетку поступающий через них сигнал апоптоза, FADD (мол. масса 23 000) и RIP. Белок FAP-1, связывающийся с С-концом Fas-рецептора, наоборот, ингибирует включение сигналов к развитию апоптоза.
Передача сигнала к апоптозу в значительной степени сходна с внутриклеточной сигнализацией при активации клеток, хотя имеются и существенные различия. Многие сигнальные пути и конкретные факторы, упоминавшиеся при рассмотрении активации лимфоцитов (см. раздел 3.5.1), «задействованы» при включении апоптоза. Наиболее ярким проявлением сходства и одновременно различий этих процессов служит роль повышения внутриклеточного уровня Са2+. Кальциевые ионофоры являются индукторами апоптоза, однако в отличие от индукции активации при этом не требуется активации протеинкиназы С. Более того, ее активатор форболмиристатацетат обычно подавляет развитие апоптоза. Сама по себе активация (например, моноклональными антителами к рецептору TCR—CD3) не вызывает апоптоза, но, как уже отмечалось, делает клетку чувствительной к действию индукторов апоптоза, способствуя появлению на ее поверхности рецепторов для них. При повторном действии активаторов (например, антител к CD3 или ИЛ-2) на стимулированные клетки развивается апоптоз этих клеток.
Следует особо подчеркнуть, что разновидности апоптоза, запускаемые действием различных факторов, могут существенно отличаться по начальным механизмам (вплоть до противоположного действия некоторых модифицирующих факторов). Однако на определенных этапах все эти пути сходятся и завершающие, ключевые этапы развития апоптоза осуществляются по единому механизму. Некоторые данные о сигнальных механизмах и факторах, обусловливающих развитие апоптоза, отражены на рис. 81. К таким ключевым механизмам реализации апоптоза относят активацию некоторых протеиназ. Это сериновые протеиназы гранзимы, участвующие также в осуществлении цитолиза киллерными клетками
Клеточная мембрана
Предшественники
каспаз
Активные каспазы
-*Bc1-xs
zzzzzzzzzzzz:
Ядерная мембрана
PARP ДНК-РК Топоизомераза I Фодрин Ламин Rb, U1-NP
Рис. 81. Рецепция Fas-зависимого сигнала к развитию апоптоза и последующие внутриклеточные события.+ активация, — подавление; в рамке обозначения ядерных мишеней каспаз.Рис. 81. Рецепция Fas-зависимого сигнала к развитию апоптоза и последующие внутриклеточные события.+ активация, — подавление; в рамке обозначения ядерных мишеней каспаз.Фрагментация ДНКФрагментация ДНК
Рис. 81. Рецепция Fas-зависимого сигнала к развитию апоптоза и последующие внутриклеточные события.
+ активация, — подавление; в рамке обозначения ядерных мишеней каспаз.
Рис. 81. Рецепция Fas-зависимого сигнала к развитию апоптоза и последующие внутриклеточные события.
+ активация, — подавление; в рамке обозначения ядерных мишеней каспаз.
Фрагментация ДНК
Фрагментация ДНК
(апоптоз является одним из основных механизмов его реализации), а также каспазы, к которым относится более 10 ферментов, включая ICE (от англ. IL-1 converting enzyme), Ich-11, а также JAMA (Cpp32), ответственный за переключение событий с цитоплазменного уровня на уровень ядерных ферментов, участвующих в реализации основного события — фрагментации ДНК (см. рис. 81).
Выбор направления сигнализации в сторону апоптоза в большой степени зависит от экспрессии генов с-шус и р53. Последний связан с ДНК и реагирует на накопление нерепарированных разрывов ее нитей. Формирование большого числа разрывов ДНК, например, при действии ра-
диации, также, как генетические преобразования при трансформации клеток, вызывают апоптоз этих клеток, включаемый с участием р53. Поскольку таким образом элиминируются потенциально злокачественные клетки, фактор р53 называют онкосупрессором. Результатом мутации гена р53 является подавление апоптотической элиминации клеток с отклонениями в геноме, что приводит к значительному повышению вероятности развития злокачественных опухолей.
Известно несколько генов, блокирующих развитие апоптоза, bcl-2, bcl-XL, bag-1. Ген bcl-2 является гомологом гена ced-9 С. elegans. Его продукт, митохондриальный белок Вс1-2, имеет молекулярную массу 26 000. Экспрессия этого белка обнаружена именно в тех клетках иммунной системы, которые устойчивы к апоптозу. Экспрессия Вс1-2 высока в CD4~ СВ8~-тимоцитах, но отсутствует в СП4+СП8+-тимоцитах; она усиливается при формировании зрелых форм Т-клеток, но вновь снижается в некоторых активированных лимфоцитах (см. раздел 1.2.1). Вс1-2 в значительном количестве содержится в клетках памяти. Хотя Вс1-2 защищает клетки не от всех индукторов апоптоза, в целом его присутствие, как правило, свидетельствует об устойчивости клетки к апоптозу. Усиленная экспрессия Вс1-2 (например, у мышей, трансгенных по bcl-2) приводит к развитию тех же последствий, что и мутации генов 1рг и gid. Механизм антиапоптотического действия Вс1-2 и Bc1-xl точно не установлен. Возможно, это действие связано с антиоксидантной активностью Вс1-2 и с предотвращением образования липидных перекисей, участвующих в запуске апоптоза.
Есть данные о том, что реализация действия рассматриваемых защитных факторов связана с инактивацией родственного фактора, обладающего противоположным влиянием, — Вах. Вах в гомодимерной форме способствует формированию протеиназы Ich-lb — одного из ключевых ферментов апоптоза. При образовании гетеродимера Вах—Вс1-2 эта активность Вах нейтрализуется (см. рис. 81). Имеется целое семейство факторов, родственных Вах и способствующих развитию апоптоза — Bak, Bik, Bad, а также Вс1-х§.
Роль апоптоза в иммунной системе можно резюмировать таким образом. В период становления иммунной системы и развития клеток, входящих в ее состав, апоптоз служит регулятором численности клеточных популяций и их «правильного» распределения в тканях, а также фактором селекции. Последняя функция проявляется при формировании клональной структуры популяций лимфоцитов. При иммунном ответе с помощью апоптоза контролируется интенсивность и подчинение ответа определенным правилам. Так, клетки, активируемые в условиях, при которых не может быть обеспечен полный активационный сигнал, элиминируются. Кроме того, апоптоз препятствует участию в иммунном ответе «отработавших» эффекторных клеток. В конечном итоге назначение апоптоза в иммунной системе состоит в предотвращении опасности возникновения аутореактивных, а также злокачественных клонов. Это подтверждается регулярным развитием аутоиммунных и опухолевых процессов в ситуациях, когда апоптоз по той или иной причине блокирован.
Следствием поступления в лимфоциты сигналов через рецепторы для антигена и костимулирующие молекулы является активация этих клеток. Ее суть состоит в переходе лимфоцитов из состояния покоя в фазу G} клеточного цикла. Условием активации является передача сигналов от мембранных рецепторов к ядру. Это каскадный процесс, который осуществляется с участием многих внутриклеточных факторов. Он завершается образованием транскрипционных факторов, назначение которых состоит в активации генов, важных для выполнения функций лимфоцитов. Для лимфоцитов это прежде всего гены ростовых факторов и их рецепторов. При условии образования ростовых факторов и наличия для них мембранных рецепторов лимфоциты вступают в пролиферацию. Последняя важна для реализации иммунного ответа, так как исходное число клеток тех клонов, которые реагируют на конкретные антигены, невелико, и клетки могут выполнить свои функции по удалению антигенов только после предварительного размножения. Затем лимфоциты дифференцируются в эффекторные клетки: В-лимфоциты — в антителообразующие плазматические клетки, СП4+-лимфоциты — в хелперные клетки двух типов — Thl и Th2, которые «помогают» развитию соответственно клеточного и гуморального иммунного ответа, СО8+-клетки — в цитотоксические Т- лимфоциты. В случае, если лимфоциты не получили полного «комплекта» активирующих сигналов, а также после выполнения ими своих функций или при действии некоторых факторов (радиации, глюкокортикоидов и т.д.) лимфоциты подвергаются апоптозу, или программированной гибели. Основой апоптоза является активация эндогенных ферментов, что приводит к фрагментации ДНК. В норме все перечисленные формы реакций лимфоцитов сбалансированы, и это обусловливает успешное развитие иммунного ответа.
44Иммунный ответИммунный ответ
4
4
Иммунный ответ
Иммунный ответ
В соответствии с современными представлениями о природе иммунитета, основным назначением иммунной системы является иммунный ответ, т.е. реакция на агенты, биологически чуждые и потенциально опасные для данного организма. Как следует из материалов главы 3, в основе реакции иммунной системы лежит распознавание антигенов, которые несут чужеродные агенты, специфическими клонами лимфоцитов (с участием вспомогательных клеток) с последующей их активацией, размножением и созреванием в клетки-эффекторы, ответственные за удаление упомянутых агентов из организма. Поскольку на антигены реагируют лишь те клоны, которые способны распознать их с помощью специфических рецепторов, в иммунный ответ вовлекается относительно небольшая часть иммунной системы. Однако при этом в ней происходят достаточно драматические изменения. После удаления антигенных субстанций иммунная система возвращается к исходному состоянию, но обогащенной клетками памяти. Наличие иммунологической памяти обусловливает ускорение реакции на повторное поступление тех же антигенов, что служит основой состояния невосприимчивости, иммунитета к агрессивным агентам, несущим эти антигены.
Основой иммунного ответа является реакция В-лимфоцитов, ответственных за образование антител, или Т-клеток и активированных макрофагов, обеспечивающих клеточный иммунитет; в реакциях обоих типов участвуют вспомогательные клетки — антигенпредставляющие (АПК) и Т-хелперы. Гуморальная и клеточная формы иммунного ответа тесно взаимосвязаны, однако существуют механизмы их поляризации, что обусловливает их автономность.
В этой главе представлены современные данные о клеточных и гуморальных основах иммунного ответа. В отличие от предыдущих глав, в которых рассматривались изолированные явления и процессы, лежащие в зснове иммунного ответа, здесь описан иммунный процесс на уровне целого организма и обоснована его защитная роль при инфекциях и развитии опухолей. Здесь мы рассмотрим и регуляцию иммунного ответа, иммунологическую толерантность, служащую альтернативой иммунному этвету.
ОСНОВНЫЕ ПРОЯВЛЕНИЯ И МЕХАНИЗМЫ
ИММУННОГО ОТВЕТА
Пусковые этапы и механизмы иммунного ответа
В организации иммунной системы сочетаются региональный и системный принципы: определенные участки тела находятся под региональным контролем лимфатических узлов, селезенка «обслуживает» организм в целом, а отделы иммунной системы, связанные со слизистыми оболочкой и кожей, — его барьерные структуры. Эти принципы отражают закономерности поступления в организм чужеродных субстанций. Обычными воротами для таких субстанций являются слизистые оболочки пищеварительного, дыхательного и урогенитального трактов, а также поврежденная кожа, т.е. барьерные ткани, контактирующие с внешней средой. Лишь позже, по мере размножения, микроорганизмы и их антигенные продукты (токсины) проникают в кровоток.
Эндогенные антигены могут появиться в любом месте организма в составе опухолевых клеток.
Поскольку появление в организме экзогенного антигена связано, как правило, с повреждением естественных барьеров, а носители антигенов, инфекционные агенты, обычно содержат субстанции, активирующие макрофаги, эпителиальные и другие клетки организма, такое внедрение неразрывно связано с развитием воспаления. В этом проявляется включение первой линии иммунной защиты, основанное на активации факторов естественного иммунитета.
Повреждающие воздействия и чужеродные агенты запускают активацию клеток, присутствующих в месте их внедрения, — резидентных макрофагов, эпителиоцитов, а также эндотелиальных клеток мелких сосудов. Последнее обусловливает проявление локальной сосудистой реакции с изменением микроциркуляции, повышением проницаемости сосудов и миграцией клеток крови в очаг воспаления. Мигрирующие нейтрофилы и моноциты, дифференцирующиеся в макрофаги, осуществляют фагоцитоз; макрофаги, эндотелиальные и эпителиальные клетки выделяют ряд активных субстанций (прежде всего цитокины), необходимых для дальнейшего развития воспаления. Бактериальные клетки способны индуцировать активацию комплемента по альтернативному и в определенных масштабах по классическому пути; компоненты комплемента, а также белки острой фазы, индуцируемые цитокинами, фиксируются на бактериальных клетках и опсонизируют их, облегчая поглощение фагоцитами.
По-видимому, в значительном числе случаев слабовыраженной биологической агрессии для ее локализации и устранения бывает достаточно мобилизации указанных механизмов первой линии защиты. Однако всегда параллельно с ними запускаются механизмы адаптивной иммунной защиты — антигенспецифического иммунного ответа. На пусковых этапах этот тип ответа мало связан с механизмами естественной резистентности, однако позже формируемые при иммунном ответе эффекторные факторы «наслаиваются» на факторы естественного иммунитета, делая
их прицельными и повышая их эффективность. Развиваясь медленнее, чем воспалительная реакция, иммунный ответ в конечном итоге приводит к тому, что защита от агрессии становится значительно более действенной и в то же время более экономной, поскольку в ответ вовлекаются немногочисленные клоны лимфоцитов.
Доставка и первичное восприятие антигена
За крайне редкими исключениями (возможно, для тимуснезависимых антигенов) антиген может быть опознан иммунной системой и способен индуцировать развитие иммунного ответа лишь при условии его связывания и обработки АПК. Дальнейшие события иммунного ответа требуют передачи информации об антигене от АПК лимфоидным клеткам. Взаимодействие этих клеток и подключение антигенспецифического звена иммунной системы могут осуществиться только в ее специализированных органах.
Следовательно, предпосылкой иммунного ответа является доставка антигена в лимфатический узел или иной лимфоидный орган. Антиген может быть доставлен в лимфоидные органы с током тканевой жидкости, лимфы или крови (в зависимости от локализации очага, в который проникли чужеродные субстанции). Однако, по-видимому, не менее обычна его активная доставка с помощью вспомогательных клеток. Она подробно изучена при проникновении антигена через поврежденный эпидермис (рис. 82). В этом случае антиген связывается белыми отроет- чатыми эпидермоцитами (клетками Лангерганса), подвергается обработке (процессингу) с образованием комплекса с продуктами МНС II класса, экспрессирующегося на поверхности клетки (см. раздел 3.3.2). Под влиянием ГМ-КСФ, ФНОа и других цитокинов, выделяемых активированными кератиноцитами, белые отростчатые эпидермоциты поступают в эфферентную лимфу и достигают регионарного лимфа- тического узла. В процессе перемещения они дифференцируются через стадию вуалевой клетки в зрелые дендритные (интердиги- тальные) клетки, экспрессирующие вспомогательные молекулы CD80/86 и, следовательно, способные эффективно представлять антигенный пептид Т-хелперу.
Поскольку при перемещении дендритные клетки утрачивают способность связывать антиген, можно предположить, что именно такой путь первичного восприятия и доставки антигена в лимфатический узел является основным для антигенов, воспринимаемых дендритными клетками, поскольку антиген, пассивно «занесенный» в лимфатический узел, имеет меньше шансов подвергнуться полноценной обработке находящимися здесь зрелыми дендритными клетками. Интердигитальные клетки локализуются исключительно в тимусзависимых зонах (в лимфатическом узле — в паракортикальной зоне), и рассмотренный путь доставки антигена имеет отношение к включению преимущественно Т- клеточных реакций.
При поступлении антигенного материала непосредственно в лимфо-
Рис. 82. Восприятие антигена клетками Лангерганса, его доставка в лимфатические узлы и презентация Т-лимфоцитам.
а. Антиген (АГ), проникая в эпидермис, связывается клетками Лангерганса (КЛ), которые под влиянием ФНОа и ГМ-КСФ мигрируют через базальную мембрану (БМ) в дерму. Отсюда они проникают в тканевую жидкость и лимфу. Антиген также может попадать с тканевой жидкостью в лимфу, б. В лимфе клетки Лангерганса превращаются в вуалевые клетки (ВК). в. Попав в региональный лимфатический узел, ВК дозревают до стадии интердигитальной клетки (ИК). В это время завершаются обработка (процессинг) антигена и его экспрессия в составе молекулы МНС II класса на поверхности интердигитальной клетки. В такой форме пептид презентируется хелперным Т-лимфоцитам (ТЛ). Возможно, здесь же происходят связывание и процессинг свободного антигена интердигитальными клетками.
идный орган ведущими являются связывание и презентация антигена макрофагами и В-лимфоцитами. По-видимому, этот путь обычен для восприятия антигенного стимула в селезенке, «проверяющей» кровь на содержание в ней антигенных субстанций. Макрофаги поглощают антигены и несущие их клетки путем фагоцитоза и в меньшей степени пино- цитоза. В связи с этим они вносят значительный вклад в обработку антигена, поступающего в лимфоидные органы в корпускулярной форме (в составе клеток, их фрагментов, молекулярных агрегатов) и практически не способны воспринимать растворимые молекулы.
Рис. 83. Улавливание специфических клонов в региональном лимфатическом узле.
Афферентная лимфа доставляет в лимфатический узел (ЛУ) клоны лимфоцитов, отличающиеся по специфичности. В случае поступления в узел антигена (АГ; обозначен маленькими черными кружками) лимфоциты, способные его распознать (обозначены большими черными кружками), задерживаются, тогда как лимфоциты, принадлежащие к другим клонам (обозначены белыми кружками), продолжают рециркуляцию, не задерживаясь в лимфатическом узле.
Пока трудно сказать, играют ли какую-либо роль в первичной обработке антигена макрофаги, фагоцитирующие микроорганизмы в месте их проникновения. Вероятно, их вклад в развитие иммунного ответа невелик: во-первых, они не мигрируют в лимфоидные органы, во-вторых, будучи активированы, расщепляют антигены до слишком мелких фрагментов.
Растворимая форма антигена, вероятно, наиболее приемлема для презентации антигенов В-лимфоцитами, поскольку условием проникновения антигена в эти клетки является его связывание с антигенраспозна- ющим рецептором BCR. Это происходит в наружных слоях коры лимфатических узлов, вокруг фолликулов. В результате на поверхности этих клеток вскоре появляются молекулы МНС II класса, многие из которых несут пептидные фрагменты того антигена, который клоноспецифически связывают BCR этих клеток.
Неспецифическая реакция лимфоидных органов.
Улавливание клеток специфических клонов
Через несколько минут после проникновения антигена в лимфатический узел развивается процесс, обозначаемый как улавливание лимфоцитов (рис. 83). По-видимому, его основой служат ранние проявления локального воспаления, развивающиеся в лимфатическом узле под влиянием бактериальных компонентов (особенно эндотоксинов), которые достигают лимфатического узла с током лимфы, а также продуктов макрофагов, активирующихся при фагоцитозе корпускулярного материала.
Активированные макрофаги и клетки стромы выделяют «коктейль» воспалительных цитокинов — ИЛ-1, ФНОа, ИЛ-6, КСФ, хемокины и др. (см. раздел 2.3.2), что обусловливает развитие сосудистых и клеточных реакций, свойственных воспалению. При этом повышаются интенсивность кровотока через лимфатический узел и рециркуляция через него лимфоцитов.
Однако вскоре на несколько минут прекращается отток лимфоцитов из органа. Этот «арест» клеток осуществляется вследствие ингибирования их миграции под влиянием некоторых цитокинов (особенно р-хемоки- нов). Но отток лимфоцитов скоро восстанавливается с сохранением «запрета» на эмиграцию лишь для Т- и В-лимфоцитов, несущих специфические рецепторы для данного антигена. Очевидно, эта блокада подвижности лимфоцитов развивается как результат внутриклеточных сигналов, генерируемых под влиянием связывания антигена с рецепторами лимфоцитов, и совпадает с начальным этапом активации клеток. Подобное изъятие из рециркуляции и скопление в региональном лимфатическом узле клеток, специфичных к поступившим антигенам, может быть очень результативным. Описано развитие неотвечаемости на антиген после удаления регионального лимфатического узла через несколько часов после введения этого антигена: практически все клетки, способные обеспечить специфический иммунный ответ, оказались «сосредоточенными» к этому моменту в удаленном узле.
Продолжительность процесса улавливания (рекрутирования) лимфоцитов — несколько часов. Его биологический смысл ясен. Число клеток, несущих рецептор определенной специфичности (т.е. численность клеток клона), невелико, причем эти клетки равномерно распределены в иммунной системе. В любой конкретный момент вероятность нахождения в данном лимфоидном органе клеток каждого клона в количестве, достаточном для развития полноценного иммунного ответа, невелика. Более того, иммунный ответ развивается при условии кооперации субпопуляций лимфоцитов определенной специфичности. Такой клеточный ансамбль может быть локально создан лишь в процессе улавливания специфических клонов из рециркулирующего пула.
Стимуляция лимфоцитов специфических клонов.
Выбор между гуморальным и клеточным ответом
Итак, уже в пределах первых суток после поступления в организм антигенного материала создается стартовая ситуация для развития антигенспе- цифической фазы иммунного ответа. Эта ситуация состоит в присутствии в региональном лимфатическом узле вспомогательных клеток (дендритных, макрофагов), экспрессирующих на своей поверхности комплекс антигенного пептида и молекул МНС II класса, и набора клонов лимфоцитов всех функциональных субпопуляций, вовлекаемых в ответ на данный антиген; при этом уже достигнут начальный уровень активации клеток, прежде всего макрофагов, выделяющих ИЛ-1 и 12, хемокины и ряд других цитокинов.
Вероятно, из лимфоцитов ранее других в иммунный ответ вовлека-
Рис. 84. Взаимодействие мембранных молекул Т-хелперов и АПК и преимущественное направление возникающих при этом сигналов.
В рамках — пары взаимодействующих молекул, между которыми изображены «двунаправленные» стрелки. Стрелки между парами молекул означают, что взаимодействие верхней пары молекул индуцирует экспрессию молекулы, на которую указывает стрелка. Горизонтальные стрелки указывают направление активационного сигнала, возникающего при межмолекулярном взаимодействии.
ются В-лимфоциты, которые сочетают функции вспомогательных анти- генпредставляющих и специфически реагирующих на антиген клеток и несут на своей поверхности молекулы МНС II класса в комплексе с пептидными фрагментами того антигена, который распознает их рецептор. Таким образом, эти клетки вступают в двоякое взаимодействие с антигеном: их BCR связывает определенный «В-клеточный» эпитоп целой молекулы, а мембранные продукты гена МНС II класса несут различные фрагменты этой молекулы — потенциальные «Т-клеточные» эпитопы (см. раздел 3.3.2).
В типичных случаях тимусзависимого гуморального, а также цитотоксического Т-клеточного ответа в запуске их антигенспецифической составляющей ключевую роль играют Т-хелперы, которые воспринимают антигенспецифический сигнал от АПК. Разберем это взаимодействие на примере дендритных клеток (рис. 84, см. также рис. 79). Аналогичные взаимодействия происходят между CD4+-лимфоцитами и другими типами АПК — В-лимфоцитами и макрофагами.
Полагают, что в процессе рециркуляции, при перемещении CD4+- клеток внутри лимфоидных органов они постоянно контактируют с дендритными клетками, образуя с ними временные обратимые связи, которые устанавливаются при участии молекул адгезии. В условиях «улавливания» и локальной активации дендритные клетки могут экспрессировать, помимо уже упомянутых молекул адгезии, рецептор
ICAM-1, связывающийся с интегрином LFA-1. Дендритные клетки на своей поверхности содержат значительное количество комплексов МНС II класса с разнообразными пептидами. При этом на долю пептида, специфически распознаваемого рецептором (TCR) конкретного Т-хелпера, даже в самом оптимальном случае приходится не более 1 из 1000 пептидов, презентируемых АПК. При распознавании антигенного комплекса в СВ4+-Т-клетке возникает сигнал, который приводит к «активации» интегрина LFA-1, т.е. к повышению его сродства к лигандам, что в конечном итоге делает связь между Т-лимфоцитом и дендритной клеткой более прочной. В этих условиях между взаимодействующими клетками устанавливается еще одна межмолекулярная связь: корецеп- тор CD28 Т-хелпера взаимодействует с молекулами CD80 и 86 (В7-1 и В7-2) дендритной клетки. В итоге через TCR и корецепторы в CD4+- Т-клетку подается сигнал, который вызывает активацию клетки с экспрессией на ее поверхности рецептора для ИЛ-2 и других активационных антигенов. При этом начинается синтез ИЛ-2 Т-хелпером, обеспечивающий аутокринную (т.е. самопитающую) пролиферацию клона Т-хелперов. Размножение последних важно в связи с исходно малым числом клеток, вовлекаемых в реакцию. Только предварительно размножившись, специфические Т-хелперы могут полноценно обеспечить развитие иммунных процессов.
Как уже отмечалось, активированные СП4+-лимфоциты продуцируют ИЛ-2. После нескольких делений они начинают секретировать небольшие количества других лимфокинов. Такие лимфоциты называют ThO-клетками. При последующей стимуляции этих клеток происходит их дифференцировка на субпопуляции Thl и Th2, соотношение которых определяет преимущественное направление развития иммунных процессов в сторону клеточного или гуморального ответа, а сами эти клетки называют соответственно воспалительными и иммунными Т-хелперами. Основные закономерности дифференцировки ТЫ- и ТН2-кле- ток, контролирующие ее факторы, а также свойства и гуморальные продукты этих клеток рассмотрены выше (см. раздел 3.5.2). Здесь мы лишь напомним, что дифференцировке в Thl-клетки способствуют крайние (высокие и низкие) концентрации антигена, большая плотность антигенных пептидов на поверхности АПК, презентация антигена дендритными клетками и макрофагами, микроокружение лимфатических узлов и в наибольшей степени присутствие ИЛ-12, выделяемого макрофагами или дендритными клетками, или интерферона у, выделяемого NK-клетками или ранее активированными Thl-клетками. Дифференцировке в Th2-клетки благоприятствуют промежуточные концентрации антигена, его презентация В-лимфоцитами, микроокружение слизистых оболочек (особенно кишечных), а также присутствие трансформирующего фактора роста 0 и ИЛ-4, продуцируемого тучными клетками или предобразованными П12-клетками. Иммунизация с использованием в качестве адъюванта (усилителя иммунного ответа) полного адъюванта Фрейнда (см. раздел 5.5.2) направляет дифференцировку в сторону Thl-хелперов и усиливает клеточный ответ, тогда как использование для усиления ответа алюминиевых квасцов способ-
ствует формированию 1Ъ2-клеток и развитию гуморального иммунного ответа.
Известный факт — различный срок включения синтеза разных лим- фокинов — становится вполне понятным в свете данных о дифференцировке ThO-клеток в ТЫ и Th2: ранее других образуется ИЛ-2, не требующий дифференцировки Т-хелперов на субпопуляции, позже начинают секретироваться ИЛ-4 и 5, т.е. продукты ТЬ2-клеток, с некоторой задержкой по сравнению с ними продукт ТЫ-клеток — интерлейкин у. In vivo максимальная выработка ИЛ-2 регистрируется на 1—3-и сутки, а ИЛ-4 — на 3—8-е сутки иммунного ответа.
Описанные процессы происходят в основном в тимусзависимых зонах лимфоидных органов (в лимфатических узлах — в паракортикаль- ных зонах) или в местах смешанного пребывания Т- и В-лимфоцитов (например, в перифолликулярных пространствах). В паракортикальных зонах формируются главным образом ТЫ, не нуждающиеся в представлении антигена В-лимфоцитами, тогда как в зонах контакта Т- и В-кле- ток образуются в основном ТЬ2-клетки.
Раз образовавшись, перевес того или другого типа Т-хелперов затем закрепляется и усиливается благодаря наличию механизмов взаимного антагонизма: продукт ТЫ-клеток интерферон у подавляет развитие Th2- клеток, а продукт ТЬ2-клеток ИЛ-10 подавляет развитие ТЫ-клеток (см. рис. 78). Кроме того, проявляется самоусиление этих форм ответа благодаря аутокринному типу поддержания роста клеток этих типов: фактором роста для ТЫ-клеток служит ИЛ-2, для ТЬ2-клеток — ИЛ-4 (наряду с ИЛ-2). Эти механизмы способствуют обособлению и поляризации клеточной и гуморальной форм иммунного ответа. ■
Таким образом, запуск адаптивного иммунного ответа базируется на ранней воспалительной реакции (реакции первой линии защиты) и включает следующие основные события:
локальное восприятие антигена АПК и его доставка в региональный лимфоидный орган (реже поступление в него свободного антигена и связывание АПК);
улавливание в региональном лимфоидном органе рециркулирующих лимфоцитов, относящихся к антигенспецифическим клонам;
обработка антигена в АПК и его презентация Т-хелперам;
выбор пути дифференцировки СВ4+-клеток в направлении Th 1 - или ТЬ2-хелперов, выбор между гуморальным и клеточным ответом.
Гуморальный иммунный ответ
Взаимодействие В-клеток с Т-хелперами и последующая реакция В-лимфоцитов
Как уже отмечалось, иммуноглобулиновые рецепторы В-лимфоцитов связывают нативный антиген и, таким образом, не нуждаются в помощи АПК. Однако В-лимфоцитам требуются дополнительные сигналы для
последующего размножения и дифференцировки. Источником этих сигналов служат Т-хелперы. Период гуморального иммунного ответа, в течение которого В-лимфоцит получает специфический антигенный сигнал и ряд дополнительных сигналов от клеток-помощников, называют индуктивной фазой иммунного ответа. Ее продолжительность составляет 2—3 дня.
Взаимосвязь распознавания и презентации антигена В-клеткой. В главе 3 были рассмотрены некоторые механизмы взаимодействий В-лимфо- цитов с Т-хелперами. Подчеркнем двоякую роль, которую играют В-лим- фоциты в отношении антигена:
они связывают его клоноспецифически путем взаимодействия рецепторов BCR с тем эпитопом антигена, который он распознает; образующийся при этом на мембране комплекс погружается внутрь клетки;
поглощенный антиген подвергается процессингу — ограниченному расщеплению с встраиванием фрагментов в антигенсвязывающую щель молекулы МНС II класса, образующийся комплекс презентируется Т-хелперам.
В молекуле антигена существует два незначительно перекрывающихся набора эпитопов. Один набор эпитопов распознается антигенспеци- фическими рецепторами BCR В-лимфоцитов, второй набор формируется внутри В-клетки путем связывания с молекулами МНС и распознается затем СО4+-Т-клетками (см. разделы 3.2.1 и 3.3.2). Гуморальный иммунный ответ предопределяется тогда, когда в окружении В-клетки присутствуют Т-клетки клона, который распознает пептидный эпитоп второго набора, экспрессируемый на поверхности В-клетки. Оба набора эпитопов должны принадлежать одной и той же молекуле антигена, но они не могут быть идентичны. При этом эпитоп, распознаваемый В-клеткой и определяющий специфичность IgM-антител, которые они будут вырабатывать, может иметь не только белковую, но и любую другую химическую природу (например, полисахаридную), а эпитопы, распознаваемые Т-хелперами, — это обязательно фрагменты белковой молекулы.
Таким образом, в отношении эпитопов первого набора В-клетка является распознающей, а эпитопов второго набора — презентирующей (рис. 85). Только при таком варианте восприятия антигена В-клетками достигается достаточно высокая концентрация на их поверхности молекул МНС, несущих фрагменты молекулы антигена и способных обеспечить эффективное вовлечение в гуморальный ответ Т-хелперов.
Такое понимание сущности взаимоотношений В- и Т-клеток при индукции антителообразования существенно отличается от исходного, хотя формально сходно с ним. По схеме, которую в конце 60-х годов предложил N.A.Mitchison, в основе взаимодействия этих клеток лежит формирование между ними антигенного мостика, поскольку они специфически распознают своими рецепторами (BCR и TCR) разные участки молекулы антигена — различные его эпитопы. В настоящее время идея антигенного мостика не отрицается, однако, по современным представлениям, такой
Рис. 85. Взаимодействие между В-лимфоцитом (одновременно выполняющим функции АПК) и Т-хелпером и результаты их последующей дифференцировки. Сигналы, возникающие при взаимодействии В- и Т-клеток, пронумерованы (1— 5). При взаимодействии свободного антигена (АГ) с рецептором В-клетки (BCR) генерируется сигнал 1. В результате процессинга (прерывистая линия) пептидный фрагмент антигена экспрессируется в составе молекулы МНС II класса на поверхности В-клетки и в таком виде распознается рецептором Т-хелпера TCR при участии корецептора CD4 (сигнал 2). Источником сигнала 3 служит взаимодействие костимулирующих молекул CD28 и 80 (или CD86), а источником сигнала 4 — взаимодействие костимулирующих молекул CD40 и 40L. Дифференцирующиеся в результате действия сигналов 2 и 3 ТЬ2-хелперы выделяют комплекс цитокинов, которые (в первую очередь ИЛ-4) служат источником сигнала 5. В результате действия сигналов 1,4 и 5 В-лимфоцит дифференцируется в плазматическую клетку, секретирующую антитела (АТ).
мостик соединяет специфический рецептор Т-хелпера с молекулой МНС II класса В-клетки, а ее специфический рецептор связывает свободный антиген через другой его эпитоп (см. рис. 85). Антигенный мостик обусловливает когнатное (распознавательное) взаимодействие между В- и Т- лимфоцитами. Результаты этого взаимодействия имеют принципиальное значение для последующей судьбы как В-, так и Т-клетки: Т-клетка дифференцируется в ТЬ2-клетку, а В-клетка (при последующем участии Th2- клеток) — в антителообразующую (плазматическую) клетку.
Хелперные сигналы. Рассмотренное выше взаимодействие становится более прочным и действенным (в аспекте индукции активирующих сигналов) благодаря связыванию нескольких пар адгезивных молекул, включая интегрины и их рецепторы, молекулы CD2 и 58, CD28 и CD80/CD86. Набор молекул адгезии, вовлекаемых во взаимодействие, при этом тот же, что и при контактах Т-хелперов с дендритными клетками. Возникающие при этом сигналы активируют клетки обоих типов. Вследствие активации Т-клетка экспрессирует мембранную молекулу CD154 (CD40L), служащую лигандом для мембранной молекулы CD40 В-клетки, и коре- цептор CTLA-4. Как уже подробно описывалось выше (см. раздел 3.4.1), сигнал, запускаемый через молекулу CD40, является решающим для включения программы последующего развития В-лимфоцитов.
Через CD28 Т-клетки получают дополнительный стимул к дифференцировке в ТЬ2-клетки и выработке набора именно тех лимфокинов, которые нужны В-лимфоцитам для их последующего развития, — ИЛ-4, 5, 6 и 10. Таким образом, В-клетки, презентируя антиген, «склоняют Т-хелперы на свою сторону» и в ответ получают необходимую «поддержку». В рассматриваемых межклеточных взаимодействиях участвуют и макрофаги; при индукции гуморального ответа они важны прежде всего как источник ИЛ-1, хотя выделять ИЛ-1 могут и сами активированные В-клетки.
Так завершается формирование условий для участия В-клеток в иммунном ответе — для их продвижения по циклу, вступления в митоз, переключения классов иммуноглобулинов и созревания аффинитета, последующей дифференцировки в плазматические клетки и формирования В-клеток памяти, т.е. всего комплекса процессов, которые составляют основное содержание гуморального иммунного ответа. Морфологическим выражением активации В-лимфоцитов становится превращение малых лимфоцитов в бласты (см. раздел 3.5.1).
Различные этапы активации и последующего развития В-лимфоцитов находятся под контролем целого комплекса цитокинов (см. рис. 67 и 75). Активацию покоящихся В-лимфоцитов наряду с антигеном могут вызвать ИЛ-4 и 1. Эти факторы еще более эффективно влияют на активированные В-лимфоциты, на которые несколько позже действуют также ИЛ-2 и ФНОа. В поздней фазе Glb клеточного цикла единственными активаторами В-клеток являются ИЛ-2 и 5, при участии которых В-клетка достигает митоза. Рецепторы для всех перечисленных цитокинов появляются на поверхности В-клеток по мере их активации и продвижения по фазе Gp Как правило, на В-клетку действует одновременно несколько факторов, что обеспечивает более выраженный эффект. Тем не менее ос-
Рис. 86. Пространственные перемещения и изменения клеток В-ряда в зародышевых центрах.
Стрелки показывают направление перемещения В-клеток. Слева — морфологически дифференцируемые отделы зародышевых центров, в средней части — название разновидностей клеток В-ряда с указанием экспрессии анти- апоптотического протоонкогена Вс1-2, справа — название процесса, которому подвергаются В-клетки.
"ПЛАЗМАТИЧЕСКИЕ КЛЕТКИ' В-КЛЕТКИ ПАМЯТИ Bct-2W"ПЛАЗМАТИЧЕСКИЕ КЛЕТКИ' В-КЛЕТКИ ПАМЯТИ Bct-2Wновным фактором роста В-лимфоцитов в физиологических условиях является ИЛ-4.
"ПЛАЗМАТИЧЕСКИЕ КЛЕТКИ' В-КЛЕТКИ ПАМЯТИ Bct-2W
"ПЛАЗМАТИЧЕСКИЕ КЛЕТКИ' В-КЛЕТКИ ПАМЯТИ Bct-2W
При иммунном ответе активированные В-лимфоциты осуществляют несколько циклов деления на протяжении 3—4 сут. Хотя после митоза клетки не возвращаются в фазу Gq, для повторного прохождения цикла требуется воздействие ростовых цитокинов (но не требуется контактного взаимодействия с хелперами). Продолжительность пролиферации регламентируется длительностью экспрессии рецепторов (как правило 3— 4 сут), присутствием цитокинов, а также осуществлением включенной при активации генетической программы клетки. Реализация этой программы происходит, начиная с поздних этапов пролиферации при участии ряда цитокинов, ответственных за переключение Сн-генов иммуноглобулинов, и, что особенно важно, факторов микроокружения зародышевых центров.
События в зародышевых центрах. События индуктивной фазы антите- лообразования структурно связаны с зародышевыми центрами лимфоидных органов, реагирующих на антигенную стимуляцию (рис. 86). Как известно, до поступления антигена в лимфоидных фолликулах содержатся исключительно В-лимфоциты. Начальные события, связанные с распознаванием антигена и когнатным взаимодействием В- и Т-лимфоцитов, происходят в окружении первичных фолликулов (короне фолликулов).
Результатом взаимодействия является миграция в фолликул Т-лимфоцитов — преимущественно СО4+-хелперов. При участии последних осуществляется важный морфогенетический процесс — образование центров размножения (зародышевых центров); первичный фолликул превращается во вторичный. Организующую роль при этом играют фолликулярные дендритные клетки. Выше отмечалось (см. раздел 1.1.2), что эта разновидность дендритных клеток отличается по происхождению от интердиги- тальных клеток тимусзависимых зон; возможно, они имеют фибробластную природу. При их дефекте, обусловленном отсутствием выработки лимфотоксинов (ФНОр), зародышевые центры не развиваются.
Зародышевый центр имеет базальную и апикальную зоны, причем в первой различают темный и светлый участки. В базальной зоне происходит интенсивное размножение В-клеток, в ее темном участке преобладают бластные клетки (центробласты), в светлой зоне они содержатся в сопоставимых количествах со средними и малыми лимфоцитами (центроцитами), а в апикальной светлой зоне центроциты преобладают. В базальной части, особенно в ее светлой зоне, В-лимфоциты контактируют с упомянутыми фолликулярными дендритными клетками. Главная функция этих клеток заключается в связывании и хранении антигена, как правило, в составе иммунных комплексов. В-клетки базальной светлой зоны контактируют также с Т-хелперами. Именно на этом этапе происходят события, связанные с «созреванием» гуморального ответа.
Пролиферация В-клеток в темной зоне сопровождается переключением С-генов иммуноглобулинов и интенсивным мутационным процессом, захватывающим V-ген иммуноглобулинового рецептора (эти процессы рассмотрены в разделе 3.5.2). При этом на клетках темной и базальной светлой зон слабо экспрессирован супрессор апоптоза — молекула Вс1-2, следствием чего является высокий процент погибающих клеток. Гибель В-клеток служит проявлением селекции их клонов: при генерации множества новых клонов В-лимфоцитов сохраняются те из них, которые обладают повышенным сродством к антигену, и устраняются клетки, несущие низкоаффинные рецепторы, а также аутореактивные В-клетки и клетки, чьи рецепторы утратили способность связывать антигены. Сродство мембранных антител к антигену «апробируется» при взаимодействии В-лимфоцитов с антигенами, фиксированными на фолликулярных дендритных клетках. При этом наряду с распознаванием иммуноглобулиновой частью BCR антигена важную роль в исходе взаимодействия играет контакт коре- цепторной молекулы центроцита CD21 (CR2) с молекулой CD23, экспрессируемой дендритными клетками. При наличии этого контакта эффект распознавания антигена повышается в 100 раз.
«Удачное» взаимодействие, т.е. высокоаффинное связывание рецептора BCR с антигеном, «поддержанное» связыванием CD23, обусловливает формирование комплексного сигнала. Одним из ранних результатов такого сигнала является усиление экспрессии гена bcl-2, что обеспечивает выживание клетки. В-лимфоциты, не получающие такого сигнала, обречены на гибель вследствие развития апоптоза. Однако уже в верхней части светлых зон гибель центроцитов снижается параллельно с повышением доли клеток, экспрессирующих Вс1-2; здесь преобладают эффектор-
Рис. 87. Схемы, иллюстрирующие гипотезы, которые объясняют действие тимус - независимых антигенов 1(a) и II (б) типов.а. Тимуснезависимый антиген типа I содержит, помимо специфического эпитопа (Э), который взаимодействует с антигенраспознающим рецептором (АР), митогенную детерминанту (МД), взаимодействующую с рецептором митогенеза, что и служит источником активационного сигнала (АС); взаимодействие эпитопа с рецептором в данном случае служит для создания концентрации антигена, необходимой для проявления ее митогенного действия, б. Тимуснезависимый антиген типа II обеспечивает уровень сигнализации, необходимый для активации клетки, путем многоточечного связывания с ее поверхностью. Кроме того, клетка получает хелперный сигнал от вспомогательных клеток (возможно, NK-клеток) преимущественно в форме костимулирующих цитокинов (в рамке).Рис. 87. Схемы, иллюстрирующие гипотезы, которые объясняют действие тимус - независимых антигенов 1(a) и II (б) типов.а. Тимуснезависимый антиген типа I содержит, помимо специфического эпитопа (Э), который взаимодействует с антигенраспознающим рецептором (АР), митогенную детерминанту (МД), взаимодействующую с рецептором митогенеза, что и служит источником активационного сигнала (АС); взаимодействие эпитопа с рецептором в данном случае служит для создания концентрации антигена, необходимой для проявления ее митогенного действия, б. Тимуснезависимый антиген типа II обеспечивает уровень сигнализации, необходимый для активации клетки, путем многоточечного связывания с ее поверхностью. Кроме того, клетка получает хелперный сигнал от вспомогательных клеток (возможно, NK-клеток) преимущественно в форме костимулирующих цитокинов (в рамке).
Рис. 87. Схемы, иллюстрирующие гипотезы, которые объясняют действие тимус - независимых антигенов 1(a) и II (б) типов.
а. Тимуснезависимый антиген типа I содержит, помимо специфического эпитопа (Э), который взаимодействует с антигенраспознающим рецептором (АР), митогенную детерминанту (МД), взаимодействующую с рецептором митогенеза, что и служит источником активационного сигнала (АС); взаимодействие эпитопа с рецептором в данном случае служит для создания концентрации антигена, необходимой для проявления ее митогенного действия, б. Тимуснезависимый антиген типа II обеспечивает уровень сигнализации, необходимый для активации клетки, путем многоточечного связывания с ее поверхностью. Кроме того, клетка получает хелперный сигнал от вспомогательных клеток (возможно, NK-клеток) преимущественно в форме костимулирующих цитокинов (в рамке).
Рис. 87. Схемы, иллюстрирующие гипотезы, которые объясняют действие тимус - независимых антигенов 1(a) и II (б) типов.
а. Тимуснезависимый антиген типа I содержит, помимо специфического эпитопа (Э), который взаимодействует с антигенраспознающим рецептором (АР), митогенную детерминанту (МД), взаимодействующую с рецептором митогенеза, что и служит источником активационного сигнала (АС); взаимодействие эпитопа с рецептором в данном случае служит для создания концентрации антигена, необходимой для проявления ее митогенного действия, б. Тимуснезависимый антиген типа II обеспечивает уровень сигнализации, необходимый для активации клетки, путем многоточечного связывания с ее поверхностью. Кроме того, клетка получает хелперный сигнал от вспомогательных клеток (возможно, NK-клеток) преимущественно в форме костимулирующих цитокинов (в рамке).
ные клетки, прошедшие мутационный процесс, пролиферацию и селекцию.
Следующим этапом в развитии этих лимфоцитов является превращение их в плазматические клетки. Это происходит вне зародышевых центров, в другом микроокружении, куда клетки мигрируют, подчиняясь пока не выясненным стимулам (см. ниже).
Тимуснезависимый ответ и ответ В1-клеток формируются с довольно существенными отклонениями от описанной выше последовательности событий. Так, при вовлечении в иммунный ответ CD5+-B1-клеток не требуется когнатных взаимодействий с Т-лимфоцитами, хотя они и нуждаются в гуморальных стимулах, осуществляемых цитокинами. Наряду с ИЛ-4 важнейшим цитокином для этих клеток является ИЛ-5. Морфологические проявления ответа В1-клеток практически не изучены, однако ясно, что он осуществляется вне зародышевых центров, а возможно, и вне лимфоидных органов. Для реализации продуктивной фазы ответа клетки мигрируют в серозные полости.
Тимуснезависимые антигены I типа связываются с В-лимфоцитами через два типа рецепторов — BCR и рецепторы для митогенов. Причем активационный сигнал, как полагают, поступает через митогенные рецепторы, тогда как роль BCR заключается в концентрировании антигена До порогового уровня, необходимого для индукции митогенеза. Эффект тимуснезависимых антигенов II типа объясняют многоточечным связыванием таких антигенов, фиксированных на поверхности макрофага, как с иммуноглобулиновыми рецепторами В-лимфоцитов, так и с корецепто- рами (рис. 87). В настоящее время признано, что при ответе на тимуснезависимые антигены II типа В-клетки получают помощь со стороны хелперов не-Т-клеточной природы — макрофагов и, возможно, NK-кле-
ток, которая проявляется частично в форме выработки цитокинов (показана роль в индукции ответа на тимуснезависимые антигены II типа ИЛ- 3, интерферона у, ГМ-КСФ). Связь тимуснезависимых форм гуморального ответа с конкретными морфологическими структурами изучена недостаточно.
Продуктивная фаза антителообразования
Дальнейшая дифференцировка клеток В-ряда проявляется в превращении В-лимфоцита сначала в плазмобласт, а затем в плазматическую клетку, секретирующую основной продукт гуморального иммунного ответа — антитела. Для реализации этого этапа дифференцировки бластные В-клет- ки мигрируют в краевые зоны белой пульпы селезенки, в ее красную пульпу, а в лимфатических узлах — в медуллярные шнуры. Значительная часть этих клеток покидает лимфоидные органы и мигрирует в костный мозг. Образование плазматических клеток знаменует переход к продуктивной фазе гуморального ответа.
Морфологически особенность плазматических клеток заключается в большом объеме цитоплазмы, ее базофилии и значительном развитии цитоплазматического аппарата, обеспечивающего синтез белков (эндоплазматический ретикулум, рибосомы). Светлое и большое ядро плаз- мобластов постепенно, параллельно со снижением пролиферативной активности клеток становится более мелким и плотным. Цитоплазма достигает особенно значительного объема на стадии незрелой плазматической клетки, когда клетки еще продолжают делиться и уже секретируют иммуноглобулин. Зрелая плазматическая клетка не делится, в ней постепенно уменьшается интенсивность белкового синтеза (параллельно с уменьшением объема цитоплазмы). Единственным цитокином, влияющим на пролиферацию плазматических клеток, является ИЛ-6. Продолжительность жизни плазматических клеток составляет 4—7 сут, после чего они подвергаются апоптозу.
Основной итог дифференцировки клеток В-ряда при их превращении в плазмоциты состоит в том, что в процессе синтеза иммуноглобулинов блокируется считывание генов, которые кодируют мембранные домены М (см. раздел 3.5.2). В результате происходит смена синтеза мембранных молекул иммуноглобулинов на растворимые секретируемые молекулы — антитела. Одновременно значительно повышается интенсивность синтеза иммуноглобулинов — как специфических антител, так и сопутствующих им «неспецифических» молекул. Как и мембранные иммуноглобулины, антитела, секретируемые каждой клеткой, моноспе- цифичны, т.е. секреция антител имеет клональный характер.
Синтез цепей иммуноглобулинов осуществляется в полисомах, связанных с эндоплазматическим ретикулумом. Сборка молекулы происходит по одному из двух путей:
Н + Н Н2; Н2 + L H2L; H2L + L H2L2 или
Н + L HL; HL + HL H2L2.
Синтезированные иммуноглобулины переходят в гладкий эндоплазматический ретикулум, содержащий комплекс Гольджи, подвергаясь при этом гликозилированию. Затем они выводятся из клетки при участии комплекса Гольджи.
При первичном иммунном ответе значительная доля синтезируемых антител приходится на IgM. IgM-антителообразующие клетки появляются уже на 2-е сутки иммунного ответа. У мышей, внутрибрюшинно иммунизированных эритроцитами барана, количество таких клеток в селезенке достигает максимума на 4-е сутки и сохраняется на высоком уровне на 5-е сутки, в более поздние сроки их число достаточно быстро сокращается. IgG-антителообразующие клетки появляются на 4-е сутки ответа, их число достигает максимума на 7-й день и сохраняется дольше. Пик титра сывороточных IgM-антител достигает максимума на 5—6-е, IgG-антител — на 10—12-е сутки. Высокое содержание этих антител сохраняется до 20—25-х суток (когда число антителообразующих клеток в органах возвращается к фоновому уровню), а затем титр антител медленно снижается в течение 2—3 мес. Вклад антител других классов в пул сывороточных антител обычно очень невелик. Кинетика IgA- и IgE-антителообразующих клеток в принципе сходна с таковой IgG-антителопро- дуцентов. Даже при аллергических процессах абсолютное количество реагиновых IgE-антител несопоставимо ниже, чем IgM- и IgG-антител.
Уровень и временная динамика антителообразования зависят от дозы и физико-химического состояния антигена (растворимый, корпускулярный). В определенных пределах повышение дозы антигена приводит к ускорению достижения пика реакции и повышению уровня антителообразования. Однако слишком высокие дозы или не приводят к дальнейшему усилению ответа, или подавляют его. При иммунизации растворимыми антигенами количество антителообразующих клеток и антител, как правило, ниже и накапливаются они несколько медленнее. Особенность иммунного ответа на антигены, связанные с размножающимися клетками, заключается в его длительности: повышенный титр сывороточных антител выявляется в течение месяцев после иммунизации и выздоровления.
Переключение синтеза классов антител, как уже отмечалось в разделе 3.5.2, находится под контролем Т-клеток. Для осуществления переключения необходимы межклеточный контакт, опосредованный взаимодействием молекул CD40 В-клеток и CD40L Т-клеток, а также действием цитокинов — ИЛ-4 (для переключения на синтез IgGl и IgE), интерферона у (для переключения на синтез IgG2a и IgG3) и трансформирующего фактора роста р (для переключения синтеза на IgA и IgG2b). Переключение синтеза осуществляется на уровне клетки-предшественника антите- лопродуцентов, при этом изменяется изотип (класс) мембранных рецепторов. При переходе синтеза от мембранных к секреторным иммуноглобулинам-антителам изотип сохраняется.
Кроме того, некоторые цитокины усиливают продукцию иммуноглобулинов, действуя не на уровне генов, а стимулируя пролиферацию плазмоцитов или повышая интенсивность секреторного процесса. Это усиление может осуществляться неизбирательно в отношении плазмоцитов.
Таблица 67. Влияние цитокинов на синтез иммуноглобулинов различных изотипов у мышей
Изотип
Цитокины, ответственные за переключение синтеза
Цитокины, усиливающие синтез
Цитокины, подавляющие синтез
IgM
—
ИЛ-6, 10
ИЛ-4, ИФНу, ТФРр
IgGl
ИЛ-4
ИЛ-6
ИФНу
IgG2a
ИФНу
—
ИЛ-4
IgG2b
ТФРр
—
—
IgG3
ИФНу
—
ИЛ-4, ТФРр
IgA
ТФРр
ИЛ-5, 10
—
IgE
ИЛ-4
ИЛ-13, 10
ИФНу, ИЛ-12
секретирующих любые антитела (ИЛ-6), или избирательно по отношению к клеткам — продуцентам антител определенных изотипов. Так, ИЛ-5 стимулирует синтез IgA и в меньшей степени IgM, IgE и IgGl, ИЛ-12 подавляет продукцию IgE-антител. ИЛ-4 усиливает синтез IgE, не только включая процесс переключения С-генов (о чем говорилось выше), но и через повышение экспрессии на В-клетках и секреции низкоаффинного рецептора для IgE (FCsRII) — молекулы CD23, являющейся активатором синтеза IgE (табл. 67).
Гуморальный ответ на тимуснезависимые антигены (каковыми являются многие антигены бактерий), особенно I типа, заключается в образовании IgM-антител, причем переключение изотипа при этом отсутствует. При ответе на тимуснезависимые антигены II типа нередко происходит переключение изотипов под влиянием цитокинов (ИЛ-1р и 3, ГМ-КСФ), контакта с макрофагами и, возможно, с другими клетками.
Помимо переключения изотипов, в процессе иммунного ответа может происходить смена специфичности и доминирующих идиотипов антител. Это можно объяснить маскировкой антителами иммунодоми- нантных эпитопов иммуногена, а также накоплением антиидиотипичес- ких антител, которые блокируют «работающие» клоны.
Как уже упоминалось в главе 3, в процессе гуморального ответа повышается сродство (аффинность) образующихся антител. Этот процесс обозначается как созревание ответа. Он не распространяется на IgM- антитела и проявляется в классической форме в отношении IgG-антител. Аффинитет последних уже на протяжении первичного ответа повышается в 10—100 раз и в 10 раз превосходит аффинность IgM-антител (константы связывания составляют для них соответственно около 10-6 и 10 5 М), а при вторичном ответе возрастает еще на 3—4 порядка. Среди существующих объяснений этого явления одним из наиболее признанных является объяснение, связывающее указанный феномен с конкуренцией за клетки—предшественники молекул антигена, концентрация которого снижается по мере продуцирования антител. В результате отбираются
Рис. 88. Развитие секреторного IgA-ответа.
I. Афферентное звено ответа. Антиген (АГ) поступает в структурированное лимфоидное образование слизистых оболочек (например, в групповые лимфатические фолликулы). Здесь его распознают В-лимфоциты (экспрессирующие преимущественно мембранный IgA). В результате взаимодействия с хелперами ТН2- типа при участии трансформирующего фактора роста 0 (ТФР0) В-клетки активируются и поступают в рециркуляцию. II. В-бласты попадают в региональный (например, брыжеечный) лимфатический узел, где испытывают дополнительное стимулирующее действие со стороны ТН2-клеток, и вновь оказываются в рециркуляции. III. ТЬ2-клетки попадают в очаги воспаления в слизистых оболочках благодаря наличию в них высокого эндотелия, экспрессирующего рецепторы ин- тегринов, которые распознают мембранные интегрины В-бластов. В собственной пластинке (lamina propria — LP) В-клетки, дозревающие здесь до стадии плазмоцитов, секретируют IgA-антитела — мономерные и димерные. IV. Димеры IgA взаимодействуют с рецепторами поверхности энтероцитов (Э) слизистого слоя и, связав его, проникают внутрь этих клеток. Здесь рецептор подвергается частичной деградации, в результате которой в составе молекулы IgA остается фрагмент рецептора — секреторный компонент. В таком виде секреторный IgA (slgA) выделяется в просвет кишечника (или иного образования, выстланного слизистой оболочкой). V. В просвете slgA взаимодействует с антигенами и несущими их микроорганизмами, нейтрализуя и иммобилизируя их.
клетки, несущие рецепторы, которые обладают наибольшим сродством к антигену. Наряду с этим признается роль селекции клонов В-клеток в зародышевых центрах. Поскольку антитела по всем характеристикам V-доменов соответствуют иммуноглобулиновой составляющей рецепторов BCR, повышается и аффинность антител, секретируемых потомками этих клеток.
Гуморальный иммунный ответ в слизистых оболочках
Гуморальный иммунный ответ в лимфоидной ткани, связанной со слизистыми оболочками, своеобразен. Это обусловлено особенностями клеточного состава и организации этого отдела иммунной системы. В слизистых оболочках пищеварительного, дыхательного и урогенитального трактов закономернрсти антителообразования в принципе аналогичны, хотя и не лишены специфических для каждого региона черт. Схематически некоторые особенности гуморального ответа в слизистых оболочках отражены на рис. 88.
В слизистых оболочках индуктивная и продуктивная фазы гуморального иммунного ответа разобщены пространственно в большей степени, чем в остальных отделах иммунной системы. Обработка антигена, активация В-лимфоцитов и обмен сигналами между ними и СО4+-клетками происходят в организованных структурах, таких как групповые лимфатические фолликулы (пейеровы бляшки) и единичные фолликулы, присутствующие в слизистых оболочках. Главная особенность этой фазы гуморального ответа в лимфоидной ткани, связанной со слизистыми оболочками, состоит в том, что локальные условия определяют, во-первых, преимущественное формирование хелперов ТЬ2-типа, во-вторых, переключение С-генов в основном на Са-ген. То и другое связывают с высоким уровнем выработки трансформирующего фактора роста 0-клетками микроокружения В-лимфоцитов в упомянутых выше структурах (макрофагами, СВ8+-лимфоцитами, тромбоцитами, фибробластами), а в самих слизистых оболочках — и с влиянием тучных клеток, содержащихся здесь в больших количествах (характер этого влияния не расшифрован).
Получив все необходимые сигналы в групповых лимфатических фолликулах и других фолликулярных структурах, активированные В-клетки вновь мигрируют (через кровоток) в слизистые оболочки, однако на этот раз в lamina propria. Специфичность миграции определяется распознаванием L-селектина В-клеток, а также а407-интегрина молекулой Mad- САМ-1 и другими рецепторами для интегринов. Поскольку их экспрессия эндотелиальными клетками усиливается под влиянием провоспали- тельных цитокинов (особенно ФНОа), направление миграции обусловливается не участком слизистых оболочек, откуда первоначально мигрировали В-клетки, а зоной воспаления, которое, как правило, является местом проникновения антигена, вызвавшего иммунный ответ. Поэтому В-клетки, происходящие из одного отдела кишечника, могут реализовать свои эффекторные функции в других его отделах, а также в слизистых оболочках других органов (в связи с этим говорят о «солидарности» слизистых оболочек).
В lamina propria IgA+-B-KJteTKH могут получить стимулы со стороны ТЬ2-клеток в дополнение к основным событиям активации, происшедшим в групповых лимфатических фолликулах и фолликулярных структурах. Активированные ТЬ2-клетки слизистых оболочек секретируют ИЛ-4, 5 и 6. Как известно, ИЛ-5 поддерживает пролиферацию и дифференцировку преимущественно 1§А+-клеток и считается цитокином, обеспечивающим защиту слизистых оболочек, а ИЛ-6 обусловливает размножение незрелых плазматических клеток и секрецию антител различных изотипов. Присутствующие в слизистых оболочках Т-клетки у5-типа также способны секретировать ИЛ-5.
Таким образом, в подслизистом слое и собственной пластинке слизистых оболочек существуют оптимальные условия для IgA-ответа. Действительно, среди антителообразующих клеток на долю клеток, секретирующих IgA, приходится 80 % продуцентов (в лимфатических узлах 30 %), а локальная концентрация IgA в 10 раз выше концентрации IgG.
В слизистых оболочках IgA-антитела образуются в димерной форме. Значительная их часть поступает в просвет кишечника, проникая в эпителиальные клетки путем пиноцитоза. В эндосомах эти антитела соединяются с продуктом эпителиальных клеток — секреторным компонентом. Его комплекс с IgA, называемый секреторным IgA (slgA), секретируется в просвет тех путей, которые выстилают слизистые оболочки, например, кишечника (см. раздел 3.1.1). Секреторный IgA характеризуется повышенной резистентностью к действию протеолитических ферментов, содержащихся в пищеварительном и других трактах, в которые выделяется slgA.
Моноклональные антитела
Прямым доказательством клональных основ иммунного ответа явилось создание гибридомной технологии для получения моноклональных антител (рис. 89). Основой такой технологии послужило два достижения экспериментальной биологии — разработка метода гибридизации соматических клеток (он использовался преимущественно в генетике) и получение линий миеломных клеток. В 1976 г. G.Koehler и С.Milstein применили соматическую гибридизацию для слияния миеломных и нормальных антителообразующих клеток, что привело к созданию качественно новой технологии гибридом, революционизировавшей иммунологию.
Несколько раньше С.Milstein впервые использовал миеломные белки как источник гомогенных иммуноглобулинов, необходимых для изучения V-доменов антител. Хотя иногда удавалось определить специфичность этих моноклональных иммуноглобулинов, большое неудобство создавалось из-за невозможности получить моноклональные иммуноглобулины заданной специфичности. В данном (чисто исследовательском) контексте и решалась задача получения гибридом — клеток, «совмещающих» два свойства: способность к неограниченному росту, которое они наследуют от миеломных (опухолевых) клеток, и определенную, задаваемую иммунизацией специфичность, которую они получают от нормального родительского партнера — антителообразующих клеток из селезенки иммунизированных мышей.
Выживание спившихся Спонтанная гибель (гибридных) клетокмеспившихся клетокВыживание спившихся Спонтанная гибель (гибридных) клетокмеспившихся клетокИММУНИЗАЦИЯИММУНИЗАЦИЯСЛИЯНИЕСЛИЯНИЕСЕЛЕКЦИЯ НА НАТ-СРЕДЕСЕЛЕКЦИЯ НА НАТ-СРЕДЕГибельклето* миеломы в присутствии HATГибельклето* миеломы в присутствии HATКЛОНИРОВАНИЕКЛОНИРОВАНИЕНАРАБОТКА MAT in vitroНАРАБОТКА MAT in vitro
Выживание спившихся Спонтанная гибель (гибридных) клетокмеспившихся клеток
Выживание спившихся Спонтанная гибель (гибридных) клетокмеспившихся клеток
ИММУНИЗАЦИЯ
ИММУНИЗАЦИЯ
СЛИЯНИЕ
СЛИЯНИЕ
СЕЛЕКЦИЯ НА НАТ-СРЕДЕ
СЕЛЕКЦИЯ НА НАТ-СРЕДЕ
Гибельклето* миеломы в присутствии HAT
Гибельклето* миеломы в присутствии HAT
КЛОНИРОВАНИЕ
КЛОНИРОВАНИЕ
НАРАБОТКА MAT in vitro
НАРАБОТКА MAT in vitro
Рис. 89. Этапы получения моноклональных антител.
Спленоциты иммунизированных мышей сливают с клетками миеломы в присутствии полиэтиленгликоля (ПЭГ). В селективной среде, содержащей гипоксантин, аминоптерин и тимидин (НАТ-среда), создаются условия для отбора гибридных клеток. Эти клетки клонируют. После тестирования на выработку нужных антител клетки реклонируют. Последующая работа состоит в наращивании клеток, периодическом реклонировании, обеспечении стабильной пролиферации клеток и секреции антител. Лишь после стабилизации этих характеристик гибридных клеток их обозначают как гибридомы, а вырабатываемые ими антитела обозначают как моноклональные (МАТ). Для получения большого количества антител клетки гибридомы трансплантируют в брюшную полость сингенным мышам с пристаном и получают экссудат, содержащий МАТ.
Для слияния клеток первоначально использовали воздействие вируса Сендай. Позже стал применяться раствор полиэтиленгликоля (он обусловливает слияние клеточных мембран благодаря наличию в его составе наряду с гидрофильными гидрофобных групп). Для оптимизации технологии, чтобы исключить вклад иммуноглобулинов, продуцируемых миеломными клетками, были получены их мутанты, не секретирующие иммуноглобулины. Практически все линии миелом, используемые в настоящее время в качестве партнеров для гибридизации, происходят от культивируемого варианта (РЗ) миеломы МОРС-2, развившейся у мышей линии BALB/c и продуцирующей IgG к-типа. При получении гибридом чаще других применяют сублинии РЗ X63-Ag8.653, NSl-Ag4/l и Sp2/0- Agl4 (последняя сама представляет собой гибридому — продукт слияния клеток линии РЗ X63-Ag8.653 и нормальных спленоцитов мышей линии BALB/c).
Помимо утраты способности секретировать собственные иммуноглобулины, клетки этих линий были отобраны (на селективных средах) по устойчивости к 8-азагуанину или 6-тиогуанину. Такая устойчивость означает, что у клеток блокирован запасной путь синтеза нуклеотидов из гипоксантина и гуанина, используемых в качестве предшественников. Данное обстоятельство важно в связи с применяемым (разработанным еще для целей соматической гибридизации любых клеток) методом отбора гибридных клеток. Его суть состоит в следующем. При соблюдении всех деталей технологии доля слившихся клеток невелика, поэтому их отбор является важной задачей. Нормальные партнеры для слияния живут несколько дней и отмирают сами. Для подавления роста опухолевых партнеров используют селективную среду НАТ, содержащую гипоксантин (Н — hypoxantine), аминоптерин (А — aminopterine) и тимидин (Т — thymidine). Аминоптерин — яд, отключающий основной путь биосинтеза нуклеотидов, гипоксантин и тимидин — субстраты для реализации запасных путей, заблокированных у миеломных клеток (о чем свидетельствует устойчивость к 8-азагуанину или 6-тиогуанину), но реализуемых у гибридных клеток, которые наследуют соответствующий ген от нормального родителя. В результате культивирования на среде ПАТ гибнут неслив- шиеся опухолевые клетки и «своей смертью» умирают неслившиеся нормальные клетки, а выживают только гибридные клетки, которые к тому же унаследовали от опухолевого родителя бессмертие.
Затем встает задача отбора клеток—продуцентов нужных антител. Эту процедуру необходимо осуществить как можно раньше, чтобы данный клон не был подавлен другими клетками-«сорняками». Обычно для этой цели используют тестирование антител к растворимым антигенам в иммуноферментных тест-системах или антител к мембранным антигенам методом проточной цитометрии. При выявлении клеток—продуцентов антител требуемой специфичности их клонируют — выращивают в убывающих разведениях, при которых в одной лунке может оказаться, как правило, одна клетка. Получив несколько клонов, поддерживают те из них, которые обладают преимуществами перед другими по тонкой специфичности, продуктивности, скорости роста, изотипу и т.д. Моноклональ- ность подтверждают методом изоэлектрофокусирования, путем демон-
Из IgG человека
Рис. 90. «Гуманизация» моноклональных антител.
Черным цветом отмечены участки молекул иммуноглобулинов (слева V-домен, справа их гипервариабельные участки — CDR1-3), кодирующие последовательности которых выделяют из клеток гибридомы мыши и сливают с генами плазматических клеток человека, детерминирующими оставшиеся части молекул (на схеме их продукты отмечены белым цветом). В результате специфичность гибридных антител определяется генами мыши, а их антигенные характеристики (почти исключительно) — генами человека.
страции гомогенности антител по изотипу и другими способами. Обычно на этапах отбора и повторного клонирования теряется значительная часть клонов. Отобранные и стабилизированные путем повторных клонирований гибридомы хранят в замороженном состоянии, а для наработки моноклональных антител используют культивирование in vitro или in vivo — в брюшной полости сингенных мышей (обычно линии BALB/c).
Несмотря на значительные целенаправленные усилия, не удалось разработать адекватные подходы для получения гибридом на основе клеток человека, хотя потребность в человеческих моноклональных антителах, которые можно было бы использовать в иммунотерапии, очень велика. В настоящее время эта проблема решается с помощью молекулярно-генетических подходов. Самым распространенным среди них является «гуманизация» мышиных антител (рис. 90). Суть метода состоит в создании «слитых» генетических комплексов, объединяющих V-ген мышиных моноклональных антител и С-гены иммуноглобулинов человека желаемого изотипа. Еще более радикальный подход заключается в объединении гипервариабельных частей V-генов мыши с генами, кодирующими каркасную последовательность V-гена человека, и человеческими С-генами.
В настоящее время получение моноклональных антител стало одним из наиболее доходных направлений научного бизнеса. Получено необозримое число моноклональных антител, с помощью которых решены многие принципиальные проблемы иммунологии и других разделов биологии. Моноклональные антитела широко используют в иммунодиагностике, иммунотерапии, для выделения различных биологически значимых молекул и с разнообразными исследовательскими целями. Гибридомная технология широко применяется (практически только в научных иссле-
дованиях) также для слияния других клеток иммунной системы, прежде всего Т-лимфоцитов.
Клеточный иммунный ответ
В отличие от гуморального иммунного ответа, изучавшегося с конца прошлого века, само существование чисто клеточных реакций антиген- специфического иммунитета было обосновано относительно недавно — в 40—50-е годы. Клеточный ответ проявляется очень разнообразно. Если гуморальный ответ известен в формах классического антителообразова- ния и аллергических реакций немедленного типа, то число вариантов проявления клеточного иммунного ответа больше. Наиболее распространенным и «естественным» среди них является цитотоксический ответ, т.е. иммунная реакция, приводящая к формированию антигенспецифических Т-киллеров. Последние способны разрушать инфицированные клетки, на поверхности которых экспрессируется опознаваемый антиген (вирусный, опухолевый). Распространенной формой клеточного иммунитета является также реакция гиперчувствительности замедленного типа (ГЗТ). ГЗТ — проявление не только аллергии, но и особой формы антиинфекционной защиты, основой которой служит активация макрофагов продуктами Т-клеток. Клеточный иммунный ответ лежит в основе отторжения аллогенных тканей, а также реакции трансплантированных лимфоцитов против организма-реципиента — реакций «хозяина против трансплантата» и «трансплантата против хозяина». Перечисленные варианты клеточных иммунных реакций по феноменологии и составу реагирующих клеток существенно различаются.
Основные события цитотоксического иммунного ответа
Запуск цитотоксического ответа обусловлен не попаданием инфекционных агентов в организм как таковым или выделением ими растворимых продуктов, а инфицированием этими агентами собственных клеток организма. При этом презентация антигена Т-хелперам осуществляется обычным путем — макрофагами или дендритными клетками через воздействие антигенного пептида в комплексе с молекулами МНС II класса. Те же АПК (а не инфицированные клетки-мишени, как полагали раньше) обусловливают активацию цитотоксических Т-лимфоцитов, причем антигенный пептид на поверхности АПК должен быть связан с молекулами МНС I, а не II класса. В обоих случаях обязательна костимуляция, обусловленная взаимодействием молекул CD80/CD86 АПК с корецепто- ром CD28 Т-лимфоцита (см. рис. 79). Отсутствие молекул CD80 и CD86 (В7-1 и В7-2) на поверхности инфицированных клеток-мишеней делает невозможной стимуляцию «наивных» СВ8+-лимфоцитов (хотя активированные СВ8+-клетки могут осуществлять свою цитотоксическую функцию после простого взаимодействия TCR с комплексом антигена и молекулы МНС I класса на поверхности клетки-мишени).
Из этих правил известны исключения. Так, имеется фракция CD8+-
клеток, лишенных корецептора CD28. Для этих клеток распознавание молекул CD80/CD86, очевидно, не обязательно, однако их функция и их участие в цитотоксической реакции Т-киллеров пока не изучены. Растворимые антигены не распознаются Т-киллерами, но предобразованные пептиды могут индуцировать реакцию Т-киллеров, по-видимому, после связывания АПК с молекулами МНС I класса.
В результате этих событий клоны СВ8+-клеток, распознавших антигенный пептид, презентированный АПК, выходят из фазы покоя Gg в раннюю фазу G^ подвергаются бласттрансформации и экспрессируют ряд активационных молекул. Из последних на этом этапе особенно важна молекула CD25 — легкая цепь высокоаффинных рецепторов для ИЛ-2. На этих этапах ответа «помощь» при активации Т-киллеров состоит исключительно в выработке ИЛ-2, который обусловливает размножение СВ8+-клеток, вовлекаемых в ответ. Как правило, источником ИЛ-2 в этом случае служат недавно активированные Т-хелперы — ThO-клетки. Однако допускается ситуация, когда в результате стимулирующего воздействия со стороны АПК активированные СВ8+-клетки сами начинают вырабатывать ИЛ-2, т.е. обеспечение размножения предшественников цитотоксических клеток происходит по аутокринному механизму (см. раздел 3.5.2 и рис. 79). Контактное взаимодействие прекиллеров с Т-хелперами на данном этапе не является обязательным.
Каковы бы ни были детали начальных стадий активации цитотоксических Т-клеток, ее конечный результат ясен: вследствие распознавания антигенного пептида при участии АПК клоны СВ8+-Т-лимфоцитов активируются. Под влиянием ИЛ-2, вырабатываемого ThO-клетками или аутокринно, они пролиферируют, что обеспечивает необходимую численность цитотоксических Т-лимфоцитов для достижения конечной цели данной формы иммунного ответа. Эта цель состоит в разрушении клеток, на поверхности которых присутствуют молекулы МНС I класса, содержащие чужеродные пептиды, т.е. инфицированные или трансформированные клетки.
В отличие от Т-хелперов для длительной пролиферации нуждающихся в контакте с вспомогательными клетками и в действии интерлейкинов, для поддержания пролиферации активированных цитотоксических Т-клеток нужно присутствие единственного фактора роста — ИЛ-2. Он не только поддерживает продолжительное размножение клеток, действуя на их рецепторы, но и усиливает экспрессию этих рецепторов. Однако известны некоторые цитокины, способные поддерживать пролиферацию активированных СО8+-лимфоцитов, действуя в сочетании с ИЛ-2 и даже самостоятельно. Это ИЛ-7, 4, 13 и 15, а также ряд медиаторов, действующих как кофакторы Т-ростовых цитокинов (ФНОа, ИЛ-1, 10, 12). Реальный вклад этих интерлейкинов и их комбинаций в развитие цитотоксического ответа in vivo не выяснен.
Таким образом, цитотоксический ответ зависит в основном от антигенного стимула и наличия ИЛ-2, в обеспечении которым СВ8+-прекил- леров участвуют Т-хелперы, сами прекиллеры и необходимые для их активации вспомогательные клетки.
Хотя ИЛ-2 обусловливает лишь переход из ранней фазы Gj в позд-
нюю фазу (для последующего «движения» клетки по циклу цитокины не нужны), его присутствие необходимо для осуществления повторных делений. При цитотоксическом иммунном ответе происходит 4—5 делений СЭ8+-клеток на протяжении первых 3—4 сут иммунного ответа. В этот период ответ чувствителен к действию ионизирующей радиации и различных цитотоксических агентов.
По завершении делений и частично на их фоне происходит дифференцировка эффекторных цитотоксических клеток из СВ8+-клеток- предшественников. По своим внешним проявлениям созревание цитотоксических Т-клеток не имеет ничего общего с превращением активированных В-лимфоцитов в плазматические клетки. Активированные Т-клетки сохраняют свою бластную форму; цитоплазматический аппарат для синтеза белков почти не развивается. Однако на молекулярном уровне удается зарегистрировать активацию ряда генов. Некоторые из этих генов кодируют молекулы, участвующие в комплексировании с клетками-мишенями и осуществлении цитолиза (например, перфорин, гранзи- мы, интегрины, в частности, VLA-4, другие поздние активационные молекулы; см. раздел 3.5.2).
Описанные процессы происходят в основном в тимусзависимых зонах лимфоидных органов — в паракортикальной зоне лимфатических узлов, в меньшей степени — в параартериальных муфтах селезенки. При этом указанные зоны гипертрофируются. В процессе размножения клетки выходят за пределы названных зон и могут перемещаться в мозговой слой лимфатических узлов и краевую зону селезенки. По мере формирования клеток-эффекторов увеличивается их выход из лимфоидных органов в циркуляцию. Этому способствуют ослабление их связи с клетками микроокружения (из-за снижения экспрессии L-селектина), приобретение инвазивности и увеличение подвижности.
Из циркуляции цитотоксические Т-лимфоциты разносятся в различные органы и ткани, причем на определенном этапе их развития это расселение характеризуется низкой избирательностью в отношении лимфоидной ткани. Причина этого заключается в упомянутом выше ослаблении экспрессии «рецепторов хоминга» — L-селектинов. Однако усиление экспрессии интегринов LFA-1 и VLA-4 способствует проникновению цитотоксических клеток в очаги воспаления, в которых клетки эндотелия несут рецепторы для интегринов — молекулы семейств ICAM и УСАМ. По-видимому, биологический смысл этого явления состоит в обеспечении присутствия цитотоксических клеток во всех регионах организма, но в первую очередь в очагах вероятного сосредоточения клеток-мишеней. Это объясняется тем, что инфицированные клетки, подлежащие уничтожению, локализуются отнюдь не в одних лимфоидных органах и их присутствию в определенных участках организма с большой вероятностью сопутствует воспалительная реакция.
4.L3.2. Гиперчувствительность замедленного типа
Иную, самую медленную, форму клеточного иммунного ответа представляет гиперчувствительность замедленного типа (ГЗТ). Она проявляется в
нескольких формах: контактной гиперчувствительности, лекарственной ГЗТ, в образовании инфекционных гранулем. Известным проявлением ГЗТ служит туберкулезная реакция — ответ сенсибилизированного организма на локальное введение туберкулина. Особенность ГЗТ заключается в практически полном отсутствии видимых проявлений на этапе формирования иммунного ответа после введения сенсибилизирующей дозы антигена/аллергена и проявлении реакции лишь после повторного, разрешающего, введения антигена.
ГЗТ была одной из первых иммунологических реакций, на примере которых была осознана возможность развития антигенспецифического иммунного ответа, не связанного с выработкой антител, и аргументирована решающая роль лимфоцитов в качестве эффекторных клеток этой реакции. Именно ГЗТ была первой иммунной реакцией, для которой была показана возможность адоптивного («приемного») переноса иммунитета живыми лимфоцитами при невозможности пассивного переноса сывороткой. Особенность клеточной основы ГЗТ состоит в том, что ее эффекторными клетками являются не цитотоксические лимфоциты, а СВ4+-клетки, продуцирующие цитокины, т.е. Т-хелперы (в данном контексте они нередко обозначаются как эффекторы ГЗТ).
' При экспериментальном воспроизведении ГЗТ антиген вводят в полном адъюванте Фрейнда внутрикожно с целью сенсибилизации. Спустя 5—7 дней вводят разрешающую дозу антигена также локально. В первые часы после этого развивается ранняя фаза реакции: инфильтрация места введения нейтрофилами, преходящее развитие аллергического воспаления в ответ на локальный выброс тучными клетками серотонина, который провоцируется сенсибилизированными СБ4+-клетками и их продуктами. Через 24—72 ч проявляется вторая, основная, фаза реакции, обусловленная инфильтрацией места введения антигена мононуклеарны- ми клетками: на месте введения развивается очаг воспаления в виде папулы, которая затем подвергается затвердению и некрозу. Общая длительность процесса варьирует от 7 дней до нескольких недель.
В основе всех вариантов клеточных реакций замедленного типа лежит иммунное воспаление. Основную роль в его развитии играют активированные макрофаги. Сенсибилизированные СО4+-Т-клетки осуществляют функцию вовлечения макрофагов в реакцию путем их активации. Клеточные события при ГЗТ могут быть представлены так, как это показано на рис. 91. Процессы сенсибилизации при первом введении антигена осуществляются, по-видимому, обычным путем. Безусловная роль макрофагов в запуске этого процесса доказана возможностью индукции ГЗТ переносом макрофагов, предварительно инкубированных с антигеном в течение 1—24 ч. Сенсибилизирующим действием обладают даже макрофаги, убитые после поглощения и переработки антигена. Развитие ГЗТ при внутрикожном введении антигена или накожной аппликации сенсибилизирующих веществ обусловлено участием в их восприятии белых отростчатых эпидермоцитов (клеток Лангерганса).
Главным результатом сенсибилизирующего воздействия является развитие иммунного ответа, а его основными участниками — СП4+-клет- ки. Преимущественное вовлечение в процесс именно этих клеток, при- 342
чем в их ТЫ-варианте, связано с особенностями презентации антигена. Последняя зависит от химической природы антигена. Для направления реакции в данное русло важно присутствие в микроорганизмах, в частности микобактериях, липидных компонентов или использования адъювантов, содержащих масляные компоненты и микобактерии. Важны также пути проникновения антигена в организм (предпочтительно через кожу). Наконец, существенную роль в вовлечении в ответ ТЫ-клеток играет повышенная экспрессия на вспомогательных клетках молекул МНС II класса, представляющих антигенный пептид. Секретируемый ими ИЛ- 12 служит тем фактором, который направляет дифференцировку Т-хелперов в сторону ТЫ.
Активация СВ4+-клеток происходит в лимфоидных органах, главным образом в паракортикальных зонах лимфатических узлов. Результатом взаимодействия «наивных» СВ4+-клеток с антигенпредставляю- щими клетками являются активация соответствующих клонов Т-лимфоцитов и выработка ими ИЛ-2. ИЛ-2 обеспечивает осуществление нескольких (3—4) делений, после чего клетки, у которых к этому времени изменился набор мембранных молекул адгезии (аналогично тому, как это происходит при цитотоксическом ответе), покидают лимфатический узел с эфферентной лимфой и расселяются в разных отделах иммунной системы. При этом до повторного воздействия антигена эти клетки практически не секретируют цитокины. Проявления иммунного ответа на данном этапе можно обнаружить, лишь изучая морфологию регионального лимфатического узла и анализируя активность СП4+-клеток. Итогом этой фазы иммунного ответа является готовность организма к реакции на введение разрешающей дозы антигена или на его повторное поступление естественным путем.
Такая готовность может быть тестирована по способности лимфоидных клеток переносить сенсибилизацию к иммуногену. Эта способность формируется с 7-х суток после первичного контакта с антигеном (реже в более ранний срок) и связана преимущественно с бластными формами лимфоцитов. Значительно позже, к 30-м суткам, формируются Т-клетки памяти — малые лимфоциты, также способные переносить состояние гиперчувствительности. Описана возможность переноса состояния специфической ГЗТ с помощью бесклеточного диализуемого фактора, называемого фактором переноса. Несмотря на длительные целенаправленные усилия, ни природа действующего начала, ни механизм переноса пока не Установлены; сама возможность переноса специфического иммунитета с помощью пептидов в настоящее время представляется сомнительной.
Описанные выше достаточно разнообразные события на клеточном Уровне практически никак не проявляются макроскопически. Лишь повторное введение антигена (места первого и второго введения могут не совпадать) приводит к развитию реакции, регистрируемой как ГЗТ. При Интервале между введениями менее 20 сут эту реакцию нельзя рассматривать как анамнестическую (как вторичный ответ), поскольку ее эффекторами в этом случае являются не клетки памяти, а Т-лимфоциты, активированные при первом контакте с антигеном. Таким образом, в данном случае имеет место двухфазный первичный иммунный ответ, требующий
двух введений антигена, разделенных определенным временным интервалом. Впрочем, существенных различий в феноменологии и механизмах ГЗТ, развивающейся на основе реактивации «первичных» эффекторов ГЗТ и клеток памяти, нет.
В основе воспалительной реакции, развивающейся в месте введения разрешающей дозы антигена или повторного поступления инфекционного агента, лежит цепь событий, основными участниками которых являются Thl-клетки и макрофаги. Макрофаги обусловливают локальную активацию эндотелия сосудов, обеспечивающую миграцию сюда моноцитов и, что является ключевым фактором, предактивиро- ванных CD4+ — эффекторов ГЗТ. Их миграция в очаг начинающегося воспаления происходит благодаря экспрессии ими интегринов, распознающих соответствующие рецепторы, которые возникают на клетках эпителия под действием воспалительных цитокинов. Роль молекул адгезии в процессах миграции клеток иммунной системы рассмотрена в разделах 1.2.4 и 2.1.1. Миграционные процессы при развитии ГЗТ осуществляются на фоне воспалительной реакции. На поверхности активированных эндотелиальных клеток последовательно экспрессируются молекулы адгезии, создающие возможность сначала локальной задержки циркулирующих лейкоцитов, а затем их проникновения через стенку мелких сосудов в ткань. В случае развития кожных реакций, помимо интегринов LFA-1 и VLA-4, присутствующих на поверхности Т-клеток, важную роль в направленной миграции Т-клеток играет антиген CLA. Этот антиген экспрессируется на поверхности Т-клеток под влиянием трансформирующего фактора р и ИЛ-2. Молекула CLA распознает се- лектины на поверхности эндотелиальных клеток. Для миграции CD4+- клеток в кожу и слизистые оболочки важна также экспрессия мембранных интегринов а^4 и а^Ру, распознающих молекулу MadCAM эндотелия.
В месте повторного введения антиген, связавшийся с макрофагами,
Рис. 91. Межклеточные взаимодействия при развитии гиперчувствительности замедленного типа.
I. Индуктивная фаза. АПК (дендритные клетки — ДК или макрофаги — Мф) взаимодействуют с Т-хелперами (Тх), которые получают 3 сигнала: 1 — за счет распознавания с помощью TCR при участии корецептора CD4 комплекса молекулы МНС II класса с антигенным пептидом, образовавшимся в результате процессинга молекулы антигена (АГ); 2 — за счет взаимодействия костимулирующих молекул CD28 и 80 (а также CD86); 3 — за счет действия ИЛ-12, продуцируемого АПК. В результате Т-хелпер дифференцируется в ТЫ-клетку. II. Эффекторная фаза. Thl-клетка взаимодействуют с макрофагом, презентирующим пептидный фрагмент того же антигена (сигнал 1а). При дополнительной костимуляции через CD28 (сигнал 2а) клетка активируется и выделяет комплекс цитокинов (см. в рамке). Один из них — интерферон у (ИФНу) — активирует макрофаги (сигнал За), что приводит к повышению их фагоцитарной, бактерицидной, секреторной и киллерной активности. Макрофаги выделяют большой набор цитокинов (см. в рамке), в значительной степени опосредующих проявления реакции.
вновь презентируется предактивированным СВ4+-клеткам, на этот раз макрофагами (см. рис. 91). В результате реализуется уже намеченное на предыдущем этапе направление их дифференцировки в «воспалительные» ТЫ-клетки. Теперь эти клетки выделяют набор цитокинов, свойственный этой субпопуляции: ИЛ-2, интерферон у, ФНОа, лимфотоксин, ГМ-КСФ. Из этого набора для реализации ГЗТ особенно важен интерферон у. По-видимому, первой мишенью его действия становятся макрофаги, представляющие антиген Т-клеткам. На макрофаги действует и мембранный ФНОа, экспрессируемый на поверхности ТЫ-клеток. Эти цитокины в кооперации вызывают сильную активацию макрофагов и стимулируют их способность убивать микроорганизмы. Основными проявлениями стимуляции служат усиление слияния фагосом с лизосомами, генерации активных форм кислорода и окиси азота, а также секреция воспалительных цитокинов.
Поскольку активация макрофагов может сопровождаться выраженной деструкцией тканей, в очаге ГЗТ срабатывают механизмы локализации активности этих клеток. Один из таких механизмов состоит в ориентации секреции цитокинов в зону контакта Т-клеток и макрофагов. Кроме того, длительность секреции цитокинов воспалительными Т-клет- ками очень мала в связи с быстрой деградацией соответствующей мРНК. Наконец, довольно быстро включаются механизмы, ограничивающие реакцию, — макрофаги секретируют рецепторный ингибитор ИЛ-1, растворимые формы рецепторов ФНОа и т.д.
«Коктейль» цитокинов, выделяемых ТЫ-клетками, макрофагами и клетками эндотелия, обусловливает тот широкий спектр общих и местных проявлений, который свойствен ГЗТ. ИЛ-2 обеспечивает размножение Т-клеток. Под влиянием ГМ-КСФ стимулируется миелопоэз, а вырабатываемые макрофагами и эндотелиальными клетками Р-хемокины привлекают моноциты в очаг ГЗТ. Характерно, что при этой форме ответа слабо выражена сосудистая реакция и почти отсутствует отек. В то же время происходит сильная инфильтрация очага воспаления клетками, что проявляется в отвердении воспаленного участка.
При развитии неэффективной реакции на внедрение инфекционных агентов, паразитов или инертных частиц, которые не поддаются разрушению и элиминации, формируется гранулема. Гранулема представляет собой морфологическую структуру, в центре которой сосредоточены возбудитель, инфицированные макрофаги, гигантские эпителиоидные клетки (слившиеся макрофаги), детрит, а вокруг формируется клеточный вал, сформированный Т-лимфоцитами или клетками других типов (их состав зависит от природы возбудителя). В центральной части гранулемы обычно формируется некроз, причем распад ткани может вызвать серьезную деструкцию, как это происходит, например, при туберкулезе. Фактически гранулема представляет собой новообразованную морфологическую структуру, предназначенную для изоляции возбудителя или иного чужеродного объекта, разрушение и элиминация которых оказываются невозможными.
Итак, можно выделить три основные разновидности проявлений и механизмов адаптивного иммунного ответа:
гуморальный ответ;
цитотоксический ответ;
ответ типа ГЗТ.
Их основные особенности обобщены в табл. 68. Они могут быть све- хены к различной комбинации и роли трех типов клеток, участвующих в развитии этих форм ответа:
в качестве АПК при гуморальном ответе обычно выступают В-лим- фоциты, при цитотоксическом — дендритные клетки, при ГЗТ при первом действии — дендритные клетки или макрофаги, при повторном — макрофаги.
Т-хелперами при гуморальном ответе служат ТЬ2-клетки, при цитотоксическом — ThO- или ТЫ-клетки (только как источники ИЛ-2), при ГЗТ — ТЫ-клетки;
эффекторными клетками при гуморальном ответе являются потомки В-лимфоцитов — плазмоциты, продуцирующие антитела, при цитотоксическом ответе — потомки СВ8+-клеток — цитотоксические Т-лимфоциты, при ГЗТ — макрофаги, активированные цитокинами ТЫ-клеток.
К этим вариантам можно добавить субвариант — гиперчувствительность немедленного типа (см. раздел 5.2.1). Это разновидность гуморального ответа, при которой эффекторными клетками служат тучные клетки и базофилы, активируемые антителами.
Иммунологическая память и вторичный иммунный ответ
Иммунологическая память относится к основным понятиям иммунологии. Действительно, смысл индивидуального распознавания антигенов сводится к тому, чтобы при повторном контакте с ними иммунная защита была более эффективной. Это достигается благодаря формированию иммунологической памяти, которая служит основой вторичного иммунного ответа, более результативного, чем первичный. Поэтому можно Iсказать, что состояние иммунитета к возбудителям инфекционных заболеваний в значительной степени сводится к наличию клеток памяти и - готовности к вторичному иммунному ответу.
Клетки памяти
Клетки памяти представляют собой Т- и В-лимфоциты. Единственный способ их опознания до недавнего времени основывался на том, что in vitro и in vivo (при адоптивном переносе) эти клетки обеспечивают развитие вторичного иммунного ответа на конкретные антигены. Последнее свидетельствует о клональной структуре популяции клеток памяти. Некоторые свойства клеток памяти уже были рассмотрены в разделе 3.5.2.
Клетки памяти представляют собой малые лимфоциты. На основа-
Таблица 68. Основные типы иммунного ответа
Тип ответа
АПК
Т-хелперы
Эффекторы
Назначение
Гуморальный
В-клетки
Th2
Антителообразующие клетки (плазмоциты)
Защита от внеклеточных микроорганизмов и токсинов
Гиперчувствительность немедленного типа
В-, тучные клетки
Th2
IgE-продуцирую- щие, тучные клетки, эозинофилы
Защита от внеклеточных паразитов
Цитотоксический
Дендритные клетки
ThO, ТЫ
Цитотоксические
СО8+-Т-клетки
Защита от вирусов и опухолевых клеток
Гиперчувствительность замедленного типа(ГЗТ)
Дендритные клетки, макрофаги
ТЫ
СГ)4+-Т-клетки, макрофаги
Зашита от внутриклеточных микроорганизмов и паразитов
нии ряда признаков (преимущественно косвенных, например, по экспрессии на Т-клетках маркера асиалоСМ!) сделано заключение, что они находятся не в фазе покоя, как «наивные» малые лимфоциты, а в фазе Gp Безусловно, это имеет отношение к более быстрому выходу этих клеток в пролиферацию, требующему меньшего числа активационных сигналов. Принципиальными для клеток памяти являются два их свойства: способность к рециркуляции и большая продолжительность жизни (годы; у мышей она сопоставима с продолжительностью жизни). Первое из этих свойств обеспечивает мобильность и широкое распространение клеток памяти в организме. Это служит основой для быстрого опознавания ими чужеродных агентов, которые могут внедряться в любом участке организма, и для ускоренного реагирования на их антигены. Большая продолжительность жизни обусловливает длительное сохранение иммунитета к возбудителям инфекционных заболеваний и другим вредным биологическим и химическим агентам.
Для В-клеток памяти едва ли не единственным опознавательным признаком служит наличие мембранных иммуноглобулинов «поздних» изотипов — IgG или IgA, поскольку подавляющее большинство нестиму- лированных малых лимфоцитов несет мембранный IgM или IgM в сочетании с IgD; на В-клетках памяти эти изотипы практически отсутствуют. Другая особенность В-клеток памяти заключается в преобладании в их составе мутантных V-генов, тогда как в составе рецепторов «наивных» В-клеток V-гены хотя и перестроены, но основу их составляют нуклеотидные последовательности, свойственные зародышевым V-генам. Наконец, для В-клеток памяти характерна высокая экспрессия ингибитора апоптоза Вс1-2.
