Центральные и периферические лимфоидные органы
Различают первичные – центральные (костный мозг и тимус) и вторичные – периферические (селезенка, лимфатические узлы, скопления лимфоидной ткани) органы иммунной системы. Все они взаимосвязаны системой кровообращения, лимфотока и единой системой иммунорегуляции.
Костный мозг и тимус выполняют важнейшие функции, обеспечивая самообновление иммунной системы. В этих органах идут процессы пролиферации клеток-предшественников, их дифференцировка и созревание вплоть до выхода в циркуляцию и заселения периферических органов иммунной системы зрелыми иммунокомпетентными клетками. Основной функцией костного мозга является продукция всех клеток, участвующих как в неспецифической защите организма, так и в специфическом иммунном ответе.
Периферические органы иммунной системы – лимфатические узлы, селезенка и лимфоидная ткань, ассоциированная со слизистыми, - являются местом встречи антигенов с иммунокомпетентными клетками, местом распознавания антигена и развития специфического иммунного ответа, местом взаимодействия иммунокомпетентных клеток, их пролиферации (клональной экспансии), антигензависимой дифференцировки и местом накопления продуктов иммунного ответа.
Биохимические закономерности онтогенеза иммунокомпетентных клеток
Все клетки крови, в том числе и иммунокомпетентные клетки, происходят из полипотентной стволовой клетки, которая дает начало разным росткам кроветворения, в том числе миело-моноцитарному и лимфоцитраному. Направление дифференцировки ранних предшественников зависит от влияния их микроокружения, от влияния стромальных клеток костного мозга, а также под действием цитокинов (колониестимулирующих факторов – CSF, интерлейкина 3).
У млекопитающих костный мозг выполняет дополнительную функцию, являясь местом созревания В-лимфоцитов. Стволовая клетка может дифференцироваться в сторону общего предшественника лимфоцитов, от которого впоследствии дифференцируются Т-лимфоциты, В-лимфоциты, естественные киллеры. Под действием интерлейкиов 7,3,4 и 6 стимулируется процесс созревания В-клеток. По мере пролиферации и дифференцировки В-лимфоциты приобретают поверхностные антигены HLA II класса , рецепторы для комплемента и поверхностные иммуноглобулины М. Созревание В-лимфоцитов, в отличие от Т-лимфоцитов, завершается в костном мозге и в кровь выходят малые лимфоциты, несущие на своей мембране все структуры, необходимые для участия в специфическом иммунном ответе.
Тимус – единственный орган иммунной системы, который подвергается возрастной инволюции. Самая высокая продукция Т-лимфоцитов сохраняется до двух лет, а затем она быстро падает. При этом количество Т-лимфоцитов в циркуляции сохраняется на достигнутом уровне, так как большая часть Т-лимфоцитов – долгоживущие клетки.
Роль цитомединов в регуляции и развитии Т-клеток
Ранние предшественники Т-лимфоцитов из костного мозга поступают в корковый слой тимуса. Они постепенно мигрируют в мозговой слой, взаимодействуя с эпителиальными клетками, макрофагами, дендритными клетками, испытывая влияние продуцируемых этими клетками медиаторов, среди которых пептидные гормоны тимулин, тимопоэтин, тимозины, а также интерлейкины 1, 3, 6, 7, CSF, туморнекротизирующий фактор (TNF), трансформирующий ростовой фактор (TGF). Интерлейкин 7 стимулирует пролиферацию тимоцитов на самой ранней стадии ( до появления у них на мембране TCR CD3 CD4 CD8). Другие цитокины продуцируют и секретируют сами тимоциты: интерлейкины 2, 3, 4, -интерферон. Интерлейкин 4 стимулирует не только пролиферацию, но и созревание Т-лимфоцитов. TGF и -интерферон, наоборот, ингибируют пролиферацию тимоцитов.
Метаболические маркеры дифференцировки иммуноцитов
В процессе продвижения в мозговой слой Т-лимфоциты поэтапно приобретают характерные для них поверхностные маркеры и рецепторы. Основные характерные для Т-лимфоцитов поверхностные маркеры в процессе созревания клеток появляются на их мембране в определенной последовательности: CD2,CD3, CD5, CD28, TCR, CD4 или CD8.
