8.3.1. Характеристика клеток, участвующих в реакциях специфического иммунитета

Единая общепринятая классификация клеток, обеспечивающих реакции специфического иммунитета, отсутствует. На основании функциональных особенностей выделяют несколько типов клеток:

антигенпредставляющие (презентирующие) клетки (АПК), захватывающие антигены, перерабатывающие их и представляющие соответствующие антигенные детерминанты другим иммунокомпетентным клеткам, (к АПК относятся дендритные АПК, моноциты и макрофаги, а также В-лимфоциты);

эффекторные клетки, непосредственно осуществляющие реакции специфического иммунитета (к эффекторным иммунокомпетентным клеткам относятся цитотоксические T-лимфоциты - ЦТЛ - и плазматические клетки);

регуляторные клетки, обеспечивающие активацию или угнетение отдельных звеньев иммунных реакций (активаторы - индукторы T-хелперов, индукторы T-супрессоров, T-хелперы 1, T-хелперы 2, макрофаги; ингибиторы - T-супрессоры; Т-контрсупрессоры делают T-хелперы нечувствительными к Т-супрессорам);

клетки памяти, хранящие информацию о взаимодействии с конкретным антигеном и тем самым способствующие более активному развитию иммунного ответа при повторном его воздействии.

Антигенпредставляющие клетки (АПК) располагаются на главных путях поступления антигенов в организм (в коже и в слизистых оболочках), откуда, захватив антигены, они мигрируют в периферические органы иммунной системы, где представляют антигены лимфоцитам. Ранее АПК полностью отождествляли с макрофагами. Эффективность представления антигенов макрофагами значительно ниже, чем специализированными на этой функции дендритными АПК. Последние, в свою очередь, по сравнению с макрофагами обладают значительно более низкой фагоцитарной и цитотоксической активностью. Функции АПК включают: 1) захват нативного (неизмененного) антигенного материала путем фагоцитоза, пиноцитоза или рецепторно-опосредованного эндоцитоза; 2) частичный протеолиз (процессинг) эндогенного материала в эндосомах в течение 3060 мин при низких рН с высвобождением эпитопов антигенов (эпитоп - часть антигена, взаимодействующая с паратопом, т. е. гипервариабельной частью антитела), которые могут быть прерывистыми и непрерывными; 3) синтез гликопротеиновых молекул главного комплекса гистосовместимости, или МНС (англ. Major Histocompatibility Complex), называемого у человека также системой HLA (англ. Human Leukocyte Antigens - антигены лейкоцитов человека), а также связывание синтезированных молекул МНС с эпитопами антигенов; 4) транспорт комплексов молекулы МНС/эпитоп антигена на поверхность АПК, где они представляются распознающим их лимфоцитам;

5) экспрессию на поверхности клетки наряду с комплексом МНС/антиген ряда добавочных (костимулирующих) молекул, усиливающих процесс взаимодействия с лимфоцитами; 6) секрецию растворимых медиаторов (преимущественно ИЛ1), которые вызывают активацию лимфоцитов.

 

 Рис. 8.15 Структура продуктов главного комплекса гистосовместимости классов I и II. Пояснения в тексте

     

Синтез молекул главного комплекса гистосовместимости, процессинг и представление антигенов. Структура молекул МНС I и II классов представлена на рис. 8.15. Молекулы МНС I класса являются мембранными гликопротеинами, состоящими из одной полипептидной ?-цепи, с молекулярной массой 45 кДа. Роль ?-субъединицы выполняет нековалентно связанная с ?-цепью молекула ?2-микроглобулина с молекулярной массой 12 кДа. Ген МНС расположен в хромосоме 6 человека и 17 мыши. Структурный ген молекулы ?2-микроглобулина локализуется вне МНС, в другой хромосоме. Установлено, что ?цепь состоит из трех внеклеточных доменов ?-1, ?-2 и ?-3), гидрофобного трансмембранного участка и короткой цитоплазматической части. Существует множество аллельных вариантов гена, кодирующего ?цепь молекулы I класса, тогда как аллельный полиморфизм у ?2-микроглобулина проявляется в слабой степени.