Достаточно точно известно место образования В-клеток памяти при первичном иммунном ответе. Это зародышевые центры вторичных фол- 348
ликулов лимфоидных органов, точнее, их светлая зона. Здесь под влиянием фолликулярных дендритных клеток происходит детерминация дальнейшего развития В-лимфоцитов в плазматические клетки или клетки памяти. Точные механизмы, обусловливающие этот выбор, неизвестны, но показано, что в этом процессе участвуют сигналы, передаваемые с помощью ИЛ-1 и мембранной молекулы CD23. Принципиально важным для формирования как плазматических клеток, так и В-клеток памяти является более ранний сигнал, получаемый от Т-хелперов через мембранную молекулу CD40. Из зародышевых центров сформировавшиеся В-клетки памяти поступают в рециркуляцию.
Менее изучены локализация и механизмы образования Т-клеток памяти. Допускают, что эти клетки представляют собой не самостоятельную дифференцировочную линию, а вариант долгоживущих эффекторных клеток. Т-клетки памяти образуются в тимусзависимых зонах лимфоидных органов — паракортикальной зоне лимфатических узлов и параартериальных муфтах селезенки. В популяции клеток памяти преобладают CD4+-клетки, но есть и CD8+-лимфоциты.
Значительно больше сведений накоплено о маркерах Т-клеток памяти, которые рассматривались выше (см. раздел 3.5.2 и табл. 64). Эти клетки имеют все основные маркеры Т-лимфоцитов, включая рецепторный комплекс CD3—TCR, вспомогательные и адгезивные молекулы. На их поверхности повышено содержание ряда адгезивных молекул, участвующих в обмене сигналами с вспомогательными клетками при иммунном ответе, а также с эндотелиальными клетками при миграции, но снижена экспрессия L-селектина. Наиболее четкими признаками Т-клеток памяти являются экспрессия на их поверхности CD45R0 и отсутствие CD45RA. В Т-клетках памяти, как и в В-клетках, содержится ингибитор апоптоза Вс1-2. Таким образом, если нестимулированные Т-клетки периферической крови и органов иммунной системы имеют мембранный фенотип CD45RA++CD44+CD62L+Bcl-2+, то Т-клетки памяти имеют фенотип CD45R0++CD44++CD62L-Bcl-2++.
Вторичный иммунный ответ
Вторичный ответ отличается от первичного по многим параметрам. Он развивается быстрее, требует меньших доз антигена, все его проявления более интенсивны, он имеет более выраженные признаки «созревания», специфичность его гуморальных и клеточных факторов по отношению к Иммуногену выше и, наконец, он обеспечивает более эффективную защиту организма, чем первичный иммунный ответ. Особенно четко особенности вторичного иммунного ответа могут быть проиллюстрированы на примере антителообразования (рис. 92).
Темп и интенсивность IgM-ответа примерно одинаковы при первичной и вторичной реакции на антиген и аффинность IgM-антител практически не изменяется, оставаясь низкой — около 10~5 М. Очевидно, это свидетельствует о том, что в популяции В-лимфоцитов, несущих мембранный IgM, клетки памяти практически отсутствуют. Что касается IgG-ответа, то его уровень при вторичном ответе несопоставимо выше,
log титраlog титраРис. 92. Кинетика титров IgM- и IgG-антител при первичном и вторичном иммунном ответе.АГ — антиген, АТ — антитела. Стрелкой отмечены сроки первичной (1) и вторичной (2) иммунизации.Рис. 92. Кинетика титров IgM- и IgG-антител при первичном и вторичном иммунном ответе.АГ — антиген, АТ — антитела. Стрелкой отмечены сроки первичной (1) и вторичной (2) иммунизации.
log титра
log титра
Рис. 92. Кинетика титров IgM- и IgG-антител при первичном и вторичном иммунном ответе.
АГ — антиген, АТ — антитела. Стрелкой отмечены сроки первичной (1) и вторичной (2) иммунизации.
Рис. 92. Кинетика титров IgM- и IgG-антител при первичном и вторичном иммунном ответе.
АГ — антиген, АТ — антитела. Стрелкой отмечены сроки первичной (1) и вторичной (2) иммунизации.
чем при первичном. При этом значительно увеличивается темп повышения титра антител, фаза нарастания секреции антител продолжается дольше, антитела дольше находятся в сыворотке крови. К этому необходимо добавить, что при вторичном иммунном ответе значительно интенсивнее осуществляется мутационный процесс, обусловливающий повышение сродства антител к антигену. В результате происходит драматический рост аффинности, которая может возрастать на три порядка — от 10~6 М в начале вторичного ответа до 10“9—5 • 10-10 М на его высоте.
Результаты изучения морфологии вторичного ответа на уровне лимфоидных органов также свидетельствуют о его большой эффективности, судя по интенсивности процессов пролиферации, резкому и более быстрому, чем при вторичном ответе, нарастанию числа IgG-антителообра- зующих клеток. При подсчете числа этих клеток в селезенке обращает на себя внимание относительно короткий срок, в течение которого поддерживается их высокая численность в селезенке. Это как будто не позволяет объяснить длительное сохранение антител в сыворотке крови, даже учитывая относительно большой период полужизни IgG.
Это противоречие можно объяснить особенностями локализации антителообразования при вторичном иммунном ответе. Дело в том, что в первые дни вторичного ответа В-клетки памяти особенно интенсивно 350
мигрируют в костный мозг, хотя он активно участвует и в продуктивной фазе первичного гуморального ответа. При вторичном ответе костный мозг становится основным средоточием антителообразования (особенно на поздних стадиях). Именно антителообразующие клетки костного мозга обусловливают продолжительность периода высокого содержания IgG-антител в сыворотке крови. У людей пожилого возраста костный мозг становится источником до 80 % антител, продуцируемых при вторичном ответе.
Более высокая эффективность свойственна также вторичному гуморальному ответу, обеспечивающему защиту слизистых оболочек. Предсуществование IgA+-клеток памяти в lamina propria позволяет сократить довольно длительную индуктивную фазу, включающую запуск активации IgA B-л имфоцитов в групповых лимфатических фолликулах (пейеровых бляшках), их миграцию в брыжеечные лимфатические узлы, а затем в lamina propria, где эти клетки дифференцируются в плазмоциты. При вторичном ответе IgA+-mieTKH памяти исходно присутствуют или быстро мигрируют в lamina propria кишечника, превращаются в плазмоциты и начинают секретировать IgA-антитела.
Хотя столь же четкие данные, которые иллюстрировали бы преимущества вторичного Т-клеточного ответа перед первичным, отсутствуют, наличие таких преимуществ не вызывает сомнений, о чем свидетельствуют многочисленные косвенные данные. Изучение реакции на аллоанти- гены цитотоксических Т-клеток in vitro свидетельствует о том, что использование Т-клеток от предварительно иммунизированных животных существенно ускоряет ответ. При этом костимуляция не требуется, а необходимо лишь распознавание комплекса антигенного пептида с молекулой МНС I класса и присутствие ИЛ-2.
Как и при гуморальном ответе, темп нарастания числа цитотоксических клеток при вторичном ответе на вирусные антигены значительно выше, чем при первичной иммунизации. ГЗТ у предварительно сенсиби- лизированных животных, имеющих СВ4+-клетки памяти, протекает более бурно, сопровождается некротической реакцией, обусловленной более интенсивной выработкой цитокинов. Наконец, отторжение аллотрансплантатов, подсаженных повторно от доноров одного и того же генотипа, развивается по вторичному типу, что выражается в отсутствии первичной васкуляризации и гибели пересаженной ткани в пределах 3— 5 дней. Отсутствие васкуляризации обусловлено активацией макрофагов под влиянием продуктов Т-хелперов с выделением цитокинов и иных медиаторов, приводящих к блокаде нормальных процессов первичного приживления в результате спазма сосудов, формирования тромбов и подавления пролиферации эндотелия.
Хотя причины высокой эффективности вторичного иммунного ответа детально не выяснены, очевидно, что они заключаются преимущественно в присутствии в организме клеток памяти. В качестве основы этой эффективности предварительно можно назвать следующие факторы:
вследствие исходной пролиферативной экспансии «стартовая» численность реагирующих клонов клеток памяти выше, чем нести- мулированных девственных лимфоцитов;
в силу постоянной рециркуляции клетки памяти способны «патрулировать» весь организм, что позволяет им быстрее «встретить» соответствующий антиген при его поступлении в организм;
клетки памяти находятся в цикле (фаза GJ, что позволяет обойти сложный этап активации, требующий участия многих клеток и гуморальных факторов;
вероятно, клетки памяти имеют более «возбудимый» аппарат, связанный с внутриклеточной передачей сигнада (возможным свидетельством этого являются особенности строения CD45 на Т-клетках памяти), что также позволяет сократить число стимулов, необходимых для активации;
при вторичном ответе отсутствует необходимость в осуществлении некоторых этапов реакции клеток (например, переключения изотипов иммуноглобулинов, ТЬ1/ТН2-типов Т-хелперов и т.д.), поскольку они уже реализовались при первичном ответе.
Точное знание всех факторов, повышающих эффективность вторичного иммунного ответа, чрезвычайно важно с практической точки зрения. Эти знания должны способствовать повышению результативности вакцинации для создания устойчивости к инфекционным заболеваниям и опухолям. Пока эффективность вакцинации в плане формирования устойчивости организма к биологической агрессии, как правило, ниже, чем эффективность настоящего инфекционного или опухолевого процесса.
Эффекторные реакции адаптивного иммунитета
В главе 2 были рассмотрены основные типы эффекторных реакций врожденного иммунитета: фагоцитоз, комплементзависимый цитолиз и клеточно-опосредованный цитолиз (в его контактном и внеклеточном вариантах). Специфический иммунный ответ (адаптивный иммунитет) не вносит принципиально новых эффекторных механизмов иммунной защиты. Однако существующие механизмы значительно модифицируются под влиянием антигенспецифической компоненты, в результате чего повышаются эффективность и прицельность (специфичность в отношении антигенов) эффекторных механизмов. Взаимосвязи между фундаментальными механизмами реализации естественного иммунитета и антигенспецифи- ческими механизмами отражены в табл. 69.
Нейтрализация как самостоятельный эффекторный механизм и этап других реакций
Эффекторные механизмы приводят к конечной цели иммунных процессов — сначала связывание (в функциональном плане означающее инактивацию агрессивных агентов), а затем удаление из организма чужеродных молекул. В наиболее простом случае, когда чужеродный материал представляет собой изолированные молекулы, а не компоненты клетки, при взаимодействии с ними антител может происходить их нейтрализация Для наиболее эффективной нейтрализации требуется, чтобы антитела
Таблица 69. Эффекторные механизмы естественного и адаптивного иммунитета
Механизм
Ключевые факторы
при естественном иммунитете
при адаптивном иммунитете
Нейтрализация
Лектины
Антитела
Фагоцитоз
Нейтрофилы, макрофаги
Нейтрофилы и макрофаги, активированные цитокинами; объекты фагоцитоза опсонизированы антителами
Гуморальный цитолиз
Комплемент, активированный по альтернативному или лектиновому пути
Антитела; комплемент, активированный по классическому пути
Клеточный цитолиз
N К-клетки
Цитотоксические Т-клетки; армированные макрофаги; эозинофилы (внеклеточный цитолиз); К-клетки
Изоляция
Инкапсулирование клетка- । ми соединительной ткани
I
Образование гранулемы активированными макрофагами и клетками соединительной ткани
были направлены к функциональной группе, ответственной за токсический эффект (например, в молекуле бактериального токсина), или изменяли ее конфигурацию. Однако взаимодействие с «посторонними» частями молекулы также обычно препятствует осуществлению вредного действия токсинов в организме, например, нарушая их взаимодействие с клетками. Если антиген является частью чужеродной клетки, ее активность также может нейтрализоваться антителами. При этом обычно существенно ограничиваются подвижность микробной клетки и ее способность взаимодействовать с клетками организма, в частности инфицировать и повреждать их.
Нейтрализация является основной функцией антител со слабовыра- женной способностью к вовлечению в защитную реакцию других эффекторных факторов иммунной системы, в частности антител изотипов IgA и IgG2. Первые из них в секреторном варианте проявляют нейтрализующую активность в просвете кишечника и других органов. При этом нейтрализация достигается путем обездвиживания микроорганизмов и паразитов. Это приводит к ограничению возможности микроорганизмов преодолеть тканевый барьер и к ослаблению связи паразитов со слизистой оболочкой, что вызывает (при дополнительном действии цитокинов) их эвакуацию из просвета кишечника.
В тех случаях, когда с патогенами или их продуктами связываются антитела других классов, особенно IgGl и IgG3, обладающие выраженной способностью к взаимодействию с комплементом и Fc-рецептораМи эффекторных клеток, связывание (и возможная нейтрализация) служит «прологом» к более радикальным эффекторным реакциям, при-
17 _1Л07
водящим к элиминации антигенов и их носителей. Так, образующиеся иммунные комплексы фагоцитируются и расщепляются, что сопровождается утратой не только их токсичности, но и антигенности. Это может рассматриваться как форма удаления чужеродной молекулы из организма. Точно так же связывание антител с собственными клетками, измененными в результате инфицирования, служит «прологом» для реализации антителозависимого клеточного цитолиза. Самостоятельная и вспомогательная роль связывания антител с антигеном схематически отражена на рис. 93.
Эффекторные механизмы, основанные на фагоцитозе
Распознавание определенных структур на поверхности клетки-мишени служит обязательной предпосылкой, определяющей способность фагоцитов поглощать эти клетки. Многие микроорганизмы привлекают фагоцитирующие клетки, распознаются ими на основе примитивных механизмов узнавания (см. раздел 2.1.1) и подвергаются фагоцитозу. Так, лектиноподобные молекулы фагоцитов распознают доступные остатки сахаров, Pl-интегрины узнают мембранный тромбоспондин. На чужеродных клетках могут фиксироваться маннозосодержащий белок, С-реактивный белок и другие гуморальные факторы, распознаваемые фагоцитами, но лишенные антигенной специфичности. Но степень «прицельности» такого распознавания невелика. Кроме того, уровень активации фагоцитирующих клеток бывает недостаточным для эффективного расщепления поглощенных объектов. Классический пример устойчивости к внутриклеточным бактерицидным факторам — туберкулезные микобактерии, которые способны размножаться в фаголизосомах. Однако инфекционные агенты, а также трансформированные и инфицированные клетки могут защищаться от фагоцитов, маскируя мембранные структуры, которые распознаются их рецепторами, выделяя ингибирующие агенты, и др.
Преодолению этих ограничений эффективности фагоцитарной реак-
Рис. 93. Участие антител в эффекторных иммунных реакциях.
а. Свободные антитела, связываясь с микроорганизмами, обеспечивают их нейтрализацию. Антитела, фиксированные на поверхностях клеток или мембран, иммобилизуют патоген, б. Антитела, фиксированные на микробной клетке, обусловливают связывание и активацию комплемента, что само по себе может обеспечить бактериолиз, в. Антитела, фиксированные на поверхности патогенов, распознаются Fc-рецепторами фагоцитирующих клеток ("например, нейтрофилов — Нф), что способствует их фагоцитозу, г. Антитела, фиксирующиеся на FcyRI-рецепторах макрофагов (Мф), «армируют* их, что резко повышает киллер- ную активность макрофагов в отношении опухолевых клеток (ОК) и обеспечивает специфичность их действия, д. Антитела, фиксированные на мембранных антигенах опухолевых клеток, распознаются FcyRIII-рецепторами естественных киллеров (NK-клеток), что служит предпосылкой для осуществления направленного цитолиза.
| Антиген
У Антитело
[f3 Комплемент
У Fc-рецептор<■► Микроорганизм
ции — низкой специфичности распознавания объектов фагоцитоза и недостаточной активности фагоцитов — способствуют факторы адаптивного иммунитета: антитела и цитокины, присоединение которых обусловливает «усовершенствование» реакций естественной защиты. Известно два пути подобных модификаций фагоцитарной реакции — опсонизация мишени специфическими антителами и активация фагоцитов цитокинами, особенно продуктами активированных Т-клеток. Варианты такого «усовершенствования» фагоцитарной реакции факторами адаптивного иммунитета показаны на рис. 93.
Недостаточная специфичность распознавания преодолевается с помощью опсонизации антителами, относящимися к субклассам IgGl или IgG3, и в еще большей степени иммунными комплексами, которые содержат компоненты комплемента. Опсонизированные объекты фагоцитируются нейтрофилами и особенно макрофагами, имеющими соответствующий рецепторный аппарат. В первом случае в распознавании объекта участвуют Fcy-рецепторы (FylIR, в случае макрофагов Fcyl), во втором случае, кроме того, рецепторы для комплемента, распознающие преимущественно СЗЬ и продукты его расщепления.
Способность антител, связавшихся с чужеродным объектом, благоприятствовать фагоцитозу проявляется в отношении не только микробных клеток, но и их гуморальных продуктов, например токсинов. Образующиеся в процессе иммунного ответа антитела связывают их, формируя иммунные комплексы (обычно с присоединением компонентов комплемента), различные составляющие которых распознаются соответствующими рецепторами (FcR, CR). Только при наличии такого распознавания иммунные комплексы могут поглощаться фагоцитами.
Иную основу имеет стимуляция фагоцитоза цитокинами. В данном случае конечный эффект связан с активацией фагоцитирующих клеток и повышением эффективности фагоцитоза. Классическим вариантом этой ситуации является активация макрофагов продуктом активированных Th 1-хелперов интерфероном у. Под влиянием этого и других активирующих цитокинов (ИЛ-1, ФНОа, ГМ-КСФ, р-хемокинов и др.) усиливается образование ряда факторов бактерицидности, таких как активные формы кислорода, их галоидные производные, окись азота, лактоферрин, некоторые ферменты и др. (см. раздел 2.1.2). Например, резистентность микобактерий к действию внутриклеточных бактерицидных факторов может быть преодолена с помощью интерферона у в первую очередь из-за увеличения активности индуцибельной NO-синтетазы и повышенного образования окиси азота, к действию которой микобактерии весьма чувствительны.
4Л.5.3. Комплементзависимый цитолиз
В отсутствие антител может проявиться комплементзависимый цитолиз обусловленный по меньшей мере тремя вариантами активации компле мента: альтернативным путем, классическим путем с запуском через Clq некоторыми бактериальными продуктами или классическим путем, вклю чаемым маннозосвязывающим белком. Появление антител и формирова
ние ими иммунных комплексов с антигенами поверхности клеток-мишеней резко повышает эффективность этого механизма и снижает опасность «ошибочного» цитолиза. Основой данного механизма является реализация поздней литической фазы — присоединение компонентов С5—С8 и формирование поры с участием С9 (см. раздел 2.3.1). Предыдущий этап активации, завершающийся фиксацией на поверхности клетки-мишени избыточного числа молекул СЗЬ, служит основой рассмотренного выше маханизма опсонизации.
Анализ последствий мутаций или отключения генов поздних компонентов комплемента свидетельствует об относительно малом вкладе ком- плементзависимого литического механизма в иммунную защиту. Как оказалось, этот механизм затрагивает защиту только от нейссерий. В то же время дефицит более ранних компонентов, особенно СЗ, проявляется более разнообразно. Это отражает использование в иммунной защите не- литических механизмов элиминации клеток, нагруженных комплементом, скорее всего фагоцитоза опсонизированных им объектов. Тем не менее основная роль комплемента в опосредовании гемолиза эритроцитов при аутоиммунной патологии и переливании несовместимой крови не вызывает сомнений.
Эффекторные механизмы, основанные на клеточно-опосредованном цитолизе
Особая ситуация возникает при инфицировании чужеродными агентами или при генетически обусловленных изменениях собственных клеток организма. При этом «тактика» иммунной системы однозначна: она не пытается «вылечить» измененную клетку, а убивает ее. Известны варианты естественного цитолиза, индуцируемого при контактном взаимодействии клеток, когда эффекторами являются NK-клетки, макрофаги и нейтрофилы. Во всех этих случаях гибель клетки-мишени является следствием передачи ей летального сигнала от эффекторной клетки, но основой распознавания служат примитивные механизмы, не различающие индивидуальных антигенов.
Цитотоксическая активность макрофагов, обусловленная не фагоцитозом, а контактными взаимодействиями, значительно повышается при их «армировании» антителами. Этот феномен связан со способностью антител подклассов IgGl и IgG3, не комплексированных с антигеном, связываться с высокоаффинными рецепторами типа FcyRI, которые экспрессируются на поверхности макрофагов. Это придает действию макрофагов прицельность (см. рис. 93). После связывания фиксированных антител с антигеном клетки-мишени между ней и макрофагом происходит обмен сигналами, в котором участвуют и которое усиливают другие молекулы, вовлекаемые во взаимодействие, прежде всего интегрины и рецепторы для них. Результатом являются очень сильное потенцирование цитотоксической активности макрофагов, резкое повышение их литического потенциала. Однако реальное место этого эффекторного механизма в иммунной защите выяснено недостаточно.
Специфической «надстройкой» над механизмом цитолиза, опосредо-
ванного NK-клетками, служит антителозависимая клеточно-опосредованная цитотоксическая реакция (см. рис. 93). Суть модификации в этом случае состоит в опсонизации клеток-мишеней антителами подклассов IgGl или IgG3 и подключении к их распознаванию рецепторов типа FcyRIII. Не вызывает сомнений, что вовлечение в процесс рецепторов FcyRIII повышает эффективность этой эффекторной реакции.
Другим вариантом усовершенствования механизма естественного цитолиза с помощью факторов адаптивного иммунного ответа является развитие ЛАК-ответа — расширение спектра клеток-мишеней и интенсификация механизма лизиса, опосредованного NK-клетками, под влиянием лимфокинов, вырабатываемых Т-лимфоцитами, в первую очередь ИЛ-2 (см. также разделы 2.2 и 4.3.2).
Т-кдеточный цитолиз
Соединение механизмов клеточно-опосредованного цитолиза со специфичностью распознавания клеток-мишеней служит основой иммунного цитолиза, опосредованного СВ8+-Т-киллерами. Эта форма цитолиза отличается от цитотоксичности, вызываемой NK-клетками, своим начальным этапом. Во-первых, требуются время и осуществление достаточно сложных процессов пролиферации и дифференцировки Т-клеток, чтобы сформировались активные Т-киллеры; в основе этих процессов лежит цитотоксический ответ, который был рассмотрен выше (см. раздел 4.1.3). Во-вторых, взаимодействие цитотоксических клеток-эффекторов с клетками-мишенями основывается на распознавании того самого комплекса антигенного пептида с молекулой МНС I класса, на который был направлен иммунный ответ. Однако при этом не требуются костимулирующие воздействия, т.е. распознавание происходит без участия антигенпредстав- ляющих клеток: комплекс антигенного пептида и молекулы МНС I класса распознается Т-киллером на самой клетке-мишени.
В остальном механизмы NK-зависимой и Т-клеточной цитотоксических реакций различаются мало. Распознавание антигена клетки-мишени Т-клеточным рецептором при участии молекулы CD8 становится событием, запускающим и пространственно организующим последующие процессы. В роли вспомогательных молекул адгезии, которые способствуют созданию прочного контакта Т-киллеров и клеток-мишеней, не вызывает сомнений значение молекул, связанных с функцией лимфоцитов — LFA: LFA-1 (02-интегрин CDlla/CD18). Т-клетки распознают молекулы ICAM-1, экспрессируемые клетками-мишенями, a LFA-2 (CD2) — широко распространенную молекулу LFA-3 (CD58). Под влиянием связывания TCR с антигенным комплексом повышается сродство LFA-1 к ее мишени (мишеням) и связь между клетками упрочивается. Затем в Т-клетке происходит реорганизация цитоплазматических гранул и компонентов цитоскелета. Связанные с мембранами гранулы типа 1 (плотные) и 2 (везикулярные) концентрируются под участком мембраны, прилежащим к клетке-мишени. На пространстве между ядром и этим участком выстраиваются клеточный центр и аппарат Гольджи; здесь сосредоточиваются белки цитоскелета — актин и тубулин.
Т-киллер
ЯдерныеКлетка-
мишенимишень
Эндонуклеазы
♦
фрагментация ДНК I
АПОПТОЗ
Рис. 94. Механизмы осуществления цитотоксической активности Т-киллеров. Т-киллеры путем экзоцитоза выделяют гранзимы и мономеры перфорина. Последний полимеризуется в мембране клетки-мишени, формируя пору, достаточную для проникновения внутрь клетки гранзимов. Последние активируют каспазы, включая тем самым сигнальный путь, приводящий к развитию апоптоза. Т-киллеры экспрессируют Fas-лиганд и секретируют молекулы ФНОа и Р, которые взаимодействуют со специфическими рецепторами мембраны клетки-мишени и запускают через молекулы FADD и TRADD, связанные с доменом гибели (DD) внутриклеточной части рецепторов, сигнал, приводящий к развитию апоптоза (см. рис. 81).
Затем происходит программирование клеток-мишеней к лизису, в основе которого лежит Са2+-зависимый процесс передачи в клетку «летальной информации», содержащейся в гранулах. Это осуществляется путем слияния мембран гранул (на них содержатся молекулы адгезии, а на везикулярных — даже молекулы МНС I класса) с выходом их содержимого в зону межклеточного контакта. В гранулах в неактивном состоянии (в связи с низким pH, недостаточной концентрацией Са2+) имеются белки, участвующие в реализации гибели клеток-мишеней, — перфорин и гранзимы. Освободившись из гранул при обязательном присутствии ионов Са, эти белки активируются. Около 20 молекул перфорина, полимеризуясь, формируют пору в мембране клетки-мишени, через ко-
торую в клетку проникают сериновые протеиназы — гранзимы. Эти ферменты участвуют в запуске процессов, которые приводят к фрагментации ДНК и развитию апоптоза (см. раздел 3.5.3, рис. 33 и 34).
В отличие от вызываемого NK-клетками цитолиза, который сводится к действию перфорина и гранзимов, при Т-клеточном цитолизе в реакцию вовлекаются дополнительные механизмы. В реализацию апоптоза при этом вносят вклад сигналы, поступающие в клетку-мишень при взаимодействии Fas-лиганда Т-киллера и Fas-рецептора мишени. В случае реализации иммунного цитолиза СВ4+-клетками (роль Thl-клеток в этом эффекторном механизме невелика, но реальна) в передаче летального сигнала могут участвовать их продукты — лимфотоксин и ФНОа, их рецептор р55, экспрессируемый клеткой-мишенью (например, опухолевыми клетками) (рис. 94). Выделяемый цитотоксическими Т-клетками и Thl-хелперами интерферон у оказывает дополнительное действие, усиливая экспрессию молекул гистосовместимости на поверхности клетки-мишени, что способствует распознаванию антигенного пептида. Реализация этих процессов, непосредственно приводящих к гибели клетки-мишени, может происходить уже после отделения от нее Т-киллера и его перемещения к другим мишеням.
«Ценой» приобретения Т-клеточным цитолизом специфичности, т.е. прицельности действия, является громоздкий процесс иммунного ответа. Очевидно, что такая цена оправдана: это доказывает сам факт существования данной формы эффекторных реакций адаптивного иммунитета.
ТН2-зависимые клеточные эффекторные реакции
К рассмотренным выше механизмам клеточного цитолиза, основанного на контактном взаимодействии клеток-эффекторов и клеток-мишеней, «примыкают» варианты эффекторных реакций, основой которых служит выделение клетками активных субстанций, реализующих свое действие во внеклеточном пространстве. Можно привести два примера реакций такого рода: внеклеточная цитотоксическая активность эозинофилов и освобождение активных субстанций тучными клетками с последствиями, обусловленными фармакологическими свойствами этих субстанций. Первый вариант может быть существенно усилен действием на эозинофилы продуктов активированных Т-клеток. Однако в отличие от варианта с активацией макрофагов в данном случае источниками цитокинов служат не Thl-, а ТЬ2-клетки, продуцирующие ИЛ-5 — фактор, активирующий эозинофилы. В результате существенно стимулируется антипаразитарная защита, в основе которой лежит данный эффекторный механизм.
Второй вариант — реакции, в которых участвуют тучные клетки и базофилы, — занимают особое место среди иммунных процессов, поскольку традиционно считается, что они имеют значение скорее при иммунопатологии (при аллергических процессах), чем в иммунной защите (см. раздел 5.2.1). Действительно, дегрануляция тучных клеток и их секреторная активность обеспечивают выделение большого числа разнообразных фармакологически активных субстанций (гепарина, эйкозаноидов, вазоактивных аминов, цитокинов и др.), которые в комплексе вызывают раз- 560
витие аллергических реакций. Однако оказалось, что ответ тучных клеток имеет ключевое значение для осуществления защиты от некоторых форм паразитов, причем эта форма ответа сопровождается вовлечением в процесс эозинофилов с их цитотоксической активностью.
Дегрануляцию тучных клеток вызывают самые разнообразные агенты — от факторов, повышающих внутриклеточный уровень кальция, до многих фармакологически активных агентов и эндогенных биорегуляторов. Однако наиболее адекватной и специфичной является реакция тучных клеток (базофилов) на формирование на их поверхности иммунных комплексов. Это связано с наличием на мембране этих клеток высокоаффинных рецепторов для IgE (FceRI), способных связывать даже свободные антитела этого класса. Последующее поступление в организм антигена, к которому специфичны эти IgE-антитела (обычно аллергена или паразитарного антигена), вызывает реакцию тучных клеток (базофилов). Последняя приводит к проявлениям аллергических реакций, но в то же время способствует привлечению к месту реакции эозинофилов, которые осуществляют иммунную защиту от паразитов. Роль IgE-антител при этом аналогична роли субклассов IgG в армировании макрофагов и состоит в первую очередь в том, что реакция клеток приобретает прицельность и специфичность в отношении антигена. Реакции этого типа практически на всех этапах поддерживаются и усиливаются продуктами П12-клеток.
Таким образом, эффекторные реакции естественного и адаптивного иммунитета «используют» одинаковые базовые механизмы, направленные на инактивацию и элиминацию чужеродных агентов. Особенность эффекторных реакций адаптивного иммунитета заключается в приобретении ими специфичности в отношении антигена и повышении действенности. Эти результаты достигаются путем включения в эффекторный комплекс продуктов, вырабатываемых при иммунном ответе: в первом случае антител, во втором — цитокинов.
Иммунный ответ представляет собой реакцию иммунной системы, специфичную в отношении конкретных антигенов, попавших в организм. В готовом виде факторы специфической защиты в организме отсутствуют — они формируются при иммунном ответе. Иммунный ответ начинается с восприятия антигена антигенпредставляю- щими клетками и доставки его в региональный лимфатический узел, где происходит его «презентация» Т-хелперам в составе молекул МНС. От направления последующей дифференцировки в Thl- или ТЬ2-клетки зависит тип ответа — гуморальный или клеточный. Основой гуморального иммунного ответа являются активация В-лимфоцитов и их дифференцировка в антителообразующие плазмоциты. В процессе ответа происходит «совершенствование» образующихся антител: переключение их синтеза с малоэффективных IgM-антител на более совершенные в плане иммунной защиты IgG-антитела, а при иммунном ответе в слизистых оболочках — на IgA-антитела. При этом постоянно повышается сродство антител к
антигену. Клеточный иммунный ответ проявляется в двух формах. В основе цитотоксического ответа лежит развитие Т-киллеров, которые разрушают пораженные клетки-мишени. Другая разновидность клеточного ответа — гиперчувствительность замедленного типа — имеет в своей основе реакцию макрофагов, направляемую Th 1-хелперами. Эффекторные факторы, формирующиеся при иммунном ответе — антитела, цитокины, цитотоксические Т-клет- ки — реализуют свое действие в сочетании с факторами естественного иммунитета: антитела нейтрализуют свободные антигены, образуя иммунные комплексы, опсонизируют клетки—мишени фагоцитов и естественных киллеров, активируют комплемент; цитокины повышают активность фагоцитов и естественных киллеров и т.д. Кроме эффекторных клеток, в результате иммунного ответа образуются Т- и В-клетки памяти, которые обеспечивают ускоренное и более эффективное развитие реакции на повторное попадание в организм тех же антигенов — вторичный иммунный ответ.
КОНТРОЛЬ ИММУННОГО ОТВЕТА
Контроль иммунного ответа включает в себя два основных компонента: комплекс факторов, обусловливающих состояние иммунной системы, и звено регуляции иммунного ответа. Первые определяют готовность к иммунному ответу, вторые — собственно его регуляцию. Факторы первой группы часто проявляются вне зависимости от специфичности антигенов, на которые предстоит отреагировать организму. Факторы второй группы, как правило, специфичны в отношении конкретных антигенов, на которые организм отвечает.
Контроль состояния иммунной системы
Очевидно, что уровень иммунного ответа определяется состоянием иммунной системы — наличием должного набора клеток, их адекватной морфологической организацией и функциональной активностью. Состояние иммунной системы обусловлено конституционально-генетическими факторами и находится под эндокринным и нервным контролем. На иммунную систему влияют также продукты самой активированной иммунной системы.
Генетический контроль иммунного ответа
С помощью технологии отключения генов (knockout) показано, что для реализации иммунного ответа необходимо функционирование большого числа генов. Это не является неожиданностью, поскольку данный факт лишь отражает множественность генетически детерминируемых субстанций, которые вовлекаются в иммунный ответ. Генетический контроль иммунного ответа в более узком смысле подразумевает возможность
варьирования выраженности иммунного ответа в его различных звеньях и даже клонах в зависимости от аллельных форм тех или иных генов. Наиболее известны две «линии» изучения генетического контроля иммунных процессов: анализ генетических основ иммунного ответа безотносительно к его специфичности и в зависимости от специфичности конкретных антигенов.
Основой первого направления явилось получение Biozzi линий мышей, оппозитных по иммунной отвечаемости, в результате инбридинга с селекцией на высокий и низкий уровни ответа на эритроциты барана и голубя. Такой отбор привел к созданию линий мышей, характеризующихся различной конституцией иммунной системы, которая обеспечивает высокий или низкий ответ на самые разнообразные антигены (включая тимуснезависимые, например, бактериальные эндотоксины) безотносительно к их специфичности. В формирование альтернативных типов конституции иммунной системы вовлечено несколько более 10 генов, в том числе С-гены иммуноглобулинов и гены, контролирующие активность макрофагов. С уровнем антителообразования полностью коррелирует концентрация сывороточных IgM и IgG и ее нарастание при иммунном ответе. Показано также соответствие интегрального уровня отвечаемости и интенсивности пролиферативного ответа В-лимфоцитов на антигенную и митогенную стимуляцию. В то же время не получено определенных сведений об особенностях популяции Т-лимфоцитов у высоко- и низкоотвечающих мышей.
Что касается функции макрофагов, то в этом отношении получены несколько неожиданные результаты: высокому уровню ответа соответствовала способность макрофагов ингибировать размножение внутри них листерий, но в то же время более низкая, чем у низкоотвечающих мышей, способность представлять антиген Т-хелперам. Возможно, в связи с этим устойчивость к ряду инфекций не коррелирует с уровнем гуморального ответа на эритроцитарные антигены. Так, резистентность к листериям и Salmonella typhimurium соответствует низкому уровню отвечаемости. Вероятно, для высокоотвечающих линий характерно преобладание развития ТЫ-зависимых форм ответа над ТЬ2-зависимыми, что вполне укладывается в описанную феноменологию.
Значительно более полно разработана вторая линия исследований — изучение генетических основ, определяющих уровень иммунного ответа на конкретные антигены. Главные результаты в этой области были получены при изучении ответа мышей и морских свинок различных линий на синтетические пептиды с известным строением эпитопов. Примером таких результатов могут служить данные о линейных различиях уровня ответа на два разветвленных синтетических полипептида (TG)-A-L и (HG)-A-L (об использовании синтетических полипептидов при анализе специфичности и иммуногенности антигенов см. раздел 3.2.1). Оказалось, что генетический контроль иммунного ответа конкретен, т.е. индивидуален для каждого антигена (или определенных групп антигенов). Установлено, что уровень ответа в данном случае контролируется одним геном, обозначенным как 1г-1. Аллель, детерминирующий высокую отве- чаемость, является доминантным. Ген Ir-1 сцеплен с МНС (табл. 70).
Таблица 70. Уровень ответа мышей с различным Н-2-генотипом на два син тетических полипептида
Антиген
H-2b
H-2k
H-2d
Н-2»
H-2S
(TG)-A-L
(HG)-A-L
Высокий
Низкий
Низкий
Высокий
Промежуточный
Промежуточный
Низкий
Высокий
Низкий
Анализ сцепления Ir-1 с конкретными локусами Н-2 показал, что у мышей ген Ir-1 локализован в области H-2I, т.е. области, детерминирующей продукты МНС II класса. По-видимому, гены Ir-1 и I-A, а также их продукты идентичны. Действительно, мутация, затрагивающая экзон гена I-A, определяющий аминокислотную последовательность в вариабельной области молекулы I-A, приводит к смене высокой отвечаемости на низкую. Идентифицированы также гены, сцепленные с H-2I (обозначены как Is-гены), эффект которых реализуется через активацию супрессорных Т-лимфоцитов.
Особенно пристально обсуждался вопрос об уровне реализации действия генов Ir-1. Оказалось, что она связана с экспрессией продуктов МНС на антигенпрезентирующих клетках, действие гена Ir-1 осуществляется через презентацию антигенного пептида Т-хелперам. Действительно, под Ir-1-генным контролем находится только тимусза- висимый иммунный ответ, точнее, все формы иммунного ответа, в которых участвуют СО4+-Т-хелперы, взаимодействующие с макрофагами, дендритными клетками и В-лимфоцитами. По-видимому, основной механизм осуществления генетического эффекта Ir-1 состоит в том, что продукты различных аллелей генов II класса формируют неодинаковую конфигурацию антигенсвязывающей щели, которая в разной степени соответствует конфигурации многообразных антигенных пептидов. Для одних пептидов формируемая щель оказывается оптимальной (и это служит предпосылкой высокой отвечаемости на данный пептид), тогда как для других пептидов возникают стерические сложности при связывании с такой щелью, что не способствует развитию достаточно высокого ответа.
Однако известны и другие возможные механизмы реализации генетического контроля иммунного ответа со стороны генов МНС. Имеются сведения об Ir-генах, сцепленных с областями МНС I-В и I-C. Показана возможность взаимодействия генов, сцепленных с МНС, при детерминировании уровня иммунного ответа [например, ответа на (TG)-A-L]. Во всех этих случаях действие Ir-генов реализуется на уровне кооперации макрофаг — Т-хелпер или Т-хелпер — В-лимфоцит.
Выяснилось, что уровень иммунного ответа контролируют некоторые гены МНС I класса, ответственные за процессинг антигена. Так, аллельные варианты генов LMP (от англ, low molecular weight proteins) детерминируют тонкие отличия в специфичности протеиназ, участвующих в построении протеасом. Протеасомы — это структуры, в которых происходят расщепление белков цитозоля и формирование тех пептидов,
ТС И
Таблица 71. Ассоциация заболеваний с системой HLA
Заболевания с высокой степенью ассоциации с HLA
Класс
HLA
Специфичность
Относительный риск
Анкилозирующий спондилит (болезнь Бехтерева)
I
В27
О - 207,9 К-91,0 Н - 54,4
Болезнь Рейтера
I
В27
37,6
Подострый аутоиммунный тиреоидит
I
В35
18,9
Герпетиморфный дерматит
II
DR3
17,3
Селективный дефицит IgA
II
DR3
17,0
Вульгарная пузырчатка
II
DR4
14,6
Аутоиммунный увеит
I
В27
14,6
Инсулинзависимый сахарный диабет
II
DR3/4
14,3
Бактериальные артриты
I
В27
14-30
Хронический аутоиммунный гепатит
II
DR3
13,9
Псориаз
I
Cw6
13,3
Синдром Гудпасчера
I
DR2
13,1
Идиопатический мембранозный гломерулонефрит
II
DR3
12,0
Целиакия
II
DR3
11,6
Примечание. О — ориенты; К — кавказоиды; Н — негроиды.
При составлении таблицы использованы материалы Л.П.Алексеева (1991); L.P.Ryder и соавт. (1979); J.Dausset, A.Sveigard (1983).
которые могут быть встроены в молекулы МНС. Аналогично возможны аллельные варианты белков системы ТАР, ответственных за транспорт антигенных пептидов в эндоплазматический ретикулум. Эти аллельные формы могут обладать различным сродством к пептидам и поэтому отличаться по эффективности транспорта указанных пептидов (см. раздел 3.3.1).
Не вызывает сомнений существование генетического контроля иммунного ответа, связанного с локусом HLA у человека. Именно сцеплением генов 1г и HLA обусловлены многие случаи ассоциации разнообразных проявлений иммунопатологии с определенными HLA-гаплотипами.
Вообще проблема «HLA и болезни», как оказалось, непосредственно связана с генетической детерминацией иммунных процессов, поскольку за редкими исключениями в патогенезе болезней, связанных с HLA-контролем, имеется иммунологическое звено. Известйы многочисленные примеры связи заболеваемости с теми или иными HLA-аллелями или их комбинациями — гаплотипами; наиболее сильные связи приведены в табл. 71. Мерой выраженности связей заболеваемости с HLA-аллелями
служит относительный риск (RR) — отношение частоты развития заболевания в присутствии соответствующего аллеля и в его отсутствии. Связь бывает положительной или отрицательной. В табл. 71 приведены примеры очень высокой положительной связи между заболеваемостью и аллелями HLA с RR, превышающим 10. Величина относительного риска и само наличие связей существенно варьируют для различных этнических популяций.
Наиболее ярким примером взаимосвязи HLA — болезнь является более чем 80 % риск развития анкилозирующего остеохондроза (болезни Бехтерева) у носителей аллеля В27. Доказательством реальности этой связи явились результаты трансфекции (переноса путем внедрения в зиготу) мышам гена В27 человека: у животных развивались патологические изменения, сходные с симптомами болезни Бехтерева у человека. Однако и эта связь не является абсолютной: во-первых, у значительного числа носителей аллеля В27 болезнь не проявляется, во-вторых, указанная связь вообще не выявляется в некоторых этнических группах. Молекулярные основы ассоциаций HLA-болезни во многих случаях пока неясны. Исключение составляют те случаи, когда подобная связь может быть истолкована с позиций генетического контроля иммунного ответа со стороны генов МНС.
Так, в значительном числе случаев ассоциация аллелей HLA и болезней служит отражением генетического контроля иммунного ответа со стороны системы HLA. Предпочтительная презентация на конкретных аллельных продуктах HLA пептидных фрагментов некоторых возбудителей инфекционных заболеваний является предпосылкой отрицательной связи данного заболевания с аллелем. Так, пептиды вируса гриппа встраиваются в основном в молекулы В27 и А2, в результате носители соответствующих аллелей и особенно гаплотипа А2В27 характеризуются устойчивостью к гриппу. В то же время преимущественное встраивание в молекулы В8 и DR3 аутоантигенных пептидов из щитовидной и поджелудочной желез обусловливает наличие положительной ассоциации базедовой болезни, тиреоидита Хашимото и ювенильного сахарного диабета с этими аллелями. Чувствительность к инфицированию клебс иелла- ми носителей аллеля В27 объясняют антигенной мимикрией — сходством структуры эпитопов протеиннитрогеназы клебсиелл с эпитопами молекулы HLA-B27.
Разумеется, генный контроль иммунного ответа не ограничивается областью МНС. Даже при наличии связи с МНС она может реализоваться без участия генов, кодирующих молекулы HLA и связанные с ними структуры. Так, связь аутоиммунного синдрома новозеландских мышей линии BW1 с МНС реализуется через локус TNF. Существенная роль в контроле иммунного ответа принадлежит локусу Igh, детерминирующему не только структуру С-доменов иммуноглобулинов, но и некоторые перекрестно реагирующие идиотипы, связанные с синтезом антител определенной специфичности, т.е. направленных к конкретному эпитопу. С этим генетическим локусом связан также контроль уровня гуморального ответа на а(1—3)-декстран, а также IgE-ответа на некоторые аллергены.
Гормональный, нервный и цитокиновый контроль иммунной системы
Иммунная система при всей своей автономности находится под контролем эндокринных и нервных воздействий. Влияние гормонов и медиаторов вегетативной нервной системы реализуется в результате взаимодействия со специфическими рецепторами клеток иммунной системы. При этом влияние факторов на иммунную систему может быть прямым или опосредованным. Первый вариант наблюдается при их связывании с рецепторами лимфоцитов или макрофагов. Известно более 20 разновидностей таких рецепторов, экспрессируемых на лимфоцитах и моноцитах. Второй вариант реализуется при действии гормонов и нейромедиаторов на клетки стромы органов иммунной системы, особенно тимуса. В этом случае эффект реализуется через влияние на развитие или функциональное состояние иммуноцитов.
Данные литературы, посвященной действию гормонов и медиаторов вегетативной нервной системы на иммунную систему, обширны и достаточно противоречивы, но при несколько схематизированном подходе к проблеме вырисовывается достаточно четкая картина. Она состоит в том, что нервные и эндокринные факторы разделяются на две альтернативные группы. Одни из них оказывают в целом ингибирующее, другие — интегральное стимулирующее действие на иммунную систему и иммунный ответ. К первой группе относятся кортизол, АКТГ, адреналин, андрогены, эстрогены и гестагены, а также медиаторы симпатического отдела нервной системы, ко второй — СТГ, тироксин, инсулин (табл. 72).
Так, кортизол и другие гормоны коры надпочечников в физиологических концентрациях ингибируют пролиферацию лимфоцитов, но, по- видимому, способствуют их дифференцировке, а в фармакологических ■концентрациях вызывают апоптоз лимфоцитов, но не макрофагов, обу- •словливают перераспределение лимфоцитов в организме, усиливая эми- Трацию клеток из коры тимуса и поступление Т-лимфоцитов в костный -Мозг. Указанные гормоны подавляют активацию лимфоидных клеток при иммунном ответе и блокируют межклеточные взаимодействия, снижая Экспрессию генов ИЛ-2 и других интерлейкинов. О существовании постоянного «пресса» гормонов этой группы на иммунную систему свиде- ■Тельствует эффект адреналэктомии: увеличение (выраженное нерезко) ^Массы лимфоидных органов, особенно тимуса, и усиление различных ^форм иммунного ответа.
f Особое значение имеет способность глюкокортикоидов вызывать апоптоз покоящихся лимфоцитов. По чувствительности к этому влиянию ■Кортизола лимфоциты образуют ряд: кортикальные тимоциты -> В-блас- ты зародышевых центров (центробласты) -* прочие В-лимфоциты -* зрелые Т-лимфоциты. Стадии развития лимфоцитов, для которых характерна повышенная чувствительность к индукции апоптоза глюкокортикоидами, соответствует периодам отрицательной селекции — при формировании антигенраспознающего репертуара Т-клеток в тимусе (см. разделы 1.2.1 и 2.1.2) и при «созревании» гуморального ответа — отбору клонов с наибольшим сродством к антигену после периода гипермутабель-
Таблица 72. Факторы нейроэндокринной регуляции
Характер факторов
Нейроэндокринные факторы
Характер действия
Факторы, стимулирующие иммунные механизмы
Гормон роста (СТГ)
Инсулин
Усиливает пролиферацию Т-клеток (через специфический рецептор); повышает синтез гормонов тимуса
Усиливает пролиферацию Т-клеток (через специфический рецептор)
Тироксин
Усиливает пролиферацию и дифференцировку лимфоцитов
Пролактин
Стимулирует выработку гормонов тимуса
Прогестерон
То же
а-эндорфин
Усиливает гуморальный иммунный ответ
Холинергические нервные стимулы
Усиливают пролиферацию лимфоцитов, особенно тимоцитов
Факторы, угнетающие иммунные механизмы
Кортикостероиды
Индуцируют апоптоз и эмиграцию тимоцитов; вызывают апоптоз и подавляют пролиферацию зрелых лимфоцитов, усиливают дифференцировку Т-клеток, их миграцию в костный мозг; снижают секрецию цитокинов, гормонов тимуса
АКТГ
Действуя через повышение синтеза кортикостероидов и непосредственно, снижает содержание лимфоцитов в циркуляции и их функциональную активность
Катехоламины (особенно норадреналин)
Подавляют пролиферацию, усиливают дифференцировку лимфоцитов (особенно CD4+), их миграцию в лимфатические узлы; действуют через Р-адренергические рецепторы
Андрогены
Снижают число лимфоцитов и их реакцию на антиген, способствуют возрастной атрофии тимуса
Эстрогены
То же, а также действуют на лимфоциты слабее, чем андрогены, но сильнее подавляют активность супрессорных Т-клеток
Р-эндорфин
Подавляет гуморальный, усиливает клеточный ответ
Адренергические нервные стимулы
То же, что катехоламины
ности V-гена В-лимфоцитов (см. разделы 3.5 и 4.1). Периоды высокой кортизончувствительности соответствуют низкому уровню экспрессии в клетках протоонкогена Вс1-2, защищающего клетки от апоптоза. Верхний
предел физиологических колебаний количества кортизола в крови (около 1 мкмоль) может вызвать апоптоз лимфоцитов на чувствительной стадии развития. Внутри тимуса источником глюкокортикоидов могут быть эпителиальные клетки, продуцирующие прегненолон, который может локально метаболизироваться до гидрокортизона.
Эффект, аналогичный проявлениям гиперкортицизма, достигается при стрессе и введении глюкокортикоидов с лечебной целью. Хронический стресс приводит к снижению устойчивости к инфекционным агентам, включая вирусы. С уровнем глюкокортикоидов коррелирует восприимчивость к заражению вирусом Сендай, к индукции аллергического энцефаломиелита.
Сходный эффект АКТГ обусловлен как усилением секреции глюкокортикоидов, так и собственным иммунодепрессивным действием. Именно с динамикой синтеза АКТГ (определяемой суточными колебаниями экспрессии гена проопиомеланокортина, кодирующего АКТГ наряду с другими пептидными гормонами) коррелируют суточные изменения числа и активности мононуклеаров в кровотоке у мышей. Их содержание в крови максимально в полночь, когда экспрессия гена проопиомеланокортина минимальна, и наименьшее в полдень, когда этот ген экспрессируется максимально, что обусловливает высокую продукцию АКТГ.
Половые стероиды действуют в принципе сходно, т.е. снижают кле- точность и активность иммунной системы, но несколько иначе. Они в большей степени воздействуют на эпителиальные клетки стромы тимуса. Так, андрогены и эстрогены способствуют развитию возрастной инволюции тимуса; их влияние на строму тимуса в начале полового созревания рассматривают как отправную точку инволюции. Кастрация приводит к некоторому повышению числа лимфоидных клеток в тимусе и периферических органах иммунной системы. Андрогены оказывают более сильное подавляющее действие на иммунную систему, чем эстрогены. Это выражается в большей массе лимфоидных органов и более высокой иммунной активности у женщин, чем у мужчин. Однако эстрогены сильнее подавляют активность Т-супрессоров, результатом чего является более высокая подверженность женщин заболеваниям аутоиммунной природы.
Тироксин усиливает как пролиферативные, так и дифференцировоч- ные процессы. Не вызывает сомнений стимулирующая роль соматотропного гормона (СТГ) и инсулина в становлении иммунной системы и в развитии иммунного ответа. В последнее время стали «сближать» СТГ с цитокинами в связи с тем, что рецептор для гормона относится к семейству цитокиновых рецепторов (см. раздел 3.4.2). Этот гормон может оказывать прямое митогенное действие на Т-лимфоциты. К факторам роста относят и инсулин, а также родственный ему по структуре инсулиноподобный фактор роста. Они близки по ряду свойств и ростстимулирующей активности к таким факторам роста, как эпидермальный фактор роста и фактор роста из тромбоцитов, которые вырабатываются многими типами клеток и обладают широким спектром действия, включающим и иммуно- тропные эффекты.
Исключительно важное значение для нормального функционирова-
ния иммунной системы имеет уровень секреции гормонов эпителиальными клетками тимуса. Уменьшение количества тимусных пептидов в крови приводит к снижению способности Т-лимфоцитов к активации (в частности, к выработке ИЛ-2) и вследствие этого к подавлению иммунологической отвечаемости. Возрастное снижение продукции гормонов тимуса является одной из причин старения иммунной системы в целом и ослабления иммунной защиты, особенно опосредованной Т -лимфоцитами.
Как уже отмечалось, секреция гормонов тимуса находится под контролем нетимусных гормонов (глюкокортикоиды, андрогены и эстрогены подавляют ее, пролактин, СТГ и прогестерон — усиливают). Существенное влияние на их выработку оказывают цитокины, особенно те, которые образуются в тимусе, в том числе теми же эпителиальными клетками. Показано, что ИЛ-1 и интерферон а2 повышают продукцию тимулина.
В вегетативной нервной системе четко выявляется альтернативный характер адренергических и холинергических эффектов. Более тесно с иммунной системой связан симпатический отдел вегетативной нервной системы. Симпатическая иннервация тимуса осуществляется в основном через субкапсулярный отдел, а в периферических лимфоидных органах — через тимусзависимые зоны. Нервные окончания приближены к лимфоцитам на расстояния, сравнимые с таковыми для их контактов с мышечными и сосудистыми клетками. Лимфоциты имеют р-адренергические рецепторы и воспринимают сигналы соответствующих медиаторов, в первую очередь норадреналина и нейроксина. Эти факторы оказывают преимущественно ограничивающее действие — подавляют пролиферацию лимфоцитов и в то же время повышают их дифференцировку. Хирургическая денервация селезенки или фармакологическая симпатэктомия усиливает миграцию лимфоцитов в селезенку и несколько ослабляет миграцию в лимфатические узлы, снижает соотношение CD4+/CD8+, стимулирует гуморальный иммунный ответ. Ацетилхолин и холинергические стимулы поддерживают пролиферацию лимфоцитов. Холинергические влияния особенно четко проявляются в тимусе, где они способствуют размножению и эмиграции тимоцитов. В то же время нет полной уверенности в том, что холинергические влияния действительно реализуются в организме.
На лимфоцитах есть также допаминовые рецепторы и рецепторы для эндорфинов. Несмотря на структурное родство а- и p-эндорфинов (второй представляет собой N-концевую часть первого), они оказывают противоположное действие на гуморальный иммунный ответ мышей: а-эндорфин усиливает, а p-эндорфин подавляет его, в то же время усиливая Т-клеточный ответ (возможно, эта реципрокность действия опосредована влиянием эндорфинов на дифференцировку ТМ- и ТЬ2-кле- ток). Нейропептиды VIP (вазоактивный интестинальный пептид) и субстанция Р участвуют в реализации аллергических реакций: VIP расслабляет гладкую мускулатуру и является антагонистом гистамина, субстанция Р вызывает сокращение гладких мышц.
Высшие отделы центральной нервной системы также способны влиять на состояние иммунной системы. Показана возможность условно- 370
рефлекторной стимуляции или угнетения иммунного ответа, а также контроля активности NK-клеток.
В ряде случаев можно говорить о регулирующем действии факторов иммунного ответа на состояние эндокринной и нервной систем. Так, повышенная продукция ИЛ-1 в процессе иммунного ответа приводит к усилению секреции глюкокортикоидов, ограничивающих иммунный ответ. Вероятно, какую-то роль в контроле активности секреторных клеток гипофиза, которые несут Fcy-рецептор, играют антитела и иммунные комплексы. Наконец, в регуляции эндокринных функций допускается участие антител, специфичных к идиотипу естественных аутоантител к гормонам. Такие антиидиотипические антитела имеют связывающий участок, который по своей конфигурации воспроизводит активный центр гормона. Они могут взаимодействовать с рецепторами для гормонов и воспроизводить их эффекты. Гормоны тимуса влияют на активность эндокринной и нервной систем. Так, тимопоэтин усиливает продукцию кортикостероидов, тимэктомия приводит к снижению активности щитовидной и половых желез. Это дало основание некоторым авторам сделать заключение о существовании гипоталамо-гипофизарно-тимусно-гонад- ной оси. Некоторые из цитокинов, особенно ИЛ-1 и ФНОа, участвуют в межсистемных взаимодействиях, влияя на процессы, происходящие в эндокринной и нервной системах.
Состояние иммунной системы и ее готовность к иммунному ответу в значительной степени определяются ее предшествующей активацией, иммунными ответами в прошлом. Давно было обнаружено недоразвитие иммунной системы у мышей, содержавшихся в стерильных условиях: их лимфоидные органы атрофичны, практически отсутствуют зародышевые центры, интенсивность различных форм иммунного ответа в случае попадания в организм антигена снижена, а как следствие снижена и устойчивость к инфекционным агентам. В настоящее время это недоразвитие иммунной системы объясняют недостаточным выделением цитокинов, служащих медиаторами межклеточных взаимодействий и эффекторных функций клеток при иммунном ответе (см. раздел 3.4.1) и в то же время медиаторами гемопоэза, в частности лимфопоэза. Цитокины обусловливают морфогенетические процессы в иммунной системе даже вне иммунного ответа. Так, недавно установлена морфогенетическая роль лимфо- токсинов в становлении иммунной системы: выключение их генов сопровождалось блоком развития лимфатических узлов и отсутствием формирования зародышевых центров при иммунном ответе, что связано, вероятно, с дефектностью фолликулярных дендритных клеток.
Регуляция иммунного ответа
В отличие от агентов, рассмотренных выше, факторы, действующие во время иммунного ответа как его регуляторы, как правило, клоноспецифичны, т.е. воздействуют на клетки, участвующие в ответе на конкретный антиген. Биологический смысл этих особенностей состоит в следующем. В первом случае определяется готовность к иммунному ответу в принципе на любой антиген, во втором регулируется (как правило, ограничивается)
реакция конкретных клонов, причем воздействие на покоящиеся клоны нежелательно, поскольку они должны быть готовы к полноценному ответу на антиген в любой момент в будущем.
Факторы, регулирующие иммунный ответ, могут быть подразделены на ранние, которые определяют его направление и действуют на начальных стадиях реакции на антиген, и поздние, ограничивающие развитие этой реакции и обусловливающие завершение иммунного ответа. В обоих случаях включение тех или иных регуляторных механизмов определяется в значительной степени самим антигеном. Ранние факторы были рассмотрены при описании развития иммунного ответа (см. раздел 4.1.1). Напомним, что решающая роль в выборе преобладающего типа ответа — гуморального или клеточного — принадлежит поляризации хелперных СО4+-клеток типов ТЫ и Th2. Такая поляризация в свою очередь определяется дозой и путем поступления антигена, типом антигенпрезентирующих клеток, костимуляторами, участвующими в активации этих клеток, факторами микроокружения, особенно цитокинами. В случае гуморального иммунного ответа его развитие в тимусзависимой или тимуснезави- симой форме практически однозначно обусловливается структурой антигена (см. раздел 3.2.1). Основой дивергенции цитотоксического ответа и реакции ГЗТ является происхождение антигенного пептида (из внутриклеточного или внеклеточного антигена) и его презентация на молекулах МНС I или II класса (см. раздел 3.3.2).
Роль антигена и антител в регуляции иммунного ответа. Изотипическая регуляция гуморального иммунного ответа
В конечном счете основная роль в определении длительности и интенсивности иммунного ответа принадлежит антигену. Его присутствие в организме обусловливает непрерывное вовлечение клонов лимфоцитов в иммунный процесс. После выведения антигена из организма рекрутирование лимфоцитов прекращается, что и служит главной причиной прекращения иммунного ответа. Впрочем, в скрытой форме антиген может присутствовать очень долго после завершения иммунного процесса в фолликулярных дендритных клетках. В этой форме он определяет длительность иммунологической памяти (см. раздел 4.1.4).
Однако существуют и активные формы воздействия на иммунный ответ, в которых участвуют антитела (табл. 73). Так, рекрутирование клеток для участия в иммунном ответе и, следовательно, регуляция его уровня, в значительной степени определяется соотношением в организме антигена и специфичных к нему антител различных изотипов. Инструментом этой формы регуляции служат иммунные комплексы. Динамика изменений состава иммунных комплексов на разных стадиях гуморального иммунного ответа рассматривалась выше (см. раздел 3.2.2). На его начальных этапах в составе комплексов преобладают антигены, а антитела представлены преимущественно изотипом IgM. В последующем в составе комплексов преобладают антитела, и их основным изотипом становится IgG. При избытке антигена в составе иммунных комплексов
Таблица 73. Регуляция иммунного ответа, зависимая от антител
Феноменология регуляции
Механизм регуляции1
Усиление гуморального ответа иммунными комплексами, содержащими избыток антигена
При преобладании антигена в составе иммунных комплексов, иммуногенность антигена усиливается
Усиление гуморального ответа иммунными комплексами, содержащими IgM-антитела
Стимулирующий эффект, по-видимому, связан с действием комплексированных IgM на Fcp- рецепторы дендритных и ТЬ2-клеток
Изотипспецифическое подавление IgM- и IgG-ответов иммунными комплексами, содержащими IgG
Антигенспецифическое угнетение вызвано связыванием комплексированных IgG (при их избытке в иммунных комплексах) с FcR В-клеток и/или макрофагов и антигена иммунных комплексов с BCR, вызывающим перекрестное сшивание FcyR и BCR
Идиотипспецифическое подавление гуморального и клеточного ответа
Восстановление равновесия в идиотипической сети путем выработки антиидиотипических антител, нейтрализующих идиотипнесущие антитела. Клеточный ответ подавляется при наличии общих идиотипов у антител и TCR
Подавление иммунного ответа, обусловленное супрессорными клетками
Допускается возможность активации супрессоров (Т- или В-типов) вследствие связывания комплексированных IgG-антител с их Fc-pe- цепторами
содержатся свободные эпитопы (рис. 95). В результате комплекс может выполнять функцию иммуногена, причем более эффективно, чем свободный антиген, поскольку комплексы захватываются макрофагами активнее, чем антиген, благодаря наличию на их поверхности Fc-рецепторов. Следовательно, «ранние» иммунные комплексы способствуют усилению иммунного ответа.
Усиливающее действие ранних иммунных комплексов обусловлено и наличием в их составе связанного IgM, способного взаимодействовать с Рсц-рецепторами дендритных клеток, макрофагов и лимфоцитов, которые пока идентифицированы на основе их функциональных эффектов. Из лимфоцитов этот рецептор несут преимущественно Т-хелперы, что обусловливает стимулирующее действие IgM-антител, которые усиливают только тимусзависимое антителообразование и не влияют на него у тимэктомированных животных (рис. 96). Введение IgM-антител к эритроцитам барана за 2 ч до иммунизации ими мышей вызывает значительное повышение числа антителообразующих клеток в селезенке реципиентов. Усиливающим действием обладают также IgA-антитела, влияющие также на Т-хелперы.
Более детально исследовано действие поздних иммунных комплексов, содержащих избыток IgG-антител, а также эффект введения IgG- антител до иммунизации. Все эти влияния являются супрессорными (см.
♦ Антиген♦ АнтигенИзбыток антигенаИзбыток антигенаРавновесиеРавновесиеРис. 95. Формирование иммунных комплексов при различном соотношении антигенов и антител.Рис. 95. Формирование иммунных комплексов при различном соотношении антигенов и антител.Избыток антителИзбыток антител
♦ Антиген
♦ Антиген
Избыток антигена
Избыток антигена
Равновесие
Равновесие
Рис. 95. Формирование иммунных комплексов при различном соотношении антигенов и антител.
Рис. 95. Формирование иммунных комплексов при различном соотношении антигенов и антител.
Избыток антител
Избыток антител
рис. 96). Они обусловлены взаимодействием экспонированных Fc-участков IgG-антител, находящихся в составе комплексов, с Fcy-рецепторами клеток иммунной системы (о Fc-рецепторах см. в разделе 3.1.1).
Ингибирование гуморального ответа наблюдается при введении животным за несколько часов или 1—2 сут до их иммунизации антигеном IgG-антител, специфичных к тому же антигену. При этом полностью подавляется формирование IgM-антителообразующих клеток и в значительной степени — IgG-продуцентов. На секрецию антител сформировавшимися плазматическими клетками IgG-антитела не влияют. О «сдерживающем» действии IgG-антител свидетельствует усиление антителообразова- ния и увеличение его продолжительности при систематическом удалении антител из сыворотки крови мышей в период иммунного ответа.
27Л
Срок после иммунизации, сут
Рис. 96. Влияние предсуществующих антител IgM- и IgG-классов на кинетику выработки антител (из учебника А.Ройта, 1991).
Мышам вводили культуральную среду (контроль) или IgM- или IgG-антитела к эритроцитам барана; через 2 ч иммунизировали эритроцитами барана и затем регистрировали число антителообразующих клеток в селезенке. Вертикальная штриховка — усиление антителообразования под влиянием IgM-антител, горизонтальная — подавление под влиянием IgG-антител.
Fab- и Р(аЬ')2-фрагменты антител и их комплексы с антигеном не оказывают ингибирующего действия. Это свидетельствует о том, что не простое связывание антигена определяет проявление супрессии и в реализации эффекта участвует Fc-часть молекулы IgG-антител. В то же время антигенсвязывающая часть антител и ее специфичность также важны для проявления супрессии, поскольку IgG-антитела не влияют на синтез антител к «посторонним» антигенам. В отсутствие антигена антитела также не оказывают супрессорного действия.
В восприятии супрессорного сигнала участвуют (наряду с В-лимфо- цитами) макрофаги, но не участвуют (по крайней мере непосредственно) Т-лимфоциты. В конечном счете результаты анализа условий запуска супрессорного сигнала привели к выводу, что для этого требуется перекрестное сшивание Fc-рецептора и рецептора для антигена (BCR) на поверхности В-лимфоцита или Fc-рецептора макрофага и рецептора BCR. В качестве связующего мостика в обоих случаях фигурирует комплекс, содержащий антиген и IgG-антитело. Действие IgG-антител специфично в отношении эпитопа, связавшегося с BCR, но не в отношении других детерминант той же молекулы антигена. Интересно, что в условиях подавления гуморального иммунного ответа IgG-антителами происходит нормальное формирование клеток памяти, а также Т-хелперов.
Действие IgG-антител и содержащих их иммунных комплексов на В-лимфоциты реализуется при участии изоформ рецептора FcyRII (CD32), обладающих промежуточной аффинностью. При перекрестном сшивании рецептора BCR антигеном происходит запуск активационного сигнала. Однако в том случае, если одновременно связываются Fc-рецеп- тор и рецептор для антигена, не срабатывают некоторые компоненты сигнализации, в частности мобилизация Са2+ не только не усиливается, но даже подавляется. Вероятно, этот эффект является ключевым в реализации ингибирующего действия IgG-антител на ответ В-лимфоцитов.
Детально изучена также регуляция продукции IgE-реагинов, опосредованная действием IgE на рецепторы FceR. Такое действие индуцирует синтез В-клетками не менее трех факторов. Один из них (EIRB) стимулирует экспрессию FceRII на В-лимфоцитах, которые до этого его не имели, другой (FIT1) включает Т-супрессорный каскад, а третий (FIT2) — Т-хелперный каскад. Растворимый низкоаффинный FceRII (CD23) обычно стимулирует продукцию IgE, однако при недостаточной степени гликозилирования CD23 он ингибирует ее.
Идиотипическая регуляция иммунного ответа
В разделе 3.1.1 были изложены представления об идиотипах — характеристиках антител, определяемых антигенной специфичностью их анти- генсвязывающих участков, которые обозначаются как идиотопы. Специфичные к ним антитела называются антиидиотипическими антителами. В том случае, когда идиотоп точно соответствует связывающему центру антител, антигенсвязывающий участок антиидиотипических антител воспроизводит пространственную структуру эпитопа антигена и может выступать в качестве «суррогатного» антигена, индуцируя выработку идио- типнесущих антител. Такой антиидиотип называют «внутренним образом» антигена (рис. 97).
В соответствии с концепцией идиотипической сети (N.Jerne), в организме существует равновесие между идиотипами и антиидиотипами (роль которых могут выполнять антигены). Сдвиг равновесия при иммунном ответе приводит к реакции, направленной на его восстановление. Так, введение извне антигена (аналога антиидиотипа) приводит к усиленной выработке носителей идиотипа — антител. На высоте антителообразования равновесие вновь нарушается, что индуцирует ответную реакцию в виде антиидиотипического ответа — формирования антител, специфичных к идиотопу антител 1-го порядка. В конечном счете в организме устанавливается равновесие двух типов комплементарных субстанций: с одной стороны, антигена и антиидиотипа и с другой — идиотипнесущих антител первого порядка и анти-антиидиотипических антител.
В действительности отнюдь не все идиотипические детерминанты столь однозначно отражают структуру антигенсвязывающего участка (являются их «внутренним образом»), чтобы антиидиотип совпадал с эпитопом иммуногена. Однако в определенной степени эта схема соответствует реальности. В некоторых случаях частота антиидиотипов бывает неожиданно высокой. Например, при ответе организма мышей некоторых
IIIIII
Идиотип* Антиидиотипические Анти-антиидиоти- Антиген антителаантитела Iпические антитела
Антиидиотипические антитела II
Рис. 97. Антиидиотипический ответ.
Антигенсвязывающий участок антител (I) содержит эпитопы (иди отопы), в ответ на которые образуются антиидиотипические антитела (II). Если идиотоп достаточно точно воспроизводит конфигурацию антигенсвязывающего участка, антитела к нему имеют сходную конфигурацию с эпитопом антигена. Поэтому специфичность антител III и I порядков может быть практически одинаковой.
линий на бактериальный фосфорилхолин значительная часть антител несет идиотип Т15, который кодируется зародышевыми (немутировавшими) генами.
В плане регуляции выработки антител роль перекрестно реагирующих идиотипов заключается в ограничении иммунного ответа (образование идиотипнесущих антител). Так, введение мышам линии C57BL/6, иммунизированных фосфорилхолином, антител к идиотипу Т15 вызывает значительное снижение гуморального ответа за счет подавления образования антител, несущих идиотип Т15. Роль в регуляции иммунного ответа частных идиотипов, которые маркируют продукты индивидуальных клонов, иная. Она состоит в регуляции вклада этих клонов в ответ. Это проявляется в смене доминирующих клонов, которую удается зарегистрировать экспериментально.
Поскольку паратопы (антигенсвязывающие участки) Т-клеточных рецепторов имеют идиотопы, которые могут перекрестно реагировать с идиотопами антител, Т-клетки также вовлекаются в идиотипическую регуляторную сеть. В случае, когда идиотипическая сеть индуцируется гормонами или нервными медиаторами, идиотипическая регуляция «смыкается» с нейроэндокринной и влияет на продукцию как антител, так и гормонов или медиаторов, о чем уже упоминалось выше.
Супрессорные клетки и регуляция иммунного ответа
В начале 70-х годов было обнаружено, что некоторые формы иммунологической толерантности (неотвечаемости), а также индуцированной им-
муносупрессии ослабляются или отменяются введением антисывороток, специфичных к мембранным антигенам Т-лимфоцитов. Эти и ряд других фактов привели исследователей к выводу о существовании механизмов активной иммуносупрессии, опосредованной разновидностью Т-лимфоцитов, которые назвали Т-супрессорами. В последующем был накоплен огромный материал о свойствах супрессорных клеток, выделяемых ими факторов и их роли в регуляции иммунного ответа. Сложились представления о роли Т-супрессоров в нормальной регуляции иммунного ответа и в поддержании иммунологической толерантности, в частности к аутоантигенам. Однако на рубеже 80-х и 90-х годов эти данные были подвергнуты критическому пересмотру в связи с тем, что не удавалось получить стабильные клоны нормальных (негибридомных) Т-супрессоров, клонировать гены их гуморальных факторов, а также гены МНС, ограничивающие (рестриктирующие) Т-супрессорный ответ (I-J). Сложилась точка зрения, отрицающая реальность существования Т-супрессоров как особой субпопуляции Т-лимфоцитов. Так, было высказано допущение, что иммуносупрессия, опосредованная СВ8+-лимфоцитами, является следствием цитостатической или цитотоксической активности Т-киллеров. В настоящее время скептицизм относительно реальности существования специализированной субпопуляции Т-супрессоров отнюдь не развеян, хотя супрессия иммунного ответа как одно из проявлений функциональной активности Т-лимфоцитов ни у кого не вызывает сомнений.
Итак, супрессорные клетки, способные подавлять различные формы иммунного ответа, существуют реально, чаще всего эта функция связана с СВ8+-Т-клетками, но может реализоваться также CD4+ Т-лимфоцитами и другими клетками. Однако надежные собственные маркеры предшественников Т-супрессоров, отличающих их от прекиллеров, не описаны. В табл. 74 приведены некоторые сводные данные о Т-супрессорах.
До сих пор неясна природа генетической рестрикции Т-супрессорно- го ответа (или, иными словами, класс молекул МНС, презентирующих антигенный пептид, распознаваемый Т-супрессорами). С одной стороны, сообщалось о способности Т-супрессоров распознавать растворимый антиген (что едва ли можно представить с позиций современного понимания природы Т-клеточного распознавания), с другой — роль рестрик- тирующего элемента отводилась продукту МНС II класса I-J. Последний, как оказалось, не имеет «собственного гена», а является скорее всего продуктом взаимодействия нескольких генов в области H-2I. Однако непонятно, каким образом могут распознавать СВ8+-клетки антиген, связанный с молекулами МНС II класса. Этот вопрос также остается открытым. Неизвестно также, как происходят (и происходит ли) обучение и селекция клонов Т-супрессоров в тимусе. Недавно получены данные о том, что при стимуляции тимоцитов in vitro аллогенными клетками в присутствии растворимых молекул H-2D и гормонов тимуса происходит их дифференцировка в супрессорные СВ8+-клетки, тогда как при аллостимуляции в отсутствие указанных факторов формируются цитотоксические СВ8+-клетки.
Считается, что хотя индукция супрессорных Т-клеток осуществляется одновременно с включением в иммунный ответ других типов клеток, 378
Таблица 74. Свойства Т-супрессоров
Свойства и активность
СВ8+-супрессоры
С D4+-cyn рессоры
Рестрикция распознавания
Неясна (у мышей — H-21-J, т.е. МНС II класса)
МНС II класса
Клетки- мишени
Т (CD4+), В
Т (CD4+)
Механизм действия
Неясен: возможен эффект специфических гуморальных факторов, цитокинов, а также цитолиз мишеней
Цитокины: взаимное ингибирующее действие ТЫ и Th 2
Супрессорные факторы
Специфический супрессорный фактор, содержащий a-цепь TCR, ИЛ-4, ТФРр
ИФНу (ТЫ), ИЛ-4 и 10 (ТЬ2), ТФРр
Участие в регуляции иммунного ответа
Ограничивают гуморальный и клеточный иммунный ответ, способствуя его завершению. Опосредуют изо- и идиотипспецифическую регуляцию гуморального ответа. Вето- клетки, определяют аутотолерантность
Определяют взаимоотношение ТЫ и Th2, опосредуют взаимное ингибирование гуморального и клеточного ответа
Роль в патологии
Препятствуют развитию аутоиммунных процессов (энцефаломиелита, диабета). Обусловливают некоторые формы общего вариабельного иммунодефицита
Препятствуют развитию аутоиммунного тиреоидита, определяют развитие лейшманиоза, возможно, лепроматозной проказы
Т-супрессоры развиваются медленнее. Это и обусловливает превалирование их подавляющего эффекта на поздних стадиях развития иммунного ответа. Были получены данные о пороговом характере зависимости ответа Т-супрессоров от дозы антигена, что обусловливает их подключение лишь при достаточно сильной стимуляции иммунной системы. Действительно, наиболее распространенным способом получения супрессорных клеток до сих пор служит иммунизация мышей высокой дозой антигена (обычно эритроцитами барана) с выделением спленоцитов (источника Т- супрессоров) через 10 сут после иммунизации. Зрелые Т-супрессоры отличаются от других типов Т-лимфоцитов более высокой радиочувствительностью (радиочувствительность предшественников Т-супрессоров и других типов Т-клеток примерно одинакова) и чувствительностью к ряду повреждающих агентов, в частности к циклофосфамиду, чем обычно пользуются для их инактивации.
Супрессорные клетки вовлекаются в иммунные процессы при реализации некоторых механизмов, описанных выше, включая изотипическую и идиотипическую регуляцию. Очевидно, супрессорная активность Т- клеток возрастает при их стимуляции одновременно через TCR и Fc-pe- цептор. Индуцированные Т-супрессоры отчасти ответственны за им-
муносупрессивное действие антилимфоцитарной сыворотки и ряда других агентов, подавляющих иммунный ответ.
Анализ взаимодействующих типов регуляторных клеток на модели клонов гибридом привел к конструированию гипотетических схем формирования каскадов супрессорных клеток, представления о которых, возможно, еще сохраняют определенный интерес. Первая из них включает три взаимодействующих клеточных звена — СО8+-индукторы-супрессо- ры, СВ5+8+-трансдукторы-супрессоры и СВ8+-эффекторы-супрессоры. Все они несут на поверхности молекулу 1-J, все антигенспецифичны; клетки первого и третьего звена выделяют растворимые супрессорные факторы (также антигенспецифичные), но лишь супрессоры-эффекторы оказывают действие на клетки-мишени, каковыми являются Т-хелперы. Во второй схеме при ее значительном принципиальном сходстве с первой акцентируется идиотип-антиидиотипическая специфичность звеньев супрессорной цепи: индукторы и эффекторы несут идиотипическую детерминанту, тогда как промежуточное звено — трансдуктор — имеет антиидио- типическую специфичность. Идиотип и антиидиотип свойственны также гуморальным продуктам соответствующих клеток. Схемы супрессорных цепей усложняются еще больше представлениями о контрсупрессорном каскаде — цепи последовательно подключаемых клеточных субпопуляций (индукторы, трансдукторы, эффекторы). Этот каскад включается под действием Т-супрессоров и в итоге приводит к инактивации Т-супрессоров и отмене их ингибирующего действия на Т-хелперы.
Помимо Т-супрессоров, индуцируемых в процессе иммунного ответа, постулируется существование так называемых вето-клеток, которые подавляют активность аутоспецифических Т- или В-лимфоцитов и препятствуют развитию аутоагрессии. Полагают, что эти клетки определяют стабилизацию органоспецифической аутотолерантности, формируемой вне тимуса и не всегда связанной с элиминацией аутореактивного клона Т-клеток. В последнее время допускается, что сами вето-клетки являются аутоспецифическими (возможно антиидиотипическими) лимфоцитами.
Под контролем Т-супрессоров находится не только Т-клеточный и тимусзависимый гуморальный ответы, но и тимуснезависимое антитело- образование (оно усиливается после удаления Т-клеток). Основной клеткой-мишенью Т-супрессоров считаются Т-хелперы, однако описаны также Т-супрессоры, влияющие на В-лимфоциты. В настоящее время отсутствуют какие-либо однозначные представления о том, каким образом может реализоваться супрессорное действие СВ8+-клеток в отношении названных клеток-мишеней.
Супрессорные клетки обнаруживаются при различных заболеваниях, в патогенезе которых имеют значение иммунные факторы. Так, при аутоиммунных заболеваниях — инсулинзависимом сахарном диабете у человека и экспериментальном аллергическом энцефаломиелите у мышей — выделены и охарактеризованы СВ8+-супрессоры, причем во втором случае они продуцировали набор цитокинов, свойственный Th2- клеткам. При аутоиммунном тиреоидите и лейшманиозе идентифицированы СВ4+-супрессоры.
Принципиальным для суждения о реальности существования и суве-
ренности Т-супрессоров как особой субпопуляции Т-лимфоцитов является вопрос о природе антигенспецифических супрессорных факторов. Описано несколько гуморальных факторов, рассматриваемых как продукты Т-супрессоров и реализующих их действие. Источником факторов служила культуральная среда, реже экстракт клеток Т-гибридом или сыворотка крови иммунизированных животных. Были выделены и охарактеризованы антигенспецифические и неспецифические факторы с молекулярной массой от 35 000 до 100 000. Там же обнаружены продукты V-гена и генов гистосовместимости, определялись идиотипические детерминанты. Однако, как уже отмечалось, клонировать гены этих факторов не удалось, что заставляет рассматривать их как лабораторные артефакты. В последние годы поиски супрессорных факторов Т-лймфо- цитов продолжались, хотя и с меньшим энтузиазмом. Практически во всех случаях в составе супрессорных факторов, описанных в последние годы, определялись a-цепь Т-клеточного рецептора, а иногда и а-, и р- цепи. Один из таких факторов (ap-димер, мол. масса 84 000), продуцируемый клоном Т-супрессоров (получен от мышей, толерантных к овальбумину), специфически подавлял выработку антител к овальбумину in vivo. Однако, учитывая опыт предшествующих исследований, не следует торопиться с выводами о возможной связи супрессорных факторов Т- клеток с растворимыми формами TCR или его фрагментами.
Особенно развитая система регуляции, в частности супрессорная, существует в процессе образования IgE-антител. Выше уже говорилось о выделении В-лимфоцитами под влиянием взаимодействия IgE с мембранным FceRII нескольких факторов, в том числе фактора FIT1, включающего супрессорный каскад, и фактора FIT2, запускающего усиливающий каскад. В реализации этих каскадов участвуют индукторные и эффекторные клетки нескольких типов, которые выделяют соответственно супрессорные и хелперные продукты. Супрессорная эффекторная молекула (SEM) обусловливает подавление синтеза IgE В-лимфоцитами.
Помимо антигенспецифических, описаны неспецифические Т-суп- рессоры. Известны многочисленные цитокины (т.е. продукты Т-хелперов и в меньшей степени Т-киллеров), которые подавляют некоторые иммунологические процессы. Так, ИЛ-4, отменяя действие ИЛ-2 и интерферона у, снижает соответственно пролиферацию и дифференцировку многих клеток иммунной системы. Интерфероны, как известно, подавляют пролиферативные процессы и поэтому ингибируют ранние этапы иммунного ответа. Разнообразным подавляющим действием обладает трансформирующий фактор роста р.
С этих позиций взаимные ингибирующие влияния субпопуляций СВ4+-клеток Thl и Th2 вполне можно трактовать как супрессорные. В этом случае супрессорная активность Thl-клеток реализуется через выделение интерферона у, в Th2 — через ИЛ-4 и 10. Среди медиаторов действия вето-клеток, вероятно, может быть назван трансформирующий фактор роста р, поскольку выключение его гена приводит к развитию генерализованного аутоиммунного процесса с сильной воспалительной реакцией.
То же справедливо в отношении трактовки супрессорных эффектов
В-лимфоцитов, NK-клеток и макрофагов. Очевидно, нет специализированных супрессорных субпопуляций этих клеток, но реально существуют их супрессорные эффекты. NK-клетки, как известно, способны оказывать цитостатическое действие на пролиферирующие клетки, включая клетки иммунной системы. Среди цитокинов, выделяемых активированными В-лимфоцитами, присутствуют упомянутые выше факторы, способные ингибировать иммунные процессы — интерфероны, ИЛ-4, трансформирующий фактор роста р и ИЛ-10.
Некоторые цитокины, в том числе обладающие супрессорной активностью, выделяют активированные макрофаги. Например, полифункци- ональный цитокин ИЛ-6 подавляет продукцию ИЛ-1 и ФНОа, что может прояйЯйться как иммуносупрессия. Однако наиболее отчетлива связь супрессорной функции макрофагов с синтезом простагландина Е2. Этот продукт циклооксигеназного пути метаболизма арахидоновой кислоты (см. раздел 2.3.2), действуя преимущественно через повышение уровня цАМФ в клетках, подавляет пролиферацию лимфоцитов, образование цитокинов макрофагами и лимфоцитами, а также цитотоксическое влияние клеток иммунной системы. Поэтому любые активированные макрофаги и моноциты в определенных ситуациях проявляют себя как супрессорные клетки, ограничивающие иммунный ответ на высоте его развития. В то же время природа других супрессорных клеток нелимфоидной природы не вполне ясна. Так, неясны происхождение и биологическое назначение неспецифических супрессоров, развивающихся под влиянием тотального облучения лимфоидной ткани высокими дозами радиации.
В динамике развития иммунного ответа проявляются разнообразные механизмы его регуляции, направленные преимущественно на его ограничение. Эти механизмы включают изотип- и идиотипспецифичес- кое ограничение антителообразования по принципу отрицательной обратной связи, а также формирование сложной системы антигенспе- цифических Т-супрессоров и ряда активированных иммуноцитов, реализующих свое действие путем выделения специфических и неспецифических гуморальных факторов. Результатом совместного действия этих механизмов являются ограничение иммунного ответа по мере выполнения им своего назначения — элиминации чужеродного объекта — и возвращение иммунной системы к исходному состоянию (с обогащением популяцией клеток памяти).
ПРОЯВЛЕНИЯ ИММУННОЙ ЗАЩИТЫ
Противоинфекционный иммунитет
Защита организма от инфекционных агентов является, вероятно, не единственным, но главным назначением иммунной системы. Именно в недрах учения об инфекционных процессах зародилась научная иммуно-
Таблица 75. Проникновение инфекционных агентов в организм и мобилизация иммунной защиты
Этап проникновения
Суть этапа
Защитные механизмы
Контакт с барьерными тканями
Адгезия микробов на клетках эпителия
Механические барьеры, местные химические факторы, антагонизм нормальной микрофлоры, иногда — фагоцитоз в просвете полостей
Проникновение через поврежденные барьеры
Попадание через дефекты эпителия в субэпителиальное пространство
Фагоцитоз, дефензины, комплемент; позже — цитокины, NK- клетки, уб-клетки; заживление раны; АПК связывают антиген
Лимфогенное распространение
Проникновение с тканевой жидкостью в лимфатический узел; развитие регионального иммунного ответа
Фагоцитоз, улавливание клонов лимфоцитов, миграция в лимфатический узел АПК, связавших антиген; инициация и развитие гуморального и клеточного ответов
Гематогенное распространение
Прорыв барьера лимфатических узлов; септицемия;
генерализация ответа или ареактивность
Микроорганизмы попадают в кровь и ткани; активированные клетки расселяются по организму; системная активация лимфоидной ткани и мобилизация иммунной защиты; иногда — ареактивность вследствие интоксикации и передозировки антигенов
логия. Предупреждение инфекционных заболеваний стало первой областью приложения иммунологических принципов.
Весь материал, посвященный описанию иммунных процессов, безусловно, может быть распространен на область инфекционной иммунологии. Однако у нее есть своя специфика, обусловленная в основном особыми свойствами источников антигенной стимуляции и объектов иммунной атаки — инфекционных агентов. Рассмотрим сначала особенности инфекционных агентов, путей их проникновения в организм и локализации в нем, влияющие на характер иммунного ответа.
Особенности инфекционных агентов как иммуногенов
Пуги поступления и распространения инфекционных агентов. Путь иммунизации, как известно, определяет первичную локализацию иммунного процесса и в значительной степени преобладающие механизмы иммунного ответа. Это справедливо и для инфекционных агентов с тем уточнением, что, попав в организм, они размножаются, и расположение первичного очага инфекции оказывается более важным, чем место ее проникновения, хотя в значительной степени им определяется. Из данных табл. 75 следует, что в подавляющем большинстве случаев инфекционные агенты проникают в организм через слизистые оболочки в трех основных
Таблица 76. Связь типа иммунного ответа с локализацией инфекционных агентов
Локализация инфекционных агентов
Примеры
Антиген- представ- ляющие клетки
Тип Т-хелперов (ключевые цитокины)
Эффекторные механизмы и факторы
Внеклеточная (внутри организма)
Большинство микроорганизмов, грибы, некоторые паразиты и простейшие, вирусы на определенных стадиях цикла
В-клетки, макрофаги
Th2 (ИЛ-4)
Фагоцитоз,|
антитела, комплемент
Внеклеточная (на поверхности слизистых оболочек)
Гельминты, нейссерии, кандида, кишечные палочки и др.
В-клетки, тучные и дендритные клетки
Th2 (ИЛ-5 и
4)
Антитела (особенно IgA и IgE), макрофаги, тучные клетки
Внутриклеточная (в цитоплазме)
Вирусы, листерии, хламидии, риккетсии
Дендритные клетки
ThO, Thl (ИЛ-2 и 12, ИФНу)
Цитотоксические СО8+-Т-клетки, N К-клетки
Внутриклеточная (в цитоплазматических везикулах)
Микобактерии, криптококки, бруцеллы, шистосомы, лейшма- нии
Дендритные клетки, макрофаги
Thl (ИЛ-12, ИФНу)
Макрофаги, СВ4+-Т-клетки
системах — дыхательной, пищеварительной и мочеполовой. Наиболее ранние иммунологические события при инфекционных процессах связаны с иммунной системой слизистых оболочек.
Часто все дальнейшие инфекционные процессы ограничиваются органами, в которые поступил инфекционный агент, особенно когда последний обладает тропностью к конкретным типам клеток (это характерно для внутриклеточных агентов). В тех случаях, когда агент существует во внеклеточном пространстве и не ограничен специфическими взаимоотношениями с клетками конкретных типов, он имеет склонность к распространению. Первоначально инфекционный агент распространяется лимфогенным путем, и регионарный лимфатический узел становится первым фильтром для этого агента и одновременно местом формирования первичного иммунного ответа. Преодоление данного барьера приводит к септицемии и генерализации распространения микроорганизма с вероятным формированием вторичных очагов в тканях и с вовлечением в иммунный ответ селезенки и других лимфоидных образований (в зависимости от локализации очагов).
Значение для иммунных процессов локализации инфекционных агентов вне. 11-.внутри клеток. Важнейшая особенность инфекционных агентов как индукторов иммунного ответа заключается в их способности к размножению. Условия его осуществления различны для разных микроорганизмов. Многие из них (значительное число бактерий, грибы, крупные паразиты и др.) делятся, находясь в межклеточном пространстве. Другие
для размножения нуждаются в пребывании внутри клетки (вирусы, микобактерии, микоплазмы, спирохеты, листерии, риккетсии, значительное число простейших), а ретровирусы в принципе не могут реплицироваться вне клетки-хозяина. Однако в жизни всех микроорганизмов, включая вирусы, есть периоды пребывания вне клетки. Эти обстоятельства очень важны для распознавания данных агентов иммунной системой и для срабатывания эффекторных механизмов, направленных на элиминацию агентов из организма.
Как выяснилось, локализация инфекционных агентов вне или внутри клетки (табл. 76) является ключевым фактором для определения типа иммунного ответа организма. При внеклеточной локализации микроорганизма иммунная система реагирует на его антигены, а микробная клетка может модифицировать эту реакцию, воздействуя токсинами или иными субстанциями (см. ниже). Эффекторные факторы иммунной защиты также взаимодействуют непосредственно с микроорганизмом. Обычно в этих случаях развивается ТЬ2-зависимый иммунный ответ и основными «инструментами», определяющими специфичность различных механизмов защиты, становятся гуморальные антитела.
Когда микроорганизм локализуется внутри клетки, существенными оказываются детали этой локализации: в цитоплазме, в гранулах, в случае вирусов — в цитоплазме с представительством генетического аппарата в ядре, а некоторых антигенов — на клеточной мембране. В этих случаях развивается преимущественно Thl-зависимый клеточный ответ и действенными оказываются в основном клеточные эффекторные механизмы, приводящие не к избирательной элиминации патогена, а к гибели клетки и деструкции всего ее содержимого вместе с инфекционным агентом.
Какие особенности патогена и его ассоциаций с клетками обусловливают выбор направления иммунного ответа в этих случаях, неизвестно, хотя известно, что ключевым при этом является выбор антигенпредстав- ляющих и других вспомогательных клеток (В-лимфоцитов и тучных клеток при развитии гуморального ответа и дендритных клеток и макрофагов при развитии клеточного ответа), а также цитокинов, выделяемых на этапе подключения лимфоидных клеток (ИЛ-4 или 12).
Компоненты патогенов, модифицирующие активность иммунной системы. Свойствами иммуномодуляторов обладают некоторые компоненты и продукты патогенов. Как правило, они могут выступать и в качестве специфических антигенов, инициирующих иммунный ответ, но в данном случае мы рассматриваем их как неспецифические иммуномодуляторы.
Эндотоксины. Эндотоксины липополисахаридной природы являются активными бактериальными иммуномодуляторами с весьма широким спектром активности. Некоторые клетки организма имеют на своей поверхности рецепторы, специфически распознающие липополисахарид. Примером рецепторов такого рода являются молекулы CD 14, экспрессируемые нейтрофилами и всеми тремя основными типами антигенпред- ставляющих клеток (АПК) — дендритными клетками, моноцита- ми/макрофагами и В-лимфоцитами. Липополисахарид взаимодействует и с другими мембранными молекулами макрофагов, эндотелиальных и других клеток, участвующих в запуске воспалительной реакции. Под влия-
нием эндотоксинов включается продукция макрофагами провоспали- тельных цитокинов — ИЛ-1, ФНОа, ИЛ-6, а также хемокинов, усиливается экспрессия молекул адгезии на эндотелиальных клетках и лейкоцитах. Эти события практически полностью обеспечивают развитие воспалительной реакции, которая служит базой для развертывания начальных механизмов иммунного ответа. Липополисахарид оказывает и более прямое действие на эти процессы. Повышая экспрессию корецепторов лимфоцитов и молекул В7 (CD80 и 86), липополисахарид увеличивает эффективность презентации антигена Т-лимфоцитам и кооперативных взаимодействий Т- и В-лимфоцитов.
Являясь поликлональным стимулятором В-лимфоцитов, липополисахарид оказывает двойственное влияние на антигенспецифическую реакцию этих клеток, в малых дозах как костимулятор-адъювант, а в больших — как ингибитор специфического компонента гуморального ответа, поскольку чрезмерная поликлональная стимуляция конкурирует с клоноспецифическим ответом В-клеток. Липополисахарид способен активировать оба пути комплемента: полисахаридная составляющая обусловливает стабилизацию промежуточных продуктов альтернативной активации, тогда как липид А способен включать классический путь активации комплемента.