В результате позитивной и негативной селекции из тимуса в кровоток поступают только такие Т-лимфоциты, которые несут TCR, способные распознавать собственные антигены тканевой совместимости и не способные распознавать аутогенные пептиды в комплексе с собственными антигенами тканевой совместимости. Такие зрелые Т-лимфоциты поступают в кровь и заселяют Т-зависимые зоны периферических органов иммунной системы. Они берут на себя основные защитные функции в противовирусном и противоопухолевом иммунитете, выполняют важные регуляторные функции.
Субпопуляционный состав Т- и В-лимфоцитов
Т-лимфоциты имеют 8 больших функционально разнящихся субпопуляций. Все Т-лимфоциты имеют на клеточной мембране Т-клеточный рецептор (TCR), который может быть двух видов: и . Т-лимфоциты с TCR дифференцируются из стволовой кроветворной клетки в тимусе. Большинство лимфоцитов с TCR дифференцируются экстратимически. В крови их циркулирует мало. Они пребывают в барьерных тканях, в основном в лимфоидных тканях слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта. В организме в целом такие лимфоциты составляют половину всех Т-лимфоцитов.
Молекула CD4 экспрессирована на субпопуляции Т-лимфоцитов с рецептором TCR. В последние 10 лет стало известно, что среди этой группы дифференцируются 3 или 4 функционально разнящиеся субпопуляции, которые отличаются друг от друга по продуцируемым в ходе развития иммунного ответа цитокинам. Эти субпопуляции обозначают Th0 Th1 Th2 Th3 (Т-хелперы 0,1,2 и 3 типов). Т-лимфоциты хелперы – CD4+ TCR (Тh0, Т h1, Т h2, Т h3)
Наиболее изученными являются субпопуляции Th1 и Th2.
В целом можно сказать, что Th1-лимфоциты несут воспалительную функцию, а Th2 – хелперную. Воспалительные Т-лимфоциты в результате антигензависимой дифференцировки приобретают способность активировать макрофаги и тем самым содействовать уничтожению внутриклеточных патогенных агентов. Способность активированных макрофагов убивать внеклеточные мишени распространяется не только на некоторые опухолевые клетки, но и на нормальные клетки собственного организма, с чем связывают патогенетическую роль иммунного воспаления (ГЗТ). Поэтому нужна очень тонкая регуляция функций макрофагов со стороны Th1.Т-хелперы активируют специфические В-лимфоциты к продукции соответствующих антител. Таким образом в соответствии с двумя путями дифференцировки Т-лимфоцитов может развиваться преимущественно клеточно-опосредованный или преимущественно гуморальный специфический иммунный ответ.
Наличие супрессорной субпопуляции Th3 пока дискутабельно. Ей приписывается важная роль в осуществлении супрессии иммунного ответа за счет секреции TGF (трансформирующий фактор роста ) – главного гуморального фактора супрессии иммунного ответа.
Клонированные клетки Th3 способны индуцировать состояние толерантности в экспериментальных моделях. Очевидно не существует отдельной субпопуляции Т-лимфоцитов – супрессоров, которые развиваются в процессе лимфопоэза. Супрессия – многофакторное состояние, этап иммунного ответа, когда антиген уже элиминирован, поэтому подавляется пролиферация лимфоцитов цитокином TGF, а простимулированные лимфоциты подвергаются апоптозу.
Пойдет дифференцировка преимущественно по пути Th1 или Th2 определяется многими факторами. Имеют значение качество, доза и пути проникновения антигена в организм. В некоторых модельных системах можно отследить, что иммунный ответ с преобладанием дифференцировки Th1 лимфоцитов развивается на малые дозы антигена, а Th2 – на большие. Однако понятие «малые - большие» надо отрабатывать для каждой конкретной системы.