Молекулы МНС II класса также являются мембранными гликопротеинами и состоят из гомологичных полипептидных цепей с молекулярной массой соответственно около 35 кДа (?-цепь) и 29 кДа (?-цепь). Так же как и у молекул МНС I класса, для антигенов II класса существует множество аллельных вариантов.

Продукты генов МНС III класса - три компонента системы комплемента:

С2, С4 и фактор В.

Молекулы МНС I класса синтезируются в гранулярной эндоплазматической сети (грЭПС) (рис. 8.16), где они образуют комплексы с антигенами, представляющими собой эндогенно синтезированные молекулы (вирусные белки в инфицированных клетках или белки опухолевых клеток). Эти антигены подвергаются предварительному расщеплению в особом протеолитическом АТФ-зависимом крупном белковом комплексе - протеосоме. Образующиеся при этом короткие пептидные фрагменты транспортируются в просвет грЭПС с помощью специальных переносчиков в мембране - ТАР-белков (англ. Transporter for Antigen Presentation - переносчик для представления антигена), где связываются с молекулами МНС I класса. Образовавшиеся комплексы транспортируются через комплекс Гольджи и экспрессируются на поверхности АПК. Молекулы МНС I класса обнаруживаются на поверхности всех клеток и тромбоцитов, благодаря чему распознающие их цитотоксические лимфоциты имеют возможность уничтожения любых зараженных или опухолевых клеток.

Молекулы МНС II класса также образуются в грЭПС (см. рис. 8.16.), где они формируют комплекс с так называемой инвариантной пептидной цепью (II).

 

Рис. 8.16 Схема синтеза молекул главного комплекса гистосовместимости I и II классов, процессинга и представления антигенов

А - молекулы главного комплекса гистосовместимости I класса; Б - молекулы главного комплекса гистосовместимости  II класса. АГ - антиген; грЭПС - гранулярная (шероховатая) эндоплазматическая сеть; КГ - комплекс Гольджи; МНС - главный комплекс гистосовместимости;

МНС/АГ - комплекс молекул главного комплекса гистосовместимости с антигенными пептидами; ПЛ - плазмалемма;

ПС - протеосома; ПФ - пептидные фрагменты; ТАР - белок-переносчик для представления антигена; ЭКАГ - экзогенный антиген; ЭНАГ - эндогенный антиген;

ЭС - эндосома; И - инвариантные цепи.

      

Гликопротеины МНС II класса экспрессируются на "профессиональных" АПК (макрофагах, дендритных АПК и В-лимфоцитах), что обеспечивает их взаимодействие с Т-лимфоцитами. Известно, что способность молекул МНС образовывать комплексы с антигенными пептидами различается у отдельных людей, что может оказывать влияние на особенности их иммунных реакций, в частности, на устойчивость к инфекциям.

АПК, захватившие антиген, мигрируют из тканей в лимфатические капилляры, а оттуда - в Т-зависимые зоны регионарных лимфатических узлов, где они окончательно созревают и приобретают способность к представлению антигенов лимфоцитам. Только небольшая часть антигенов может связываться с мигрирующими дендритными клетками. Часть антигена, проникшего в ткани, вероятнее всего, окажется в дренирующем лимфатическом узле. Антигены, захваченные в верхних дыхательных путях или кишке, попадают в лимфоидные ткани, ассоциированные со слизистыми оболочками (MALT, англ. Mucosal Associated Lymphoid Tissue).Антиген, проникший в кровь, попадает в селезенку. Макрофаги в печени и легких могут фагоцитировать антигены, но это, как правило, не приводит к иммунному ответу. В лимфоидных тканях антигены могут поглощаться и разрушаться макрофагами. Некоторые антигены специфически связываются с антиген-распознающими рецепторами В-лимфоцита, образовавшийся комплекс далее поглощается с помощью механизма рецепторно-опосредованного эндоцитоза, подвергается процессингу и экспрессируется на поверхности В-лимфоцитов в виде пептидов, связанных с молекулами МНС II класса.