Таким образом, бактериальный липополисахарид выступает преимущественно в качестве стимулятора иммунного процесса, действуя в основном на его раннее звено, опосредованное активностью макрофагов, эндотелиальных и АПК. В то же время он может (особенно в высоких концентрациях) подавлять антигенспецифический иммунный ответ, повышая поликлональную активацию В-клеток.
Пептидогликаны бактериальной стенки. Являясь компонентами клеточной стенки всех бактерий, пептидогликаны, особенно мурамилди- пептиды, также оказывают сильное воздействие на запуск и начальные этапы развития иммунного процесса. Их основной мишенью служат макрофаги, которые имеют высокоаффинные рецепторы для мурамилдипептидов, локализующиеся преимущественно внутриклеточно. Доказана способность мурамилдипептидов индуцировать выработку макрофагами провоспалительных цитокинов, повышать бактерицидную активность клеток. Многочисленные проявления стимулирующего действия этих субстанций на иммунные реакции, реализуемые Т-, В- и NK-клетками, связывают с усилением активации макрофагов. Однако в Т-лимфоцитах обнаружены рецепторы для мурамилдипептидов, поэтому не исключено, что эти вещества оказывают на Т-клетки прямое действие. Поскольку мурамилдипептиды лишены токсического компонента, препараты на их основе используют в клинической практике в качестве имунномодулято- ров (см. раздел 5.5.2).
Экзотоксины. Экзотоксины имеют белковую природу. Большинство из них, особенно экзотоксины, продуцируемые стафилококками и стрептококками, обладают свойствами суперантигенов (см. раздел 3.3.2). Благодаря сродству к определенным семействам 0-цепей рецепторов TCR а0-типа они активируют до 20—30 % Т-клеток, индуцируя выработку ими цитокинов. Избыточная секреция цитокинов вызывает патологи- 556
ческие проявления, сходные с теми, которые наблюдаются при передозировке цитокинов (см. раздел 3.4.2). Активированные Т-лимфоциты вскоре подвергаются апоптозу, что обусловливает развитие иммунодефицита Т-клеточного типа. Таким образом, экзотоксины оказывают на иммунную систему отрицательное воздействие, вызывая сначала гиперактивацию Т-лимфоцитов, а затем их массовую гибель.
Вирусная РНК. Вирусная двуспиральная РНК (как и ее синтетические аналоги поли-1/поли-С, поли-А/поли-U) являются мощными интер- фероногенами и через них повышают активность макрофагов и NK-кле- ток. Эта реакция адекватна (поскольку интерфероны являются одним из основных факторов противовирусного иммунитета) и позволяет постулировать, что ее формирование является результатом параллельной эволюции вирусов и их хозяев — позвоночных.
Белки, связывающие иммуноглобулины. Некоторые микроорганизмы синтезируют белки с активностью Fc-рецепторов, т.е. обладающие сродством к Fc-фрагменту IgG. Из них наиболее изучен и широко применяется в исследовательской практике белок А клеточной стенки Staphylococcus aureus (обычно в качестве источника этого белка используют штамм Cowan). Белок А специфически связывается с участком, захватывающим домены Сн2 и Сн3. Белок А конкурирует с Fc-рецепторами за связывание с IgG. В этой блокаде регуляторного взаимодействия антител с клетками состоит, по-видимому, функция данного белка. При гуморальном антиинфекционном ответе FcR-подобные субстанции могут выступать в роли супрессорных факторов.
Компоненты микроорганизмов, влияющие на фагоцитоз. К ингибиторам фагоцитоза относятся прежде всего компоненты капсулы микроорганизмов, например, гиалуроновая кислота грамположительных бактерий или белки шипов нейссерий либо фимбрий стрептококков. Микобактерии, напротив, содержат на поверхности белок, связывающий фибронектин, что обусловливает их фагоцитоз. Однако это не обеспечивает защитного эффекта, поскольку микобактерии обычно не разрушаются внутри макрофагов, а обитают в этих клетках. Их гибель предотвращается выделяемым ими фактором, препятствующим слиянию фагосом с лизосомами.
Факторы, взаимодействующие с цитокинами. Продукты с таким действием синтезируются рядом вирусов. Вирус саркомы Шоупа продуцирует растворимый фактор, связывающий ФНОа и препятствующий его взаимодействию с рецепторами (и, следовательно, развитию воспалительной реакции). Вирус осповакцины вырабатывает ингибитор сериновой протеазы ICA, необходимой, с одной стороны, для образования зрелой формы ИЛ-lp, с другой — для реализации апоптоза. Вирус Эпштейна—Барр секретирует белок (продукт гена BCRF-1), гомологичный ИЛ-10 и воспроизводящий некоторые его эффекты, в частности подавление активности Thl-клеток, развитие клеточного ответа «в пользу» гуморального ответа.
Рассмотренные иммуномодуляторы, связанные с патогенами, являются лишь иллюстративными примерами, но не исчерпывают списка субстанций с аналогичной активностью. Характерно, что среди описанных выше факторов есть активирующие агенты, вещества, изменяющие
направление иммунного ответа, которые позволяют микроорганизму избежать действия защитных механизмов, но практически отсутствуют факторы с классическим иммуносупрессивным действием. Полагают, что патогенам «не выгодно» ослаблять организм и способствовать его заселению другими инфекционными агентами.
Особенности антигенов микроорганизмов. Антигены патогенных организмов изучены весьма полно и детально. Их описание содержится в курсах медицинской микробиологии. Мы остановимся лишь на некоторых особенностях этих антигенов, важных для развития противоинфек- ционной защиты.
Антигенную структуру микроорганизмов долгие годы изучали с помощью серологических методов, т.е. основным «инструментом» анализа специфичности антигенов служили антитела. В результате накоплено огромное число сведений почти исключительно по антигенам (и их эпитопам), ответственным за выработку антител. К ним относятся в основном поверхностные макромолекулы бактерий, вирусов и других микроорганизмов. В случае вирусов это в первую очередь белки и гликопротеины оболочки, которые являются типичными тимусзависимыми антигенами. В случае бактериальных антигенов безусловно преобладают тимуснезави- симые антигены обоих типов.
Напомним, что к тимуснезависимым антигенам 1-го типа относят молекулы, способные вызвать образование антител у мышей с мутацией xid, при которой развитие В-клеток блокируется на стадии Ьу15--клеток. К этой группе относят макромолекулы, обладающие митогенностью в отношении В-лимфоцитов. Примером антигенов этой группы является бактериальный липополисахарид. К тимуснезависимым антигенам 2-го типа относят вещества, не способные активировать В-клетки мышей с мутацией xid. Обычно это полисахариды с повторяющимися эпитопами, например пневмококковые полисахариды. Их активность объясняют множественностью точек взаимодействия с мембраной В-клетки, причем среди этих точек наряду с BCR предположительно могут быть корецепто- ры, обусловливающие зарождение хелперного сигнала. Эти антигены могут инициировать «помощь» со стороны Т- и NK-клеток, однако эта «помощь» не является обязательной (см. также разделы 3.2.1 и 4.1.2).
Это обстоятельство, с одной стороны, облегчает развитие гуморального ответа на бактериальные антигены, освобождая его от Т-зависимос- ти, но, с другой стороны, определяет несовершенство этого ответа, обусловленное известными ограничениями развития ответа на тимусне- зависимые антигены. Такие ограничения являются следствием неучастия в ответе Т-клеток и проявляются в отсутствии переключения изотипов, усиленного мутагенеза и, следовательно, в низком аффинитете антител и их ограниченной эффекторной активности, сводящейся к спектру активности IgM-антител. Не менее важно, что при этом отсутствует формирование иммунологической памяти. Все это обусловливает несовершенство гуморальной иммунной защиты от большинства микробных антигенов. При взаимодействии некоторых бактериальных полисахаридов с В-лим- фоцитами легко индуцируется анергия, что обусловливает неотвечае- мость на данные антигены.
a
Мембрана
Пептидогликаны
Гликолипиды Миколевая кислота
Гемагглютинин
Нейраминидаза Оболочка
М-белок
Нуклеопротеины и РНК
Ферменты и неструктурные белки
Рис. 98. Антигенная структура бактерий и вирусов.
а. Строение клеточной стенки бактерий (из учебника А.Ройта, 1991). Пептидогликановый слой присутствует в клеточной стенке всех бактерий, липидный бислой характерен для грамотрицательных бактерий. Клеточная стенка микобактерий окружена слоем из арабиногалактана, б. Структура вируса гриппа.
Микробным и вирусным антигенам свойственна высокая степень гетерогенности. Так, известно 84 серологические линии Streptococcus pneumoniae, причем при инфицировании формируется иммунитет только к линии возбудителя, но не ко всем его разновидностям. Схематически организация мембранных антигенов бактерий и антигенной структуры вируса гриппа представлена на рис. 98.
Большой полиморфизм антигенов обусловлен вариабельностью соответствующих генов, что нередко проявляется в способности микроорганизмов избегать действия механизмов иммунной защиты. Это касается почти исключительно вирусов. Вариабельность некоторых из их антигенов (гемагглютинина вируса гриппа А, антигенов оболочки ВИЧ-1) делает практически невозможным формирование защитного иммунитета и очень затрудняет предотвращение с помощью вакцинации заболеваний, вызываемых этими агентами. Существует корреляция изменчивости
антигенов и их роли в создании протективного иммунитета. Так, в случае вируса гриппа оба эти качества максимально выражены у поверхностного белка гемагглютинина, существенно слабее — у нейраминидазы (другого поверхностного белка). Изменчивостью не обладает капсидный белок М, роль которого в индукции иммунной защиты от гриппа минимальна.
Вариабельность такого рода проявляется в изменении антигенного спектра вирусов, вызывающих разные эпидемии. Подробный анализ типов гемагглютинина и нейраминидазы у вирусов, вызывавших эпидемии гриппа на протяжении почти 100 лет, показал, что типы этих антигенов регулярно сменяются: для гемагглютинина — от одной эпидемии к следующей, для нейраминидазы — через 2—3 эпидемии; при этом спустя некоторое время (десятки лет, 3—5 эпидемий) наблюдается возвращение ранее уже зарегистрированного серотипа гемагглютинина.
Антигенные свойства микробных антигенов могут изменяться даже в пределах одной эпидемии, что приводит к развитию повторных заболеваний. Известно два основных механизма подобной изменчивости — дрейф (drift) и смена (shift) антигена. Первый механизм — это проявление точечных мутаций в генах, детерминирующих антиген (в случае вируса гриппа гена гемагглютинина), второй — следствие обмена участков хромосомы между разными вирусами в организме промежуточного хозяина.
Крайний вариант изменчивости антигенной структуры возбудителя представляют ситуации, когда специфичность антигена изменяется в конкретном инфицированном организме. Это приводит к вспышке заболевания после временного ослабления симптоматики, а при повторяемости подобных изменений — к ремиттирующему течению заболевания. Подобные феномены могут проявляться вследствие мутаций соответствующих генов возбудителя или смены генов, детерминирующих антиген. Последняя ситуация характерна для трипаносомной инфекции (Tripanosoma brucei), вызывающей сонную болезнь. Трипаносомы имеют около 1000 генов (10 % от всего генома), детерминирующих маркерный антиген — ва- риантспецифический гликопротеин. В течении заболевания происходит поочередная индукция разных генов этой группы по мере накопления антител к гликопротеину предшествующего типа. Рассмотренные типы изменчивости антигенов микроорганизмов приведены в табл. 77.
Особенности иммунного ответа при инфекциях
Вклад факторов естественного иммунитета. Иммунная защита против инфекционных агентов может быть успешной при условии достаточно раннего начала действия защитных факторов (для ограничения инфекции), формирования адекватных эффекторных механизмов (для удаления инфекционных агентов) и сохранения иммунологической памяти после завершения процесса (для формирования иммунитета). Всем этим условиям не может соответствовать какой-либо один из уровней и механизмов иммунной защиты. Поэтому реализация иммунной защиты от инфекционных агентов представляет собой цепь взаимосвязанных процессов, начиная от экстренных неспецифических механизмов естественного иммунитета и кончая формированием клеток памяти (табл. 78).
Таблица 77. Типы изменчивости микроорганизмов и противоинфекционный иммунитет
Тип вариабельности
Результат вариабельности
Последствия для иммунной защиты
Примеры
Мутационный процесс внутри вида
Серологические варианты (типы и субтипы)
К каждому варианту формируется специфический механизм защиты
Серотипы стрептококков, микроорганизмов кишечной группы
Антигенный дрейф (следствие серии точечных мутаций)
Постепенно накапливающиеся изменения специфичности протек- тивных антигенов
Сформировавшийся протективный механизм срабатывает лишь частично; он не распространяется на конечные формы изменчивости (проявляется между эпидемиями)
Изменчивость вируса гриппа по гемагглютинину
Антигенный сдвиг (следствие обмена генетическим материалом между разными линиями)
Скачкообразно проявляющиеся изменения специфичности протективных антигенов
Сформировавшийся протективный иммунитет не распространяется на измененные варианты (проявляется между эпидемиями)
То же
Смена индукции вариантспецифи- ческих антигенов
Поочередная экспрессия продуктов разных генов ва- риантспецифи- ческой серии
В процессе конкретного заболевания микроорганизм выходит из-под контроля формирующихся иммунных механизмов, что определяет его ремиттирующее течение
Сонная болезнь, вызываемая Тп- panosoma brucei
Существует ряд факторов естественного иммунитета, которые вступают в борьбу с внедрившимися инфекционными агентами практически немедленно. Прежде всего это фагоциты. Их эффективность на данном этапе невелика по двум причинам: исходное число этих клеток в месте внедрения недостаточно для развития эффективной реакции, их собственные возможности в отношении распознавания и разрушения микробов ограничены, поскольку это покоящиеся, а не активированные клетки. При наличии в организме естественных антител к микроорганизмам (это не является редкостью) эти антитела могут быстро опсонизировать клетки, что значительно повышает эффективность фагоцитоза.
Другим фактором быстрого реагирования является комплемент, активация которого по альтернативному пути реализуется на поверхности микробных клеток, чему способствует отсутствие на них регуляторных факторов системы комплемента типа DAF или CD59. Пропердин стабилизирует образующиеся комплексы СЗЬ—ВЬ, что приводит к повышению содержания на поверхности микробной клетки фиксированных фрагментов СЗЬ, а это способствует распознаванию их фагоцитами.
Таблица 78. Защитные механизмы на разных стадиях формирования проти- воинфекционного ответа
Стадия формирования иммунитета
Инфекция внеклеточными агентами
Инфекция внутриклеточными ми кроорганизмами
Вирусная инфекция
Внедрение агента (первые часы)
Фагоцитоз, активация комплемента (альтернативная)
Активация макрофагов
Активность N К-клеток
Фаза индук-
Местный воспали-
Местное воспаление.
Интерфероны а и
ции иммуни-
тельный процесс, мо-
Т-независимая актива-
Р, активированные
тета (3 сут)
нокины. Гуморальный иммуногенез
ция макрофагов, монокины. Т-клеточный иммуногенез
ими ЫК-клетки.
Цитотоксический иммуногенез
Фаза сфор-
Образование анти-
Иммунное воспаление.
Цитотоксические
мировавше-
тел классов IgM,
Сформированные ТЫ-
Т-лимфоциты, ар-
гося имму-
затем IgG и IgA.
клетки выделяют ИФНу
мированные мак-
нитета
(3—4 нед)
Классическая активация комплемента
активирующий макрофаги. Последние осуществляют эффективный фагоцитоз
рофаги
Сформиро-
Ускоренное образо-
Ускоренное образова-
Ускоренное обра-
вавшаяся
вание высокоаф-
ние ИФНу и актива-
зование цитотокси-
иммунологи-
финных IgG-анти-
ция макрофагов при
ческих Т-лимфоци-
ческая па-
тел при повторном
повторном инфициро-
тов при повторном
мять
инфицировании
вании
и нфицировании
Экстренная мобилизация перечисленных факторов естественной резистентности происходит в неразрывной связи с индукцией воспалительного ответа, в процессе которого упомянутые механизмы приобретают совершенно иную маштабность. Наиболее ранним событием при этом является активация фагоцитирующих клеток под влиянием факторов инфекционных агентов, а затем под влиянием продуктов макрофагов и эндотелиальных клеток. Последнее приводит к повышению проницаемости сосудов и экспрессии молекул адгезии, а также синтезу цитокинов, что способствует миграции в очаг поражения большого числа лейкоцитов — нейтрофилов, моноцитов, а затем и лимфоцитов. Мигрировавшие клетки активируются и выделяют воспалительные цитокины (ИЛ-1 и 6, ФНОа, хемокины) в достаточно больших количествах, чтобы вызвать все признаки воспаления, включая общие. Среди последних — еще одна форма антигеннеспецифического ответа — реакция острой фазы, в основе которой лежит усиление синтеза гепатоцитами белков острой фазы (С-реактивного белка, сывороточного амилоида, маннозосвязывающего белка). Эти белки способны опсонизировать микробные клетки и активировать комплемент по классическому пути (через С2/С4).
Как следует из перечисления факторов ранних этапов защиты от внедрившихся патогенов, они направлены в основном против свободно размножающихся микроорганизмов внеклеточного пространства. Это
оправдано тем, что на начальных этапах заражения внутриклеточные патогены также проходят внеклеточный этап своего существования. Однако в этот период срабатывают также некоторые факторы защиты от внутриклеточных агентов. В качестве таковых выступают интерфероны (преимущественно аир, продуцирующиеся макрофагами и клетками стромы), а также NK-клетки, активируемые интерферонами.
Все события ранней защиты с привлечением в этот процесс факторов естественной резистентности осуществляются на протяжении первых 3— 4 дней местно, хотя и с участием лейкоцитов, мигрирующих в очаг поражения. Уже в конце этого периода подключаются антигенспецифические факторы иммунной защиты.
Адаптивный противоинфекционный иммунный ответ. Ранние события антигенспецифического ответа на патогенные организмы также осуществляются локально. В наиболее обычном месте внедрения патогенов — слизистых оболочках — ранним фактором специфического ответа является реакция у5+-Т-клеток. Детали их реакции на антиген не изучены, однако полагают, что они распознают антиген, подобно В-клеткам путем непосредственного его связывания рецептором TCR без участия АПК. Хотя вариабельность антигенсвязывающих центров у5+-Т-клеток достаточно велика, они распознают ограниченный круг молекул, в частности стрессорные белки микобактерий и пораженных клеток хозяина. Механизм действия у5+-клеток состоит в цитолизе инфицированных клеток; у5+-клетки рассматривают скорее как антигенспецифический фактор первой линии, чем как продукт иммунного ответа.
Аналогом у5+-клеток в серозных полостях являются CD5+-B1-клетки. Им также свойствен ограниченный набор распознаваемых структур (поскольку их реакция на антиген происходит без участия Т-клеток вне зародышевых центров, их V-гены не проходят этапа усиленного мутагенеза и созревания аффинитета). Как и Т-клетки, они распознают некие основные антигенные маркеры патогенов и, обладая специфичностью, также служат факторами первой линии защиты. Их действие реализуется в форме выработки IgM-антител, способных подготавливать микробные клетки к комплементзависимому цитолизу и нейтрализовывать их активность.
К рассмотренным факторам, занимающим промежуточное положение между естественной защитой и адаптивным иммунным ответом, примыкают антитела, продуцируемые в процессе тимуснезависимого ответа В-клеток. В отличие от реакций у5+-Т- и В1-клеток он осуществляется в организованной лимфоидной ткани — региональных лимфатических узлах и групповых лимфатических фолликулах (пейеровых бляшках). Ти- муснезависимые антигены 1-го типа (включая бактериальные липополисахариды) обходятся без участия Т-клеток благодаря своей митогенности, а тимуснезависимые антигены 2-го типа (в том числе бактериальные полисахариды) — из-за невозможности подключить Т-клеточную помощь в результате отсутствия белкового компонента. Ответ на оба типа бактериальных тимуснезависимых антигена проявляется в образовании главным образом IgM-антител, ответ на антигены 2-го типа — также образованием ^С2-антител. IgG2-, как и IgM-антитела, обладают только
нейтрализующей и комплементсвязывающей активностью и лишь в слабой степени взаимодействуют с Fcy-рецепторами типов I и II, что существенно ограничивает их защитную активность. К тому же ответ на тимуснезависимые антигены 1-го типа находится на грани поликлональной стимуляции, и эта грань легко преодолевается при повышении концентрации антигенов. Это отрицательно влияет на «целенаправленность» иммунного ответа, который при этом «распыляется» на синтез малых количеств антител разнообразной специфичности и чреват опасностью «прорыва» аутоиммунного процесса.
В определенной степени аналогом тимуснезависимого гуморального иммунного ответа является реакция Т-клеток на суперантигены. При этом проявляется та же поликлональность с продукцией токсических количеств цитокинов, причем последствием действия суперантигенов является массовая гибель Т-клеток, которая отсутствует при поликлональном гуморальном ответе. Кроме того, ответ на суперантигены полностью лишен адаптивной значимости, тогда как тимуснезависимое антителооб- разование имеет пусть ограниченный, но защитный потенциал. Последнее особенно значимо потому, что этот потенциал проявляется раньше, чем окончательно сформируется полноценный адаптивный иммунный ответ (до 4 сут после инфицирования). Последствия действия суперантигенов на Т-клетки и вызываемая ими гиперпродукция цитокинов определяют общую неспецифическую симптоматику инфекционных заболеваний.
Путь к формированию полноценного специфического иммунного ответа оказывается столь долгим отчасти потому, что формирование такого ответа требует перемещения клеток между местом развертывания первичного инфекционного очага и региональным лимфоидным органом. Предпосылкой осуществления этих миграций является формирование адекватных «путей сообщения». Как известно, лимфоциты в процессе рециркуляции способны преодолеть барьер между кровью и тканями лишь в специальных местах — в посткапиллярных венулах лимфатических узлов и групповых лимфатических фолликулов, выстланных высоким эндотелием. В очагах воспаления происходят активация клеток сосудистого эндотелия, экспрессия на них рецепторов интегринов ICAM-1 и VCAM-1, и сосудистая стенка становится проницаемой для активированных лимфоцитов, несущих Pj-интегрин VLA-4, р2-интегрин LFA-1 и молекулу адгезии CD44.
При формировании иммунного ответа в слизистых оболочках выбор направления его развития «решается» преимущественно в пользу Th2-3a- висимого гуморального ответа, чему способствуют участие в презентации антигена тучных клеток и В-лимфоцитов, а также локальное образование ИЛ-4. Из-за преобладающей локализации в lamina propria предшественников IgA-продуцирующих клеток основным классом образующихся антител становятся IgA-антитела. Однако процесс формирования антителообразующих клеток при этом происходит в зародышевых центрах лимфатических узлов и групповых лимфатических фолликулов. Лишь заключительные этапы созревания плазмоцитов осуществляются в lamina propria и подслизистом слое, куда активированные клетки заносятся кро- 394
вью благодаря приобретенной ими способности распознавать маркеры активированного эндотелия.
Молекулы IgA-антител, используя механизм трансцитоза (см. раздел 3.1.1), проходят через эпителиальные клетки слизистых оболочек в их просвет, обогащаясь секреторным компонентом, который защищает их от протеолиза. В результате IgA-антитела способны взаимодействовать с микроорганизмами и паразитами (например, гельминтами) как в стенке слизистой оболочки, так и в просвете кишки. IgA-антитела нейтрализуют и опсонизируют указанные организмы. Блокада гельминтов антителами обусловливает возможность эвакуации этих паразитов из кишечного просвета или дыхательных путей.
Как правило, инфекция недолго бывает локализованной. По мере ее распространения повышается вклад в противоинфекционную защиту IgG-антител, формирующихся в региональных лимфатических узлах и особенно в селезенке. ТН2-зависимые IgGl-антитела являются наиболее совершенным «инструментом» гуморальной защиты, поскольку они наиболее полно проходят фазы созревания аффинитета, обладают высоким сродством к Fc-рецепторам всех типов. Поэтому эти антитела опсонизируют клетки-мишени, активируют К-клетки, армируют макрофаги, активируют комплемент; к тому же это количественно преобладающий тип антител. Аналогичными свойствами обладают Th 1-зависимые IgG3-aHTH- тела.
Благодаря указанным проявлениям активности IgG-антитела участвуют в нейтрализации и удалении свободных патогенов — в основном путем их опсонизации. Они являются важным фактором борьбы и с внутриклеточными патогенами: опсонизируя клетки, эти антитела делают их доступными для антителозависимого клеточного цитолиза и фагоцитоза, а связываясь с макрофагами, «вооружают» их для разрушения инфицированных клеток. Наконец, IgG-антитела являются основным фактором нейтрализации экзотоксинов, которые служат главными патогенетическими агентами при дифтерии, анаэробных и других инфекциях.
Т-лимфоциты, несущие TCR ар-типа, вовлекаются в противоинфекционную защиту при контакте с АПК в организованной лимфоидной ткани, обычно в региональных лимфатических узлах. Здесь создаются оптимальные условия для развития Thl-зависимого клеточного ответа: пептиды представлены на поверхности дендритных клеток с высокой плотностью, они экспрессируют также вспомогательные молекулы CD80 и CD86 (В7) и выделяют ИЛ-12. В результате СВ4+-клетки сначала синтезируют ИЛ-2, затем дифференцируются в Thl-клетки. Синтезированный ИЛ-2 способствует экспансии цитотоксических СВ8+-клеток, которые образуются под влиянием тех же дендритных клеток с участием их молекул МНС I класса и костимулирующих молекул CD80 и 86. По мере активации и изменения набора мембранных молекул адгезии с усилением экспрессии интегринов (см. раздел 3.5.3) цитотоксические Т-лимфоциты покидают лимфатический узел и мигрируют в воспаленные участки слизистой оболочки (например, в легкие при туберкулезе) благодаря наличию там сосудов с активированным эндотелием, экспрессирующим рецепторы интегринов ICAM-1 и VCAM-1.
Иммунологическая память
Рис. 99. Соотношение во времени различных состояний иммунной защиты при инфекции.
Кривая отражает бактериемию. Прямоугольники с надписями «NK» (естественные киллеры), «ЦТЛ» (цитотоксические Т-лимфоциты), «ГЗТ» (гиперчувствительность замедленного типа), «Антитела», «Протективный иммунитет», «Иммунологическая память» соответствуют периодам проявления защитной функции указанных факторов иммунного ответа и состояний иммунитета.
Пока не вполне понятно, каким образом осуществляется выбор преобладающего варианта Thl-зависимой защиты — цитотоксического или макрофагального. ТЫ-клетки локально выделяют свойственный им набор цитокинов, прежде всего интерферон у. Последний способствует дополнительной активации макрофагов, содержащихся в очаге поражения, — их «вооружению» для уничтожения фагоцитированных клеток и цитолиза инфицированных клеток. Дифференцировавшиеся Т-киллеры убивают инфицированные клетки, несущие на своей поверхности вирусные антигены.
События Т-клеточного ответа развиваются значительно медленнее, чем гуморального ответа: эмиграция активированных Т-клеток из лимфатического узла происходит на 8—9-е сутки ответа, когда уже достигается пик выработки IgG-антител (рис. 99). Для реализации эффекторных событий в инфицированном очаге требуется дополнительное время. Если продолжительность развертывания гуморальной реакции измеряется днями, то для клеточного ответа она составляет недели. Сказанное выше относится к ситуации, когда борьба с инфекцией осуществляется успешно и патоген элиминируется из организма.
Отклонения от «классического» варианта иммунного ответа при инфекционных процессах. В некоторых случаях особенности патогенов и их антигенных субстанций обусловливают нарушение нормального течения иммунного процесса, приводящее к длительному персистированию возбудителя или к хронизации процесса.
Следствием устойчивости микобактерий к иммунным реакциям организма является формирование при туберкулезе и проказе гранулемы.
Таблица 79. Вклад продуктов ТЫ- и Th2-клеток в защиту и повреждение при инфекционных и иммунопатологических процессах
Показатель
ТЫ
Th2
Антигены, инду-
Антигены микобактерий, борре-
Антигены Тохосага canis,
цирующие развитие Т-клеточных клонов
лий, стрептокиназа, вирус гриппа, никель
аллергены
Действующие
Иммунное воспаление (ГЗТ), ци-
Реакции гуморального
механизмы
тотоксические клеточные реакции, IgG 2а-антитела
иммунитета, опосредованные IgGl; аллергия, опосредованная IgE
Определяют за-
Внутриклеточные инфекции:
Гельминтозы, бореллиоз,
щиту при инфек-
лейшманиоз, проказа, листериоз,
внеклеточные инфекции:
циях и инвазиях
столбняк, туберкулез, вирусные инфекции (грипп, СПИД), кандидоз
нейссериями, стафилококками, микоплазмами, кишечные, частично вирусные инфекции
Определяют по-
Псориаз, рассеянный склероз,
Аллергические заболева-
вреждение при
ревматоидный и реактивный арт-
ния (включая бронхиаль-
иммунопатологии
риты, сахарный диабет (тип I), отторжение аллотрансплантатов, острая РТПХ
ную астму), синдром Оменна, хроническая
РТПХ
Она представляет собой скопление активированных макрофагов, содержащих неразрушенные и размножающиеся микобактерии. Это скопление окружено активированными Т-клетками. В центральной зоне значительная часть макрофагов погибает; кроме того, некоторые клетки сливаются, образуя симпласт, также вскоре погибающий. Подобный симпласт формируется и при вирусных инфекциях: вирусы и некоторые другие инфекционные агенты обладают свойством вызывать повреждения мембран с последующей их «неправильной» репарацией, в результате чего происходит слияние клеток. При неблагоприятном течении процесса в центре гранулемы нарастает распад клеток и накапливаются творожистые гнойные массы (казеозный распад, формирование каверн при туберкулезе). Развитие гранулемы, как правило, служит показателем неэффективности иммунной защиты.
Довольно обычной является ситуация, когда организм «выбирает» неадекватную тактику иммунного ответа, причиной чего могут быть особенности инфекционного агента или состояния иммунной системы (генетически обусловленного или индуцированного). Например, при инфицировании М. leprae вместо развития ответа по ТЫ-зависимому клеточному типу он развивается по гуморальному Th2-зависимому пути. При этом проказа проявляется в лепроматозной форме, не поддающейся излечению. В случае развертывания иммунной защиты по ТЫ-зависимому пути развивается туберкулоидная форма лепры, имеющая более благоприятный прогноз. Установлено, что при туберкулезе усиленный гумо-
ральный иммунный ответ сопряжен с неблагоприятным течением процесса. В столь же резкой форме, как при проказе, проявляется связь с Thl-зависимыми механизмами успеха в преодолении инфекции при экспериментальных инфекциях — листериозе и лейшманиозе мышей. Известен и противоположный вариант: необходимость развития защиты организма по ТН2-зависимому гуморальному пути при лимской болезни —- бореллиозе. В отсутствие образования антител возбудитель (спирохета) персистирует в соединительной ткани. Однако и после накопления антител эффект проявляется не очень ярко, успешно предотвращается лишь реинфицирование. Гуморальная, а не клеточная защита требуется для отторжения гельминтов.
Механизмы формирования неадекватного иммунного ответа (как и механизмы выбора «правильного» пути) пока неясны, за редкими исключениями. Выше упоминалось о продукции вирусом Эпштейна—Барр фактора BCRF-1 с ИЛ-10-подобной активностью, направляющего ответ по неадекватному для защиты от вирусной инфекции ТН2-пути. Сведения о месте Thl- и ТЬ2-путей и их роли в иммунной защите при инфекционных заболеваниях приведены в табл. 79.
Одним из вариантов отклонений от «правильного» хода элиминации патогена является переход вируса в латентную фазу. Это проявляется в прекращении репликации вируса и формирования новых вирусных частиц. Вирусный антиген перестает экспрессироваться на поверхности клеток, и патоген становится недосягаемым для иммунных факторов. Иммунный процесс затухает до следующей фазы активации вируса. Наиболее известные примеры такого рода — инфекции, вызванные вирусами герпеса, цитомегаловирусом и др.
Персистированию патогена, ремиттирующему течению заболевания способствует вариабельность маркерных антигенов, проявляющаяся в процессе конкретного заболевания. Подобный пример — сонная болезнь, вызванная трипаносомами, — был приведен выше.
Крайними проявлениями приспособления патогенов к условиям реализации иммунного ответа служат инфекционные процессы, при которых пролиферация активированных лимфоцитов является обязательным условием репликации вирусов. Например, вирусный лимфоцитарный хо- риоменингит мышей развивается в результате неонатального инфицирования (к антигенам вируса формируется иммунологическая толерантность) при условии сохранности тимусзависимого звена иммунной системы. Вирус размножается в пролиферирующих Т-клетках. Аналогичная ситуация, осложненная малигнизацией инфицированных Т-лимфоцитов, наблюдается при инфицировании мышей вирусом рака молочной железы. Развитие Т-клеточного иммунного ответа утяжеляет течение шисто- соматоза, завершающееся развитием фиброза печени.
Другой вариант повреждающего действия патогенов, реализуемого через иммунную систему хозяина, связан с перекрестной реактивностью антигенов микро- и макроорганизма. Широко известный пример такого рода — развитие аутоиммунного процесса, иногда индуцируемого стрептококковой инфекцией, основной формой проявления которого является ревматизм (рис. 100). При этом появляются антитела, направленные про-
Инфекция
Рис. 100. Связь защитной гуморальной реакции с индукцией иммунопатологии и иммунодефицита.
Антитела к N-ацетилглюкозамину ф-D-N-GluAc) стрептококков группы А одновременно способны специфически взаимодействовать с эпитопом цитокератина. Это обусловливает повреждение эпителиальных клеток. В случае поражения эпителия тимуса развивается иммунодефицит. Пунктирные стрелки — процессы, происходящие при первичном контакте со стрептококком, сплошные стрелки — последствия накопления антител. ТЭК — тимусные эпителиальные клетки.
тив p-D-N-ацетилглюкозамина — эпитопа, общего для стрептококков типа А и клеток человека. Антитела реагируют с рядом тканей хозяина, которые экспрессируют перекрестно реагирующий полисахарид, — сердечной мышцей, клапанами сердца, синовиальной оболочкой суставов и в то же время с эпителиальными клетками, в том числе локализующимися в тимусе. Последнее обусловлено тем, что эти антитела одновременно специфичны к компоненту цитоскелета — кератину эпителиальных клеток. Взаимодействие этих антител с эпителиальными клетками тимуса может привести к развитию тимита и усугубить поражение иммунной системы, способствуя инволюции тимуса.
Известны и другие примеры аутоиммунных осложнений инфекционных процессов, связанных с перекрестной реактивностью антител к молекулам патогенов. Так, при инфицировании Treponema pallidum появляются антитела к кардиолипину, патогенетически значимые для формирования волчаночного синдрома. Формирование иммунной реакции Т- клеток на белковый антиген Treponema cruzis служит основой для формирования поздней нервной симптоматики при синдроме Чагаса вследствие наличия перекрестной реакции с белками центральной нервной системы.
Протективный иммунитет к инфекциям
Слово «иммунитет», давшее название науке иммунологии, означает не иммунные процессы, противостоящие инфекционным агентам, а состояние устойчивости к их действию, не допускающее развитие инфекции. Известны две разновидности иммунитета к патогенам — естественный и приобретенный. Первый основан на биохимических особенностях инфек-
ционного агента и хозяина, делающих невозможным активное существование патогенов в организме хозяина, на отсутствии у инфекционных агентов соответствующих рецепторных структур, на устойчивости организма хозяина к действию факторов патогенности микробов и на других обстоятельствах, находящихся вне области изучения иммунологии (и, как правило, пока непонятных).
Приобретенный иммунитет — это результат иммунного ответа. Его слагаемыми являются:
появление в организме в результате предыдущего контакта с патогеном факторов, предотвращающих последующее инфицирование;
ускоренное формирование таких факторов.
То и другое предполагают предварительную встречу с инфекционным агентом и иммунный ответ на него. Первому условию соответствуют про- тективный иммунитет — «остаточные явления» иммунного ответа, не позволяющие произойти повторному заражению в пределах одной эпидемии. Второе условие реализуется в форме иммунологической памяти, которая развивается в процессе иммунного ответа и сохраняется более или менее длительно, предохраняя организм от последующих заражений тем же возбудителем (см. рис. 99). Длительность состояния протективного иммунитета после инфекции обычно составляет 1—2 мес. Что касается иммунитета, обусловленного иммунологической памятью, то в классическом варианте — после перенесенных детских инфекций — формируется пожизненный иммунитет. Его стабильность следует связать не столько с чрезвычайной продолжительностью жизни клеток памяти (она должна быть одинаково большой для клеток памяти любой специфичности, между тем продолжительность иммунологической памяти в действительности различна), сколько с персистированием в лимфоидных фолликулах антигена, поддерживающего жизнеспособность клеток памяти.
Таким образом, основой иммунитета в сроки, отдаленные от первой перенесенной инфекции, являются иммунологическая память и готовность к вторичному иммунному ответу, т.е. к быстрой мобилизации факторов специфической иммунной защиты. Смысл состояния иммунитета состоит в том, что срок, необходимый для развертывания вторичного иммунного ответа и формирования защитных механизмов, оказывается меньше, чем время, требуемое микроорганизму для распространения и оказания патогенного действия.
Отнюдь не любые проявления иммунного ответа и формируемые в его ходе эффекторные механизмы выполняют защитную функцию. Их протективная роль определяется как специфичностью и действенностью, так и особенностями патогена и его локализацией (табл. 80).
Антитела обладают защитным действием при выполнении ряда условий.
Во-первых, они должны быть направлены против протективного антигена. Таковыми являются антигены, ответственные за взаимодействие с клетками организма (рецепторы) и проявление патогенного действия (токсины и др.). При этом существенно, чтобы антитела распознавали эпитоп, связывание которого прямо или косвенно нарушало бы
Таблица 80. Ведущие специфические протективные механизмы при различных инфекциях
Возбудители
Локализация
Факторы гуморальной защиты
Факторы клеточной защиты
Вирусы
Стафилококки, стрептококки
Сальмонеллы, ко- ринебактерии, клостридии, нейс- серии, трепонемы
Риккетсии, микобактерии, хламидии
Грибы, плазмодии, токсоплазмы
Шистосомы, лейшмании
Преимущественно внутриклеточная (в цитоплазме)
Внеклеточная
Преимущественно внеклеточная
Внутриклеточная (в цитоплазме и везикулах)
Внеклеточная, реже внутриклеточная
Внутри кд сточная, реже внеклеточная
IgG-антитела (при гриппе также IgA- антитела)
IgM- и IgG-антитела
IgG-антитела
IgG-антитела
Цитотоксические СВ8+-Т-клетки
Воспалительные
CD4+- и цитотоксические СВ8+-клет- ки, активированные макрофаги
Воспалительные
СВ4+-клетки, активированные макрофаги
Воспалительные
СВ4+-Т-клетки, активированные макрофаги
указанные функции антигенной молекулы. Только при этом достигается нейтрализация эффекта возбудителя или его продукта.
Во-вторых, антитела должны принадлежать тому изотипу, который обеспечивает реализацию дополнительных эффекторных механизмов. Дело в том, что нейтрализованные молекулы и клетки должны быть ликвидированы; кроме того, связывание антител с клетками часто не оказывает на них существенного влияния. В этом случае защитный эффект зависит от мобилизации дополнительных факторов, которые распознают не патоген, а связанные с ним антитела (см. раздел 4.1.5). К таким факторам относятся компоненты комплемента, фагоцитирующие клетки, естественные киллеры. Комплементсвязывающими являются в наибольшей степени IgM-, IgGl- и ^СЗ-антитела; с Fc-рецепторами макрофагов и NК-клеток активнее всего взаимодействуют антитела изотипов IgGl и IgG3. Однако противостоять протеолитическим ферментам кишечника и эффективно осуществлять в нем иммобилизацию паразитов или микроорганизмов могут только секреторные IgA.
Наконец, защитное действие антител проявляется в отношении тех патогенов или их продуктов, которые могут быть для них доступны. В пер-
Рис. 101. Роль опсонизации и комплемента в удалении из кровотока бактерий (из учебника А.Ройта, 1991).Рис. 101. Роль опсонизации и комплемента в удалении из кровотока бактерий (из учебника А.Ройта, 1991).
Рис. 101. Роль опсонизации и комплемента в удалении из кровотока бактерий (из учебника А.Ройта, 1991).
Рис. 101. Роль опсонизации и комплемента в удалении из кровотока бактерий (из учебника А.Ройта, 1991).
вую очередь к ним относятся внеклеточные возбудители, доступные для прямого действия антител, и те внутриклеточные микроорганизмы, антигены которых могут присутствовать на поверхности клеток и связывать опсонизирующие антитела (стафилококки, стрептококки, возбудители дифтерии, столбняка, сальмонеллы, патогенные грибы, простейшие, паразиты и др.). С помощью антител осуществляется нейтрализация токсинов, причем присутствие одних антитоксических антител при дифтерии оказывает значительный защитный эффект. Наконец, протективная роль антител проявляется в отношении типичных внутриклеточных патогенов — вирусов, поскольку инфицированию клеток предшествует фаза
внеклеточного существования вируса, «уязвимая» для антител.
В конечном итоге антитела и особенно их сочетание с комплементом ускоряют элиминацию патогенов из организма в основном за счет опсонизирующего действия. Это продемонстрировано в опытах с введением в организм животных микроорганизмов, не инкубированных с антителами, а также нагруженных одними антителами и антителами в сочетании с комплементом (рис. 101).
Клеточные иммунные механизмы, способные обеспечить устойчивость к развитию инфекции, относятся к двум типам. Один из них представлен цитотоксическими Т-лимфоцитами, активность которых проявляется преимущественно в отношении клеток, инфицированных вирусами, которых они убивают. Другой механизм связан с макрофагами, активируемыми ТЫ-зависимыми цитокинами, прежде всего с интерфероном у и ФНОа. Этот механизм обеспечивает защиту от микобактерий, лейш- маний, листерий, риккетсий, шистосом.
Характер специфической защиты, мобилизуемой в иммунном организме, в определенной степени определяется (как и при первичном иммунном ответе) возбудителем и особенностями его проникновения в организм. Однако, по-видимому, преобладающее направление развития вторичного иммунного ответа уже закодировано в иммунологической памяти, точнее, в субпопуляционной принадлежности Т-клеток памяти. Поэтому можно предположить, что соотношение того или иного типа Т-клеток в процессе первичного иммунного ответа должно отразиться на преобладающей направленности вторичного ответа. С этой точки зрения наиболее важно относительное содержание среди Т-клеток памяти кле-
ток с детерминированными потенциями к дифференцировке в направлении хелперов типов Thl и Th2.
Как известно, отнюдь не ко всем инфекционным агентам формируется состояние иммунитета. Можно назвать три основные причины этого.
Большая изменчивость протективных антигенов патогена, приводящая к тому, что при повторной инфекции в организм внедряется «не тот» микроорганизм и клетки памяти не узнают его. Это имеет место при некоторых вирусных инфекциях, например гриппозной (см. выше).
Отсутствие формирования иммунологической памяти при первом инфицировании. Это происходит в случаях, когда протективный антиген является тимуснезависимым, например при ряде кишечных инфекций, инфицировании пневмококками и т.д.
Чрезвычайная агрессивность патогена, успевающего «наработать» факторы поражения раньше, чем проявятся факторы вторичного иммунного ответа. Такой вариант наблюдается при особо опасных инфекциях, например чуме.
Хотя до недавнего времени считалось обычным и почти нормальным приобретение «иммунологического опыта» в результате детских инфекций, это нельзя считать приемлемым. Тем более нельзя допускать такого пути естественной иммунизации в отношении столь тяжелых и инвали- дизирующих заболеваний, как полиомиелит, дифтерия, брюшной тиф и тем более смертельных инфекционных заболеваний, включая бешенство и особо опасные инфекции. В связи с этим основным направлением прикладной иммунологической деятельности всегда были создание и совершенствование вакцин против инфекционных заболеваний.
Вакцинация против инфекций
Именно с вакцинацией связано возникновение иммунологии как науки. В XVII в. Э.Дженнер успешно привил коровью оспу ребенку, предотвратив последующее заражение настоящей оспой. В 1880 г. Л.Пастер привил курам культуру бацилл сибирской язвы, хранившуюся в неблагоприятных условиях. Куры не заболели, но приобрели устойчивость к последующему заражению микроорганизмами из свежей культуры.
С тех пор вакцинация превратилась в обязательное (узаконенное) мероприятие по предотвращению заболеваемости рядом наиболее опасных и распространенных инфекций. Широко известно снижение заболеваемости дифтерией, полиомиелитом и корью, по времени совпадающее с широким внедрением вакцинирования против соответствующих инфекций (соответственно в 40-е, 50-е и 60-е годы нашего столетия) (рис. 102). С применением вакцинации против оспы однозначно связывают полную ликвидацию этой опасной инфекции. В то же время до сих пор существуют инфекции, для предупреждения которых вакцин пока не создано. К ним относятся СПИД, заболевания, вызываемые вирусами
Рис. 102. Снижение заболеваемости дифтерией и полиомиелитом как результат массовой вакцинации [по Dick G., 1978].
Эпштейна—Барр, простого герпеса, цитомегаловирусом, хламидиями, трипаносомами, шистосомами, плазмодиями, а также проказа, сифилис, гонорея.
Существует ряд требований, которым должны соответствовать современные вакцины:
защитный эффект — вакцина должна предотвращать развитие заболевания после заражения, эффект должен сохраняться в течение нескольких лет;
безвредность — вакцина сама по себе не должна вызывать серьезного заболевания и побочных эффектов;
дешевизна;
стабильность;
простота использования.
До последнего времени наиболее распространенными было два типа вакцин — живые аттенуированные (ослабленные) и убитые. Примененный Л.Пастером принцип «ослабления» возбудителя позже был многократно использован для получения разнообразных вакцин. При этом применяли различные способы: пассирование через организм животных других видов (оспенная вакцина), культивирование при повышенной температуре и в присутствии желчи (так был получен вакцинный штамм
БЦЖ) и т.д. Основой аттенуации являются мутации микроорганизмов при пребывании в неблагоприятных условиях. Такие мутации обеспечивают приспособление к новым условиям и утрату способности полноценно размножаться и функционировать при возвращении в нормальные условия культивирования и в организм человека. Эти вакцины, как правило, эффективны, однако всегда существует опасность возникновения обратных мутаций с возвращением вирулентности. Поэтому за ними должен осуществляться постоянный и строгий контроль.
Другой распространенный вид вакцин, убитые вакцины, был введен в практику иммунопрофилактики Пфейффером и Колле в конце прошлого века. Убитые вакцины используют для профилактики сальмонеллезов, брюшного тифа и ряда инфекций, защита против которых основана на образовании антител. Способы убийства микроорганизмов должны быть таковы, чтобы сохранялись протективные антигены. Убитые вакцины безвредны, но безусловно менее эффективны, чем живые. Это связано с отсутствием размножения микроорганизмов и ограниченным набором интактных антигенов, сохраняющих возможность индуцировать образование антител с ограниченным спектром специфичности. При использовании убитых вакцин затрудняется индукция цитотоксического ответа, поскольку антигены убитых клеток, как правило, неэффективно презентируются АПК.
При формировании вакцинных препаратов нередко комбинируют вакцины против нескольких возбудителей, причем некоторые из них могут выполнять роль адъювантов. Такова, например, вакцина Солка, состоящая из вакцин против брюшного тифа, паратифов А и В, холеры и полиомиелита.
Принцип химической инактивации используют и для получения вакцинирующих препаратов на основе токсинов. Токсины, лишенные токсичности, но сохраняющие иммуногенность, называют анатоксинами.
1 Широко распространена иммунизация дифтерийным, столбнячным и другими анатоксинами.
В последние десятилетия наметились коренные изменения в способах приготовления вакцин (табл. 81). Наиболее перспективным является направление, основанное на генетическом конструировании вакцин. Этот подход позволяет исключить из генома бактерий гены, обусловливающие вирулентность, но сохранить гены, детерминирующие протективные антигены (рис. 103). Даже точное определение протективной эффективности и способности индуцировать гуморальный или клеточный механизмы защиты стало возможным только после клонирования генов и создания рекомбинантных клеток, несущих испытуемый микробный (вирусный) антиген только одного типа. Наиболее удобным для использования в качестве вектора, наполняемого различным генетическим содержимым, явился вирус осповакцины, сам по себе способствующий формированию гуморальной и клеточной форм иммунного ответа.
Другой способ прицельной иммунизации против конкретного про- Тективного антигена основан на использовании в качестве иммуногенов синтетических пептидов, соответствующих его иммунодоминантным участкам. Обычно такие пептиды неиммуногенны, и их нужно конъюги-
Таблица 81. Типы вакцин
Тип
Суть метода
Особенности
1
Примеры
вакцинации
Традицион
ныевакцины
Убитые
Используются микро-
Безопасны, но не
Вакцины против
организмы, убитые
всегда эффективны
тифа, холеры,
тем или иным спосо-
полиомиелита
бом (формалином и
(Солка)
т.д.)
Ослабленные
Вирулентность мик-
Более эффективны,
Осповакцина,
(аттенуирован-
роорганизмов снижа-
но сохраняют опас-
БЦЖ, вакцины
ные)
ется культивировани-
ность реверсии виру-
против полно-
ем в неадекватных ус-
лентности
миелита (Сэби-
ловиях или пассиро-
на), кори, крас-
ванием через орга-
нухи
низм необычного хо-
зяина
Вакцины 1
1 о в о г о типа
С направлен-
Путем генных мани-
Метод позволяет уда-
Вакцины против
ной аттенуа-
пуляций удаляется
лить «вредный» ген
гриппа
цией
ген вирулентности с
быстро и надежно, в
сохранением гена
контролируемых ус-
протективного анти-
ловиях
гена
С экспрессией
Конструкции, содер-
Метод обеспечивает
Вакцины против
протективного
жащие ген протектив-
контролируемость си-
гриппа, везику-
антигена в по-
ного антигена, вво-
туации (известен
лярного стомати-
сторонних но-
дятся в клетки без-
набор трансфецируе-
та, простого гер-
сителях
опасных бактерий,
мых генов и свойства
леса
дрожжей, животных
организма-носителя)
Синтетические
Синтетический эпи-
Контролируемость
Вакцины против
топ конъюгируется с
условий, безвредность
сальмонеллезов,
иммуногенным носи-
йерсиниозов, ви-
телем или адъюван-
русов ящура,
том
гриппа
Идиотипичес-
Вместо антигена ис-
Метод безопасен; его
Вакцины против
кие
пользуют антиидио-
эффективность зави-
гепатита В и др.
типические антитела,
сит от совпадения
воспроизводящие его
конфигурации эпито-
конфигурацию
пов протективного
антигена и антител
ДНК-вакцины
В мышцы вводят
Метод безопасен. Ин-
Апробирована в
плазмиду, содержа-
дуцируется образова-
отношении ге-
щую ген протектив-
ние антител и цито-
маггл юти нина
ного антигена, кото-
токсических Т-клеток
вируса гриппа
рый затем экспресси-
руется миоцитами
Рис. 103. Генетическое конструирование безопасной вакцины к вирусу [по Janeway C.W., Travers Р., 1994].
Геном вируса «расчленяют» на индивидуальные гены. Выделяют ген, определяющий вирулентность. Реконструируют геном с исключением гена вирулентности или с введением мутантного гена, утратившего способность обусловливать вирулентность вируса.
ровать с белками-носителями. Однако даже при использовании этого подхода проблема низкой иммуногенности таких химических конструкций остается серьезным препятствием для эффективного применения Данного подхода. Поэтому значительные усилия направляются на повышение иммуностимуляции с помощью адъювантов — субстанций, ис-
пользуемых для усиления иммунного ответа (см. раздел 5.5.2). В качестве таковых применяют сорбцию на алюминиевых квасцах, добавление бактериальных продуктов типа мурамилдипептида. Из более современных вариантов можно назвать конструирование белковых молекул, встроенных в клеточные мембраны, подачу иммуногена в составе липосом или везикул, образованных детергентом ISCOM. Такой подход позволяет избирательно направлять иммунный ответ в сторону антителообразования или формирования различных типов клеточного ответа. Наибольшее число конструкций такого рода испытано с использованием пептидных фрагментов вирусных белков.
В 70-е годы Р.В.Петров и Р.М.Хаитов разработали принцип создания полностью синтетических вакцин на основе пептидов, конъюгированных с полиэлектролитным носителем. Апробировано несколько вариантов таких носителей, среди которых наиболее эффективным оказался поли- оксидоний — сополимер (N-окси)-! ,4-этиленпиридина и (N-карбокси)- 1,4-этиленпиперазин бромида. Он используется также самостоятельно в качестве иммуноадъюванта. На основе этого принципа созданы и успешно апробированы вакцины против сальмонеллеза и гриппа.
Еще одним подходом к созданию безвредных вакцинных препаратов стали идиотипические вакцины. С помощью технологии моноклональных антител сначала получают обычные антитела к протективному эпитопу, а затем — моноклональные антитела к идиотопу этих антител. В случае, если они проявляют свойства «внутреннего образа», т.е. блокируют взаимодействие антигена с антителом и способны вызвать образование антител, специфичных к эпитопу, эти антитела могут использоваться для индукции протективного иммунитета. Этот путь достаточно труден и громоздок. Он имеет безусловные преимущества в тех случаях, когда отсутствует возможность применения антигена—оригинала для иммунизации (например, из-за его высокой токсичности). Примером успешного применения идиотипической вакцины может служить вакцина, специфичная к эпитопу «а» поверхностного антигена вируса гепатита В (HBsAg).
Основные принципы получения вакцин представлены в табл. 81.
Противоопухолевый иммунитет
Концептуальные аспекты
Давняя уверенность в существовании иммунной защиты против злокачественного опухолевого роста первоначально основывалась на представлениях об опухолях как о чужеродном для организма новообразовании, источнике биологической агрессии изнутри. Эти представления подкреплялись данными о роли генетических изменений и вирусов в возникновении опухолей. В пользу существования иммунных механизмов защиты свидетельствовали данные о повышении частоты развития опухолей при наследственных иммунодефицитах и иммуносупрессии, индуцированной облучением или введением химиопрепаратов (табл. 82). Об этом свидетельствовали и экспериментальные данные о возможности индукции
Таблица 82. Развитие опухолей на фоне иммуносупрессии
Причина иммуносупрессии
Злокачественные опухали, частота развития которых повышается
Введение азатиоприна, кортикостероидов
Введение циклоспорина А
Ревматоидный артрит
Малярия
СПИД
Первичные иммунодефициты*
Неходжкинские лимфомы, рак печени, саркома Капоши, рак шейки матки
Лимфомы, рак кожи, саркома Капоши
Неходжкинские лимфомы
Лимфома Беркитта
Неходжкинские лимфомы, саркома Капоши
Лимфоретикулярные опухоли
* Синдром ди Джорджи, синдром Вискотта—Олдрича, атаксия-телеангиэктазия, тяжелый комбинированный иммунодефицит, синдром Чедиака—Хигаси.
адаптивного иммунитета к трансплантатам сингенных опухолей путем предварительного введения убитых или малых доз живых опухолевых клеток. Некоторые сведения, как будто противоречившие этим представлениям (усиление роста трансплантатов экспериментальных опухолей под влиянием антител, снижение частоты развития вирусного рака молочной железы у тимэктомированных мышей и т.д.), рано или поздно получали адекватное объяснение, не исключавшее идею о существовании противоопухолевого иммунитета.
Расчеты частоты соматических мутаций в организме многоклеточных животных показывают, что у человека за сутки возникает около миллиона мутантных клеток, значительная часть которых может подвергнуться опухолевой трансформации. Причину несопоставимо более низкой частоты реализации этой опасности многие исследователи видят в существовании иммунного надзора, осуществляемого в основном клеточными факторами иммунной системы. Концепция иммунного надзора была сформулирована Ф.М.Бернетом в 70-е годы.
Суть концепции Ф.М.Бернета заключается в представлении о том, что иммунная система, особенно ее Т-клеточное звено, осуществляет контроль за соматическими клетками, результатом чего является элиминация любых клеток, несущих чужеродную генетическую информацию. Прежде всего объектом такой элиминации должны становиться трансформированные клетки, которые экспрессируют продукты измененных (мутировавших) или чужеродных (вирусных) генов. При этом предотвращается потенциальная опасность развития огромного числа опухолей, и лишь немногие клетки, тем или иным путем маскирующие проявления своей чужеродности и обходящие этот контроль, дают начало тем опухолям, которые регистрируются клинически. Поэтому в соответствии с рассматриваемой концепцией на обычный вопрос «Если существует иммунный надзор, почему же развиваются злокачественные опухоли» должен следовать ответ «Реализуется ничтожно малая доля тех опухолей, которые появились бы в отсутствие иммунного надзора».
В настоящее время сам факт реакции иммунной системы на рост опухолей не вызывает сомнений, хотя в этой области иммунологии слишком многое основывается на предположениях и является лишь более или менее привлекательными теоретическими построениями. Это в полной мере относится к проблеме реакции иммунной системы на зарождение опухолевых клеток и в значительно меньшей степени к представлениям об иммунном ответе на растущую опухоль, в большей степени основывающихся на конкретных фактах.
Антигены, ассоциированные с опухолями
Наиболее ранние свидетельства иммуногенности злокачественных опухолей в отношении сингенных реципиентов (т.е. животных той же генетически чистой линии, у которой была получена опухоль) были получены в 40-х годах. Однако долгое время было трудно привести строгие доказательства существования опухолеспецифических антигенов из-за «слабости» этих антигенов, а также методических ограничений. Первые доказательства существования антигена, связанного с опухолью, подкрепленные его выделением и характеристикой, были получены в начале 60-х годов Г.И.Абелевым на мышах и затем Ю.С.Татариновым на человеке.
Эти авторы установили, что в сыворотке крови носителей первичного рака печени появляется а-фетопротеин — эмбриональный эквивалент сывороточного альбумина. Определение а-фетопротеина стало диагностическим тестом, обладающим высокой информативностью при этой форме рака. Позже были описаны и другие маркерные онкоантигены, среди которых особенно известны ракоэмбриональный антиген, накапливающийся в сыворотке крови больных раком толстой кишки и некоторых других локализаций, а также хорионический гонадотропин (гормон, в норме продуцируемый в плаценте), выработка которого наблюдается при хориокарциноме, семиноме и ряде опухолей, происходящих из эмбриональных тканей. Подавляющее большинство этих антигенов секретируется опухолевыми клетками и представляет собой результат экспрессии генов, которые в норме «работают» в эмбриональном периоде.
Как ни ценны эти антигены в качестве маркеров злокачественного роста, не они, а мембранные антигены опухолевых клеток представляют главный интерес в аспекте иммунологии опухолевого роста. Такие антигены, обозначенные как опухолеспецифические трансплантационные антигены (TSTA — от англ. Tumour-specific transplantation antigen), были обнаружены и охарактеризованы, а недавно были клонированы гены для многих из этих антигенов. Отнюдь не все опухоли содержат маркерные антигены. Наиболее полно изучены антигены клеток меланомы человека. Эту группу опухолевых антигенов мы и рассмотрим в качестве примера (табл. 83).
Антигены, ассоциированные с меланомой, разделяют на 3 группы:
тканеспецифические антигены;
опухолевые нетканеспецифические антигены;
уникальные антигены.
Таблица 83. Антигены, ассоциированные с меланомой
Группа
Название антигена
Число аминокислотных остатков
HLA-pe- стрик- ция
Дополнительные сведения
Свойственные меланоцитам (ткане-, но
MARTl/Melan А
118
А2
Нормальный дифферен- цировочный антиген
не опухолеспецифические)
НМВ-45/50 (gp 100)
661
А2
То же
TRP-I (gp75)
527
А31
То же
Тирозиназа
529
А24
Продукт измененной рамки считывания
р 15
128
А24
Участвует в посттранскрипционном контроле
Свойственные опу-
MAGE1
309
А1
Экспрессируются в
холевым клеткам
MAGE3
Около 300
А1
нормальных семенни-
(опухоле-, но не тканеспецифические)
MAGE2, 4, 6, 12
BAGE
GAGE
Около 300
ках и опухолях различной локализации
Уникальные
Р-катенин
781
А24
Продукт мутации (замещение одного основания)
Уникальные антигены представлены продуктами мутантных генов; хорошо охарактеризован только один антиген этой группы. Нормальный Р-катенин, прототип мутантного белка, содержится в цитоплазме пигментных клеток и служит лигандом молекулы адгезии эпителиальных клеток Е-кадхерина. Группа опухолевых белков MAGE кодируется сцепленными генами, локализующимися на хромосоме X. Они маркируют клетки меланомы примерно в 50 % случаев и несколько реже обнаруживаются при некоторых эпителиомах и саркомах. Тканеспецифические антигены — мембранные белки, в норме определяемые в меланоцитах и клетках сетчатки; они присутствуют на клетках большинства меланом.
Все эти антигены индуцируют дифференцировку цитотоксических Т- клеток. Все они распознаются в составе молекул МНС I класса, чаще всего HLA-A2. С помощью клонов таких клеток удалось индивидуализировать и охарактеризовать эти антигены. В настоящее время клонированы специфичные к этим антигенам Т-клетки, выделенные из лимфоцитарных инфильтратов опухолей (TIL — от англ. Tumour-infiltrating lymphocytes). Разрабатываются подходы к использованию таких клонов для иммунотерапии меланомы.
Из других опухолеассоциированных антигенов упомянем муцины. Описано 7 представителей этой группы (MUC1, MUC2 и т.д.). Их гены образуют кластер в хромосоме 11. Белковая часть молекулы муцинов содержит повторяющиеся короткие домены, связывающие О-гликозильные группы; эти домены разделены участками, богатыми цистеином. Муцины особенно характерны для карцином кишечника. Они содержатся также в
Рис. 104. Ограничения в реализации цитотоксической активности лимфоцитов.
I. Клетка-мишень экспрессирует молекулы МНС I класса, презентирующие пептид опухолевого антигена, и инвариантные молекулы МНС. Клетка доступна для цитолитического действия Т-, но не NK-клеток (ответ последних супрессирован вследствие распознавания сингенных молекул МНС). II. Клетка-мишень не экспрессирует молекулу МНС I класса, но экспрессирует инвариантные молекулы МНС. Клетка устойчива к действию как Т-, так и NK-клеток. III. Клетка-мишень утратила все молекулы МНС. Она доступна для цитолитического действия NK-клеток (в связи со снятием запрета, обусловленного распознаванием сингенных молекул МНС).
нормальных эпителиальных клетках и участвуют в распознавании молекул адгезии. Полагают, что муцины опухолевых клеток имеют значение в процессе метастазирования. У мышей развивается сильный Т-клеточный ответ на муцины, опосредованный цитотоксическими СП8+-лимфоцита- ми. У человека наряду с СВ8+-клеточным ответом сильно выражен гуморальный ответ на муцин. Антитела к MUC1, меченные радионуклидом, с успехом использовали для лечения рака.
Механизмы избегания опухолями иммунного надзора
Логичен вопрос: если опухолевые клетки несут антигены, способные активировать цитотоксические Т-лимфоциты и вызвать образование антител, почему они не разрушаются факторами иммунной системы и не
отторгаются. Накоплен огромный материал, посвященный анализу причин несостоятельности иммунной системы в отношении успешно развивающихся опухолей. Оказалось, что опухолевые клетки располагают множественными механизмами защиты от иммунных факторов. Рассмотрим наиболее твердо установленные и важные из них.
Основная группа защитных приспособлений связана с затруднением распознавания опухолевых антигенов.
Опухолевые клетки слабо экспрессируют или не экспрессируют совсем молекулы МНС I класса, необходимые для распознавания антигенных пептидов цитотоксическими СО8+-Т-клетками. Однако утрата мембранных молекул I класса делает опухолевые клетки чувствительными к атаке NK-клеток. Оптимальным для опухолевых клеток является промежуточное «решение»: утрата молекул МНС I класса только некоторых типов (например, HLA-A, наиболее часто используемых для презентации опухолевого антигенного пептида) при сохранности других типов этих молекул (в том числе неполиморфных, практически не презентирующих антиген, но защищающих опухолевые клетки от естественных киллеров) (рис. 104). Например, утрата только одного типа молекул I класса описана при раке толстой кишки.
Опухоли не экспрессируют молекулы CD80 и CD86 (В7-1 и В7-2), распознаваемые корецептором CD28. Без сигнала, поступающего с коре- цептора, вместо активации развивается анергия Т-клетки (см. раздел 3.4.1). Этот механизм описан недавно, но, возможно, именно он является главным способом самозащиты опухолевых клеток. Об этом свидетельствует успешность применения трансфекции гена В7-1 в опухолевые клетки для лечения экспериментальных опухолей мышей. Подсадка таких клеток приводит к развитию цитотоксического ответа против опухолевого антигена. В результате разрушаются не только трансгенные клетки, но и клетки той же опухоли, лишенные молекулы В7-1 (рис. 105).
В случае, если опухолевый антиген индуцирует образование антител, последние не только не повреждают опухолевые клетки, а защищают их от действия иммунных Т-лимфоцитов. Этот феномен был описан еще в 50-е годы и назван феноменом усиления (enhancing) опухолевого роста. Данное наблюдение способствовало пониманию ведущей роли клеточных механизмов противоопухолевой защиты. Тем не менее причины неэффективности антител не вполне ясны. Неспособность антител обусловить комплементзависимый цитолиз понятна: на соматических клетках (в том числе опухолевых) экспрессируются факторы контроля комплемента, препятствующие реализации цитолиза (см. раздел 2.3.1). Непонятно, почему антитела, в частности относящиеся к изотипам IgGl и IgG3, не опсонизируют клетки-мишени, способствуя их фагоцитозу или кил- лингу NK-клетками. Причину же защитного действия антител, как и прежде, связывают с защитой клеток от действия киллеров.
Отчасти на вопросы, поставленные выше, дает ответ наблюдение феномена модуляции мембранных антигенов опухолевых клеток, впервые описанное для TL-антигена лимфомы мышей. Суть феномена состоит в том, что связывание антител с мембранным антигеном приводит к погружению образующегося комплекса внутрь клетки. При этом ресин-
Рост опухолиРост опухолиОтторжениеОтторжениеОтторжениеОтторжениеРис. 105. Роль костимулирующих молекул в индукции противоопухолевой Т-кле- точной защиты.I. При отсутствии экспрессии на опухолевых клетках (Оп.кл.) костимулирующих молекул при распознавании опухолевых антигенов СП8+-Т-клеткой не индуцируются их активация и дифференцировка в цитотоксические Т-лимфоциты. II. Трансфекция гена костимулирующей молекулы (СВ80 или 86), приводит к ее экспрессии на поверхности опухолевой клетки, что обеспечивает индукцию цитотоксического Т-клеточного ответа и разрушение опухолевых клеток. III. Сформированные цитотоксические Т-лимфоциты, распознавая опухолевые клетки- мишени, не нуждаются в костимуляции. Поэтому они эффективно разрушают не только CD80+, но и CDSO-опухолевые клетки.Рис. 105. Роль костимулирующих молекул в индукции противоопухолевой Т-кле- точной защиты.I. При отсутствии экспрессии на опухолевых клетках (Оп.кл.) костимулирующих молекул при распознавании опухолевых антигенов СП8+-Т-клеткой не индуцируются их активация и дифференцировка в цитотоксические Т-лимфоциты. II. Трансфекция гена костимулирующей молекулы (СВ80 или 86), приводит к ее экспрессии на поверхности опухолевой клетки, что обеспечивает индукцию цитотоксического Т-клеточного ответа и разрушение опухолевых клеток. III. Сформированные цитотоксические Т-лимфоциты, распознавая опухолевые клетки- мишени, не нуждаются в костимуляции. Поэтому они эффективно разрушают не только CD80+, но и CDSO-опухолевые клетки.
Рост опухоли
Рост опухоли
Отторжение
Отторжение
Отторжение
Отторжение
Рис. 105. Роль костимулирующих молекул в индукции противоопухолевой Т-кле- точной защиты.
I. При отсутствии экспрессии на опухолевых клетках (Оп.кл.) костимулирующих молекул при распознавании опухолевых антигенов СП8+-Т-клеткой не индуцируются их активация и дифференцировка в цитотоксические Т-лимфоциты. II. Трансфекция гена костимулирующей молекулы (СВ80 или 86), приводит к ее экспрессии на поверхности опухолевой клетки, что обеспечивает индукцию цитотоксического Т-клеточного ответа и разрушение опухолевых клеток. III. Сформированные цитотоксические Т-лимфоциты, распознавая опухолевые клетки- мишени, не нуждаются в костимуляции. Поэтому они эффективно разрушают не только CD80+, но и CDSO-опухолевые клетки.
Рис. 105. Роль костимулирующих молекул в индукции противоопухолевой Т-кле- точной защиты.
I. При отсутствии экспрессии на опухолевых клетках (Оп.кл.) костимулирующих молекул при распознавании опухолевых антигенов СП8+-Т-клеткой не индуцируются их активация и дифференцировка в цитотоксические Т-лимфоциты. II. Трансфекция гена костимулирующей молекулы (СВ80 или 86), приводит к ее экспрессии на поверхности опухолевой клетки, что обеспечивает индукцию цитотоксического Т-клеточного ответа и разрушение опухолевых клеток. III. Сформированные цитотоксические Т-лимфоциты, распознавая опухолевые клетки- мишени, не нуждаются в костимуляции. Поэтому они эффективно разрушают не только CD80+, но и CDSO-опухолевые клетки.
тез мембранного антигена не происходит, пока в среде, окружающей клетку, присутствуют антитела.
Опухолевые клетки выделяют растворимые формы мембранных антигенов путем смывания с мембраны или синтеза секреторного варианта антигена. Растворимый антиген «перехватывает» специфические эффекторные факторы — связывает антитела, возможно, блокирует цитотоксические клетки.
Гены опухолевых антигенов мутируют, и в условиях появления специфических факторов (антител, цитотоксических клеток) отбираются варианты, несущие мутантные антигены, с которыми эти факторы не реагируют.
Помимо механизмов «ускользания», связанных с маскировкой антигена и дефицитом сопутствующих молекул, существуют механизмы защиты опухолевых клеток, основанные на индукции иммуносупрессии.
Опухолевые клетки выделяют цитокины, многие из которых подавляют иммунный ответ и снижают активность сформировавшихся им- 414
Таблица 84. Действие цитокинов на опухоли
Цитокин
Прямое действие на опухолевые клетки
Влияние на экспрессию мембранных антигенов опухолевых клеток
Влияние на опухоль, опосредованное через иммунную систему
Возможность выработки опухолевыми клетками
ИФНа, 0
Цитостатическое
Усиление экспрессии МНС I класса
Повышение активности М, NK
+
ИФНу
Цитостатическое, цитолитическое
Усиление экспрессии МНС I и II класса, молекул адгезии
Повышение активности М, NK, Тк
+ (грибовидный микоз, Т-лим- фомы и лейкозы)
ИЛ-1
Возможен ростовой эффект
Усиление экспрессии молекул адгезии
Участие в активации Тк, ЛАК
+ (миелоидные и моноцитарные лейкозы, Т-лей- коз взрослых)
ФНОа
Цитостатическое
То же
Участие в активации и действии Тк, модуляция ангиогенеза
—
ФНОр
Цитостатическое, цитолитическое
—
Участие в действии Тк
—
ИЛ-2
Возможен ростовой эффект
—
Участие в образовании Тк и ЛАК
+ (Т-лимфомы, лейкозы)
ИЛ-7
—
—
То же (слабее)
—
ИЛ-6
Возможен ростовой эффект (аутокринный при множественной миеломе)
Участие в образовании Тк
+ (множественная миелома)
ИЛ-4
Подавление противоопухолевого Th 1-ответа; участие в образовании Тк и антител
+ (синдром Сезари)
ИЛ-10
—
—
Подавление противоопухолевого ТЫ-ответа
—
ИЛ-5
—
—
Повышение активности Эо, М, ЛАК
+ (синдром Сезари)
ИЛ-12
—
Усиление ТЫ- опосредованной защиты, образования ЛАК
—
Продолжение
Цитокин
Прямое действие на опухолевые клетки
Влияние на экспрессию мембранных антигенов опухолевых клеток
Влияние на опухоль, опосредованное через иммунную систему
Возможность выработки опухолевыми клетками
ГМ- КСФ
Возможен ростовой эффект
—
Усиление активности М, Эо, Тк, н
—
Г-КСФ
Возможен ростовой эффект
—
Усиление активности Н
—
ТФРр
Возможно ингибирование роста
—
Подавление противоопухолевого ТЫ-ответа
+
Примечание. + может вырабатываться опухолевыми клетками; — не вырабатывается опухолевыми клетками; ИФН — интерферон; М — моноциты и макрофаги; Тк — Т-киллеры; Эо — эозинофилы; Н — нейтрофилы; ЛАК — лимфокинактивированные киллеры.
мунных механизмов. Среди этих продуктов указанную функцию могут выполнять трансформирующие факторы роста аир, ИЛ-10, простагландин Е2. В то же время, например среди клеток меланомы, присутствуют факторы, способствующие развитию иммунного ответа и активации эффекторных клеток — ГМ-КСФ, ИЛ-1, 6 и 8. Еще один фактор — фактор, активирующий ростовую активность меланоцитов, а также, возможно, фактор роста фибробластов и фактор роста из тромбоцитов способствуют выживанию опухолевых клеток (табл. 84).
Формируется иммунологическая толерантность к опухолевому антигену. Очевидно это может быть периферический вариант толерантности. В его реализации вероятнее всего ведущую роль играют растворимые формы опухолевого антигена, индуцирующие низкодозную толерантность (см. раздел 4.3.3). Возможно, определенная роль принадлежит также анергии Т-клеток, развивающейся вследствие отсутствия на опухолевых клетках костимулирующих молекул (см. пункт 2). Толерантность к опухолевым антигенам удается воспроизвести в эксперименте путем инокуляции клеток, не вызывающих формирования опухоли и не индуцирующих иммунитета.
Активируются супрессорные клетки. Их природа неизвестна. Возможно это макрофаги и Т-лимфоциты, включая гипотетические вето- клетки. Однако современный взгляд на регуляцию иммунного ответа позволяет предположить, что роль супрессоров могут выполнять Th2- клетки. Дело в том, что противоопухолевая защита, связанная с развитием цитотоксического ответа, зависит от активации Thl-клеток и контролируется ими. В таком случае их антагонисты ТН2-клетки могут выступать в качестве супрессоров. Частично роль Th2-лимфоцитов берут на себя сами опухолевые клетки, вырабатывая цитокины, являющиеся характерными продуктами ТЬ2-клеток: ИЛ-10 и 6.
Подходы к активизации иммунной защиты от опухолей
Итак, по крайней мере при некоторых опухолях (меланома, рак почки, лимфо- и миелопролиферативные процессы) злокачественные клетки экспрессируют чужеродные для организма-хозяина антигены, на которые может развиться иммунный ответ; протективным в данном случае является Th 1-зависимый цитотоксический ответ. Однако в тех случаях, когда злокачественная опухоль сформировалась и выявляется клинически, иммунный ответ оказывается несостоятельным в связи с мобилизацией опухолевыми клетками ряда защитных механизмов и их супрессорным влиянием на иммунную систему хозяина.
В связи с этим логичным является поиск средств устранения этих факторов и активация иммунного ответа хозяина на развивающуюся опухоль. Целенаправленные поиски в этом направлении начались в 70-е годы. Попытки применения адъювантов на основе БЦЖ и вакцин на основе Corinebacterium parvum дали неоднозначные результаты. Следую-
Таблица 85. Клиническое применение препаратов интерферонов и интерлейкинов (в сочетании с традиционной терапией)
Цитокин
Способ применения
Показания
Лейкинферон*
В/в, в/м, п/к 2—3 раза в неделю 0,1—1 млн ME
Рак молочной железы, базально-клеточный рак, Т-лимфомы и др.)
рИФНа
В/в 2—5 раз в неделю 2— 30 млн ME
Лейкозы (миелоидный, волосовидноклеточный), множественная миелома, рак молочной железы, почки, голо- вы/шеи, остеосаркома, глиома, медуллобластома, меланома и др.
рИФНр
То же
Рак молочной железы, метастазы в кость, меланома
рИФНу
В/в 2—4 раза в неделю 10—20 млн ME
Лейкозы, некоторые виды солидных опухолей
рИЛ-2
В/в капельно 2—5 раз в неделю 1—10 ME или более; обычно в сочетании с ЛАК-терапией
Рак почки, меланома, острые лейкозы, аденокарцинома легких, лимфомы, рак печени, глиобластома, медуллобластома
рИЛ-1 р
В/в, капельно
Испытан при опухолях различных локализаций
рИЛ-12, рИЛ-4, 10
В/в
Испытаны при различных опухолях
Г-КСФ, ГМ-КСФ
В/в 2—3 раза в неделю 5—10 мкг/кг
Восстановление миелопоэза на фоне химиотерапии опухолей
Примечание. В обозначениях цитокинов буква «р» означает «рекомбинантный».
* Лейкинферон — лейкоцитарный интерферон — комплексный препарат, содержащий интерфероны аир, ИЛ-1, ФНОа и ряд других цитокинов.
Таблице 86. Средства адоптивной цитокинотерапии
Название клеток
Источник
Активаторы in vitro
Природа клеток
Способ применения
ЛАК (LAK)
Аутологичная кровь
ИЛ-2
NK (акт)
В/в 1—5 млрд клеток; до и после — ИЛ-2
ЦИК (CIK)
То же
Анти-СОЗ+ ИЛ-2+ИФНу+ ИЛ-1
Т-киллеры, NK (акт)
В/в в сочетании с цитокинами
ЛИО (TIL)
Лимфоциты из опухоли
ФНОа (или ИФН а, у) + ИЛ-2
Т-киллеры, NK (акт)
В/в в сочетании с цитокинами
Примечание. ЛАК (LAK) — лимфокинактивированные киллеры; ЦИК (CIK) — цитокининдуцированные киллеры; ЛИО (TIL) — лимфоциты, инфильтрирующие опухоль; МК(акт) — активированные естественные киллеры.
щим подходом, который уже принес значительные результаты (хотя далеко не исчерпал проблему), стало внедрение цитокиновой терапии в лечение злокачественных опухолей (табл. 85). В настоящее время наиболее широко применяют лечение высокими дозами интерферона а, а также ИЛ-2. Интерферон а наиболее эффективен при некоторых лимфопролиферативных процессах, ИЛ-2 — при меланоме и первичном раке почки (до 30 % излечения). Испытываются и постепенно внедряются в клинику многие другие цитокины, в том числе ИЛ-1, ФНОа, интерферон у, ИЛ- 12. Последний особенно перспективен, поскольку он способствует развитию Th 1-зависимых форм ответа, играющих защитную роль при опухолях.
Ограничения использования ряда цитокинов (например, ИЛ-2 и ФНОа) связаны с тем, что эффективные дозы токсичны и часто вызывают тяжелые осложнения (см. раздел 3.4.2 и табл. 56). В связи с этим развиваются обходные пути, позволяющие ослабить общетоксическое действие цитокинов (см. табл. 85; табл. 86). Первым подходом такого рода стала адоптивная (от англ, adoptive — приемный) цитокинотерапия. Ее суть состоит в обработке цитокинами мононуклеаров крови больного с целью индукции дифференцировки эффекторных клеток и в последующей инфузии их в организм пациента. Чаще всего для обработки клеток используют ИЛ-2. При 5-суточном культивировании мононуклеаров в присутствии ИЛ-2 происходит дифференцировка NK-клеток в ЛАК- клетки, отличающиеся более высокой литической активностью и широким спектром действия (см. раздел 2.2). ЛАК-терапию сочетают с введением ИЛ-2 (до извлечения клеток и несколько раз после обратного их введения), однако при этом можно использовать нетоксические дозы цитокина. Ограничением метода является отсутствие прицельной миграции ЛАК-клеток в опухоль.
В настоящее время разрабатываются и апробируются другие варианты адоптивной иммунотерапии злокачественных опухолей (см. табл. 86).
Стимуляция in vitro мононуклеаров крови моноклональными антителами к CD3 с последующим культивированием в присутствии смеси ИЛ-2, ИЛ-1 и интерферона у приводит к образованию так называемых цитоки- ниндуцированных киллеров (CIK), предшественниками которых служат как NK-, так и Т-лимфоциты. Очень перспективным представляется использование Т-лимфоцитов, инфильтрирующих опухоль (TIL), которые обладают специфичностью, высокой противоопухолевой активностью и способностью мигрировать в опухоль после кратковременного культивирования, приводящего к снятию супрессии.
Однако клетки типа CIK и TIL в настоящее время предназначаются в большей степени для генной цитокинотерапии: в них трансфецируют гены и вводят (пока в условиях эксперимента) носителю опухоли. Чаще всего используют трансфекцию генов ИЛ-2, ИЛ-7, ФНОа, интерферона у. В качестве клеток — транспортеров генов наряду с лимфоидными клетками типа CIK и TIL используют элементы стромы (фибробласты), а также сами опухолевые клетки. Последний подход разрабатывается особенно целенаправленно, поскольку он рассматривается как вариант опухолевой вакцины. Действительно, опухолевые клетки в данном случае не только доставляют цитокин к месту ожидаемого действия. Сами эти клетки становятся первыми объектами действия цитокинов, и их гибель способствует формированию эффективного специфического иммунного ответа. В экспериментах на мышах показана эффективность этого подхода при трансплантируемой меланоме. Наиболее эффективной оказалась трансфекция генов ИЛ-2 (полное предотвращение роста трансплантатов). Значительное подавление роста опухоли наблюдалось при трансфекции генов ИЛ-7 и 4, ФНОа, ИЛ-10. При этом основными эффекторами, с которыми связана регрессия опухолей, оказались, как и ожидалось, СО8+-клетки, а также гранулоциты.
Другой генно-инженерный подход к созданию опухолевых вакцин упоминался выше. Он связан с трансфекцией в опухолевые клетки гена В7-1 (CD80). При этом повышается иммуногенность опухолевых клеток, и не только они, но и нетрансфецированные мишени подвергаются иммунному цитолизу (см. рис. 105).
Целенаправленно, хотя и менее эффективно, разрабатывается подход к терапии опухолевых заболеваний, основанный на применении иммунотоксинов и других модификаций антител. Иммунотоксины конструируют, соединяя IgG-антитела с токсинами типа рицина или их токсическими субъединицами (рис. 106). При этом достигаются направленность действия токсинов и относительная безвредность, обусловленная возможностью применять невысокие дозы иммунотоксина. Вместо токсина к антителам подсоединяют также радионуклид, обеспечивающий мощное локальное облучение клетки. Создают также гибридные биспецифические антитела, направленные против опухолевой и эффекторной клеток (с целью их сближения). Однако эти подходы Пока более эффективны в модельных системах (на животных или in vitro), чем при лечении опухолей человека.
Генно-инженерный подход используют для создания искусственных белков путем слияния фрагментов генов цитокинов (или антител) и ток-
a
Рис. 106. Принцип конструирования иммунотоксинов.
а. Антитела специфически взаимодействуют (и могут обусловить гибель) тех клеток, которые несут на поверхности антиген, распознаваемый этими антителами (изображен в виде треугольного выступа). Растительные токсины обычно состоят из двух цепей, одна из которых определяет токсичность (изображена в виде стрелки), другая — доставку к клеткам, несущим рецептор для этой цепи (изображены в виде прямоугольных выступов). При взаимодействии транспортной субъединицы с клеточным рецептором токсическая субъединица проникает внутрь клетки и вызывает ее гибель, б. В качестве иммунотоксина может быть использована искусственная молекула, в состав которой входят полумолекула антител и токсическая субъединица токсина. В этом случае доставка токсина определяется специфичностью антитела, а токсичность — субъединицей токсина. При этом токсическое действие распространяется только на клетки, несущие антиген, который распознают антитела.
синов. Некоторые из таких белков уже применяют в клинической практике при лечении опухолей. Особое внимание при конструировании генов привлекает ФНОа. Это связано с тем, что данный цитокин наряду с общим иммуномодулирующим действием, способным усилить противоопухолевую защиту, может оказывать прямое цитотоксическое влияние на опухолевые клетки, вызывая их апоптоз. В то же время ФНОа в большей степени, чем любой другой цитокин, вызывает общие токсические
эффекты. Поскольку в определенных пределах удается установить связь отдельных воздействий ФНОа с конкретными участками его молекулы, усилия исследователей направлены на создание варианта молекулы ФНОа, сохраняющей эффекты, важные для проявления противоопухолевого действия и в то же время лишенной токсичности. Уже создано несколько вариантов мутеинов — мутантных молекул ФНОа. В частности, получены мутеины, взаимодействующие только с одним из двух рецепторов ФНОа р55 или р75 (как известно, только первый передает сигнал к развитию апоптоза).
Иммунные реакции на несовместимые ткани
Пересадки органов и тканей имеют очень длительную историю. Неизбежность отторжения пересаженных тканей не лишала исследователей надежды на успех, тем более что временные эффекты при аллогенных пересадках действительно достигались. Иммунологическая природа отторжения чужеродных трансплантатов была доказана в 40-е годы нашего столетия в серии экспериментов P.Medawar, продемонстрировавшего возможность развития сенсибилизации и вторичного ответа и установившего роль сенсибилизированных лимфоцитов в качестве ключевых факторов отторжения. Последним доказательством связи трансплантационного иммунитета с лимфоцитами послужили опыты E.N.Mitchison по переносу состояния сенсибилизации к аллогенным тканям с лимфоцитами из лимфатических узлов.
Основные успехи в анализе генетической детерминации и механизмов трансплантационного иммунитета были связаны с использованием генетически чистых линий мышей, с изучением локусов гистосовместимости и особенно с открытием и изучением главного комплекса гистосовместимости (см. раздел 3.3.1). В связи с пересадками тканей мышей с использованием чистых линий этих животных и их гибридов G.D.Snell сформулировал генетические законы трансплантации. Основная суть их состоит в следующем. При пересадке тканей внутри линии ткани приживаются, а при пересадках между линиями — отторгаются; ткани от гибридов Fi, пересаженные животным обеих родительских линий, не приживаются, тогда как пересадка тканей в обратном «направлении» не вызывает реакции отторжения (рис. 107). Из этих закономерностей следует, что факторы, обусловливающие несовместимость тканей, наследуются кодоминантно.
Тогда же сложилась современная номенклатура трансплантаций. Ткани от доноров, генетически идентичных реципиенту (от однояйцовых близнецов, у животных — от представителей той же линии) называют сингенными, от генетически неидентичных представителей того же вида — аллогенными, от представителей другого вида — ксеногенными. Пересадки органов и тканей от самого реципиента называют аутотрансплантацией, а пересадки при двух последних типах несовместимости — соответственно аллотрансплантацией и ксенотрансплантацией.
Дальнейший анализ показал, что существует много генетических локусов, обусловливающих тканевую совместимость, или гистосовместимость (у мышей — 30—40). Однако только с одним локусом МНС (у
(A x B)F-|
Рис. 107. Генетические законы трансплантации тканей.
Фигуры, окрашенные в черный и белый цвета, символизируют мышей двух разных генетически чистых линий; полосатая фигура — мышей-гибридов первого поколения (Fi). Стрелки — направление переноса трансплантата. + и — — соответственно приживление и отторжение трансплантатов.
мышей Н-2, у человека HLA) связано развитие сильной трансплантационной реакции, приводящей к отторжению подсаженных тканей в течение 2 нед, тогда как при несовместимости по «слабым» локусам реакция может растягиваться на месяцы. В первом случае отторжение трансплантата практически не удается полностью подавить иммунодепрессивными воздействиями. Во втором случае с помощью таких средств удается добиться стойкого приживления. МНС включает несколько генов, отличающихся по степени полиморфности и преобладающему типу иммунного ответа, который они вызывают. Наибольшую роль в отторжении трансплантата играют антигены МНС II класса, вызывающие преимущественно Т-клеточный ответ (по современной трактовке, Thl-зависимый ответ). Хотя трансплантационная реакция является следствием искусственной ситуации, не имеющей прямых природных аналогий, ее изучение позволяет яснее понять закономерности клеточного иммунного ответа, лежащего в основе противоопухолевого иммунитета и других проявлений иммунной защиты.
Трансплантационный иммунитет и связанные с ним реакции
Отторжение чужеродных тканей удобнее всего рассмотреть на примере аллотрансплантатов кожи. Начальный этап после подсадки кожного лоскута состоит в васкуляризации лоскута без каких-либо признаков иммунных реакций. Этот процесс завершается в основном за 3—4 дня. Начиная с 5—7-х суток проявляются признаки иммунной реакции организма: инфильтрация лоскута мононуклеарами, их активация, развитие иммунного воспаления.
I. Реакция на первичный аллотрансплантат
2. Иммунный ответ
1. Васкуляризация
3. Отторжение
II. Вторичная реакция на аллотрансплантат
Рис. 108. Кинетика реакции на аллотрансплантацию кожи мышей при различиях по Н-2.
"I
15 сутки
Доноры
Реципиенты
Рис. 109. Правила переливания крови.
Вверху в рамках обозначения групп крови доноров — цифровое и буквенное (в скобках), последнее соответствует присутствию на клетках крови соответствующих антигенов. Внизу в рамках номера групп крови реципиентов, в скобках указана специфичность агглютинирующих антител, которые присутствуют в их сыворотке. Стрелками отмечены допустимые сочетания доноров и реципиентов при переливании крови (с. 431).
При различиях между донором и реципиентом по МНС отторжение наступает на 10—12-е сутки. Оно проявляется в нарушении питания трансплантата вследствие тромбоза сосудов, развитии некрозов ткани, подсыхании и отделении трансплантата от ложа. При различиях по слабым локусам гистосовместимости реакция развивается медленнее и иногда приобретает хроническую форму с постепенным отмиранием трансплантата в течение нескольких месяцев. Хронология отторжения аллотрансплантатов отражена на рис. 108.
Трансплантационная реакция сочетает некоторые черты, свойственные цитотоксическому ответу и ГЗТ, и осуществляется с участием как
CD4+-, так и СВ8+-Т-лимфоцитов. Последние представляют основной тип эффекторных лимфоцитов, обусловливающих разрушение аллогенных клеток, тогда как первые ответственны за развитие иммунного воспаления, имеющего черты сходства с ГЗТ.
Афферентное звено иммунного ответа на аллотрансплантацию складывается из двух параллельных путей, приводящих к активации CD4+- и СВ8+-клеток. Путь вовлечения в ответ СВ4+-клеток в общих чертах известен: аллоантиген транспортируется в лимфатический узел донорскими белыми отростчатыми эпидермоцитами (клетками Лангерганса), мигрирующими из трансплантированного лоскута. Ранее был описан феномен «клеток-пассажиров» — клеток костномозгового происхождения, присутствие которых в аллотрансплантате необходимо для того, чтобы он был распознан иммунной системой хозяина. С современных позиций очевидно, что «клетки-пассажиры» — это белые отростчатые эпидермоциты (клетки Лангерганса), доставляющие антигенный пептид в лимфатический узел. Однако представление антигена СО4+-лимфоцитам могут осуществлять только сингенные АПК и, следовательно, антигенный пептид каким-то образом должен передаваться от дендритной клетки донора АПК реципиента. Эта клетка должна продуцировать ИЛ-12, поскольку дальнейшее развитие событий свидетельствует о дифференцировке Т- хелперов в сторону ТЫ, направляемой этим цитокином.
Еще сложнее обстоит дело с вовлечением в ответ СВ8+-клеток. До недавнего времени не возникало сомнений в том, что CD8+-клетки способны распознавать аллогенные молекулы I класса как таковые. Действительно, в экспериментальных тест-системах киллеры, распознающие аллогенные продукты МНС I класса, удавалось дифференцировать по ряду свойств от клеток того же фенотипа, распознающих «измененное свое», т.е. продукты МНС I класса, комплексированные с антигенными (например, вирусными) пептидами или гаптенами. Допускалось, что при отторжении трансплантата могут действовать оба типа клеток, т.е. распознавание аллогенных молекул происходит как «напрямую», так и обычным способом — в составе комплекса эндогенно фрагментированных молекул с продуктами генов МНС I класса. Современные представления о механизмах распознавания антигена как будто не оставляют места для первого типа распознавания. Хотя отвергать его только на этом основании нельзя, желательно истолковать включение в реакцию СП8+-клеток на основе предположений, не противоречащих общепринятым взглядам. Исходя из этого, представляется наиболее вероятным, что аллоантиген может быть воспринят CD8+- клетками хозяина как пептид в составе аутологичной молекулы МНС I класса на поверхности АПК реципиента.
Формирующиеся эффекторные Т-клетки обоих типов (CD4+-Thl и CD8+) поступают в циркуляцию, проникают в трансплантат и инициируют реакции, ведущие к отторжению. С одной стороны это собственно цитолиз аллогенных клеток, который осуществляют СВ8+-киллеры при участии NK-клеток (проявлению активности последних способствует отсутствие на поверхности трансплантированных клеток молекул МНС I класса хозяина). Фоном для этих событий служит иммунное воспаление — реакция, аналогичная ГЗТ, которая проявляется в выделении ТЫ-
клетками цитокинов, привлечении макрофагов, активации их, а также элементов стромы, включая эндотелий, в местном развитии воспаления, обусловленного продуктами активированных макрофагов. Результатом иммунного воспаления являются локальные сосудистые изменения, сопровождающиеся стазом, тромбозами, что приводит к нарушению питания и некрозу подсаженной ткани. По своей длительности реакция отторжения — это типичная медленная иммунная реакция, обусловленная «воспалительными» хелперами. Более того, в связи с длительным персистированием аллотрансплантата (для его разрушения требуется время) морфологически реакция может приобретать некоторые черты гранулемы.