СD4+Т-лимфоциты любой функциональной специализации объединяет одно общее свойство, касающееся особенности их антигенраспознающего рецептора – ТСR. TCR в комплекте с мембранной молекулой СD4 способен связываться (т.е. распознавать) только с пептидными антигенами и только в том случае, если эти пептидные антигены связаны в комплекс с молекулами НLA II класса на поверхности клеток своего организма. Сама молекула CD4 взаимодействует с молекулами НLA II класса. Можно сказать, что на CD4+Т-лимфоцитах дееспособен рецепторный комплекс такого состава: CD4 + TCR + CD3. Компоненты по отдельности не распознают антиген и не запускают дифференцировку лимфоцитов. Молекулы НLA –II экспрессируются на мембране только опреде -ленных клеток в организме – дендритных, В-лимфоцитов, макрофагов, эндотелия сосудов. Эти клетки имеют групповое название антигенпредстав- ляющих клеток (АРС). CD4+Т-лимфоциты способны «увидеть» своим рецептором пептидный антиген только на клеточной мембране названных АРС и в том случае, если определенная АРС предварительно поглотила антиген из внешней среды и подвергла его частичному ферментативному расщеплению и конъюгации со своими клеточными молекулами НLA-II (долимфоцитарная обработка антигена называется процессингом). Никто ни разу не описал наблюдения, чтобы CD4+Т-лимфоцит распознал (связал своим ТСR) свободный антиген. Принято считать, что CD4+Т-лимфоциты в связи с описанными закономерностями своего функционирования предназначены для иммунного распознавания преимущественно антигенов которые проникли в межклеточные пространства внутренней среды организма. Функционально CD4+ТСR дифференцируются в Т-хелперы (Th0, Th1, Th2, Th3).
Цитотоксические Т-лимфоциты – CD8+TCR
СD8+Т-лимфоциты с рецептором TCR работают с антигеном по иной программе. Молекула CD8 на клеточной мембране Т-лимфоцита предназначена для взаимодействия (связывания) с молекулами НLA-I на поверхности клеток, несущих антиген, т.е. данные лимфоциты также способны распознать свой антиген только в комплексе с НLA, но уже не II, а I класса, на клетках своего родного организма. НLA-I экспрессируется на всех клетках организма, только в разной концентрации на мембране. Поэтому антигенпредставляющими клетками для CD8+TCR Т-лимфоцитов может стать любая клетка организма, если ее молекулы НLA-I связали некий антиген, для которого среди CD8+ Т-лимфоцитов нашелся комплементарный TCR. Молекулы НLA-I по своей внутриклеточной биохимии способны связывать пептидные фрагменты антигена в цитозоле клетки. По сути дела это и есть фрагменты белков вирусов, бактерий и простейших, которые синтезировались внутри клетки и стали объектом внимания иммунной системы.
СD8 TCR-лимфоциты предназначены для дифференцировки в цитотоксические лимфоциты (ЦТЛ). Это единственные из лимфоцитов, которые сами непосредственно своим «клеточным телом» работают над деструкцией, разрушением клетки-мишени, на мембране которой «проступили» инфекционные антигены в связке с родными молекулами НLA-I. Механизм деструкции клеток-мишеней состоит из комбинации осмотического лизиса при формировании крупных ригидных пор в клеточной мембране с помощью поры-образующих белков (перфоринов) плюс индукция апоптоза в клетке-мишени при участии пресинтезированных цитотоксинов – фрагментинов. В результате дифференцировки после контакта с антигеном ЦТЛ приобретают повышенное содержание цитолитических гранул в цитоплазме, необходимых для реализации их цитотоксической функции.
Таким образом, из изложенного выше мы видим, что Т-лимфоциты с ТСR как CD4+ , так и CD8+ , способны работать с антигеном только, если его им «поднесли» (представили) другие клетки. Такая прихотливость окупается высокой специфичностью TCR по антигену и, следовательно, высокой степенью избирательности иммунного ответа именно на данный антиген, не затрагивая (в норме) перекрестно-реагирующие.