При встрече с Т-лимфоцитом, обладающим рецепторами к соответствующему антигену, АПК контактно взаимодействует с ним, активируя его и инициируя развитие иммунной реакции. Характер этой реакции зависит от природы молекул МНС, связанных с антигеном. Антигены, образующие комплекс с молекулами МНС I класса, распознаются у человека лимфоцитами с поверхностными маркерами CD8+, а антигены, связанные с белками МНС, II класса - лимфоцитами с фенотипом CD4+.

Полноценное функционирование АПК способствует эффективному и своевременному распознаванию микробных, вирусных и опухолевых антигенов, что препятствует развитию инфекций и новообразований. Последние часто протекают на фоне сниженной активности АПК, поэтому стимуляция деятельности этих клеток рассматривается как перспективный метод иммунотерапии таких заболеваний.

T-лимфоциты, их цитофизиология и участие в иммунных реакциях. В периферической крови человека Т-лимфоциты составляют в среднем 1030% всех лейкоцитов и более 50% всех лимфоцитов. В отличие от В-лимфоцитов они обладают высокой способностью к рециркуляции, поэтому их содержание в грудном лимфатическом протоке чрезвычайно велико (около 90%). T-лимфоциты выполняют следующие функции: 1) с помощью имеющихся на их поверхности Т-клеточных рецепторов (ТКР) обеспечивают специфическое распознавание антигенных детерминант (эпитопов); 2) специализированные сенсибилизированные T-лимфоциты-киллеры - ЦТЛ осуществляют элиминацию антигенов; 3) специальные субпопуляции Т-лимфоцитов  обеспечивают регуляцию иммунного ответа, активируя или угнетая иммунные реакции; 4) осуществляют регуляцию гемопоэза путем выделения соответствующих гемопоэтических факторов;

5) участвуют в регуляции пролиферации нелимфоидных клеток путем секреции соответствующих цитокинов; 6) играют важную роль в поддержании структурного гомеостаза организма благодаря продуцируемым цитокинам, которые оказывают влияния на нервную и эндокринную системы.

Образование Т-лимфоцитов  - процесс более сложный и многоступенчатый по сравнению с образованием других иммунокомпетентных клеток. Он включает две фазы: антигеннезависимую и антигензависимую.

Антиген-независимая фаза образования T-клеток осуществляется последовательно в двух органах: в костном мозге и в вилочковой железе (тимусе). Антиген-зависимая фаза дифференцировки этих клеток проходит во вторичных лимфоидных органах, где преимущественно размножаются клоны тех клеток которые имеют специфические рецепторы к внедрившемуся антигену. При этом резкое увеличение специфического клона Т-лимфоцитов  наблюдается на 45 сут (первичный иммунный ответ) или на 34 сут (вторичный иммунный ответ) после внедрения в организм чужеродного материала.

В костном мозге из полипотентной стволовой кроветворной клетки образуется пул стволовых лимфоидных клеток, а из него - пул предшественников T-клеток (преT-клетки). Костномозговые преT-клетки имеют поверхностный маркер SP1 (антиген мозга), могут появляться на поверхности так называемые дифференцировочные антигены, присущие практически всем Т-лимфоцитам. Поверхностные функциональные маркеры в соответствии с принятой международной номенклатурой обозначаются аббревиатурой CD (от англ. Cluster of Differentiation - группа дифференцировки) с добавлением цифровых и буквенных символов. Появляющиеся на пре-Т-клетках человека дифференцировочные антигены обозначаются как CD2 и CD3. Для этих клеток характерно высокое содержание терминальной дезоксинуклеотидилтрансферазы (ТДТ) - фермента, обеспечивающего встраивание дополнительных нуклеотидных последовательностей в сегменты ДНК, кодирующие вариабельные участки со стороны N-конца будущей белковой молекулы одной из полипептидных цепей Т-клеточный антигенраспознающий рецептор (ТКР). Интенсификация этого встраивания увеличивает структурное разнообразие ТКР на последующих этапах развития Т-лимфоцитов . Пре-T-клетки, привлекаемые специальными хемотаксическими факторами, через кровоток попадают в вилочковую железу.