Реакцию на повторную подсадку ткани от того же донора называют реакцией second-set («второй заход»). Она проявляется иначе, чем первичная. Основное отличие заключается в отсутствии продолжительной индуктивной фазы, предполагающей первоначальное установление кровоснабжения трансплантата. При вторичной реакции отторжения, как правило, кровоснабжение не устанавливается («бледный трансплантат»), а в случае подсадки органов на сосудистой ножке сосуды подвергаются спазму и тромбозу и кровоснабжение нарушается. Естественно, что это само по себе препятствует приживлению трансплантата, который оказывается в условиях ишемии и отсутствия доставки питательных веществ. Эти сосудистые реакции связывают с действием цитокинов, освобождаемых активированными Т-клетками, которые быстро формируются из клеток памяти при их контакте с клетками донора.
Еще P.Medawar показал, что гуморальные антитела не играют существенной роли в отторжении аллотрансплантатов. Позже было установлено, что в некоторых ситуациях (например, при пересадке опухолей) антитела могут даже препятствовать реализации реакции отторжения, защищая клетки трансплантата от действия Т-лимфоцитов. Однако при подсадке ксенотрансплантатов (например, тканей свиньи) присутствующие в крови человека нормальные антитела к а-гликано- вым остаткам, содержащимся в составе тканевых гликоконъюгатов ряда животных, инициируют сосудистые реакции, аналогичные реакции second-set.
В то же время при повторной подсадке несовместимой ткани присутствие в циркуляции антител, образовавшихся при первой подсадке, вносит определенный вклад в отторжение. Они могут диффундировать в трансплантат, формировать иммунные комплексы с мембранными антигенами и вызывать воспалительную реакцию с участием макрофагов и клеток стромы самого трансплантата. Позже в реакции отторжения могут участвовать сенсибилизированные Т-лимфоциты (СВ8+-киллеры и воспалительные СП4+-Т-клетки), а продукты некроза тканей фагоцитируются макрофагами хозяина.
В принципе так же осуществляется отторжение других тканей и органов. Главные отличия при этом касаются особенностей, связанных с васкуляризацией трансплантата; в случае подшивания органа на сосудистой ножке включение иммунологических механизмов происходит быстрее.
Трансплантация костного мозга и ее осложнения
Пересадки клеток костного мозга занимают несколько обособленное место в практике трансплантаций. Во-первых, они осуществляются в форме инфузии суспензированной ткани, а не подсадки солидной ткани. Во-вторых, при этом мобилизуются несколько иные иммунологические механизмы. В-третьих, подобная трансплантация вызывает опасность иммунологической агрессии со стороны подсаженной ткани.
Наиболее типичными поводами для пересадки костного мозга являются необходимость компенсации недостаточности кроветворения при разного рода цитопениях и замещение костного мозга, разрушенного в результате облучения (в том числе с лечебной целью, например, при гемобластозах). При отторжении клеток костного мозга в реакцию отторжения может вовлекаться несколько иной спектр клеток-эффекторов, в частности NK-клетки. Существенная роль в цитолизе подсаженных клеток костного мозга принадлежит антителам и инициируемым ими реакциям, которые практически не задействованы при типичной трансплантационной реакции.
Трансплантация аллогенного костного мозга и лимфоидных клеток может стать основой для развития (особенно при ослабленном иммунитете реципиента) еще одного типа клеточного иммунного ответа — реакции «трансплантат против хозяина» (РТПХ). Уже из названия следует, что она направлена против реципиента и осуществляется пересаженными клетками.
Наиболее типичной ситуацией, при которой развивается РТПХ, является пересадка аллогенного костного мозга облученным (при радиационных авариях или с лечебной целью) реципиентам. Экспериментальную РТПХ чаще всего воспроизводят введением лимфоидных клеток из любых источников, чаще из лимфатических узлов животных родительской линии гибридам F[ (см. рис. 107). Реципиент в этом случае не способен отторгать пересаженные клетки (они не содержат антигенов, для него чужеродных), но эти клетки распознают молекулы гистосовместимости, унаследованные гибридом Fj от второго родителя, и реагируют на них.
Острая РТПХ проявляется у мышей через 7—10 дней, у человека — обычно на второй декаде после подсадки клеток (у человека ее называют еще вторичной болезнью, имея в виду под первичной последствия самого облучения). Реакция проявляется в увеличении селезенки при введении клеток внутривенно или региональных лимфатических узлов при введении клеток в стопу (локальная РТПХ). Системная РТПХ может закончиться смертью, причинами которой служат анемия вследствие нарушения кроветворения, поражение почек и других жизненно важных органов, кахексия, инфекции. Реакция может проявляться в хронической форме с поражением кожи (дерматит, облысение, язвы) и кишечника (энтерит, колит), нарушением гемо- и лимфопоэза, функций тимуса со снижением уровня его гормонов, ослаблением процесса развития Т-лимфоцитов (особенно CD4+) и последующими проявлениями иммунодефицита. Смерть может наступить от инфекций, а также лимфопролифе-
ративных процессов, часто сопровождающих хроническую РТПХ. При развитии РТПХ в раннем постнатальном периоде важным ее признаком является задержка роста (отсюда название «карликовая болезнь»).
В основе РТПХ лежит реакция пересаженных клеток на молекулы МНС хозяина. При этом явно преобладает реакция CD4"1"-лимфоцитов на продукты МНС II класса. Именно этим объясняется избирательность повреждения клеток, несущих названные молекулы: белых отростчатых эпидермоцитов (клеток Лангерганса) и других вспомогательных клеток иммунной системы, эпителиальных клеток тимуса, экспрессирующих молекулы II класса, и т.д. СП4+-лимфоциты размножаются и инфильтрируют ткани-мишени. Параллельно вытесняются собственные лимфоидные клетки, дефицит которых возрастает в связи со снижением лимфопоэза, особенно развития Т-лимфоцитов. Цитотоксическая реакция CD8+-клеток, хотя и имеет место, не играет основной роли в развитии повреждений. Реакция сопровождается избыточной выработкой цитокинов, что в значительной степени определяет общую симптоматику при РТПХ. Ростовые цитокины поддерживают пролиферацию агрессивных клеток. ФНОа может вызывать апоптоз клеток хозяина и развитие кахексии (еще одно название РПТХ — синдром истощения). Дисбаланс цитокинов наряду с Т-клеточной недостаточностью служит одной из причин развития лимфопролиферативных процессов.
Общепринятый подход к профилактике РТПХ состоит в удалении Т-лимфоцитов из пересаживаемой суспензии костного мозга или других гемопоэтических клеток. Это достигается путем обработки суспензий соответствующими моноклональными антителами (иногда в форме иммунотоксинов), а также сорбцией лимфоидных предшественников с помощью лектина сои, рецептор которого предшественники Т-клеток несут на своей поверхности. Формирующиеся в организме хозяина новые Т-лимфоциты оказываются толерантными к тканям хозяина, поскольку проходят селекцию в его тимусе. В то же время установлено, что удаление Т-лимфоцитов из трансплантатов существенно снижает эффективность приживления. Механизмы этого феномена не выяснены, вероятнее всего они связаны с действием цитокинов, участвующих во внедрении переносимых клеток в костномозговые ниши.
Пересадки органов и тканей в клинике.
Подходы к преодолению трансплантационной реакции
Массовые пересадки аллогенных органов и тканей начали практиковаться в медицине в 60-е годы. Чаще всего пересаживают почки, несколько реже сердце, печень, поджелудочную железу, костный мозг (табл. 87). В тактике клинической трансплантации решающую роль играют две процедуры — подбор доноров трансплантатов и иммуносупрессия.
Обычным материалом для трансплантации служат криоконсервиро- ванные органы, полученные вскоре после смерти (обычно при несчастных случаях). В передовых странах существуют межнациональные банки органов, и при возникновении необходимости в пересадках на основа-
Таблица 87. Результативность клинической трансплантации органов
Пересаживаемый орган
Годовая выживаемость, %
5-летняя выживаемость, %
Почки
85-90
80-90
Печень
60-70
40-50
Сердце
80-90
65-70
Роговица
90
80-90
Костный мозг
75-85
70-80
Примечание. Данные по трансплантации типированных органов, сопровождавшейся иммуносупрессивной терапией [по Batchelor J.R. et al., 1989; Janeway C.A., Travers P., 1994].
нии компьютерного анализа подбирается донор с максимальной степенью совместимости (учитываются антигены основных HLA-локусов — DR, DP, DQ, А, В и С). Установлено, что решающее значение для достижения успеха трансплантации играет совместимость по генам HLA II класса, особенно DR. Среди продуктов генов I класса наибольшее значение имеют антигены HLA-В. Показано, что при полной совместимости по генам DR и В и применении адекватной иммуносупрессии приживление трупной почки в течение года наблюдается в 90 % случаев, тогда как при максимальной несовместимости по этим генам (различие по 4 аллелям) и той же иммуносупрессивной терапии — в 70 % случаев.
Оптимальным средством иммуносупрессии при трансплантации признан циклоспорин А, который, не влияя на покоящиеся клетки иммунной системы, подавляет вступление лимфоцитов в иммунный ответ, блокируя продукцию ИЛ-2 (см. разделы 3.5.1 и 5.5.2). Именно благодаря применению циклоспорина А на протяжении 80-х годов был достигнут современный уровень эффективности аллотрансплантаций.
До сих пор продолжаются поиски оптимальных способов использования антител, препятствующих отторжению трансплантата. Первоначальные подходы в этой области были связаны с применением антилим- фоцитарных сывороток, затем — антилимфоцитарного иммуноглобулина (препаратов поликлональных антител к мембранным антигенам лимфоцитов), весьма гетерогенных по составу и специфичности и нестандартных. Новый уровень в данной области был достигнут благодаря разработке технологии гибридом и получению моноклональных антител к многочисленным мембранным антигенам лимфоцитов. Достаточно широко апробированы моноклональные антитела к специфическому маркеру Т-лимфоцитов CD3. Несмотря на безусловную эффективность, препараты этих антител имеют ряд недостатков: будучи мышиными белками, они индуцируют образование антител, которые снижают эффект от последующих введений, кроме того, нередко вызывают массовую активацию, сопровождающуюся выработкой больших количеств цитокинов. Наблюдающаяся симптоматика аналогична проявлениям передозировки цитокинов; она выражается в гриппоподобном синдроме, а в тяжелых
случаях — в синдроме протекания капилляров (см. раздел 3.4.2). Проблема чужеродности антител решается генно-инженерными модификациями, в частности «гуманизацией» антител, т.е. объединением V-домена мышиных антител с С-доменами иммуноглобулинов человека (см. раздел 4.1.2 и рис. 90). Кроме того, подбираются антитела иной специфичности. В частности, выраженную элиминацию Т-лимфоцитов без существенной активации дают моноклональные антитела к антигену Campath-1 (CD52). Изыскивается возможность подавления трансплантационной реакции с помощью антител к корецепторам (например, В7-1), молекулам адгезии и др.
Иммуносупрессивные воздействия входят в программу подготовки реципиентов к трансплантации, проводятся в ранний период после пересадки, а затем в зависимости от состояния трансплантата, за которым осуществляется постоянное слежение (мониторинг).
Переливание крови
Весьма обособленным вариантом пересадки аллогенных тканей является переливание крови. Эта процедура получила возможность широкого применения в медицинской практике после открытия К.Ландштейнером в 1900 г. групп крови — первых установленных систем генетического полиморфизма клеток крови у человека.
Поскольку переливание крови — это процедура, рассчитанная на временный эффект, связанный исключительно с наиболее многочисленными клетками крови — эритроцитами, и не предполагает длительного приживления перелитых клеток, проблемы несовместимости, возникающие при этом, существенно иные, чем при трансплантации тканей. Прежде всего в данном случае имеют значение аллоантигены эритроцитов, а не лейкоцитов. Кроме того, несовместимость по эритроцитарным аллоантигенам важна только в том случае, если в организме реципиента к моменту переливания крови имеются антитела, специфичные к аллоантигенам эритроцитов донора. Это бывает в двух ситуациях: при несовместимости по системе аллоантигенов АВО, т.е. собственно по группе крови (см. далее), а для остальных аллоантигенных систем только при условии предварительной иммунизации в результате повторных переливаний крови от одного и того же донора или повторных беременностей плодом, несовместимым по данному антигену. Однако повторные переливания крови от одного донора не применяются, а эффект беременности несовместимым плодом проявляется только в отношении антигена Rh (см. раздел 5.2.2), поскольку остальные эритроцитарные аллоантигены обладают низкой иммуногенностью. В связи с этим при разовом переливании крови несовместимость по всем группам крови, кроме АВО, может быть проигнорирована, что и делается в повседневной практике переливания крови без какого-либо ущерба для реципиентов.
Известны многочисленные (более 20) аллоантигенные системы эритроцитов, большинство из которых было описано раньше, чем МНС. Практически все групповые антигены эритроцитов имеют полисахаридную природу и различаются по концевым остаткам. В связи с этим для
Таблица 88. Вещества, определяющие группы крови системы АВО
Название
Химическая структура
Группы крови (в скобках — генотипы), при которых определяется антиген
Группы крови, при которых определяются соответствующие антитела
Н
GlcNAc-Gal-Fuc
0 (0/0)
—
А
GlcNAc-Gal-Fuc
GalNAc
А (А/А, А/0), АВ (АВ)
0, В
В
GlcNAc-Gal-Fuc
Gal
В (В/В, В/0), АВ (АВ)
0, А
определения некоторых из этих антигенов с успехом применяли лектины — белки, специфически взаимодействующие с определенными моно- и олигосахаридными группами.
Система АВО представлена продуктами трех кодоминантных аллелей одного гена — Н, А и В, а на уровне фенотипа — О, А и В (табл. 88). Продукты этих генов имеют общий предшественник — субстанцию Н. Ген Н блокирует дальнейшую химическую трансформацию вещества Н, тогда как гены А и В обусловливают приращение к остатку D-галактозы вещества Н соответственно остатков D-N-ацетилгалактозамина и D-галактозы, которые и определяют их антигенную специфичность. Фенотип О соответствует экспрессии антигена Н и отсутствию антигенов А и В, фенотип А — экспрессии антигена А (с возможной сопутствующей экспрессией Н — у гетерозигот АО), фенотип В — экспрессии антигена В (или В и Н); гетерозиготы АВ экспрессируют антигены А и В. Обозначения групп крови соответствуют указанным фенотипам — О, А, В и АВ; широко принято цифровое обозначение групп крови — 1(0), 11(A), Ш(В), IV(AB).
Специфическая особенность этой аллоантигенной системы, ставящая ее в особое положение при переливании крови, заключается в наличии естественных антител к антигенам А и В в случае их отсутствия на эритроцитах. Таким образом, антитела к антигену А содержатся в сыворотке крови людей с группами крови 0 и В, а антитела к антигену В — у лиц с группами крови 0 и А. Эти антитела относятся к изотипу IgM. Об их происхождении нет единого мнения. Вероятнее всего, они являются продуктами активности В1-клеток, детерминированными на уровне зародышевых V-генов. Эти антитела способны агглютинировать эритроциты, несущие соответствующий антиген, что и используется при определении групп крови, а также вызывать их комплементзависимый гемолиз.
Поскольку количество вводимой крови, как правило, значительно меньше общего объема крови реципиента, при переливании должна в первую очередь предотвращаться агглютинация перелитых эритроцитов, тогда как агглютинирующую способность перелитой крови можно игно-
Рис. ПО. Способы индукции иммунологической толерантности.
Слева — варианты индукции иммунологической толерантности введением алло- антигенов, справа — результаты ее тестирования путем оценки приживления аллотрансплантатов от тех же доноров, от которых получали антиген для индукции толерантности. Стрелка между этими этапами символизирует определенные сроки между индукцией и тестированием толерантности. 1. Отторжение аллотрансплантата кожи у неподготовленного реципиента. 2. Индукция толерантности путем введения антигенов на ранних стадиях онтогенеза (in utero). 3. Индукция толерантности введением антигена после летального облучения разрушающего иммунную систему реципиента. 4. Индукция толерантности введением антигена тимэктомированным мышам, получившим высокую дозу циклофосфа- на (ЦФ).
рировать. На этой основе сложились правила переливания крови (рис. 109, с. 423). Согласно этим правилам, реципиентам может переливаться кровь доноров той же группы и, кроме того, кровь «универсального донора», эритроциты которого лишены антигенов А и В. Лица группы АВ (IV) являются универсальными реципиентами, поскольку им может быть перелита кровь любой группы, так как у них нет естественных антител к групповым антигенам А и В. Переливание несовместимой крови чревато тяжелыми осложнениями (вплоть до смерти), которые будут рассмотрены в связи с аналогичными поражениями, вызываемыми антителами (см. раздел 5.2.2).
Молярность циркулирующих аутологичных белковМолярность циркулирующих аутологичных белковРис. 111. Связь индукции иммунологической толерантности с дозой белковых антигенов.а. Восприимчивость Т- и В-клеток к индукции толерантности к белковым антигенам в зависимости от концентрации антигенов. Вверху отмечены концентрации в сыворотке крови некоторых эндогенных белков (из учебника А. Ройта, 1991). б. Зависимость от дозы белковых антигенов, вводимых in vivo, их способности вызывать формирование иммунологической толерантности или развитие иммунного ответа.Рис. 111. Связь индукции иммунологической толерантности с дозой белковых антигенов.а. Восприимчивость Т- и В-клеток к индукции толерантности к белковым антигенам в зависимости от концентрации антигенов. Вверху отмечены концентрации в сыворотке крови некоторых эндогенных белков (из учебника А. Ройта, 1991). б. Зависимость от дозы белковых антигенов, вводимых in vivo, их способности вызывать формирование иммунологической толерантности или развитие иммунного ответа.
Молярность циркулирующих аутологичных белков
Молярность циркулирующих аутологичных белков
Рис. 111. Связь индукции иммунологической толерантности с дозой белковых антигенов.
а. Восприимчивость Т- и В-клеток к индукции толерантности к белковым антигенам в зависимости от концентрации антигенов. Вверху отмечены концентрации в сыворотке крови некоторых эндогенных белков (из учебника А. Ройта, 1991). б. Зависимость от дозы белковых антигенов, вводимых in vivo, их способности вызывать формирование иммунологической толерантности или развитие иммунного ответа.
Рис. 111. Связь индукции иммунологической толерантности с дозой белковых антигенов.
а. Восприимчивость Т- и В-клеток к индукции толерантности к белковым антигенам в зависимости от концентрации антигенов. Вверху отмечены концентрации в сыворотке крови некоторых эндогенных белков (из учебника А. Ройта, 1991). б. Зависимость от дозы белковых антигенов, вводимых in vivo, их способности вызывать формирование иммунологической толерантности или развитие иммунного ответа.
Иммунологическая толерантность
Искусственная иммунологическая толерантность
В 1945 г. J.Owen описал устойчивый химеризм (сосуществование в одном организме клеток разного генотипа) эритроцитов телят-близнецов, у которых в эмбриональном периоде было сращение сосудов пуповины (анастомоз). Это наблюдение дало толчок для целенаправленных поисков способа индукции неотвечаемости (толерантности, т.е. терпимости) на чужеродные антигены.
В 1953 г. были опубликованы результаты экспериментов R.Billing- ham, L.Brent и P.Medawar по индукции иммунологической толерантности. В период эмбрионального развития мышам линии A/J in utero вводили суспензию клеток, полученных из селезенки и ряда других органов мышей линии C57BL/6. На 6—8-й неделе постнатальной жизни реципиентам пересаживали кожный лоскут от мышей линии C57BL/6. Лоскут не отторгался (что можно было контролировать благодаря контрастности окраски волос мышей использованных линий — белых у мышей линии A/J и черных у мышей C57BL/6), тогда как в контроле отторжение происходило в течение 10—12 сут (рис. НО).
Практически одновременно аналогичный результат получил М.Hasek, который искусственно объединял кровеносные системы эмбрионов кур (эмбриональный парабиоз) и после вылупления цыплят демонстрировал возможность успешного обмена их кожными трансплантатами.
Позже было создано несколько модифицированных моделей иммунологической толерантности. Показано, что у мышей и некоторых других животных (не всех) толерантность может быть индуцирована введением аллогенных клеток в первые сутки после рождения. Такую возможность связывали со сроком созревания иммунной системы. Толерантность удалось индуцировать также у взрослых реципиентов при условии предварительной обработки факторами, повреждающими лимфоидные клетки (радиация или введение иммунодепрессантов, которые убивают пролиферирующие лимфоциты) (см. рис. 110).
Важно подчеркнуть, что иммунологическая толерантность не есть простое состояние иммунодепрессии (хотя иммунодепрессия часто является фоном, на котором толерантность индуцируется), поскольку неотве- чаемость распространяется только на антигены, использованные для индукции толерантности (толерогены), и животные сохраняют способность к нормальному иммунному ответу на посторонние антигены.
Оптимальным материалом для индукции толерантности является взвесь клеток иммунной и кроветворной систем. Это связано по меньшей мере с двумя обстоятельствами: высокой концентрацией на этих клетках продуктов МНС (в частности, II класса) и их способностью к размножению и самоподдержанию (что обеспечивает их длительное присутствие в организме реципиента, стойкий химеризм). По-видимому, во всех случаях условием длительного сохранения иммунологической толерантности служит установление химеризма кроветворной ткани. Последнее иногда выражается в присутствии в организме хозяина малочисленной популяции дендритных клеток донора (они могут не вводиться специально, а выселяться из трансплантата). В то же время использование лимфоидных клеток создает опасность развития РТПХ, которая и была впервые описана в связи с подобными исследованиями.
Вскоре было показано, что возможна индукция толерантности и по отношению к растворимым антигенам. Как проявление толерантности был истолкован описанный ранее феномен иммунологического паралича при введении высоких доз пневмококкового полисахарида (паралич Фель- тена). Толерантность была индуцирована также введением белковых антигенов (различных сывороточных белков). При этом были установлены две важные закономерности. Во-первых, индукция толерантности облегчается введением белковых растворов, освобожденных от молекулярных агрегатов путем ультрацентрифугирования или «биологического фильтрования» (пропускания через организм мыши). Во-вторых, толерантность к растворимым антигенам индуцируется в двух дозовых интервалах толеро- гена (высоко- и низкодозная толерантность). Зависимость толерогенности от дозы введенного белка в значительной степени варьирует (рис. 111).
Отмена иммунологической толерантности может произойти спонтанно после удаления антигена (в случае его связи с клетками после устранения химеризма). Однако она может быть устранена с помощью воздействий, повреждающих лимфоциты, например облучения, и ускоряющих их регенерацию при условии, если антиген не вводится снова на фоне восстановления лимфоидной ткани.
Отмена толерантности может быть достигнута введением сингенных
лимфоцитов, особенно от животных, иммунизированных тем антигеном, к которому была индуцирована толерантность у реципиента. Наконец, тот же результат может быть получен при введении антигена, родственного толерогену.
Многие из приведенных выше фактов свидетельствуют о связи состояния иммунологической толерантности с неким новым качеством, приобретаемым популяцией лимфоцитов. Активная природа толерантности и ее связь с популяцией лимфоцитов была подтверждена в опытах с переносом толерантности. Для этого летально облученным реципиентам переносили кроветворные и лимфоидные клетки от сингенных толерантных доноров. В результате реципиенты также становились толерантными к соответствующему антигену.
Хотя превентивная индукция иммунологической толерантности к антигенам донора тканевых трансплантатов применения не нашла, ее индукция с помощью иммунодепрессивных воздействий (прежде всего циклоспорина А) после подсадки органов используется повсеместно и является основой всех удачных случаев приживления аллогенных тканей. Индукция взаимной толерантности тканей реципиента и донора служит основой также для формирования устойчивого химеризма без развития РТПХ при пересадке костного мозга облученным реципиентам при лечении гемобластозов или в случаях радиационных катастроф.
Лутотодерантность и ее механизмы
Наблюдение иммунологической толерантности у химерных близнецов и индукция состояния толерантности у развивающихся организмов послужили основой для важнейших концептуальных перемен в иммунологии. Исходя из этих данных, Ф.М. Бернет впервые четко сформулировал представление о «своем» и «не своем» с точки зрения иммунологии. В соответствии с его селекционно-клональной теорией, «свое», с точки зрения иммунной системы организма, — это комплекс макромолекул, который находился в контакте с иммунной системой в период ее становления. В результате того, что незрелые лимфоциты реагируют на связывание их антигенраспознающего рецептора не активацией, как зрелые клетки, а гибелью, в процессе онтогенеза происходит гибель (делеция) клонов, специфичных к аутоантигенам. Это и обеспечивает состояние аутотолерантности. Делеционный механизм иммунологической толерантности формируется в центральных органах иммунной системы (тимусе, костном мозгу) и обозначается как центральный.
В 70-е годы после открытия Т-супрессоров преобладающими стали концепции, связывающие состояние аутотолерантности с периферическими механизмами, прежде всего с блокадой аутореактивных клонов (которые, как правило, элиминируются не полностью) супрессорными Т-лимфоцитами — вето-клетками. Для объяснения состояния неотвечае- мости использовали также представления о блокаде клеток: под влиянием интенсивного связывания с антигеном мембранные рецепторы лимфоцитов утрачивают подвижность и способность к интернализации, что предотвращает передачу сигнала к активации клеток.
Таблица 89. Механизмы аутотолерантности
Механизм
Путь реализации
Место реализации
Деления клонов
Гибель (апоптоз) клеток при контакте с антигеном
Т-клетки в кортикомедуллярной зоне и мозговом слое тимуса, отчасти в периферическом отделе иммунной системы; В-клетки, вероятно, в костном мозгу
Анергия клонов
Стабильная утрата способности к активации в результате контакта с антигеном (отсутствие костиму- ляции?)
В периферическом отделе иммунной системы
Супрессия клонов
Антигенспецифическое подавление активации в результате действия вето-клеток (Т-супрессоров). Механизм гипотетичен
То же
В последующем было признано сосуществование названных механизмов индукции толерантности (табл. 89). В связи с прогрессом в изучении внутритимусной селекции с середины 80-х годов резко возрос интерес к центральному механизму индукции толерантности — отрицательной селекции аутоспецифических клонов путем индукции гибели клеток по механизму апоптоза. В последние годы благодаря использова- гнию трансгенных животных на новый уровень вышло также изучение периферического звена индукции толерантности. ■
В настоящее время наибольший прогресс достигнут в изучении феноменологии и механизмов отрицательной селекции клонов Т-лимфоцитов в тимусе (см. раздел 1.2.2). Основополагающие эксперименты в этой области посвящались изучению динамики клонов тимоцитов на разных стадиях их развития. Клоны, специфичные к некоторым антигенам гистосовместимости и суперантигенам, как отмечалось ранее, относятся к определенным Vp-семействам. Так, клоны, распознающие антиген H-Y самца, имеют рецептор, относящийся к подсемейству V06. У самцов, для которых H-Y является аутоантигеном, частота Урб+-тимоцитов снижается по мере созревания от стадии CD4~CD8~ до зрелых Т-клеток, тогда как у самок доля Урб+-тимоцитов при этом, наоборот, возрастает. Аналогичную динамику претерпевают клоны, специфичные к другим антигенам, в зависимости от того, являются ли они чужеродными или аутологичными.
Данные об элиминации клонов CD4+- и CD8+-тимоцитов в процессе отрицательной селекции были подтверждены и углублены при использовании мышей, несущих трансгены (т.е. гены, введенные в зародышевые клетки) TCR, специфичные к определенным антигенным пептидам в комплексе с молекулами МНС I или II классов. Поскольку TCR-трансген конкретной специфичности экспрессируется на всех Т-клетках, а не на отдельных клонах, в этом случае делеции подвергается вся популяция зрелых тимоцитов. При этом, однако, наблюдаются случаи «ускользания»
клеток от элиминации. Это происходило при низкой экспрессии на поверхности Т-клеток корецептора, например CD8. Все эти данные означают, что барьер, обусловленный процессом отрицательной селекции тимоцитов, не является абсолютным препятствием для проникновения клеток аутоспецифических клонов (пусть не вполне полноценных) на периферию иммунной системы.
Считается общепризнанным, что отрицательной селекции подвергаются тимоциты на стадии CD4+CD8+, когда они еще сохраняют высокую чувствительность к индукторам апоптоза, но уже экспрессируют такое количество рецептора TCR-CD3, чтобы при его связывании генерировался достаточно интенсивный сигнал. Селекция происходит в кортикомедуллярной зоне или в мозговом слое тимуса, и в ее основе лежит взаимодействие тимоцитов с дендритными клетками, которые экспрессируют на поверхности молекулы МНС, несущие пептидные фрагменты аутологичных пептидов.
Однако не вызывает сомнений, что в тимусе представлена лишь часть белков, свойственных данному организму и, например, органоспецифические белки здесь отсутствуют. Следовательно, часть аутоспецифичных клонов Т-клеток не может быть подвергнута делеции внутри тимуса уже по причине отсутствия в его внутренней среде соответствующих антигенов. Поэтому процесс выбраковки аутореактивных клонов продолжается вне тимуса. Его связывают в основном с индукцией анергии клеток. Вклад делеции клонов в периферическую селекцию Т-клеток достаточно значителен, хотя и играет меньшую роль, чем при селекции в тимусе. Иллюстрацией сказанного выше являются результаты переноса самцам бестимусных мышей nude сингенных периферических Т-лимфоцитов, полученных от самок, трансгенных по TCR-рецептору, специфичному в отношении «самцового» антигена H-Y.
Другой эксперимент, иллюстрирующий возможность формирования аутотолерантности на периферии, состоял в следующем. Мышам генотипа Н-2а трансфецировали ген TCR, специфичный к молекулам Н-2Ь, таким образом, чтобы он экспрессировался в их Т-лимфоцитах. Одновременно трансфецировали сами гены Н-2Ь так, чтобы его продукты экспрессировались только в клетках поджелудочной железы. Тимоциты таких мышей in vitro реагировали на Н-2ь+-клетки формированием специфических Т-киллеров, тогда как периферические Т-клетки не реагировали на них. Следовательно, тимоциты не прошли отрицательной селекции на реактивность против Н-2Ь (поскольку антиген был для них недоступен), однако ее прошли периферические лимфоциты, которые имели возможность контактировать с этим антигеном в поджелудочной железе (рис. 112).
В опытах с введением бактериальных суперантигенов установлено, что делеция аутоспецифических клонов на периферии проходит 3 стадии — острую (в течение 12—20 ч по механизму апоптоза без делений), подостую (после 3—5-дневной пролиферации) и хроническую (при длительном персистировании антигена). При селекции клонов Т-клеток под влиянием обычных аутоантигенов преобладает вторая стадия делеции.
Как уже отмечалось, признается важная, если не ведущая роль ин-
ТИМУСТИМУСПЕРИФЕРИЧЕСКИЕ ТКАНИПЕРИФЕРИЧЕСКИЕ ТКАНИВозможность индукции ЦТЛ анти-Н-2ьВозможность индукции ЦТЛ анти-Н-2ьТолерантность кН-2Ь на периферииТолерантность кН-2Ь на периферииТрансфекция гена Н—2Ь в клетки поджелудочной железыТрансфекция гена Н—2Ь в клетки поджелудочной железыПанкреатическая клеткаПанкреатическая клеткаСелекция клоновСелекция клонов
ТИМУС
ТИМУС
ПЕРИФЕРИЧЕСКИЕ ТКАНИ
ПЕРИФЕРИЧЕСКИЕ ТКАНИ
Возможность индукции ЦТЛ анти-Н-2ь
Возможность индукции ЦТЛ анти-Н-2ь
Толерантность к
Н-2Ь на периферии
Толерантность к
Н-2Ь на периферии
Трансфекция гена Н—2Ь в клетки поджелудочной железы
Трансфекция гена Н—2Ь в клетки поджелудочной железы
Панкреатическая клетка
Панкреатическая клетка
Селекция клонов
Селекция клонов
Рис. 112. Схематическое Изображение опыта, иллюстрирующего важность селекции Т-клонов на периферии при формировании аутотолерантности.
В зиготу мышей (Н-2а+) трансфецировали гены TCR, специфичного в отношении аллоантигена Н-2Ь, а также гены самого Н-2Ь, причем последние экспрессировались только в клетках поджелудочной железы. Тимоциты, не контактировавшие с Н2Ь, отвечают на взаимодействие с Н-2Ь+-клетками формированием специфических (анти-Н-2ь) цитотоксических Т-лимфоцитов, тогда как периферические Т-клетки, прошедшие селекцию при контакте с Н-2Ь+-клетками в поджелудочной железе, толерантны к Н-2Ь.
дукции анергии лимфоцитов как механизма периферической селекции. Ключевое значение в Индукции анергии Т-клеток имеет неполнота сигнала, точнее, отсутствие костимуляции Т-клеток через CD28. Обычно это имеет место в тех случаях, когда АПК не экспрессируют костимулирую- щие молекулы В7 (CD80 и 86). Это может быть, например, при контакте СВ4+-клеток с эпителиальными клетками, экспрессирующими молекулу МНС II класса.
Меньше сведений накоплено относительно отрицательной селекции аутологичных клонов В-клеток. Считают, что отрицательная селекция В- лимфоцитов осуществляется на стадии незрелых В-клеток в костном мозгу. Именно эти клетки реагируют апоптозом на перекрестное связывание мембранного IgM. Делеционный механизм устранения аутореактивных В-лимфоцитов на стадии клеток-предшественников продемонстрирован на модели с Использованием двух трансгенов; один из них обусловливал экспрессию на мембране АПК яичного лизоцима, другой — экспрессию специфичного к нему IgM-рецептора на поверхности всех В- лимфоцитов. Зрелые В-клетки у таких мышей отсутствовали, а указанный рецептор определялся на поверхности пре-В-лимфоцитов, т.е. на стадии, предшествующей селекции.
Выбраковка аутоспецифических В-клеток, возникающих в процессе усиленного мутагенеза V-генов иммуноглобулинов в зародышевых цент-
pax, осуществляется при их контакте с Т-хелперами: в связи с отсутствием Т-клеток той же специфичности В-клетки не получают сигнал через молекулу CD40 и подвергаются апоптозу.
По-видимому, механизмы индукции анергии обусловливают развитие толерантности в ответ на внутривенное введение безагрегатных антигенов. В этом случае причиной анергии Т-лимфоцитов при связывании их рецепторов является отсутствие костимуляции в силу слабого вовлечения в ответ АПК. К индукции толерантности на периферии более чувствительны Т-, чем В-клетки, Т-хелперы, чем Т-киллеры, ТЫ-, чем ТН2-клетки. Низкодозная толерантность индуцируется исключительно на уровне Th 1-клеток. Иногда отсутствие гуморального иммунного ответа обусловлено ареактивностью Т-хелперов, но не В-клеток.
Значительно меньше ясна роль супрессорных вето-клеток в блокаде ответа на аутоантигены. Прямых данных о существовании таких клеток нет. Имеются косвенные свидетельства о возможной роли вето-клеток в предотвращении срыва аутотолерантности. Допускается участие в поддержании аутотолерантности идиотипической сети, реализуемой с участием Т-супрессоров. Различные воздействия, приводящие к элиминации Т-супрессоров, способствуют проявлению аутоиммунных процессов. Похоже, однако, что эти механизмы необходимы не столько для индукции, сколько для поддержания состояния аутотолерантности.
До сих пор продолжает оставаться загадкой отсутствие отторжения плода иммунной системой беременных самок. Имеются частные объяснения этого феномена (отсутствие антигенов МНС на слое клеток хорио- трофобласта, отделяющих организм плода от иммунной системы матери, наличие некоторых проявлений иммуносупрессии у матери и т.д.). Реакция отторжения аллотрансплантатов, несовместимых по МНС, постоянно реализуется даже при резко выраженной иммуносупрессии (разрушении подавляющей части лимфоцитов). Учитывая это, следует признать, что радикальное решение данной проблемы отсутствует. По-видимому, механизмы «терпимости» иммунной системы матери к несовместимому по МНС плоду родственны механизмам изоляции «иммунологически привилегированных» органов.
В понимании природы этой «привилегированности» недавно достигнут существенный прогресс. Оказалось, что по крайней мере во внутренних средах глаза и в семенниках зона, не доступная для действия эффекторных факторов иммунной системы, выстлана клетками, экспрессирующими Fas-лиганд. Поскольку активированные Т-лимфоциты несут на своей поверхности Fas-рецептор (CD95), они неизбежно должны подвергнуться апоптозу в процессе миграции через слой FasI-Л-клеток, поскольку получают от этих клеток летальный сигнал, обусловленный взаимодействием Fast — Fas.
Существует два основных типа иммунной защиты — противоин- фекционная и противоопухолевая. В обоих случаях клетки — носители чужеродных антигенов являются источником агрессии, поскольку они повреждают ткани, выделяют токсины и могут привес-
ти организм хозяина к гибели. Те и другие способны защищаться от иммунных механизмов, маскируя свою чужеродность, изменяя специфичность антигенов, выделяя факторы, подавляющие иммунитет. Стратегия защиты от инфекционных агентов различна в зависимости от их локализации. Внеклеточные патогены и их токсические продукты, а также паразиты вызывают ТИ2-зависимый ответ гуморального типа. Внутриклеточные патогены, включая вирусы, вызывают ТЫ-зависимый ответ клеточного типа. Неадекватность выбора типа иммунного ответа приводит к неэффективности защиты. Комплекс специфических эффекторных факторов, формирующихся в процессе иммунного ответа и сохраняющихся после удаления патогена, обозначают как состояние невосприимчивости (собственно иммунитета). Наличие в организме иммунологической памяти, определяющей готовность к вторичному иммунному ответу, существенно повышает резистентность организма к инфекционным агентам. Такое состояние может быть создано искусственно путем вакцинации. Основой противоопухолевой иммунной защиты является ТЫ-зависимый клеточный ответ, обусловливающий формирование цитотоксических Т-лимфоцитов, а также факторов, которые повышают противоопухолевую активность макрофагов и естественных киллеров. Назначение системы иммунитета, состоящее в поддержании биологической индивидуальности организмов, находит отражение в трансплантационном иммунитете — отторжении пересаженной чужеродной ткани, которое осуществляется на основе ТЫ -зависимых клеточных реакций. Толерантность (терпимость) к собственным антигенам в норме формируется в процессе онтогенеза; ее основой является выбраковка аутореактивных клонов лимфоцитов в процессе их развития. Состояние иммунологической толерантности к чужеродным антигенам можно воспроизвести искусственно, вводя соответствующие антигены в организм в период его «иммунологической незрелости» или после повреждения иммунной системы.
5 Патология иммунной системы
Выделяют 4 типа патологии иммунной системы:
иммунологическая недостаточность вследствие дефектов развития или действия повреждающих факторов;
гиперчувствительность, или извращенная реактивность, основной формой которой является аллергия;
иммунопатология, обусловленная аутоагрессией;
опухоли иммунной системы, прежде всего лимфопролиферативные процессы.
ИММУНОДЕФИЦИТЫ
Иммунодефициты разделяют на две группы — первичные (врожденные), как правило, имеющие наследственную природу и являющиеся, таким образом, болезнями sui generis, и вторичные (приобретенные), вызванные различными воздействиями, как эндогенными (болезни), так и экзогенными (например, действие ионизирующих излучений). Четкую границу между ними провести трудно, поскольку восприимчивость к действию иммунодепрессивных факторов и, следовательно, к развитию вторичных иммунодефицитов, также обусловлена генетически.
Первичные иммунодефициты
Группу первичных иммунодефицитов составляют заболевания человека, основой которых является наследственно обусловленная дефектность структуры и функционирования иммунной системы, которая проявляется в нарушении иммунной защиты. Иногда по отношению к первичным иммунодефицитам используют термин «врожденные», что подразумевает возможность развития заболевания на основе ненаследственных дефектов, возникших в эмбриональном периоде. Хотя теоретически это возможно, конкретные нозологические формы заболеваний такого рода неизвестны, и далее мы будем рассматривать лишь первичные нарушения иммунитета наследственной природы.
Концепция первичных иммунодефицитов сложилась в 60-е годы, хотя клинически отдельные заболевания данной группы были описаны ранее. На эти болезни с самого начала смотрели как на «эксперименты природы», изучение которых поможет иммунологам понять природу им-
мунных структур и процессов. Эта надежда оправдалась, хотя ожидаемые результаты достигались с трудом бдльшим, чем предполагалось. За проблемой изучения первичных иммунодефицитов пристально следит Международное медицинское сообщество, и Всемирная организация здравоохранения с определенной периодичностью публикует материалы, отражающие состояние проблемы на данный момент.
Первичные иммунодефициты — это редкие заболевания: их суммарная частота составляет 1 : 1 000 000, или 3 случая на 1000 клинически больных. Эти заболевания встречаются почти исключительно в детском возрасте, поскольку значительное число больных не доживает до 20 лет, а у остальных дефекты в определенной степени компенсируются или трактуются в контексте обычной инфекционной или соматической патологии. В последнее десятилетие благодаря успехам лечения (в первую очередь антибиотикотерапии) этот верхний возрастной порог оказался размытым, и есть надежда, что благодаря применению генотерапии продолжительность жизни больных существенно увеличится.
Генетика первичных иммунодефицитов
Основой первичных (наследственных) иммунодефицтов являются хромосомные перестройки либо мутации генов, детерминирующих иммунологически значимые факторы или ответственных за формирование органов иммунной системы в онтогенезе. Теоретически иммунодефицит должен считаться первичным, если установлены локализация генетического дефекта и тип его наследования, причем дефектный ген характеризуется высокой пенетрантностью (т.е. проявляемостью) в форме иммунодефицитного состояния, дополнительным, хотя и не обязательным, условием является ранняя экспрессия генетического дефекта. В реальности эти условия выполняются не всегда. Во-первых, локализация генетических поломок пока установлена далеко не для всех случаев иммунодефицитов, Наследственная природа которых не вызывает сомнений. Во-вторых, известны отдельные примеры, когда при таких заболеваниях не удается установить характер наследования (примером может служить синдром ди Джорджи — недоразвитие тимуса). Следствием неполной изученности генетических основ этих заболеваний является недостаточно четкое разделение их на конкретные синдромы; часть известных нозологических форм фактически представляет собой группы заболеваний (например, общий вариабельный иммунодефицит).
Иммунологические поражения можно воспроизвести в эксперименте путем прицельного выключения (с помощью технологии нокаута) генов, Кодирующих иммунологически значимые молекулы или ответственных за развитие клеток и органов иммунной системы. В основе нокаута лежит генно-инженерная технология, состоящая в следующем (рис. 113).
Создается генетическая конструкция: в среднюю часть гена, который предстоит исключить из генома, вводится маркерный (и в то же время расщепляющий) ген устойчивости к неомицину (neo). С одной или обеих сторон от гена-мишени Помещают второй маркерный ген HSV-tk, кодирующий тимидинкиназу вируса
Ген neo' не внедрилсяГен neo' не внедрилсяHSV-tkHSV-tkКлетка гибнет от действия аналога неомицина 6418Клетка гибнет от действия аналога неомицина 6418Ген neor внедрился вне гена-мишениГен neor внедрился вне гена-мишениКлетка гибнет от действия противовирусного агента ганцикловиреКлетка гибнет от действия противовирусного агента ганцикловиреРис. 113. Прицельная инактивация («нокаут») генов. Объяснение в тексте.Рис. 113. Прицельная инактивация («нокаут») генов. Объяснение в тексте.Ген лес/ внедрился в ген-мишеньГен лес/ внедрился в ген-мишеньHSV-tk N neo' NHSV-tk N neo' NКлетка устойчива к действию ганцикловира и 6418Клетка устойчива к действию ганцикловира и 6418
Ген neo' не внедрился
Ген neo' не внедрился
HSV-tk
HSV-tk
Клетка гибнет от действия аналога неомицина 6418
Клетка гибнет от действия аналога неомицина 6418
Ген neor внедрился вне гена-мишени
Ген neor внедрился вне гена-мишени
Клетка гибнет от действия противовирусного агента ганцикловире
Клетка гибнет от действия противовирусного агента ганцикловире
Рис. 113. Прицельная инактивация («нокаут») генов. Объяснение в тексте.
Рис. 113. Прицельная инактивация («нокаут») генов. Объяснение в тексте.
Ген лес/ внедрился в ген-мишень
Ген лес/ внедрился в ген-мишень
HSV-tk N neo' N
HSV-tk N neo' N
Клетка устойчива к действию ганцикловира и 6418
Клетка устойчива к действию ганцикловира и 6418
простого герпеса. Клетки, несущие ген пео, устойчивы к неомицину и его аналогам, а клетки, несущие ген HSV-tk, — к противовирусному препарату ганцикловиру. Эта конструкция вводится в клетки, которые помещают в культуру, содержащую аналог неомицина и ганцикловир. Клетки, в которые не интегрировалась введенная генетическая конструкция, гибнут от действия аналога неомицина. Клетки, в которые конструкция внедрилась, но в не свойственном данному гену месте, гибнут от действия ганцикловира. Выживают только те клетки, в которых введенная конструкция заняла положенное место и уже вступила в процесс рекомбинации с нормальным геном, в результате которой ген HSV-tk был «выброшен» как негомологичный (отсюда устойчивость к ганцикловиру). В таких клетках ген-мишень, расщепленный внедрением гена пео, не работает, в то время как ген пео обеспечивает устойчивость к неомицину и его аналогам. Если подобная процедура проделана с зиготой, которую можно ввести в матку самке и получить потомство, удается создать мышей с целенаправленно удаленным геном.
С помощью данного подхода уже осуществлено целенаправленное отключение некоторых генов, ответственных за синтез важнейших молекул иммунной системы. Это позволило установить взаимосвязи между конкретными генами и комплексом детерминируемых ими структур и процессов в иммунной системе. Такое моделирование помогает уточнить природу первичных иммунодефицитов. Но простое сопоставление спектров изменений, наблюдаемых при направленном отключении генов, и спектров наследственных иммунодефицитов демонстрирует их существенную разницу, хотя многие нарушения наблюдаются в обоих случаях. В этом нетрудно убедиться, сравнив данные табл. 90, в которой отражена часть материала, накопленного к настоящему времени по результатам нокаута иммунологически значимых генов, и табл. 91—94, в которых представлены данные об известных наследственных иммунодефицитах человека.
Прежде всего спектр иммунодефицитных заболеваний отражает лишь определенную часть возможных иммуногенетических нарушений. Выборочность представительства генетически обусловленной патологии в реальном спектре первичных иммунодефицитов связана с рядом обстоятельств. Главное из них состоит в том, что шанс сохраниться в популяции имеют лишь те мутации, отрицательные проявления которых могут быть «замаскированы». Это возможно при рецессивном типе наследования, позволяющем мутантным генам не проявляться у гетерозигот, а также при их локализации в хромосоме X (часто в клетках самок экспрес442
Таблица 90. Последствия «нокаута» генов мышей, контролирующих развитие и функционирование Т-клеток
Удаляемый ген
Основные последствия для иммунной системы
RAG-1,2
Отсутствие перестройки генов 1g и TCR типа V(D)J. Блокада развития Т-лимфоцитов (на стадии CD3~CD4~CD8~CD25+) и В-лимфоцитов
TCRp
Блокада развития ТСВ-а0+-Т-клеток на стадии CD3_CD4~CD8~. Нормальное развитие ТС R-y5+-Т-клеток
TCRa
Блокада развития ТСВ-а0+-Т-клеток на стадии CD3-npeTCR+CD4~CD8~
TCRy
Блокада развития TCR-y3+-клеток на стадии CD3^CD4~CD8 . Нормальное развитие сф+-Т-клеток
TCR5
Нарушение развития у8+Т-клеток, нормальное развитие ар+-клеток
CD3(,n
Нарушение экспрессии CD3-TCR. Снижение содержания тимоцитов CD4+CD8+, CD4+CD8- и CD4~CD8+. На периферии накопление клеток CD3_CD4+/CD8+. В кишечных Т-клетках в составе CD3 присутствует у-цепь FccRI
TdT
Отсутствуют N-вставки в генах 1g и TCR, ограничена вариабельность рецепторов Т- и В-клеток
CD8a
Нарушено формирование СВ8+-клеток при нормальном развитии СО4+-клеток
02m
Tap-1
Нарушена экспрессия молекул МНС I класса и развитие СО8+-клеток Нарушен транспорт пептидов в эндоплазм, ретикулум. Снижены экспрессия молекул МНС I класса и развитие СВ8+-клеток
IRF-1
Нарушен переход от CD4+CD8+- к С D4~CD8+-клеткам. Снижено содержание СВ8+-клеток
CD4
Нарушено развитие СВ4+-клеток при нормальном развитии CD8+- клеток
MHC II
Снижено содержание СО4+-клеток на периферии, в меньшей степени в тимусе
И
Нарушены внутриклеточный транспорт молекул МНС II класса, их экспрессия и презентация белковых антигенов. Нарушен первичный иммунный ответ
CD2
Развитие Т-клеток не нарушено
CD28
Развитие Т-клеток не нарушено. Подавлен гуморальный, но не клеточный ответ (выработка IgGl и IgG2b)
ICAM-1
Нарушена пролиферация лимфоцитов, развитие воспаления и ГЗТ
CJD45, экзон 6
Экспрессия CD45 отсутствует на В- и снижена на Т-клетках. Развитие В-клеток нормальное. Частичная блокада развития Т-клеток на стадии CD4+CD8+. Снижены пролиферативные реакции Т-клеток
lek
Частично блокировано развитие оф и уЗ (кроме кишечных) Т-клеток. Снижена их функция
Удаляемый ген
Основные последствия для иммунной системы
fyn
Нормальное развитие и ослабленная функция лимфоцитов
csk
Летальный эффект в эмбриогенезе
c-jun
Летальность на 12-е сутки развития
c-fos
Половина животных гибнет после рождения. Снижение массы тела, уменьшение числа Т- и В-клеток. Атрофия коры тимуса. Активность макрофагов повышена
c-abl
Атрофия селезенки и тимуса (за счет CD4+CD8+, но не медуллярных клеток). На периферии снижено содержание Т- и В-клеток
icaros
Нарушено развитие Т-клеток на стадии CD3_CD4“CD8~
IL-7
Снижена численность Т- и В-клеток. Атрофия тимуса
ИФНу
Ослаблены экспрессия молекул МНС II класса, образование свободных радикалов и NO. Усилен пролиферативный и цитотоксический ответы Т-клеток. Снижен уровень IgG2a. Ослаблена защита от листерий, вирусов, микобактерий
сируются гены только одной хромосомы X, что позволяет сохраниться даже доминантным мутациям). И действительно, основой первичных иммунодефицитов обычно служат рецессивные мутации, причем их локализация в хромосоме X встречается особенно часто. Другой фактор, сужающий реальный спектр наследственных иммунодефицитов, связан с «избыточностью» иммунной системы, которая проявляется в том, что одна и та же функция может обеспечиваться различными факторами. В результате исчезновение каждого из них (в частности, вследствие мутации соответствующего гена) не приведет к заметным последствиям. Примеры такого рода можно найти в табл. 90 и особенно в табл. 55 (см. раздел 3.4.2, данные о выключении цитокиновых генов). Часто из многих вариантов наследственных нарушений, которые вызывают конкретный иммунологический дефект, по неизвестным причинам реализуются лишь единичные, как это происходит при формировании дефектов адгезии клеток.
Спектр первичных иммунодефицитов человека достаточно близок к известным проявлениям мутаций генов, влияющих на иммунную систему, которые отобраны и сохранены у линейных мышей. Однако и в этом случае есть существенные различия, зависящие как от видовой специфики наследственного контроля иммунной системы, так и различных условий сохранения мутаций (у мышей их искусственно отбирают, а у человека они находятся под давлением отрицательного отбора).
Таблица 91. Первичные иммунодефициты с комбинированными дефектами или преобладанием поражения клеточного иммунитета
Название
Основа патогенеза
Содержание Т-кле- ток
Содержание В-клеток
Уровень иммуноглобулинов
Тип наследования
Сопутствующие поражения
1. Тяжелый комбинированный иммунодефицит (SCID)
а) сцеп-
Мутация
Резко
Нормаль-
Снижен
X,
ленный с хромосомой X
б) ауто-
общей у- цепи цитокинов (CD 154) Дефект
снижено
То же
но или повышено
Резко
Xql3.1— 13.3
АР
сомно-ре- цессив- ный
2. Дефи-
созревания лимфоцитов*
Отравле-
Прогрес-
снижено
Прогрес-
АР,
Наруше-
цит адено-
ние пури-
сивно
сивно
20ql3-ter
ния хря-
зиндез- аминазы
3. Дефи-
новыми метаболитами
Отравле-
снижается
Прогрес-
снижается
Нормаль-
Нормален
АР,
щевой ткани
Аутоим-
цит пурин-
ние пури-
сивно
ное
или сни-
14ql3.1
мунная ге-
нуклеотид- фосфори- лазы
4. Рети-
новыми метаболитами
Дефект
снижается
Резко
Резко
жен
Снижен
АР
молигичес- кая анемия.
Неврологические симптомы
Грануло-
кулярный дисгенез
5. Дефи-
стволовых клеток
Наруше-
снижено
Нормаль-
снижено
Нормаль-
Нормаль-
АР
цито-и тромбоцитопения
Цит CD3y
ИЛИ Е
6. Дефи-
ниетранскрипции генов CD3y
ИЛИ £
Мутация
ное; нарушены функции
Снижено
ное
Нормаль-
ный
Нормаль-
АР, 2ql2
Цит CD8
гена киназы ZAP-70
содержание CD8+
ное
ный
Название
Основа патогенеза
Содержание Т-кле- ток
Содержание В-кле- ток
Уровень иммуноглобулинов
Тип наследования
Сопутствующие поражения
7. Синдром «голых» лимфоцитов (дефицит молекул МНС II класса)
Мутации генов СИТА, RFX-S
Снижено содержание CD4+- клеток
Нормальное
Нормальный или снижен
АР
Диарея
8. Первичный дефицит CD4
Мутация гена CD4(?)
Дефицит CD4+
То же
Снижен
АР
9. Первичный дефицит CD7
Мутация гена CD7(?)
Снижено
Снижен
АР
10. Син-
Мутация
Прогрес-
н н
Снижен
X,
Тромбо-
дром Вис-
гена
сивное
уровень
Хр11.2—
цитопения,
котта—
Олдрича
WASP
снижение, дефект сиалопротеинов (CD43 и ДР-)
IgM, нет антител к полисахаридам
11.3
экзема, аутоиммунные процессы, злокачественные опухоли
11. Атак- сия-теле- ангиэктазия
Нарушение контроля клеточного цикла, нестабильность хромосом
Снижено
Снижены уровни IgA, IgE, IgG, повышен уровень IgM, мало антител
АР, llq23.1
Атаксия, телеангиэктазия, злокачественные опухоли
12. Синдром ди Джорджи
Дисгенезия эпителия тимуса, его гипоплазия вследствие дефекта 3—4 жаберных дуг
Снижен или нормальный
?
Гипопаратиреоидизм, патология сердца, лица, гипокальциемия
Название
Основа патогенеза
Содержание Т-клеток
Содержание В-клеток
Уровень иммуноглобулинов
Тип наследования
Сопутствующие поражения
13. Кожно-слизистый кандидоз
7
Нормальное
Нормальное или повышено
Может быть повышен
АР
14. Дефицит ИЛ-2
7
Нормальное; снижена функция
Нормальное
Нормален или снижен
АР
15. Множественный дефицит цитокинов
Дефект NF-AT
Снижено, подавлен синтез ИЛ-2-6, ИФНу
Снижено
Снижен
АР
16. Дефицит передачи сигналов
Множественные причины. Обычно дефект генов тирозин- киназ
Может быть снижено.
Нарушены функции
Может быть снижено.
Нарушены функции
Снижен
?
Примечания. В табл. 91—94 использованы материалы сообщения группы экспертов ВОЗ «Primary Immunodeficiency Diseases» (Clin. Exp. Immunol. — 1995. — Vol. 99, suppl. 1).
* У мышей — дефект генов RAG-1 и RAG-2, обусловливающих перестройку генов TCR. Здесь и в табл. 92—93: X —сцепленный с полом, АР — аутосомно-рецессивный тип наследования.
Природа иммунологических нарушений при первичных иммунодефицитных состояниях
Некоторые первичные иммунодефицитные состояния вполне однозначно отражают ситуации, моделируемые при отключении соответствующих генов. В первую очередь это можно проиллюстрировать на примере нокаута или мутаций генов рекомбиназ RAG-1 и RAG-2. Повреждение любого из них приводит к тяжелому комбинированному иммунодефициту, вызванному блокадой развития В- и Т-лимфоцитов на стадии, предшествующей перестройке генов антигенраспознающих рецепторов. Этот блок может быть преодолен трансфекцией перестроенного гена p-цепи (в случае Т-клеток) или Н-цепей (в случае В-клеток). После этого на поверхности клеток появляется проторецептор, клетки пролиферируют, экспрессируют ряд маркеров, но затем их развитие вновь приостанавливается, и только дополнительная трансфекция перестроенного гена а- цепи для Т- и одной из L-цепей для В-клеток позволяет преодолеть дефект
Таблица 92. Первичные иммунодефициты с преобладанием дефектов гуморального иммунитета
Название
Основа патогенеза
Содержание Т-кле- ток
Содержание В-клеток
Уровень иммуноглобулинов
Тип наследования
Сопутствующие поражения
1. Агам-
Мутация
Нормаль-
Резко
Снижено
X,
маглобу-
гена btk
ное
снижено
содержа-
Xq21.3-22
линемия, сцепленная с хромосомой X
2. Гипер-
Мутация
Т-клетки
Есть толь-
ние всех изотипов
Повышен
х,
Нейтро-,
IgM-
гена
лишены
ко IgM+-,
уровень
Xq26-27
тромбоци-
синдром
CD40L
CD40L
IgD+-B-
IgM и
топения,
3. Гипер-
(CD 154)
9
Нормаль-
клетки
Нормаль-
IgD, содержание 1g других классов снижено
Повышен
?
гемолити- : ческая анемия. Оппортунистические инфекции
Проявле-
IgE- синдром
4. Деле-
Деления в
ное или повышено
Нормаль-
ное или повышено
Нормаль-
уровень IgE, иногда IgG
Отсутству-
АР, 14q32
ния, подобные аллергии
ция гена Н-цепей
5. Дефи-
хромосоме 14q32
Мутация
ное
То же
ное
Снижено
ют некоторые изотипы
Снижено
АР, 2pl 1
цит к-цепей
Селективные дефициты субклассов IgG
Селек-
к-гена
Дефекты переключения изотипов
?
содержание к+клеток
Нормальное, незрелые
То же
содержание Ig(K)
Дефект одного или нескольких подклассов IgG
Уровень
АР
Аугоиммун-
тивный дефицит IgA
8. Общий
Группа син-
Обычно
Нормаль-
IgA снижен
Возможно
АР
ные нарушения, аллергия
вариабельный иммунодефицит
дромовс различными поломками
нормальное
ное или снижено, незрелые
снижение отдельных изотипов
Название
Основа патогенеза
Содержание Т-кле- ток
Содержание В-клеток
Уровень иммуноглобулинов
Тип наследования
Сопутствующие поражения
9. Дефицит антител при нормальном уровне 1g
9
Нормальное
Нормальное
Нормальное, снижен уровень антител
9
10. Преходящая детская гипогам- маглобу- линемия
?
Нормальное, замедлено развитие хелперов
То же
Снижен уровень IgG и IgA
?
генов рекомбиназ. Этот генетический дефект, смоделированный у мышей, по-видимому, имеется и у человека при аутосомном варианте тяжелого комбинированного иммунодефицита. Наследственный дефект другого фермента, участвующего в формировании разнообразия антигенраспоз- нающих рецепторов, терминальной дезоксинуклеотидилтрансферазы приводит лишь к ограничению этого разнообразия.
К тяжелым последствиям, затрагивающим, однако, лишь отдельные популяции лимфоцитов, приводит дефектность генов конкретных поли- пептидных цепей рецепторов для антигена. При этом нарушается формирование только тех рецепторов, в состав которых входит соответствующая цепь. При мутациях а- или [3-цепей TCR у мышей блокируется формирование сф-рецептора, что не препятствует развитию у5+-клеток, также как при дефектности генов легкой к-цепи нормально перестраиваются и функционируют гены Х-цепи. Эти ситуации воспроизведены у мышей путем направленного выключения генов. У человека описаны избирательные дефекты, затрагивающие целые популяции Т- или В-клеток. Эти дефекты вызваны нарушениями в генах соответственно CD3 и тиро- зинкиназы btk, участвующей в развитии В-лимфоцитов. Последний случай представляет собой пример того, как сведения о факторах, участвующих в развитии лимфоцитов, были первоначально получены при анализе наследственных иммунодефицитов человека.
Альтернативной причиной дефицита популяций лимфоцитов служат варианты, основой которых являются мутации ферментов пуринового метаболизма — аденозиндезаминазы (АДА) и пуриннуклеотидфосфори- лазы (ПНФ). АДА катализируют превращение аденозина и дезоксиаденозина соответственно в инозин и дезоксиинозин, а ПНФ — превращение дезоксигуанозина и гуанозина в гуанин, а также инозина и дезоксиинозина в гипоксантин (см. раздел 1.1.1 и рис. 10). В отсутствие АДА накапливаются дезоксиаденозин, аденозин, дезокси-АТФ и цАМФ (наиболее токсичен первый), что приводит к гибели как Т-, так и В-клеток, причем
Таблица 93. Иммунодефициты, связанные с дефектом фагоцитарной функции
Название
Поражаемые клетки
Функциональные дефекты
Тип наследования
Проявления
X р о н И
ч е с к а я
гранулематс
зная б с
л е з н ь
Сцепленная с полом
Н, М
Нарушено образование супероксидов; нарушен кил- линг
X, Хр21.1
Аутосомнорецессивная
Н
То же
АР, 16q24, lq25, 7qll.23
Синдром д е ф
ектаад]
' е з и и л е й к о ц
ито в (L/
VD-синдром)
Тип 1
Н, М, Л
Нарушены таксис, подвижность, адгезия, эндоци- тоз. Дефект экспрессии CD 18
АР, 21q22.3
Нарушение заживления ран, язвы, периодонтит, лейкоцитоз
Тип 2
Н, М, Л
То же + дефект экспрессии CD 15
АР
То же + замедленное умственное развитие
Дефицит Г6ФД нейтрофилов
Н
Нарушен киллинг
X
Анемия
Дефицит миелопероксидазы
н
IIн
АР
Дефицит вторичных гранул
н
АР
Синдром Швартцмана
н
Нарушен хемотаксис
АР
Анемия, тромбоцитопения, гипо- гаммаглобулине- мия, недостаточность поджелудочной железы
Примечание. Н — нейтрофилы, М — моноциты и макрофаги, Л — лимфоциты.
особенно сильно поражаются развивающиеся тимоциты. При дефиците ПНФ накапливаются дезоксигуанозин, ГТФ и дезокси-ГТФ, токсичные только для лимфоцитов Т-ряда.
Важную группу составляют иммунодефициты, в основе которых имеются нарушения развития субпопуляций лимфоцитов, обусловленные генетическими дефектами корецепторов и молекул МНС, которые осуществляют селекцию этих субпопуляций. Методом нокаута получен полный спектр дефицитов CD4+- и СГ)8+-клеток, обусловленных отключением генов самих корецепторов, соответствующих молекул МНС, а также тирозинкиназ, участвующих в развитии данных субпопуляций
Таблица 94. Иммунодефициты, связанные с наследственными дефектами тистемы комплемента
Дефицит фактора
Хромосома
Симптомы
Clq
1
Волчаночный синдром
Or
12
То же
С4
6
С2
6
Itи
СЗ
19
Повторяющиеся пиогенные инфекции, иммунокомплексная патология
С5
9
Волчаночный синдром, нейссериальная инфекция
С6
5
То же
С7
5
То же + васкулит
С8а
1
То же (без васкулита)
С8р
1
То же
Ингибитор С1
11
Врожденный сосудистый отек
Фактор I
4
Повторные пиогенные инфекции
Фактор Н
1
То же
Фактор D
?
Нейссериальная инфекция
Пропердин
X
То же
(рис. 114). Некоторые из этих иммунодефицитов обнаружены у человека. Наиболее характерный пример — синдром «голых» лимфоцитов. При нем вследствие генетически обусловленного нарушения образования транскрипционных факторов отсутствует экспрессия всех генов МНС II класса. В результате не может осуществиться положительная селекция СО4+-клеток, и эта популяция не формируется. В основе дефекта развития популяции СО8+-клеток лежит совсем иной дефект — мутация гена тирозинкиназы ZAP-70, в отсутствие которой блокируется развитие этих клеток. Иногда причины дефектности популяций и субпопуляций точно не выяснены, хотя локализация мутаций известна (например, мутации xid при агаммаглобулинемии, сцепленной с полом, при которой не развиваются В1-клетки).
Некоторые комбинированные иммунодефициты возникают при локализованных дефектах генов мембранных молекул адгезии. Следствием таких мутаций является нарушение миграции клеток, в первую очередь нейтрофилов и моноцитов/макрофагов, а также их взаимодействий с клетками других типов. Примером могут служить фенотипически сходные поражения, развивающиеся как результат наследственных дефектов экспрессии Р2-Интегрннов (их общей цепи, CD 18) и углеводных детерминант Lex (CD 15), распознаваемых селектином L (CD62L) (см. раздел
Формирование репертуара Т- и В-клетокФормирование репертуара Т- и В-клетокОтсутствие формирования репертуараОтсутствие формирования репертуара
Формирование репертуара Т- и В-клеток
Формирование репертуара Т- и В-клеток
Отсутствие формирования репертуара
Отсутствие формирования репертуара
Рис. 114. Формирование дефекта перестройки рецепторных генов, связанных с нарушением процессов репарации ДНК на примере мышей—носителей мутации scid [по Janeway СА, Travers Р., 1994].
Формирование петли и изъятие генетического материала между сегментами V и J (переход от уровня «а» к уровню «б», см. также рис. 50) происходят у носителей мутации scid нормально. Однако в связи с дефектностью процесса репарации у мышей scid -/- не происходит «разрешения шпилек» (кольцевых структур, образующихся в результате замыкания нитей ДНК в местах разрывов, которые возникают при перестройке рецепторных генов около сегментов V и J). В норме «шпильки» «развертываются» (см. рис. 50), в результате чего формируются Р-вставки между продуктами сегментов V и J. Таким образом, дефект реаранжировки у мышей scid -/- реализуется между уровнями «б» и «в». Следствием этого является формирование дефектного V-домена рецепторных белков или полное его отсутствие у мутантных мышей при нормальном формировании V-домена у здоровых мышей (уровень «г»). Дефект проявляется в равной степени при реаранжировке генов иммуноглобулинов и TCR.
1.2.4). Эти поражения представляют собой два варианта LAD-синдрома — дефицита адгезии лейкоцитов.
Очень разнообразен спектр генетически обусловленных нарушений продукции антител. Их причиной может служить как поражение В-лим- фоцитов (их развития или экспрессии генов иммуноглобулинов), так и дефектность Т-клеток (снижение хелперной активности). Примером первого варианта может быть уже упоминавшаяся агаммаглобулинемия, сцепленная с полом. При большинстве проявлений общего вариабельного иммунодефицита преобладает недостаточность Т-хелперной функции. Однако особенно ярким примером такого рода может служить гипогам- маглобулинемия с повышением уровня IgM (rHnep-IgM-синдром). Схема, иллюстрирующая природу дефекта антителообразования при этом заболевании, представлена на рис. 115. Основой патологии при этом явля-
Активация Т-хелперов, выработка цитокинов, в т.ч. ИЛ-4 и ИФНу
2. Гипер-1дМ-синдром
В-клеткв
Т-хелпер
Активация, переключение изотипов, усиление мутагенеза, защита от апоптоза, дифференцировка плазмоцитов и В-клеток памяти
Отсутствует активация В-клеток и переключение изотипов иммуноглобулинов
Снижены активность Т-хелперов, выработка цитокинов
Рис. 115. Механизм формирования иммунологических нарушений при гипер- IgM-синдроме.
Дефект экспрессии CD40L (CD 154) на Т-лимфоцитах является причиной отсутствия костимулирующего взаимодействия между В-лимфоцитами и Т-хелперами, опосредованного взаимным распознаванием молекул CD40 и 40L и приводящего к активации тех и других клеток с последствиями, указанными на схеме.
ется нарушение экспрессии на Т-клетках молекулы CD 154 (CD40L), являющейся лигандом рецептора CD40 В-клеток (см. раздел 3.4.1). В результате в В-клетку не передается сигнал, ответственный за некоторые эффекты, в том числе за переключение изотипов иммуноглобулинов, и образуются только IgM-антитела. При этом заболевании дефектной оказывается также функция Т-клеток, не получающих сигналы противоположной направленности вследствие отсутствия молекулы CD40L. Возможно, с нарушением функций Т-клеток, в частности, синтеза ими цитокинов, связаны некоторые изолированные дефициты отдельных классов и подклассов иммуноглобулинов, однако их основой могут служить дефекты, локализующиеся на уровне самих генов иммуноглобулинов в В- клетках. На рис. 116 в схематичной форме отражена ситуация с утратой единичных генов или групп соседних генов, что может привести к отсутствию одного или нескольких изотипов иммуноглобулинов. Среди селективных дефицитов изотипов иммуноглобулинов наиболее частым является дефицит IgA. При нем присутствуют В-лимфоциты, несущие мембранный IgA (т.е. процесс переключения изотипов осуществляется), однако не образуются плазматические клетки, секретирующие IgA-антитела. Возможно, причиной этого дефекта является недостаточность сигнализации со стороны Т-лимфоцитов, других клеток микрокружения и дефицит продуцируемых ими факторов, особенно тех, которые способствуют выработке IgA, — трансформирующего фактора роста р и ИЛ-5.
Сц С5 СуЗ Су1 Са1 Су2 Су4 Се Са2
Рис. 116. Генетические основы селективных дефицитов иммуноглобулинов различных изотипов, обусловленных делецией соответствующих С-генов.
Генетические поломки, затрагивающие сами В-лимфоциты и гены иммуноглобулинов, лежат в основе болезни тяжелых цепей, дефицита к-цепей и других гуморальных иммунодефицитов.
Напротив, дефекты синтеза цитокинов редко бывают основой первичных иммунодефицитов, очевидно, вследствие уже упоминавшейся избыточности цитокиновой сети. Описан редкий изолированный дефицит ИЛ-2, не сопровождающийся тяжелыми отклонениями в иммунной системе. По непонятной причине в списке иммунодефицитов нет генетически обусловленной недостаточности ИЛ-7 или интерферона у. При искусственном воспроизведении этих дефицитов у мышей наблюдают разнообразную симптоматику. Однако описан множественный дефицит цитокинов, в основе которого лежит не повреждение генов цитокинов, а генетический дефект, приводящий к нарушению формирования транскрипционного фактора NF-АТ, который участвует во включении генов ИЛ-2,4,5,6, интерферона у, ГМ-КСФ и ряда других цитокинов (см. раздел 3.5.1). Множественные дефекты иммунной системы, которые проявляются в виде тяжелого комбинированного иммунодефицита, сцепленного с полом, развиваются при нарушении рецепции цитокиновых сигналов при мутации гена у-цепи, общей для рецепторов ИЛ-2,4,7,9,13 и 15. Дефектность этого гена проявляется на ранних стадиях развития всех рядов лимфоидных клеток сходно с последствиями выключения гена ИЛ-7.
Как и при наследственной патологии, затрагивающей другие системы, основой первичных иммунодефицитов часто бывают мутации генов, кодирующих ферменты. Уже упоминалось о дефектах развития лимфоцитов, обусловленных недостаточностью генов рекомбиназ, TdT и ферментов пуринового метаболизма. Дефекты ферментов, участвующих в генерации активных форм кислорода и других внутриклеточных бактерицидных факторов, приводят к нарушению функций фагоцитирующих клеток. Генетически обусловленный дефект цитохрома с является основой одной из форм хронической гранулематозной болезни.
Дефекты компонентов комплемента представлены весьма полно: практически все основные факторы классического и альтернативного путей активации могут быть «объектом» генетического поражения. При этом проявляется однообразная симптоматика: снижение устойчивости к некоторым инфекциям (в частности, нейссериальной) и иммунокомплексная патология с волчаночным синдромом. Прослеживается определенная избирательность во взаимоотношениях поломок генов конкретных групп факторов и типом нарушений. Так, снижение резистентности к инфекции нейссериями характерно для дефектов факторов альтернативного пути комплемента, а также поздних компонентов, иммунокомплексное поражение свойственно дефектам ранних факторов классического пути, а при дефиците СЗ сочетаются все характерные типы поражений, что отражает ключевое положение этого фактора в системе комплемента. Обращает на себя внимание незначительность последствий нарушения литической фазы активации комплемента (снижается устойчивость только к нейссериям, причем генетические дефекты фактора С9 клинически совсем не проявляются), что, очевидно, отражает «скромное» значение соответствующего механизма в иммунной защите. В то же время дефицит ингибитора Clq проявляется как будто неожиданно — в форме ангионевротического отека. Его развитие обусловлено накоплением пептидов С5а и СЗа, которые обладают сильным вазотропным действием и способствуют повышению проницаемости капилляров. Накопление крупных фрагментов, участвующих в каскаде реакций комплемента, нейтрализуется благодаря активной работе системы контроля комплемента (см. раздел 2.3.1).
Помимо рассмотренных «точечных» поражений иммунной системы, приводящих к нарушениям, различным по тяжести и проявлениям, имеются заболевания с множественными дефектами. Их основой служит генетически обусловленное нарушение формирования в эмбриогенезе производных определенных гистогенетических закладок. Так, генетический дефект, приводящий к нарушению развития преимущественно производных 3 и 4 жаберных щелей, приводит к формированию синдрома ди Джорджи с дефектом развития тимуса (тимус не заселяется лимфоидными предшественниками и не происходит развития Т-лимфоцитов) и гистогенетически родственных органов (паращитовидной железы, сосудов сердца и т.д.).
Результатом комплексного генетического дефекта является синдром Вискотта—Олдрича, при котором отсутствует «привязанность» к эмбриональным закладкам, а нарушаются скорее определенные ферментативные процессы и субклеточные компоненты. Это геморрагический синдром, вызванный тромбоцитопенией, в сочетании с экземой и комбинированным иммунодефицитом. При этом заболевании проявляется дефект экспрессии мембранных сиалогликопротеинов (в частности, наиболее важного из них CD43), аномально функционирует цитоскелет, что отражается на подвижности клеток, их форме, межклеточных взаимодействиях, а это в свою очередь влияет на эффективность иммунных и многих других процессов.
При атаксии-телеангиэктазии наблюдается поражение совершенно
Стволовая клетка
Общий лимфоидный предшественникОбщий лимфоидный предшественникПредшественникиВ-лимфоцитовПредшественникиВ-лимфоцитовПредшественникиТ-лимфоцитовПредшественникиТ-лимфоцитов
Общий лимфоидный предшественник
Общий лимфоидный предшественник
ПредшественникиВ-лимфоцитов
ПредшественникиВ-лимфоцитов
ПредшественникиТ-лимфоцитов
ПредшественникиТ-лимфоцитов
Тяжелый комбинированный иммунодефицит(варианты, связанные с дефектами перестройки рецепторных генов)
Х-сцепленная агаммаглобулинемия (дефект тирозинкиназы btk)Х-сцепленная агаммаглобулинемия (дефект тирозинкиназы btk)Синдром ди Джорджи Синдром Незвлова (дисгенезии тимуса)Синдром ди Джорджи Синдром Незвлова (дисгенезии тимуса)
Х-сцепленная агаммаглобулинемия (дефект тирозинкиназы btk)
Х-сцепленная агаммаглобулинемия (дефект тирозинкиназы btk)
Синдром ди Джорджи Синдром Незвлова (дисгенезии тимуса)
Синдром ди Джорджи Синдром Незвлова (дисгенезии тимуса)
Дефицит СОЗ+-клеток
(дефекты генов у- и (-целей)
Синдром Вискотта -
Олдрича (дефект CD43)
Атаксия-телеангиэктазия(дефекты репарации ДНК)
Тяжелый комбинированный иммунодефицит(варианты, связанные с дефектами АДА или ПНФ)
Зрелые В-клеткиЗрелые В-клеткиЗрелые Т-клеткиЗрелые Т-клетки
Зрелые В-клетки
Зрелые В-клетки
Зрелые Т-клетки
Зрелые Т-клетки
Селективные дефициты изотопов IgG (дефекты переключения)Селективные дефициты изотопов IgG (дефекты переключения)Нарушения формиров. субпопуляций:Нарушения формиров. субпопуляций:Селективный дефицит IgA (дефект переключения)Селективный дефицит IgA (дефект переключения)Дефект развития CD4+ -клеток (дефекты генов РЕХ и МНС-11)Дефект развития CD4+ -клеток (дефекты генов РЕХ и МНС-11)Дефект развития СО8+-клеток(дефект ZAP-70)Дефект развития СО8+-клеток(дефект ZAP-70)Селективный дефицит IgE (дефект переключения)Селективный дефицит IgE (дефект переключения)Нарушение функционирования CD4+Нарушение функционирования CD4+Гипер-1дМ-синдром (нарушение переключения изотипов - дефект CD40L)Гипер-1дМ-синдром (нарушение переключения изотипов - дефект CD40L)
Селективные дефициты изотопов IgG (дефекты переключения)
Селективные дефициты изотопов IgG (дефекты переключения)
Нарушения формиров. субпопуляций:
Нарушения формиров. субпопуляций:
Селективный дефицит IgA (дефект переключения)
Селективный дефицит IgA (дефект переключения)
Дефект развития CD4+ -клеток (дефекты генов РЕХ и МНС-11)
Дефект развития CD4+ -клеток (дефекты генов РЕХ и МНС-11)
Дефект развития СО8+-клеток
(дефект ZAP-70)
Дефект развития СО8+-клеток
(дефект ZAP-70)
Селективный дефицит IgE (дефект переключения)
Селективный дефицит IgE (дефект переключения)
Нарушение функционирования CD4+
Нарушение функционирования CD4+
Гипер-1дМ-синдром (нарушение переключения изотипов - дефект CD40L)
Гипер-1дМ-синдром (нарушение переключения изотипов - дефект CD40L)
Рис. 117. Связь первичных иммунодефицитов с нарушением развития лимфоцитов на определенных стадиях.
АДА — аденозиндезаминаза, ПНФ — пуриннуклеотидфосфорилаза.
различных функций, обусловленное дефектностью репарации ДНК и нестабильностью хромосом, а также дефектами клеточного цикла. Это приводит к неожиданному сочетанию симптомов: комбинированному иммунодефициту (недоразвитие тимуса, дефицит Т-клеток и иммуноглобулинов «поздних» изотипов — IgG2, IgG4, IgE, IgA), неврологическим отклонениям (атаксия), к поражению сосудистой стенки (телеангиэктазии), нарушению пигментации.
Уже это краткое рассмотрение взаимосвязей между локализацией генетических дефектов и характером фенотипических нарушений при иммунодефицитах дает представление о сложности взаимодействий между генным и фенотипическим уровнями организации и функционирования иммунной системы. Мы уже упоминали о первоначальных попытках построить на основе изучения первичных иммунодефицитов древо развития и функционирования клеток иммунной системы. Сейчас ясно, что «логика» этих взаимосвязей не столь ясна, как ожидалось. Тем не менее определенные возможности использования результатов изучения первичных иммунодефицитов человека для понимания структуры и функции иммунной системы существуют (рис. 117).
Клинико-иммунологические проявления при первичных иммунодефицитах
Лишь весьма условно первичные иммунодефициты можно разделить по преобладающему типу поражений звеньев иммунной системы на 3 типа:
комбинированные иммунодефициты;
иммунодефициты с преимущественным поражением клеточного иммунитета;
преимущественно гуморальные иммунодефициты.
К первым относят заболевания, в основе которых лежат генетические дефекты, затрагивающие ранние этапы развития лимфоцитов, которые еще не разделились на Т- и В-линии (см. табл. 91). Во вторую группу входят иммунодефициты, при которых нарушается развитие Т- клеток и поражаются опосредуемые ими реакции клеточного иммунитета; к этой же группе относятся дефекты фагоцитирующих клеток (см. табл. 91 и 93). В группу гуморальных иммунодефицитов включают патологию, в основе которой лежат нарушение развития В-клеток и Т-хелперов гуморального ответа, а также патология компонентов комплемента (см. табл. 92 и 94).
Клинико-иммунологическое обследование дает четкие результаты лишь при тех формах первичных иммунодефицитов, при которых точно локализован дефект. Так, при блокаде процесса реаранжировки рецепторных генов отсутствуют как Т-, так и В-клетки и не развиваются ни клеточные, ни гуморальные формы иммунного ответа. При селективных дефектах этих классов лимфоцитов, а также их субпопуляций выпадают именно те иммунологические функции, за которые ответственны поражаемые типы клеток (например, гуморальные реакции при агаммагло-
Таблица 95. Отклонения от нормы клинико-иммунологических показателей, характеризующих численность лимфоцитов и уровни сывороточных иммуноглобулинов, при наиболее часто встречающихся первичных иммунодефицитах
Показатель
АТ
СВО
ХКСК
ХГБ
АГВ
clgA
ОВГ
rlgM
rlgE
тин
CD3+
(\)
(\)
=
(/)
=
=
=
=
=
=
CD4+
(\)
(\)
=
=
=
=
(\)
=
=
=
CD8+
=
=
=
=
(\)
=
/
=
=
=
CD72+
=
=
(\)
(/)
\
=
=
=
=
=
slg+
\
CD16+
(/)
=
=
=
(\)
=
=
(\)
=
=
IgM
/
=
=
/
\
=
\
/
/
=
IgG
=
(/)
/
/
\
(\)
\
\
(/)
=
IgA
\
/
=
(/)
\
\
\
\
=
\
Ответ на анти-СОЗ
\
\
н.д.
н.д.
н.д.
\
\
\
н.д.
н.д.
Примечание. В основу таблицы положены данные, полученные Л.АГомес (1992) и М.Н.Ярцевым (1992).
Обозначения с индексом «+» соответствуют субпопуляциям лимфоцитов, несущих указанные маркеры. АТ — атаксия-телеангиэктазия; СВО — синдром Вискотта—Олдрича; ХКСК — хронический кожно-слизистый кандидоз; ХГБ — хроническая гранулематозная болезнь; АГВ — агаммаглобулинемия без В-лимфоцитов (сцепленная с полом); clgA — селективный дефицит IgA; ОВГ — общая вариабельная гипогаммаглобулинемия; rlgM — ninep-IgM-синдром; rlgE — nmep-IgE-синдром; = — отсутствие отличий от контроля, / — повышение показателя, \ — его снижение; значок в скобках — соответствующая тенденция, незначимая статистически.
булинемии без В-клеток, сцепленной с полом, цитотоксический Т-кле- точный ответ при дефектности гена тирозинкиназы ZAP-70 без CD8+- клеток). При блокаде развития В-клеток возникает агаммаглобулинемия с нарушением гуморальной защиты от внеклеточных бактерий и их токсинов, а при Т-клеточных дефицитах нарушается Т-клеточная защита от вирусов и микобактерий. При некоторых иммунодефицитах нарушение функций лимфоцитов или макрофагов регистрируется при их нормальной численности. Так, дефект формирования транскрипционного фактора NF-АТ приводит к нарушению секреции цитокинов и клеточного иммунного ответа при нормальном содержании Т-клеток. Аналогично этому разнообразные нарушения антибактериальной защиты вследствие ослабления фагоцитоза имеют место при дефектах адгезии лейкоцитов и нормальной численности макрофагов и нейтрофилов.
Однако чаще встречаются иммунодефицитные состояния с менее четко локализованными блоками развития и функционирования клеток. Эти заболевания связаны, как правило, с дисгенезиями групп тканей или системными дефектами (например, при синдроме Вискотта—Олдрича, атаксии-телеангиэктазии).
Некоторые показатели, характеризующие состояние лимфоцитов, при 10 наиболее часто встречающихся первичных иммунодефицитах приведены в табл. 95. Среди них лишь сцепленная с полом агаммаглобулинемия с поражением В-клеток имеет локализованный иммунологический дефект. В остальных случаях отклонения от нормы численности лимфоцитов основных классов проявляются нечетко и не у всех больных. В то же время у больных 5 из 10 заболеваний нарушен пролиферативный ответ Т-клеток на действие моноклональных антител к CD3 при нормальной или незначительно пониженной экспрессии молекулы CD3, являющейся в данном случае рецептором митогенного сигнала.
Уровень сывороточных иммуноглобулинов, отражающий функционирование В-клеток и их взаимодействие с Т-хелперами, также изменяется более значительно, чем численность В-клеток. Регистрируются снижение количества иммуноглобулинов всех основных классов (при агаммаглобулинемии, общем вариабельном иммунодефиците), его повышение при хронической гранулематозной болезни, уменьшение концентрации иммуноглобулинов отдельных классов (при селективном дефиците IgA) или ее повышение иногда на фоне снижения уровня иммуноглобулинов других классов (при ninep-IgM-синдроме, атаксии-теле- ангиэктазии). Таким образом, для большинства первичных иммунодефицитов даже в отсутствие четких изменений численности основных классов и подклассов иммунологически значимых клеток характерны существенные функциональные отклонения.
Итак, иммунологические отклонения четко выражены и информативны в диагностическом отношении только в случаях точечного поражения генов, детерминирующих маркерные или функционально значимые молекулы, или при блокаде развития определенных популяций или субпопуляций клеток. В большинстве случаев лабораторно фиксируются множественные нечетко выраженные отклонения, причем типичным является значительное подавление функций клеток иммунной системы при незначительных изменениях их численности.
Иммунная защита при наследственных иммунодефицитах
Согласно существующим представлениям (см. раздел 4.3.1), клеточные формы иммунного ответа обеспечивают защиту организма от инфекционных агентов, локализующихся внутриклеточно, и развития опухолей, а гуморальные факторы — прежде всего от внеклеточных микроорганизмов и их токсинов. В целом это соответствие проявляется при первичных иммунодефицитах. Однако, как уже отмечалось, иммуногенетическая основа этих заболеваний не всегда может быть четко локализована, что влияет на комплексность наблюдаемых иммунологических отклонений. Это иллюстрирует табл. 96, в которой обобщены сведения о клинических проявлениях 10 наиболее распространенных первичных иммунодефицитов. Основным симптомокомплексом, отражающим нарушение иммунной защиты при этих заболеваниях, является так называемый инфекционный синдром. Он проявляется в частом (6 раз и более в год) развитии
Таблица 96. Основные клинические проявления (в процентах) недостаточности иммунитета при наиболее распространенных первичных иммунодефицитных состояниях
Проявления
Преимущественно клеточные иммунодефициты
Преимущественно гуморальные иммунодефициты
АТ
сво
ХКСК
ХГБ
АГВ
clgA
овг
rlgM
rlgE
тин
Частота*
16,1
2,7
6,5
3,5
12,9
29,0
4,8
5,1
4,8
6,7
Поражение БЛА**
97
80 (100)
75
69
100
66 (46)
100
100
64
52 (52)
Поражение ЛОР-органов
70
70
25
8
96
40
100
95
70
28
Поражение кожи
33
90
71
85
52
11
29
63
100
16
Поражение ЖКТ
17
90
33
—
29
1
28
42
—
8
Аутоиммунные нарушения
—
—
58
—
50
20
39
21
—
—
Проявления аллергии
—
100
—
—
14
23
6
И
100
—
Увеличение лимфатических узлов, селезенки, печени
—
+
—
+
—
—
—
+
—
—
Гипоплазия лимфоидных органов
—
—
—
—
4-
—
+
—
—
—
Вирусные инфекции
+
+(герпес)
—
—
—
—
—
+(ге- пашг)
—
—
Отставание в развитии
6
60
—
54
44
6
28
42
—
—
Прочие
Злока- чест- вен- ные опухоли 7— 20 %
Злока- чест- вен- ные опухоли, сепсис
Кандидоз слизистых оболочек, кожи, ее придатков
BCGr
Опухоли (6 %)
Дис- плас- тичес- кие черты лица
Поражение ротовой полости
Ти- мо- ме- га- лия
Примечание. В таблице представлены данные Регистра первичных иммунодефицитов у детей (Л.А.Гомес, М.Н.Ярцев, Москва, Институт иммунологии М3 России, 1992).
Сокращения те же, что в табл. 95; БЛА — бронхолегочный аппарат; ЖКТ — желудочно-кишечный тракт.
Процент от общего числа зарегистрированных первичных иммунодефицитов.
" Процент обнаружения признака; в скобках — частые поражения респираторного тракта.
простудных респираторных заболеваний. Характерной чертой иммунодефицитов, часто определяющей постановку диагноза, является развитие инфекционных процессов, причиной которых служат оппортунистические агенты, т.е. сапрофиты, внедрению которых организм с нормальным состоянием иммунной системы способен надежно противостоять. К ним относятся Pneumocystis carinii, Candida, цитомегаловирус, энтеровирусы типа Эхо и др. Системное поражение кандидами при иммунодефиците неясной этиологии выделяют даже в отдельный синдром, относящийся к наиболее частым первичным иммунодефицитам (см. табл. 96).
При инфекционных процессах у больных первичными иммунодефицитами на первом месте среди поражаемых органов стоят легкие с бронхиальным аппаратом, затем следуют ЛОР-органы и ротовая полость, почти в той же степени уязвимы кожа и ее производные (ногти и т.д.). Существенно ниже частота поражения урогенитального тракта. Желудочно-кишечный тракт страдает достаточно часто, однако его поражение не всегда можно однозначно связать с инфекцией, поскольку энтериты с упорной диареей могут служить проявлением ряда иммунологических аномалий (вплоть до аутоагрессии типа РТПХ), сопровождающих иммунодефициты. В общем поражение различных органов и систем инфекционными агентами наблюдается у 75—100 % больных наиболее распространенными первичными иммунодефицитами. При некоторых иммунодефицитах регистрируется септицемия (30 % при синдроме Вискотта—Олдрича).
Иногда при первичных иммунодефицитах обнаруживаются признаки аутоиммунных поражений, патогенез которых, как правило, неясен. Наиболее часто они проявляются как синдром, сходный с ревматоидным артритом (45 % случаев агаммаглобулинемии с поражением В-клеток), аутоиммунное поражение эндокринных органов (до 50 % при кожно-слизистом кандидозе) и системы крови, синдром Шегрена, хронический гепатит и, наконец, в форме системных синдромов типа волчаночного (при дефиците факторов комплемента).
Иммунологические нарушения еще одной группы, которая проявляется лишь при некоторых первичных иммунодефицитах, составляют аллергические, точнее, аллергоподобные расстройства. Дело в том, что эти нарушения, как правило, не связаны с действием аллергенов. Обычно в их основе лежит гиперфункция определенных звеньев систем, участвующих в реализации аллергических реакций. Такие реакции в форме «атопического» дерматита регистрируются, например, у всех больных с rHnep-IgE-синдромом и синдромом Вискотта—Олдрича.
Наконец, естественно ожидать (особенно в случаях преимущественного нарушения клеточного иммунитета) повышения частоты злокачественных опухолей вследствие ослабления противоопухолевого надзора. К счастью, этот тип последствий иммунной недостаточности проявляется не при всех первичных иммунодефицитах. При атаксии-телеангиэктазии развитие злокачественных процессов регистрируется в 10—20 % случаев, причем почти исключительно в форме лимфо- и миелопролиферативных заболеваний. Особенно обращает на себя внимание учащение развития Т-клеточного лимфолейкоза. Его основой, по-видимому, в
большей степени, чем нарушение иммунной защиты, служит вид хромосомных поломок, типичных для этого заболевания. Они затрагивают гены TCR, TCLI и т.д. (см. раздел 5.4). При наличии таких перестроек вероятность развития лимфопролиферативного процесса повышается в 70—250 раз. Резкое увеличение частоты развития опухолей лимфоретикулярного гена (до 15 %) наблюдается при синдроме Вискотта—Олдрича, сцепленной с полом агаммаглобулинемии (6 %) и ряде других первичных иммунодефицитных состояний.
Помимо нарушений, имеющих в своей основе иммунологическую недостаточность, при первичных иммунодефицитах, обусловленных дисгенезиями тканей и системными пороками, выявляются другие (неиммунологические) нарушения, рассматриваемые в клинических курсах, посвященных этим заболеваниям. Поскольку первичные иммунодефициты — это патология, регистрируемая в основном у детей, важно, что они нередко сопровождаются задержкой развития, которая особенно часто регистрируется при атаксии-телеангиэктазии и синдроме Вискотта—Олдрича.
Первичные иммунодефициты — это тяжелые заболевания, в большинстве случаев приводящие к гибели (чаще всего от присоединившихся инфекций) до 20 лет, а при тяжелых комбинированных иммунодефицитах — в пределах 1-го года жизни. Эффективная терапия этих заболеваний, которая была бы направлена на устранение их причины, пока отсутствует. Реальное лечение этих больных состоит в замещении дефектных тканей, клеток, молекул. Наиболее эффективно переливание крови. На пути применения пересадок тканей и клеток (костного мозга, тимуса, отдельных недостающих популяций лимфоцитов) стоят проблема тканевой несовместимости и опасность развития реакции «трансплантат против хозяина». Другой реальный и достаточно эффективный терапевтический подход заключается в борьбе с инфекциями в основном с помощью антибиотиков. В специальных случаях (при тяжелых комбинированных иммунодефицитах) больных содержат в стерильных условиях.