Т-лимфоциты
Т-лимфоциты с рецептором ТСR (все они имеют фенотип CD4-CD8-) существенно отличаются от Т-лимфоцитов с рецептором TCR по своим антигенраспознавательным свойствам. Т нужны организму на барьерах (они и локализуются в слизистых и коже) для быстрого связывания внешних антигенов, когда нет времени для предварительного процессинга в АРС. ТСR так устроен, что не нуждается в сотрудничестве с антигенами HLA и способен сам связывать непроцессированные антигены. Соответственно степень специфичности его гораздо меньше. ТСR способен связывать довольно широкий спектр антигенов. Антигены, которые могут быть распознаны иммунной системой (именно Т-лимфоцитами) без участия молекул HLA называются суперантигенами. Это преимущественно инфекционные и пищевые антигены, эволюционно характерные для млекопитающих. Т-лимфоциты открыты чуть более 10 лет назад и поэтому еще недостаточно изучены. Однако замечено, что одни из них могут работать как ЦТЛ, другие - как Th1, третьи – как Th2.
Т-лимфоциты CD4-СD8-TCR+
Такие лимфоциты выделены в периферических тканях сравнительно недавно. Двойные негативные периферические Т-лимфоциты предназначены для распознавания непептидных антигенов. Они способны связывать липогликаны и соединения миколевой кислоты (характерные соединения микобактерий).
В-лимфоциты специализируются на синтезе иммуноглобулинов – секреторных белков с антигенсвязывающими свойствами. Рецептор В-лимфоцита для антигена называется ВСR. Собственно антигенсвязывающая часть BCR является молекулой иммуноглобулина. Дифференцировка В-лимфоцитов характеризуется экспрессией генов иммуноглобулинов того или иного из 5 классов, а также некоторого числа CD молекул, характерных для В-лимфоцитов вообще, среди которых особо важны рецепторы к белкам системы комплемента CD19, CD21, CD23, CD35. Их экспрессия на В-лимфоцитах строго необходима для организации ответа В-лимфоцита на антиген антителопродукцией. При блокировке экспрессии этих рецепторов В-лимфоцит теряет способность продуцировать антитела.
Среди В-лимфоцитов выделяют 2 субпопуляции, которые отличаются по месту прохождения лимфопоэза и функционально. Эти субпопуляции называются В-1 (CD5+) и В-2 (общеизвестные). Кроме того, В-лимфоциты различаются по степени зрелости и классу секретируемых иммуноглобулинов, а тем самым и по функциональному вкладу в иммунный ответ, так как каждый класс иммуноглобулинов имеет особые и определенные функции. Как и всякий лимфоцит, В-лимфоциты делятся на неимунные (никогда не контактировавшие со своим антигеном) и иммунные (после связывания со своим антигеном). CD5+ В-лимфоциты, дифференцирующиеся вне костного мозга, характеризуются тем, что продуцируют иммуноглобулины без взаимодействия с Т-лимфоцитами. Их иммуноглобулины всегда или почти всегда класса М. Принципиальная особенность этих иммуноглобулинов – широкая перекрестная реактивность, причем их антигены – бактериальные полисахариды. Могут ли В-лимфоциты распознавать белковые антигены – еще вопрос. По биологическому смыслу CD5+ В-лимфоциты аналогичны Т-лимфоцитам с рецептором ТCR.
Заключение
В иммунологии как науке и медицинской специальности до настоящего времени еще не устоялись до однозначно понимаемых основные понятия и термины. Причина этого в недостаточности наших знаний. Главные события иммунитета происходят на молекулярном и клеточном уровне, который стал доступен последние 25-30 лет. В данном предмете мы пребываем в периоде интенсивного накопления новой информации. Теории иммунитета такой, которая бы имела не предположительно-описательный , а предсказательный, прогностический характер пока нет. В наше время чрезвычайно необходима такая теория, которая бы умела на основании знаний о предмете рассчитать последствия от иммунотропной терапии как близкие, так и отдаленные. Отсюда вывод: нам необходима систематизация знаний хотя бы для того, чтобы оказать проясняющее и на основании этого, очевидно, сдерживающее влияние в отношении энергичного и массового внедрения иммунотропных методов лечения, поголовной вакцинации во имя соблюдения первого врачебного правила: «Не навреди».