Вилочковая железа (тимус) представляет собой окруженный капсулой лимфоидный орган, который располагается за грудиной в переднем средостении.

Этот лимфоэпителиоидный орган представляет собой эволюционное приобретение позвоночных животных. У всех беспозвоночных он отсутствует, даже в зачаточной форме. Возникновение этого органа у позвоночных животных рассматривается как ключевое событие в эволюции иммунитета и может быть отнесено к ароморфозу, так как повысило эффективность работы всей системы специфической иммунной защиты. В тимусе происходит формирование основных функционально активных субпопуляций T-клеток, заселяющих периферию зрелыми эффекторными и регуляторными клетками, принимающими непосредственное участие в иммунном реагировании.

Тимус является первым лимфоидным органом, возникающем в процессе эмбриогенеза у млекопитающих и птиц. У млекопитающих орган представлен двумя долями, каждая из которых подразделяется на более мелкие дольки, частично отделенные друг от друга выростами капсулы, называемыми трабекулами. Периферическую часть дольки занимает кора, центральную часть - мозговое вещество (рис. 8.17). Важную роль в функционировании тимуса играет строма, состоящая, главным образом, из эпителиальных клеток. Эпителиальные клетки тимуса синтезируют ряд пептидных гормонов, из которых четыре изучены достаточно хорошо. К ним относятся тимулин, ?- и ?-тимозин, тимопоэтин, активным центром последнего является пентапептид ТР5. Указанные пептидные гормоны участвуют в многоэтапной дифференцировке лимфоцитов в тимусе. T-лимфоциты, находящиеся в тимусе, имеют общую антигенную детерминанту, отличающую их от T-клеток в других органах и тканях. В связи с этим их принято называть тимоцитами.

Специализированные крупные эпителиальные клетки наружного коркового слоя, так называемые "клетки-кормилицы", контактируют с большим количеством лимфоцитов, среди которых много активированных клеток-лимфобластов. Дендритные эпителиальные клетки внутренней части коркового вещества имеют разветвленные отростки с большим количеством молекул МНС II класса на поверхности. Эти клетки, соединенные Своими отростками, образуют сеть, сквозь которую тимоциты должны пройти при переходе из коркового вещества в мозговое. При этом тимоциты должны также пройти через барьер, образованный макрофагами на границе двух слоев. В мозговом веществе тимуса имеются

 

Рис. 8.17 Клеточное строение дольки тимуса

1 - лимфобласт, 2 - гибнущая клетка, 3 - делящийся лимфоцит, 4 - дендритная эпителиальная клетка коркового вещества, 5 - капсула, 6 - корковое вещество, 7 - септа, 8 - мозговое вещество, 9 - интердигитатная клетка, 10 - тельце вилочковой железы (Гассаля), 11- эпителиальная клетка, 12- рыхлые скопления малых лимфоцитов мозгового вещества, 3 - макрофаг, 14 - плотные агрегаты малых лимфоцитов коркового вещества.

 

эпителиальные клетки с более широкими отростками, чем в корковом веществе. На поверхности последних экспрессированы антигены МНС не только II класса но и I класса. В этой зоне тимуса обнаруживаются также интердигитатные клетки костномозгового происхождения и макрофаги. Все перечисленные клетки взаимодействуют с делящимися лимфобластами средних размеров.