В настоящее время интенсивно разрабатываются подходы к геноте- рапии первичных иммунодефицитов. В случаях, когда генетический дефект локализован, такие подходы уже выглядят реальными. Суть коррекции в этом случае состоит во введении аутологичных клеток костного мозга, в которые предварительно трансфецируется недостающий ген. Впервые генотерапия была эффективно применена при лечении тяжелой комбинированной иммунологической недостаточности с дефицитом аде- нозиндезаминазы.
Вторичные иммунодефициты
Вторичные, или приобретенные, иммунодефициты определяют как нарушения иммунной защиты организма, развившиеся в постнатальном периоде вследствие действия ненаследственных индукторных факторов (внешних или внутренних). Фактически эти иммунодефициты лишены самостоятельности, имея статус состояния, сопутствующего известным
заболеваниям или действию повреждающих факторов. Существует лишь одна самостоятельная нозологическая единица, подпадающая под понятие «вторичный иммунодефицит» — синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД). Вторичные иммунодефицитные состояния распространены чрезвычайно широко. В большей или меньшей степени отклонения в иммунной системе сопутствуют всем заболеваниям, они проявляются при действии большинства экстраординарных факторов, в том числе экологических, неотделимы от стресса, сопутствуют старению.
L Соотношение роди наследственности и индукторных воздействий
Роль наследственного фактора в развитии вторичных иммунодефицитов не исключается, поскольку чувствительность иммунной системы к действию причинных факторов развития иммунодефицитных состояний варьирует, часто в зависимости от наследственности. Однако наследственные факторы сами по себе, без действия индуктора недостаточны для проявления вторичного иммунодефицита. Проблема взаимоотношений между понятиями первичных и вторичных иммунодефицитов может быть сведена к относительному вкладу наследственных факторов и индукторных воздействий в формирование иммунодефицита.
Нередки ситуации, когда действие индуктора иммунодефицита выражено слабо, и проявление реакции на него иммунной системы обусловливается наследственным предрасположением. Общеизвестно, что частые инфекции и простудные заболевания — основное проявление многих форм иммунодефицитов, как первичных, так и вторичных. В этих случаях возникает вопрос, следует ли расценивать хронические легочные процессы как причину вторичных иммунодефицитов или как проявление первичных иммунодефицитов, приводящее к его усугублению. Как правило, такие случаи трактуются как вторичный иммунодефицит. Наоборот, многообразные проявления иммунодефицита, сопутствующего системному кандидозу кожи и слизистых оболочек, трактуются как первичный иммунодефицит.
Можно представить условную шкалу, на которой иммунодефициты различной природы расположены по убыванию их зависимости от наследственного фактора и нарастанию зависимости от внешних по отношению к иммунной системе воздействий. На этой шкале крайние позиции займут первичные иммунодефициты, при которых заболевание практически определяется конкретной мутацией (например, сцепленный с полом тяжелый комбинированный иммунодефицит), и вторичные иммунодефициты с четко выраженной зависимостью от причинного фактора (например, радиационный иммунодефицит или СПИД, при которых поражение иммунитета минимально модулируется наследственными факторами). Между этими полюсами располагаются другие формы иммунодефицитов. Задача состоит в том, чтобы найти границу, которая разделяет первичные и вторичные иммунодефициты. Для этого необходимо оценить соотношение вкладов наследственного
Таблица 97. Критерии разграничения первичных и вторичных иммунодефицитов
Критерий
Первичные иммунодефициты
Вторичные иммунодефициты
Наличие идентифицированного генетического дефекта с установленным типом наследования
+ (есть исключения)
—
Раннее проявление недостаточности иммунитета
+
Срок определяется действием индуктора
Установлена роль индуцирующего фактора
—
+
Оппортунистические инфекции
Развиваются первично
Развиваются после действия индукторного фактора
Лечение
Генотерапия, заместительное, симптоматическое лечение
Устранение причинного фактора, заместительная, симптоматическая терапия
и «внешнего» факторов. Практическая значимость подобного разграничения будет возрастать по мере совершенствования генотерапии, применение которой должно быть продуктивным при первичных, но не при вторичных иммунодефицитах.
Разграничению двух форм иммунодефицитов могут помочь данные о соотношении сроков развития оппортунистических инфекций и действия факторов, которые обычно расценивают как индукторы вторичных иммунодефицитов. Проявление оппортунистических инфекций до действия указанных факторов свидетельствует в пользу первичности иммунодефицита, их противоположное соотношение во времени — в пользу вторичности иммунодефицитов. Некоторые признаки, позволяющие разграничить первичные и вторичные иммунодефициты, обобщены в табл. 97.
Классификация и механизмы развития вторичных иммунодефицитов
В основу классификации факторов, вызывающих иммунодефициты, положено их разделение на внешние и внутренние с дальнейшей конкретизацией (химические, физические и др.). В то же время учитывается связь факторов с заболеваниями, с целенаправленными или случайными воздействиями, катастрофами, экологической ситуацией. Особого внимания заслуживают иммунодефициты инфекционной природы, поскольку они непосредственно связаны с иммунной системой, которая вовлекается в инфекционный процесс как основной компонент защиты и в то же время становится объектом поражения.
др120
Рис. 118. Строение ВИЧ-1 (с. 470).
В табл. 98 обобщены сведения о механизмах формирования вторичных иммунодефицитов. Основой многих проявлений вторичных иммунодефицитов является гибель клеток иммунной системы, которая может реализоваться по механизмам некроза и апоптоза (см. раздел 3.5.3). Хотя известны ситуации, при которых клетки в организме подвергаются некрозу под влиянием внешних и внутренних факторов, гомеостатический контроль внутренней среды, как правило, достаточно действен, чтобы защитить клетки иммунной системы от воздействий, способных вызвать некроз. При подавляющем большинстве заболеваний и действии внешних факторов гибель клеток иммунной системы (в первую очередь лимфоцитов) развивается по механизму апоптоза. Едва ли не основным фактором, определяющим чувствительность данных клеток к этому виду гибели, становится экспрессия внутриклеточных факторов защиты апоптоза, особенно Вс1-2. Классическим примером апоптоза является гибель покоящихся лимфоцитов от действия кортикостероидов и ионизирующей радиации.
Другой механизм инактивации клеток иммунной системы заключается в их функциональной блокаде, достигаемой путем связывания с поверхностью клетки или накоплением внутри клетки факторов, ингибирующих их активность. Роль таких факторов могут играть цАМФ, простагландины и другие медиаторы воспаления, некоторые цитокины, супрессорные факторы, «блокирующие факторы» опухолей, факторы, ингибирующие продукты патогенов. Факторы, модулирующие функцию иммунной системы при инфекционных и опухолевых процессах, рассматривались выше (см. разделы 4.3.1 и 4.3.2).
По-видимому, при определенных условиях, создающихся при заболеваниях, развивается дисбаланс эффекторных и супрессорных клеток,
Таблица 98. Отклонения со стороны клеток иммунной системы, являющиеся основой вторичных иммунодефицитных состояний
Явление, реакция
Формы
Причины
Заболевания
Гибель клеток
Некроз
Апоптоз
Неадекватные условия, повреждение мембраны
Неадекватная сигнализация
Ацидоз, термические воздействия, действие вирусов и т.п.
Облучение, лечение цитостатиками, стероидами, действие токсинов и т.д.
Функциональ-
Блокада рецепто-
Связывание рецепто-
Опухоли, некоторые
ная блокада клеток
ров
Блокада передачи сигналов
ров продуктами микробов, опухолевых клеток
Инактивация внутриклеточных звеньев сигнализации метаболитами, токсинами
инфекции
Опухолевые, воспалительные процессы, инфекции и инвазии (трипаносомоз, шистосомоз и т.д.)
Дисбаланс кле-
Преобладание
Стимуляция супрес-
Возможно, опухоле-
точных популяций
супрессоров над эффекторами
Дисбаланс
Thl/Th2
соров или гибель эффекторов
Неравномерная гибель или стимуляция ТЫ или Th2
вые процессы
Проказа (Th2 > ТЫ), аллергия (Th2 > ТЫ) и т.д.
в основе которого лежит изменение режима дифференцировки CD8+- клеток в направлении эффекторов (цитотоксических клеток) и супрессоров. Другая форма дисбаланса — нарушение соотношения CD4+- и СВ8+-клеток. При многих заболеваниях, сопровождающихся развитием иммунодефицитов, регистрируется снижение соотношения CD4+/ CD8+, иногда обозначаемого как иммунорегуляторный индекс (в норме это соотношение составляет 1,8—2,1). Обычно это происходит за счет уменьшения числа СВ4+-клеток, иногда за счет повышения содержания СВ8+-лимфоцитов, которое может сопровождаться преобладанием связанной с ними супрессорной активности. Третий вариант дисбаланса субпопуляций клеток иммунной системы — нарушение соотношения активностей хелперов ТЫ- и Th2-типов. Его отражением является преобладание среди гуморальных продуктов Т-хелперов наборов цитокинов, которые способствуют преимущественному развитию клеточной или гуморальной форм иммунного ответа (см. разделы 3.4.2 и 4.1.1). Нередко под влиянием инфекционных агентов или иных факторов баланс Thl/Th2 нарушается, что проявляется в неравномерном развитии двух типов иммунного ответа. В некоторых ситуациях это проявляется
Таблица 99. Клинико-иммунологические проявления вторичных иммунодефицитов
Состояние, сопровождаемое иммунодефицитом
Факторы и механизмы, обусловливающие иммунодефицит
Иммунологические отклонения
Преимущественный тип иммунодефицита
Вирусные инфекции
Цитопатогенный эффект вирусов, токсическое действие их продуктов
Нарушение активности макрофагов и Т-клеток, гибель пораженных Т- клеток, индукция супрессии
Клеточный
СПИД
Цитопатогенное влияние ВИЧ на CD4+- клетки, токсическое действие его продуктов
Гибель CD4+-хелперов и нарушение их функций, индукция супрессорных клеток
Микобактериальные инфекции
Поражение клеток микробами и токсинами
Анергия и гибель Т- клеток, активация супрессорных макрофагов
Протозойные инфекции
Цитопатогенное влияние на лимфоциты, токсическое действие продуктов
Поражение Т-лимфоцитов и макрофагов
Хронические неспецифические заболевания легких
Действие факторов воспаления, токсинов
Усиление супрессорных механизмов, поликлональная активация
Комбинированный, главным образом гуморальный
Ожоговая болезнь
Токсические факторы, аутоантитела
Подавление фагоцитоза, функций Т-клеток, дефицит CD4+-клеток, активация В-клеток
Клеточный, аутоиммунизация
Уремия
Токсические метаболиты, ацидоз
Лимфопения, блокада клеток, супрессия
Клеточный
Голодание
Дефицит белков, энергии
Лимфопения, гипофункция клеток
Тотальный, главным образом клеточный
Дефицит микроэлементов
Нарушение сигнальных путей, активности белков
Дефицит Zn — дефект развития Т-клеток, активности Т-, NK-клеток, нейтрофилов. Дефицит Си — дефект нейтрофилов, гипофункция Т-клеток
Комбинированный, главным образом клеточный
Опухоли
Токсические, иммуносупрессивные факторы
Гипофункция Т-лимфоцитов, активация супрессоров, блокирующие эффекты
Клеточный
Продолжение
Состояние, сопровождаемое иммунодефицитом
Факторы и механизмы, обусловливающие иммунодефицит
Иммунологические отклонения
Преимущественный тип иммунодефицита
Хирургические операции
Стресс-агенты, метаболиты, анестетики
Лимфопения, гипофункция клеток
Гуморальный
Химиотерапия
Цитотоксические агенты, индукторы апоптоза
Гибель и нарушение развития клеток, особенно лимфоцитов
Комбинированный, различный
Облучение
Апоптоз и некроз лимфоцитов, нарушение лимфо- и миелопоэза
Гибель, нарушение развития и функций клеток, особенно лимфоцитов
Тотальный, в поздние сроки — клеточный
как иммунодефицит (например, снижение клеточной формы защиты при лепре).
В развитии иммунодефицитов следует особо выделить роль аутоантител, которые проявляют свое действие в отношении узкого спектра мишеней, в том числе молекул и клеток, вовлекаемых в иммунный ответ. Антитела, реагирующие с мембранными молекулами лимфоцитов и других клеток иммунной системы, вносят вклад в иммунодепрессию при системных аутоиммунных заболеваниях. Антитела, взаимодействующие с эпителием, влияют на иммунную систему через действие на эпителиальные клетки тимуса.
Несмотря на достаточно длинный перечень факторов, обусловливающих формирование вторичных иммунодефицитов, и «задействованных» при этом механизмов, единой картины иммунопатогенеза вторичных иммунодефицитов не существует. Проявления иммунодефицитов, сопровождающих различные заболевания и воздействия, многообразны и проанализированы недостаточно полно. Сводка данных, характеризующих проявления основных разновидностей вторичных иммунодефицитов, приведена в табл. 99.
В качестве наиболее характерных и практически значимых проявлений вторичных иммунодефицитов рассмотрим подробнее синдром приобретенного иммунодефицита и лучевое поражение иммунитета.
Синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД)
Единственным заболеванием, для которого поражение иммунной системы является основой патогенеза и определяет симптоматику, является СПИД. Только он может быть признан самостоятельным приобретенным иммунодефицитным заболеванием.
История обнаружения СПИД широко известна. В 1981 г. в трудах Центра по контролю за заболеваниями (США, штат Атланта) было опубликовано сообщение групп врачей из Нью-Йорка и Лос-Анджелеса о не-
Рис. 119. Структура генома ВИЧ-1.
В прямоугольниках — названия генов, направленные от них стрелки указывают на названия их белковых продуктов. Иногда первичный продукт в результате процессинга расщепляется на ряд более мелких белков, что также показано с помощью стрелок.
обычном заболевании, зарегистрированном у мужчин-гомосексуалистов. Оно характеризовалось тяжелой формой пневмонии, вызванной условно-патогенным агентом Pneumocystis carinii. В последующих сообщениях были приведены данные о расширении группы таких больных и приведены сведения о наличии у них иммунодефицита, связанного с резким снижением содержания в крови СВ4+-лимфоцитов, с развитием инфекционных процессов, вызванных, помимо пневмоцист, другими факультативными патогенами, а также (у части больных) саркомы Калоши, характеризовавшейся не свойственным ей агрессивным течением; 40 % выявленных больных к моменту опубликования этих материалов умерли. Международное медицинское сообщество не только признало существование новой нозологической формы — Aquired Immunodeficiency Syndrome (AIDS), но и констатировало развитие эпидемии этого заболевания. Столь драматический дебют СПИД привлек к нему всеобщее внимание, выходящее далеко за пределы профессиональной среды. В медицинской науке, особенно в иммунологии, проблема СПИД существенно повлияла на распределение усилий (и финансов) в развитии научных направлений. Это был первый случай, когда заболевание, связанное с преимущественным поражением иммунной системы, оказалось столь значимым в научном и социальном отношениях.
В 1983 г. практически одновременно в США (R.C.Gallo) и Франции (L.Montagnier) была обоснована вирусная природа СПИД и описан его возбудитель — вирус иммунодефицита человека, ВИЧ (Human Immunodeficiency Virus, HIV). Он относится к ретровирусам, т.е. вирусам, у которых наследственная информация связана с РНК и считывается с участием обратной транскриптазы. ВИЧ относится к подсемейству лен- тивирусов — медленно действующих вирусов, которые вызывают заболевания с длительным инкубационным периодом. Род ВИЧ включает виды ВИЧ-1, являющийся возбудителем типичной формы СПИД, и ВИЧ-2,
Рис. 120. Пространственная организация белков ВИЧ-1 gpl20 и gp41 по отношению друг к другу и к мембра-
Оболочка не вируса.
вируса уз, у^, уз _ варИабельные участки молекулы gpl20. Bl, В2, ВЗ, В4 — участки взаимодействия с CD4.
отличающийся от ВИЧ-1 деталями строения и патогенного действия, но в общих чертах аналогичный ВИЧ-1. Он вызывает более «мягкий» вариант заболевания, распространенный в основном в Африке. В дальнейшем мы будем представлять сведения о ВИЧ-1, иногда специально оговаривая особенности ВИЧ-2.
Гены и белки ВИЧ. Схема строения ВИЧ представлена на рис. 118 (с. 465). Вирус окружен оболочкой, из которой выступают грибовидные выросты, наружная часть которых образована оболочечным белком gpl20, а прилегающая к мембране и трансмембранная части — белком gp41. Эти белки чаще других фигурируют в литературе, посвященной СПИД, поскольку они причастны к взаимоотношениям между вирусом и клетками хозяина и иммунные реакции последнего направлены в основном против них. Основу мембраны составляют белки, происходящие из клетки—носительницы вируса, включая молекулы МНС. Глубже расположен слой матрикса, выполняющего роль каркаса; он содержит вирусный белок р17. Срединную часть вируса образует вытянутый нуклеоид, сдавленный с боков латеральными тельцами. В нуклеоиде хранится генетическая информация, связанная с двумя нитями РНК, содержащими диплоидный набор генов. Здесь же локализованы нуклеопротеины и ферменты: обратная транскриптаза (р66/р51), интеграза (р31—32), протеаза (рЮ) и РНКаза (р15).
Размер геномной РНК 9200 оснований. Генетическая структура ВИЧ и кодируемые его генами белки представлены на рис. 119. Последовательности, кодирующие структуры вируса, ограничены с 5'- и З'-концов длинными концевыми повторами (LTR), выполняющими регуляторные функции. Структурные и регуляторные гены частично перекрываются. Основных структурных гена три — gag, pol и env. Ген gag детерминирует образование группоспецифических антигенов сердцевины — нуклеоида и матрикса; ген pol кодирует ДНК-полимеразу (обратную транскриптазу) и другие белки нуклеоида; ген env кодирует образование уже упоминавшихся белков оболочки. Во всех случаях первичный продукт генов подвергается процессингу, т.е. расщепляется на более мелкие белки. Регуляторные гены располагаются между генами pol и env (гены vif, vpr, vpu, vpx, rev, tat) и занимают З'-концевую часть генома (фрагменты генов tat
Рис. 121. Кривые, отражающие изменения во времени содержания в сыворотке крови ВИЧ-инфицированных людей вируса (ВИЧ-1) и антивирусных антител различной специфичности (с. 478).
и rev, ген net). Белки, кодируемые регуляторными генами, важны для формирования вириона и его взаимоотношений с клеткой; большая часть отсутствует в зрелом вирионе. Из них наиболее изучены белки tat — трансактиватор транскрипции и nef — ее отрицательный регулятор.
Наиболее важными для иммунологии ВИЧ-инфекции, диагностики и разработки подходов к иммунотерапии СПИД являются белки оболочки gpl20 и gp41. Их схематическое изображение представлено на рис. 120 и 60 (в связи с распределением эпитопов, ответственных за индукцию антител и сенсибилизацию Т-клеток). На рисунках отражены сведения о локализации участков молекул, наиболее важных в функциональном отношении (ответственных за взаимодействие белков с CD4, мембраной клетки, за проникновение в нее). Именно с геном env и его продуктами связана чрезвычайно высокая вариабельность ВИЧ. Ген содержит 4 кон- статных участка, за пределами которых находятся вариабельные участки, где последовательность аминокислотных остатков белка-предшественника р 160 варьирует от одного изолята к другому на 30—90 %. Особенно значимой в отношении иммуногенности является вариабельная петля V3. Частота мутаций генов env составляет 10~4—10“5 событий на геном на цикл, т.е. на 2—3 порядка выше, чем обычная частота мутаций генов.
Инфицирование клеток вирусом СПИД. Процесс инфицирования клеток вирусом СПИД и его репликации включает несколько стадий [по Хаитову Р.М., Игнатьевой Г.А., 1992):
связывание ВИЧ с поверхностью клетки (рецепция);
слияние мембран вируса и клетки и его проникновение внутрь клетки (пенетрация);
высвобождение нуклеоида и геномной РНК;
Таблица 100. Клетки-мишени ВИЧ [по Хаитову Р.М., Игнатьевой Г.А., 1992]
Тип клеток
Экспрессия CD4
Цитопатический эффект
СВ4+-Т-клетки
+(м)
Некроз, апоптоз, дисфункция
СЕМ+СВ8+-тимоциты и Т-клетки
+(м)
Апоптоз, некроз
Дендритные клетки
+(м)
—
Макрофаги
+(ц,м)
—
Эозинофилы
+
—
Мегакариоциты
+
Гибель
Нейтрофилы
+
Гибель, дисфункция
Клетки микроглии
+
—
Астроциты, олигодендроциты
7
?
Эндотелиальные клетки
—
?
Эпителий тимуса
7
?
М-клетки кишечника
7
?
Клетки хориотрофобласта
+
—
Сперматозоиды
1 +
—
Примечание, м — мембранная, ц — цитоплазматическая экспрессия CD4.
интеграция геномов клетки и ВИЧ;
активация транскрипции и трансляции после латентного периода; • репликация вируса (морфогенез).
цитопатогенный эффект ВИЧ, высвобождение вирионов из клетки.
Рецепция ВИЧ обусловлена взаимным распознаванием белка gpl20 вируса и мембранного гликопротеина CD4 клетки человека. На обеих молекулах локализованы участки, ответственные за их взаимодействие. Для доказательства этого использовали блокаду взаимодействия с помощью синтетических пептидов, воспроизводящих определенные участки молекул, и антител со строго локализованной специфичностью, а также мутантные клетки с изменениями в различных участках изучавшихся молекул. На молекуле gpl20 указанный участок локализован в ее С-конце- вой части (остатки 420—469), кроме того, имеется еще 3 участка, важные для формирования сайта взаимодействия с CD4, и участок (254—274), ответственный за проникновение вируса в клетку после связывания с мембранным CD4 (см. рис. 65). На молекуле CD4 участок связывания с gpl20 расположен в N-концевом V-домене и включает последовательности остатков 31—57 и 81—94.
Поскольку рецептором для ВИЧ служит молекула CD4, спектр клеток-мишеней этого вируса определяется экспрессией CD4 (табл. 100). Естественно, что главными мишенями для него являются СО4+-Т-хелпе- 472
ры, а также незрелые тимоциты и периферические Т-клетки, экспрессирующие одновременно CD4 и CD8. Однако оказалось, что дендритные клетки и макрофаги, несущие на своей поверхности небольшое число молекул CD4, но содержащие значительные их количества в цитоплазме, также эффективно заражаются вирусом и служат очень активными его продуцентами (репликация ВИЧ в дендритных клетках в 30 раз выше, чем в Т-лимфоцитах). Мишенями для ВИЧ служат и другие клетки, которые содержат хотя бы небольшие количества CD4: эозинофилы, мегакариоциты, ряд нервных клеток (нейроны, клетки микроглии, астроциты, олигодендроциты), некоторые эпителиальные клетки, в частности эпителиальные клетки тимуса, М-клетки кишечного эпителия, эндотелиальные клетки, часть В-лимфоцитов, сперматозоиды, клетки хориотро- фобласта, клетки поперечнополосатых мышц. На большинстве, но не на всех перечисленных типах клеток обнаружена молекула CD4 (иногда ее вариант). ВИЧ-2 обладает несколько более выраженной способностью инфицировать СВ4~-клетки. Таким образом, CD4 является основным, но, по-видимому, не единственным проводником ВИЧ внутрь клетки.
Получены данные о роли некоторых мембранных структур в качестве дополнительных рецепторов (корецепторов) ВИЧ. Они оказались различными для разных штаммов этого вируса. Так, для штаммов ВИЧ-1, пассируемых на Т-клеточных линиях, таким проводником вируса в клетку оказался белок фузин — рецептор а-хемокинов CXCR4. Для штаммов, пассируемых на макрофагальных линиях (считается, что они ближе к вирусным штаммам, реально вызывающим заражение), таким дополнительным рецептором ВИЧ оказался рецептор р-хемокинов CCR5 (CC-CKR5). Оба эти белка, 7-кратно прошивающие мембрану (см. рис. 65), способны запускать в клетку сигналы через связанный с ними G-белок. Показано, что вспомогательную роль в проникновении ВИЧ в макрофаги играет р2- интегрин LFA-1.
Мы не будем описывать события, связанные с интеграцией геномов, репликацией ВИЧ, роль в этих процессах ферментов и регуляторных белков, поскольку это скорее вирусологические, чем иммунологические проблемы. Остановимся дишь на влиянии иммунологических факторов на реализацию названных Процессов, а также на механизмах повреждающего действия ВИЧ.
Твердо установлено, что в активированных клетках репликация вируса СПИД осуществляется более активно, чем в покоящихся клетках. Так, стимуляция лимфоцитов митогенами (фитогемагглютинином, митогеном лаконоса) усиливает репликацию ВИЧ и его цитопатогенный эффект повышается. Очевидно, этому могут способствовать эндогенные факторы, образующиеся в клетке в процесе активации. Известно также, что некоторые цитокины, продуцируемые активированными лимфоцитами и макрофагами, способствуют развитию ВИЧ и проявлению его повреждающего действия. В наибольшей степени это относится к ФНОа и ИЛ-6. Первый активирует процесс транскрипции генов ВИЧ, второй стимулирует экспрессию ВИЧ в клетках хозяина. Аналогично ИЛ-6 действуют ГМ-КСФ и Г-КСФ. В качестве кофакторов активации ВИЧ могут выступать ИЛ-1, 2 и 3, интерферон у. Глюкокортикоидные гормоны надпочечников также
способствуют реализации генетической программы ВИЧ. ИЛ-4 и 7, интерферон а оказывают противоположное действие. Фактор предварительной активации рассматривается как ведущий в определении «склонности» к ВИЧ-инфицированию в эфиопской популяции.
Механизмы формирования иммунодефицита при СПИД. Основным механизмом гибели клеток, инфицированных ВИЧ, является некроз, т.е. нарушение целостности клеток, вызванное в первую очередь повреждением ее мембраны. Детально механизмы цитонекроза не выяснены, но полагают, что он обусловлен прямым цитопатогенным действием вируса. При заражении лимфоцитов крови человека in vitro уже в первые часы оболочечные антигены ВИЧ появлялись на 80 % СВ4+-клеток; в течение 3 сут численность СВ4+-клеток не изменялась, затем начинала резко уменьшаться параллельно с высвобождением вирионов в среду.
В последние годы стали накапливаться факты о том, что достаточно большая часть Т-лимфоцитов, в том числе неинфицированных, гибнет по механизму апоптоза, т.е. программирование, вследствие поступления «команды» из ядра (см. раздел 3.5.3). В свою очередь проявление этой программы может быть инициировано сигналами, поступающими с мембраны клетки, например, при перекрестном сшивании CD4 вирусными молекулами gp!20 (перекрестное сшивание CD4 антителами способно вызвать гибель Т-клетки при ее следующей активации митогенами или антигенами). Еще один из механизмов, приводящих к гибели ВИЧ-инфицированных клеток, связан с формированием под влиянием ВИЧ синцития, т.е. слияния клеток с формированием многоядерного образования, не способного выполнять обычные функции клеток данного типа и в итоге обреченного на гибель. Образование синцития связано со слиянием не только мембран клетки и вируса, но и соседних клеток, связавших частицу ВИЧ. В основе этого процесса лежит взаимодействие молекул CD4 и gpl20.
Отнюдь не все типы клеток, чувствительных к заражению ВИЧ, подвергаются цитопатогенному действию. Ему подвержены только CD4+- лимфоциты и мегакариоциты. Ни макрофаги, ни эпителиальные, ни многие другие клетки, инфицированные ВИЧ, не подвергаются цитолизу. Однако для большинства из них получены данные, свидетельствующие о снижении функций после инфицирования вирусом СПИД. Это относится и к пораженным вирусом Т-лимфоцитам, не успевшим подвергнуться цитолизу. Дисфункцию клеток могут вызвать не только целые вирусы, но и их изолированные белки, например gp!20, или продукт гена tat р!4. В отличие от других лимфотропных вирусов, например HTLV-I, вызывающих злокачественную трансформацию лимфоцитов (см. раздел 5.4), лентивирусы группы ВИЧ не оказывают такого действия, однако упомянутый выше белок р!4 (tat) участвует в индукции саркомы Калоши при ВИЧ-инфекции.
Описанные выше цитопатогенные воздействия ВИЧ и его белков на СВ4+-лимфоциты составляют основу патогенеза иммунодефицита на уровне ВИЧ-инфицированного организма. Сведения об изменении ряда лабораторных иммунологических показателей на разных стадиях прогрессирования СПИД приведены в табл. 101. На высоте заболевания
Таблица 101. Изменение иммунологических показателей при СПИД
Показатель
Доклинические стадии
Стадия клинических проявлений
Число лимфоцитов
N
\
Содержание СВ4+-клеток
' N или \
\\ (< 200 клеток в 1 мкл)
Содержание СВ8+-клеток
N или /
/ (относительное число)
Соотношение CD4+/CD8+
0,8-1,0
0,1-0,6
Соотношение Thl/Th2
N или \
\
Активность цитотоксических Т-клеток
/
\
Содержание В-клеток
N или \
\
Реакция Т-клеток на митоген
N или \
\\
Антигенемия
+, 2—8 нед
—
Антитела в циркуляции
+, обычно после 8 нед
+
Растворимые факторы\
a-цепь ИЛ-2Р, Рг-микроглобулин, неоптерин,
в циркуляции
CD8, рецептор для ФИО
Примечание.N — нормальные показатели, / — повышение, \ — снижение, \\ — сильное снижение показателей, + — наличие признака, — — отсутствие.
наиболее ярким лабораторным показателем является резкое снижение содержания СВ4+-клеток. Условную границу снижения содержания этих клеток, за которой обычно следуют клинические проявления в виде присоединяющейся инфекции, составляет 200—250 клеток в 1 мкл (в относительных цифрах 20 %). Соотношение CD4+/CD8+ на высоте заболевания снижается до 0,3 и менее. В этом периоде проявляется общая лимфопения с уменьшением содержания не только CD4+-, но и СВ8+-кле- ток и В-лимфоцитов. Ответ лимфоцитов на митогены и выраженность кожных реакций на распространенные антигены продолжают снижаться до полной анергии. Принципиально, что поражение Т-клеточного звена иммунной системы значительно превосходит ожидаемое, исходя из определения числа инфицированных клеток. В лимфоидных органах инфицировано не более 10—15 % СВ4+-Т-клеток, а в крови это количество составляет лишь 1 %. Однако выше отмечалось, что не только функциональной инактивации, но и гибели по механизму апоптоза подвергается значительная часть неинфицированных СВ4+-клеток.
К основным факторам подавления Т-зависимых реакций иммунной системы при СПИД относятся:
снижение числа СВ4+-клеток-хелперов вследствие их гибели;
ослабление их функций под влиянием инфицирования и действия растворимых белков ВИЧ (gpl20 блокирует СП4+-клетки, вызывает потерю CD4 или неэффективную активацию клеток);
сдвиг баланса Thl/Th2 в сторону Th2, тогда как эффективная противовирусная защита может реализоваться с участием ТЫ;
индукция супрессорных клеток белком gpl20 и ВИЧ-ассоцииро- ванным белком р67.
Обусловленное этими факторами снижение способности организма к иммунному ответу затрагивает как его клеточную, так и гуморальную формы. Результатом этого становится комбинированный иммунодефицит, делающий организм уязвимым к инфекционным агентам, в том числе условнопатогенным (отсюда — развитие оппортунистических инфекций). Дефицит клеточного иммунитета играет определенную роль в развитии лимфотропных опухолей, а сочетание иммунодефицита и действия некоторых белков ВИЧ (в частности, р14) — в развитии саркомы Калоши.
Основные клинические проявления иммунодефицита при СПИД состоят в развитии инфекций, главным образом оппортунистических. Наиболее характерны для СПИД следующие типы инфекционных процессов [по Хаитову Р.М., Игнатьевой Г.А., 1992]:
пневмонии, вызываемые Pheumocystis carinii;
диарея, вызываемая криптоспоридиями, токсоплазмами, жиардия- ми, амебами;
стронгилоидоз и/или токсоплазмоз головного мозга и легких;
кандидоз полости рта и пищевода;
криптококкоз, диссерминированный или локализованный в центральной нервной системе;
кокцидиомикоз, гистоплазмоз, мукормикоз, аспергиллез различной локализации;
инфекция нетипичными микобактериями различной локализации;
сальмонеллезная бактериемия;
цитомегаловирусная инфекция легких, центральной нервной системы, желудочно-кишечного тракта;
герпетическая инфекция кожи и слизистых оболочек;
инфекция вирусом Эпштейна—Барр;
мультифокальная паповавирусная инфекция с энцефалопатией.
Другая группа связанных со СПИД патологических процессов представлена опухолями, отличие которых от аналогичных процессов, не связанных со СПИД, состоит в раннем возрасте их развития (до 60 лет). Чаще встречаются:
саркома Калоши;
неходжкинские лимфомы, локализующиеся преимущественно в головном мозге.
Формированию патологического процесса способствуют некоторые реакции микроорганизма, провоцируемые ВИЧ-инфекцией. Так, активация СВ4+-клеток в ответ на действие вирусных антигенов способствует
a
Рис. 122. Последствия радиационного опустошения тимуса.
а. Кинетика численности тимоцитов после облучения в дозе 4 Гр. у8+, сф+ — преобладающий тип клеток по структуре TCR. По оси абсцисс — срок после облучения; по оси ординат — содержание тимоцитов, % от необлученного контроля, б, в — соотношение клеток реципиента и донора в тимусе (б) и селезенке (в) радиационных химер — летально облученных (9 Гр) мышей, которые получили лечебные инъекции изогенных клеток костного мозга (отличающихся от реципиента по одному гену, антигенный продукт которого выявляется на потомках введенных клеток). Заштриховано — содержание лимфоцитов—потомков выживших клеток-предшественников реципиента, зачернено — содержание лимфоцитов — потомков введенных донорских клеток (с. 483).
реализации цитопатогенного эффекта, особенно апоптоз Т-клеток. Большинство образуемых при этом Т-клетками и макрофагами цитокинов являются факторами, благоприятствующими прогрессированию ВИЧ-инфекции. Наконец, в патогенезе СПИД важную роль играет аутоиммунная составляющая. Ее основой является гомология между белками ВИЧ и некоторыми белками организма, например между gp!20 и молекулами МНС. Однако эти нарушения, усугубляя иммунодефицит, не формируют специфических аутоиммунных синдромов.
Естественно было бы ожидать, что иммунные процессы, которые
пусть в ослабленной форме развиваются в ответ на внедряющуюся инфекцию, смогут хотя бы в малой степени защитить от нее организм. В действительности если это и происходит, то лишь в начальный период заболевания. Отражением взаимоотношений между ВИЧ-инфекцией и макроорганизмом служит динамика содержания в циркуляции вирусных антигенов и антивирусных антител (рис. 121, с. 471).
Всплеск антигенемии в ранний период развития ВИЧ-инфекции (2— 8 нед после инфицирования) отражает интенсивную репликацию вирусов, внедрившихся в клетки. В условиях сохранной иммунной системы хозяина это вызывает наработку антител (преимущественно к gpl20, gp41, группоспецифическому gag-антигену pl7). Это находит отражение в подъеме титра сывороточных антител к указанным антигенам начиная с 8-й недели от момента заражения. Такую смену циркулирующего антигена на антитела обозначают термином «сероконверсия». Антитела к оболочечным (env) белкам стабильно сохраняются в течение всего заболевания, тогда как специфические gag-антитела исчезают на определенных этапах его развития и вирусные антигены повторно появляются в кровотоке. Параллельно с накоплением в сыворотке крови антител к вирусным антигенам повышается концентрация всех сывороточных иммуноглобулинов (включая IgE).
Антитела, появляющиеся в кровотоке, способны нейтрализовать свободный вирус и связать его растворимые белки. В случае ответа на gpl20 это в наибольшей степени относится к антителам, специфичным к имму- нодоминантному эпитопу 303—337, локализованному в 3-м гипервариабельном домене молекулы gpl20 (см. рис. 60). Возможно, эти эффекты играют определенную роль в первоначальном сдерживании ВИЧ-инфекции и в какой-то степени обусловливают длительный латентный период, характерный для данного заболевания. Однако вирусные частицы слишком быстро проникают в клетку. Кроме того, на поверхности свободного вириона эпитопы, способные связать антитела, частично блокируются остатками сахаров. Рассматриваемые антитела не вызывают комплемент- зависимого лизиса инфицированных клеток и не делают их чувствительными к антителозависимому клеточному цитолизу. Некоторые антитела, специфичные к gpl20, оказывают отрицательное влияние, опосредованное агрегацией свободного gpl20 или усилением инфицирования клеток (последнее относится к антителам, специфичным к эпитопу 504—518).
In vitro показано, что белки оболочки ВИЧ способны индуцировать Т-клеточный ответ. Полагают даже, что в начальный период развития ВИЧ-инфекции активность цитотоксических клеток повышена. Получены клоны специфических Т-лимфоцитов, способных поразить мишени, которые экспрессируют соответствующие эпитопы. Однако вследствие гибели или инактивации Т-клеток, а также преобладания ТН2-зависимо- го гуморального звена иммунного ответа этот механизм иммунной защиты против ВИЧ оказывается недейственным. Интересно, что клоны цитотоксических СО8+-лимфоцитов, получаемых из крови больных СПИД, вырабатывают набор цитокинов, свойственный ТЬ2-клеткам. При ВИЧ-инфекции оказываются неактивными и NK-клетки, хотя они не являются объектом прямого инфицирования вирусом. На поздних 478
стадиях развития СПИД добавляется еще фактор, способствующий прогрессированию иммунодефицита, — истощение тимуса, обусловленное поражением его эпителиальных клеток.
Уже на доклинической стадии возникает необходимость использования иммунологических методов для диагностики ВИЧ-инфекции. С этой целью обычно применяют иммуноферментные тест-наборы, позволяющие определять присутствие в сыворотке антител к ВИЧ-белкам. Существующие тест-системы основаны на твердофазном иммуносорбентном тестировании антител (ELISA). Сменилось три поколения этих тест-систем в зависимости от источников антигенного материала, в качестве которых последовательно использовали вирусные лизаты, рекомбинантные белки ВИЧ и синтетические пептиды, воспроизводящие эпитопы, с которыми взаимодействуют сывороточные антитела ВИЧ-инфицированных людей. В настоящее время применяются тест-системы всех трех поколений.
Специфичность и чувствительность коммерческих тест-систем для выявления антител, как правило, превышают 95 %. В связи с исключительно высокой ответственностью иммунологов, дающих заключение, возникает необходимость в постановке подтверждающего теста. В качестве такого теста обычно используют иммуноблоттинг, позволяющий выявлять антитела к конкретным антигенам ВИЧ. Кроме этих методов, при диагностике ВИЧ-инфекции применяют определение антител в реакции непрямой агглютинации, иммуноферментное определение антигенов ВИЧ (особенно р24), определение ДНК провируса с помощью полимеразной цепной реакции и т.д.
Лечение СПИД основывается на применении противовирусных препаратов, среди которых наиболее широко используется азидотимидин (ретровир, зидовудин), действующий как антиметаболит. Иммуномодулирующая терапия не нашла «серьезного» применения при СПИД; из препаратов этой группы используют интерферон а, в том числе в комбинации с азидотимидином. Применяемые средства дают временный эффект, ослабляют проявления сопутствующих заболеваний, улучшают качество жизни, но не оказывают радикального влияния на основной процесс, связанный с присутствием ВИЧ в организме.
Летальность от СПИД до сих пор составляет 100 %. Наиболее частой причиной смерти являются оппортунистические инфекции, особенно пневмоцистная пневмония. Другие причины смерти — сопутствующие опухоли, поражение центральной нервной системы и желудочно-кишечного тракта.
.L2.4. Иммунодефицит, вызванный действием ионизирующей радиации
Уже в первое десятилетие после открытия ионизирующих лучей была установлена их способность снижать резистентность к инфекционным антигенам, а также уменьшать содержание лимфоцитов в большей степени, чем других клеток крови. Радиационный иммунодефицит феноменологически хорошо изучен и на его примере удобно рассмотреть законо-
мерности формирования, проявлений и ликвидации приобретенных иммунодефицитов, вызванных действием внешних факторов.
Иммунодефицит развивается почти немедленно после общего внешнего облучения организма. Действие радиации на иммунную систему обусловлено прежде всего двумя эффектами:
повреждением естественных барьеров, отделяющих внутреннюю среду организма от внешней, что" приводит к усилению биологической агрессии;
избирательным повреждением лимфоцитов, а также всех делящихся клеток, в том числе клеток-предшественников иммуноцитов и клеток, вовлекаемых в иммунный ответ, что делает организм беззащитным перед биологической агрессией.
Предметом изучения радиационной иммунологии является преимущественно второй эффект. Радиационная гибель клеток осуществляется по двум механизмам. Делящиеся клетки гибнут в митозе в связи с нере- парируемым повреждением ДНК и хромосомного аппарата, что проявляется нарушением деления клеток. Митотическая гибель проявляется в форме некроза. Do при этом несколько превышает 1 Гр. Do — доза ионизирующей радиации, которая обеспечивает в среднем одно летальное попадание на биологический объект, из-за случайного распределения попаданий поражает около 63 % объектов. Другой показатель, характеризующий радиочувствительность, экстраполяционное число п, отражает способность мишеней к репарации или число мишеней, поражение которых требуется для гибели клеток. В случае поражения лимфоцитов оно не превышает 1.
Вторая разновидность радиационной гибели затрагивает покоящиеся клетки. При облучении всех клеток, кроме лимфоидных, интерфазная гибель наступает при очень высоких дозах (десятки грей) и лишь покоящиеся лимфоциты погибают при дозе 0,5—3 Гр. В основе интерфазной гибели лежит развитие апоптоза.
Сведения о радиочувствительности различных субпопуляций и стадий развития лимфоцитов приведены в табл. 102. Большая часть лимфоцитов крови и периферических лимфоидных органов погибает в течение первых 3—4 сут после действия радиации в дозе 4—6 Гр (повреждение проявляется, начиная с дозы 1 Гр). В-клетки несколько более радиочувствительны, чем Т-клетки. Субпопуляции зрелых Т-лимфоцитов CD4+ и CD8+ практически не отличаются по радиочувствительности, так же как «наивные» Т-клетки и Т-клетки памяти. Облучение в большей степени повреждает способность СО4+-клеток дифференцироваться в Т-хелперы гуморального ответа (Th2), чем в Т-хелперы клеточного ответа (ТЫ). Имеется малая фракция радиорезистентных Т-клеток, переживающих облучение в дозе 10 Гр, однако их функциональная активность при этом резко снижается. Относительно радиорезистентны NK-клетки (естественные киллеры) — они поражаются при дозах 6—7 Гр. Различия в радиочувствительности связаны исключительно с разной «уязвимостью» клеток к гибели в интерфазе, а она в основном зависит от «защищеннос-
Таблица 102. Радиочувствительность лимфоцитов и опосредуемых ими иммунных процессов
Клетки, реакции
Do, Гр
Лимфоциты
Субкапсулярные (CD4+CD8+) тимоциты
6,5-8,0
Кортикальные (CD4+CD8+) тимоциты
0,5-1,0
Медуллярные (CD4+/CD8+) тимоциты
2,7-3,5
Зрелые Т-лимфоциты, результаты подсчета клеток
2,5-3,0
Зрелые В-лимфоциты, результаты подсчета клеток
1,7-2,5
Зрелые Т-лимфоциты, результаты функциональных оценок
2,5
Зрелые В-лимфоциты, результаты функциональных оценок
Иммунные процессы
1,4
Ответ В-клеток на ЛПС in vitro
0,9
Ответ Т-клеток на КонА in vitro
4,4
Ответ Т-клеток в смешанной культуре лимфоцитов
1,25
Тимуснезависимое антителообразование in vivo
1,0
Тимусзависимое IgM-антителообразование (на эритроциты барана)
1,0-1,25
То же в системе с сингенным переносом клеток
0,7-1,1
Тимусзависимое IgG-антителообразование (на эритроциты барана)
0,8-1,0
Антителообразование в ответ на антиген с сильной зависимостью от Т-клеток (эритроциты лошади)
0,3-0,5
Примечание. ЛПС — липополисахарид, КонА — конкавалин А.
ти» клеток, обусловленной экспрессией протоонкогена Вс1-2 (см. раздел 3.5.3). Наиболее радиочувствительными являются Т- и В-лимфоциты, находящиеся на стадиях осуществления селекции, поскольку в этот период они очень чувствительны к индукции апоптоза.
Таким образом, лимфоциты подвержены как бы двойной атаке радиации: покоящиеся клетки гибнут вследствие индукции апоптоза, а выжившие лимфоциты в случаях вступления в иммунный ответ гибнут в митозе. Это проявляется на уровне иммунной системы опустошением лимфоидных органов и развитием лимфопении вплоть до полного исчезновения лимфоцитов из циркуляции.
Реакции гуморального иммунного ответа более радиочувствительны, чем клеточного. Тимусзависимое антителообразование поражается сильнее, чем тимуснезависимое, в связи с большим вкладом межклеточных взаимодействий, весьма подверженных действию радиации. Радиоустойчивость лимфоцитов резко возрастает вскоре после их активации антигенами или митогенами: по завершении фазы пролиферации они выдер-
живают облучение порядка десятков грей. Среди дифференцированных форм лимфоцитов наиболее радиочувствительны Т-супрессоры, погибающие при интервале доз 4—6 Гр. В связи с этим при определенных условиях облучение, осуществляемое после иммунизации, может даже стимулировать иммунный ответ (вследствие избирательной гибели супрессорных клеток). Стимулирующий эффект особенно четко проявляется в отношении IgE-ответа.
Функциональная неполноценность лимфоцитов, переживших облучение, проявляется не только в снижении эффективности их реакций на антигены, но и в утрате способности к «хомингу», т.е. избирательному проникновению в лимфатические узлы и групповые лимфатические фолликулы (пейеровы бляшки) в процессе рециркуляции, обусловленному взаимным распознаванием мембранных молекул адгезии лимфоцитами и клетками эндотелия посткапиллярных венул указанных образований (см. раздел 1.2.4). Следствием этого становится нарушение пространственной структуры иммунной системы: возврат лимфоцитов из циркуляции в лимфатические узлы нарушается, хотя их поступление в селезенку, не зависящее от упомянутого механизма, сохранено. Более того, поражается механизм формирования иммунного ответа в региональных лимфатических узлах из-за нарушения «улавливания» рециркулирующих лимфоцитов (см. раздел 4.1.1).
Нелимфоидные клетки иммунной системы (за исключением дендритных) сами по себе радиорезистентны: они не подвержены интерфазной гибели и не вступают в митоз при иммунном ответе. Однако их предшественники, миелоидные клетки костного мозга, интенсивно делятся, и радиация в дозах, превышающих 1 Гр, повреждает их, что проявляется в «запоздалом» снижении численности нейтрофилов, моноци- тов/макрофагов и дендритных клеток.
Таким образом, ионизирующая радиация при ее одномоментном действии на весь организм в дозах, превышающих 1 Гр, вызывает дозозависимое опустошение органов иммунной системы вследствие преимущественно интерфазной гибели лимфоцитов уже через сутки после облучения, а затем — снижение численности миелоидных клеток на протяжении двух первых декад вследствие гибели клеток-предшественников. Развитие иммунного ответа на антигены, усиленно поступающие в организм вследствие нарушения барьеров, провоцирует репродуктивную гибель лимфоцитов на протяжении 1-й недели после действия радиации. Неэффективность иммунного ответа в ранние сроки после облучения связана, кроме того, с функциональной неполноценностью выживших клеток и нарушением их нормального распределения в организме. Развертывание иммунологических нарушений совершается параллельно с развитием других повреждений в организме, комплекс которых проявляется в виде острой лучевой болезни.
Уже в период прогрессирующего опустошения иммунной системы в ней включаются восстановительные процессы. Их основой в первую очередь служат естественные процессы гемопоэза, несколько модифицируемые в пострадиационной ситуации. Медленно протекающий процесс восстановления численности клеток иммунной системы неизбежно при-
Рис. 123. Изменение концентрации иммуноглобулинов основных классов в сыворотке крови человека на ранних этапах онтогенеза.
За 100 % принят средний уровень соответствующих иммуноглобулинов у взрослых (см. табл. 38).
вел бы к опустошению иммунной системы и поражению организма внедряющимися в него инфекционными агентами, если бы не срабатывали механизмы экстренного восстановления, отчасти инициируемые самой радиацией. Так, микробы, проникающие в организм, стимулируют В-лимфопоэз (вероятно, действующим фактором при этом служит их липополисахаридный эндотоксин). Аутокринный ростовой фактор (мол. масса 22 000), синтез которого тимоцитами усиливается под влиянием облучения, обусловливает быстрое восстановление популяции тимоцитов (в основном у5+-типа), которые затем эмигрируют на периферию. Однако это восстановление является временным вследствие быстрого исчерпывания ресурсов внутритимусных предшественников, и тимус подвергается вторичной атрофии (пик на 20-е сутки после облучения; рис. 122, с. 477). Лишь к концу месяца восстанавливается нормальная динамика лимфоидных клеток в тимусе за счет миграции в тимус костномозговых предшественников, т.е. восстанавливается механизм Т-лимфопоэза, реализующийся в необлученном организме. Хотя вскоре после облучения могут наблюдаться некоторые признаки «омоложения» тимуса, многие внутритимусные процессы надолго поражаются облучением. Это происходит вследствие того, что эпителиальные клетки, от которых в значительной степени зависит функционирование тимуса, обновляются после облучения неполноценно и не в полной мере выполняют свои функции факторов микроокружения для тимоцитов и источника гормонов тимуса. Сходные процессы затрагивают и клеточные системы, обеспечивающие развитие В-лимфоцитов.
Восстановление иммунологических функций происходит с явным запозданием по сравнению с нормализацией численности клеток иммунной системы. Так, способность к образованию антител при иммунизации тимусзависимым антигеном остается существенно сниженной через
мес после облучения мышей в дозах 4—5 Гр, хотя число лимфоцитов обычно нормализуется через 2 мес (все данные — для мышей). Особенно значительно снижена способность к кооперативному взаимодействию, возможно, в связи с нарушением экспрессии молекул адгезии, в том числе костимулирующих молекул и корецепторов.
Важным проявлением пострадиационного иммунодефицита служат аутоиммунные процессы, развивающиеся преимущественно в поздние сроки после облучения. Полагают, что причиной накопления аутоантител является ослабление супрессорного звена иммунной системы (уже упоминалось, что Т-супрессоры более радиочувствительны, чем эффекторные клетки иммунной системы). Возможна связь аутоиммунизации также с дефектностью процессов отрицательной селекции Т-клеток в тимусе. Обычно регистрируется появление аутоантител, способных связываться с эпителиальными клетками тимуса и подавлять их функции (см. рис. 101). Очевидно, этот механизм играет важную роль в развитии поздних пострадиационных иммунодефицитов, регистрируемых даже после действия малых доз радиации. Этот процесс становится самоподцержива- ющимся, что вообще свойственно аутоиммунным процессам (см. раздел 4.3) и утрачивает зависимость от исходной дозы облучения.
Многие проявления поздней пострадиационной патологии иммунной системы очень сходны с обычным старением тимуса, которое, однако, развивается существенно раньше положенного срока. Сначала это проявляется в прогрессирующем опустошении тимуса и снижении концентрации его гормонов в сыворотке крови. Позже ослабляется функция Т-клеток, в первую очередь ТЫ-клеток, а затем снижается их число. Это обусловливает уязвимость к вирусам, а возможно и к развитию опухолей в поздние сроки после облучения.
Итак, восстановительные процессы в пострадиационном периоде вначале осуществляются активно — преимущественно за счет мобилизации «промежуточных» лимфоидных предшественников. Однако полной нормализации иммунной системы не происходит, вероятно, вследствие поражения нелимфоидных компонентов, ответственных за развитие лимфоцитов. Результатом нарушения гомеостатических процессов в иммунной системе становится формирование аутоиммунных процессов, в том числе против компонентов иммунной системы (особенно тимуса), приводящих к ее ускоренному старению.
Варьирование дозы облучения, ее мощности, прерывистое облучение, воздействие радиации на часть организма, облучение за счет инкорпорированных радионуклидов обусловливают определенную специфику иммунологических проявлений в пострадиационном периоде. Эти варианты воздействия радиации возможно даже более значимы в практическом отношении, чем внешнее облучение организма. Об этом свидетельствует опыт использования ионизирующей радиации в медицине и на производстве, а также при ликвидации последствий радиационных катастроф. Однако принципиальные основы радиационного поражения всех этих случаев не отличаются от рассмотренных выше.
Особую практическую значимость действие умеренных и малых доз радиации приобрело в связи с применением атомного оружия и радиаци- 484
Таблица 103. Иммунологические нарушения у людей, испытавших воздействие радиации и других факторов аварии на Чернобыльской АЭС
Показатели исследования крови
Доза облучения боле 1 Гр
Доза облучения менее 0,5 Гр через 3—7 лет
через 6 мес
через 5 лет
Содержание лимфоцитов
Снижено
Н.Д.
Повышено
Т-клегки (CD3+, CD2+, CD5+)
Снижение
н.д.
Снижение
Т-хелперы (CD4+)
Снижение
н.д.
При дозе < 4 Гр повышение, > 4 Гр — снижение
Т-киллеры (CD8+)
Без изменений
н.д.
До 5 лет повышение, позже снижение
Отношение CD4+/CD8+
Снижено
н.д.
Снижено
В-клетки CD72+IgM+
Снижено
В-клетки IgG+
Повышение
н.д.
Повышение
NK-клетки (CD56+, CD16+)
н.д.
н.д.
Снижение (CD56+) или повышение (CD16+)
Активированные (CD25+) лимфоциты
н.д.
Повышение
Повышение
Фагоцитоз
н.д.
Усилен
2 года — ослаблен, 5 лет — усилен
Ответ Т-клеток на митогены
Снижен
Снижен
Снижен
Продукция Т-клетками лимфокинов
Снижена
н.д.
Снижена
Активность N К-клеток
н.д.
н.д.
Концентрация IgM
н.д.
н.д.
Концентрация IgG
н.д.
н.д.
Концентрация IgA
н.д.
н.д.
Повышена
Концентрация a i-тимозина
н.д.
Снижена
Снижена
Уровень СТА
н.д.
Снижен
Снижен
Титр аутоантител к эпителию тимуса
н.д.
Повышен
Повышен
Примечание. СТА — сывороточная тимическая активность отражает содержание тимулина; н.д. — нет данных.
онными катастрофами, особенно Чернобыльской. При этом важно учитывать также стрессорный эффект радиации, во многом аналогичный Иммунотропному действию самого облучения. Сводка изменений в иммунной системе лиц, участвовавших в ликвидации последствий аварии на ЧАЭС, и других людей, пострадавших от последствий этой катастро-
фы, представлена в табл. 103. При воздействии дозы около 0,5—5 сГр (малые дозы радиации) может наблюдаться стимуляция иммунных процессов, что служит проявлением более общего явления — гормезиса. Этим термином обозначают стимулирующее действие малых доз факторов, которые при более высоких дозах проявляют ингибирующее и повреждающее действие. Едва ли можно рассматривать радиационный гормезис как положительное явление, поскольку наблюдаемое при этом усиление иммунных процессов не является адекватным и отражает разбалансировку иммунных механизмов.
Повышение радиационного фона за счет накопления радионуклидов в среде обитания является одним из важнейших последствий радиационных катастроф типа Чернобыльской. При этом накопленная доза радиации за многие годы может не превышать 1 сГр и тем не менее могут регистрироваться определенные сдвиги в иммунной системе (особенно в тимусе) и обнаруживаться усиление продукции аутоантител. Реально оценить значение этих отклонений для функционирования иммунной системы и состояния здоровья людей пока трудно, как трудно доказать связь этих отклонений с действием радиационного фактора. В подобных случаях радиационный фактор становится одним из неблагоприятных факторов среды и ситуацию следует анализировать в контексте экологической медицины.
Физиологические иммунодефициты
Иммунодефицит при стрессе. Стресс представляет собой стандартную адаптационную реакцию на необычные ситуации, потенциально угрожающие организму. В основе реакции лежат повышенная выработка АКТГ и индуцированная ею гиперпродукция стероидных гормонов надпочечников, а также катехоламинов. К основным мишеням этих гормонов, особенно глюкокортикоидов, относятся лимфоциты, что и определяет реакцию иммунной системы при стрессе.
Реакция лимфоцитов зависит от концентрации глюкокортикоидов, а следовательно, от интенсивности стресса. Воздействия умеренной интенсивности вызывают преимущественно перераспределение лимфоцитов Незрелые кортикальные тимоциты эмигрируют из тимуса и поступают в основном в костный мозг. Сюда же мигрирует часть зрелых Т-клеток. При слабом стрессе массовая гибель лимфоцитов отсутствует. При пространственном перераспределении лимфоцитов изменяется иммунологическая реактивность. Функциональная активность лимфоцитов и макрофагов несколько снижается, и суммарный уровень ответа, особенно гуморального, снижается. В то же время усиливается вклад костного мозга в антителообразование, прежде всего первичное. Значимость подобных перестроек в иммунной системе в плане эффективности иммунной защиты и целесообразности для организма оценить пока трудно, но они едва ли могут расцениваться как проявления иммунодефицита.
Иная ситуация возникает при интенсивных стрессорных воздействиях, когда концентрация кортикостероидов может превысить ту границу, выше которой они вызывают апоптоз лимфоцитов. Соотношение лимфо-
цитов различных классов по чувствительности к апоптогенному действию глюкокортикоидов такое же, как при действии ионизирующих излучений, а также цитостатиков и других цитотоксических агентов. Устойчивость клеток к действию всех этих агентов определяется наличием в них внутриклеточных факторов типа Вс1-2, блокирующих апоптоз. К действию глюкокортикоидов (как и ионизирующей радиации) наиболее чувствительны кортикальные СВ4+СВ8+-тимоциты, не экспрессирующие протоонкоген bcl-2 (это определило их первоначальное обозначение как кортизончувствительных клеток). Среди периферических лимфоцитов В-клетки более устойчивы, чем Т-клетки. Предшественники Т- и В-лимфоцитов устойчивы к действию кортикоидов.
При стрессе происходит также изменение функций клеток иммунной системы, причем не только лимфоцитов, но и макрофагов, преимущественно в сторону их подавления. Этот эффект частично обусловлен повышением внутриклеточной концентрации цАМФ. Результатом всех этих изменений является подавление гуморального иммунного ответа и некоторых форм клеточного ответа. Уже развившийся иммунный ответ при этом не ингибируется.
Последствия стресса для иммунных процессов быстро ликвидируются в связи с сохранностью клеток-предшественников и факторов микроокружения органов лимфопоэза. Однако в тех случаях, когда стресс сопровождает заболевания и иные повреждения, способные вызвать нарушения в иммунной системе, он может выступать как кофактор формирования иммунодефицита. Особую проблему составляют часто повторяющиеся стрессы, эффект которых в определенных условиях, вероятно, может накопиться и вылиться в необратимый процесс, каким является старение иммунной системы. Такой исход представляется возможным при условии, если повторные стрессы затронут клетки стромы лимфоидных органов, особенно эпителий тимуса.
Возрастные иммунодефициты. Иммунодефицит раннего постнатального периода. Известно два типа физиологических иммунодефицитов, связанных с возрастом, — иммунодефицит раннего Постнатального периода и иммунодефицит при старении. Иммунодефицит раннего возраста связан с тем, что формирование иммунной системы не завершается к моменту рождения. Наиболее определенные сведения об этом получены для тимуса. В разделе 1.2.2 уже рассматривался прерывистый характер миграции Т-лимфоцитов из тимуса в периферические лимфоидные органы на ранних стадиях онтогенеза. К моменту рождения из тимуса выселяются лишь у6+-клетки с ограниченной способностью к распознаванию антигена. Непосредственно после рождения у мышей из Тимуса выселяется основная масса у5+-клеток, и лишь позже на протяжении нескольких недель периферия иммунной системы заселяется ар+- клетками (см. рис. 20). В течение всего периода колонизации лимфоидных органов Т-лимфоцитами функция тимусзависимого звена иммунной системы остается сниженной. Это проявляется не только в слабости ответа Т-клеток на митогены и антигены (лишь ответ на антигены гистосовместимости формируется рано, к моменту рождения), но в еще большей степени — в недостаточности Т-клеточного контроля за гумораль-
ным иммунитетом и функциями макрофагов. Одна из причин этого заключается в относительно слабо выраженной выработке цитокинов. Недостаточность продукции интерферона у влияет на функцию макрофагов, а низкая секреторная активность ТЬ2-клеток и недостаточность контактных сигналов, опосредованных CD40, — на выработку антител.
Временная динамика становления продукции иммуноглобулинов показана на рис. 123 (с. 483). Первый пик содержания IgG на графике отражает поступление иммуноглобулинов этого класса (всех его подклассов) из организма матери вследствие процесса Fc-зависимого транспорта через плаценту. Иммуноглобулины других классов не преодолевают плацентарный барьер в связи с отсутствием на поверхности клеток трофобласта соответствующих Fc-рецепторов, а также из-за больших размеров молекул IgM и IgA. У животных с различным строением плаценты условия проникновения материнских иммуноглобулинов в циркуляцию плода существенно варьируют. В связи с тем что время полужизни молекул IgG в циркуляции составляет примерно 20—23 сут, этот белок некоторое время сохраняется в организме в раннем постнатальном периоде. В период кормления с молоком матери поступает IgA, защищающий, кроме того, слизистую оболочку желудочно-кишечного тракта и частично всасывающийся в неизмененном виде. Однако из собственных иммуноглобулинов в организме новорожденных образуются лишь IgM (и то в малых количествах). Их синтез достигает уровня взрослых к концу 1-го года жизни. Собственный синтез IgG проявляется примерно в тот срок, когда практически исчезают материнские IgG, — в возрасте около 6 мес, но полного развития он достигает лишь к 5—6 годам. Еще медленнее формируется способность к образованию IgA и IgE, которая завершается к 10 годам; параллельно формируется способность к развитию аллергических реакций немедленного типа.
В результате сочетания описанных выше процессов оказывается, что у детей первых лет жизни проявляется естественный гуморальный иммунодефицит, затрагивающий все изотипы. Причем в возрасте около 6 мес выраженность этого дефицита достигает максимума, поскольку к этому периоду в организме ребенка исчерпываются запасы материнских IgG, а собственные IgG только начинают синтезироваться. После года спектр гуморального дефицита сужается, и последний полностью ликвидируется к 10 годам. Все сказанное имеет отношение к повышенной восприимчивости детей к простудным заболеваниям и инфекциям.
На ранних этапах онтогенеза антигенраспознающий репертуар V- генов уже, чем у взрослых, так как в состав перестроенного V-гена иммуноглобулинов и TCR с большей вероятностью включаются зародышевые V-сегменты, прилежащие к З'-концу этой генетической области (т.е. ближе к месту реализации перестройки генов). Как оказалось, способность отвечать на различные антигены формируется в определенной последовательности. Предполагают, что к иммунодефициту раннего возраста могут иметь отношение также супрессорные клетки, мигрирующие в организм плода из циркуляции матери.
Таким образом, у детей 1-го года жизни (отчасти и позже) в связи с незавершенностью становления иммунной системы развиваются разно- 488
образные признаки иммунодефицита, особенно четко проявляющегося в дифференцированной способности к выработке антител разного изотипа, различной специфичности и разной зависимости от участия Т-кле- ток. Точные сведения о готовности детского организма к развитию иммунного ответа и формированию иммунной защиты очень важны для профилактики инфекционных заболеваний и практики вакцинации.
Старение иммунной системы и связанный с ним иммунодефицит. Трудно точно определить возраст, в котором проявляется старческий иммунодефицит. Также трудно четко сформулировать те критерии, которые позволяют этот иммунодефицит констатировать. Изменения в иммунной системе, в итоге приводящие к старческому иммунодефициту, постепенно проявляются в течение всей жизни человека. Это особенно четко видно на примере тимуса, инволюция которого начинается с годовалого возраста (см.раздел 1.2.2). Однако клинически значимые проявления иммунодефицита проявляются обычно в возрасте более 70 лет или могут не проявляться вовсе.
Итак, наиболее ранние возрастные проявления старения иммунной системы связаны с возрастной инволюцией тимуса. Она проходит несколько этапов и имеет ряд последствий для иммунной системы в целом. Основные проявления возрастных изменений тимуса и тимусзависимой иммунной системы следующие.
«Перифериализация» функций тимуса, т.е. передача части «полномочий» от тимуса периферическому отделу иммунной системы — популяции периферических Т-лимфоцитов. Она проявляется вскоре после рождения и в последующем роль «периферии» в поддержании популяции Т-клеток повышается. При этом речь идет не столько о дифференцировке Т-клеток de novo из клеток-предшественников вне тимуса, сколько о самоподдержании популяции Т-клеток, ранее сформировавшейся в тимусе.
Полагают, что в основе этого процесса лежит накопление на периферии своеобразной «библиотеки», включающей набор Т-клеток памяти против эпитопов, маркирующих основные внешние агенты (инфекционные, пищевые и т.д.), с которыми организм реально контактирует в конкретной экосистеме. В дальнейшем эта «библиотека» просто поддерживается на периферии, что обеспечивает возможность защиты от основной массы потенциально агрессивных факторов. При необходимости ответа на более экзотические иммуногены поддерживается в незначительном масштабе обычный тимусзависимый путь развития Т-клеток из костномозговых предшественников. В случае катастроф, приводящих к массовой гибели Т-клеток (например, при стрессах, в искусственной среде обитания человека при действии радиации), функция тимуса временно усиливается до восстановления утраченного пула периферических Т-клеток. С возрастом и эта «поддерживающая» функция тимуса ослабляется.
Снижение способности тимуса привлекать клетки-предшественники и его «пропускной способности» в отношении созревающих Т-кле- ток. Уже в 1-ю неделю после рождения резко уменьшается способность стромы тимуса заполняться лимфоцитами в условиях сингенной трансплантации. У 2-летних мышей число Т-клеток, образующихся в тимусе,
составляет 0,7 % от их количества, продуцируемого тимусом новорожденных.
Снижение секреторной активности эпителия тимуса проявляется в том, что секреция основного гормона тимуса тимулина неуклонно уменьшается, начиная с периода полового созревания. К возрасту 60 лет гормон практически не удается обнаружить функциональными тестами. Уровень других гормонов тимуса с возрастом также снижается, хотя и несколько слабее.
Атрофия эпителиального ретикулума, происходит практически в течение всей жизни, однако резкое опустошение тимуса, отражающее утрату одновременно эпителиальных и лимфоидных клеток, проявляется позже 60 лет. При этом масса тимуса у человека практически не меняется в течение жизни (у мышей она снижается), поскольку лимфоэпителиальные структуры замещаются жировой тканью. Участки нормальной ткани тимуса сохраняются вокруг сосудов и в большей степени в мозговом слое, чем в коре, которая атрофируется в первую очередь. Потеря активной ткани тимуса составляет в среднем возрасте примерно 3 %, а в старости — 1 %. Теоретически при таком темпе она должна практически полностью исчезнуть к 120 годам жизни.
Функциональная недостаточность периферических Т-лимфоцитов, являющаяся следствием дефицита гормонов тимуса, сначала может быть зарегистрирована лишь в модели адоптивного переноса клеток (т.е. переноса лимфоцитов сингенным реципиентам, летально облученным для удаления собственных лимфоцитов). Функциональные эффекты старения, как правило, достаточно долго компенсируются и не приводят к проявлениям иммунодефицита.
Снижение численности Т-лимфоцитов на периферии (особенно в циркуляции) регистрируется обычно после 60—70 лет и в большей степени затрагивает CD4+, чем СП8+-субпопуляцию, а среди хелперов — в большей степени ТЫ-, чем ТЬ2-клетки. При этом численность В-лимфо- цитов и NK-клеток существенно не изменяется, а активность фагоцитов даже повышается.
Ослабление иммунной защиты определяется характером описанных выше изменений в иммунной системе старых людей. Прежде всего это ослабление затрагивает реакции, обусловленные Т-клетками (подавлены кожные реакции на динитрохлорбензол, распространенные антигены и митогены, у мышей уменьшена активность Т-клеток в РТПХ), хотя явного роста заболеваемости, обусловленной снижением Т-клеточной защиты, практически не происходит. Полагают, что ослабление Т-клеточ- ного надзора служит одной из причин, способствующих повышению частоты опухолей в старости.
Происходят подавление тимусзависимого гуморального ответа и в то же время повышение концентрации иммуноглобулинов, преимущественно IgG и IgA. При этом особенно важно снижение «созревания аффинитета», приводящее к преобладанию низкоаффинных антител. С возрастом увеличивается вклад поликлональной (т.е. неспецифической) составляющей в гуморальный иммунный ответ и в то же время в специфический ответ вовлекается ограниченное число клонов (олиго-
клональный ответ). Проявления аллергических процессов с возрастом ослабевают.
Накапливаются аутоантитела как к распространенным (ДНК, коллаген, IgG), так и органоспецифическим (белки щитовидной железы) антигенам. Они определяются в повышенных титрах примерно у 50 % старых людей. У новозеландских мышей интенсификация аутоиммунных процессов (вплоть до формирования волчаночного синдрома) сочетается с ускоренным старением. Хотя у человека накопление аутоантител довольно редко сочетается с клиническими проявлениями аутоиммунных нарушений, отмечена положительная связь смертности старых людей (от сосудистых заболеваний, рака) с повышением уровня аутоантител. Гиперпродукцию аутоантител связывают с ослаблением контроля со стороны Т-супрессоров (вето-клеток), что в свою очередь обусловлено гипофункцией тимуса.
Таким образом, возрастные нарушения в иммунной системе, хотя и редко, могут служить основой развития клинических форм иммунодефицитов. Не вызывает сомнений ключевая роль тимуса в развитии возрастного иммунодефицита, хотя нельзя исключить вклад в его формирование других факторов. Как уже отмечалось, процесс старения иммунной системы может быть ускорен неблагоприятными факторами среды (например, лучевым). В отличие от иммунодефицита, вызываемого стрессом, который быстро устраняется, иммунологические изменения, происходящие при старении, однонаправленны и, очевидно, необратимы; в то же время нельзя исключить, что повторные и хронические стрессы могут ускорить старение иммунной системы.
Действие факторов внешней среды на иммунитет. Экологическая иммунология. Условия жизни человека в современном мире отнюдь не всегда соответствуют тем условиям, в которых проходило его формирование как биологического вида. Это несоответствие влечет за собой реакции, которые практически неизбежно оказываются неадекватными, поскольку они не были предусмотрены эволюцией. В такие реакции вовлекаются в первую очередь интегративные системы, к которым относится иммунная.
Среди факторов, обусловливающих экологическое неблагополучие, можно выделить естественные (неблагоприятные климатические условия, дефицит природных факторов, например, микроэлементов или, наоборот, их высокое содержание, повышенный естественный фон радиации) и искусственные, антропогенные. Наиболее распространенный вариант последних представляют собой загрязнения среды химическими веществами, в том числе радионуклидами, а также формирование разного рода физических полей, использование в технике и в быту источников неионизирующих излучений. Вариантом экологического неблагополучия с особенно сильным и сконцентрированным влиянием неблагоприятных факторов является действие профессиональных вредностей.
Неблагоприятные факторы среды влияют на человека в низких дозах, которые сами по себе не вызывают заболеваний и явных признаков отравления, но выступают в качестве кофакторов (т.е. способствующих факторов) заболеваний или проявляют свое неблагоприятное действие
при накоплении эффектов. Тем не менее они способны снижать качество жизни.
Поскольку изучение эффектов неблагоприятных экологических факторов чрезвычайно затруднено в связи с их «слабостью» и «растворением» в массе других воздействий, проведение исследований в области экологической медицины, в частности иммунологии, требует особой научной идеологии и методологии, которые не до конца сформировались.
В конце 80-х годов по инициативе академика Р.В.Петрова была создана «Программа иммуноэкологического обследования населения России», которая реализуется в широком масштабе по единому плану. Проведение и координация иммуноэкологических исследований осуществляет Институт иммунологии М3 РФ. В программе активно участвуют региональные иммунологические центры и медицинские учреждения. В основе этой деятельности лежит экспедиционная работа, в процессе которой проводятся массовые иммунологические обследования больших контингентов в местах экологического неблагополучия — природного (регионы Аральского моря, Крайнего Севера и т.д.) или антропогенного (индустриальные регионы, территории, загрязненные в связи с аварией на Чернобыльской АЭС и т.д.). Особо значимым при этом является правильный выбор контрольных контингентов. Как правило, требуется обследовать несколько таких групп, чтобы проконтролировать вклад каждого действующего в данном регионе фактора.
Перед началом реализации программы была проведена масштабная работа по созданию региональных иммунологических нормативов. На основе оценки ключевых иммунологических показателей строили иммунограммы, или (в графическом варианте) «иммунологические образы». Они отражали региональные особенности иммунного статуса здоровых людей, которые были сгруппированы в 8 основных типов: нормоиммуно- грамма, варианты с подавлением Т-клеточного, В-клеточного или обоих звеньев, снижением или повышением уровня иммуноглобулинов, подавлением клеточного звена иммунной системы или равномерным повышением всех показателей. Закономерности распределения указанных вариантов иммунограмм по географическим зонам пока неясны.
На этой основе было развернуто массовое иммунологическое обследование населения экологически неблагоприятных регионов. Как правило, массовые обследования охватывают следующие группы населения:
практически здоровое население экологически благополучного региона — для формирования иммунологических нормативов для региона;
практически здоровые лица, проживающие в экологически неблагоприятных условиях;
практически здоровые лица, работающие в условиях воздействия профессиональных вредностей;
лица, часто болеющие «простудными» заболеваниями;
лица, составляющие группу риска по иммунологической недостаточности.
Комплекс методов клинико-иммунологического и лабораторно-иммунологического обследований позволяет последовательно сформировать группу риска по иммунологической недостаточности, группу повышенного риска и, наконец, поставить клинический диагноз иммунодефицитного состояния. На основе получаемых клинических и лабораторных данных выделяют иммунодефициты с 4 ведущими иммунопатологическими синдромами:
инфекционным (критерий — наличие хронически рецидивирующих часто повторяющихся инфекций и повторных острых респираторных заболеваний — би более раз у детей и 3—4 раза в году у взрослых);
аллергическим;
аутоиммунным;
иммунопролиферативным.
Наиболее достоверную информацию об иммунном статусе обследуемых удается получить в результате проведения иммунологического мониторинга — динамического слежения за состоянием иммунной системы выбранных групп обследуемых контингентов с заданными интервалами времени (обычно 1—5 лет).
Опыт обследования населения нескольких десятков городов и территориальных регионов показал, что величина групп риска по иммунодефицитам обычно колеблется от 2 до 8 %, а групп повышенного риска — от 0 до 1,5 %. При этом на долю иммунодефицитов с преобладанием инфекционного синдрома приходится 70—85 %, аллергического синдрома — 7—20 %, аутоиммунного — 0—15 % и иммунопролиферативного — 0—5 %. Подобные обследования, помимо их практического значения, служат основным способом выявления широкомасштабных закономерностей иммунотропного действия природных и антропогенных факторов, в частности, неблагоприятных для здоровья человека.
Иммунодефициты — это патологические состояния, обусловленные недостаточностью иммунной системы или (чаще) определенных ее звеньев. Различают первичные (наследственные) и приобретенные иммунодефицитные состояния. Первичные иммунодефициты обусловлены мутациями генов или хромосомными перестройками, следствием которых является отсутствие иммунологически значимых молекул — рецепторов, корецепторов, эффекторных факторов, молекул МНС, ключевых ферментов, контролирующих развитие или активацию клеток иммунной системы. В ряде случаев иммунодефицит является одним из компонентов более сложного патологического комплекса, затрагивающего несколько систем. Вторичные иммунодефицитные состояния развиваются в результате действия внешних повреждающих факторов (облучение, цитотоксические химические вещества, включая некоторые лекарства и т.д.), в процессе естественного старения, под влиянием
стресса, а также многих заболеваний. Особую форму вторичных иммунодефицитов образуют болезни, связанные с инфекционным поражением иммунной системы. Наиболее значимым среди них является синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД), основой которого является поражение вирусом ВИЧ СП4+-клеток (Т-хелперов, макрофагов, дендритных клеток). Основной формой клинического проявления иммунодефицитов являются повторные заболевания, вызываемые инфекционными агентами, в том числе сапрофитными (оппортунистические инфекции). Спектр возбудителей этих заболеваний определяется локализацией нарушений в иммунной системе. При многих формах иммунодефицитов повышается риск развития злокачественных опухолей.
5.2. АЛЛЕРГИЯ
Аллергия наряду с аутоиммунной агрессией служит проявлением иммунопатологии, т.е. области патологии, связанной с неадекватными проявлениями активности иммунной системы. В 1969 г. P.Gell и R.Coombs создали классификацию иммунологических реакций, которая применяется и в настоящее время. Эта классификация отражена в табл. 104. Хотя аллергические процессы не исчерпывают содержания этой классификации, им, безусловно, принадлежит в ней центральное место, что отражает ведущую роль аллергических заболеваний среди проявлений иммунопатологии.
Существует два основных проявления аллергии — аллергические процессы немедленного и замедленного типов (типы I и IV по P.Gell и R.Coombs), в основе которых лежат соответственно гуморальные (IgE- опосредованные) и клеточные (опосредованные СВ4+-Т-лимфоцитами) механизмы. Прежде, чем проанализировать их, кратко рассмотрим фено- ( менологию проявлений аллергии при заболеваниях и искусственно вызываемых типовых реакциях.
Повышенную чувствительность к повторному парентеральному введению вакцинных препаратов, проявляющуюся в виде сыпи и эритемы, впервые описал (в XVIII в.) Р.Суттон. В 1890 г. Р.Кох открыл гиперчувствительность замедленного типа при внутрикожном введении туберкулина. В 1902 г. Ш.Рише и Р.Портье описали анафилактический шок, который они наблюдали при повторном введении собакам экстрактов щупалец морских актиний (введенный ими термин «анафилаксия» происходит от лат. ana phylaxic — противозащита); аналогичные явления в менее четкой форме описывались и ранее. В 1906 г. К.Пирке ввел термин «аллергия» (от лат. alios ergon — другое действие) для обозначения измененной чувствительности к субстанциям, с которыми организм ранее контактировал; ранее им же была описана сывороточная болезнь. В 1923 г. А.Кока и Р.Кук обосновали понятие «атопия» для обозначения наследственной предрасположенности к развитию реакций гиперчувствительности.
Таблица 104. Основные типы реакции гиперчувствительности [по Gell Р., Coombs R., 1969]
Показатели
Тип I
Тип II
Тип III
Тип IV
Название реакции
Анафилактическая (гиперчувствительность немедленного типа)
Цитотоксическая
Иммунокомплексная
Гиперчувствительность замедленного типа
Антиген
Растворимый, обычно экзогенный
Связан с поверхностью клетки
Внеклеточный, растворимый
Растворимый, презентируется АПК
Антиген - распознающая структура
IgE-антитела
Антитела подклассов IgGl, IgG3
Обычно IgG-антитела
TCR
Эффекторный механизм
Выброс активных субстанций тучными клетками
Комплементза- висимый цитолиз (вариант — активация)
Реакция на отложение иммунных комплексов
Клеточно-опосредованная реакция (эффекторы — макрофаги)
Срок реакции на введение антигена
Ранняя фаза 10—30 мин, поздняя фаза — 2 ч — 2 сут
—
3-8 ч
24-48 ч
Примеры
Бронхиальная астма, полли- ноз, атопический дерматит, крапивница, атопические заболевания желудочно-кишечного тракта, отек Квинке, анафилактический шок
Гемолитическая анемия, агранулоцитоз, тромбоцитопения, миастения, некоторые формы миокардитов
Иммунокомплексный (постстрептококковый) гломерулонефрит, системная красная волчанка, узелковый периартериит
Контактный дерматит, некоторые формы лекарственной аллергии, гранулемы при шистосоматозе, реакции на туберкулин, ревматоидный артрит, сахарный диабет типа I.
; На протяжении первых десятилетий нашего века был описан ряд за- Фолеваний, основой которых является аллергия, а также несколько экспериментальных феноменов, основанных на гиперчувствительности к Вводимым веществам. При этом понятия «атопия» и «анафилаксия» 'Четко разграничивались и даже противопоставлялись: с первой связывалась гиперчувствительность, основанная на наследственной предрасположенности, со второй — индуцированные феномены с четко выраженным актом сенсибилизации. Термин же «аллергия» использовался Как родовое понятие, объединяющее различные проявления гиперчувст-
Таблица 105. Экспериментальные феномены, моделирующие аллергические процессы
Феномен
Описание
Современная трактовка
Системные феномены
Анафи-
Сенсибилизация АГ. Через 10—20 сут
Введение АГ на фоне накоп-
лакти-
введение разрешающей дозы (обычно
ления в организме антител
ческий шок
в/в). Через несколько минут у животных проявляются беспокойство, взъерошивание волос, затрудненное дыхание, кашель, почесывание, мочеиспускание; затем наступает гибель или исчезновение симптомов через 15—20 мин (наиболее характерная симптоматика у морской свинки)
Местные ф е н о м е
вызывает образование ИК и их фиксацию на тучных клетках с последующей дегрануляцией. Освобождающиеся гистамин и другие субстанции действуют на гладкие мышцы, сосуды, вызывают зуд. Смерть наступает от коллапса
н ы
Феномен
При повторных в/к введениях лоша-
Иммунизация приводит к
Артюса
диной сыворотки кролику с интервалом 1 нед обычно 6-е введение сопровождается развитием отека (1—2 ч), геморрагий (2—3 ч), некроза (48—72 ч). Возможны прямой пассивный вариант с заменой иммунизации введением антисыворотки и обратный пассивный вариант с в/к введением антисыворотки и в/в — антигена
накоплению антител, которые связывают АГ на месте введения. ИК фиксируются на клетках эндотелия, вызывая повышение проницаемости с выходом в ткани клеток крови, освобождением их протеаз, развитием некроза
Феномен
Морскую свинку сенсибилизируют
Антитела фиксируются на туч-
Овери
яичным белком. Затем вводят в/к этот АГ, а в/в — синьку Эванса и регистрируют прокрашивание участка кожи. Обратный вариант — введение АС в кожу и через 3—6 ч введение АГ и краски в/в
ных клетках. При формировании ИК происходят дегрануляция ТК и освобождение активных субстанций (гистамина и др.), повышающих проницаемость сосудов для краски
Реакция
Людям-добровольцам вводят в/к сы-
Реагины, содержащиеся в
Праустни-
воротку лиц с проявлениями аллер-
сыворотке, фиксируются на
ца—Кюст-
гии. Через 24—48 ч на эти места на-
ТК; при связывании АГ про-
нера
носят предполагаемый или известный аллерген. Развивается кожная реакция в виде эритемы и образования волдыря
Феномены in vit
исходит дегрануляция ТК; эффект обусловлен гистамином и другими активными субстанциями
г о
Реакция
Сокращение гладкой мускулатуры
Освобождение гистамина
Шульца—
фрагмента кишечника или рога
при действии формирую-
Дейла
матки сенсибилизированной АГ морской свинки при действии этого АГ
щихся ИК на ТК, содержащиеся в тканях
Примечание. АГ — антиген; ИК — иммунные комплексы; ТК — тучные клетки; в/в — внутривенное введение; в/к — внутрикожное введение.
вительности. В настоящее время акценты несколько сместились в связи с более ясным пониманием природы аллергии, хотя в принципе наблюдения старых авторов сохранили свою эвристическую значимость. В табл. 105 кратко охарактеризованы наиболее известные экспериментальные феномены, воспроизведенные при исследовании явления анафилаксии и использованные при анализе механизмов аллергии.
Гиперчувствительность немедленного типа (иммунопатологические реакции реагинового типа)
Основные виды реакций немедленного типа приведены в табл. 106. Их основа состоит в следующем:
их вызывают аллергены (разновидность антигенов или гаптенов);
аллергены индуцируют у наследственно предрасположенных лиц иммунный ответ в виде преимущественного образования реагинов — IgE-антител;
IgE-антитела обладают способностью фиксироваться на тучных клетках или базофилах;
присоединение аллергенов с реагинами на поверхности тучных клеток или базофилов, из них выделяются физиологически активные субстанции;
продукты тучных клеток и базофилов, действуя на клетки-мишени, вызывают ответ, не адекватный по интенсивности и по «целевой» направленности исходному воздействию. Этот ответ и обозначается как аллергическая реакция.
Таким образом, в основе гиперчувствительности немедленного типа (аллергии) лежит многократно усиленная реакция на взаимодействие аллергенов с реагинами. Аллергический ответ в большинстве своих проявлений не адаптивный, т.е. направлен не на удаление аллергена (ни бронхоспазм, ни образование волдырей не способствуют освобождению организма от аллергена). Однако, как уже рассматривалось выше (см. раздел 4.3.1), такой ответ сформировался как способ отторжения паразитов и, следовательно, в этом смысле является адаптивным.
Гиперчувствительность немедленного типа встречается, как правило, у индивидов с наследственной предрасположенностью к реакциям такого типа (атопики). Природа наследственности при аллергии детально не проанализирована. Скорее всего она имеет полигенный характер и проявляется как на уровне общей предрасположенности к аллергическому типу реагирования, так и (в меньшей степени) на уровне преобладающей локализации поражения и даже гиперчувствительности к конкретным аллергенам. В последнем случае показано сцепление наследования с генами МНС.
Кардинальный вопрос, состоящий в том, каковы причины усиленной выработки IgE-антител у некоторых людей (атопиков) и на часть антигенов (аллергенов), остается в настоящее время открытым. Важность его решения очевидна: при этом откроется принципиальная возможность предотвращения аллергии и контроля за аллергическими процессами.
Таблица 106. Характеристика основных типов аллергических реакций
Название реакции или заболевания
Проявления реакции
Путь поступления аллергена
Доза аллергена
Тип тучных кле- ток-мише- ней |
Вторичные клетки-мишени
Преимущественн
о л о к
1 л ь н Ы
Кожная реакция. Аллергический дерматит
Через 10—20 мин — волдырь с покраснением, отек, зуд; 2—4 ч — уплотнение, эритема, отек
В/к, п/к
Низкая
С/тк.
Эндотелий сосудов, клетки крови
Бронхиальная астма
Бронхоспазм, хроническое воспаление бронхов
Аэрогенный
Низкая
Слиз.
Гладкие мышцы и эпителий бронхов, лейкоциты
Аллергический ринит/ конъюнктивит
Покраснение слизистых оболочек, гиперсекреция слизи и других секретов
Аэрогенный
Низкая
Слиз.
Эпителий слизистых оболочек, эндотелий сосудов
Кишечные расстройства
Диарея, тошнота, рвота
Энтеральный
Любая
Слиз.
Эпителий слизистых оболочек, гладкие мышцы
Отек Квинке
Отек лица и шеи
Энтеральный
Любая
С/тк.
Эндотелий сосудов
С
и с т е м
н ы е
Крапивница
Волдыри, кожная сыпь, эритема, зуд
Энте
ральный
Любая
С/тк.
Эндотелий сосудов, клетки крови
Анафилактический шок
Расширение сосудов, выпот жидкой части крови в ткани, гипотония, местные проявления
В/в
Высокая
С/тк.
Эндотелий сосудов, клетки крови
Примечание. С/тк. — соединительнотканные тучные клетки; слиз. — тучные клетки слизистых оболочек; в/к, п/к и в/в — соответственно внутри- и подкожное, внутривенное введение.
Реакции гиперчувствительности немедленного типа развертываются в три стадии:
иммунологическая (фаза иммунных реакций);
патохимическая (фаза биохимических реакций);
патофизиологическая (фаза клинических проявлений).
На первой стадии происходит ответ на внедрение аллергена. Первич-
ный иммунный ответ на аллергены отличается от обычного гуморального иммунного ответа преобладающим изотипом антител (IgE) и их фиксацией на тучных клетках. Вторичный иммунный ответ на аллергены, очевидно, также происходит, но не он является основой аллергических реакций. Эта основа состоит в связывании аллергена с реагинами, фиксированными на клетках. Реакция тучных клеток — первичных мишеней аллергии — служит «содержанием» второй фазы реакции, состоящей в освобождении физиологически активных субстанций и их взаимодействии с клетками-мишенями второго порядка (гладкими мышцами, сосудистым эндотелием, эпителиальными клетками, клетками крови). Цепь патофизиологических реакций на это взаимодействие с клиническими манифестациями составляет третью фазу реакции. Разнообразие проявлений аллергических реакций определяется не природой аллергена, а местом развертывания процесса, которое в свою очередь зависит от пути поступления аллергена и локализации тучных клеток, нагруженных реагинами.
Аллергены
Аллергенами называют субстанции — в основном низкомолекулярные белки или гаптены, способные связываться с белками организма, которые при первом поступлении в организм вызывают образование IgE-антител, а при последующих поступлениях — аллергические реакции. В настоящее время отсутствуют определения аллергенов, основанные на их групповой структурной характеристике. В современных классификациях аллергены разграничивают по пути поступления и происхождению. Выделяют следующие группы аллергенов:
ингаляционные — растительного (компоненты пыльцы, спор) и животного (перхоть животных, фрагменты клещей как главный аллергенный компонент пыли) происхождения;
пищевые (компоненты яиц, молока, рыбы, мяса, ягод, а также пищевые добавки);
лекарственные (антибиотики, прежде всего пенициллин, салицилаты, сульфаниламиды и др.);
инфекционные (микробные, паразитарные, грибковые и т.д.);
промышленные (полимеры, пестициды, металлы).
Представления о химической природе аллергенных эпитопов существенно уточнились в последние годы, когда полипептидные и белковые аллергены стали получать в рекомбинантной форме. При этом были сформированы группы перекрестно реагирующих аллергенов, иногда включающие вещества различного происхождения.
Центральным вопросом при изучении аллергенов является выяснение причин преимущественной индукции ими гуморального IgE-ответа при относительно низкой способности вызывать формирование антител Других изотипов. Известно, что проявлению аллергенности способствует ряд обстоятельств:
малый размер молекулы (мол. масса обычно 5000—15 000), что позволяет аллергену проникать через слизистые оболочки;
низкая доза, благоприятствующая формированию Т-хелперов типа Th2, которые способствуют продукции IgE;
поступление через слизистые оболочки; в них сосредоточена одна из основных популяций тучных клеток, сюда же мигрируют IgE+- В-клетки, формируются Т-хелперы ТЬ2-типа.
Однако все это факторы, благоприятствующие развитию аллергического ответа, но не определяющие его.
Поскольку антитела, идентичные по специфичности, но относящиеся к разным классам, связываются с одними и теми же эпитопами, образование нереагиновых антител к аллергенам одновременно с IgE-антителами должно снизить вероятность связывания с аллергеном IgE-антител и, следовательно, ослабить проявления аллергии. И действительно, IgG-антитела к аллергенам уменьшают проявления гиперчувствительности, конкурируя с IgE-реагинами, и поэтому их называют блокирующими антителами. Один из путей предотвращения аллергии состоит в усилении IgG-ответа и ослаблении IgE-ответа на аллергены. Первое достигается повышением иммуногенности аллергенных субстанций с помощью разного рода адъювантов, второе пока практически недостижимо из-за отсутствия точных сведений о взаимосвязи структуры аллергенов и их способности предпочтительно индуцировать IgE-ответ.
IgE-реагины
Впервые связь аллергических реакций с компонентом сыворотки крови больных продемонстрировал Prausnitz. Он вводил сыворотку крови больного аллергией (фамилия больного была Kustner, что определило название теста — реакция Праусница — Кюстнера) в собственную кожу и регистрировал ее локальную сенсибилизацию: введение в тот же ее участок соответствующего аллергена приводило к локальному образованию волдырей. Позже было показано, что сенсибилизирующая фракция сыворотки представляет собой иммуноглобулины-антитела. В 70-х годах T.Ishizaka с сотр. установили, что свойствами реагинов обладают антитела изотипа IgE: удаление IgE приводит к исчезновению реагиновой активности. Эта активность полностью «сосредоточивается» во фракции IgE, а антитела к IgE, вводимые вместо антигена, могли спровоцировать аллергическую реакцию Праустница—Кюстнера.
В разделе 3.1.1 были представлены основные характеристики IgE (см. табл. 38). Это 88-глобулины с мол. массой 188 000. По общему плану строения одни близки IgG (рис. 124). В их состав входит по две Н-(е) и две L-цепи. Структура L-цепей (к или X) ничем не отличается от таковых в иммуноглобулинах других классов. Цепь е представляет особый изотип. В ее составе содержится 5 доменов — один V- и 4 С-типа, т.е. на один С-домен больше, чем в составе у-цепей. В е-цепи содержится 6 участков связывания углеводов. IgE довольно лабильны к физическим и химическим воздействиям: восстановлению меркаптоэтанолом, прогреванию при 56 °C, действию pH ниже 6 и выше 11.
Рис. 124. Строение IgE.
Приведены обозначения доменов. S-~—
S — межцепьевые дисульфидные связи; ув — углеводные цепи; указаныс=4
участки взаимодействия с FcE-рецепторами 1 и II типов.—«—
Участки связывания с FcE-рецепторами тучных клеток и базофилов локализованы в доменах Се2 и СеЗ: первичное связывание осуществляется с участием СеЗ, после чего открывается еще один локус, расположенный в Се2 и СеЗ, этот локус обеспечивает более прочное связывание.
Концентрация IgE в сыворотке крови здорового взрослого человека составляет 87—350 нг/мл, тогда как у лиц с атопическими заболеваниями она может быть на несколько порядков выше. IgE практически отсутствует у новорожденных, но его концентрация постепенно возрастает с 3 мес. Уровень IgE у годовалых детей примерно в 10 раз ниже, чем у взрослых. Его количество; характерное для взрослых, достигается к 10 годам жизни (рис. 125). В секретах содержание IgE примерно в 10 раз выше, чем в сыворотке крови; особенно много его в молозиве. Даже в моче оно выше, чем в крови. Установлено, что бблыпая часть IgE секретируется в лимфоидной ткани, ассоциированной со слизистыми оболочками. Сывороточный IgE имеет короткий срок полужизни — 21/? сут.
Для определения IgE в сыворотке крови метод радиальной иммунодиффузии недостаточно чувствителен. До недавнего времени для определения IgE использовали радиоиммуносорбентный тест. Однако к настоящему времени получено достаточно много моноклональных антител, распознающих эпитопы в различных участках молекулы IgE. Это послужило основой для разработки твердофазных иммуноферментных тест- систем для определения IgE. Как правило, эти системы двусайтовые — с фиксацией на пластике одних антител и выявлением их комплекса с IgE с помощью антител, реагирующих с другим эпитопом. Для определения антигенспецифических IgE-антител до сих пор используют радиоиммуносорбентный тест (РАСТ) с фиксацией на твердой основе аллергена и
Рис. 125. Содержание IgE в различных биологических жидкостях.
а. Изменение концентрации сывороточного IgE в первые годы жизни детей.
б. Содержание IgE в биологических жидкостях здоровых взрослых людей.
выявлением связывания с ним IgE-антител с помощью анти-IgE, меченных радионуклидом. Созданы аналогичные иммуноферментные тест- системы. Концентрацию IgE выражают в весовых единицах и в единицах активности МЕ/мл; 1 ME равна 2,42 нг.
Константный ген Се находится в З'-части комплекса иммуноглобулиновых генов, занимая предпоследнее место «справа». Установлено, что за переключение изотипов иммуноглобулина до гена Се ответствен ИЛ-4 (помимо взаимодействия CD4—CD154, см. раздел 3.5.2). В-клетки, стимулированные бактериальным липополисахаридом в присутствии ИЛ-4, начинают секретировать IgE.
Поскольку ИЛ-4 является продуктом Т-хелперов ТЬ2-типа, именно эти клетки играют ключевую роль в обеспечении IgE-ответа и формировании аллергических реакций. И в норме, и при патологии синтез IgE связан преимущественно с лимфоидной тканью, ассоциированной со слизистыми оболочками, включая брыжеечные и бронхиальные лимфатические узлы. Полагают, что это обусловлено особенностями микроокружения этих структур, которое способствует дифференцировке активированных СВ+4-клеток в Th2. К факторам микроокружения, обладающим таким действием, относятся трансформирующий фактор роста р, ИЛ-4, продуцируемый тучными клетками, а также стероидный гормон 1,25-дигидроксивитамин D3. Считают также, что эндотелий посткапиллярных венул в лимфатических узлах, связанных со слизистыми оболочками, экспрессирует (возможно, под действием тех же факторов) соответствующие адрессины, т.е. молекулы адгезии, которые распознают мембранные структуры ТН2-клеток и способствуют их миграции в ткань. Ключевая роль ТН2-клеток и их продуктов ИЛ-4 и 5 в развитии аллерги-
спз
ческих процессов достаточно хорошо аргументирована и проявляется не только на стадии выработки IgE.
Формирование специфических ТЬ2-клеток и активация IgE+-B-Kne- ток происходят в лимфатическом узле, откуда ^Е+-бласты мигрируют в lamina propria слизистых оболочек и подслизистый слой. Совместное действие на клоны В-лимфоцитов аллергенов и ИЛ-4 одновременно с активацией индуцирует экспрессию адгезивных молекул, способствующих миграции этих клеток в lamina propria слизистых оболочек. Хотя типичными являются случаи, когда место развертывания аллергического процесса пространственно соответствует пути поступления аллергена (например, при бронхиальной астме), это правило не универсально в силу «солидарности» слизистых оболочек, т.е. способности клеток, активированных в одном регионе лимфоидной ткани слизистых оболочек, мигрировать в другие регионы и там оседать в подслизистом слое и lamina propria.
Важное место в контроле секреции IgE уделяют растворимой форме молекулы CD23. Находясь на поверхности клеток, она выполняет роль низкоаффинного рецептора (см. табл. 40). Этот С-лектиновый рецептор присутствует на поверхности 30 % В-лимфоцитов, будучи связанным с рецептором комплемента CR2 (CD21), и на 1 % Т-клеток и моноцитов (у больных с аллергией этот процент существенно повышается). Под влиянием ИЛ-4 CD23 начинает продуцироваться В-клетками и моноцитами в растворимой форме. Растворимая молекула CD23 взаимодействует с рецепторным комплексом В-клеток, содержащим CD19, 21 и 81. При этом через тирозинкиназу 1уп, связанную с CD19, в клетку запускается сигнал к переключению изотипов иммуноглобулинов на Се, к усилению пролиферации IgE+-B-KneroK и секреции ими IgE.
Существуют и другие факторы, регулирующие выработку IgE. Так, были получены Т-клеточные гибридомы, которые продуцировали факторы, усиливающие выработку IgE (мол. масса 60 000, 15 000) и подавляющие ее (мол. масса 30 000). Т-клетки вырабатывают факторы, усиливающие и подавляющие выработку IgE. Эти факторы имеют идентичную белковую часть и отличаются лишь наличием (у стимулирующего фактора) или отсутствием (у подавляющего фактора) гликозилирования. Первый из указанных факторов продуцируют СВ23+-Т-клетки. Не вызывает сомнений роль ослабления супрессорного контроля за выработкой IgE. Механизмы участия СВ8+-супрессоров в регуляции синтеза IgE и развития аллергии не изучены; предполагают, что эти клетки продуцируют названный выше супрессорный фактор. В то же время известно, что функцию супрессоров IgE-ответа могут выполнять СВ4+-клетки типа ТЫ, которые подавляют дифференцировку ТЫ-клеток и секрецию ими ИЛ-4. Эта активность ТЫ-клеток связана в основном с интерфероном у. В связи с этим любой фактор, способствующий дифференцировке ТЫ-клеток, автоматически ингибирует развитие ТН2-клеток и аллергических процессов. К таким факторам относятся, например, ИЛ-12 и интерферон у.
IgE, секретируемые плазматическими клетками в слизистых оболочках, фиксируются на высокоаффинных рецепторах FcsRI тучных клеток, находящихся в том же компартменте слизистых оболочек, что и клетки-
FceRI
FceRII(CD23)
Участки протеолиза
Мембрана клетки
Рис. 126. Строение рецепторов для IgE I и II типов.
Греческими буквами отмечены субъединицы FceRI. Линия, соединяющая две уцепи, — дисульфидная связь.
продуценты IgE. Рецептор FceRI имеет 4 цепи: a-цепь имеет два внеклеточных домена, с помощью которых рецептор взаимодействует с доменами Се2 и СеЗ IgE, 0-цепь, 4 раза пронизывающая мембрану, и две у-цепи, которые передают сигнал в клетку. Цепь у гомологична ^-цепи Т-клеточ- ного рецептора TCR-CD3 и даже может заменять ее в уб+-Т-клетках слизистых оболочек (рис. 126 и раздел 3.1.2). Фиксация свободных молекул IgE не сопровождается поступлением в клетку активационного сигнала. IgE, для свободной формы которого, как уже отмечалось, характерен быстрый оборот, на поверхности тучных клеток может сохраняться очень долго (до 12 мес). Состояние организма, характеризующееся фиксацией на рецепторах поверхности тучных клеток IgE-антител к конкретному аллергену, обозначается как сенсибилизация к данному антигену.
Патохимическая стадия аллергических реакций
При поступлении аллергена в сенсибилизированный организм он достигает мест сосредоточения тучных клеток, фиксировавших специфичные к нему IgE-антитела, и, связываясь с ними, вызывает их попарное сшивание. Именно это служит источником активирующих сигналов, которые поступают в клетку при участии тирозинкиназ, ассоциированных с 0- и у-цепями FceRI (их цитоплазматический домен содержит участок ITAM, предназначенный для взаимодействия с тирозинкиназами — см. раздел 3.5.1). При различии пусковых сигналов и результирующего эффекта основные пути передачи активационного сигнала в тучных клетках почти совпадают с таковым в лимфоцитах. В обоих случаях активируется фосфолипаза С, происходят превращения фосфоинозитидов по схеме, рассмотренной в разделе 3.5.1, с образованием диацилглицерина и инозитолтрифосфата. Первый активирует протеинкиназу С, второй обусловливает мобилизацию Са2+ из внутриклеточных депо и усиление их поступления в клетку из межклеточного пространства. По крайней мере для
Связывание реагинов с рецепторами FcsRI тучных клетокСвязывание реагинов с рецепторами FcsRI тучных клетокДегрануляция тучных клетокДегрануляция тучных клетокДействие на тучные клетки неспецифических факторовДействие на тучные клетки неспецифических факторовРис. 127. События, приводящие к дегрануляции тучных клеток.I. Сенсибилизация организма аллергеном, завершающаяся фиксацией индуцированных IgE-антител на мембранных FceRI тучных клеток. II. Реакция на повторное введение аллергена в виде дегрануляции сенсибилизированных тучных клеток. III. Неспецифическая реакция тучных клеток — дегрануляция в ответ на действие факторов, не имеющих отношения к аллергенам и реагинам.Рис. 127. События, приводящие к дегрануляции тучных клеток.I. Сенсибилизация организма аллергеном, завершающаяся фиксацией индуцированных IgE-антител на мембранных FceRI тучных клеток. II. Реакция на повторное введение аллергена в виде дегрануляции сенсибилизированных тучных клеток. III. Неспецифическая реакция тучных клеток — дегрануляция в ответ на действие факторов, не имеющих отношения к аллергенам и реагинам.Дегрануляция тучных клетокДегрануляция тучных клеток
Связывание реагинов с рецепторами FcsRI тучных клеток
Связывание реагинов с рецепторами FcsRI тучных клеток
Дегрануляция тучных клеток
Дегрануляция тучных клеток
Действие на тучные клетки неспецифических факторов
Действие на тучные клетки неспецифических факторов
Рис. 127. События, приводящие к дегрануляции тучных клеток.
I. Сенсибилизация организма аллергеном, завершающаяся фиксацией индуцированных IgE-антител на мембранных FceRI тучных клеток. II. Реакция на повторное введение аллергена в виде дегрануляции сенсибилизированных тучных клеток. III. Неспецифическая реакция тучных клеток — дегрануляция в ответ на действие факторов, не имеющих отношения к аллергенам и реагинам.
Рис. 127. События, приводящие к дегрануляции тучных клеток.
I. Сенсибилизация организма аллергеном, завершающаяся фиксацией индуцированных IgE-антител на мембранных FceRI тучных клеток. II. Реакция на повторное введение аллергена в виде дегрануляции сенсибилизированных тучных клеток. III. Неспецифическая реакция тучных клеток — дегрануляция в ответ на действие факторов, не имеющих отношения к аллергенам и реагинам.
Дегрануляция тучных клеток
Дегрануляция тучных клеток
базофилов показано, что протеинкиназа С, а также кальмодулинзависи- мая киназа вызывают фосфорилирование легкой цепи молекулы миозина в двух различных участках. Это приводит к разрушению комплекса актин—миозин, что позволяет гранулам прийти в соприкосновение с плазматической мембраной. Результатом этого являются слияние мембран гранулы и плазматической мембраны и выброс содержимого гранулы наружу.
Параллельно усиливается метаболизм арахидоновой кислоты, являющейся производным фосфоинозитидов (см. раздел 2.3.2). Активация под влиянием накопления Са2+ и кальмодулина серинтреониновой протеин- киназы кальциневрина вызывает активацию субъединицы «с» транскрипционного фактора NF-АТ. Включение же при участии протеин- киназы С MAP-каскада завершается активацией гена c-jun и формирова-
нием транскрипционного фактора АР-1. Эти события, а также формирование транскрипционного фактора NF-кВ и других факторов обусловливают индукцию цитокиновых генов.
Под влиянием накопления внутриклеточного Са2+ активируется протеинкиназа А. К аналогичному результату приводит повышение внутриклеточной концентрации цАМФ вследствие активации аденилатцик- лазы под влиянием сигналов, возникающих при сшивании мембранных FcsRI. Протеинкиназа А, с одной стороны, участвует в регенерации ряда липидных медиаторов аллергии, с другой — фосфорилирует белки, обусловливающие ограничение активации тучных клеток. Схема событий, определяющих дегрануляцию тучных клеток, показана на рис. 127.
Дегрануляция осуществляется в течение нескольких секунд. При этом клетка сохраняет жизнеспособность. Дегрануляция может быть вызвана также действием неспецифических факторов — анафилатоксинов СЗа и С5а, АТФ, АКТГ и некоторых лекарств. При этом также развивается симптоматика аллергической реакции. Это явление имеет клиническое значение (например, в случае приема лекарственных веществ). Его обозначают термином «псевдоаллергия».
Содержимое гранул включает гистамин и родственные субстанции, пептидогликаны (гепарин, хондроинтинсульфат), протеиназы (триптазу, химазу и т.д.) и другие ферменты (арилсульфатазу, p-глюкуронидазу, пероксидазу, супероксиддисмутазу). Некоторые из этих веществ служат хемотаксическими факторами для нейтрофилов, эозинофилов и моноцитов. В разделе 1.1.2 уже рассматривались два типа тучных клеток, различающихся спектрами содержащихся в них протеинкиназ и пептидогликанов: тип Т (эти клетки содержат триптазу, их основной пептидогликан — гепарин; содержатся в соединительной ткани) и тип СТ (содержат химазу и триптазу, пептидогликаны хондроитинсульфат и гепарин; преобладают в слизистых оболочках).
Метаболиты арахидоновой кислоты (эйкозаноиды) продуцируются несколько медленнее — в течение 10—45 мин. Их образование и свойства рассматривались в разделе 2.3.2. Среди эйкозаноидов, выделяемых тучными клетками, преобладают продукты липоксигеназного пути лейкотриены С4, В4 и D4, а среди продуктов циклоксигеназного пути — простагландин D2. Кроме того, тучные клетки продуцируют липидный фактор активации тромбоцитов. Несколько медленнее (в течение нескольких часов) активированные тучные клетки выделяют цитокины ИЛ-4, 13, 5, 3 и 6, ГМ-КСФ, хемотаксические агенты, в частности ИЛ-8. Сведения о продуктах тучных клеток, участвующих в развитии аллергии, приведены в табл. 107.
Патофизиологическая стадия аллергических реакций
Во время этой стадии проявляются результаты взаимодействия медиаторов, освободившихся из тучных клеток, с вторичными мишенями, каковыми являются клетки эндотелия сосудов, гладких мышц, а также лейкоциты крови и тромбоциты. Мы уже рассматривали эффекты эйкозаноидов и других медиаторов аллергического воспаления (см. раздел
Таблица 107. Продукты, выделяемые тучными клетками при аллергических реакциях
Группы веществ
Срок выделения
Конкретные вещества
Эффекты
Амины
В пределах минуты
Гистамин, серотонин
Гистамин: расширение сосудов (эритема), повышение проницаемости сосудов (отек), зуд, бронхоспазм
Пептидогликаны
То же
Гепарин, хондроитинсульфат
Местное расширение сосудов, повышение их проницаемости
Липидные метаболиты
Фактор активации тромбоцитов
Повышение проницаемости сосудов, отек, экстравазация клеток, тромбозы, проявления поздней фазы реакции
Ферменты
Триптаза, химаза, арилсульфатаза, пероксидаза, Р-глюкуро- нидаза
Формирование кининов, вызывающих расширение сосудов, повышение проницаемости сосудов, боль
Эйкозаноиды
10
45 мин
Лейкотриены С4, В4, D4, простагландин D2, тромбоксан А2
Расширение сосудов, эмиграция лейкоцитов, геморрагии, спазм бронхов, гиперпродукция слизи, зуд (тромбоксан), проявления поздней фазы реакции
Цитокины
2-12 ч
ИЛ-3,4,5,6 и 13, ГМ-КСФ, хемокины
Активация эндотелиальных клеток (ИЛ-4, хемокины). Хемотаксис эозинофилов (ИЛ-5), нейтрофилов (хемокины), базофилов. Активация мигрировавших лейкоцитов. Развитие воспаления
. Здесь при описании последствий активации тучных клеток мы будем исходить из феноменологии гиперчувствительности немедленного типа. В схематической форме клеточные и патохимические основы проявлений гиперчувствительности немедленного типа отражены на рис. 128.
Местное расширение сосудов. Проявляется быстро и связано с непосредственным действием гистамина, несколько позже — эйкозаноидов, а также с активностью протеиназ, способствующих образованию кининов. Видимым проявлением является покраснение (эритема).
Повышение проницаемости сосудов. Его причина заключается в сокращении эндотелиальных клеток под действием гистамина, лейкотриенов и фактора, активирующего тромбоциты. Приводит к развитию отека и способствует экстравазации клеток крови. Локальное нарушение проницаемости с формированием лейкоцитарных экссудатдв и геморрагий составляет основу кожных высыпаний. Выраженное скопление жидкости в субэпидермальном пространстве — морфологический субстрат волдырей.
Немедленная реакция
Дегрануляция тучных клеток
Освобождение:
Отложенная реакция
Нейтро- Эозинофилы филы и т.д.
Замедленная реакция
Макрофаги
Секреция, дегрануляция:
Секреция:
протеаз, цитокинов и т.д.протеаз, цитокинов и т.д.цитокинов, ферментов, бактерио/цитостатических субстанцийцитокинов, ферментов, бактерио/цитостатических субстанций
протеаз, цитокинов и т.д.
протеаз, цитокинов и т.д.
цитокинов, ферментов, бактерио/цитостатических субстанций
цитокинов, ферментов, бактерио/цитостатических субстанций
предобразованных субстанций (<1 мин)- гистамина, протеогликанов, кининогена, хемоаттрактантов, пептидаз
вновь синтезированных субстанций (10-45 мин)- эйкозаноидов, РАЕ, цитокинов (2 -12 ч)
Инфильтрация клетками, уплотнение, отек, эритема, кровоизлиянияИнфильтрация клетками, уплотнение, отек, эритема, кровоизлияния
Инфильтрация клетками, уплотнение, отек, эритема, кровоизлияния
Инфильтрация клетками, уплотнение, отек, эритема, кровоизлияния
Расширение сосудов, повышение проницаемости, микротромбы, отек, кровоизлияния, зуд, бронхоспазм
Инфильтрация клетками, уплотнение, воспаление пролиферативного типа, формирование гранулемы
Рис. 128. Эффекторные проявления реакций гиперчувствительности немедленного и замедленного типа.
Вверху — графическое изображение кинетики развития реакций гиперчувствительности; ниже — основные типы эффекторных клеток, их продукты и способ их выделения; в рамке — морфологические и клинические проявления реакций гиперчувствительности.
С п а з м гладкой мускулатуры, в частности бронхов. Вызывается лейкотриенами С4 и D4, простагландином D2, тромбоксаном А2, в меньшей степени гистамином. Проявление — приступ бронхиальной астмы.
Гиперпродукция слизи (носовой, бронхиальной) и других секретов (слез и т.ц.). Вызывается лейкотриенами. Сопутствует бронхоспазму или служит самостоятельным проявлением реакции (например, на вдыхание пыльцы). Аналогичные явления в кишечнике вызывают диарею.
Раздражение нервных окончаний, даюшее
ощущение зуда и боли. Вызывается соответственно гистамином и тромбоксаном А2, а также кининами.
Этот комплекс реакций (эритема, отеки, волдыри, бронхоспазм, усиленное выделение слизи, зуд) характеризует быструю фазу реакции немедленной гиперчувствительности, проявляющуюся в пределах 10— 20 мин после поступления в организм аллергена. Реакция может прекратиться также достаточно быстро, в пределах десятков минут — часа. Однако вслед за снижением реакции может развиться новая ее фаза, несколько отличающаяся по механизмам и проявлениям. Это поздняя (отложенная) фаза гиперчувствительности немедленного типа, развертывающаяся через 2—6 ч после контакта с аллергеном. Ее проявлениями служат отек, краснота, уплотнение кожи, сохраняющиеся в течение 1— 2 сут, после чего формируются петехии.
Поздняя стадия аллергических реакций немедленного типа обусловлена преимущественно активностью вторичных мишеней аллергических реакций. Прежде всего это лейкоциты (нейтрофилы, эозинофилы) и тромбоциты, привлекаемые в очаг поражения продуктами дегрануляции тучных клеток, в частности лейкотриенами, фактором активации тромбоцитов, а также продуктами активности ферментов. Мигрирующие в очаг лейкоциты выделяют протеолитические ферменты и другие активные субстанции. Под влиянием локальных процессов протеолиза в очаге реакции образуются кинины, активируются компоненты системы комплемента (с образованием анафилатоксинов) и свертывающая система. Фактор активации тромбоцитов обусловливает склеивание тромбоцитов и тромбообразование. Эта фаза немедленной гиперчувствительности отражает развитие воспалительной реакции, но не обычной, а гиперерги- ческой (аллергической), которая не успела проявиться на раннем этапе реакции.
Характерной чертой аллергического воспаления является повышенное участие в нем эозинофилов. Их поступление в очаг аллергического воспаления определяется двумя механизмами: хемотаксисом и адгезивными взаимодействиями, обеспечивающими проникновение этих клеток в очаг воспаления. Хемотаксис эозинофилов обусловливают ИЛ-8, фактор активации тромбоцитов, пептиды, вырабатываемые эндотелиальными клетками под влиянием ИЛ-4, и другие хемотаксины. Эозинофилы проникают через сосудистую стенку благодаря наличию на их поверхности гликопротеинов, взаимодействующих с L-селектинами эндотелиальных клеток, а также интегрина VLA-4, распознающего молекулу VCAM-1 на тех же клетках. Уже в очаге аллергического воспаления эозинофилы активируются под влиянием ИЛ-5 и 13, что сопровождается дегрануляцией с освобождением главного щелочного белка и катионного белка.
Эозинофилы в наибольшей степени причастны именно к развитию поздней фазы аллергических реакций немедленного типа, о чем свидетельствует накопление этих клеток под базальной мембраной слизистой оболочки бронхов и обнаружение их в слизи больных бронхиальной астмой. В связи со способностью этих клеток к внеклеточному цитолизу, обусловленному выделением главного щелочного белка и катионных белков, эозинофилы являются основными факторами тканевого повреж-
Таблица 108. Цитокины и аллергия
Процессы, связанные с аллергией
Цитокины
Эффекты
Развитие тучных клеток
ФСК, ИЛ-10, ГМ-КСФ, Г-КСФ, ИЛ-9
Способствуют развитию тучных клеток
Пролиферация тучных клеток
ФСК, ИЛ-3, 4, 10 и 13, Г-КСФ, ГМ-КСФ, ИЛ-9
Факторы и кофакторы роста тучных клеток
Дегрануляция тучных клеток
ФНОа
Усиливает освобождение гистамина
Развитие и активация эозинофилов
ИЛ-5 и 13, ГМ-КСФ
Способствуют участию эозинофилов в реализации аллергических реакций
Выработка IgE
ИЛ-4 и 13
ИЛ-4 вызывает переключение изотипов 1g на Се, оба усиливают секрецию IgE по СО23-зависимому механизму
Проявления аллергии немедленного типа
ФНОа
ФНОа, ИЛ-1,4,5,6,8 и 13
Повышает чувствительность гладких мышц бронхов к гистамину
Участвуют в развитии аллергического воспаления
Развитие ГЗТ
ИЛ-12
ИФНу, ИЛ-2, ФНОа, р, ИЛ-1,6 и 8, ГМ-КСФ
Способствует развитию ТЫ- эффекторов ГЗТ
Участвуют в реализации ГЗТ
Примечание. ФСК — фактор стволовых клеток; ИФН — интерферон; ГЗТ — гиперчувствительность замедленного типа.
дения при аллергических реакциях, а также главными эффекторами защиты при инвазии гельминтов. Кроме того, эозинофилы выделяют обычные медиаторы аллергии лейкотриены и фактор активации тромбоцитов и обусловливают дегрануляцию тучных клеток и базофилов.
Базофилы поступают в очаг поражения вследствие срабатывания механизмов, аналогичных тем, которые привлекают в очаг эозинофилы. По-видимому, участие базофилов в развитии аллергических реакций реализуется именно в позднюю фазу. В течение этой фазы происходит де- грануляция базофилов и тучных клеток, частично осуществляющаяся без воздействия аллергена, как реакция на высокое содержание активных субстанций, способных самостоятельно вызвать дегрануляцию клеток названных типов.
Важнейшую роль в развитии поздней фазы аллергической реакции играют цитокины, продуцируемые к этому моменту активированными тучными клетками и лейкоцитами-мигрантами (табл. 108). Среди них классические провоспалительные цитокины ИЛ-1, ФНОа, ИЛ-6, а также хемокины и ГМ-КСФ. Эти вещества, вызывая экспрессию молекул адге-
С 1Л
зии на клетках эндотелия, способствуют локальному сосредоточению лейкоцитов в очаге воспаления и, активируя их, обусловливают развертывание воспалительного процесса. Их продуцентами являются моноциты, мигрирующие в очаг поражения. Поскольку на их поверхности в небольшом количестве обнаружены FceRI, они могут реагировать не только на местную «флогогенную обстановку», но и непосредственно на связывание аллергена. Кроме этих цитокинов, в очаге накапливаются ИЛ-4, 5, 13 и 3. Их вырабатывают, во-первых, СП4+-Т-клетки подкласса Th2 — основной тип лимфоцитов, скапливающихся в зоне аллергического воспаления, во-вторых, тучные клетки. Названные цитокины могут поддержать аллергическую реакцию, поскольку они служат факторами роста и активации тучных клеток и эозинофилов, а ИЛ-4, как уже отмечалось, способствует развитию хелперов подкласса Th2 и выработке IgE. Хроническая воспалительная реакция является обязательным спутником ряда аллергических заболеваний, прежде всего бронхиальной астмы. Ее кардинальное отличие от воспалительной реакции, составляющей основу гиперчувствительности замедленного типа (ГЗТ), состоит в накоплении эозинофилов и ТЬ2-лимфоцитов, тогда как при ГЗТ преобладают и определяют проявления реакции макрофаги и ТЫ-лимфоциты.
Выше рассматривались локальные проявления аллергии, характер которых в значительной степени определяется путями поступления аллергена. Более редкими являются системные аллергические реакции. Их основой служит вовлечение в ответ преимущественно соединительнотканных тучных клеток. Системные реакции могут проявляться в виде анафилактического шока и крапивницы. Если во втором случае процесс, развивающийся в коже, в принципе аналогичен локальным проявлениям аллергии, то анафилактический шок по клиническим проявлениям занимает особое место.
Анафилактический шок развивается при поступлении (как правило, парентеральном) в сенсибилизированный организм достаточно высоких доз аллергена. Чаще всего это происходит при введении лекарств (например, антибиотиков), но наблюдается также после укусов насекомых или При потреблении пищевых продуктов, содержащих аллергены. Симптоматика развивается через несколько минут. Она состоит как в обычных аллергических проявлениях (высыпания, бронхоспазм, зуд, желудочнокишечные расстройства), так и в характерных признаках сердечно-сосудистых проявлений (тахикардия, слабость, бледность, падение кровяного /давления, потеря сознания — вплоть до смерти). Основой этих нарушений являются снижение сосудистого тонуса и выход жидкой части крови в ткани. В реализации анафилактического шока участвует гистамин; роль Других медиаторов пока точно не установлена.
Принципы терапии и предупреждения аллергических процессов. Специфическая десенсибилизация ' * ' .
Современные подходы к профилактике и устранению проявлений аллергии основаны на сведениях о механизмах их развития, вовлекаемых в них сигнальных путях и конкретных факторах, участвующих в реализации
аллергических реакций. При лечении аллергических заболеваний наиболее широко применяются адренергические 0-агонисты, факторы, способствующие повышению уровня цАМФ, ингибиторы липооксигеназного пути, антагонисты гистамина и лейкотриены, агенты, ослабляющие экспрессию молекул адгезии и т.д. Использование этих препаратов основано на ослаблении промежуточных звеньев развития аллергических процессов.
Наиболее радикальным подходом к предупреждению развития аллергических реакций является специфическая иммунотерапия, основанная на десенсибилизации. Ее суть состоит в повторном введении (обычно подкожном) аллергена, к которому организм сенсибилизирован, начиная с малой дозы с последующим ее постепенным повышением. По достижении максимальной дозы ее вводят несколько раз, увеличивая интервал между инъекциями. Основными лабораторными показателями эффективной иммунотерапии служат повышение титра сывороточных IgG- антител (блокирующих) к данному аллергену, уровня IgG- и IgA-антител в слюне, а также характерная динамика IgE-антител — сначала подъем их концентрации в течение нескольких месяцев, затем прогрессирующее снижение. При успешном проведении специфической иммунотерапии достигается длительный клинический эффект, однако полного излечения не происходит.
Гиперчувствительность, связанная с нереагиновыми антителами
Гиперчувствительность, обусловленная цитотоксическими реакциями (II тип гиперчувствительности). К этой группе иммунопатологических процессов относят заболевания, при которых повреждение обусловлено цитотоксическим эффектом, опосредованным антителами. Непосредственной причиной цитолиза при этом могут быть действие комплемента, активируемого по классическому пути, антителозависимый клеточный цитолиз или фагоцитоз опсонизированных объектов макрофагами. Способностью включать эти реакции обладают преимущественно антитела изотипов IgGl и IgG3, которые могут взаимодействовать с Есу-рецептор- ами NK-клеток и макрофагов, а также (наряду с IgM) связывать комплемент.
Легче всего цитолизу подвергаются эритроциты. Поэтому в основе значительного числа заболеваний этой группы лежит гемолиз. Классическим примером поражения такого типа является реакция на переливание несовместимой крови (см. раздел 4.3.3). Массовая гемагглютинация приводит к тромбированию мелких сосудов, а гемолиз — к повреждению мембран почек.
Другим примером гемолитических заболеваний этой группы является гемолитическая патология, связанная с Rh-конфликтом матери и плода. Система Rh (резус) представляет собой одну из систем эритроцитарных аллоантигенов человека. Они кодируются тремя генетическими локусами С, D и Е, каждый из которых может быть представлен несколькими аллельными формами. Среди продуктов генов наибольшей иммуногенностью обладает антиген D, который часто обозначается просто как
Рис. 129. Схема резус-конфликта.
1 — сенсибилизация резус-отрица- тельной матери при первой беременности резус-положительным плодом;
2 — реализация действия предобразо- ванных антител при повторных бере менностях резус-положительным плодом. Стрелки— основное направление иммунных воздействий, связанных с трансплацентарным транзитом антигена (1) и антител (2).
1122Rh-антиген. Естественные антитела к Rh-антигенам не образуются (что отличает систему Rh от системы АВО). Однако в том случае, если Rh-отрицательная (D) женщина беременна Rh-положительным плодом, происходят ее иммунизация антигеном D и появление IgG-антител. Последние способны проникать через плаценту и вызывать повреждение клеток плода, в первую очередь гемолиз его эритроцитов, что проявляется в форме желтухи и анемии (рис. 129). Патология проявляется, как правило, при повторных беременностях Rh-положительным плодом. Она может быть предотвращена профилактическим введением IgG-антител, которые подавляют образование собственных антител той же специфичности.
1
1
2
2
В эту группу входят также различные типы аутоиммунной патологии, при которой мишенью аутоантител становятся кроветворные клетки. При этом мишенью цитотоксических реакций, связанных с антителами, могут быть не только собственные антигены организма, но и фиксированные на них экзогенные субстанции. Это наблюдается при некоторых формах лекарственной непереносимости, приводящей к поражению клеток крови — гемолитической анемии, агранулоцитозу, тромбоцитопенической пурпуре.
Аутоантитела различной специфичности появляются при системной красной волчанке, ревматоидном артрите и других системных заболеваниях соединительной ткани группы коллагенозов и в значительной степени определяют клиническую картину этих заболеваний (см. раздел 5.3). Прототипом такого рода цитотоксических реакций может служить экспериментальный нефрит Мазуги, вызываемый введением антител к эпителиальным клеткам клубочков почки.
Выделяют особую разновидность патологических реакций, вызываемых антителами. Такие реакции обусловлены не цитотоксическим эффектом, а нарушенной сигнализацией, вплоть до активации клеток. Проявлением данной патологии является аутоиммунный тиреотоксикоз (см. также раздел 5.3). В искусственных условиях использования моноклональных антител к антигенам CD3-рецепторного комплекса Т-лим-
АнафилатоксиныСЗа, С5аАнафилатоксиныСЗа, С5аАктивация САктивация СНфНфПротеазы Цитокины ЭйкозаноидыПротеазы Цитокины ЭйкозаноидыКомплекс АГ-АТ-СКомплекс АГ-АТ-С^Привлечение |IIлейкоцитов-Повышение проницаемости^Привлечение |IIлейкоцитов-Повышение проницаемостиКрупный ИК (АГ-АТ)Крупный ИК (АГ-АТ)Агрегация тромбоцитовАгрегация тромбоцитовМикро-4gS тромбы СМикро-4gS тромбы СРис. 130. Механизмы развития иммунокомплексной патологии.Вверху — основные факторы патогенности; ниже — клетки, вовлекаемые в реакции и их продукты; внизу — основные эффекты, формирующие патологию. Нф — нейтрофилы, Мон — моноциты, Бф — базофилы.Рис. 130. Механизмы развития иммунокомплексной патологии.Вверху — основные факторы патогенности; ниже — клетки, вовлекаемые в реакции и их продукты; внизу — основные эффекты, формирующие патологию. Нф — нейтрофилы, Мон — моноциты, Бф — базофилы.Развитие воспаленияРазвитие воспалениясосудовсосудов
Анафилатоксины
СЗа, С5а
Анафилатоксины
СЗа, С5а
Активация С
Активация С
Нф
Нф
Протеазы Цитокины Эйкозаноиды
Протеазы Цитокины Эйкозаноиды
Комплекс АГ-АТ-С
Комплекс АГ-АТ-С
^Привлечение |II
лейкоцитов
-Повышение проницаемости
^Привлечение |II
лейкоцитов
-Повышение проницаемости
Крупный ИК (АГ-АТ)
Крупный ИК (АГ-АТ)
Агрегация тромбоцитов
Агрегация тромбоцитов
Микро-4gS тромбы С
Микро-4gS тромбы С
Рис. 130. Механизмы развития иммунокомплексной патологии.
Вверху — основные факторы патогенности; ниже — клетки, вовлекаемые в реакции и их продукты; внизу — основные эффекты, формирующие патологию. Нф — нейтрофилы, Мон — моноциты, Бф — базофилы.
Рис. 130. Механизмы развития иммунокомплексной патологии.
Вверху — основные факторы патогенности; ниже — клетки, вовлекаемые в реакции и их продукты; внизу — основные эффекты, формирующие патологию. Нф — нейтрофилы, Мон — моноциты, Бф — базофилы.
Развитие воспаления
Развитие воспаления
сосудов
сосудов
фоцитов происходят активация этих клеток и гиперпродукция цитокинов. При этом развивается симптоматика, аналогичная той, которую вызывает передозировка цитокинов (см. раздел 3.4.2).
Иммунокомплексная патология (тип Ш гиперчувствительности). При взаимодействии антител с растворимыми антигенами образуются растворимые комплексы и лишь при определенных соотношениях антигенов и антител в составе комплексов (при некотором избытке антигена) они преципитируют (см. раздел 3.2.2). При связывании компонентов комплемента преципитаты иммунных комплексов растворяются. Растворимые иммунные комплексы обычно быстро выводятся через почки. Однако при дефиците комплемента, а также при избытке антигена повышается склонность к формированию нерастворимых иммунных комплексов. Хотя они могут элиминироваться макрофагами, эти клетки не всегда справляются с нагрузкой, особенно если их функция нарушена. То же происходит, если в состав комплексов входят антитела тех изотипов, которые не способны взаимодействовать с Fcy-рецепторами макрофагов (например, IgA). Иммунные комплексы откладываются преимущественно на сосудистой стенке и на тех структурах, которые экспрессируют Fc- рецепторы, например, на базальных мембранах, в том числе почечных.
Отложения иммунных комплексов обладают выраженным спектром биологических эффектов (рис. 130). Они активируют комплемент по классическому пути, что сопровождается образованием анафилатоксинов СЗа и СЗЬ, привлекают и активируют макрофаги, инициирующие развитие местного воспалительного процесса с привлечением нейтрофилов и тучных клеток. Внутрисосудистые отложения иммунных комплексов
<14
способствуют агрегации тромбоцитов с формированием микротромбов и освобождением вазоактивных веществ. В места отложения иммунных комплексов привлекаются активированные макрофаги, нейтрофилы и тучные клетки; здесь происходит агрегация тромбоцитов. Все это обусловливает локальное накопление медиаторов воспаления — анафила- токсинов, кининов, продуктов тучных клеток (гистамина и эйкозаноидов) и выделяемых нейтрофилами и макрофагами протеиназ, катионных белков. В этих участках концентрируется очень много провоспали- тельных цитокинов, включая ФНОа, и хемокинов. Все это создает основу для развития гиперергического воспаления, часто сопровождающегося деструкцией тканевых структур.
Классическими проявлениями иммунокомплексной патологии на местном и системном уровнях могут служить феномен Артюса и сывороточная болезнь. Феномен Артюса впервые был воспроизведен путем повторного (с интервалом 5 сут) подкожного введения кроликам лошадиной сыворотки. При этом в месте введения проявлялась выраженная реакция в виде отека, а после 6-го введения развился очаг гиперергического воспаления с некрозом. В процессе индукции феномена Артюса в сыворотке крови накапливается большое количество антител. Развитие реакции связано с формированием иммунных комплексов в месте введения антигена. При этом развивается локальная «васкулярно-некротическая реакция» с тромбозом сосудов, стазом, геморрагиями, обильной инфильтрацией нейтрофилами, локальным некрозом. Феномен может быть воспроизведен в пассивном варианте: кролику внутривенно вводят готовые антитела, а через 4—5 ч (время, необходимое для фиксации антител в коже) внутрикожно вводят антиген; формирующаяся локально реакция не отличается от таковой при активном варианте феномена.
Сывороточная болезнь развивается при повторном внутривенном введении высоких доз антигена (в исходном варианте лечебной сыворотки с целью профилактики столбняка). На 6—7-е сутки после введения антигена в сыворотке начинают накапливаться антитела, и очередное введение антигена приводит к быстрому внутрисосудистому формированию иммунных комплексов, в том числе нерастворимых. Наиболее выраженная патология наблюдается в случаях преобладания в иммунных комплексах антигена (типа АГ2АТЬ АГ3АГ2, АГ4АТ3). При этом наблюдаются общие симптомы (лихорадка) и локальные проявления, зависящие от мест отложения иммунных комплексов: васкулит (отложения иммунных комплексов на сосудистой стенке с последующим ее вовлечением в воспаление), артрит (при отложении комплексов в суставах), нефрит (отложения комплексов в почках).
Указанные проявления типичны для некоторых аутоиммунных заболеваний, в частности коллагенозов, при которых формирование и отложение иммунных комплексов имеют важное патогенетическое значение (системная красная волчанка, ревматоидный артрит). Некоторые формы Нефритов как у человека, так и у экспериментальных животных имеют иммунокомплексную основу. При систематическом поступлении антигена через легкие развивается иммунокомплексное поражение бронхоле-
гочного аппарата, иногда имеющее характер профессионального заболевания («легкие фермеров», «легкие меховщиков» и т.д.).
Помимо методов устранения причины (систематическое поступление антигена, ослабление аутоиммунного процесса), эффективным способом терапии иммунокомплексных заболеваний является гемосорбция.
Гиперчувствительность замедленного типа
Этот, IV, тип гиперчувствительности является единственным ее типом, непосредственной основой проявлений которого служат клеточные, а не гуморальные факторы аллергии. Ее прототипом является реакция Манту — ответ сенсибилизированного организма на внутрикожное введение туберкулина. Эта реакция развивается медленнее, чем немедленные реакции типа крапивницы, и достигает максимальной выраженности через 24—48 ч. Ее проявлением служит гиперемированная папула со слабым отеком, но выраженным уплотнением. В центре папулы может развиться некроз. Морфологической основой реакции является очаг воспаления с умеренно выраженными сосудистыми явлениями и наличием лимфоцитарно-макрофагальной инфильтрации (лишь временно в очаге присутствуют нейтрофилы).
Реакция ГЗТ лежит в основе одной из двух главных форм Т-клеточ- ного иммунного ответа и уже была детально описана (см. раздел 4.1.3 и рис. 91). Кратко ее генез может быть представлен следующим образом. Обязательным условием развития реакции является предварительная сенсибилизация. С места введения аллергена в лимфатический узел, регионарный по отношению к этому месту, мигрируют белые отростча- тые эпидермоциты (клетки Лангерганса) или дендритные клетки слизистых оболочек, которые транспортируют пептидный фрагмент антигена в составе мембранных молекул МНС II класса. На этот антигенный пептид реагируют СО4+-Т-лимфоциты, которые пролиферируют и дифференцируются в ТЫ-клетки.
При повторном внедрении антигена в соответствующий участок поступают сенсибилизированные Thl-клетки и активируют сначала резидентные, а затем мигрирующие сюда макрофаги, что проявляется в развитии воспаления, в котором клеточная инфильтрация преобладает над сосудистыми изменениями. Исключительно важную роль в патогенезе этой реакции играют гуморальные продукты эффекторных клеток. Но ими являются не гистамин, эйкозаноиды или вазоактивные пептиды, а цитокины. Всю феноменологию реакции можно воспроизвести с помощью трех групп цитокинов: лимфокинов, продуцируемых ТЫ- клетками (в первую очередь интерферона у, кроме того, ФНОа и 0, ИЛ- 2, ГМ-КСФ), провоспалительных цитокинов, выделяемых макрофагами (ИЛ-1, ФНОа, ИЛ-6) и хемокинов, выделяемых названными клетками и стромальными элементами. Среди последних 0-хемокины, являющиеся хемотоксинами для макрофагов и лимфоцитов, а-хемокины, привлекающие в очаг поражения нейтрофилы, а также фактор, ингибирующий миграцию макрофагов, — хемокин, ответственный за задержку мигрирующих клеток.
Вариантом реакции ГЗТ, имеющим прямое отношение к патологии, является контактная гиперчувствительность. Ее основой служит связывание гаптенов (например, лекарств), наносимых на кожу, с дендритными клетками (клетками Лангерганса) и последующая цепь событий, практически идентичная описанной выше. Таким образом, в данном случае низкомолекулярное химическое вещество выполняет роль антигенного пептида. Пока в «канонических» иммунных процессах нет места для презентации непептидных веществ. В то же время известно, что возможна, например, презентация липидов в составе молекул CD1. По-видимому, нечто аналогичное происходит и в данном случае, тем более, что CD1 экспрессируется дендритными клетками. Конечным результатом включаемой при этом реакции является формирование воспалительных изменений кожи — дерматита. Реакция проявляется максимально через 15—20 ч. Ее основой служит мононуклеарная инфильтрация с отеком эпидермиса и образованием в эпидермальных клетках микропузырьков. При хроническом воздействии данного фактора развивается дерматит типа экземы. Контактный дерматит могут вызывать такие вещества, как динитрохлорбензол (его аппликации используют для тестирования реактивности Т-клеток in vivo), динитрофенол, п-фенилендиамин, неомицин и даже металлы (например, никель).
Будучи проявлением иммунной защиты при некоторых инфекционных заболеваниях (лепре, туберкулезе), ГЗТ легко приобретают черты повреждающей реакции. При упомянутых заболеваниях это происходит, например, при формировании гранулематозного варианта данной реакции (см. раздел 4.3.1): при невозможности разрушения и удаления возбудителей вокруг клеток, в которых они содержатся, формируется клеточный вал из макрофагов и Т-лимфоцитов с образованием гранулемы. Внутри гранулемы клетки погибают, происходит казеозный распад ткани. В результате защитная реакция (изоляция микроорганизма) переходит в повреждающую. Гранулематозная реакция служит основой патологии при заболеваниях, вызываемых микобактериями, а также при саркоидозе.
К разновидностям ГЗТ иногда относят реакцию Джонса—Мотта, которую также называют реакцией кожной базофильной гиперчувствительности. Она развивается в ответ на введение очень малых доз белковых веществ в сенсибилизированный организм и может предшествовать формированию антителозависимой реакции. Динамика ее такая же, как у обычной кожной реакции ГЗТ. Как и при ГЗТ, основная патогенетическая роль в ее развитии принадлежит Т-клеткам. Главное отличие реакции Джонса—Мотта от других кожных реакций гиперчувствительности состоит в преобладании базофилов в инфильтратах, что связывают с выработкой Т-клетками фактора, привлекающего в очаг реакции базофилы. Значение базофильной гиперчувствительности для патологии человека не установлено.
Некоторые авторы причисляют к гиперчувствительности IV типа цитотоксические реакции типа трансплантационной. Однако их едва ли Можно квалифицировать как гиперчувствительность: это обычные формы иммунного ответа.
Различают 4 типа гиперчувствительности: анафилактическая (гиперчувствительность немедленного типа), цитотоксическая, иммунокомплексная и гиперчувствительность замедленного типа. Патогенез поражений первого типа, обозначаемых как аллергия в узком смысле слова, связан с выработкой IgE-антител в ответ на попадание в организм разновидности антигенов — аллергенов. IgE- антитела фиксируются на Fc-рецепторах тучных клеток, что составляет основу сенсибилизации организма. При повторном поступлении аллергена он связывается с фиксированными IgE-анти- телами. Это вызывает выброс тучными клетками гистамина и ряда других веществ, обусловливающих аллергические реакции. Проявления этих реакций определяются локализацией сенсибилизированных клеток в органах-мишенях. Их основой служат расширение сосудов, повышение их проницаемости, спазм гладкой мускулатуры. Наиболее типичные проявления аллергии — кожные реакции типа крапивницы (при хроническом действии аллергена — атопический дерматит), реакции дыхательного аппарата типа бронхоспазма, общие реакции в форме анафилактического шока. Примером гиперчувствительности цитотоксического типа является гемолиз при переливании несовместимой крови, примером иммуно- | комплексной гиперчувствительности — сывороточная болезнь. I Гиперчувствительность замедленного типа обусловлена активацией CD4+ Т-лимфоцитов. Основой реакций этого типа являются пролиферация Т-лимфоцитов, выделение ими цитокинов, активация макрофагов. Клинически замедленная гиперчувствительность проявляется в форме контактного дерматита, формирования гранулем при микобактериальной инфекции и т.д. Развитие гиперчувствительности немедленного и замедленного типов контролируется цитокинами: продукты Т-хелперов типа Th2 способствуют развитию аллергии немедленного типа, а продукты хелперов типа ТЫ — гиперчувствительности замедленного типа.i
АУТОИММУННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Аутоиммунные заболевания и аутотолерантность
Концепция аутотолерантности
Ареактивность иммунных механизмов в отношении организма-хозяина является аксиомой иммунологии, и в то же время проявления аутореактивности и аутоагрессии были известны иммунологам еще на рубеже XIX—XX вв. В те времена, когда даже не пытались объяснить причины запрета на аутоиммунитет, П.Эрлих сформулировал его как «боязнь самоотравления» (horor autotoxicus), а А.М.Безредка был склонен считать аутоиммунные проявления нормой. Позже эта двойственность в отноше- 518
нии к аутоиммунным процессам сохранялась. Теоретическое обоснование отсутствия аутореактивности иммунной системы предложил Ф.Н.Бернет в своей селекционно-клональной теории: из первоначального «полного» набора клонов лимфоцитов, несущих рецепторы для всех мыслимых эпитопных структур, в процессе онтогенеза выбраковываются клоны, которые встречают «свой» антиген в тот период своей дифференцировки, когда такой контакт вызывает не активацию, а гибель клетки. Это объяснение в почти неизменной (лишь конкретизированной) форме принимается современной иммунологией.
По современным воззрениям, ключевая роль в формировании толерантности принадлежит селекции Т-лимфоцитов, а именно ее отрицательному этапу, реализуемому как в тимусе, так и на периферии (см. разделы 1.1.1 и 4.3.4). «Первичный» антигенраспознающий репертуар, откорректированный на этапе положительной селекции таким образом, что в нем сохраняются лишь клоны, способные распознавать пептиды в «контексте» собственных молекул главного комплекса гистосовместимости (МНС), подвергается отрицательной селекции. Последнее состоит в следующем: клоны, которые несут рецепторы, распознающие аутологичные пептиды в составе аутологичных молекул МНС, контактируют с дендритными клетками тимуса, экспрессирующими как раз такие комбинации молекул МНС с пептидными фрагментами белков, содержащимися в тимусе. Вследствие этого взаимодействия в тимоциты поступает сигнал, приводящий к развитию программированной гибели (апоптоза). Однако, поскольку в тимусе содержатся не все аутологичные антигены (нет, например, органоспецифических белков), среди Т-клеток, поступающих из тимуса на периферию, присутствуют аутореактивные клоны. Они элиминируются в периферических лимфоидных органах, хотя основным механизмом элиминации в этом случае служит индукция не апоптоза, а анергии. Таким образом, часть аутореактивных клонов Т-клеток сохраняется, но не работает.
В-лимфоциты также подвергаются отрицательной селекции в процессе созревания (ее механизмы пока не выяснены). Однако даже если аутореактивные В-лимфоциты каким-то образом сохраняются в процессе дифференцировки или если они образуются вследствие усиленного мутагенеза в зародышевых центрах, возможность развития при их участии аутоиммунного ответа невелика, поскольку такой ответ не может быть поддержан Т-хелперами. С отсутствием костимуляции со стороны Т-хелперов связывают гибель аутоспецифических мутантных В-лимфоцитов в зародышевых центрах. Постулируется также наличие в иммунной системе супрессорных клеток (по-видимому, СВ8+-Т-лимфоцитов), предотвращающих активацию аутореактивных клонов.
Известно, что CD5+-B1-клетки серозных полостей вырабатывают «естественные» (т.е. не индуцированные иммунизацией) IgM-антитела, в том числе к некоторым аутологичным антигенам. Особенность этих антител состоит в полиспецифичности: они могут реагировать с субстанциями, относящимися к различным химическим группам. Так, некоторые из этих антител реагируют с ДНК и одновременно с белками цитоскелета. У всех людей в сыворотке крови в малых количествах присутст-
вуют нормальные антитела, реагирующие с ДНК, компонентами цитоскелета, миелином, сывороточным альбумином, тиреоглобулином, цитохромом с, коллагеном, трансферрином, с компонентами клеток сердца, почек, эритроцитами, фибробластами. С возрастом титр этих антител нарастает. Никаких патологических последствий от присутствия данных антител обычно не регистрируется.
В сыворотке крови содержатся также органоспецифические IgG-ayro- антитела, имеющие скорее всего иммунную природу, но также не приводящие к развитию патологии. С помощью гибридомной технологии удается выделить клоны клеток, продуцирующих антитела к аутологичным компонентам из селезенки неиммунизированных животных (особенно высока вероятность выделения подобных клонов из селезенки мышей «аутоиммунных» линий), а с помощью процедуры клонирования получены клоны Т-клеток, распознающих аутологичные антигенные пептиды. По мнению некоторых исследователей, естественные аутоантитела выполняют в организме конкретные функции: служат транспортными белками, факторами иммунного гомеостаза и др. По-видимому, и аутореактивным Т-клеткам также принадлежит некая гомеостатическая функция.
Из приведенных сведений следует, что само по себе присутствие аутоантител или аутоспецифических клеток недостаточно для развития аутоиммунного процесса. Введение нормальным животным аутологичных белков (без адъювантов и других усилителей иммунного ответа), а также повреждения тканей, сопровождающиеся выходом аутоантигенов в циркуляцию, не служат пусковым событием для развития аутоиммунной патологии. Однако разрушение у мышей некоторых генов (например, гена трансформирующего фактора роста 0 или тирозинкиназы Lyn, участвующей в передаче активационных сигналов в В-клетку) приводит к формированию аутоиммунной патологии без каких-либо процедур типа искусственной аутоиммунизации. Таким образом, в развитии аутоиммунных процессов важную роль должны играть регуляторные нарушения в иммунной системе.
Основные типы аутоиммунных заболеваний
Частое обнаружение аутоантител вне связи с патологией уже в 40-е годы заставило иммунологов выработать четкие критерии, определяющие аутоиммунную природу заболеваний. Такие критерии были сформулированы Э.Витебским. У больных:
должны определяться антитела;
может быть идентифицирован и выделен антиген, с которым они реагируют;
показана возможность индукции антител к аутоантигену у экспериментальных животных и развития при этом симптоматики, аналогичной той, которая наблюдается при соответствующем заболевании у человека.‘
В уточненной форме (учитывающей клеточную природу некоторых
аутоиммунных процессов) эти критерии справедливы и для нашего времени.
Аутоиммунными называют заболевания, основой патогенеза которых служит развитие самоподдерживающегося иммунного ответа на собственные антигены организма, что приводит к повреждению клеток, содержащих аутоантиген. Исходя из этого, аутоиммунным заболеваниям свойственны следующие общие черты:
их основой служит иммунная реакция, закономерностям развития которой подчиняется заболевание. В связи с этим факторы, подавляющие иммунный ответ, оказывают лечебное действие, а иммуностимуляторы поддерживают патологический процесс;
клиническую картину заболевания во многом определяет природа аутоантигена. При его органоспецифичности объектом поражения становится соответствующий орган, что формирует симптоматику заболевания. При широкой распространенности аутоантигена в организме развивается системный процесс;
проявления аутоиммунных заболеваний зависят также от иммунных механизмов, доминирующих при ответе на аутоантиген. Это может быть преимущественно реакция, связанная с выработкой антител, цитокинов или с формированием цитотоксических клеток;
из-за постоянного персистирования аутоантигена (он является нормальным компонентом клеток) аутоиммунные заболевания всегда имеют затяжной характер с признаками самоподдержания.
В табл. 109 приведены сведения о наиболее значимых аутоиммунных заболеваниях, расположенных по убыванию их органоспецифичности и нарастанию системности. Сама возможность составления такого списка свидетельствует о существовании закономерности, отражающей альтернативную природу двух форм аутоиммунитета — системного и органоспецифического. Некоторые различия между этими группами аутоиммунных заболеваний отражены в табл. 110. В табл. 109 приведены также ведущие звенья иммунопатогенеза этих заболеваний (по P.Gell и R.Coombs, см. табл. 104) с указанием ключевых аутоантигенов. Наконец, в табл. 109 отражена связь аутоиммунных заболеваний с наследственным и эндокринным факторами. Далее мы кратко коснемся проявлений нескольких наиболее значимых аутоиммунных заболеваний.
Аутоиммунные поражения щитовидной железы. Характерными проявлениями аутоиммунной органоспецифической патологии служат поражения щитовидной железы в трех основных формах — тироидит Хаши- мото, первичная микседема и тиротоксикоз (базедова болезнь, или болезнь Грейвса). Из этих заболеваний два первых сопровождаюся гипоти- розом, а последнее — гипертирозом.
Все они, как правило, сопровождаются увеличением щитовидной железы — зобом. При тиротоксикозе аутоантигеном служат мембранные рецепторы клеток для тиротропного гормона. Взаимодействие с ним аутоантител стимулирует клетки (что вообще не является редкостью при
Таблица 109. Наиболее значимые аутоиммунные заболевания и их особенности
Заболевание
Тип иммунопатологии
Аутоантиген
Сцепление с HLA (отн. риск)
Соотношение полов — Ж:М
Тироидит
Хашимото
IV, II
Тироглобулин
DR5 (3,2)
1
Микседема
Щ?)
Коллоидный антиген СА2, антигены микросом и мембраны
Тиротоксикоз
II (вариант со стимуляцией), IV
Рецептор тироидстимули- рующего гормона
DR3 (3,7)
4-5
Пернициозная анемия
II
Внутренний фактор Касла, микросомный антиген обкладочных клеток желудка
Тяжелая миастения
II
а-Цепь ацетилхолинового рецептора
DR3 (2,5)
1
Инсулинзависимый сахарный диабет
IV
Антиген р-клеток (декарбоксилаза глутаминовой кислоты?)
DR3, DR4 (3,2)
1
Синдром
Гудпасчера
II
Коллаген типа IV
DR2 (15,9)
Вульгарная пузырчатка
П(?)
Эпидермальный кадхерин
DR4 (14,4)
Симпатическая офтальмия
П(?)
Антиген увеального тракта
Острый передний увеит
Н(?)
Антиген хрусталика
В27 (10,04)
<0,5
Рассеянный склероз
IV
Основной белок миелина
DR2 (4,8)
10
Аутоиммунная гемолитическая анемия
II
1-антиген системы Rh
Идиопатическая тромбоцитопеническая пурпура
II
Интегрин gpIIb:IIIa
Первичный билиарный цирроз печени
IV, II
Антиген митохондрий гепатоцитов
Язвенный колит
IV,II
Бактериальный липополисахарид, ассоциированный с клетками слизистой оболочки толстой кишки
Продолжение
Заболевание
Тип иммунопатологии
Аутоантиген
Сцепление с HLA (отн. риск)
Соотношение полов — Ж:М
Синдром Шегрена
IV,III
Антигены эпителия слюнных желез, клеток щитовидной железы, антигены ядер и митохондрий
Ревматоидный артрит
IV,И,III
Антиген синовиальной полости (белок теплового шока?), IgG, коллаген, ядерный антиген RANA, МНС II класса
DR4 (4,2)
3
Склеродермия
111,1V
Ядерные антигены, IgG
Дерматомиозит
III,IV
То же
Дискоидная красная волчанка
III,IV
Мft
Системная красная волчанка
III,IV
ДНК, гистоны, рибосомы, рибонуклеопротеины, кардиолипин
DR3 (5,8)
10-20
действии антител на рецепторы; об активирующем действии антител к CD3 см. раздел 5.2.2). Аутоантигеном при тироидите Хашимото является внутриклеточный белок тироглобулин, при микседеме — различные белки поверхности клетки и цитоплазмы, в том числе коллоидный антиген СА2. Аутоантитела при этих заболеваниях ингибируют продукцию и секрецию гормонов, и гипертрофия железы связана с увеличением размера клеток.
Инсулинзависимый сахарный диабет (сахарный диабет типа I) является, вероятно, самым частым аутоиммунным заболеванием. Объектом поражения при нем служат р-клетки панкреатических островков (островков Лангерганса), продуцирующие инсулин. Заболевание сопровождается разрушением клеток, глубоким подавлением синтеза инсулина и обусловленными этим гипергликемией, кетоацидозом и многочисленными другими нарушениями метаболизма. Основной механизм иммунного поражения — клеточный, обусловленный активностью цитотоксических СО8+-лимфо- цитов. Природа аутоантигена(ов) точно не выяснена. Основными «кандидатами» на их роль являются внутриклеточная декарбоксилаза глутаминовой кислоты и белок р40. Выявляются также аутоантитела (в том числе к инсулину), роль которых в патогенезе спорна.
Тяжелая миастения (миастения гравис) — аутоиммунное поражение, сопровождающееся нарушением передачи нервного импульса в мышцы и мышечной слабостью вплоть до нарушения работы диафрагмы, что может вызвать поражение процесса дыхания. Заболевание обусловлено на-
Таблица ПО. Различия между органоспецифическими и системными аутоиммунными заболеваниями
Характеристики
Заболевания
Органоспецифические
Системные
Доступные концентрации аутоантигенов
Низкие
Высокие
Органоспецифичность аутоантител
+
—
Преобладающий тип иммунопатологии (наряду с II)
IV
III
Характерные сочетания
Аутоиммунное воспале-
Волчаночный синдром,
клинических синдромов
ние нескольких органов (например, щитовидной железы, желудка и надпочечников)
полиартрит
Основы терапии
Воздействие на метаболизм
Подавление воспаления и синтеза антител
Злокачественное перерождение
Клеток органа-мишени
Лимфоцитов
Экспериментальное
Введение аутоантигена в
Спонтанно у животных
моделирование
полном адъюванте Фрейнда
определенных генотипов (линий). Индукция РТПХ
коплением аутоантител, взаимодействующих с ацетилхолиновыми рецепторами и конкурирующих с ацетилхолином. Определенный вклад в патологию вносят Т-лимфоциты. Особенность миастении состоит в частом вовлечении в процесс тимуса. Это проявляется в гипертрофии органа с формированием фолликулов в его медуллярной части, в развитии тимомы, реже атрофии тимуса.
Рассеянный склероз (множественный склероз) — демиелинизирующее заболевание с разнообразной неврологической симптоматикой. Обусловлено аутоиммунным процессом Т-клеточной природы (возможна вирусная этиология). Повреждение вызывают СП4+-клетки типа ТЫ. Отмечено сцепление с определенными аллелями HLAII класса, особенно DQ, а также с генами TCR, особенно его a-цепи. Считается, что известная экспериментальная модель — аутоиммунный энцефаломиелит, вызываемый введением основного белка миелина в полном адъюванте Фрейнда, воспроизводит основные процессы, характерные для рассеянного склероза. Аутоантиген при рассеянном склерозе точно не установлен. Возможно, их несколько и среди них есть основной белок миелина.
Ревматоидный артрит — достаточно распространенное системное заболевание с преобладающим поражением суставов. Главным фактором поражения служит Т-клеточный механизм, обусловленный активацией СВ4+-клеток типа ТЫ. Аутоантигенами при этом могут служить, по-ви-
димому, различные субстанции, в частности RANA — «ядерный антиген ревматоидного артрита». Они инициируют локальное воспаление в суставной полости с вовлечением в процесс макрофагов. Продуцируемые макрофагами факторы играют ведущую роль в формировании локального поражения, в том числе гиперплазии синовиальной оболочки и повреждении хряща. Синовиальные клетки при этом также активируются и вырабатывают цитокины. В то же время при ревматоидном артрите выявляются разнообразные антитела, в том числе к IgG (ревматоидный фактор — IgM- аутоантитела), коллагену, гистону, ДНК, компонентам цитоскелета. Обнаружено, что при ревматоидном артрите нарушено гликозирование IgG (отсутствуют концевые остатки D-галактозы), что обусловливает изменение конформации молекулы, особенно в области Сн2-доменов. Определенный вклад в патогенез заболевания вносят формирование иммунных комплексов, их отложение в суставах и вызываемые ими последствия.
Системная красная волчанка — наиболее типичное и тяжелое проявление системной аутоиммунной патологии. Ее этиология не установлена. Общеизвестна значительно более высокая предрасположенность к этому заболеванию женщин, чем мужчин. Основой заболевания является системное поражение соединительной ткани с отложением коллагена, васкулитами. В патологический процесс вовлекаются практически все органы, но фатальным является, как правило, поражение почек. В формировании патологии участвуют как гуморальные, так и Т-клеточные иммунные механизмы. Проявления последних сходны с реакцией «трансплантат против хозяина» (РТПХ, см. раздел 4). В качестве аутоантигенов выступают ДНК (в том числе двуспиральная, антитела к которой в норме получить не удается; на их выявлении основан один из главных диагностических тестов при системной волчанке), нуклеопротеины, гистоны, РНК, кардиолипин, коллаген, компоненты цитоскелета, растворимые антигены цитоплазмы клеток (Ro, La), мембранные антигены клеток крови, включая лимфоциты. Интересно, что многие ядерные аутоантигены при системной красной волчанке служат мишенями сериновых протеиназ (каспаз), активирующихся при апоптозе. Многие типичные проявления иммунопатологии могут быть связаны с отложением иммунных комплексов (системную волчанку нередко трактуют как болезнь иммунных комплексов, см. раздел 5.2.2).
Большую группу аутоиммунных заболеваний образуют болезни системы крови, при которых объектом аутоиммунной атаки становятся те или иные клетки крови: аутоиммунная гемолитическая анемия, идиопатическая тромбоцитопеническая пурпура, идиопатическая лейкопения. При патологическом процессе преобладающая роль обычно принадлежит гуморальным факторам аутоиммунитета. При анемиях на поверхности эритроцитов нередко определяются фиксированные антитела, сами по себе не вызывающие агглютинации или лизиса, но «проявляемые» при добавлении антител к иммуноглобулинам (непрямой тест Кумбса). Анти- эритроцитарные антитела при аутоиммунных анемиях разделяют на тепловые и холодовые. Первые относятся к IgG и вызывают преимущественно внесосудистый гемолиз, обусловленный FcR-зависимым действием макрофагов или NK-клеток. Холодовые антитела относятся к IgM (из-
вестны естественные холодовые аутоантитела, специфичные к веществу групп крови I); они проявляют свое действие при снижении температуры тела на периферии до 30—32 °C.
Механизмы индукции и проявления аутоиммунных процессов
Роль наследственных факторов
За редкими исключениями, значимую роль в развитии аутоиммунных заболеваний играет наследственный фактор. Об этом свидетельствуют результаты семейного анализа. Даже в случаях отсутствия заболевания у ближайших родственников больных обнаруживаются повышенный уровень аутоантител и другие отклонения, свидетельствующие о склонности к аутоиммунным процессам. Отнюдь не всегда мишенью аутоиммунного поражения у родственников является один и тот же орган. Часто генетическая предрасположенность сцеплена с генами МНС. Наиболее ярким примером может служить связь заболеваемости инсулинзависимым диабетом с генами HLA-DQ: различие по одному остатку в позиции 57 молекулы HLA-DQ определяет предрасположенность или резистентность к развитию этого заболевания (резистентность обусловлена присутствием в этом положении остатка аспарагиновой кислоты, предрасположенность — остатков валина, серина или аланина). Описаны также случаи сцепления аутоиммунных заболеваний с другими генами.
Получены многочисленные линии животных с повышенной склонностью к развитию аутоиммунных процессов. У цыплят линии Obese развивается аутоиммунный тиреоидит. Мыши линии NOD служат моделью инсулинзависимого сахарного диабета. У мышей линии NZB спонтанно развивается аутоиммунная гемолитическая анемия, а у их гибридов с мышами NZW — волчаночный синдром. Существует еще несколько линий мышей, у которых с возрастом формируется волчаночный синдром (BXSB, MRL.lpr/lpr, а также линии, в геном которых инкорпорирован ген gid). За исключением случаев с мышами 1рг и gid, у которых патология зависит от мутации одного гена (соответственно генов Fas-рецептора и Fas-лиганда, см. раздел 3.5.3), аутоиммунная патология, развивающаяся у мышей указанных линий, детерминируется несколькими генами — как сцепленными с МНС, так и не связанными с ним.
Среди негенетических факторов, влияющих на развитие аутоиммунных заболеваний, наибольшую роль играют пол (как правило, у женщин эти заболевания развиваются чаще) и возраст [с возрастом увеличивается вероятность развития заболевания, что особенно четко прослеживается в случае проявления волчаночного синдрома у мышей-гибридов F| (NZB х NZW) и носителей мутаций 1рг и gid],
Механизмы включения аутоиммунных процессов
Уже достаточно давно сформулированы основные механизмы, приводящие к нарушению запрета на аутоиммунные процессы. Как и прежде, они
1. Повреждение барьеров1. Повреждение барьеровТ-клеткаТ-клетка3. Антигенная мимикрия3. Антигенная мимикрияАутологичная клетка-мишень, несущая антигены, сходные с антигеном микроорганизмаАутологичная клетка-мишень, несущая антигены, сходные с антигеном микроорганизмаТ-клеткаТ-клеткаКлетка-стимулятор и мишень (наличие на ее поверхности костимулятора В7 делает ее аутоантигенной для Т-клеток)Клетка-стимулятор и мишень (наличие на ее поверхности костимулятора В7 делает ее аутоантигенной для Т-клеток)4. Модификация аутоантителами4. Модификация аутоантителамиАнтителаАнтителаМодифицированные аутологичные клетки - мишени аутоантителМодифицированные аутологичные клетки - мишени аутоантителАутологичная клеткаАутологичная клетка
1. Повреждение барьеров
1. Повреждение барьеров
Т-клетка
Т-клетка
3. Антигенная мимикрия
3. Антигенная мимикрия
Аутологичная клетка-мишень, несущая антигены, сходные с антигеном микроорганизма
Аутологичная клетка-мишень, несущая антигены, сходные с антигеном микроорганизма
Т-клетка
Т-клетка
Клетка-стимулятор и мишень (наличие на ее поверхности костимулятора В7 делает ее аутоантигенной для Т-клеток)
Клетка-стимулятор и мишень (наличие на ее поверхности костимулятора В7 делает ее аутоантигенной для Т-клеток)
4. Модификация аутоантителами
4. Модификация аутоантителами
Антитела
Антитела
Модифицированные аутологичные клетки - мишени аутоантител
Модифицированные аутологичные клетки - мишени аутоантител
Аутологичная клетка
Аутологичная клетка
2. Экстраординарная экспрессиякостимулирующих молекул
Модифицирующий агент
□ □ »
Рис. 131. Некоторые механизмы включения аутоиммунных процессов.
Перечеркнуты клетки-мишени действия аутоантител и аутологичных Т-клеток.
остаются в основном гипотетическими, хотя время внесло в них свои коррективы. Аутоиммунный процесс может быть индуцирован при следующих обстоятельствах (рис. 131).
При нарушении изоляции некоторых «иммунологически привилегированных» органов и тканей, таких как центральная нервная система, внутренние среды глаза, внутренние части семенников, фолликулов щитовидной железы и др., развивается аутоиммунный процесс. В норме иммунная система не имеет афферентного звена связи с этими органами (из них не поступают иммунологически значимые сигналы) и к ним не вырабатывается аутотолерантность. При установлении доступа соответствующих антигенов (включая основной белок миелина, тироглобулин, кристаллин и т.д.) к лимфоидным органам развивается аутоиммунный ответ, вызывающий повреждение соответствующих органов.
Существуют широко известные примеры, иллюстрирующие возможность реализации этого механизма при включении аутоиммунных процессов. Особенно показательно в этом отношении аутоиммунное поражение парных органов при первоначальном повреждении (обычно при травме) одного из них. Такова «симпатическая офтальмия» (вовлечение в патологию здорового глаза при развитии воспалительного процесса в
травмированном глазу) или поражения обоих яичек при аутоиммунном орхите, инициируемом травмой одного из них. К этой же категории следует отнести классическую модель аутоиммунного процесса клеточной природы — экспериментальный аллергический энцефаломиелит, который вызывают иммунизацией животных основным белком миелина в полном адъюванте Фрейнда. При этом следует подчеркнуть роль адъюванта: при повторном введении одного полного адъюванта Фрейнда у мышей развивается «адъювантная» болезнь — полиартрит аутоиммунной природы, опосредованный СВ4+-клетками типа ТЫ.
Во всех рассмотренных случаях имеет место ситуация, когда для индукции аутоиммунного процесса требуется иммунизация «забарьерным» антигеном в сочетании с воздействием на иммунную систему, вызывающим гиперактивацию воспалительных Th 1-клеток. В связи с аутоиммунным поражением забарьерных органов обратим внимание на то, что после преодоления их «афферентной» изоляции от иммунной системы эфферентное звено иммунной реакции (во всяком случае гуморальной) срабатывает беспрепятственно: аутоантитела, индуцированные в результате травмы одного глаза, «находят» второй глаз, не встречая барьеров. В случае клеточной природы поражения складывается иная ситуация, если учесть, что иммунологически «привилегированные» участки организма выстланы клетками, экспрессирующими Fas-лиганд, и это защищает их от атаки цитотоксических Т-клеток, которые несут Fas-рецептор (см. раздел 4.3.4).
В норме клетки организма (за исключением специализированных антигенпрезентирующих) не экспрессируют молекулы МНС II класса. Между тем Т-хелперы, которым принадлежит ключевая роль в развитии всех видов иммунного ответа, кроме тимуснезависимых, способны распознавать антигенный эпитоп только в том случае, когда он представлен в составе молекулы МНС II класса. В том случае, когда клетки тех или иных органов начинают экспрессировать названные молекулы, они становятся потенциальной мишенью для собственной иммунной системы.
Классическим примером связи развития аутоиммунного процесса с необычной экспрессией молекул МНС II класса может служить инсулинзависимый сахарный диабет. Экспрессия этих молекул в поражаемых органах наблюдается при тиреотоксикозе, аутоиммунном гепатите. Причины необычной экспрессии данных молекул при этом неизвестны. Усиление экспрессии этих молекул и даже их появление в необычных местах может вызвать интерферон у. Поскольку он является основным продуктом ТЫ-клеток, не исключено, что способность полного адъюванта Фрейнда индуцировать аутоиммунные процессы опосредована индукцией дифференцировки ТЫ-клеток, продуцирующих интерферон у. Во всех случаях такого рода индуцируется аутоиммунный процесс клеточного типа.
При этом остается неясным, каково происхождение пептидов, представляемых молекулами МНС II класса, которые экспрессируются не на антигенпредставляющих клетках (АПК). На поверхности АПК эти молекулы содержат фрагменты экзогенных белков. В случае индукции аутоиммунных процессов естественно было бы ожидать представления ими
собственных (эндогенных) белков клеток, которые экспрессируют молекулы МНС II класса и становятся объектом аутоиммунной атаки. Но это противоречит известным правилам презентации антигенных пептидов, согласно которым молекулы МНС I класса презентируют эндогенные, а молекулы II класса — экзогенные пептиды (см. раздел 3.3.2). Таким образом, рассматриваемый механизм пока ясен не во всех деталях.
Бактериальные антигены имеют антигенные детерминанты, перекрестно реагирующие с нормальными антигенами. Например, иммуно- доминантным моносахаридным остатком эпитопа группоспецифического полисахарида стрептококков группы А является p-D-N-ацетилглюко- замин. Тот же сахар определяет специфичность ряда сахаридных антигенов клеток млекопитающих. В большинстве случаев они замаскированы сиаловой кислотой и недоступны для действия антистрептококковых антител. Тем не менее перекрестная реакция формируется, поскольку эти антитела способны взаимодействовать с эпитопом молекулы кератина. Поэтому инфицирование стрептококками группы А может привести к формированию антител, способных реагировать с эпителиальными клетками (в них содержится кератин) и повреждать их.
Существуют многочисленные примеры сходства антигенов микроорганизма и хозяина. Так, антитела к пневмококковому полисахариду перекрестно реагируют с некоторыми тканевыми антигенами, в том числе сердца и почек. Антитела, выявляемые при язвенном колите, взаимодействуют с некоторыми штаммами E.coli. Аутоиммунное поражение сердечной мышцы при болезни Чагаса связано с индукцией перекрестно реагирующих антител под влиянием инфекции Trypanosoma cruzi. Перекрестная реактивность при развитии аутоиммунных процессов может развиться с вовлечением в процесс идиотипической сети: антитела к микробным антигенам могут нести перекрестно реагирующий идиотип с антитканевыми антителами и лимфоцитарными рецепторами.
Структура собственных белков организма может быть модифицирована, например присоединением гаптенов, в качестве которых могут выступать лекарственные вещества. По всем правилам иммуногенности, при этом наряду с эпитопами, образованными самим гаптеном, формируются эпитопы, включающие часть белковой молекулы. В этом случае велика вероятность перекрестного распознавания рецепторами Т- и В- клеток нормальных аутологичных эпитопов и, следовательно, развития аутоиммунных реакций.
Известно много примеров лекарственной аутоаллергии. Под влиянием а-метил-ДОФА индуцируется аутоиммунная гемолитическая анемия, при которой мишенью антител становятся молекулы D (Rh) антигена. Прием с лечебной целью пенициллинамида и прокаинамида вызывает проявления системной аутоагрессии вплоть до волчаночного синдрома. Лечение изониазидом может вызвать образование антиядерных антител с клиническими проявлениями в виде полиартрита, причем образование антител продолжается и после отмены препарата. Другим примером химической модификации как возможной причины аутоиммунного процесса является образование ревматоидного фактора. Возможной причиной этого служит уже упоминавшееся нарушение гликозилирования
молекулы IgG при ревматоидном артрите. Тем не менее строгие доказательства прямой связи индукции аутоиммунного процесса с модификацией аутоантигенов отсутствуют.
Все рассмотренные выше варианты предполагают в качестве факторов, определяющих развитие аутоиммунного процесса, свойства или локализацию антигенов. Однако могут быть постулированы причины развития аутоиммунных проявлений, связанные с особенностями функционирования иммунной системы хозяина, особенно ее регуляции.
Формирование аутотолерантности обусловлено процессом выбраковки аутоиммунных клонов при развитии лимфоцитов, обозначаемым как отрицательная селекция. Ключевая роль в развитии аутотолерантности принадлежит селекции Т-клеток, поскольку в итоге развитие аутоиммунного процесса обусловлено формированием аутоспецифических Т-хелперов. Патология может затронуть процесс формирования аутотолерантности в тимусе или периферическом отделе иммунной системы и иметь результатом неполную элиминацию аутоиммунных клонов. Причиной этого может быть функциональная недостаточность дендритных клеток, осуществляющих выбраковку аутоиммунных клонов.
Яркой иллюстрацией связи этого механизма с развитием аутоиммунных процессов (прежде всего системных) является патология мышей-носителей мутаций 1рг и gid. Эти мутации затрагивают гены, детерминирующие соответственно Fas-рецептор и Fas-лиганд, т.е. молекулы, ответственные за восприятие сигнала к индукции апоптоза и за подачу этого сигнала. Фенотипические проявления этих мутаций идентичны: у мышей формируется волчаночный синдром с васкулитами, накоплением аутоантител (в том числе антител к ДНК), поражением почки. Параллельно в периферической лимфоидной ткани накапливается большое число необычных Т-клеток, отличающихся от нормальных зрелых Т-лимфоцитов отсутствием корецепторов CD4 и CD8 и наличием маркера В-лимфоци- тов В220. Антигенраспознающий рецептор (TCR) этих клеток часто содержит продукты семейства V₽8 (клетки, несущие такие рецепторы, устраняются в процессе селекции клонов в тимусе).
Известно, что основой процесса отрицательной селекции аутореактивных клонов Т-клеток в тимусе является индукция апоптоза клеток этих клонов в результате распознавания ими соответствующих лигандов на поверхности дендритных клеток. На периферии наряду с этим работает механизм, связанный с индукцией анергии аутореактивных клеток Очевидно, у мышей с мутациями 1рг и gid вследствие блокады Fas-зависимого апоптоза не происходит выбраковки аутореактивных клонов кав в тимусе, так и на периферии, результатом чего является развитие сис темного аутоиммунного заболевания. По-видимому, Т-клетки с необыч ным фенотипом, о которых говорилось ранее, также в норме подлежа’ элиминации путем индукции апоптоза, но их связь с развитием аутоим мунного процесса не выяснена. Хотя при системной красной волчаню механизм осуществления апоптоза не нарушен, он может быть подавле! вследствие накопления в тканевых жидкостях растворимой формы Fas рецептора, синтезируемого активированными клетками.
Известно, что аутоиммунные клоны лимфоцитов обоих классо
элиминируются не полностью. Однако их активность «сдерживается» супрессорными механизмами, например «вето-клетками». Недостаточность этих клеток, вызванная теми или иными факторами (генетические дефекты, воздействие ингибирующих факторов типа ионизирующей радиации и др.), может быть причиной бесконтрольной экспансии аутоиммунных клеток и развития аутоиммунного процесса. При этом даже кратковременный аутоиммунный «прорыв» может закрепиться благодаря самоподдер- живающемуся характеру аутоиммунного поражения (об этом см. далее).
Роль дефицита регуляторных клеток в развитии аутоиммунной патологии может быть проиллюстрирована на примере мышей линии NZB, NZW и их гибридов первого поколения (BW1). У мышей линии NZB с возрастом развивается аутоиммунная гемолитическая анемия, аутоиммунные процессы у мышей линии NZW имеют субклинические проявления, тогда как у гибридов BW1 развивается волчаночный синдром в его типичной форме. Наследственная основа этих поражений имеет поли- генный характер. Представляет интерес наблюдающаяся у этих животных функциональная недостаточность Т-супрессоров, которая усиливается с возрастом. Аутоиммунную гемолитическую анемию мышей линии NZB удается лишь временно индуцировать у юных особей этой линии путем переноса клеток животных, у которых эта патология проявилась; условием стабильного переноса является снижение активности Т-супрессоров. Активность Т-супрессоров, защищающих от развития аутоиммунных процессов, коррелирует с уровнем гормона тимуса тимулина; оба показателя снижаются с возрастом и под влиянием ряда внешних факторов, например ионизирующей радиации (в частности, ее низких доз).
Представлениям о необходимости преодоления сдерживающей активности Т-супрессоров для индукции аутоиммунного процесса соответствуют данные о том, что в основе этих процессов может лежать поликлональная активация. Этот механизм можно представить так: поликлональный митогенез В-клеток (например, под влиянием бактериальных эндотоксинов) позволяет активироваться, пусть первоначально слабо, аутоиммунному клону, после чего этот «прорыв» каким-то образом закрепляется.
Поскольку продуцентами естественных аутоантител, не вызывающих аутоиммунного поражения, являются CD5+-B1-клетки, допускается, что при увеличении их активности выше определенного предела продуцируемые ими аутоантитела могут стать причиной поражения собственных тканей.
Повышение содержания В1-клеток, выработка ими IgM-аутоантител и развитие фатальной аутоиммунной патологии, сопряженные с накоплением антител к ДНК, антигенам гранулоцитов и других аутологичных клеток наблюдается у мышей—носителей мутации те (от англ, moth eaten — изъеденные молью), затрагивающей гены фосфатаз. Уровень В1- клеток повышен также у мышей линии NZB. Свидетельство в пользу участия В1-клеток в развитии аутоиммунной патологии получено при скрещивании мышей линии NZB и CBA/N (носителей мутации xid, блокирующей развитие В1-клеток): у таких мышей проявляется дефект Bl- клеток и не развивается аутоиммунный синдром.
Иммунологические механизмы аутоиммунных поражений и общие принципы их терапии
Установленная связь аутоиммунных процессов с образованием аутоантител отразилась на формулировке критериев Витебского (см. раздел 5.3.1.2). Однако позже выяснилось, что не меньшее число аутоиммунных заболеваний связано с клеточными иммунными механизмами. Их изучение внесло в свое время существенный вклад в формирование представлений о Т-клеточном звене иммунитета. Основные типы механизмов повреждения при аутоиммунных процессах показаны на рис. 132.
Для аутоиммунных процессов гуморального типа характерно накопление аутоантител преимущественно IgG-класса. Это вполне понятно, поскольку антитела именно этого класса способны проявлять разнообразную активность, связанную с вовлечением в реакцию других гуморальных (комплемент) и клеточных (макрофаги, NK-клетки) факторов. Патогенное действие аутоантител реализуется в рамках рассмотренных выше механизмов гиперчувствительности — цитотоксического (при гемолитической анемии и других аутоиммунных поражениях клеток крови) и иммунокомплексного (например, при системной красной волчанке, см. раздел 5.2.2). Уже упоминался вариант стимулирующего действия аутоантител при тиреотоксикозе.
Как правило, аутоантитела накапливаются в крови и находят доступ к клеткам-мишеням (даже если эти клетки локализуются в забарьерном органе). Однако при пернициозной анемии аутоантитела к внутреннему фактору Касла присутствуют в просвете желудочно-кишечного тракта, блокируют локализующийся здесь фактор и препятствуют всасыванию витамина В^, обусловливая развитие анемии.
Аутоиммунные процессы клеточного типа, как правило, более тяжелые и менее чувствительные к лечебным воздействиям, развертываются по двум основным вариантам в зависимости от того, какой тип эффекторных клеток при них активируется: СВ8+-киллеры или CD4+- продуценты цитокинов типа ТЫ. В первом случае включается цитотоксический механизм поражения (например, при инсулинзависимом сахарном диабете), во втором — реакция типа гиперчувствительности замедленного типа (при рассеянном склерозе и ревматоидном артрите). В первом случае основной механизм поражения связан с Т-киллерами, во втором — с воспалительными клетками, прежде всего макрофагами. Цитотоксический механизм обусловливает более локализованный и менее деструктивный тип поражения. Патологические последствия в этом случае связаны с уникальностью поражаемых клеток (как это имеет место при сахарном диабете). Напротив, процессы, сопряженные с развитием ГЗТ, вовлекают в патологию более значительные массивы тканей и приводят к более выраженным повреждениям (например, при ревматоидном артрите).
Лечение аутоиммунной патологии строится на сочетании трех подходов: замещение утрачиваемой функции (например, назначение инсулина при диабете), подавление воспаления и иммуносупрессия. Как правило, для иммуносупрессии используют обычные иммунодепрессанты типа
1. Эффекты, опосредованные аутоантителами
С'
2. Эффекты, опосредованные Т-клетками
Рис. 132. Основные механизмы реализации действия аутоиммунных факторов.
1. Патогенное действие аутоантител реализуется путем подключения комплемента (комплементзависимый цитолиз), макрофагов — Мф (опсонизация), естественных киллеров (антителозависимый клеточно-опосредованный цитолиз). Возможно также активирующее действие аутоантител как следствие запуска сигнала через мембранную молекулу—мишень аутоантител. 2. Основные варианты клеточных механизмов аутоиммунного повреждения — цитолиз, опосредованный цитотоксическими Т-лимфоцитами (слева) и разрушение макрофагами и их продуктами в очаге иммунного воспаления (гиперчувствительности замедленного типа), вызванного активирующим действием СО4+-эффекторов (справа). ЦК — цитокины.
циклоспорина, циклофосфана, меркаптопурина. Реже применяют более прицельные подходы, например вводят антиидиотипические антитела. Используют также иммуномодуляторы с целью нормализации иммунных процессов, особенно их супрессорного звена. Для этого применяют гормоны тимуса и цитокины или антитела к ним.
Аутоиммунные заболевания обусловлены развитием иммунного ответа на собственные антигены организма (аутоантигены). Они возникают при нарушении механизмов аутотолерантности, экспрессии молекул МНС II класса на клетках, не относящихся к АПК, повреждении тканевых барьеров, изолирующих некоторые участки организма от контактов с иммунной системой, развитии перекрестной реакции тканевых антигенов с антителами, направленными против микробов, химической модификации аутоантигенов и т.д. В зависимости от локализации аутоантигенов различают органоспецифические и системные аутоиммунные процессы. Основой аутоиммунного поражения могут служить ТЫ-зависимые клеточные или ТЬ2-зависимые гуморальные иммунные процессы. Большая часть аутоиммунных заболеваний наследственно обусловлена; предрасположенность к их развитию в значительной степени определяется аллельными формами генов комплекса МНС. Аутоиммунные заболевания имеют хроническое течение со склонностью к прогрессированию.
ЛИМФОПРОЛИФЕРАТИВНЫЕ ПРОЦЕССЫ
Известны злокачественные новообразования, происходящие из всех разновидностей клеток иммунной системы. Наиболее распространенными среди них являются миелоидные лейкозы. Эти заболевания обычно изучают в рамках гематологии. Материал данного раздела ограничен рассмотрением только злокачественных новообразований, затрагивающих лимфоидные клетки, т.е. лимфопролиферативных процессов. При этом наше внимание будет сосредоточено на том, какое отражение находят нормальные иммунологические закономерности в развитии лимфопролиферативных процессов и в какой степени они при этом искажаются.
Лимфоидные клетки при лимфопролиферативных процессах и их соответствие нормальным прототипам
В табл. 111 представлены сведения об основных лимфопролиферативных заболеваниях с указанием нормальных клеточных типов, которым соответствуют малигнизированные клетки. Основой такого сопоставления явились результаты изучения мембранного фенотипа злокачественных клеток и в меньшей степени — их продуктов. Простое сравнение спектра нормальных лимфоцитов, относящихся к различным популяциям и субпопуляциям и находящихся на разных стадиях развития (рис. 133), и и> опухолевых эквивалентов, свидетельствует против предположения о том что любые типы лимфоцитов с равной вероятностью малигнизируются г дают начало опухолевым процессам или частота развития опухолей кор релирует с пролиферативной активностью нормальных прототипов малиг визированных клеток.
Таблица 111. Лимфопролиферативные заболевания и стадия развития
Заболевание
Тип злокачественных клеток
Стадия развития, субпопуляция
Маркеры
Лиме
) о м ы
Фолликулярная
В
Зрелые
CD19,20,21, mlgM,
лимфома
МНС-П
Лимфома Беркитта
В
То же
Диффузные лимфомы
В
М ножественная
В
Плазматическая
Plc-1, clgG
миелома
клетка
Синдром Сезари
Т
Зрелые Т-хелперы (Th2)
CD3 и 4, CLA
Грибовидный
Т
Зрелые Т-хелперы
То же
лейкоз
(ТЫ)
Лимфогранулема-
АПК,Т
Зрелые
CD30
тоз
Лейкозы
Острый лимфо-
Недифференциро-
Общий лимфоид-
CD10,19,20,38,
бластный лейкоз
ванная лимфоид-
ный предшествен-
МНС-П, TdT
ная клетка
ник
Острый преВ-кле-
В
ПреВ-клетка
CD10,19,38, МНС-
точный лейкоз
II, TdT, сц-цепь
Хронический В-лимфоцитарный лейкоз
В
Зрелая, обычно В1
mlgM, CD19.20, 21,5, МНС-П
Болезнь
в
Лимфобласт, сек-
clgM
Вальденстрема
ретирующий IgM
Волосовидно-
в
Незрелые В
CD19 и 20,
клеточный лейкоз
МНС-П
Острый Т-клеточ- ный лейкоз
т
Незрелые Т
CD1,3,5, TdT
Хронический
Т-клеточный
т
Зрелые, чаще Т-су- прессоры/киллеры
CD3 и 8
лейкоз
Т-клеточный Лейкоз/лимфома взрослых
т
Зрелые
CD3;CD8 или 4
Рис. 133. Отношение злокачественных клеток при лимфопролиферативных процессах к различным стадиям развития лимфоцитов Т- и В-рядов.
В овалах — обозначения разновидностей нормальных лимфоцитов, в прилегающих к ним прямоугольниках — названия заболеваний, основой которых является накопление злокачественных клеток, соответствующих нормальным прототипам по мембранным маркерам и другим свойствам. ОЛбЛ — острый лимфобластный лейкоз; ОЛЛ — острый лимфолейкоз; ХЛЛ — хронический лимфолейкоз; Гр — грибовидный; ВКЛ — волосовидноклеточный лейкоз; ЛГ — лимфогранулематоз; ДК — дендритные клетки; АО К — антителообразующие клетки.
Лимфопролиферативные процессы значительно чаще затрагивают клетки В-, чем Т-ряда; практически неизвестны NK-клеточные лейкозы и лимфомы. Для В-клеточных поражений в большей степени, чем для Т- клеточных, характерно участие юных и промежуточных форм.
Особого внимания заслуживает вовлечение в лимфопролиферативные процессы клеток тимуса. Обращает на себя внимание отсутствие опухолей и лейкозов, развивающихся из кортикальных CD4+CD8+-thmo цитов. Очевидно, это связано с исключительно высокой подверженное тью этих клеток апоптозу. Субкапсулярные СО4“СО8~-клетки-пред
шественники, для которых характерен большой пролиферативный потенциал, могут стать основой для развития довольно редкого острого Т- лимфобластного лейкоза, но не лимфом тимуса. В то же время лимфомы тимуса, растущие именно из этих клеток и имеющие вирусную природу, весьма часты у мышей.
У человека Т-лимфомы обычно связаны с кожей, что, очевидно, отражает какие-то глубинные механизмы взаимоотношений между лимфоидными и эпителиальными клетками. Чрезвычайный интерес представляет то обстоятельство, что два варианта Т-клеточных лимфом человека представлены исключительно СО4+-клетками, причем уже дифференцированными на варианты Thl (при фунгоидном микозе) и Th2 (при синдроме Сезари). Связь CD4+-, но не СВ8+-клеток с кожей объясняется возможностью экспрессии на первых, но не на вторых молекулах CLA, определяющей сродство этих клеток к эпидермису (они распознают Е-се- лектин поверхности эндотелиальных клеток сосудов кожи и Е-кадхерин поверхности кератиноцитов). Действительно клетки обеих кожных лимфом человека экспрессируют CLA. В то же время хронический Т-клеточ- ный лимфолейкоз представлен СВ8+-клетками. Можно предполагать, что существование только лейкозного варианта злокачественного лимфопролиферативного процесса СВ8+-клеток обусловлено какими-то особенностями адгезивных свойств их поверхности.
В тимусе человека нередко развиваются эпителиомы, обычно доброкачественные. Фенотипически они воспроизводят нормальные варианты эпителиоцитов различных отделов тимуса. В типичных случаях опухолевые эпителиальные клетки тимуса находятся в контакте с тимоцитами, причем тип тимоцитов варьирует: могут преобладать СВ4~СВ8~-клетки- предшественники субкапсулярного типа, кортикальные CD4+CD8+-th- моциты (чаще всего) или медуллярные субпопуляции зрелых Т-клеток. Лишь при некоторых вариантах злокачественных тимом происходит обеднение тимуса лимфоидными элементами, очевидно, в связи с утратой способности эпителиальных клеток взаимодействовать с тимоцитами. Детали этого взаимодействия не изучены.
В-клеточные лимфомы также неравномерно охватывают все области расселения В-клеток. Чаще они связаны с фолликулами, реже имеют диффузную структуру и локализуются в неструктурированных частях ти- , муснезависимых зон лимфоидных органов. Локализация двух разновидностей опухолей, образуемых антителообразующими клетками, — макро- глобулинемии Вальденстрема и множественной миеломы — соответствует локализации их нормальных прототипов. В-клетки, уже продуцирующие IgM, но не дифференцировавшиеся в плазмоциты, которые составляют морфологический субстрат макроглобулинемии Вальденстрема, содержатся в лимфоидных органах, где и локализуется этот патологический процесс, тогда как плазматические клетки мигрируют в костный мозг, с которым связано формирование очагов множественной миеломы.
Как и в случае Т-лимфоцитарных процессов, при злокачественном поражении В-лимфоцитов отсутствует какая-либо закономерная связь природы малигнизированных клеток с их вовлечением в процессы типа лейкозов и лимфом и со степенью лейкемизации последних. Очевидно,
основой этого соотношения является различный характер взаимосвязей между лимфоцитами данного типа и стромой. Остается непонятным, почему при наиболее распространенной форме хронического лимфолейко- за лейкозные клетки часто представляют собой CD5+ -лимфоциты, т.е. В1-клетки, в норме слабо рециркулирующие и локализующиеся в серозных полостях.
Особое место среди лимфопролиферативных процессов занимает лимфогранулематоз (болезнь Ходжкина). Природа немногочисленных и диффузно рассеянных опухолевых клеток (клеток Штернберга и клеток Ходжкина) при лимфогранулематозе точно не определена. Они экспрессируют мембранную молекулу CD30 и ряд маркеров, свойственных как В-лимфоцитам, так и клеткам миелоидного ряда. В настоящее время склонны считать, что эти клетки представляют собой злокачественные варианты АПК. Существует несколько вариантов данного заболевания, отличающихся численностью и интенсивностью активации лимфоцитов (главным образом Т-класса) в очагах поражения. При одной крайней форме, лимфогранулематозе с лимфоидным преобладанием, Т-клетки многочисленны и активно пролиферируют (по приведенной выше трактовке, вследствие презентации им неких субстанций — эквивалентов антигена). При другой крайней форме, узелковом склерозе, лимфопролиферация отсутствует, лимфоцитов мало, преобладает злокачественный процесс, захватывающий строму.
Генетические перестройки при лимфопролиферативных процессах
Общеизвестна та роль, которую играют онкогены в развитии опухолей. Утрата нормальной регуляции экспрессии протоонкогенов делает их активность бесконтрольной и превращает в онкогены. Это случается при пространственном перемещении протоонкогенов в процессе хромосомных перестроек или вследствие встраивания вирусных генов в геном клетки. Яркие и типичные примеры активации онкогенов, приводящей к развитию злокачественного процесса, описаны при лимфопролиферативных заболеваниях (табл. 112).
Подробно изучены транслокации участков хромосом 8 (содержащего протоонкогены с-тус) и 18 (содержащего протоонкоген bcl-2) в хромосому 14, в результате которых названные протоонкогены оказываются в непосредственном соседстве с геном тяжелой цепи иммуноглобулинов -Igh (рис. 134). Эти два типа перестроек служат предпосылкой развития соответственно В-клеточной лимфомы Беркитта и других вариантов В-кле- точной фолликулярной лимфомы. При лимфоме Беркитта может происходить перенос фрагмента хромосомы 8 с геном с-тус также в хромосомы 2 и 22, к локусам, занимаемым генами к- и Х-цепей иммуноглобулинов. При той же лимфоме вслед за транслокацией участка, содержащего ген с-тус, может последовать транслокация участка, который содержит ген bcl-2, что повышает злокачественность лимфопролиферативного процесса.
Лимфома Беркитта имеет вирусную природу. Ее вызывает вирус
Таблица 112. Транслокации хромосом при лимфопролиферативных заболеваниях
Заболевание
Гены, вовлекаемые в транслокации (в скобках — их локализация в хромосомах)
протоонкогены
гены рецепторов для антигена
Лимфома Беркитта
c-myc (8q24)
IghH (14q32); к (2pl2);
X(22qll)
Неходжкинские В-лимфомы
bcl-2 (18q21)
Igh (14q32)
Т-лимфомы (в частности, при атаксии-телеангиэктазии)
tcl-1 (14q32.1)
Неидентифицированные протоонкогены
(11р13, llpl5, 10q24, lp32) Неидентифицированные протоонкогены
(9q32, 9q34, 19pl3)
a/5(14qll), P(7q35)
a/5(14qll)
P(7q35)
Эпштейна—Барр, часто присутствующий в организме человека в латентной форме или вызывающий инфекционный мононуклеоз. Сущность инфекционного мононуклеоза состоит во временной доброкачественной пролиферации В-лимфоцитов. Причина пролиферации В-клеток при этом заключается в том, что один из продуктов вируса является транскрипционным фактором, способствующим индукции генов, причастных к митогенезу. При этом не происходит транслокаций указанного типа. Только формирование транслокаций служит предпосылкой развития лимфомы Беркитта при инфицировании вирусом Эпштейна—Барр. Оно происходит редко, при условии действия кофакторов. В определенных регионах Африки, где эти кофакторы распространены, лимфома Беркитта имеет характер эндемии. Тот же вирус при «содействии» других кофакторов вызывает два других заболевания — рак носоглотки (также имею- хций эндемический характер) и лимфогранулематоз. Таким образом, инфицирование вирусом Эпштейна—Барр является ведущим, но не единственным условием формирования генетических перестроек и развития лимфомы. В то же время между формированием транслокации и развитием лимфопролиферативного процесса имеется тесная связь.
Уже упоминалось о том, что частота злокачественных процессов, связанных с пролиферацией В-клеток, у человека выше, чем частота Т-клеточных лимфопролиферативных процессов. Обратная ситуация наблюдается при анализе злокачественного поражения лимфоидной ткани на фоне подавления иммунитета — при наследственных иммунодефицитах или после действия иммуносупрессивных агентов (облучения, химиопрепаратов). В этих случаях малигнизации чаще подвергаются Т-лимфоциты.
Особый интерес представляет ситуация при атаксии-телеангиэктазии, при которой иммунодефицит сочетается с нестабильностью хромо-
Рис. 134. Типичные транслокации, наблюдающиеся в В-клетках при лимфомах (см. табл. 112).В результате обмена участками хромосом в IgH-локус хромосомы (Хр.) 14 перемещается ген с-тус хромосомы 8 (при лимфоме Беркитта) или bcl-2 хромосомы 18 (при той же и других неходжкинских лимфомах).Рис. 134. Типичные транслокации, наблюдающиеся в В-клетках при лимфомах (см. табл. 112).В результате обмена участками хромосом в IgH-локус хромосомы (Хр.) 14 перемещается ген с-тус хромосомы 8 (при лимфоме Беркитта) или bcl-2 хромосомы 18 (при той же и других неходжкинских лимфомах).сом (см. раздел 5.1.1). При этом заболевании наблюдается два основных типа транслокаций, один из которых не сопровождается развитием опухолевых процессов, а другой приводит к формированию Т-клеточного лейкоза. Второй тип транслокаций затрагивает ген, локализованный в хромосоме 14q32.1 и обозначенный tcl-1 (по аналогии с генами bcl). Чаще всего фрагмент, содержащий этот ген, перемещается в участки хромосом, в которых локализуются гены полипеп- тидных цепей TCR, в первую очередь a/5(14qll), несколько реже — к гену 0 (7q35). В данном случае связь с вирусной инфекцией не прослеживается.
Рис. 134. Типичные транслокации, наблюдающиеся в В-клетках при лимфомах (см. табл. 112).
В результате обмена участками хромосом в IgH-локус хромосомы (Хр.) 14 перемещается ген с-тус хромосомы 8 (при лимфоме Беркитта) или bcl-2 хромосомы 18 (при той же и других неходжкинских лимфомах).
Рис. 134. Типичные транслокации, наблюдающиеся в В-клетках при лимфомах (см. табл. 112).
В результате обмена участками хромосом в IgH-локус хромосомы (Хр.) 14 перемещается ген с-тус хромосомы 8 (при лимфоме Беркитта) или bcl-2 хромосомы 18 (при той же и других неходжкинских лимфомах).
Вирус является основным причинным фактором развития другого Т-лимфо- пролиферативного процесса — острого Т-клеточного лейкоза взрослых. Он вызывается вирусом HTLV-1 — лимфотропным вирусом, по ряду свойств сходным с ВИЧ-1. Как и ВИЧ-1, он обладает сродством к CD4+ -лимфоцитам, однако вызывает их трансформацию, а не разрушение. Как и при лимфоме Беркитта, для индукции этого заболевания требуется «сотрудничество» вируса с кофакторами, имеющими эндемическую природу. Эндемической зоной для этой формы лейкоза являются южные Японские острова.
Во всех рассмотренных случаях протоонкогены перемещаются вВо всех рассмотренных случаях протоонкогены перемещаются вучастки хромосом, содержащие гены антигенраспознающих рецепторов BCR и TCR, в которых в норме происходят процессы реаранжировки, ос-
Во всех рассмотренных случаях протоонкогены перемещаются в
Во всех рассмотренных случаях протоонкогены перемещаются в
нованной на перестройке участков генома. Очевидно, это не случайно, и вирусы используют повышенную готовность этих участков к актам рекомбинации. Типичное следствие таких перемещений генов — злокачественная лимфопролиферация — находится в очевидной связи с запуском физиологической активации при воздействии на продукты этих генов — рецепторы для антигенов. Инфекционный мононуклеоз является процессом, моделирующим ту же ситуацию в доброкачественном варианте.
Иммунные функции при лимфопролиферативных процессах
Представляет интерес, способны ли малигнизированные лимфоидные клетки выполнять свои функции. Наиболее четкий ответ на этот вопрос получен при изучении малигнизированных плазмоцитов при множественной миеломе. Еще в начале 70-х годов было установлено, что при этом заболевании в сыворотке крови электрофоретически выявляется гомогенный пик (М-ком- понент), который образуют иммуноглобулины. Затем было показано, что эти иммуноглобулины обладают активностью антител, причем идентичной для всех молекул. Специфичность таких антител невозможно предсказать. Иногда эти антитела связывают даже синтетические неприродные гаптены. Чаще всего такие антитела были направлены против иммунодоминантных компонентов бактерий, например фосфорилхолина. Все эти данные свидетельствуют о моноклональном происхождении указанных иммуноглобулинов-антител. Это вполне соответствует представлениям о клональной структуре иммунной системы и служит свидетельством того, что множественная миелома является следствием малигнизации клона плазмоцитов, причем «выбор» клона осуществляется случайно.
Таким образом, по крайней мере при малигнизации эффекторных клеток иммунной системы они сохраняют свою функцию, которая в случае плазмоцитов состоит в секреции антител заданной специфичности. Однако на уровне популяции клеток и организма в целом задача, связанная с иммунным ответом, оказывается невыполненной, поскольку, во- первых, ответ малигнизированных плазмоцитов не является адаптивным, во-вторых, он моноклонален, т.е. не может адекватно отразить множественность антигенных стимулов, имеющихся при инфицировании и других видах биологической агрессии. Более того, при этом срабатывают регуляторные механизмы, направленные на ограничение миеломного процесса как избыточного иммунного ответа. В результате миеломная пролиферация не ослабевает (поскольку злокачественные клетки не отвечают на регуляторные стимулы), тогда как способность к нормальному иммунному ответу подавляется.
Моноклональность свойственна всем злокачественным лимфопролиферативным процессам. Однако в других случаях пролиферации зрелых форм лимфоцитов ее удается зарегистрировать не по продуктам клеток, а в результате генетического анализа реаранжировки генов BCR и TCR. Результаты этого анализа дают однозначный ответ: характер перестройки генов идентичен для злокачественных клеток в каждом конкретном случае, но различен для любых сравниваемых случаев.
Представляют интерес немногочисленные результаты систематического анализа комплекса цитокинов, продуцируемых зрелыми малигнизированными лимфоцитами, в частности Т-клетками при двух формах кожных лимфом — синдроме Сезари и грибовидном (фунгоидном) микозе. Синдром Сезари проявляется как эксфолиативная эритродермия с инфильтрацией кожи Т-лимфоцитами, имеющими дольчатое ядро, и поступлением этих лимфоцитов в циркуляцию (лейкемизацией). При грибовидном микозе Т-клетки имеют мозговидную форму, лейкемизации при этой форме лимфомы не происходит. При изучении продуктов трансформированных Т-клеток при синдроме Сезари выявлены ИЛ-4 и 5, а при грибовидном микозе — ИЛ-2 и интерферон у. Хотя это и дало основание трактовать опухолевые клетки при названных заболеваниях соответственно как Th2 и ТЫ, по-видимому, потребуются более детальные и масштабные исследования, чтобы окончательно утвердиться в этом мнении.
По-видимому, в большинстве случаев злокачественных заболеваний с вовлечением в процесс зрелых лимфоцитов трансформированные клетки сохраняют уже сформировавшиеся функции, особенно секреторные, так же как экспрессию свойственных им маркерных молекул, функционально значимых рецепторов и молекул адгезии. «Правильное» следование свойственным им путям миграции позволяет считать, что экспрессируемые молекулы действительно выполняют свои функции. В то же время сомнительно, чтобы малигнизированные клетки могли адекватно реагировать на регуляторные сигналы, контролирующие их специфическую активность, и практически невозможно проверить, способны ли лейкозные CD8+-T- клетки осуществлять цитолиз клеток-мишеней.
Немногочисленные попытки при лимфопролиферативных заболеваниях проанализировать состояние компонентов иммунной системы, не затронутых малигнизацией, свидетельствуют о преобладании отрицательных регуляторных влияний. Последние обусловлены активацией супрессорных клеток и направлены на ограничение неадекватного гиперфункционирования клонов лимфоцитов, вовлеченных в патологический процесс. К этому надо добавить, что объем нормального компонента, как правило, уменьшен в связи с вытеснением его малигнизированными клетками. В результате при всех заболеваниях указанной группы (особенно при лейкозах) развивается тотальный иммунодефицит.
;
Лимфопролиферативные процессы — это злокачественные заболевания, основой которых служит бесконтрольная пролиферация лимфоидных клеток. В пролиферацию вовлекаются лимфоциты конкретных типов и стадий развития. Заболевания этой группы протекают в форме лимфом и лимфолейкозов. В-клеточные лимфомы локализуются в лимфоидных органах, Т-клеточные — в коже. В основе лимфопролиферативных процессов часто лежат хромосомные перестройки. Хотя функция малигнизированных лимфоцитов частично сохраняется, в связи с моноклональной природой пролиферации при этих заболеваниях ослабляется эффективность иммунной защиты.
ЦентрифугированиеЦентрифугированиеI—мононуютеаровI—мононуютеаровОсадок эритроцитов и гранулоцитовОсадок эритроцитов и гранулоцитов
Центрифугирование
Центрифугирование
I—мононуютеаров
I—мононуютеаров
Осадок эритроцитов и гранулоцитов
Осадок эритроцитов и гранулоцитов
Рис. 135. Принцип выделения мононуклеарных клеток из крови путем ее центрифугирования над слоем, содержащим смесь фиколл—гипак.
В результате центрифугирования между слоями плазмы и смеси фиколл-гипак (в интерфазе) оказываются мононуклеары (лимфоциты и часть моноцитов), а на дне пробирки — эритроциты, гранулярные лейкоциты и часть моноцитов.
ПРИНЦИПЫ ИММУНОДИАГНОСТИКИ
И ИММУНОТЕРАПИИ
Основы современной иммунодиагностики
Практическая задача оценки состояния иммунной системы стала очень актуальной в середине 70-х годов, в период становления клинической иммунологии. С тех пор арсенал клинической иммунологии существенно возрос, однако еще далек от полноты, которая удовлетворила бы потребности клиники.
Традиционно методы клинико-иммунологических исследований разделяют на методы оценки естественного клеточного и гуморального антигенспецифического иммунитета. В зависимости от степени глубины и детализации анализа иммунологических отклонений различают несколько уровней иммунологического обследования: от ориентировочного первого уровня, задача которого состоит в том, чтобы выявить наличие (Нарушений в основных отделах иммунной системы без точного выяснения их природы, до более высоких уровней с более или менее детальным анализом природы отклонений.
В современной практике клинико-иммунологических исследований основным объектом анализов является кровь — как ее клеточные компоненты, так и сыворотка. Большой методической удачей, определившей прогресс клинической иммунологии на три десятилетия, была разработка в 70-х годах метода выделения мононуклеарной фракции на слое фикол- ла, смешанного с рентгеноконтрастным веществом гипаком (известным также под названиями «пак», «верографин» и др.). Схематически метод Показан на рис. 135. В настоящее время в поле внимания иммунологов наряду с мононуклеарной фракцией все чаще оказывается фракция гранулоцитов.
Моноклональные антитела, меченные различными флюорохромами
a
Клетки, несущие различные маркеры
оооо
£
Связывание меченых антител с поверхностью клеток в соответствии с распределением маркеров
3. Красное окрашивание Однопараметрический анализ
2. Зеленое окрашивание Однопараметрический анализ
1. Контроль Однопараметрический анализ
4. Двухцветное окрашивание Двупараметрический анализ
Рис. 136. Цитофлюориметрическое исследование мембранного фенотипа клеток, а. Клетки обрабатывают моноклональными антителами к их мембранным антигенам, конъюгированными флюорохромами. В случае одновременного изучения нескольких маркерных антигенов используют мечение флюорохромами, контрастными по цвету, б. Клетки, обработанные мечеными антителами, протекают по капилляру; при воздействии на них луча лазера генерируются различные сигналы (от прямого и бокового светорассеяния и от свечения различных флюорохромов), которые регистрируются и анализируются прибором, в. Результаты компьютерного анализа выражаются в виде гистограмм, одно- и двупараметрических, отражающих распределение клеток по интенсивности свечения одного или двух флюорохромов. Результаты выражают в процентах меченых клеток и средней интенсивностью свечения. В случае использования двух флюорохромов учитывают процент клеток, меченных каждым типом флюорохрома и обоими красителями одновременно.
Достаточно трудоемкий и очень целенаправленный путь поисков привел к отбору лабораторных методов и методологий, с одной стороны, дающих адекватный ответ на вопросы, стоящие перед клинической иммунологией, с другой — не очень дорогих и громоздких и по возможности доступных для автоматизации. На этом пути иммунологи практически полностью отказались от методов, основанных на розеткообразовании. Это были первые методы, которые позволили иммунологам определять Т- и В-лимфоциты человека в период, когда отсутствовали необходимые антитела для выявления этих клеток. Число недостатков у этих методов достаточно велико: неоднозначность трактовки результатов (они зависят от условий постановки реакций, качества реагентов, определяются состоянием не только маркерных молекул, но и цитоскелета и др.), трудности, связанные с их стандартизацией и автоматизацией. Проблему определения субпопуляций удалось исчерпывающе решить после разработки проточной цитофлюорометрии, стимулированной появлением рынка моноклональных антител к маркерным молекулам иммуноцитов. Схема ци- тофлюориметрического анализа клеток иммунной системы представлена на рис. 136.
Другим подходом, который широко используется в современной клинической иммунологии, явился комплекс методов, основанных на иммуноферментном анализе (рис. 137). Этот метод в настоящее время хорошо оснащен инструментально и нашел столь же универсальное применение для определения концентрации растворимых молекул, какое получила проточная цитофлюорометрия для идентификации мембранных маркеров клеток. Число таких базисных подходов, удовлетворяющих современным научным и техническим требованиям, в клинической иммунологии невелико. Иногда они оказываются малодоступными из-за дороговизны приборов и тест-систем, однако именно вокруг них концентрируются усилия разработчиков новых методов клинико-иммунологических исследований.
При лабораторной оценке нарушений естественного иммунитета, как правило, определяют фагоцитарную активность или генерацию метаболически активных радикалов и оценивают состояние системы компле- ■ мента. Хотя определение показателей фагоцитоза (фагоцитарный индекс, фагоцитарное число) с помощью микроскопического подсчета фагоцити- • рующих клеток и фагоцитированных объектов является методически корректным, в последние годы стали разрабатывать модификации метода, позволяющие стандартизировать и автоматизировать регистрацию его результатов. К таким модификациям относится, например, фагоцитоз частиц латекса, меченных флюорохромом, что дает возможность регистрировать результаты цитофлюорометрически.
Широко распространен метод оценки активности фагоцитирующих клеток по восстановлению нитросинего тетразолия в цветной цитохимической реакции. Результаты определения дают возможность оценить генерацию формазана по появлению синего окрашивания. Аналогичный результат дают люминесцентные методы регистрации образования метаболически активных форм кислорода и свободных радикалов методами регистрации хемилюминесценции, усиливаемой люминофорами (люми-
бб
б
б
Рис. 137. Принципы твердофазного иммуноферментного анализа.
а. Конкурентный иммуноанализ. Антиген фиксируют на твердой фазе (обычно на пластиковой поверхности 96-луночных плашек). Связывание с ним антител оценивают с помощью ферментной метки, подсоединяемой к этим антителам или к «антителам второго порядка» — анти-IgG, взаимодействующим с антителами, фиксированными на антигене. Ферменты выявляют с помощью цветных реакций, продукты которых определяются спектрофотометрически (на приборе, называемом мультисканом). Исследуемый материал вводят в реакционную смесь вместе с антителами. Если он содержит антиген, степень связывания антител с твердой основой снижается (их «перехватывает» антиген). Аналогично при наличии в исследуемой жидкости антител они конкурируют с мечеными антителами первого порядка за связывание с фиксированным антигеном. Таким образом, присутствие антигена или антитела в исследуемом материале проявляется в ослаблении связывания меченых антител и снижении интенсивности окрашивания лунок, б. Двуцентровой иммуноферментный анализ. На пластиковой поверхности фиксируют антитела. Если в исследуемом растворе содержится антиген, он связывается с фиксированными антителами. Затем в систему вводят антитела, взаимодействующие с другим эпитопом антигена и выявляют связывание антител с помощью анти-1§О-антител, меченных ферментом. Чем больше антигена содержится в исследуемом растворе, тем интенсивнее будет окрашивание лунки.
нолом и люцигенином). Оценка хемилюминесценции является предпочтительным методом, поскольку это свечение может регистрироваться автоматически с помощью хемилюминометра.
Ранее состояние системы комплемента оценивали с использованием громоздкой гемолитической системы, позволяющей получить суммарное представление об активности системы комплемента. В настоящее время стало доступным определение индивидуальных факторов комплемента иммуноферментным методом с помощью моноклональных антител.
Определение факторов гуморального иммунитета включает подсчет В-лимфоцитов в периферической крови, определение концентрации иммуноглобулинов основных классов, а в особых случаях субклассов IgG. Адекватными тестами на В-лимфоциты является их цитофлюорометри- ческое определение с использованием поликлональных антител к общим детерминантам иммуноглобулинов или моноклональных антител к одному из пан-В-клеточных маркеров, чаще всего CD19,20 или 72. Методом двойной иммунофлюоресценции с использованием антител к CD 19 и 5, меченных разными флюорохромами, в специальных случаях определяется субпопуляция В1.
Концентрацию IgM, IgG и IgA, а также типы легких цепей иммуно-
глобулинов обычно определяют методом радиальной иммунодиффузии по Манчини с использованием поликлональных антител. Однако в особых случаях для этого используют иммуноферментные (обычно иммуно- сорбентные) тест-системы и моноклональные антитела. Изотипы IgG определяют практически исключительно с помощью иммуноферментных тест-систем и моноклональных антител. Определение IgE проводят радиоиммунным и иммуноферментным методами в рамках аллергологического обследования (см. раздел 5.2.1).
В клинической иммунологии основой оценки клеточного звена является цитофлюорометрическое определение Т-лимфоцитов (с применением антител к СОЗ) и их субпопуляций — хелперной и киллерно-супрессорной (СО4+ и CD8+), а в последнее время также «наивных» Т-клеток и Т-клеток памяти (соответственно CD45RA+ и CD45R0+). Иногда используют определение субфракций хелперных клеток — индукторов хелперов (СО4+СО29+) и индукторов супрессоров (CD4+CD45R0+) и субфракций СО8+-клеток — прекиллеров (CD8+CDllb+) и предшественников супрессоров (CD8+Leu7+). Однако этот подход нельзя признать достаточно строго обоснованным. Применение при проточной цитометрии двух меток — антител, направленных к двум разным маркерам и конъюгированных с разными флюорохромами — существенно повышает информативность анализа клеток.
Для определения NK-клеток используют цитофлюорометрическое выявление CD56+-клеток. Иногда применяют двойное флюоресцентное окрашивание: одновременно определяют экспрессию CD56 и 3, CD56 и 57, CD56 и 16 и других комбинаций. Классические NK-клетки имеют фенотип CD56+CD57+. Субфракция К-клеток идентифицируется как большие гранулярные СП16+СПЗ--лимфоциты. СП56+СП16+-клетки рассматриваются как фракция1 естественных киллеров, одновременно обладающая активностью К-киллеров (эффекторов антителозависимой клеточной цитотоксичности). Клетки, одновременно несущие CD3 и CD16/CD56, рассматриваются как разновидность Т-лимфоцитов с активностью неспецифических киллеров (NKT-клетки). Параллельно с определением мембранного фенотипа желательно определять функциональную активность NK-клеток в 4-часовом тесте клеточно-опосредованного цитолиза, регистрируемого по выходу 51Сг.
Функциональное тестирование Т- и В-лимфоцитов представляет большие трудности. Обычно в клинико-иммунологических лабораториях используют реакцию бластной трансформации in vitro для оценки пролиферативного ответа мононуклеаров крови на митогены, специфичные для Т- и В-клеток (см. разедл 3.5.1). В качестве Т-клеточных митогенов применяют фитогемагглютинин (ФГА), реже конканавалин А (КонА), в качестве В-клеточного митогена — бактериальный липополисахарид. Иногда клетки тестируют на способность к ответу на митоген лаконоса. Этот ответ В-клетки осуществляют при участии Т-хелперов (модель индукции тимусзависимого гуморального ответа). При всех вариантах митогенной стимуляции регистрируется пролиферативный ответ клеток (радиометрически — по включению одного из предшественников ДНК — 3Н-тимидина). Иногда с этой же целью применяют МТТ-тест, основан-
ный на изменении цвета, связывающегося с клетками красителя — бромида 3-[4,5-диметилтиазол-2-ил]-2,5-дифенил 2-тетразолия (МТТ) — из синего в желтый. Результаты регистрируются цитофотометрически на пластиковых панелях. Выход клеток в цикл и процент клеток, находящихся в фазе S, можно регистрировать также методом проточной цитометрии. При этом выявляется содержание в клетках ДНК, оцениваемое по окрашиваемости йодидом пропидия. Формирование пика тетраплоид- ных клеток означает переход части клеток в 8/С2-фазу клеточного цикла. Ответ В-лимфоцитов на митоген лаконоса может регистрироваться также по синтезу иммуноглобулинов различных классов иммуноферментным методом.
Функциональные тесты на активность субпопуляций Т-клеток почти не используют в клинико-иммунологических лабораториях. Тест иммунного цитолиза, опосредованного Т-клетками, значительно сложнее для выполнения, чем аналогичный тест на активность NK-клеток, поскольку он требует более длительного культивирования и методических усилий для индукции эффекторных клеток — Т-киллеров. Достаточно громоздким является и тест на активность супрессоров, индуцируемых КонА (не говоря о некоторой неясности генеза таких клеток): требуется двуступенчатая система культивирования — для генерации супрессоров с помощью КонА и определения их активности по подавлению пролиферации Т-клеток, стимулированных ФГА.
Все шире распространяются (пока в исследовательских лабораториях) методы иммуноферментного определения цитокинов в сыворотке крови, других биологических жидкостях (например, ИЛ-1 и 6, ФНОа в синовиальной жидкости при ревматоидном артрите), а также в супернатантах культур стимулированных клеток (моноцитов, макрофагов или лимфоцитов). Этот подход позволяет не только оценить уровень соответствующих цитокинов и способность клеток вырабатывать их, он дает возможность сопоставить активность двух типов Т-хелперов — ТЫ и Th2, что должно в значительной степени обусловливать тактику иммуномодулирующих воздействий. Однако определение цитокинов пока дорого. Кроме того, оно имеет недостаток, свойственный большинству функциональных тестов, — необходимость культивирования клеток в стерильных условиях. Для определения ТЫ- и ТЬ2-лимфоцитов требуются предварительное культивирование в присутствии ИЛ-2 (12—15 сут) и клонирование пролиферирующих Т-клеток. Предобразованные ТЫ и ТЬ2-клетки определяют цитофлуорометрически с помощью моноклональных антител к ключевым цитокинам (интерферону у- и ИЛ-4), выявляя эти цитокины в цитоплазме клеток. Методы определения цитокинов в биологических тест-системах (костимуляция тимоцитов, поддержание роста клеточных линий, зависимых от цитокинов) едва ли имеют перспективы практического использования из-за громоздкости и неспеци- фичности.
Показателем несовершенства арсенала клинической иммунологии является то, что практически отсутствуют методы оценки антигенспеци- фического иммунного ответа. Существующие подходы сводятся к определению в сыворотке титров естественных изоагглютининов и антител к
распространенным микроорганизмам, а также к постановке кожных проб на их продукты. Весьма ограничен арсенал тестирования in vivo состояния клеточного иммунитета. Это внутрикожные тесты, которые позволяют выявить ответ организма на гаптены, вызывающие контактную гиперчувствительность (динитрохлорбензол), распространенные антигены (кандидозный антиген, стрептокиназа-стрептодорназа, туберкулин и др.) или митогены (ФГА). Такие тесты весьма информативны, поскольку отражают реальное состояние клеточного звена иммунной системы, но их недостатком являются инвазивность и временные затраты.
Хотя используемые в настоящее время технологии клинико-иммунологических исследований еще полностью не исчерпаны (и даже не до конца освоены, особенно в нашей стране), в работу научных лабораторий, а затем и клинико-иммунологическую практику внедряются лабораторные технологии следующих поколений. Прежде всего это касается методов, основанных на достижениях молекулярной биологии, особенно молекулярной генетики. Ярким примером уже реализованного использования этих подходов является генотипирование молекул МНС (особенно МНС II класса), основанное на применении полимеразной цепной реакции. Этот метод позволяет выявлять специфичности, не доступные для традиционного серотипирования, а в случае определения некоторых молекул МНС II класса метод генотипирования не имеет альтернатив. Полимеразная цепная реакция используется для обнаружения малых количеств вирусных и других инфекционных агентов, однако различные ее модификации применимы также для анализа иммунологических объектов, например вариабельности генов В- и Т-клеточных рецепторов, который пока недоступен для клинических иммунологов. Другим примером новых технологий, которые предстоит внедрить в клиническую иммунологию, могут служить использование сенсорных систем при иммунологическом тестировании и другие подходы.
При очевидной быстроте технологического прогресса в клинико-иммунологических исследованиях тем не менее очевидно, что традиционные методы исследований на долгие годы сохраняют свою реальную значимость в этой области. Наиболее важной задачей клинических иммунологов должны быть строгое отношение к трактовке результатов лабораторных иммунологических тестов, получаемых при использовании различных по своему уровню методов, и отказ от явно устаревших методических подходов, особенно при наличии доступных современных методов.
Принципы иммунотерапии
Потребность в иммуномодуляторах, т.е. фармакологических средствах, Влияющих на иммунную систему, возникает в следующих ситуациях:
при лечении иммунодефицитных состояний;.
для подавления патологических процессов иммунной природы;
для предотвращения отторжения трансплантатов.
В первом случае требуются преимущественно иммуностимулирую-
Таблица 113. Иммуностимуляторы, разрешенные к медицинскому применению в западных странах и Японии
Препарат
Происхождение
Клиническое применение
Препараты
микробного про и
схождения
БЦЖ (США, Европа)
Живые микобактерии
Рак мочевого пузыря
Пицибанил (Япония)
Экстракт Str.pyrogenes
Рак желудка и др.
Крестин (Япония)
Грибковый полисахарид
То же
Лентинан (Япония)
То же
НИ
Биостим (Европа)
Экстракт Kl.pneumoniae
Хронические и рецидивирующие инфекции
Бронхо-Ваксом (Европа)
Экстракт из 8 видов бактерий
То же
Препараты
тимусного про и
схождения
Тимостимулин (Европа)
Экстракт, состоящий из смеси пептидов тимуса
Рак и инфекции
Т-активин (Россия)
То же
То же
Тим-увокал (Германия) Тимомодулин (Италия)
«1к
Химич
ес к и чистые препараты
Ромуртид (Япония)
Мурамил дипептид
Стимуляция лейкопоэза
Тимопентин ТР-5 (Италия, Германия)
Пентапептид
Ревматоидный артрит, инфекция и рак
Левамизол (США)
Фенил имидотиазол
Рак
Инозин пранобекс (Европа)
Инозин-солевой комплекс
Инфекция
Поли AU (Франция)
Двухцепочечный полинуклеотид из адениловой и урациловой кислот
Рак молочной железы
щие средства, в двух других — иммуносупрессорные. Как правило, при лечении заболеваний, связанных с поражением иммунной системы, необходима не столько иммуностимуляция и иммуносупрессия в чистом виде, сколько коррекция — исправление нарушенных иммунологических функций. Достижению этой цели помогает применение иммунокорректоров, т.е. средств, которые доводят измененные показатели до уровня нормы (вне зависимости от направленности исходных отклонений) и не влияют на нормальные показатели. Именно такие средства оптимальны для использования в иммунотерапии.
Основными средствами лечения аллергических процессов в настоя- ssn
Таблица 114. Иммуномодуляторы, разрешенные к медицинскому применению в России
Препарат
Происхождение
Клиническое применение
Пре
параты микробного г
[роисхождения
Пирогенал
Липополисахарид Ps.aeruginosa
Хронические инфекции, некоторые аллергические процессы, псориаз, дерматозы
Продигиозан
Липополисахарид Ps.prodigiosum
Хронические инфекции, длительно незаживающие раны
Рибомунил*&
Рибосомы KLpneumoniae, Str.pneu- moniae, Str.pyogenes, H.influenzae, пептидогликан S.pneumoniae
Хронические неспецифические заболевания дыхательных путей
Нуклеинат
Натриевая соль нуклеиновой
Хронические вирусные и бакте-
натрия*
кислоты, получаемая из дрожжей
риальные инфекции, лейкопении
Пр
епараты тимусного происхождения
Тактивин
Пептиды из экстракта тимуса крупного рогатого скота
Заболевания с поражением Т- системы иммунитета, некоторые аутоиммунные процессы, лимфопролиферативные заболевания
Тималин
То же
Заболевания с поражением Т-системы иммунитета
Тимоптин
Ith
То же
Тимактид
ОII
IIи
Тимосаимулин
11II
IIи
Вилозен
IIII
Аллергические заболевания верхних дыхательных путей
Прела
раты костномозгового происхождения
Миелопид*
Цитокины
Пептиды, синтезируемые клетками костного мозга
Заболевания с поражением гуморального иммунитета
Молграстим (Лейкомакс)&
Колониестимулирующий фактор
Лейкопении
Реаферон*
Рекомбинантный интерферон а
Вирусные инфекции, опухоли
Беталейкин
ИЛ-1
Опухоли
Ронколейкин
ИЛ-2
Синтетические п{
Опухоли, гнойные и септические процессы, травмы
) е п а р а т ы
Левамизол2,3,5,6-тетрагидро-6-фенил-
(декарис)имидазо[2,1-Ь]-тиазол гидро
хлорид
Первичные и вторичные иммунодефициты, аутоиммунные процессы, опухоли
Продолжение
Препарат
Происхождение
Клиническое применение
Диуцифон*
пара-пара-(2,4-диоксо-6-метил- пиримидинил-5-сульфо-но- аминодифенилсульфон
Заболевания с поражением
Т-системы иммунитета
Полудан
Полиаденилуридиловая кислота
Вирусные заболевания глаз
Леакадин
2-карбамоил азиридин
Лейкопении, тромбоцитопении
Кемантан*
Адамантансодержащее соединение
Вторичные иммунодефициты, синдром хронической усталости
С и н т е
тические аналоги эндогенных веществ
Тимоген
Глютамил триптофан
Заболевания с поражением клеточного иммунитета
Ликопид*
Глюкозаминилмурамил дипептид
Острые и хронические гнойновоспалительные процессы, хронические заболевания легких, псориаз
Примечание. & Зарубежные препараты.
* Препараты из списка жизненно необходимых лекарственных средств, утвержденных М3 России (1995).
щее время являются препараты, воздействующие на патохимическую и патофизиологическую фазы аллергических реакций (антигистаминные препараты, р-агонисты и т.д.). Они не относятся к иммуномодуляторам в узком понимании этого слова. В то же время иммуномодуляторы — агенты, действующие на иммунологическую фазу процесса, — все шире используются при лечении аллергических заболеваний.
В табл. 113 и 114 приведены сведения об иммунотропных средствах, используемых в клинике за рубежом и в России.
Иммуномодуляторы преимущественно стимулирующего или корригирующего действия
Несколько модифицируя схему Б.В.Пинегина, выделим следующие группы иммуномодулирующих средств.
Препараты на основе природных факторов.
Препараты, происходящие из организма человека и высших позвоночных.
Препараты иммуноглобулинов.
Пептидные препараты.
Пептиды тимусного происхождения.
Пептиды иной природы.
Препараты на основе цитокинов.
Интерфероны.
Интерлейкины и другие цитокины.
Препараты микробного происхождения.
Препараты на основе компонентов клеточной стенки бактерий.
Препараты на основе нуклеиновых кислот.
Прочие препараты микробного происхождения.
Синтетические препараты.
Циклические соединения.
Полиэлектролиты.
Синтетические аналоги природных иммуномодуляторов.
Другие синтетические иммуномодуляторы.
Препараты иммуноглобулинов. Среди средств иммунотерапии, в основе которых лежит преимущественно заместительный механизм действия, первыми должны быть названы препараты иммуноглобулина человека. Их готовят из смеси сывороток, полученных от большого числа людей (не менее 5000). Иммуноглобулины выделяют спиртовым осаждением (II фракция по Кону). Однако в связи с тем что эффективные дозы препаратов бывают достаточно велики и, требования к препаратам иммуноглобулинов для внутривенного введения существенно возросли; в их производстве используют усовершенствованные технологии (частичное расщепление протеолитическими ферментами, восстановление и алкилирование, дополнительные этапы хроматографической очистки и т.д.). При этом важно, чтобы в препарате отсутствовали молекулярные агрегаты, которые способны вызвать активацию комплемента, внутрисосудистое свертывание крови и другие тяжелые осложнения у реципиентов.
Препараты иммуноглобулинов содержат естественные антитела к различным патогенам (в частности, к вирусам) и с успехом применяются для повышения резистентности к разнообразным инфекциям, особенно у лиц с иммунодефицитами. При использовании этих препаратов проявляется также регуляторная активность иммуноглобулинов, которую, однако, трудно учесть и однозначно предсказать. В тех случаях, когда требуется прицельное повышение устойчивости к конкретным инфекционным агентам, используют препараты иммуноглобулинов, обогащенные соответствующими антителами.
Пептидные иммуномодуляторы. После в целом неудачных попыток восполнить дефицит функции тимуса подсадкой этого органа, стали широко разрабатываться подходы к замещению функции тимуса с помощью экстрагированных из него гуморальных факторов. Первым препаратом такого рода стала 5-я фракция тимозина теленка, которую выделил и исследовал A.Goldstein. В настоящее время существует много препаратов гуморальных факторов тимуса — комплексных и мономолекулярных, естественных и синтетических. В России созданы и применяются три комплексных препарата тимуса: тималин (авторы В.Г.Морозов и В.Х.Хавин- сон; в основу его получения положена уксуснокислая экстракция пептидов), тактивин (автор В.Я.Арион) и тимоптин (авторы Е.С.Скобельцына и соавт.). Два последних препарата получены в результате модификации технологии получения 5-й фракции тимозина. Среди препаратов на основе конкретных тимусных пептидов, которые в настоящее время полу-
чают методом химического синтеза, наиболее известны тимулин (Zn-зависимый гормон тимуса), тимопентин (фрагмент гормона тимопоэтина, соответствующий остаткам 32—36 — Arg—Lys—Asp—Vai—Туг), а также оригинальные отечественные препараты тимоген, представляющий собой дипептид Glu—Тгр, синтезированный В.И.Дейгиным и соавт., и гексапептид иммунофан (В.В. Лебедев).
В действии всех препаратов этого ряда много общего, и четкое дифференцирование показаний к применению каждого из них отсутствует. Надежды на то, что эти препараты могут заменить тимус и вызвать дифференцировку зрелых Т-клеток из костномозговых предшественников, не оправдались. Точный механизм действия этих препаратов до сих пор неизвестен. Есть сведения, что они усиливают выработку комплекса ТЫ-цитокинов. Для некоторых препаратов установлена способность повышать исходно сниженную активность супрессорных Т-клеток (что служит обоснованием для их применения при аутоиммунной патологии). В действии тимусных препаратов отсутствует строгая специфичность в отношении Т-клеток: установлено их влияние на макрофаги и В-лимфоциты (не исключено, что эти эффекты опосредованы действием на Т-клетки). Преимуществом данных препаратов являются мягкость и корригирующий характер их действия, а также практически полное отсутствие побочных эффектов и осложнений. Комплексность ряда препаратов этой группы проявляется одновременно как их преимущество, обеспечивая более широкий спектр эффектов, и как недостаток, затрудняя стандартизацию препаратов. Применение препаратов этой группы показано при вторичных иммунодефицитах различной природы. Оправданность их использования при аутоиммунных процессах нуждается в уточнениях.
В России создан оригинальный пептидный препарат миелопид (авторы Р.В.Петров и А.А.Михайлова) на основе растворимых продуктов. Основной эффект препарата состоит в усилении антителообразования при действии в продуктивную фазу иммунного ответа на зрелые антителообразующие клетки. Первоначально постулированная специфичность действия в отношении В-лимфоцитов не подтвердилась: пептиды влияют на различные клетки иммунной системы, причем даже В-клеточные эффекты частично реализуются с участием Т-лимфоцитов. Эффект миелопеп- тидов (пептидов, входящих в состав миелопида) проявляется в определенной степени через действие на опиатные рецепторы лимфоцитов. Выделение и характеристика индивидуальных миелопептидов показали, что, во-первых, суммарные эффекты миелопида «разделяют» между собой отдельные пептиды и, во-вторых, пептиды, количественно преобладающие в составе препарата, являются фрагментами гемоглобина. Очевидно, этот факт отражает ранее не установленный вклад гемоглобина в формирование микроокружения костного мозга (напомним, что костному мозгу принадлежит ведущая роль в выработке антител во время вторичного иммунного ответа).
Еще один пептидный препарат (или группа препаратов) обозначается как фактор переноса. Он представляет собой пептидную фракцию диализата лейкоцитов человека. Исходно рассчитывали, что этот фактор спо-
собен переносить специфическую Т-клеточную сенсибилизацию. По-ви- димому, этого не происходит и иммунотропное действие фактора реализуется иными путями. Как и в случае некоторых других пептидных препаратов, проявления лечебных эффектов фактора переноса не очень закономерны и не вполне четки, но не опасны для организма. Фактор переноса используют при иммунодефицитных состояниях и хронических инфекционных процессах.
Препараты цитокинов. Среди цитокинов ранее всего в медицинскую практику вошли препараты интерферона; с ними связаны наиболее очевидные успехи цитокинотерапии. Первоначально интерфероны применяли в виде очищенных экстрактов из лейкоцитов или продуктов клеток, инфицированных вирусами. Главной областью их применения было лечение вирусных заболеваний. В настоящее время практически все препараты получают на основе рекомбинантных интерферонов, хотя достаточно широко используется также комплексный препарат лейкин- ферон, содержащий наряду с интерферонами ИЛ-1 и б, ФНОа и другие цитокины. Среди рекомбинантных интерферонов чаще других применяют интерферон а (особенно интерфероны аз). К наиболее распространенным препаратам интерферонов относятся реаферон, реальдирон, виферон, роферон (все на основе рекомбинантного интерферона аза), интрон (интерферон а2ь), берофор (интерферон азе), бетаферон (интерферон Р), гаммаферон (интерферон у). К этим препаратам «примыкают» лекарственные препараты индукторов интерферона (циклоферон, амик- сан, камедон, полудан, ридостин и др.).
Среди основных показаний к использованию интерферонов остаются вирусные заболевания: различные проявления герпеса, гепатиты, кондиломы и бородавки вирусного происхождения, острые респираторные вирусные заболевания и др. Однако все шире их применяют при лечении злокачественных новообразований. Наилучший эффект достигнут при лечении интерферонами (в основном интерфероном а) лимфо- и миелопролиферативных процессов: острых лейкозов, волосоклеточного лейкоза, хронических лимфо- и миелолейкозов, неходжкин- ских лимфом, множественной миеломы, а также меланомы, рака почки, молочной железы, мочевого пузыря, глиомы, саркомы Капоши. С определенной осторожностью интерфероны начинают использовать при лечении некоторых аутоиммунных и аллергических процессов. Дозировка интерферонов при терапии злокачественных опухолей примерно на порядок превышает таковую при лечении вирусных заболеваний (разовые дозы соответственно 107 и 106 ME), а длительность лечебных курсов составляет несколько месяцев, в связи с чем могут развиваться токсические эффекты препаратов, которые проявляются в виде гриппоподобного синдрома, иногда более тяжелых общетоксических синдромов (см. раздел 3.4.2).
Широкое применение нашли препараты рекомбинантных колониестимулирующих факторов ГМ-КСФ (лейкомакс, молграстим и др.) и Г- КСФ (нейкоген, ленограстим), которые используют для нормализации подавленного гемопоэза и активации миелоидно-моноцитарного звена иммунной системы. Их используют, в частности, на фоне цитотоксичес-
кой терапии опухолей и индуцированной иммунодепрессии при аллотрансплантации.
Ряд препаратов на основе цитокинов разработан с целью применения при терапии злокачественных опухолей. Особое внимание при этом уделялось препаратам ИЛ-2. Известны лекарственные формы ИЛ-2: интерлейкин 2 фирмы «Cetus», а также препараты других фирм — пролейкин, ронколейкин и др. Эффективность ИЛ-2 доказана при меланоме и первичном раке почки. Положительные результаты получены также при лейкозах, лимфомах и некоторых солидных опухолях. Однако при использовании ИЛ-2 в чистом виде требуются очень высокие его дозы (порядка 105 ME на 1 кг массы тела), которые вызывают токсические эффекты, вплоть до синдрома протекания капилляров с исходом в отек легкого. Поэтому в настоящее время введение ИЛ-2 обычно сочетают с адоптивной цитокинотерапией, основанной на повышении с помощью ИЛ-2 активности NK-клеток (ЛАК-терапия) или Т-киллеров (CIS-терапия) больного in vitro и последующего возвращения клеток больному, сопровождаемому введением ИЛ-2 (см. раздел 3.4.2).
На разных стадиях испытания и применения цитокинотерапии опухолей находятся препараты на основе ИЛ-1, ИЛ-4 и других цитокинов. Особые надежды возлагаются на ИЛ-12, поскольку он должен направлять в нужное русло (Thl-зависимый цитотоксический ответ) иммунную реакцию опухоленосителя.
Несмотря на выраженную противоопухолевую активность, ФНОа в естественном виде мало пригоден для медицинского применения из-за его высокой токсичности. Однако ведется целенаправленная работа по получению модифицированных молекул ФНОа, обладающих желательными эффектами. Это реализуется путем направленного мутагенеза гена ФНОа и других манипуляций с ним. Получено несколько вариантов мутантных вариантов ФНО-мутеины, отличающиеся набором функциональных групп и способностью избирательно связываться с одним из двух ФНО-рецепторов.
В качестве противовоспалительных агентов, пригодных для лечения аутоиммунных процессов (прежде всего ревматоидного артрита), апробируются рекомбинантные формы рецепторного антагониста ИЛ-1 (ИЛ- 1ра) и растворимые формы ФНО-рецепторов р55 и р75.
Гены цитокинов часто используют при конструировании гибридных молекул иммунотоксинов, а также при генотерапии с трансфекцией соответствующих генов в клетки иммунной системы или опухолей (см. раздел 4.3.2).
Иммуномодуляторы бактериальной природы. Первыми природными субстанциями с установленным иммуномодулирующим действием были компоненты микробных клеток, в первую очередь эндотоксины. Однако их практическое применение затруднялось и ограничивалось не только токсичностью, но и способностью вызывать нежелательные поликлональные эффекты. Тем не менее на основе микробных препаратов были созданы иммуномодулирующие лекарства, в частности продигиозан. Вакцинные препараты на основе М.tuberculosis и Corinebacterium parvum апробировались в качестве противоопухолевых препаратов с иммуно-
тропным действием. Однако всем комплексным препаратам бактериальной природы свойственны недостатки, обусловленные их многокомпо- нентностью и нестандартностью. .
Характер иммунотропного действия иммуномодуляторов бактериальной природы соответствует естественной роли микроорганизмов в развитии иммунных процессов. Как известно, они включают первую линию защиты, активируя нейтрофилы, макрофаги, эндотелиальные клетки и инициируя развитие воспалительной реакции через выделение провоспа- лительных цитокинов и усиление экспрессии молекул адгезии.
Как потенциальный источник безвредных иммуномодулирующих субстанций основное внимание привлекли микробные протеогликаны, являющиеся составной частью всех бактерий. На основе микробных протеогликанов создано несколько препаратов. В России разработан препарат ликопид, представляющий собой N-глюкoзaминил-(l—4)-N-aue- тилмурамоил-аланил-О-изоглутамин. Спектр эффектов ликопида соответствует описанному выше типичному действию иммуномодуляторов бактериальной природы. Основной мишенью его действия являются макрофаги, хотя не исключено прямое влияние препарата на Т-клетки. Ликопид усиливает выработку цитокинов, экспрессию молекул гистосовместимости (в том числе II класса), молекул адгезии. Его положительный эффект продемонстрирован при разнообразных заболеваниях и связан со стимуляцией иммунных процессов и корригирующим влиянием на иммунологические показатели. Для ликопида характерны свойства иммунокорректора: он не влияет на исходно нормальные показатели, а измененные доводит до уровня нормы.
Формально к группе иммуномодуляторов микробного происхождения могут быть отнесены препараты на основе нуклеиновых кислот, поскольку их обычно получают из микроорганизмов и дрожжей. Наиболее подробно изучен препарат нуклеинат натрия, представляющий собой гидролизат дрожжевой РНК. Нуклеинат натрия оказывает универсальное иммуномодулирующее действие; он продемонстрировал положительный клинический эффект при различных заболеваниях, в патогенезе которых участвуют иммунные факторы. Основной мишенью препарата являются макрофаги, хотя и лимфоциты (особенно Т-класса) в случае их гипофункции также испытывают его положительный эффект. Действие нук- леината натрия многокомпонентно, поскольку составляющие его пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды оказывают на иммунные процессы различное влияние. Положительный иммунотропный эффект связан преимущественно с пиримидиновыми нуклеотидами. На этой основе конструируются и испытываются самостоятельные иммунотропные препараты, однако значимость нуклеината натрия как «носителя» наиболее полного спектра эффектов при этом сохраняется.
Синтетические иммуномодуляторы. Первые синтетические иммуномодуляторы первоначально были разработаны для других целей. Так, левамизол (декарис), представляющий собой 1-2-(ацетилимино)-3-2- гидрокси-2-(2-тио-)этилтиазолидин, был создан как противоглистный Препарат. Однако оказалось, что он обладает иммунотропным действием, причем его мишенью служат в основном Т-лимфоциты. Этот пре-
парат называли даже тимомиметиком, что справедливо лишь отчасти: левамизол не воспроизводит дифференцировочные эффекты тимуса, но его действие во многом сходно с эффектами тимусных пептидов. Оно состоит в повышении функциональной активности Т-лимфоцитов, усилении экспрессии некоторых мембранных структур, пролиферативного ответа на митогенные стимулы, по-видимому, и выработки цитокинов. В связи с этим левамизол применялся при иммунотерапии опухолей и иммунодефицитных состояний на фоне хронических легочных процессов и т.д. Однако из-за токсичности препарат используют более ограниченно, чем раньше.
Диуцифон был первоначально апробирован как антилепрозный химиопрепарат. У него обнаружились многочисленные эффекты, мишенью которых являются Т-лимфоциты. В частности, он оказался костимулято- ром выработки ИЛ-2. Показана эффективность диуцифона при ряде иммунодефицитных состояний, включая хронические воспалительные процессы, ожоговую болезнь, а также при аллергических заболеваниях. В частности, он был с успехом использован для обработки in vitro лейкоцитов в процессе адоптивной иммуноцитотерапии больных тяжелыми формами аллергических дерматитов. По-видимому, декарис причастен к механизмам регуляции баланса Thl/Th2 и в этом плане заслуживает самого пристального внимания.
Иммуномодуляторы на основе полиэлектролитов были созданы в Институте иммунологии М3 РФ в процессе проведения исследований в области синтетических вакцин. Микробные эпитопы в комплексе с полиэлектролитными носителями являются сильными вакцинирующими препаратами. В связи с этим были изучены собственные адъювантные свойства полиэлектролитов, и они были использованы в качестве самостоятельных иммуномодулирующих препаратов. В медицинскую практику внедрен препарат полиоксидоний, представляющий собой сополимер (М-окси)-1,4-этиленпиперазина и бромида (N-карбоксиэтил)- 1,4-этиленпиперазиния. Основной мишенью препарата являются макрофаги и В-лимфоциты, а главным результатом использования — усиление гуморального иммунитета. Применение препарата показано при вторичных иммунодефицитных состояниях на фоне хронических воспалительных процессов, злокачественных опухолей, цитотоксической терапии (включая облучение), при послеоперационных состояниях, ожоговой и других травмах. В комплексе лечебных средств его рекомендуют использовать также при лечении аллергических и вирусных заболеваний.
Иммуномодулирующим действием обладают различные лекарства (например, дибазол), относящиеся к другим группам фармакологических препаратов. Это свойство является скорее их побочным эффектом и данные препараты едва ли могут рассматриваться как истинные иммуномодуляторы, хотя указанный эффект должен учитываться при их назначении. То же можно сказать о многочисленных пищевых добавках, которые оказывают благоприятное действие на иммунную систему скорее всего опосредованно. К рассматриваемой проблеме имеют отношение препараты, способствующие поддержанию активности иммунной систе-
Таблица 115. Адъюванты
Название
Состав
Механизм действия
Преобладающий тип ответа
Неполный адъювант Фрейнда
Водно-жировая эмульсия, вазелиновое масло, ланолин, эмульгатор
Депонирование антигена, усиление захвата фагоцитами
ТЬ2-зависимый
Полный адъювант
Фрейнда
То же + БЦЖ или мурамилдипептид
То же + активация макрофагов, костиму- ляция Т-клеток
ТЫ-зависимый
Алюминиевые квасцы
А1(ОН)3
Депонирование антигена, усиление фагоцитоза
ТЬ2-зависимый
Bordetella pertussis (с квасцами)
B.pertussis, сорбированные на А1(ОН)3
То же + активация макрофагов, костиму- ляция Т-клеток
ТЫ-зависимый
Иммуностимуля- торный комплекс (ISCOM)
Липидные мицеллы, окружающие белковые (вирусные) частицы
Доставка антигена в цитозоль Т-клеток, индукция Т-киллеров
ТЫ-зависимый
мы на должном уровне (витамины, микроэлементы, адаптогены), в связи с чем их применяют с целью иммунопрофилактики.
Z. Адъюванты
Адъюванты — это вещества, усиливающие иммунный ответ при введении одновременно с иммуногеном. Таким образом, они отличаются от иммуномодуляторов тем, что применяются для усиления конкретного иммунного ответа (например, при вакцинации) чаще всего в здоровом организме, а не для нормализации измененной иммунной реактивности, что служит основным показанием для использования иммуномодуляторов. Адъюванты широко используются также в лабораторной практике для усиления выработки антител при иммунизации животных, в частности в процессе получения гибридом.
Сведения о наиболее широко применяемых адъювантах и механизмах их действия представлены в табл. 115. В реализации действия большинства из них решающую роль играет формирование депо, замедляющего рассасывание антигена и пролонгирующего его влияние. Способность формировать депо достигается в результате сорбции антигена на квасцах или включения его в жировую эмульсию. Наиболее сильные адъюванты содержат в качестве компонента микроорганизмы или извлеченные из них субстанции, назначение которых состоит в мобилизации первой линии защиты, активации макрофагов, АПК. Однако действие адъювантов на дальнейший ход иммунных процессов может
существенно различаться. Так, алюминиевые квасцы направляют иммунный ответ в сторону антителообразования, по-видимому, активируя дифференцировку ТН2-хелперов, тогда как полный адъювант Фрейнда, ключевым компонентом которого является вакцина БЦЖ, активируют ТЫ-клетки и способствуют развитию клеточно-опосредованного иммунного ответа типа ГЗТ.
В отличие от квасцов, которые издавна используют для повышения эффективности вакцинирования, адъювант Фрейнда не может применяться с аналогичной целью из-за многочисленных побочных эффектов. Это побудило к поискам безвредных адъювантов, среди которых высокой эффективностью отличаются полиэлектролиты типа рассмотренного выше полиоксидония (см. раздел 4.3.1.4), иногда вводимые в состав вакцины в качестве носителя эпитопа, определяющего специфичность вакцинирующей конструкции.
Для доставки иммуногена в лимфоидные органы и повышения иммуногенности используют липидные пузырьки — липосомы. Молекула иммуногена вводится или в мембрану с помощью гидрофобного домена, или в полость липосомы. Недавно создан адъювантный комплекс ISCOM, в котором вирусные белки связаны с мицеллами гликозида Quil А в составе везикул, помогающих проникновению антигена в цитозоль клеток. Такой способ подачи антигена способствует развитию цитотоксического ответа, необходимого для реализации противовирусной защиты.
Иммунодепрессанты
Химические иммунодепрессанты. Вначале в качестве иммунодепрессантов (особенно при пересадке органов) использовались те же средства, которые применяли как цитотоксические агенты при лечении злокачественных опухолей. Первым препаратом такого рода, использовавшимся в иммунологии, был 6-меркаптопурин. Его токсичность была снижена при введении в молекулу имидазольной группы (препарат азатиоприн).
6-Меркаптопурин6-МеркаптопуринАзатиопринАзатиоприн
6-Меркаптопурин
6-Меркаптопурин
Азатиоприн
Азатиоприн
Циклофосфамид
Другим широко применяемым препаратом этой группы остается циклофосфамид. Такие препараты объединяет общий принцип действия: вмешиваясь в синтез предшественников нуклеиновых кислот, они в итоге нарушают процесс репликации ДНК, что приводит клетку к гибели в процессе деления. Таким образом, иммунодепрессанты первого поколения неизбирательно повреждают все делящиеся клетки и среди них лимфоциты, вступившие в иммунный ответ, а также злокачественные клетки. Этим объясняются наличие большого количества побочных эффектов, а также неспецифичность действия: они нарушают процессы гемопоэза, обновление тканей, вызывают опустошение лимфоидной ткани, подавляют все формы иммунного ответа, в том числе защиту от инфекций.
Существенным достижением на пути совершенствования иммунодепрессантов явилось создание препарата циклоспорина А. Это циклический декапептид с метилированными остатками и наличием необычного нинеоненового аминокислотного остатка:
MeValnineonene-AbuMeGly
MeLeuMeLeu
MeLeuD-AlaAla--MeLeuVai
Он выделен из почвенного гриба Tolypocladium inflatum, а в настоящее время синтезируется химически (синтез очень сложен, что обусловливает дороговизну препарата). Вскоре из Streptomyces inflatum было выделено вещество FK506 с иной структурой, но очень сходным механизмом действия (см. раздел 3.5.1).
Расшифровка молекулярных основ действия этих веществ была первым случаем такого рода для иммунотропных препаратов. Она имела принципиальное значение также потому, что при этом был открыт новый класс биологически значимых молекул — иммунофиллинов. Схема действия этих препаратов отражена на рис. 138. Попав в клетку, циклоспорин А и FK506 связываются со своими рецепторами — иммунофиллинами, различными для этих двух веществ. Циклоспорин А связывается с циклофиллином, а субстанция FK506 — с белком FKBP (от англ. FK506-binding protein). Им- мунофиллины представляют собой (пептидил-пролил)-цис-транс-изомера- зы. После связывания с рассматриваемыми субстанциями они приобретают сродство к кальциневрину. Как уже отмечалось в разделе 3.5.1, эта серинтреониновая фосфатаза активируется Са2+ и дефосфорилирует цитоплазматическую субъединицу транскрипционного фактора NF-АТ. В результате этого субъединица NF-ATc мигрирует в ядро, где соединяется с субъединицей NF-Atp. В итоге формируется активный димер — транскрипционный фактор, способный взаимодействовать с ДНК регуляторных участков гена ИЛ-2 и ряда других цитокинов. При связывании комплекса иммунофиллинов и циклоспорина A/FK506 с кальциневрином последний утрачивает спо-
НормаНормаNF-ATcNF-ATcКальцинееринКальцинееринСа2* Са^Са2* Са^ЦиклофиллинЦиклофиллинДефосфорили- ромние NF-ATcДефосфорили- ромние NF-ATcДействие ЦА или FK5O6Действие ЦА или FK5O6NF-ATpNF-ATpГен ИЛ-2Ген ИЛ-2
Норма
Норма
NF-ATc
NF-ATc
Кальцинеерин
Кальцинеерин
Са2* Са^
Са2* Са^
Циклофиллин
Циклофиллин
Дефосфорили- ромние NF-ATc
Дефосфорили- ромние NF-ATc
Действие ЦА или FK5O6
Действие ЦА или FK5O6
NF-ATp
NF-ATp
Ген ИЛ-2
Ген ИЛ-2
Ген ИЛ-2
Рис. 138. Принцип иммуносупрессивного действия циклоспорина А (ЦА) и FK506.
Один из сигнальных путей, приводящих к активации гена ИЛ-2, связан с активацией Са2+-зависимой протеинфосфатазы кальциневрина, который дефосфори- лирует субъединицу с транскрипционного фактора NF-АТ. Это позволяет субъединице с соединиться с субъединицей р и сформировать активный фактор NF-АТ, участвующий в активации гена ИЛ-2. Циклоспорин А и FK506 связываются с циклофиллином, который после этого приобретает способность взаимодействовать с кальцин ев ри ном, блокируя его. В результате не происходит формирования фактора NF-АТ и активации гена ИЛ-2.
собность активироваться и дефосфорилировать NF-ATc, в результате чего блокируется вся дальнейшая цепь процессов, включая экспрессию гена ИЛ-2. Таким образом, циклоспорин А и FK506 блокируют активацию Т-лимфоцитов и выработку ИЛ-2, не убивая клетки.
Интересно, что «дополнительный» эффект обнаружен у иммунодепрессанта — антибиотика рапамицина, выделенного из стрептомицет. Его внутриклеточным рецептором также служит FKBR, но связывание FKBR с рапамицином влияет не на кальциневрин, а приводит к инактивации одной из протеинкиназ, участвующих в активации гена a-цепи рецептора ИЛ-2. Таким образом, рапамицин приводит к аналогичному результату, блокируя восприятие сигнала ИЛ-2.
Несмотря на дороговизну и токсичность (циклоспорин А повреждает почки и оказывает ряд других побочных эффектов), циклоспорин А и его функциональные аналоги обладают явными преимуществами перед всеми остальными иммунодепрессантами, поскольку действуют прицель- 562
но на активируемые Т-клетки, при этом не повреждая их. Колоссальный прогресс в пересадке органов однозначно связан с внедрением в практику этих иммунодепрессантов.
Циклоспорин А и его аналоги используются также при лечении аутоиммунной патологии.
Стероиды. Внедрение глюкокортикоидов в практику лечения аутоиммунных и аллергических заболеваний было этапным достижением, революционизировавшим эти области медицины. Однако очень скоро обнаружились многочисленные отрицательные последствия применения гормональных препаратов — от привыкания к ним до клинических эффектов (развитие язв, отеков, изменений костей и кожи, эндокринные нарушения, инфекционные осложнения). При совершенствовании препаратов были достигнуты большие успехи: получены лекарства типа дексаметазона и бетаметазона с высокой активностью, более продолжительным действием, выраженным противовоспалительным эффектом, не сопровождающимся задержкой Na+. Гормональные препараты на основе стероидов коры надпочечников до сих пор являются важнейшим компонентом в терапевтическом комплексе при лечении бронхиальной астмы, системной красной волчанки и других коллагенозов и аллергических заболеваний.
Иммуноспецифические препараты. В последние годы создаются препараты новых поколений на основе соединения в одной молекуле фрагментов с дополняющими друг друга функциями. Так, использование в чистом виде моноклональных антител, специфичных к тем или иным типам клеток (например, субпопуляциям лимфоцитов) оказалось не вполне эффективным и нередко вместо элиминации клеток вызывало их активацию. Для повышения эффективности цитолиза с сохранением специфичности действия создаются гибридные молекулы разного рода, в частности иммунотоксины (см. рис. 106). В классическом варианте они содержат моноклональное антитело или его половину, несущую один активный центр, и токсическую субъединицу токсина (например, рицина). В этом случае антитело выполняет функции доставки и связывания с клеткой—мишенью, что обеспечивает токсической субъединице возможность проникновения внутрь клетки. В случае отщепления токсической единицы от антитела она не может оказать токсического действия, поскольку лишена транспортной субъединицы, которая обусловливает специфичность действия токсинов.
Молекулы иммунотоксинов создаются как путем химического синтеза, так и с помощью генетических манипуляций (слияние генов). Создаются аналогичные конструкции, содержащие токсин и молекулу Цитокина и направленные на разрушение клеток—мишеней цитокина.
Современная иммунодиагностика основана на оценке состояния клеточного и гуморального звеньев иммунной системы. В ее основу положено использование серологических, иммунофлюоресцент- ных, иммуноферментных, клеточных и других методов, основанных на проточной цитометрии, иммуноферментном анализе и
других современных технологических подходах. К главным имму- нодиагностическим реагентам относятся моноклональные антитела и рекомбинантные продукты. В основу иммунотерапии положено воздействие на активность иммунных процессов с помощью средств, которые усиливают (иммуностимуляторы), корригируют (иммуномодуляторы, иммунокорректоры) или подавляют (иммунодепрессанты) их. Главными областями использования иммунотерапии являются иммунодефицитные состояния, аутоиммунные процессы, трансплантация органов и тканей. Методы воздействия на специфические иммунные процессы разработаны преимущественно в приложении к аллергическим процессам (специфическая десенсибилизация) .
Послесловие
Представленный материал отражает состояние фундаментальной и в меньшей степени прикладной иммунологии на момент написания этого учебника. Автор сознательно акцентировал внимание на наиболее активно развивающихся направлениях иммунологии, с которыми связаны прогресс этой науки в ближайшем будущем и реальные перспективы ее внедрения в медицинскую практику. Существует опасность быстрого «старения» и возможного изменения трактовки материала, который основывается на последних достижениях столь стремительно развивающейся науки, как современная иммунология. Однако желание приблизить иммунологический кругозор молодых врачей и исследователей к весьма высокому международному уровню пересилило подобные опасения.
В связи с этим представляется уместным высказать некоторые соображения относительно тенденций развития иммунологии в ближайшем десятилетии (более долгосрочные прогнозы едва ли обоснованны). Вероятнее всего, иммунология сохранит приверженность к использованию принципов и методов молекулярной биологии. Данное направление является редукционистским, т.е. основано на анализе, сведёнии сложного к простому. Это обусловливает его односторонность, сопряженную с недооценкой высоких уровней организации анализируемых объектов. Однако только на этом пути может быть достигнута та степень однозначности получаемой информации и ее трактовки, которую удается получить при молекулярно-генетическом анализе иммунологических объектов и феноменов. Очевидно, основой молекулярных подходов в иммунологии останутся клонирование генов, их перенос и направленное выключение. На этом пути, безусловно, продолжится накопление сведений о рецепторных структурах клеток иммунной системы, биохимических основах генных перестроек, приводящих к формированию антигенраспознающих рецепторов, о лигандах мембранных рецепторов, включая цитокины и многочисленные иные гуморальные факторы иммунной системы, о механизмах межклеточных коммуникаций, передачи и реализации внутриклеточных сигналов, эффекторных иммунных механизмах и т.д.
Этот путь развития иммунологии в определенной степени сопряжен с риском снижения ее индивидуальности и даже суверенности как науки. Однако «поглощение» иммунологии другими науками, в частности молекулярной биологией, невозможно, поскольку основной объект иммунологии — поддержание макромолекулярного гомеостаза организмов на основе распознавания чуждых для них стерических конфигураций молекул — уникален. На этом пути в ближайшее время можно ожидать более
принципиальных достижений, чем простое накопление знаний. В частности, это может произойти при изучении «примитивных» форм иммунологического распознавания, осуществляемого NK-клетками, Т-лимфоцитами уЗ-типа и В1-лимфоцитами. Возможно, еще более глубокие изменения, способные повлиять на иммунологические концепции, будут связаны с анализом специфичности лимфоцитарных рецепторов и способности каждого из них связывать более широкий, чем думали ранее, круг лигандов, иногда различных по природе. Революционизирующие достижения в этой области могут быть связаны также с тонким анализом взаимодействия комплексов пептид—МНС с рецепторами Т-лимфоцитов и их функционированием в качестве агонистов и антагонистов этих рецепторов. В случае успешной разработки этих ключевых направлений иммунологии можно ожидать появления новых идей, способных поколебать современную «иммунологическую парадигму», т.е. систему взглядов, составляющих теоретическую основу иммунологии.
Нет сомнений в том, что в ближайшее десятилетие будет достигнут прогресс не только в молекулярной, но и в клеточной иммунологии, и в этой области решающим будет использование метода клонирования клеток. Более или менее ясно и то, каких преимущественно клеток коснется этот прогресс. Вероятнее всего, это будут «минорные» клеточные популяции и клетки, малодоступные для изучения в связи с особенностями их распределения в организме. В первую очередь это дендритные клетки, Т-лимфоциты уб-типа, NKT-клетки. Исследования на клеточном уровне почти наверняка позволят решить проблемы, временно «отложенные» современной иммунологией, прежде всего проблему супрессорных Т-клеток и антигенспецифических супрессорных факторов.
Новые сведения, уточняющие молекулярные и клеточные основы структуры и функционирования иммунной системы, автоматически и достаточно оперативно будут использованы в клинической практике. Прежде всего это позволит расширить спектр иммунодиагностических методов. Хотя быстрое использование достижений молекулярной и клеточной иммунологии в терапевтической практике представляется более проблематичным, возможно создание (по аналогии с циклоспорином А и рапамицином) новых иммуномодулирующих средств как результат расшифровки определенных звеньев иммунных процессов. Очевидно, что в области цитокинотерапии, помимо расширения спектра препаратов на основе цитокинов, будет достигнута некоторая принципиальная упорядоченность. Вполне вероятно, что предпочтение будет окончательно отдано адоптивной цитокинотерапии с широким применением переноса клеток, трансфицированных различными генами или подвергнутых иным манипуляциям на генном уровне. Можно ожидать внедрения в медицинскую практику воздействий, моделирующих костимуляцию при межклеточных контактах (с использованием молекул В7, CD28, CD40, CTLA4 и т.д.). Возможно, станет реальностью применение в медицинских целях направленной индукции апоптоза клеток определенных типов (в первую очередь опухолевых).
Можно полагать, что в ближайшее время абсолютное господство редукционистского подхода будет поколеблено укреплением позиций 566
системного, синтетического подхода к изучению иммунной системы. Дело в том, что еще недавно было невозможно проводить иммунологические исследования на животных, которые по уровню доказательности могли бы быть сопоставлены с исследованиями in vitro. Однако благодаря широкому внедрению технологий трансфекции и «нокаута» генов иммунологам стал доступен достаточно большой арсенал объектов для молекулярного анализа на уровне целостного организма — мышей с прицельно введенными или отключенными (на уровне всего организма или определенных клеток) генами. Использование подобных подходов, неизбежное в ходе прогресса науки, делает иммунологию все более дорогой и «элитной» наукой и ограничивает круг лабораторий и даже стран, «допущенных» для исследований в наиболее актуальных направлениях. К сожалению, это имеет прямое отношение к отечественной иммунологии, участие которой в прогрессе науки все более ограничивается обстоятельствами, которые имеют отношение не к интеллектуальному, а к финансовому потенциалу страны.
Выше говорилось о возможных концептуальных потрясениях в иммунологии. Ожидания серьезного обновления иммунологической теории связаны еще и с тем, что в последние 20 лет, в течение которых был накоплен беспрецедентный по объему фактический материал, не были сформулированы не только новые иммунологические теории, но и сколько-нибудь крупные концептуальные обобщения. Иммунологи как бы спешили получать новые факты, и им было некогда теоретизировать. Между тем такая ситуация не может продлиться долго, так как старая парадигма начинает тормозить развитие науки. Поэтому появление глобальных теоретических обобщений в иммунологии рубежа веков практически невозможно. Вероятнее всего, они затронут основу иммунологии — проблему иммунологического распознавания. Уже сейчас заметны некоторые признаки, свидетельствующие о возрождении у иммунологов «вкуса» к теоретизированию (например, повышение интереса к происхождению и филогенезу иммунитета).
Новые представления об иммунологическом сродстве, распознавании и реагировании должны послужить отправной точкой для создания теоретической иммунологии, которая может строиться, по нашему мнению, не на феноменах иммунной защиты от биологической агрессии, а на основе проблемы иммунной специфики. Иммунология в таком понимании будет посвящена разработке «древней» темы комплементарности. В связи с этим теоретическая иммунология может оказаться наукой, достаточно далеко отстоящей от традиционной инфекционной иммунологии, хотя и отталкивающейся от той же феноменологической основы.
Приложения
I. CD-КЛАССИФИКАЦИЯ МЕМБРАННЫХ МОЛЕКУЛ КЛЕТОК КОСТНОМОЗГОВОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
Номер в системе CD
Другие названия
Мол. масса, X 1000
Супер- семейство
Функции
Экспрессия на клетках
CD1 a,b,c,d
ICO-44
43-49
ЮМНС-
I-подобные
Презентация антигенов (в частности, липидных)
Корт. TH ДК (в том числе КЛ), В(1с), эпителий кишечника (Id)
CD2 (CD2R)
LFA-2, Т11 (ГП-3), LT2
45-48
Ig
Адгезия (лигацд — CD58); участие в активации
Т, NK
CD3
ТЗ, LT3,
у25—28,
у, 8, —
Часть рецепторного ком-
Т
(у, 8, е, Ч)
ICO-90
820. e20, £16, ц22
ig^.n — FcyR
плекса TCR—CD3; передача сигнала
CD4
L3T4, Т4, LT4, ICO-86
55-60
Ig
Корецептор Тх
Лиганд МНС-П
TH, Тх
CD5
Lyl, Т1, LT1, ICO-80
67
SC
Костимуляция Т. Лиганд CD72
Т, сВ
CD6
Т12
100-103
SC
Адгезия, активация Т
Т, лейкозные В
CD7
LT7, ICO-87
40
Ig
FcpR. Передача сигнала
Кроветворные предшественники, Т
CD8 (а, Р)
Ly2,3, Т8, LT8, ICO-31
«32-34, P 32—34
Ig
Корецептор Тк. Лиганд МНС-Г
TH, Тк, cNK
CD9
—
22-27
TM-4
Агрегация и активация тромбоцитов
ПреВ, Эо, Баз, Тр
CD10
С ALLA, ICO-124
100
Нейтральная протеиназа (Zn-металлопротеиназа)
ПреВ, ПреТ, лейкозные В, строма костного мозга
CD11
«l(LFA-1),
«l180
«-Субъединицы
а —Л, Г, М; b — М,
а,Ь,с
ам, (CR3), LT11, ICO- GM1;
ax(CR4)
aM170 «xl50
Рг-интетринов; а — лиганд 1САМ1,2,3, b - ICAM-1, iC3b, с — фибриногена
NK; с - М
CD12
—
90-120
?
М, Г, Тр
Номер в системе CD
Другие названия
Мол. масса, X 1000
Супер- семейство
Функции
Экспрессия на клетках
CD13
—
150-170
—
Zn-мегаллопротеиназа
М
CD14
LT14
53-56
Рецептор ЛПС
м
CD15
Lex, sialyl-Lex
Полисахаридный компл. мембранных гликоконъюгатов. Лиганд (для sLex) CD62E
Н, Эо, Мон
CD16
FcyRIII,
LNKI6, ICO-116
50-80
Ig
Основная часть
FcyRIII
Н, NK, Мф
CD17
—
Лактозилцерамид
Н, Мон, Тр
CD18
ICO-108
95
02-цепь интегринов
Лейкоциты
CD19
LT19
95
Ig
Часть корецептора В
В
CD20
LT20, BCA-B/20
33-37
TM-4
Кальциевый канал. Регуляция активации В
В
CD21
CR2, LT21
145
CCP
Часть корецептора В CR2; лиганд C3d, EBV
зрВ, фолликулярные ДК
CD22 («, 0)
BL-CAM, LT22, I CO-91
a 130, pl40
Ig
Адгезия В на Т и Мон
зрВ
CD23
FceRII, LT23
45
CL
Низкоаффинный рецептор IgE; лиганд корецептора CD19/CD21/cd81
зрВ, аМак, Эо, Тр, фолликулярные ДК
CD24
HSA, JI Id
35-45
В, Г
CD25
Tac, ICO 105
55
CCP
a-Цепь рецептора ИЛ-2
аТ, аВ, аМон
CD26
ICO-147
110
Дипептидилпепти- даза IY
аТ, аВ, Мф
CD27
LT27
50-55
NGFR
Костимуляция Т
Т
CD28
Tp44
44
Ig
Рецептор костиму- ляции Т. Лиганд CD80, CD86
сТ, аВ
CD29
LT29
130
01-цепь интегринов
Лейкоциты
CD30
Ki-1
105-120
NGFR
Костимуляция?
аТ, аВ
CD31
PECAM-1
130-140
Ig
Адгезия
Мон,Тр,Г,В,Энд
Номер в системе CD
Другие названия
Мол. масса, X 1000
Супер- семейство
Функции
Экспрессия на клетках
CD32
FcyRII
40
Ig
7
Мон,Г,В,Эо
CD33
67
Ig
Лиганд CD62L
м
CD34
ICO-115
105-120
CRI, лиганд СЗЬ, C4b
Кроветворные предшественники, Энд капилляров
CD35
CRI
250
CCP
7
Э,В,Мон,Г,Эо
CD36
GP1V
88
Мишень распознавания при фагоцитозе
Тр,Мон
CD37
(IP)-24
88
TM-4
Модулирует активацию В
зрТ,зрВ,М
CD38
T1O.LT38, ICO-20
45
7
ПреТ,ПреВ,аТ,центроциты .плазмоциты
CD39
—
78
Адгезия В
аВ,аМК,МфДК
CD40
—
50
NGFR
Рецептор костимуляции В. Лиганд CD134
В,Мон,ДК
CD41
GPIIb
125/22
аць-Цепь Рз-инте- трина. Лиганд фибриногена, фибронектина, фактора Вил- лебрандта, тромбоспондина
Тр
CD42 a,b,c,d
a - GPIX, b - GPIba, c - GPIbp, d- GPV
a23 b35/23 c22 d85
Адгезия тромбоцитов. Лиганды фактора Виллебрандта, фибрина
Тр
CD43
Лейкосиа- лин, сиа- лофорин
115-135 (на Г), 95-116
(наТ)
Лиганд ICAM-1
Лейкоциты, кроме В
CD44
Pgp-1, Hermes
80-95
Адгезия, хоминг.
Лиганд гиалуроната
CD45 (CD45 RA, RB, RC,R0)
LCA.T200. B200(RA- T20O); LT45, LT45RA, ICO-46, ICO-166 (RA)
180-240 (RA- 205-220
RB- 190-220 rq 180-200 RO—180)
Тирозинфосфатаза, участвует в передаче сигнала от TCR
Лейкоциты (RA—на наивных Т,В,Мон; RB — сТ,В,М,Г; R0 — на Т-клетках памяти, сВ,М)
Номер в системе CD
Другие названия
Мол. масса, X 1000
Супер- семейство
Функции
Экспрессия на клетках
CD46
МСР
56 или
66
ССР
Комплемент. Системы комплемента. Лиганд СЗЬ, С4Ь, расщепляет фактор I
Разные клетки
CD47
47-52
Связан с системой Rh
Все клетки
CD48
Blast-1
40-47
Ig
Адгезия, костиму- ляция Т
Лейкоциты
CD49 (a,b,c d,e,f)
VLA1-6
a—210, b-165, c-125, d-150, e-150, f—120/25
а-Цепи (at—Об)Рг интегринов. Лиганды: а,Ь — коллаген, ламинин; с — фибронектин, ламинин; d — фибронектин, VCAM-1; е — фибринонектин; f —ламинин
а — аТ, Мон; b — В, Мон,Тр; с — В; d — В,TH; е — Т (клетки памяти), Мон, Тр;
f — Т (клетки памяти), TH,Мон
CD50
ICAM-3, LT50, ICO-60
130
Адгезия, лиганд LFA-1
Т,В,Мон,Г
CD51
125/24
ay-Цепь Рз-интсг- рина. Лиганды — витронектин (а-рецеп- тор), фактор Вилле- брандга, фибронектин, тромбоспондин
Тр
CD52
CAMPAT H-l
21-28
?
Т,В,Г,Мон
CD53
MRC, 0X44
35-42
TM-4
?
Лейкоциты
CD54
ICAM-1, LT3D9
85-110
Ig
Адгезия; лиганд Р2-интегринов
Разные клетки
CD55
DAF
60-70
CCP
Фактор, ускоряющий распад СЗ/С5-конвер- тазы. Лиганд — СЗЬ
Разные клетки
CD56
NKH-1, N-CAM
200-220
Ig
Медиатор цитотоксичности. Адгезия. Изоформа N-CAM
NK
CD57
HNK-1, Leu7
110
Медиатор цитотоксичности. Олигосаха- ридный компонент гликопротеинов
NR,cT,cB,Moh
CD58
LFA-3
55-70
Ig
Адгезия; лиганд CD2
Разные клетки
Номер в системе CD
Другие названия
Мол. масса, X 1000
Суперсемейство
Функции
Экспрессия на клетках
CD59
Протектин, LT8E5
19
Блокирует формирование литического комплекса С'.
Лиганды — С8,С9
Разные клетки
CD60
—
7
NeuAc-NeuAcGal эпитоп гликопротеинов
сТ,Тр,М
CD61
105
Рз-Цепь интегринов. Адгезия; р-рецептор витронектин
Тр,Мф
CD62 (E,L,P)
E-ELAM- 1; L — LECAM-1, LAM-1, Р- PADGEM
E-140, L-150, P-140
CL
Семейство селекти- нов. Адгезия, хоминг. Лиганды: Е— sialylLex; L—CD34,GlyCAM, MadCAM; Р—sialyLex
Е—Энд; L—В,Т, Moh,NK; Р-Тр, Энд
CD63
53
TM-4
Перемешается из лизосом на мембрану при активации клеток
аТр,М
CD64
FcyRI
72
Ig
FcyRI, высокоаффинный
М
CD65
7
Олигосахаридный компонент церамида
м
CD66 (a,b,c, d,e)
a-BGP-1; b-CD67;
c-NCA; e-CEA
a-160— 180; b-
95-100; c-90, d-
30, e- 180-200
Ig
Семейство ракоэмбрионального антигена (СЕА)
а-Н; Ь-Г; с-Н, рак толстой кишки; d—Н; е—эпителий кишечника, рак кишечника
CD67
He иденти<
жцирова!
i (ранее (
2D66b)
CD68
Макро- сиалин
110
М,Г,Баз,МК
CD69
AIM
28/32
CL
Передача сигнала. Ранний маркер активации
аТ,аВ,аМф,МК
CD70
Ki-24
75/95/ 170
TNF
7
аВ,аТ,Мф
CD71
T9, LT71, ICO-92
90/95
Рецептор трансферрина
Активированные лейкоциты
CD72
Lyb-2, 3F3
42/42
CL
Лиганд CD5. Участие в активации В
В
Номер в системе CD
Другие названия
Мол, масса, X 1000
Супер- семейство
Функции
Экспрессия на клетках
CD73
69 —’
Экго-5'-нуклеогидаза. Дефосфорилирует нуклеотиды, обеспечивает поступление нуклеозидов в клетки
сВ,сТ
CD74
ИДу
ВариапьЕ
33,35,41,43
Инвариантная цепь МНС-П
В,М,ДК
CD75
LT75
53
а2,6-Сиалилтранс- фераза
эрВ,сТ
CD76
—
?
Олигосахарид (сиалир)
эрВ,сТ
CD77
Gb3,pk
?
Глоботриациклор- амид
В (центроциты)
CD78
Ва
7
7
В
CD79 (a,b)
Iga, IgP
a32—33 p37—39
Ig
Часть рецептора BCR, передача сигнала
В
CD80
В7.1, ВВ1
60
Ig
Костимуляция; лиганд CD28, CTLA-4
сВ
CD81
ТАРА-1
26
TM-4
Часть корецептора В
Л
CD82
R2
50-53
TM-4
Участие в передаче сигнала?
Лейкоциты
CD83
НВ15
43
Ig
Участие в презентации антигена
аВ, аТ, ДК (вуалевые)
CD84
GR6
73
7
Мон,Тр,сВ
CD85
GR4
120/83
?
Мон
CD86
B7.2.GR65
80
Ig
Костимуляция; лиганд CD28.CTLA-4
Мон, аВ
CD87
UPA-R
50-65
Рецептор урокиназы — активатора плазминогена
Г,М,аТ
CD88
C5aR
40
Родопсины
Рецептор С5а
Н,Мф,ТК
CD89
FcaR
50-70
Ig
Рецептор IgA
М,Н,сВ,сТ
CD90
Thy-1
25-35
Ig
Адгезия, рециркуляция
ПроТ, TH
CD91
600
Рецептор а2-макроглобулина
Мон
Номер в системе CD
Другие названия
Мол. масса, X 1000
Суперсемейство
Функции
Экспрессия на клетках
CD92
GR9
70
7
Н,Мон,Тр,Энд
CD93
GR11
120
7
Н,Мон,Энд
CD94
КР43
43
7
cT,NK
CD95
Fas, Аро-1, LT95.IPO-4
43
NGFR
Индукция апоптоза; лиганд FasL
Разные клетки
CD96
TACTILE
160
NGFR
?
аТ
CD97
GR1
74/80/90
7
аТ
CD98
4F2,LT98
80/40
Модулирует уровень Са++ в клетке
Т,В,КК,Г
CD99
MIC2
32
Адгезия кортикальных TH
Л
CD100
GR3
150
Пролиферация Мон
Разные клетки
CD101
ВРС-4
140
1g
Подавление пролиферации Т
Г,Мф
CD102
ICAM-2
55-65
Ig
Адгезия; лиганд 02-интегринов
Покоящиеся Л, Мон, Энд
CD103
ар-Цепь интегрина
150/25
Адгезия;
07-интегрин
сТ (интраэпителиальные Т)
CD104
04-Цепь интегрина
220
Адгезия; интегрин
Эпителиальные, шванновские клетки
CD105
Эндоглин
95/95
Адгезия, лиганд интегринов
Эвд,аМф
CD106
VCAM-1
100/110
Ig
Адгезия; лиганд VLA-4
Энд
CD107 (a,b)
a-LAMP-1 b-LAMP-2
а-110 Ь-120
Лизосомные белки, перемещающиеся при активации на поверхность
аТр
CD108
GR2
80
?
аТ, стромальные клетки
CD 109
GR56
170/50
?
аТ,Тр,Энд
CD110-
-CD114 не I
толучили
обозначения
CD115
M-CSFR, c-fms
150
Ig
Рецептор М-КСФ
М
CD116
GM-
CSFR, а
70-85
CKRI
а-Цепь рецептора ГМ-КСФ
Мон,Н,Эо,Энд
Номер в системе CD
Другие названия
Мол. масса, X 1000
Супер- семейство
Функции
Экспрессия на клетках
CD117
c-kit
145
Ig
Рецептор фактора стволовых клеток
Кроветворные предшественники
CD118
IFN-a,pR
?
CKRII
Рецептор ИФНа,Р
Разные клетки
CD119
IFN-yR
90-100
CKRII
Рецептор ИФНу
М,В,Энд
CD 120 (a,b)
TNFR-I TNFR-II
а-50—60; b-75-85
NGFR
Рецепторы ФНОа,р
Разные клетки, особенно миелоидные
CD121 (a,b)
IL-1R, типы I И II
а-80;
b-60-70
Ig
Типы I и II рецепторов ИЛ-1 аир
а-Т; Ь-В,М
CD 122
IL-2R,p
75
CKRI
р -Цепь рецептора ИЛ-2
NK, Т, сВ
CD 123
IL-3R, a
70
CKR, FNII
а-Цепь рецептора ИЛ-3
Кроветворные предшественники, Мон
CD 124
IL-4R
130-150
CKR, FNIII
Рецептор ИЛ-4
В,Т, кроветворные предшественники
CD125
IL-5R,a
55-60
CKR, FNIII
а-Цепь рецептора ИЛ-5
Эо,Баз
CD126
IL-6R,a
80
Ig, CKR, FNIII
а-Цепь рецептора ИЛ-6
аВ, плазматические клетки, большинство лейкоцитов
CD 127
IL-7R
68-79
FNIII
Рецептор ИЛ-7
Лимфоидные предшественники, Т,Мон
CD 128
IL-8R
56-67
Родопсин
Рецептор ИЛ-8
Н,Баз,сТ
CD 129
JL-9R
64
CKRI
Рецептор ИЛ-9
В, Т, М, Н
CD 130
Общая р-цепь цитокинов
130
Ig,CKR, FNIII
Общая цепь рецептора ИЛ-6, ИЛ-11, онкостатина M.LIF
аВ, плазматические клетки, Энд, часть лейкоцитов
CD131
CKRI
Общая р-цепь цитокинов
CD 132
CKRI
Общая у-цепь цитокинов
CD 134
0X40
50
NGFR
Адгезия Т к эндотелию
аТ
CD 135
Flt3/Flk2
Рецептор раннего гемопоэтического цитокина
CD136
MSP-R
NGFR
Номер в системе CD
Другие названия
Мол. масса, X 1000
Супер- семейство
Функции
Экспрессия на клетках
CD137
4-1ВВ
NGFR
CD138
Синдекан-1
В
CD139
В
CD140
PDGFR
CKR
Рецептор фактора рос-
Энд, другие клетки
a,b
а,Р
та из тромбоцитов
CD141
Тромбомодулин
CL
Энд
CD142
CKRII
Энд
CD143
АСЕ
Энд
CD144
VE-кадхерин
Энд
CD145
Энд
CD146
MUC18
Энд
CD147
Нейротелин
1g
Энд
CD148
НРТР
Фосфатаза р260
CD149
МЕМ-133
CD150
SLAM
CD151
РЕТА-3
ТМ-4
Тр
CD152
CTLA-4
33-37
1g
Т
CD153
CD30L
TNF
Лиганд CD30
Т
CD154
CD40L
39
TNF
Лиганд CD40
т
CD155
PVR
м,г
CD 156
MS2
м,г
CD157
BST-LM 0-5
м,г
CD158
р58.1,
50; 58
Ig
KIR-рецепторы,
NK
a,b
р58.2
специфичные для МНС-1
CD161
NKRP-1,
80
CL
Рецептор, активирую-
т
NK1.1
щий цитотоксичность
CD162
PSGL-1
240
Адгезия; лиганд Р-селектина
м,г
CD163
М130
м,г
CD164
MGC-24
Адгезия
Номер в системе CD
Другие названия
Мол. масса, X 1000
Супер- семейство
Функции
Экспрессия на клетках
CD165
CD166
GP37/AD2 ALCAM
Ig
Адгезия
Адгезия
Примечание. Л — лимфоциты; В — В-клегки; Т — Т-клетки; TH — тимоциты; NK — NK-клетки; М — моноциты и макрофаги; ЛПС — липополисахариды; Мон — моноциты; Мф — макрофаги; Г — гранулоциты; Н — нейтрофилы; Эо — эозинофилы; Тк — Т-киллеры; Тх — Т-хелперы; Баз — базофилы; Тр — тромбоциты; ТК — тучные клетки; ДК — дендритные клетки; КЛ — клетки Лангерганса (белые отростчатые эпидермоциты); Энд — эндотелиальные клетки; с — субпопуляция; а — активированные; зр — зрелые; ИФН — интерфероны. Суперсемейства: Ig — иммуноглобулины и их гомологи; CL — С- лектины; ССР — белки контроля комплемента; ТМ-4 — белки, 4 раза пронизывающие мембрану; SC (scavenger) — рецепторы-мусорщики; NGFR — белки группы рецепторов фактора роста нервов; TNF — гомологи фактора некроза опухоли.
В графе «Другие названия» обозначения группы LT соответствуют антигенам, выявляемым моноклональными антителами производства Института иммунологии М3 России (получены А.В.Филатовым и соавт.), обозначения ICO и IPO — антигенам, с которыми взаимодействуют моноклональные антитела производства Научно-производственного центра «МедБиоСпектр» при ОНЦ РАМН (получены А.Ю.Барышниковым и соавт.).
П. ИММУНОЛОГИЧЕСКИЕ ТЕРМИНЫ И ИХ РАСШИФРОВКА
Абзнмы — антитела, обладающие ферментативной активностью (чаще гидролазной). Определяются в норме; при патологии их уровень может существенно повышаться.
Авидность — см. Аффинность.
Агаммаглобулинемия — проявление нескольких форм первичных иммунодефицитов гуморального типа, состоящее в отсутствии или резком снижении содержания в сыворотке крови иммуноглобулинов. Основой тотальных форм агаммаглобулинемии являются генетические дефекты, приводящие к нарушению перестройки V-генов иммуноглобулинов, дифференцировки В-лимфоцитов. Проявлением селективных агаммаглобулинемий служит отсутствие иммуноглобулинов определенных изотипов; они обычно связаны с нарушением процесса переключения С-генов или с секреторными дефектами.
Агглютинация — слипание клеток, в частности обусловленное действием антител. В последнем случае феномен агглютинации обусловлен связыванием мембранных молекул разных клеток антителами благодаря наличию у них двух или более активных центров. Агглютинация служит основой ряда лабораторных и диагностических тестов на присутствие антител в биологических жидкостях. В качестве тест-частиц обычно используют эритроциты (гемагглютинация) — нативные или нагруженные посторонними антигенами (пассивная агглютинация); в реакциях пассивной агглютинации в качестве носителей антигена используют также инертные частицы (например, частиц латекса). Иногда для того, чтобы добиться агглютинации клеток, в систему вводят антитела к иммуноглобулинам (непрямая агглютинация).
Адаптивный иммунный ответ — антигенспецифическая иммунная реакция, развивающаяся в ответ на воздействие конкретных антигенов и направленная на их удаление (в отличие от естественной резистентности, факторы которой формируются вне зависимости от внедрения чужеродных агентов и лишены специфичности).
Адгезия — прилипание. Адгезия клеток служит основой взаимодействия клеток иммунной системы между собой, с сосудистым эндотелием, межклеточным матриксом. Обусловлена специализированными молекулами типа интегринов, се- лектинов и их рецепторов.
Адоптивный перенос иммунитета — перенос состояния иммунитета с клетками иммунизированных доноров (слово «адоптивный» означает «приемный»). Успешен лишь при условии сингенности донора и реципиента.
Адъюванты — вещества и их комплексы, которые используют для усиления иммунного ответа. Примерами их являются адъюванты Фрейнда (смесь вазелинового масла, ланолина и эмульгаторов с добавлением вакцины БЦЖ или без нее — соответственно полный и неполный адъюванты), гидроокись алюминия, адъюванты на основе липосом, комплексов с мицеллами гликолипидов (ISСОМ) и т.д. Усиление иммунного ответа при использовании адъювантов связано с депонированием антигена и дополнительной стимуляцией вспомогательных звеньев иммунного ответа.
Активация клеток — переход клеток из покоящегося в функционально активное состояние. В случае лимфоцитов — переход из фазы Go в фазу G] клеточного цикла, т.е. подготовка к пролиферации. Основой активации лимфоцитов служит сигнализация, поступающая в клетку в результате связывания рецепторов для антигена и в конечном счете обусловливающая экспрессию генов ростовых факторов и их рецепторов (как правило, через формирование транскрипционных факторов). Активация макрофагов и нейтрофилов состоит в усилении окисли- 578
тельного метаболизма («кислородный взрыв»), фагоцитарной, секреторной и киллерной активности.
Активный центр антител (антигенсвязывающий участок, участок комплементарное™) — участок молекулы антател, образованный V-доменами тяжелых и легких цепей, в силу своей чрезвычайно высокой вариабельное™ способный распознавать (на основе пространственного соответствия) и связывать эпитопы антигена. Основой вариабельное™ активных центров являются гипервариабельные участки тяжелых и легких цепей (по 3 в каждой цепи). Вариабельность анта- генраспознающих структур лишь частачно детерминируется генетически; ее формирование завершается в процессе созревания клеток как результат реаранжировки V-генов.
Аллерген — разновидность антигена или гаптена, индуцирующая аллергические реакции. Аллергены, вызывающие гиперчувствительность немедленного тапа, стимулируют образование IgE-антител; аллергены, индуцирующие гиперчувствительность замедленного тапа, часто являются гаптенами и способны образовывать комплексы с собственными белками организма; включают механизмы Т-клеточного ответа при участии клеток Лангерганса (белые отростчатые эпидермоциты), с которыми они связываются.
Аллергия (от лат. — другое действие) — состояние повышенной чувствительности к антигенам (аллергенам), обусловленное неадекватно сильной реакцией иммунной системы, связанной с быстрым выбросом активных субстанций при дегрануляции тучных клеток (гиперчувствительность немедленного тапа) или интенсивной клеточной (преимущественно макрофагальной) реакцией (гиперчувствительность замедленного типа). В обоих случаях основой вовлечения тучных клеток и макрофагов являются специфические иммунные механизмы (образование IgE-антител при немедленной и эффекторных ТЫ-клеток — при замедленной гиперчувствительности). Служит основой большой группы заболеваний и острых реакций, например анафилактического шока.
Аллогенный, аллоопределение и приставка, используемые для обозначения генетачески различающихся особей в пределах одного вида или трансплантации тканей между такими особями (аллотрансплантация, аллогенный костный мозг и т.д.).
Аллотип — характеристика (на основе определения антигенных свойств или первичной структуры) продуктов аллельных генов, кодирующих белковые молекулы. Аллотипы иммуноглобулинов, как правило, имеют в своей основе отличия по 1—2 аминокислотным остаткам в константных (редко в вариабельных) доменах тяжелых и легких цепей. Пример — аллотипы Gm у-цепей.
Альтернативная активация комплемента — см. Комплемент.
Анафилаксия (от лат. — противозащита) — реакция организма на повторные введения антагена, состоящая в проявлениях аллергии с сокращением гладких мышц и сосудистыми реакциями, в ослаблении сердечной деятельности, сопровождающемся коллапсом, в выходе жидкой части крови в ткани. Обычно протекает в острой форме (анафилактический шок) и часто заканчивается смертью. Основой реакции является выброс гистамина сенсибилизированными тучными клетками.
Анергия — отсутствие активации клеток в ответ на действие стимулирующих сигналов. Является одной из основ иммунологаческой толерантаоста, в том числе аутотолерангности. Развивается при перекрестном связывании антигенспе- цифических рецепторов зрелых лимфоцитов в отсутствие костимуляции.
Антиген — чужеродная субстанция, при попадании в организм способная вызвать иммунный ответ, направленный на ее удаление. Обычно это макромолекула — белок или полисахарид. Как правило, содержит несколько детерминант (эпитопов), определяющих специфичность образующихся при иммунном ответе антител и цитотоксических Т-лимфоцитов. Иммуногенность антигенов обуслов-
лена другими свойствами антигена — различными в случае вовлечения в иммунный ответ В- и Т-лимфоцитов.
Антигенпредставляющие (антигенпрезентирующие) клетки — клетки, в которых происходят частичный протеолиз белковых антигенов, связывание их пептидных фрагментов с молекулами МНС II класса и экспрессия образующихся комплексов на поверхности. Это служит условием презентации антигенного пептида Т-хелперам. Презентация сопровождается костимуляцией вследствие взаимодействия мембранных молекул взаимодействующих клеток.
Антигенспецифические рецепторы — см. Рецепторы для антигенов.
Антитела — иммуноглобулины, обладающие специфичностью, т.е. сродством их активного центра к конкретным антигенным эпитопам. Образуются плазматическими клетками, как правило, при иммунном ответе на соответствующий антиген. Специфичность антител определяется V-доменом молекулы иммуноглобулина. Она соответствует специфичности антигенраспознающего рецептора В-клет- ки-предшественницы, стимулированной антигеном. Сродство антител к антигену (аффинность) повышается в процессе иммунного ответа. Изотип антител определяется С-доменами тяжелых цепей; он изменяется в ходе иммунного ответа вследствие реализации процесса переключения изотипов. Изотип определяет биологические свойства антител (способность связываться с компонентами комплемента, рецепторами, проникать через мембраны, метаболизироваться).
Антителозавнсимая клеточноопосредованная цитотоксичность — разновидность эффекторных клеточных реакций при иммунном ответе, состоящая в цитолизе опсонизированных клеток-мишеней NK-клетками, несущими рецептор FcyRIII (ранее их называли К-киллерами). Взаимодействие этих рецепторов с Fc- порцией IgG-антител, фиксированных на клетках-мишенях, служит основой для распознавания последних киллером. *
Антителообразующие клетки — клетки, секретирующие антитела. Разновидность эффекторных клеток иммунной системы. Образуются в результате дифференцировки лимфоцитов В-ряда, индуцированной действием антигена в сочетании с костимуляцией (обычно при участии Т-хелперов). Наиболее распространенным типом антителообразующих клеток являются плазмоциты (плазматические клетки); ту же функцию могут выполнять В-лимфобласты.
Апоптоз — программированная гибель клеток. Основой этой активной формы гибели клетки является фрагментация ДНК с отделением фрагментов клетки (апоптотических телец), содержащих хроматин и окруженных оболочкой. Апоптоз развивается при поступлении сигналов (как правило, «неполных») извне или вследствие реализации внутриклеточной программы гибели. Не сопровождается существенным повышением проницаемости клетки и ее распадом. Апоптоз служит основой некоторых физиологических (например, селекции тимоцитов) и патологических (например, развития цитопений) процессов.
Армирование — «вооружение»; термин, как правило, используется в отношении макрофагов, приобретающих специфичность благодаря фиксации на их поверхности антител вследствие взаимодействия их Fc-области с рецепторами FcylR макрофагов.
Артюса феномен — реакция на повторное подкожное введение антигена, проявляющаяся в развитии отека, геморрагического воспаления и некрозов. В основе феномена лежит реакция на локальное формирование большого количества иммунных комплексов, образующихся при взаимодействии введенного антигена с накопившимися антителами.
Атопия — наследственно обусловленная склонность к развитию иммунного ответа в форме гиперчувствительности немедленного типа. Обусловлена повышенной выработкой IgE-антител, особенностями распределения тучных клеток, проницаемости тканевых барьеров и т.д.
Аутоагрессия — см. Аутоиммунитет.
Аутоантигены — макромолекулярные компоненты тканей, являющиеся мишенями аутоантител. Причиной приобретения аутологичными субстанциями антигенности могут быть нарушение тканевых барьеров, перекрестная реакция с чужеродными (обычно микробными) антигенами, срыв аутотолерантности и др. Природа, функции и локализация аутоантигенов в значительной степени определяют характер поражения при аутоиммунных процессах. Аутоантигены могут быть органоспецифическими или широко распространенными в тканях (чему соответствует органоспецифическая и системная формы аутоиммунных заболеваний).
Аутоантитела — антитела, специфичные в отношении молекул того организма, в котором они выработались. Фиксируясь на клетках организма, аутоантитела, в основном относящиеся к изотипу IgG, могут вызывать их повреждение (особенно в сочетании с комплементом и фагоцитами) или активацию и, таким образом, служить фактором аутоиммунного поражения. В организме в низкой концентрации присутствуют аутоантитела, реагирующие с различными антигенами организма, которые не повреждают ткани и, возможно, выполняют регуляторные и транспортные функции. Обычно они относятся к изотипу IgM, полиспецифичны, вырабатываются CD5+-B1-лимфоцитами.
Аутоиммунитет, аутоиммунные процессы, аутоиммунные заболевания — процессы и связанные с ними заболевания, основой которых является поражение тканей, обусловленное последствиями взаимодействия аутоантител или аутоиммунных Т-лимфоцитов с аутоантигенами. Относятся к проявлениям иммунопатологии. Являются следствием срыва или иных форм преодоления аутотолерантности.
Аутологичный — определение, обозначающее происхождение клеток или иного биологического материала из того же организма, в который он вводится, пересаживается (например, аутологичные клетки). В том же смысле употребляется приставка «ауто-», например в термине «аутотрансплантация».
Аутотолерантность — состояние ареактивности факторов иммунной системы в отношении собственных тканей организма. Является следствием элиминации аутоспецифических клонов лимфоцитов в процессе отрицательной селекции (прежде всего отрицательной селекции клеток Т-ряда в тимусе и в периферическом отделе иммунной системы).
Аффинность (аффинитет) — сродство антител к антигенам или иных факторов к их лигандам. Обусловлено степенью пространственного соответствия взаимодействующих структур (в частности, активного центра антител и антигенного эпитопа). Мерой афинности служит константа равновесия реакции их взаимодействия. В процессе иммунного ответа аффинность антител существенно возрастает вследствие резкого повышения частоты мутаций в V-гене иммуноглобулинов. Сродство антител и TCR к антигенным эпитопам имеет важное значение для реализации иммунной защиты как фактор, определяющий эффективность и специфичность распознавания «чужого». Для обозначения суммарного сродства антител к различным эпитопам одного антигена и способности антител устанавливать прочные связи с антигеном используют термин «авидность».
В-лимфоциты (тимуснезависимые лимфоциты, бурсазависимые лимфоциты) — разновидность лимфоцитов; дифференцируются в костном мозгу [у птиц в фабрициевой сумке (бурсе)]. Локализуются во всех периферических лимфоидных органах, преимущественно в фолликулах. Слабо рециркулируют. Основой их антигенраспознающих рецепторов служат молекулы мембранных иммуноглобулинов. При связывании антигена и действии дополнительных сигналов дифференцируются в плазматические клетки (см.) — продуценты антител. Кроме того, выполняют функцию антигенпредставляющих клеток.
Бурса (фабрициева сумка) — лимфоэпителиальный орган в клоаке птиц, в
котором осуществляются дифференцировка и, вероятно, селекция клонов В-лим- фоцитов (бурсазависимых лимфоцитов).
Вакцинация — процесс искусственной иммунизации, обычно антигенами микроорганизмов, путем введения вакцин или узаконенная система мероприятий по массовому применению вакцин у определенных контингентов населения (обычно детей) с целью повышения устойчивости к инфекционным заболеваниям.
Вакцины — препараты, содержащие антигенный материал, которые используют для профилактики инфекционных заболеваний. В последнее время этот же термин стали использовать для обозначения препаратов, предназначенных для предупреждения развития опухолей, аллергии и других проявлений иммунопатологии. Принцип применения вакцин состоит в индукции иммунитета к возбудителям инфекционных заболеваний или устойчивости к развитию патологии путем введения препаратов, идентичных или родственных возбудителям заболеваний (или аллергенам, опухолевым антигенам), но не вызывающих соответствующей патологии. Для предотвращения инфекций используют вакцины на основе живых ослабленных или убитых микроорганизмов, выделенных из них иммуногенов в сочетании с адъювантами, специфической РНК микроорганизмов, их генетического материала (в частности, модифицированного). Аллерговакцины представляют собой препараты аллергенов, модифицированные или вводимые таким образом, чтобы ослабить реагиновый ответ или проявления па- тохимической фазы реакции. Опухолевые вакцины представляют собой клетки опухоли, измененные с целью усиления их иммуногенности.
Вариабельные домены — см. Иммуноглобулины.
Вилочковая железа — см. Тимус.
ВИЧ (вирус иммунодефицита человека) — вирусы из группы лентивирусов. Их оболочечный белок gpl20 обладает сродством к молекуле CD4, что определяет тропность ВИЧ к Т-хелперам и другим клеткам, несущим CD4. Проводниками вируса в клетки могут служить также некоторые типы рецепторов хемокинов. Вызывает цитопатогенный эффект и апоптоз клеток-мишеней. Является причиной смертельного заболевания — синдрома приобретенного иммунодефицита (СПИД). Среди разновидностей ВИЧ наиболее часто причиной СПИД является ВИЧ-1.
Гаптен — небольшая химическая группа, которая при связывании с белком- носителем обусловливает специфичность антител, образующихся при иммунизации животных данным конъюгатом. Модель иммунодоминантных В-клеточных эпитопов.
Гнбрндома — линия гибридных клеток, получаемых в результате слияния антителообразующих клеток заданной специфичности и клеток миеломы, обычно не секретирующих собственных антител и устойчивых к 8-азагуанину (последнее свойство важно для отбора гибридных клеток). Сочетает бессмертие клеток миеломы и специфичность антител, наследуемых от плазматических клеток. После селекции и клонирования получают линии гибридом, продуцирующие моноклональные антитела.
Гиперчувствительность замедленного типа (ГЗТ) — реакция на аллергены, развивающаяся через 1—3 сут после его воздействия. Вариант клеточного иммунного ответа. Проявляется в уплотнении и развитии воспаления вследствие инфильтрации Т-лимфоцитами и активированными ими макрофагами. Распространенный вариант — контактная гиперчувствительность — развивается в ответ на действие лекарств, красителей и других низкомолекулярных веществ, способных комплексироваться с собственными белками организма. При инфекционных процессах (проказе, туберкулезе) ГЗТ часто сочетается с формированием гранулемы.
Гиперчувствительность немедленного типа (аллергия немедленного типа) — аллергическая реакция, развивающаяся вскоре (в пределах нескольких минут) после действия аллергена. Обусловлена выбросом активных субстанций при дегрануляции тучных клеток в ответ на связывание аллергенов с фиксированными на них реагиновыми IgE-антителами. Основные проявления гиперчувствительности немедленного типа обусловлены расширением сосудов, повышением их проницаемости, раздражением нервных окончаний, вызывающим зуд, а также бронхоспазмом. Типичные проявления — крапивница, вазомоторный насморк или приступ бронхоспазма. Поздняя фаза гиперчувствительности немедленного типа обусловлена продуктами эозинофилов и нейтрофилов.
Гистамин (5-р-имидазолилэтиламин) — один из медиаторов аллергических реакций немедленного типа. Содержится в гранулах тучных клеток и быстро освобождается при их дегрануляции. Обусловливает расширение сосудов, повышение их проницаемости, зуд, в меньшей степени — спазм гладкой мускулатуры.
Гистосовместимость (тканевая совместимость) — основа успешной пересадки тканей между представителями одного вида животных без последствий в виде развития иммунологической реакции отторжения. Условие гистосовместимости — идентичность донора и реципиента по нескольким генетическим локусам (Н-локусам), детерминирующим антигены гистосовместимости, в первую очередь по главному комплексу гистосовместимости. В отсутствие гистосовместимости развивается иммунная реакция клеточного типа, приводящая к отторжению трансплантата (см. Трансплантационный иммунитет).
Главный комплекс гистосовместимости (МНС — от англ. Major histocompatibility complex) — генетический участок, занимающий 2 сантиморгана и обнаруженный в геноме всех видов высших животных. У человека обозначается как HLA (от англ. Human leukocyte antigene), у мышей — Н-2 (от англ. Histocompatibility 2). Включает три группы генов — I, II и III классов. Большинство генов I и II классов характеризуется чрезвычайно высокой полиморфностью (до нескольких десятков аллельных форм). Это обусловливает их роль в тканевой несовместимости, что определило их название. Биологическая роль продуктов генов МНС I и II классов состоит в презентации антигенных пептидов Т-лимфоцитам (см. Главного комплекса гистосовместимости продукты). Часть генов МНС II класса детерминирует уровень иммунного ответа (у мышей ген Ir-1), что реализуется через разную эффективность презентации антигена Т-хелперам.
Главного комплекса гистосовместимости продукты (см. также Главный комплекс гистосовместимости) — белковые продукты генов МНС. Продукты генов МНС I и II классов презентируют (представляют) антигенный пептид Т-лимфоцитам. По способу распознавания антигенов в комплексе с молекулами МНС этих двух типов различаются Т-хелперы и цитотоксические Т-лимфоциты. Коре- цепторы CD4 и 8, которые они экспрессируют, обладают сродством к молекулам МНС соответственно II и I классов. Благодаря этому при запуске иммунного ответа продукты МНС I класса презентируют антигенный пептид СП8+-Т-клеткам, продукты МНС II класса — СП4+-Т-клеткам. Молекулы МНС I класса, несущие антигенный пептид на поверхности клеток-мишеней, распознаются Т-киллерами также в эффекторную фазу иммунного ответа. Поскольку процессы, связанные с активацией Т-хелперов, служат ключевыми событиями иммунного ответа, а их эффективность определяется аллельными формами молекул МНС II класса, соответствующие гены были идентифицированы как гены иммунного ответа (1г-1). Продукты МНС I класса предотвращают цитотоксическое действие NK-клеток в отношении аутологичных мишеней.
Гормоны — продукты эндокринных желез, присутствующие в циркуляции в физиологически активных концентрациях и оказывающие дистантное действие на клетки-мишени. Многие гормоны влияют на иммунную систему и иммунные
процессы. Наиболее выраженным иммунотропным действием обладают гормоны коры надпочечников — глюкокортикоиды, которые вызывают апоптоз лимфоцитов (особенно кортикальных тимоцитов). Преимущественно иммуносупрессивным действием обладают половые гормоны, иммуностимулирующим — гормоны щитовидной железы, гормон роста, инсулин.
Гормоны тимуса — пептиды, секретируемые эпителиальными клетками тимуса (в основном в его субкапсулярной и медуллярной зонах). Содержатся в сыворотке крови в пико- и нанограммовых концентрациях. К ним относятся тимулин (нонапептид, связывающий Zn2+, вероятно, специфичный для тимуса), ai-тимозин (28-членный пептидный фрагмент, образующийся в результате процессинга a-протимозина — см. также Тимозины), тимопоэтины I и II (49-членные полипептиды, участвующие в регуляции нейромышечной сигнализации). Эти факторы родственны нейропептидам и находятся в тесном функциональном взаимодействии с другими гормонами, особенно с гормонами гипоталамуса, гипофиза, надпочечников и половых желез. Основная функция гормонов тимуса состоит в завершении функционального созревания Т-лимфоцитов после их эмиграции из тимуса, в частности в повышении способности секретировать цитокины.
Гранзнмы — сериновые протеиназы, которые выделяются Т-киллерами и NK-клетками, проникают в клетку-мишень через перфориновые поры и, активируя ядерные молекулы-мишени, запускают процесс апоптоза клетки.
Группы крови — характеристика антигенного спектра эритроцитов по наличию на их поверхности продуктов аллельных генов, относящихся к различным генетическим системам. В узком смысле понятие групп крови относят к системе АВО. Существует 4 группы крови, для которых характерны: отсутствие антигенов А и В (наличие антигена Н), наличие антигенов А, В или одновременно А и В (соответственно группы крови I, II, III и IV). Важно, что в сыворотке крови людей присутствуют естественные антитела к антигенам, отсутствующим на поверхности эритроцитов, что требует соблюдения определенных правил при переливании крови, которые предотвращают опасную для жизни агглютинацию перелитых эритроцитов.
Дендритные клетки — отростчатые клетки, обычно миелоидного происхождения, локализующиеся в лимфоидных органах и барьерных тканях. Основная разновидность антигенпредставляюших клеток, ответственных за презентацию антигенного пептида в комплексе с молекулами МНС II класса Т-хелперам. Основной тип дендритных клеток в лимфоидных органах — интердигитальные клетки, в эпидермисе — клетки Лангерганса. Дендритные клетки тимуса ответственны за осуществление отрицательной селекции тимоцитов. Дендритные клетки зародышевых центров имеют иное происхождение (местное); они «хранят» антиген и стимулируют В-лимфоциты, в частности В-клетки памяти.
Детерминанта антигенная — см. Эпитоп.
Дифференцировка — одна из реакций клеток, основой которой является стабильное изменение спектра активированных и супрессированных генов. При этом, как правило, из одного исходного типа клеток возникает два типа клеток, отличающихся по фенотипу и функциям. Дифференцировка включается в результате спонтанного осуществления генетической программы клетки или под влиянием внешних агентов, в том числе специализированных дифференцировоч- ных факторов.
Домены — относительно автономные в структурном и функциональном отношении участки белковой молекулы. На основе структурного родства доменов несущие их белки группируются в семейства (например, семейство С-лектинов, суперсемейство иммуноглобулинов).
Естественные киллеры (NK-клетки) — лимфоциты, лишенные маркеров Т- и
В-клеток и свойственных им антигенраспознающих рецепторов. Осуществляют быстрый цитолиз чужеродных пролиферирующих клеток на основе лектинового распознавания. Имеют рецепторы, блокирующие цитолиз клеток, которые несут аутологичные продукты МНС I класса. Являются важными факторами противоопухолевой и противовирусной защиты, особенно на ранних этапах иммунных процессов.
Зародышевые центры — морфологические структуры, формирующиеся в лимфоидных фолликулах при иммунном ответе. Место, в котором реализуются усиленный мутагенез V-генов иммуноглобулинов, селекция высокоаффинных клонов, переключение изотипов, дифференцировка плазмоцитов и В-клеток памяти.
Идиотип — свойство молекул антител, обусловленное наличием идиотопа. Взаимодействие антител, несущих идиотоп, с антиидиотипическими антителами, считается одним из факторов специфической регуляции иммунного ответа. Согласно концепции идиотипических сетей, иммунный ответ рассматривается как реакция на сдвиг равновесия в системе идиотип—антиидиотип, направленная на его восстановление.
Идиотоп — эпитоп, связанный с антигенраспознаюшим участком антител.
Изотип — разновидности иммуноглобулинов, связанные со структурой С-до- менов их тяжелых (ц, 8, у, а, е) и легких (к, X) цепей. Иногда обозначается как класс иммуноглобулина.
Иммунитет — состояние повышенной устойчивости к биологической агрессии (в первую очередь к развитию заболеваний, вызываемых конкретными инфекционными агентами). Обусловлено мобилизацией иммунных механизмов и их готовностью к эффективному иммунному ответу против агрессивных агентов.
Иммунная система — система, объединяющая лимфоидные органы и диссеминированные клетки (лимфоциты, макрофаги и др.), которые участвуют в выполнении иммунной защиты в основном в форме иммунного ответа.
Иммунные комплексы — молекулярные комплексы, образующиеся при взаимодействии антигенов и антител. Благодаря бивалентности большинства антител и поливалентности антигенов в состав комплекса может входить несколько молекул обоих типов. При достижении определенных размеров комплекс выпадает в осадок (преципитирует). Нерастворимые комплексы подвергаются фагоцитозу, растворимые — фильтруются через почки, а в условиях патологии могут откладываться на стенке сосудов и тканевых мембран, инициируя развитие воспаления. Взаимодействие иммунных комплексов с клетками и мембранами обусловлено присутствием на последних Fc-рецепторов. Избыточное накопление и отложение иммунных комплексов могут служить основой иммунокомплексной патологии.
Иммунный надзор — функция иммунной системы, состоящая в контроле за постоянством антигенной структуры клеток организма. Выявляемые изменения антигенной структуры (например, вследствие мутаций) устраняются в результате включения иммунных механизмов, в частности иммунного ответа.
Иммунный ответ — комплекс реакций на внедрение чужеродных агентов. Основой иммунного ответа является распознавание этих агентов, приводящее к реакции направленной на их удаление, и сопровождающееся их запоминанием. Иммунный ответ на первое поступление антигена в организм называют первичным, ответ на повторное его поступление — вторичным; вторичный ответ развивается быстрее и обеспечивает более эффективное удаление антигена и его носителей.
Иммуноблоттинг — метод, основанный на выявлении индивидуальных белков в смесях путем переноса компонентов, разделенных методом электрофореза, на целлюлозную основу с последующим проявлением мечеными антителами.
Иммуногенность — свойство молекулы антигена, обусловливающее его способность индуцировать иммунный ответ. При гуморальном иммунном ответе им-
муногенность определяется молекулярной массой и агрегатным состоянием антигена, числом и разнообразием эпитопов, жесткостью структуры молекулы, деградируемостью в данном организме. При клеточном иммунном ответе иммуногенность обусловлена эффективностью выщепления пептидов и их встраивания в молекулы МНС, особенно II класса. Для белков существенна способность иммуногена формировать а-спиральную структуру. Иммуногенность значительно варьирует в зависимости от генотипа реагирующего организма.
Иммуноглобулины — класс молекул, выполняющих функции антител. Молекула состоит как минимум из двух пар тяжелых и легких цепей определенной структуры. N-концевой домен (V-домен) иммуноглобулинов обладает чрезвычайно высокой вариабельностью; комбинация V-доменов тяжелых и легких цепей определяет специфичность иммуноглобулинов-антител. Остальные — константные — домены, общие для молекул иммуноглобулинов одного изотопа, обусловливают проявления биологической активности антител. Домены иммуноглобулинов являются прототипами для доменов многочисленных белков, участвующих в выполнении иммунологических функций и относимых к суперсемейству иммуноглобулинов.
Иммунодефициты — заболевания, основой которых является подавление определенных звеньев иммунной системы. Иммунодефицитные состояния — патологические состояния, сопровождающие некоторые заболевания и заключающиеся в подавлении иммунных функций. В основе многих иммунодефицитов (первичных) лежат наследственные дефекты (мутации) генов, кодирующих факторы иммунной системы или ответственных за развитие ее клеток. В других случаях (вторичные иммунодефициты) причиной иммунодефицитов является воздействие эндогенных (стрессы, некоторые заболевания и др.) или экзогенных (ионизирующая радиация, химические агенты, неблагоприятная экологическая ситуация) факторов.
Иммунодиагностика — система диагностических приемов, включающая использование лабораторных методов, которые основаны на иммунных реакциях, тестировании клеток или молекул иммунной системы.
Иммунокоррекция — разновидность иммуномодуляции, состоящая в доведении до нормы исходно измененной активности иммунной системы или ее компонентов. В оптимальном случае иммунокорригирующие средства не влияют на нормально функционирующие компоненты иммунной системы и изменяют их активность лишь в случае нарушений.
Иммунолигандный анализ — группа методов исследований, основанная на количественном определении концентраций иммунологически значимых компонентов смесей (антигенов, антител) на основе связывания или ингибирования связывания с их лигандами (соответственно антителами и антигенами), меченными ферментами (иммуноферментный анализ) или радионуклидами (радиоиммунный анализ).
Иммунологическая память — механизм, обеспечивающий ускоренное и более эффективное удаление из организма чужеродных агентов при их повторном поступлении в организм. Основой иммунологической памяти являются клетки памяти — разновидности Т- и В-лимфоцитов, формирующиеся при первичном ответе, но не принимающие в нем участия. Их ускоренная мобилизация при вторичном ответе служит основой его повышенной эффективности.
Иммунологическая толерантность — «терпимость» к внедрению чужеродных агентов, в частности к пересадке трансплантатов несовместимых тканей. Основой естественной иммунологической толерантности являются процессы отрицательной селекции аутореактивных клонов лимфоцитов. Искусственную иммунологическую толерантность создают путем введения чужеродных антигенов (например, аллоантигенов, связанных с жизнеспособными клетками, особенно кро-
ветворными) до завершения формирования иммунной системы — во внутриутробном периоде или сразу после рождения, а также введения клеток, несущих антиген, после разрушения собственной иммунной системы (путем облучения, введения цитотоксических агентов, особенно в сочетании с тимэктомией), внутривенных инъекций высоких или низких доз безагрегатных антигенов и т.д.
Иммуномодуляция — направленное воздействие (обычно лекарственными средствами) на иммунную систему с целью повышения или снижения активности иммунных процессов. Иммуномодуляторы — лекарственные средства и иные препараты, которые изменяют активность иммунной системы, повышая или снижая ее (эффект иммуномодуляторов определяется не только их свойствами, но и исходным состоянием иммунной системы). Использование иммуномодуляторов является основой иммунотерапии. Однонаправленное воздействие на иммунную систему в сторону ее усиления — иммуностимуляция, в сторону ослабления — иммуносупрессия: первая используется при лечении иммунодефицитных состояний, вторая — при иммунопатологии и трансплантации аллогенных тканей.
Иммунопатология — поражение органов и тканей с участием иммунных механизмов, служащее основой патогенеза ряда заболеваний, в первую очередь аутоиммунных. В расширенном смысле под иммунопатологией подразумевают любые заболевания, основой которых служит поражение иммунной системы. При такой трактовке понятия «иммунопатология» выделяют 4 основных варианта: иммунодефициты, аутоиммунные, аллергические и лимфопролиферативные (или шире — иммунопролиферативные) процессы.
Иммуносорбенты — комплексы нерастворимых носителей (например, частиц целлюлозы, сефарозы) с антигенами (или антителами), используемые для выделения специфических антител (или соответственно антигенов) на основе процедуры специфической сорбции — десорбции.
Иммуностимуляция — см. Иммуномодуляция.
Иммуносупрессия — см. Иммуномодуляция.
Иммунотерапия — методы лечения заболеваний, направленные на нормализацию нарушений в иммунной системе и основанные на использовании иммуно- тропных средств (см. Иммунокоррекция). Применяется преимущественно при лечении иммунопатологии и иных заболеваний, в патогенезе которых существенное значение имеют нарушения, затрагивающие систему иммунитета.
Иммунотоксины — препараты, соединяющие свойства токсинов и способность к целевой доставке к определенным клеткам или органам. Обычно представляют собой конъюгат токсинов (чаще цепи растительных токсинов, обусловливающей токсическое действие) и специфических антител или их фрагментов. Антитела обусловливают доставку иммунотоксина, токсин — разрушение клетки-мишени (например, опухолевой).
Иммуноферментный анализ — см. Иммунолигандный анализ.
Иммунофиллины — (пептидил-пропил)-трансизомеразы, способные связываться с циклоспорином А и субстанцией FK506 и приобретающие при этом сродство к кальциневрину. Связывание с кальциневрином лишает его способности дефосфорилировать компонент NT-ATc транскрипционного фактора NF-AT, что препятствует экспрессии гена ИЛ-2. На этом эффекте основано иммуносупрессивное действие циклоспорина А и субстанции FK506.
Иммунофлюоресценция — феномен, основанный на визуализации клеток (или иного материала), несущих антигены, с помощью антител, меченных флюо- рохромами. Феномен положен в основу иммунофлюоресцентного микроскопического анализа и метода проточной цитофлюорометрии.
Иммуноэлектрофорез — метод анализа антигенных смесей, основанный на последовательном электрофоретическом разделении компонентов и иммунодиф-
£узии с использованием антител заданной специфичности. Результаты иммуно- мектрофореза выражаются в формировании характерных дуг преципитации.
Интегрины — молекулы адгезии, экспрессируемые на поверхности клеток, в гом числе относящихся к иммунной системе, и связанные с цитоскелетом. Гетеродимеры; отличаются комбинацией нескольких вариантов а- и p-цепей. Групповые названия интегринов определяются типом p-цепи (Рг, р2-интегрины и г.д.). Обеспечивают прочные контакты клеток иммунной системы при их функциональных взаимодействиях, а также в процессе миграции через стенку сосудов. Рецепторами для интегринов служат молекулы, относящиеся к суперсемейству иммуноглобулинов (ICAM, VCAM). Обусловливают двустороннюю передачу сигналов в клетку и из нее.
Интердигитальные клетки — см. Дендритные клетки.
Интерлейкины — основная разновидность цитокинов. Белки, продуцируемые активированными клетками иммунной системы и ответственные за коммуникации между разновидностями лейкоцитов. Наиболее типичный эффект — индукция пролиферации (факторы роста). Действуют на клетки через мембранные рецепторы (см. Рецепторы цитокинов). Число известных интерлейкинов приближается к 20. Некоторые интерлейкины используют в качестве иммуномодуляторов, а ИЛ-2 — как противоопухолевое средство.
Интерфероны — разновидность цитокинов. Их общее свойство — способность неспецифически индуцировать резистентность клетки к последующему инфицированию вирусом (явление интерференции). Обладают также антипролифе- ративным, дифференцировочным и иммунорегуляторным действием. Известно несколько разновидностей интерферонов — а (несколько вариантов), р, у, т, т. Используют в иммунотерапии вирусных заболеваний и злокачественных опухолей.
Киназы — ферменты, катализирующие фосфорилирование молекул; как правило, это обусловливает переход этих ферментов в функционально активную форму. Киназам принадлежит основная роль в передаче внутриклеточных сигналов, в частности сигналов от мембранных рецепторов клеток иммунной системы к регуляторным участкам генов. В зависимости от молекул-мишеней различают протеинкиназы (например, протеинкиназы А, С и т.д.) и липидные киназы (например, фосфатидилинозитол-3-киназа). В зависимости от того, какие аминокислотные остатки фосфорилируют протеинкиназы, последние разделяют на тирозиновые и серин-треониновые киназы. Примером первых могут служить протеинкиназы Lek, Fyn, Lyn, Btk, связанные с антигенраспознающими рецепторами лимфоцитов, вторых — протеинкиназа С, МАР-киназы. Многие протеинкиназы являются продуктами протоонкогенов и при перемещении в необычное генетическое окружение обусловливают малигнизацию клетки.
Кислородный взрыв — серия превращений, происходящих в фагоцитарных клетках с участием атома кислорода с чрезвычайно большой скоростью (доли секунды, что обусловило название «взрыв»). Это приводит к образованию продуктов частичного восстановления кислорода (супероксид-анион, синглетный кислород), свободных радикалов (супероксид-радикал) и перекисей (перекись водорода, перекиси липидов) — продуктов, обладающих высокой бактерицидной активностью.
Классический путь активации комплемента — см. Комплемент.
Кластеры дифференцировки (CD) — обозначения мембранных маркеров клеток костномозгового происхождения (буквы CD с номером; CD — от англ, claster designation), основанные на выявлении маркеров с помощью группы (кластера) моноклональных антител, реагирующих с одним и тем же или разными эпитопами одной и той же молекулы.
Клетки памяти — лимфоциты В- или Т-типа, образующиеся в процессе им-
мунного ответа. Непосредственно не участвуют в реализации иммунного ответа, но при последующем поступлении антигена обеспечивают ускоренную и усиленную реализацию вторичного иммунного ответа.
Клон — потомство одной клетки. В функционировании популяций лимфоцитов решающая роль принадлежит их клональной структуре, поскольку на конкретный антиген реагируют лишь клетки тех клонов, которые несут рецептор, обладающий сродством к этому антигену. Таким образом, специфичность иммунного ответа определяется специфичностью рецепторов вовлекаемых в него клонов. Клональная структура популяций лимфоцитов определяется в период формирования антигенспецифических рецепторов и затем корригируется в результате процесса селекции клонов.
Колониестимулирующие факторы (КСФ) — разновидность цитокинов с преимущественным действием на гемопоэз. Служат факторами выживаемости и роста кроветворных предшественников, обусловливают формирование колоний кроветворных клеток in vitro. Основные типы КСФ — ГМ-КСФ, Г-КСФ, М-КСФ, фактор стволовых клеток; фактически к ним могут быть отнесены ИЛ-3, 7 и 11.
Комплемент — система белковых факторов, каскадно активируемых в условиях внедрения в организм чужеродных агентов. Различают альтернативный и классический пути активации комплемента. Первый состоит в стабилизации и амплификации спонтанного гидролиза СЗ-компонента комплемента, второй — в серии реакций, запускаемых в результате связывания с фиксированными на мембране иммунными комплексами факторов группы С1. Оба пути приводят к образованию СЗ/С5-конвертаз и реализации общего заключительного этапа, состоящего в формировании комплекса С5-9, который атакует мембрану. Результатом активации комплемента являются опсонизация или лизис клеток-мишеней и формирование активных низкомолекулярных фрагментов факторов комплемента.
Комплементарность — дополнительность (пространственная, по заряду, электронной структуре и т.д.), являющаяся основой взаимного сродства молекул. Комплементарность служит, в частности, основой иммунологической специфичности, соответствия эпитопов активным центрам антиген связывающих рецепторов и антител.
Корецепторы — молекулы, участвующие в распознавании Т-клеточным рецептором комплекса антигенных пептидов с продуктами МНС. Роль корецептора Т-хелперов выполняет молекула CD4, Т-киллеров — CD8. Их роль в данном случае состоит в повышении аффинности распознающего комплекса к распознаваемым структурам, поскольку CD4 обладает сродством к молекулам МНС II класса, a CD8 — I класса.
Костимуляция — действие сигналов, усиливающих и дополняющих основной сигнал. В случае активации лимфоцитов костимуляция состоит в усилении сигнала, поступающего через антигенраспознающие рецепторы TCR и BCR, и достигается путем взаимодействия костимулирующих молекул с их лигандами. В случае Т-лимфоцитов роль первых выполняет CD28, роль вторых — CD80 и CD86 антигенпрезентирующих клеток (АПК). В случае В-лимфоцитов костиму- лирующей молекулой служит CD40 В-клетки, а ее лигандом — CD154 Т-хелпера. Только при сочетании основного и косгимулирующего сигналов достигается активация лимфоцитов; в отсутствие костимуляции клетки подвергаются апоптозу или формируется их анергия.
Костный мозг — основное место кроветворения во взрослом организме. В нем осуществляется формирование практически всех клеток иммунной системы: в результате миелопоэза образуются моноциты, нейтрофилы, эозинофилы, базофилы, а также дендритные и тучные клетки, в результате лимфопоэза — В-лимфоциты и юные формы клеток Т-ряда, которые затем мигрируют в тимус
и там созревают. Гемопоэз контролируется микроокружением кроветворных клеток и цитокинами, в том числе колониестимулирующими факторами.
Ксеногенный, ксеноопределение и приставка используется для обозначения происхождения биологического материала (в основном клеток, тканей) от представителей другого вида, например ксенотрансплантация, ксеногенные лимфоциты и т.д.
Лангерганса клетки (белые отростчатые эпидермоциты) — разновидность дендритных клеток, отростчатые клетки эпидермиса кожи, обладающие высокой способностью связывать и обрабатывать антиген, но низкой способностью презентировать его Т-хелперам. Обусловливают ранний этап восприятия антигенного стимула. После связывания антигена активированные клетки Лангерганса мигрируют через лимфу в регионарные лимфатические узлы, в которых превращаются в интердигитальные клетки и активируют Т-хелперы.
Лейкозы — злокачественные процессы, в основе которых лежит бесконтрольная пролиферация малигнизированных миелоидных (миелолейкозы) и лимфоидных (лимфолейкозы) клеток. В иммунопатологии они трактуются как иммунопролиферативные процессы.
Лейкотриены — продукты метаболизма арахидоновой кислоты (эйкозаноиды), образующиеся при действии липооксигеназы. Относятся к основным факторам аллергических реакций. Выделяются через 5—20 мин после активации тучных клеток. Лейкотриены D4, С4 и Е4 обусловливают спазм гладкой мускулатуры, обладают хемотаксическим действием.
Лектины — белки, способные специфически взаимодействовать с определенными углеводными группами. Лектины, присутствующие в организме животных, играют роль предшественников антител (например, маннозосвязывающий белок), обусловливают адгезию клеток (селектины) и т.д. Растительные лектины используют в лабораторных исследованиях в качестве митогенов, а также реагентов для определения групп крови.
Лиганд — обозначение для субстанций, связывающихся с рецепторами и другими молекулами с определенной степенью специфичности, называемой сродством (например, конкретный антиген служит лигандом соответствующих мембранных рецепторов лимфоцитов, а также растворимых антител).
Лизис иммунный — разрушение клеток путем повреждения их мембраны (т.е. индукция некроза клеток) с участием иммунных механизмов. Две основные формы иммунного лизиса реализуются при гуморальном иммунном ответе под влиянием антител с участием комплемента и при клеточном иммунном ответе — под влиянием Т-киллеров и NK-клеток с участием перфорина. Во втором случае одновременно включается механизм апоптоза.
Лимфа — биологическая жидкость, дренирующая ткани. Поступает в регионарные лимфатические узлы (афферентная лимфа). Лимфа, оттекающая от лимфатических узлов (эфферентная лимфа), содержит лимфоциты, покинувшие орган; они доставляются лимфой в кровь. Лимфа играет роль в доставке антигенов из тканей в лимфатические узлы, а также в рециркуляции лимфоцитов.
Лимфатические узлы — основной тип периферических лимфоидных органов. Контролирует проникновение в организм чужеродных субстанций по региональному принципу. Первичные фолликулы лимфатических узлов служат «средоточением» В-лимфоцитов, паракортикальные зоны — Т-лимфоцитов. В лимфатические узлы доставляется из соответствующего региона тела антиген (обычно дендритными клетками) и осуществляется индуктивная фаза иммунного ответа.
Лимфоидные органы — органы иммунной системы; название обусловлено тем, что основным типом клеток в них являются лимфоциты. Различают центральные (первичные) лимфоидные органы, в которых происходит дифференци-
ровка лимфоцитов, и периферические (вторичные) лимфоидные органы, где осуществляются иммунные процессы. К первым относятся тимус и бурса (у птиц), ко вторым — лимфатические узлы, селезенка, иногда также лимфоидные образования, входящие в состав других органов — групповые лимфатические фолликулы (пейеровы бляшки), миндалины, аппендикс.
Лимфокинактивированные киллеры (ЛАК-клетки) — цитотоксические клетки, образующиеся при действии ИЛ-2 и других цитокинов на естественные киллеры. При этом значительно усиливается их цитотоксический потенциал и расширяется специфичность. Первоначально получены in vitro при культивировании мононуклеаров крови опухоленосителей в присутствии ИЛ-2. При возвращении в организм обеспечивают лечебный противоопухолевый эффект. В сочетании с введением ИЛ-2 ЛАК-клетки применяют при иммунотерапии злокачественных опухолей.
Лимфокины — цитокины, вырабатываемые лимфоцитами. Условность термина связана с тем, что цитокины обычно образуются клетками нескольких типов. К лимфокинам относятся в первую очередь продукты Т-хелперов — ИЛ- 2—5, 9, 10, 13 и 14, лимфотоксины и интерферон у.
Лимфомы — злокачественные опухоли, основой которых служит бесконтрольная пролиферация и блок дифференцировки малигнизированных лимфоцитов. Различают лимфомы В-клеточного (в том числе фолликулярные) и Т-клеточного (обычно кожные — синдром Сезари, грибовидный микоз) типов. Отдельную группу лимфом составляет лимфогранулематоз, при котором злокачественные клетки (клетки Ходжкина), возможно, являются малигнизированными формами антигенпрезентирующих клеток. Лимфомы представляют собой разновидности лимфопролиферативных заболеваний.
Лимфопоэз — процесс дифференцировки лимфоцитов из стволовых кроветворных клеток через стадию общего лимфоидного предшественника. Формирование В-лимфоцитов происходит в костном мозгу, Т-лимфоцитов — в тимусе. Основной этап дифференцировки лимфоцитов состоит в формировании рецептора для антигена, природа которого различна для Т- и В-лимфоцитов. Дальнейшее разделение на субпопуляции обусловливается избирательной экспрессией ряда ключевых молекул (в случае Т-лимфоцитов — корецепторов CD4 и CD8, которые определяют тип распознавания антигена). Заключительные события функционального созревания лимфоцитов происходят в периферическом отделе иммунной системы (в случае Т-лимфоцитов под влиянием гормонов тимуса).
Лимфопролиферативные заболевания — группа злокачественных заболеваний, основой которых является малигнизация и бесконтрольная пролиферация лимфоцитов. К ним относятся лимфолейкозы и лимфомы.
Лимфотоксины — разновидности факторов некроза опухоли (ФНО), имеющие с ним общие рецепторы. Вырабатываются Т-лимфоцитами: а-лимфоток- син — в растворимой, р-лимфотоксин — в мембраносвязанной форме. Образуют гетеродимеры. Вызывают апоптоз клеток-мишеней и ряд эффектов, свойственных ФНОа. Необходимы для формирования зародышевых центров.
Лимфоциты — округлые клетки со слаборазвитой цитоплазмой, несущие на своей поверхности рецепторы, которые распознают антиген. Ответственны за осуществление антигенспецифической составляющей иммунного ответа. Связывание лимфоцитом антигена в сочетании с дополнительными сигналами вызывает дифференцировку в эффекторные иммунные клетки (см. Т-лимфоциты, В-лимфоциты).
Макрофаги — крупные клетки, прилипающие к субстрату; дифференцируются из моноцитов при их миграции в ткани; основные функции макрофагов состоят в фагоцитозе, выработке цитокинов (в основном провоспалительных) и других субстанций, важных для развития воспаления и иммунного ответа, и пре-
зентации антигенных пептидов Т-хелперов ^антигенпредставляющие (антигенпрезентирующие) клетки].
Маркер клеток — признак, молекула (обычно антиген или фермент), наличие которого (обычно на поверхности клетки) позволяет идентифицировать ее и отличить от других клеток. Антигенные маркеры клеток иммунной системы объединены в кластеры дифференцировки.
Матрикс межклеточный — комплекс молекул, вырабатываемых стромальными клетками и макрофагами, составляющий непосредственное окружение клеток (в частности, клеток иммунной системы) в органах. Взаимодействия лимфоцитов и моноцитов/макрофагов с матриксом важны для их миграции. Основные молекулы матрикса, с которыми взаимодействуют клетки иммунной системы, — фибронектин, ламинин, коллаген. Роль рецепторов для них выполняют pi-интегрины.
Миелома (множественная миелома) — злокачественная опухоль, растущая из плазматических клеток и поражающая костную ткань. Клетки миеломы секретируют моноклональные иммуноглобулины, для которых иногда удается установить специфичность (обычно к распространенным антигенам бактерий). Эти антитела не имеют защитной функции.
Микроокружение — термин, используемый для обозначения комплекса факторов, окружающих те или иные специализированные клетки (кроветворные, лимфоидные и т.д.) в органах и важных для обеспечения развития и функционирования специализированных клеток, в частности лимфоцитов. Включают стромальные и иные клетки, выполняющие механическую роль и служащие источником контактных сигналов, их гуморальные продукты (цитокины, пептидные факторы и т.д.), а также межклеточный матрикс.
Миндалины — лимфоэпителиальные образования в глоточной и небной областях. Содержат фолликулы, в которых преобладают В-лимфоциты; в пространствах, прилегающих к эпителию, преобладают Т-лимфоциты. Участвуют в реакциях на микробную инвазию, осуществляемую в верхнем отделе пищеварительного и дыхательного трактов; возможно, участвуют в посттимусной дифференцировке Т-лимфоцитов.
Митогены — белки (часто лектины или бактериальные продукты), способные активировать лимфоциты и вызывать их пролиферацию (митогенез) по поликлональному принципу благодаря многоточечному взаимодействию с мембраной клетки. Митогены могут избирательно действовать на Т-клетки (фитогемагглютинин, конканавалин А), В-клетки (бактериальный липополисахарид) или вызывать Т-зависимую активацию В-лимфоцитов (митоген лаконоса). В последние годы в качестве митогенов широко используют моноклональные антитела к мембранным антигенам. '
Монокины — цитокины, вырабатываемые моноцитами и макрофагами. Использование термина ограничено в связи с тем, что продукты указанных клеток обычно могут вырабатываться также клетками других типов. К монокинам с определенной степенью условности могут быть отнесены ИЛ-1, 6, 12 и 15, ФНОа, хемокины.
Моноклональные антитела — антитела, однородные по всем показателям (включая специфичность), которые секретируются одним клоном антителообразующих клеток. В искусственных условиях продуцируются клетками гибридом. В настоящее время создан огромный набор моноклональных антител практически ко всем значимым эпитопам. Благодаря технологии гибридом антитела в их моноклональном варианте стали соответствовать стандартам, применяемым к индивидуальным химическим веществам.
Моноциты — крупные клетки миелоидного ряда. Циркулируют в крови, вырабатывают ряд цитокинов, обладают фагоцитарной активностью. При попадании в ткани дифференцируются в макрофаги и дендритные клетки.
Нейтрофилы — клетки крови миелоидного ряда, имеющие дольчатое ядро и нейтральную зернистость. Часть нейтрофилов кратковременно присутствует в тканях. Обладают высокими мобильностью, фагоцитарной активностью и бактерицидным потенциалом. Основные эффекторные клетки на ранних этапах инфекционной агрессии.
NK-клетки — см. Естественные киллеры.
Опсонизация — связывание антител, компонентов комплемента, острофазных белков с поверхностью клеток-мишеней, облегчающее их фагоцитоз вследствие взаимодействия Fc-рецепторов с Fc-порцией антител и рецепторов для других указанных белков — с этими белками, фиксированными на поверхности клеток.
Опухолеассоциированные антигены — антигены, свойственные опухолевым клеткам и в норме отсутствующие или слабо экспрессированные на нормальных тканях взрослого организма. Часто в качестве этих антигенов выступают эмбриональные белки (онкофетальные антигены), экспрессия Которых в норме подавляется на определенных стадиях онтогенеза. Различают антигенные маркеры опухолей, присутствующие в сыворотке крови (например, а-фетопротеин), опухолеассоциированные трансплантационные, органоспецифические, реже — уникальные опухолевые антигены. Распознавание опухолевых антигенов клетками иммунной системы затруднено маскировкой антигенов или презентирующих их молекул МНС и другими механизмами избегания опухолевыми клетками действия иммунных механизмов.
Острофазные белки — группа белков, вырабатываемых гепатоцитами, синтез которых существенно возрастает под влиянием провоспалительных цитокинов, особенно ИЛ-6. К ним относятся С-реактивный белок, фибриноген, маннозасвя- зывающий белок, сывороточный амилоид. Часть из них выполняет функции опсонинов, хемотаксических факторов, активирует комплемент по альтернативному и классическому пути, регулируют выработку цитокинов.
Память иммунологическая — см. Иммунологическая память.
Пейеровы бляшки ^групповые лимфатические фолликулы) — лимфоидные образования в стенке тонкой кишки, по структуре и некоторым функциям родственные лимфатическим узлам. Через слой эпителиальных клеток (М-клеток) в пейеровы бляшки (в их купол) проникают антигенные продукты из просвета кишки. В фолликулах и окружающем их пространстве осуществляются восприятие антигена дендритными клетками и начальные этапы индукции специфического иммунного ответа.
Пентраксины — острофазные (С-реактивный белок и сывороточный амилоид) и ряд других белков, объединенные структурным и функциональным сходством: их молекулы содержат 5 характерных субъединиц. Взаимодействуют с фосфолипидами грамположительных микроорганизмов, опсонизируя их. Служат хемоаттрактантами для нейтрофилов. Активируют комплемент. Регулируют выработку цитокинов и другие проявления иммунных процессов.
Первичные иммунодефициты — см. Иммунодефициты.
Переключение изотипов — процесс, реализуемый на уровне генов и состоящий в последовательном вовлечении различных С-генов в транскрипцию иммуноглобулиновых генов. Переключение зависит от связывания молекулы CD40 на поверхности В-клетки и регулируется цитокинами. Порядок подключения С-генов соответствует последовательности их расположения в хромосоме.
Перфорин — белок (гомолог компонента комплемента С9), являющийся ключевым фактором клеточно-опосредованного цитолиза. Выделяется активированными киллерами Т- или NK-типа. Проникает в мембрану клеток-мишеней благодаря сродству к фосфохолину и при участии Са2+ формирует в ней поры, через которые в клетку попадают гранзимы, запускающие апоптоз.
Поликлональный ответ — разновидность иммунного ответа, состоящая в вовлечении в иммунный процесс лимфоцитов различных клонов. Обычно является результатом действия поликлональных стимуляторов, к которым относятся многие бактериальные продукты, полиэлектролиты и др. Поликлональный ответ неэффективен из-за отсутствия специфичности и создает опасность включения аутоиммунных процессов.
Поллиноз (сенная лихорадка) — разновидность аллергии к пыльце растений, имеющая сезонный характер и проявляющаяся в вазомоторных реакциях слизистых оболочек (ринитах, конъюнктивитах) и/или бронхоспазме.
Презентация (представление) антигена — способ «передачи» антигена Т-лимфоцитам, состоящий в предварительном расщеплении антигена внутри антигенпрезентирующей клетки (АПК), связывании образующихся пептидов со специальными участками молекул МНС и экспрессии образующегося конъюгата на поверхности АПК.
Преципитация — выпадение в осадок. Иммунная преципитация — формирование нерастворимых комплексов при взаимодействии растворимых антигенов и антител. Преципитаты, образующиеся in vivo, поглощаются и разрушаются фагоцитами. При патологии возможно отложение преципитатов на клетках, сосудистой стенке, тканевых мембранах (см. Иммунные комплексы). Реакция преципитации in vitro широко используется в лабораторных исследованиях и является основой иммуноэлектрофореза, иммуноблоттинга, реакций иммунодиффузии и др.
Пролиферация — одна из основных форм реакций лимфоцитов, заключается в размножении клеток путем деления. Предпосылки пролиферации лимфоцитов создаются в результате активации этих клеток, при которой индуцируются выработка факторов роста и экспрессия их рецепторов. Переход от активации к пролиферации лимфоцитов соответствует переходу из фазы G]a в фазу Сц, клеточного цикла. Альтернативой пролиферации служат апоптоз и дифференцировка клеток, которые иногда автоматически реализуются по завершении цикла клеточных делений.
Пропердин — сывороточный фактор, компонент альтернативного пути активации комплемента (фактор Р), стабилизирующий конвертазу СЗЬВЬ и защищающий ее от действия фактора Н. Тем самым пропердин способствует активации комплемента.
Простагландины — продукты метаболизма арахидоновой кислоты, осуществляющегося при участии циклооксигеназы (эйкозаноиды). Простагландины D2, Е2, F2a и 12 обладают сосудорасширяющим и хемотаксическим действием. Играют вспомогательную роль при реализации аллергических реакций немедленного типа. Простагландин Е2, продуцируемый макрофагами, имеет значение в иммунорегуляции, выступая преимущественно в качестве супрессирующего фактора.
Протеинкиназы — см. Киназы.
Протеннфосфатазы — ферменты, ответственные за дефосфорилирование белков. Участвуют в регуляции активационного процесса, подавляя активность фосфорилированных сигнальных белков или повышая ее при гиперфосфорилировании. Примером сигнальных протеинфосфатаз лимфоцитов является цитоплазматический домен молекулы CD45.
Проточная цитофлюорометрия — метод исследований, особенно часто применяемый при изучении мембранных антигенов клеток. Основан на лазерной регистрации флюоресцирующих клеток при протекании по капиллярному каналу прибора клеток, обработанных моноклональными антителами, которые помечены флюорохромами. Метод применяют также для оценки клеточного цикла, апоптоза и т.д. При определенном режиме работы проточного цитофлюориметра осуществляется препаративное выделение (сортировка) меченых клеток.
Реагины — антитела, вызывающие аллергические реакции немедленного
типа благодаря своей способности фиксироваться на тучных клетках и вызывать их дегрануляцию при связывании с аллергеном. Свойствами реагинов обладают антитела изотипа IgE, что связано с присутствием на поверхности тучных клеток высокоаффинных рецепторов для их Fc-фрагмента.
Радиация ионизирующая — один из факторов, повреждающих иммунную систему и подавляющих иммунную защиту. В основе его действия лежат повреждение делящихся клеток и индукция апоптоза покоящихся лимфоцитов. Радиационный иммунодефицит — одна из форм вторичных иммунодефицитных состояний.
Радиоиммунный анализ — см. Иммунолигандный анализ.
Реакция «трансплантат протия хозяина* (РТПХ) — иммунная реакция клеточного типа, развивающаяся при трансплантации Т-лимфоцитов в условиях тканевой несовместимости донора и реципиента (обычно при его ареактивнос- ти). Является осложнением лечения облученных пациентов пересадками аллогенного костного мозга (ее называют также гомологичной, или вторичной, болезнью). Обусловлена иммунным ответом трансплантированных Т-клеток против антигенов МНС хозяина. Острая форма РТПХ сопровождается поражением лимфоидных органов (особенно тимуса) и в первую очередь АПК, экспрессирующих молекулы МНС II класса. Хроническая (форма РТПХ проявляется в поражении кишечника, кожи, печени.
Реаранжировка V-генов — перестройка генетической области, включающей зародышевые V-гены, D- и J-сегменты. Перестройка состоит в изъятии части генетического материала и воссоединении (в значительной степени случайном) сохранившихся фрагментов. Обычно сопровождается подстройкой незакодирован- ных в геноме N-фрагментов благодаря активации терминальной дезоксинуклео- тидилтрансферазы. Процесс реаранжировки обусловливает формирование 3-го гипервариабельного участка «зрелых» V-генов иммуноглобулинов и TCR и обусловливает их высокую вариабельность.
Резус-конфликт — ситуация, возникающая при беременности матери, эритроциты которой не экспрессируют антиген D системы групп крови резус (резус- отрицательной матери), резус-положительным плодом. При первой беременности такого рода происходят сенсибилизация матери антигеном D и образование анти-В-антител. При повторных беременностях накопившиеся антитела проникают в организм плода и вызывают повреждение его клеток, что проявляется в гемолитической желтухе или более тяжелом повреждении тканей, иногда приводящем к выкидышу. Предотвращается введением матери антител к D-антигену, блокирующих иммунный процесс в организме матери.
Рекомбиназы — ферменты, катализирующие процесс реаранжировки V-генов антигенраспознающих рецепторов. Детерминируются генами RAG-1 и RAG-2, активация которых предшествует процессу реаранжировки. Мутации этих генов являются основой некоторых форм тяжелого комбинированного иммунодефицита.
Рецепторы — молекулы, расположенные, как правило, на поверхности клетки или внутри нее. Специфически связывают субстанции (лиганды), играют определенную роль в функционировании клетки как источники внешних сигналов (например, гормоны, цитокины, в случае лимфоцитов — антиген). Результатом связывания лигандов с рецепторами является зарождение сигнала, который затем передается в клетку и приводит к активации индуцибельных генов. Обычно условием запуска сигнала через мембранные рецепторы служат их перекрестное связывание и погружение образующихся комплексов внутрь клетки.
Рецепторы для антигенов — ключевые структуры поверхности лимфоцитов, определяющие распознавание ими антигенных эпитопов и специфичность иммунного ответа. Представлены на поверхности клетки, являясь трансмембранными белками. Рецепторы В-лимфоцитов (BCR) содержат в своем составе молекулу
иммуноглобулина и две молекулы CD79. Рецепторы Т-лимфоцитов. TCR имеют две гетеродимерные формы — ар и у5, Обе формы соединены в клеточной мембране с комплексом CD3. Антигенраспознающая часть рецептора содержится в наружной части молекул иммуноглобулинов и димеров ар и уЗ. Остальные компоненты рецепторов обусловливают передачу сигнала в клетку благодаря взаимодействию их цитоплазматической части с протеинкиназами. Все молекулы рецепторов, расположенные на поверхности конкретного лимфоцита и клона лимфоцитов, идентичны по специфичности.
Рецепторы для цитокинов — мембранные молекулы, обладающие сродством к цитокинам и передающие внутрь клетки сигнал о взаимодействии с ними. По структуре их разделяют на 4 основных типа: цитокиновые (гемопоэтиновые), иммуноглобулиноподобные, рецепторы для интерферонов и рецепторы для фактора некроза опухоли. Их цитоплазматическая часть связана с адапторными белками и протеинкиназами (обычно относящимися к семейству Yak), которые обусловливают передачу сигнала в клетку.
Рециркуляция — непрерывное перемещение клеток (это относится прежде всего к лимфоцитам) из тканей в лимфо- и кровоток с последующим возвращением в ткани. Для иммунной системы это способ интеграции всех ее отделов.
Селектины — лектины С-типа, локализующиеся на поверхности клеток и выполняющие роль молекул адгезии. Их лигандами служат углеводные компоненты мембранных гликопротеинов. Селектинам принадлежит основная роль на начальных этапах миграции лейкоцитов через сосудистую стенку, когда они обусловливают слабую адгезию и «качение» лимфоцитов вдоль стенки сосуда. Известны Е-, Р- и L-селектины, локализующиеся соответственно на эндотелиальных клетках, тромбоцитах и лейкоцитах.
Селекция клонов — процессы избирательного поддержания (положительная селекция) или устранения (отрицательная селекция) клонов лимфоцитов, приводящие к коррекции первичного антигенраспознающего репертуара (поддержание клонов, которые распознают пептиды в составе «своих» молекул МНС, и устранение полностью аутореактивных клонов). Селекция клонов Т-клеток осуществляется в основном в тимусе, селекция клонов В-клеток — в костном мозгу. Селекция В-лимфоцитов происходит также в зародышевых центрах при иммунном ответе; ее результатом являются отбор высокоаффинных клонов и выбраковка аутоспецифических клонов, возникших в результате усиленного мутагенеза V-генов иммуноглобулинов.
Селезенка — периферический лимфоидный орган, контролирующий поступление антигена гематогенным путем. Лишена лимфатического дренажа. Лимфоидные структуры связаны с белой пульпой, где содержатся В- и Т-зависимые зоны (соответственно фолликулы и параартериальные муфты), участки, в которых плазматические клетки секретируют антитела (краевая зона). При иммунном ответе плазматические клетки сосредоточиваются также в красной пульпе.
Серотерапия — использование с лечебной целью сывороток, содержащих антитела к возбудителям инфекций или их продуктам. Примером серотерапии является применение антисывороток, содержащих антитела к дифтерийному или столбнячному токсину. В настоящее время вместо цельных сывороток используют очищенные препараты иммуноглобулинов-антител. Эти лечебные препараты вводят также при иммунодефицитах гуморального типа для того, чтобы в организм пациента поступили естественные и иммунные антитела.
Специфичность — свойство антигенов, обусловленное структурой распознающих участков антител и рецепторов для антигенов. Специфичность связана с небольшими участками молекулы антигена — эпитопами (детерминантами), которые комплементарны активным центрам антигенраспознающих рецепторов. Исходное распознавание этих участков предсуществующими рецепторами опре-
деляет рекрутирование в иммунный ответ клеток-носителей этих рецепторов и формирование эффекторных факторов (антител, цитотоксических Т-лимфоци- тов), характеризующихся той же специфичностью. Таким образом, специфичность иммунного ответа есть результат амплификации (умножения) антигенрас- познаюших структур, отобранных антигеном.
СПИД — синдром приобретенного иммунодефицита (AIDS — aquired immunodeficiency syndrome) — фатальное заболевание, относящееся к приобретенным иммунодефицитам. Его основой является поражение иммунной системы ленти- вирусами ВИЧ (вирус иммунодефицита человека). Из-за сродства белка оболочки ВИЧ gp 120 к мембранной молекуле CD4 клетками-мишенями для этого вируса служат CD4+-лимфоциты, а также клетки, несущие небольшие количества CD4 на поверхности (макрофаги, дендритные клетки, некоторые клетки нервной системы). Клетки погибают как в результате прямого цитопатогенного действия вируса, так и вследствие апоптоза этих клеток. Смерть больных наступает от оппортунистических инфекций, опухолей (саркома Капоши, лимфомы), поражения нервной системы и желудочно-кишечного тракта.
Суперантигены — молекулы, взаимодействующие с продуктами МНС II класса вне антигенсвязывающей щели и распознаваемые Т-лимфоцитами. Их специфичность определяется сродством к (3-цепям TCR, относящимся к определенным семействам. В ответ на суперантигены вовлекается большая группа клонов Т-клеток, которые при этом часто подвергаются апоптозу. Суперантигены служат одним из факторов, снижающих эффективность иммунной защиты против инфекционных агентов.
Суперсеменства — группы молекул, родственных по структуре (в целом или отдельных доменов). Как правило, структурное родство сочетается со сходством функций. Наиболее известный пример — суперсемейство иммуноглобулинов, к которому принадлежит значительная часть иммунологически значимых молекул.
Супрессорные клетки — клетки иммунной системы, подавляющие иммунный ответ. Различают антигенспецифические и неспецифические супрессоры. Свойствами последних могут обладать макрофаги главным образом благодаря выделению ими простагландина Е. Специфические супрессоры — это лимфоциты, обычно Т-класса. Ранее считалось, что Т-супрессорами являются исключительно СВ8+-Т-клетки. В настоящее время известно, что супрессорную функцию могут выполнять также СВ4+-клетки (примером служит взаимное подавление активности Thl- и ТН2-клеток). Медиаторами супрессорной функции могут быть цитокины, а также специфические супрессорные факторы, по-видимому, представляющие собой растворимые формы TCR или их полипептидных цепей. Супрессорные клетки играют определенную роль в предотвращении аутоагрессии (вето- клетки), в прекращении и обратном развитии иммунного ответа, в определении пути развития иммунных процессов в сторону гуморального или клеточного ответа.
Сывороточная болезнь — проявление иммунокомплексной патологии. Развивается в ответ на повторное внутривенное введение антигена, например при серотерапии. Проявления сывороточной болезни — лихорадка, системные васкулиты, артриты, нефрит.
Т-киллеры — см. цитотоксические Т-лимфоциты.
Т-лимфоциты (тимусзависимые лимфоциты) — разновидность лимфоцитов; проходят основные этапы дифференцировки в тимусе. Специфический компонент их антигенраспознающего рецептора представляет собой гетеродимер TCR, состоящий из цепей аир или у и б. Эти клетки распознают антигенный пептид в составе молекул МНС, после чего при условии действия костимупирующих сигналов дифференцируются в Т-хелперы или цитотоксические Т-лимфоциты, служащие эффекторными факторами клеточного иммунитета.
Тимозины — пептидные факторы (более 10), содержащиеся в экстрактах ти-
Муса и служащие кофакторами дифференцировки клеток Т-ряда. По электрофоретической подвижности разделены на а-, 0- и у-тимозины. Наиболее полно изучен сц-тимозин, присутствующий в циркуляции и представляющий собой N-концевую часть молекулы а-протимозина (см. Гормоны тимуса). Составляют основу иммуно модулирующих препаратов (тимозина-V, тимоптина, тактивина).
Тимопоэтнп — см. Гормоны тимуса.
Тимулин — см. Гормоны тимуса.
Тимус (вилочковая железа) — центральный орган иммунной системы, ответственный за развитие Т-лимфоцитов. Каркас тимуса образован не только соединительнотканной стромой, но и эпителиальными клетками, с которыми связано выполнение основных функций органа. Тимус служит источником пептидных гормонов, присутствующих в кровотоке. В тимус мигрируют лимфоидные предшественники, дифференцирующиеся в Т-лимфоциты и, вероятно, в дендритные клетки. Здесь происходят реаранжировка генов TCR, экспрессия рецепторов на тимоцитах, селекция их клонов, в результате которой формируется антигенрас- познающий репертуар Т-лимфоцитов. Кроме того, Т-клетки в тимусе дифференцируются на функциональные субпопуляции. Под влиянием гормонов тимуса Т-клетки завершают свое развитие в периферическом отделе иммунной системы.
Токсины бактериальные — факторы, обусловливающие патогенные эффекты микроорганизмов. Могут быть связаны с клеткой (эндотоксины) или выделяться в растворимой форме (экзотоксины). Важны для взаимодействия микробных клеток с иммунной системой. Эндотоксины, особенно липополисахаридные, выступают в роли поликлональных стимуляторов (митогенов). Экзотоксины часто являются суперантигенами, вызывают апоптоз клеток-мишеней.
Трансплантационный иммунитет — иммунная реакция на трансплантацию чужеродных тканей (алло- и ксенотрансплантацию), обычно завершающаяся отторжением этих тканей. В ее основе лежит преимущественно реакция Т-лимфоцитов, причем разрушение пересаженных клеток обусловливают цитотоксические Т-лимфоциты. Особенно выраженная реакция на аллотрансплантат возникает при различиях между донором и реципиентом по главному комплексу гистосовместимости (МНС). Иммунная реакция на трансплантат может быть ослаблена, а при отсутствии различий по МНС преодолена при условии применения иммуносупрессоров, а в эксперименте — при наличии иммунологической толерантности. Пересадка аллогенного костного мозга или лимфоидной ткани может сопровождаться развитием реакции «трансплантат против хозяина».
Трансформирующие факторы роста — разновидность цитокинов. Обычно подавляют пролиферацию клеток, иногда вызывают экспрессию трансформированного фенотипа. Для иммунной системы значим трансформирующий фактор роста р, выступающий в качестве супрессорного фактора, который отменяет эффекты других цитокинов. Определенную роль играет в сдерживании аутоиммунных процессов.
Тучные клетки — тканевые клетки, содержащие базофильную зернистость. На их поверхности имеются высокоаффинные рецепторы для IgE. Перекрестное связывание аллергеном фиксированных на них IgE вызывает дегрануляцию тучных клеток с выбросом гистамина, гепарина, протеаз, с последующей секрецией эйкозаноидов и цитокинов, что определяет развитие ранней фазы аллергических реакций немедленного типа.
Т-хелперы — разновидность Т-лимфоцитов. Экспрессируют корецептор CD4, участвующий в распознавании продуктов МНС II класса. Функция Т-хелперов состоит в выработке цитокинов и костимуляции эффекторных В-лимфо- цитов путем контактных взаимодействий и действия цитокинов, а также цитотоксических Т-лимфоцитов в результате действия ИЛ-2. Из двух разновидностей Т-хелперов ТЫ-клетки ответственны за стимуляцию Т-клеточного, Th2-
клетки — гуморального иммунного ответа. Различия между ними обусловлены разными наборами продуцируемых ими цитокинов. Дифференцировка Т-хелперов на субпопуляции контролируется цитокинами. Между ними существуют отношения взаимного антагонизма. Хелперы ТЫ- и ТЪ2-типов ответственны за иммунную защиту от разных патогенов и обусловливают иммунное повреждение при различных заболеваниях.
Фагоцитоз — один из основных механизмов иммунной защиты от биологической агрессии, проявляющийся в поглощении и переваривании корпускулярных частиц, в том числе микроорганизмов, погибших эндогенных клеток. Наиболее выраженной фагоцитарной активностью обладают нейтрофилы, моноциты и макрофаги. Предпосылкой для фагоцитоза служит сближение фагоцита и его объекта на основе хемотаксиса. Поглощение частиц не обязательно сопровождается их перевариванием. В случае отсутствия последнего (незавершенный фагоцитоз) микроорганизм может размножаться внутри фагоцита.
Факторы некроза опухоли — разновидность цитокинов: собственно фактор некроза опухоли (ФНО), или ФНОа, и лимфотоксины, или ФНОр. ФНОа, продуцируемый макрофагами и другими клетками, является одним из основных про- воспалительных цитокинов. Он обусловливает проявления токсического шока и кахексии, имеет два рецептора, один из которых передает сигналы к индукции апоптоза. С этим, а также с другими эффектами ФНОа связано его противоопухолевое действие.
Фолликул лимфоидный — округлая гистологическая структура в лимфоидных органах, с которой связано развитие гуморального иммунного ответа. Каркас фолликулов образуют фолликулярные дендритные клетки. До контакта с антигеном в фолликуле (называемом первичным') содержатся лимфоциты только В-типа. В процессе иммунного ответа в фолликул мигрируют Т-лимфоциты, и в фолликуле образуются зародышевые центры, такой фолликул называется вторичным.
Хемокины — разновидность цитокинов, ответственных за хемотаксис клеток иммунной системы. Обычно это относительно низкомолекулярные пептиды, продуцируемые макрофагами, стромальными и другими клетками; а-хемокины являются хемоаттрактантами для нейтрофилов, р-хемокины — для моноци- тов/макрофагов, в меньшей степени лимфоцитов. Играют важную роль в развитии воспаления и иммунного ответа.
Хемотаксис — направленное движение клеток, обусловленное действием хемотаксических агентов (чаще всего химических веществ, например, хемокинов и других пептидов). Является необходимым компонентом фагоцитарной реакции, проникновения клеток в очаг воспаления и др.
Хоминг («домашний инстинкт») — способность рециркулирующих лимфоцитов возвращаться преимущественно в лимфоидные органы. Обусловлен наличием в последних высокого эндотелия, клетки которого экспрессируют рецепторы «молекул хоминга» (их функцию выполняют селектины и другие молекулы адгезии).
Циклоспорин А — иммуносупрессивное средство, проявляющее действие только в отношении активированных лимфоцитов. Применяется для предотвращения реакции отторжения трансплантатов и лечения аутоиммунопатологии. Его действие основано на прерывании внутриклеточного активационного сигнала: он формирует комплекс с циклофиллином, относящимся к группе иммунофилли- нов; комплекс связывается с кальциневрином, что препятствует образованию транскрипционного фактора NF-АТ и активации гена ИЛ-2.
Цитокины — белковые продукты преимущественно активированных клеток иммунной системы, лишенные специфичности в отношении антигенов и обусловливающие межклеточные коммуникации при гемопоэзе, воспалении, иммунном ответе и межсистемных взаимодействиях. Как правило, являются
близкодействующими факторами. Их концентрация в кровотоке ниже эффективного порога. Активностью цитокинов обусловлена пролиферативная экспансия клеток иммунной системы, вовлеченных в иммунный ответ. Цитокины действуют на основе рецепторного механизма. К цитокинам относятся интерлейкины, интерфероны, хемокины, факторы некроза опухоли, колониестимулирующие факторы. Они составляют систему (цитокиновую сеть), характеризующуюся сильным взаимодействием компонентов и избыточностью (одна и та же функция обеспечивается разными цитокинами). Некоторые цитокины используют в качестве иммунотерапевтических средств.
Цитотоксические Т-лимфоциты (Т-киллеры) — разновидность Т-лимфоцитов. Экспрессируют корецептор CD8, участвующий в распознавании продуктов МНС I класса. При иммунном ответе предшественники Т-киллеров дифференцируются в эффекторные цитотоксические Т-клетки, вызывающие гибель клеток-мишеней в результате контактных взаимодействий. В реализации цитотоксического эффекта Т-киллеров участвуют перфорин, гранзимы, Fas-рецепторы, факторы некроза опухоли.
Чужеродность — свойство антигенов, заключающееся в том, что молекулы данного типа должны отсутствовать во внутренней среде организма. Требование чужеродности является отражением элиминации аутореактивных клонов Т-лим- фоцитов в процессе отрицательной селекции. Эго требование не абсолютно, поскольку в организме в блокированной форме существуют аутореактивные клоны лимфоцитов. В случае Т-клеточного ответа обязательным условием антигенности пептидов является их комплексирование с аутологичными молекулами МНС.
Эйкозаноиды — активные продукты метаболизма арахидоновой кислоты, играющие определенную роль в развитии аллергии, воспаления и в иммунорегуляции (см. лейкотриены, простагландины).
Эндотелий (эндотелиальные клетки) — разновидность плоского эпителия, формирующего стенку капилляров и мелких сосудов. Взаимодействие эндотелиальных клеток с лейкоцитами обусловливает их проникновение в ткани. Под влиянием бактериальных продуктов и цитокинов эндотелиальные клетки активируются, становясь более высокими (кубовидный эндотелий), экспрессируют молекулы адгезии и секретируют цитокины. Тем самым эти клетки определяют ранние события воспаления и иммунных процессов.
Эозинофилы — клетки миелоидного ряда, содержащиеся в крови и тканях; имеют дольчатое ядро и крупные ацидофильные гранулы. Содержат основной белок, выделение которого обусловливает осуществление внеклеточного киллин- га клеток, в частности паразитов. Являются эффекторами поздней фазы гиперчувствительности немедленного типа и антипаразитарной защиты.
Эпитоп (антигенная детерминанта) — часть молекулы антигена, обычно характеризующаяся структурной индивидуальностью, которая обусловливает специфичность антител и эффекторных Т-клеток, образующихся в процессе иммунного ответа. Структура эпитопа комплементарна активному центру антител или Т-клеточному рецептору. Спектр эпитопов, распознаваемых В- и Т-клет- ками, различен. Эпитопы, распознаваемые В-клетками, бывают линейными (соответствующими непрерывному отрезку полимерной молекулы) и конформационными (определяемыми укладкой молекулы с участием пространственно разделенных мономеров, например, аминокислотных остатков). Эпитопы Т-клеток всегда имеют линейную структуру и представляют собой фрагменты белков, встраивающиеся в специальную полость молекул МНС.
Нобелевские премии в области иммунологии
1901 — Э.Беринг (E.Behring) — за открытие антитоксических антител и разработку серотерапии.
1905 — Р.Кох (R.Koch) — за исследования в области туберкулеза.
1908 — И.И.Мечников, П.Эрлих (Р.Ehrlich) — за вклад в развитие теории иммунитета.
1913 — Ш.Рише (C.Richet) — за открытие анафилаксии.
1919 — Ж. Борде (J. Bordet) — за изучение системы комплемента.
1930 — К.Ландштейнер (K.Landsteiner) — за открытие групп крови.
1960 — Ф.М.Бернет (F.M.Bernet), П.Б.Медавар (P.Medawar) — за изучение иммунологической толерантности.
1972 — Р.Портер (R.Porter), Д.Эдельман (G.Edehnan) — за изучение структуры иммуноглобулинов.
1980 — Дж.Снелл (G.Snell), Ж.Доссе (J.Dausset), Б.Бенацераф (B.Benacerraf) — за исследование генетики главного комплекса гистосовместимости.
1984 — Н.Йерне (N.Jerne) — за разработку учения об идиотипической сети; Ц.Мильштейн (С.Milstein), Дж.Келер (G.Kahler) — за создание гибридомной технологии для получения моноклональных антител.
1987 — С.Тонегава (S.Tonegawa) — за исследование соматической рекомбинации генов иммуноглобулинов как основы формирования разнообразия антигенраспознающих рецепторов лимфоцитов.
1997 — Р.Цинкернагель (R.Zinkernagel), П.Догерти (P.Dogherty) — за открытие роли молекул МНС в презентации антигена.
Рекомендуемая литература
Белки иммунной системы (под ред. В.Т.Иванова). — М.: Институт био- органической химии РАН, 1997.
Вершигора А.Е. Общая иммунология. — Киев: Выща школа, 1990.
Галактионов В.Г Иммунология. — М.: Изд-во МГУ им. М. В. Л омоносова, 1998.
Галактионов В.Г. Очерки эволюционной иммунологии. — М.: Наука, 1995.
Гущин И.С. Аллергическое воспаление и его фармакологический контроль. — М.: Фармарус Принт, 1998.
Кетлинский С.А., Симбирцев А.С., Воробьев А.А. Эндогенные иммуномодуляторы. — СПб.: Гиппократ, 1992.
Клиническая иммунология (под ред. Е.И.Соколова). — М.: Медицина, 1998.
Медуницын Н.В. Вакцинология. — М.: Триада-Х, 1999.
Петров Р.В. Иммунология. — М.: Медицина, 1987.
Петров Р.В., Хаитов Р.М. Искусственные антигены и вакцины. — М.: Медицина, 1988.
Ройт А. Основы иммунологии. — М.: Мир, 1991.
Ульянкина Т.Н. Зарождение иммунологии. — М.: Наука, 1994.
Хаитов Р.М., Игнатьева ГА. СПИД. — М.: Народная Академия культуры и общечеловеческих ценностей, 1992.,
Хаитов Р.М., Пинегин Б.В., Истамов ХИ. Экологическая иммунология. — М.: Изд-во ВНИРО, 1995.
Ярилин А.А., Пинчук В.Г, Гриневич Ю.А. Структура тимуса и дифференцировка Т-лимфоцитов. — Киев: Наукова думка, 1991.
Janeway С.А., Travers Р. Immunobiology. The Immune system in Health and Disease (3d ed.). Current biology Limited / Garland Publishing Inc. — 1997.
Roitt I. Essential Immunology (9th ed.). — Blackwell Science. — 1997.
Оглавление
Предисловие 5
Введение 8
Структура и организация иммунной системы 17
Клетки иммунной системы 17
Лимфоциты 17
В-лимфоциты 20
Т-лимфоциты 31
NK-клетки (естественныекиллеры) 51
Антигенпредставляюшие и фагоцитирующие клетки 54
Моноциты и макрофаги 54
Дендритные клетки 60
Нейтрофилы 64
Эозинофилы 66
Базофилы и тучные клетки 67
Тромбоциты 69
Стромальные клетки 70
Структурная организация иммунной системы 72
Костный мозг 74
Тимус (вилочковая железа) 75
Периферические лимфоидные органы 88
Лимфатические узлы 88
Селезенка 90
Лимфоидные ткань и структуры, связанные со слизистыми оболочками 91
Лимфоидная ткань, связанная с кожей 96
Кровь и лимфа 99
Рециркуляция лимфоцитов 100
Молекулы адгезии 101
Преодоление сосудистого барьера и миграция лимфоцитов в ткань 107
Рециркуляция лимфоцитов и взаимодействие со стромой лимфоидных органов 109
Факторы естественного иммунитета 111
Клеточные факторы первой линии иммунной защиты 111
Вовлечение и активация клеток—эффекторов естественного иммунитета 112
Фагоцитоз 120
Хемотаксис 121
Адгезия фагоцитов к объекту фагоцитоза 124
Активация фагоцитов при адгезии и распластывании . .126
Погружение частицы 127
Формирование фаголизосомы 127
Лизис и расщепление фагоцитированных клеток . . . .128
Секреторная активность фагоцитов 129
Киллерная активность фагоцитов 134
Функционирование естественных киллеров 136
Гуморальные факторы естественного иммунитета 144
Система комплемента 145
Классическая активация комплемента 147
Альтернативная активация комплемента 151
Атака клеточной мембраны 153
Роль комплементзависимых процессов в иммунной защите 154
Медиаторы воспаления 156
Воспалительные цитокины 156
Белки острой фазы 161
Другие медиаторы воспаления. Эйкозаноиды 163
Молекулярные и клеточные основы адаптивного иммунитета 169
Антигенраспознающие молекулы 169
Иммуноглобулины (антитела) 169
Сывороточные иммуноглобулины—антитела 169
Мембранные иммуноглобулины как основа рецептора В-клеток для антигена 179
Fc-рецепторы 181
Антигенраспознающий рецепторный комплекс Т-лимфоцитов TCR-CD3 184
Формирование разнообразия антигенраспознающих молекул лимфоцитов 191
Антигены и их взаимодействие с антителами 196
Антигены 196
Чужеродность 196
Иммуногенность 198
Тимуснезависимые антигены 201
Толерогенность 202
Специфичность 203
3.2.2.Взаимодействие антигенов и антител 208
Антигены и Т-клетки 212
. Главный комплекс гистосовместимости (МНС) и его продукты 213
Генетика МНС 213
Распределение в тканях и структурах молекул МНС . . .215
Антигенные пептиды в составе молекул МНС 220
Процессинг и презентация антигенов Т-клеткам 221
Комплексирование антигенных пептидов с молекулами МНС I класса 221
Комплексирование антигенных пептидов с молекулами МНС II класса 223
Особенности антигенов,распознаваемых Т-клетками227
Молекулярные основы межклеточных взаимодействий в иммунной системе 230
Контактные взаимодействияклеток иммуннойсистемы.. . .230
Интегрины 237
Цитокины 237
Интерлейкины 247
I 3.4.3.2. Факторы некроза опухолей 259
Колониестимулирующие факторы 262
Интерфероны 263
Трансформирующий фактор роста р 266
Рецепторы для цитокинов 267
Эффекты цитокинов на уровне организма 269
Активация лимфоцитов и связанные с ней процессы 278
Активация и пролиферация лимфоцитов 279
Запуск сигнала. Активация тирозинкиназ, связанных с рецептором 281
Дальнейшая передача сигнала и формирование транскрипционных факторов 283
Сигналы, включаемые через корецепторы 287
Маркеры активации 289
Сигнализация, запускаемая цитокинами 290
Продвижение по клеточному циклу 293
Дифференцировка лимфоцитов 295
Дифференцировка антителопродуцентов и В-клеток памяти 296
Дифференцировка Т-хелперов 301
Дифференцировка цитотоксических Т-лимфоцитов и Т-клеток памяти 303
Апоптоз 308
Иммунный ответ 315
Основные проявления и механизмы иммунного ответа 316
Пусковые этапы и механизмы иммунного ответа 316
Доставка и первичное восприятие антигена 317
Неспецифическая реакция лимфоидных органов. Улавливание клеток специфических клонов 319
Стимуляция лимфоцитов специфических клонов. Выбор между гуморальным и клеточным ответом 320
Гуморальный иммунный ответ 323
Взаимодействие В-клеток с Т-хелперами и последующая реакция В-лимфоцитов 323
Продуктивная фаза антителообразования 330
Гуморальный иммунный ответ в слизистых оболочках 334
Моноклональные антитела 335
Клеточный иммунный ответ 339
Основные события цитотоксического иммунного ответа 339
Гиперчувствительность замедленного типа 341
Иммунологическая память и вторичный иммунный ответ . . .347
Клетки памяти 347
Вторичный иммунный ответ 349
Эффекторные реакции адаптивного иммунитета 352
Нейтрализация как самостоятельный эффекторный механизм и этап других реакций 352
Эффекторные механизмы, основанные нафагоцитозе354
Комплементзависимый цитолиз 356
Эффекторные механизмы, основанные на клеточноопосредованном цитолизе 357
Т-клеточный цитолиз 35g
ТЬ2-зависимые клеточные эффекторные реакции.. . . 360
Контроль иммунного ответа 362
Контроль состояния иммунной системы 362
Генетический контроль иммунного ответа 362
Гормональный, нервный и цитокиновый контроль иммунной системы 367
Регуляция иммунного ответа 371
Роль антигена и антител в регуляции иммунного ответа. Изотипическая регуляция гуморального иммунного ответа 372
Идиотипическая регуляция иммунного ответа 376
Супрессорные клетки и регуляция иммунного ответа377
Проявления иммунной защиты 382
Противоинфекционный иммунитет 382
Особенности инфекционных агентов как иммуногенов .383
Особенности иммунного ответа при инфекциях390
Протективный иммунитет к инфекциям 399
Вакцинация против инфекций 403
Противоопухолевый иммунитет 408
Концептуальные аспекты 408
Антигены, ассоциированные с опухолями 410
Механизмы избегания опухолями иммунного надзора412
Подходы к активизации иммунной защиты от опухолей 417
Иммунные реакции на несовместимые ткани 421
Трансплантационный иммунитет и связанные с ним реакции 422
Трансплантация костного мозга и ее осложнения . . . .426
Пересадки органов и тканей в клинике. Подходы к преодолению трансплантационной реакции 427
Переливание крови 429
Иммунологическая толерантность 432
Искусственная иммунологическая толерантность . . . .432
Аутотолерантность и ее механизмы 434
Патология иммунной системы 440
Иммунодефициты 440
Первичные иммунодефициты 440
Генетика первичныхиммунодефицитов 441
Природа иммунологических нарушений при первичных иммунодефицитных состояниях 447
Клинико-иммунологические проявления при первичных иммунодефицитах 457
Иммунная защита при наследственных иммунодефицитах 459
Вторичные иммунодефициты 462
Соотношение роли наследственности и индукторных возпействийЛ41
Аллергены
/5.2.1.2. IgE-реагины
5.2.1.3. Патохимическая стадия аллергических
Патофизиологическая стадия аллергич
Принципы терапии и предупреждения процессов. Специфическая десенсиби)
Гиперчувствительность, связанная с нереагин
Гиперчувствительность замедленного типа .
Аутоиммунные процессы
Аутоиммунные заболевания и аутотолерантно
Концепция аутотолерантности . . .
Основные типы аутоиммунных заболе!
Механизмы индукции и проявления аутоимм]
Роль наследственных факторов . . .
Механизмы включения аутоиммунных
Иммунологические механизмы аутоим и общие принципы их терапии . . .
Лимфопролиферативные процессы
Лимфоидные клетки при лимфопролифератив соответствие нормальным прототипам . . .
Генетические перестройки при лимфопролифе]:
Иммунные функции при лимфопролифератш
Принципы иммунодиагностики и иммунотерапии
Основы современной иммунодиагностики .
Принципы иммунотерапии
Иммуномодуляторы преимущественно или корригирующего действия . . .
Адъюванты
Иммунодепрессанты
Послесловие
Приложения I. CD-классификация мембранных молекул клеток кост хождения
11. Иммунологические термины и их расшифровка . . Рекомендуемая литература
Учебник
Основы иммунологии
Александр Александрович Ярилин
Зав. редакцией Т.П. Осокина
Научный редактор Е.А.Гоголина
Художественный редактор С.М.Лымина Технический редактор Н.М.Гаранкина Корректор М.П. Молокова
ЛР № 010215 от 29.04.97. Сдано в набор 30.12.98. Подписано к печати 20.04.99. Формат бумаги 70 х 100‘/16. Бумага офс. № 1. Гарнитура тайме. Печать офсетная. Усл.печ.л. 49,40. Усл.кр.-отт. 49,40. Уч.-изд.л. 44,18. Тираж 10 000 экз. Заказ № 1092
Ордена Трудового Красного Знамени издательство «Медицина».
101000, Москва, Петроверигский пер., 6/8.
Оригинал-макет изготовлен в АО ИНПОЛ. 125130, Москва, Старопетровский пр.,11.
Отпечатано с оригинал-макета
в ОАО «Можайский полиграфический комбинат». 143200, г.Можайск, ул.Мира, 93.
ISBN 5-225-02755-5
9
ЯрилинАлександр Александрович
Доктор медицинских наук, профессор, заведующий отделом клеточной иммунологии ГНЦ — Института иммунологии Минздрава России, действительный член Академии естественных наук. Родился в 1941 г. Окончил Горьковский медицинский институт. Работал в Институте медицинской радиологии в г. Обнинске (1966—1980). С 1980 г. возглавляет лабораторию клеточной иммунологии в Институте иммунологии. Автор более 300 публикаций, в том числе 6 монографий. Читает курсы лекций по иммунологии в МГУ, Пущинском, Нижегородском университетах. Под его руководством выполнено 5 докторских и 24 кандидатских диссертаций. Является членом редколлегий журналов «Иммунология», «Радиационная биология. Радиоэкология», «Физиологические науки».
Учебная литература для студентов медицинских вузов
А. А. Ярилин
Основы иммунологии
Рекомендовано Управлением научных и образовательных медицинских учреждений Министерства здравоохранения Российской Федерации в качестве учебника для студентов медицинских вузов
Москва
"Медицина" 1999
УДК 616-092:612.017.1(075.8)
ББК 52.5
Я73
Рецензент Р.В.Петров — академик РАН и РАМН, вице-президент РАН
Ярилин А.А.
Я73 Основы иммунологии: Учебник. — М.: Медицина, 1999. — 608 с.: ил. (Учеб. лит. Для студ. мед. вузов). ISBN 5-22502755-5
В учебнике отражены новейшие достижения иммунологии. Описаны структура и организация иммунной системы, факторы естественного иммунитета, молекулярные и клеточные основы адаптивного иммунитета, иммунный ответ. Большое внимание уделено патологии иммунной системы.
ISBN 5-225-02755-5ISBN 5-225-02755-5ББК 52.5
ISBN 5-225-02755-5
ISBN 5-225-02755-5
© Издательство «Медицина» Москва, 1999
Все права автора защищены. Ни одна часть этого издания не может быть занесена в помят, компьютера либо воспроизведена любым способом без предварительного письменного разрешение издателя.