Пре-T-клетки, имеющие поверхностный маркер SP1 (антиген мозга), концентрируются в субкапсулярной зоне. Здесь под влиянием гормонов тимуса и, возможно, цитокинов (например, ИЛ7) происходят первые события, связанные с реорганизацией генома пре-T-клеток. Основные направления внутритимусной дифференцировки тимоцитов представлены на рис. 8.18. Кортикальные тимоциты начинают экспрессировать специфичные для коркового слоя маркеры (CD1 у человека, TL у мышей), постоянные маркеры Т-лимфоцитов  (CD2 и CD5 у человека, Thyl у мышей) и маркеры, специфичные для популяции хелперов/индукторов и цитотоксических/супрессорных лимфоцитов (CD4 и CD8). Постепенно почти все клетки начинают экспрессировать ТКР, образованный двумя полипептидными цепями, соединенными с CD3 (рис. 8.19). Тимоциты перемещаются из коркового вещества в мозговое, где происходит разделение клеток-носителей CD4 и CD8 с параллельной дифференцировкой лимфоцитов на T-хелперы и цитотоксические (супрессорные) T-лимфоциты.

Экспрессируемые ??ТКР+ выступают в качестве структур клеточной поверхности, посредством которых реализуется внутритимусный процесс позитивной и негативной селекции соответствующих Т-клонов- одного из наиболее

 

Рис. 8.18 Внутритимусная дифференцировка T-клеток

CD4 - маркер T-хелперов/индукторов; CDS - маркер Т-киллеров/супрессоров; ТКР - Т-клеточный антигенраспознающий рецептор; IL2R - рецептор к IL2; ?, ? - полипептидные цепи ТКР; Н2К - антиген главного комплекса гистосовместимости I класса у мышей.

 

Рис. 8.19 Т-клеточный рецептор - трансмембранный гетеродимер из двух полипептидных цепей ? и ?, каждая из которых содержит вариабельный и константный домены Рецептор прочно связан с маркерной молекулой -дифференцирующим антигеном, появляющимся на пре-Т-клетках человека (CD3), которая состоит из трех цепей: ? (гамма), ? (дельта), ? (эпсилон).

 

Рис. 8.20 Дифференцированные маркеры Т-лимфоцитов  человека и мыши в процессе развития этих клеток в тимусе

TdT - терминальная дезоксинуклеотидилтрансфераза; Тр - Т-клеточный ?,? -рецептор, соединенный с ТЗ; ЭБ - эритроциты барана. Эквивалентные маркеры человека и мыши: Tl/LyI, T4/L3T4, T8/Ly2, T6/TL.

 

 

важных событий в дифференцировке тимоцитов. ТКР распознают экзогенный чужеродный антиген, экспрессированный на поверхности АПК, только в комплексе с молекулами МНС I и II класса. ТКР обладают способностью к двойному распознаванию - чужеродного антигена и собственного антигена МНС. Распознавание "своего" является тем событием, которое определяет положительный отбор "нужных" организму клонов тимоцитов. При этом тимоциты с ТКР, не способными к самораспознаванию, гибнут. Структура участка ТКР, взаимодействующая с антигенами МНС, должна быть такой, чтобы его аффинность к собственным антигенам не была слишком высокой. Клоны с высокоаффинными антигенраспознающими участками уничтожаются.

Позитивная и негативная селекция тимоцитов, осуществляющаяся во внутреннем слое коры тимуса, создает условия для дальнейшей дифференцировки отобранных клонов на функционально активные субпопуляции (рис. 8.20). Если позитивная селекция направлена на распознавание антигенов МНС I класса, в мозговом веществе происходит формирование CD4+CD8+TKP+клoнoв. В тех случаях, когда ТКР тимоцитов распознают антигены МНС II класса, происходит формирование CD4+CD8-TKP+клoнoв.

Таким образом в медуллярной зоне завершается внутритимусная дифференцировка тимоцитов, приводящая к формированию субпопуляций с хелперной/индукторной (CD4+CD8) и киллерной/супрессорной (CD4-CD8+) функциями. Выселяющиеся из медуллярной зоны тимоциты имеют также рецепторы к ИЛ2 и могут продуцировать этот цитокин. Они мигрируют в кровь, а затем в периферические лимфоидные или лимфомиелоидные органы (лимфатические узлы, пейеровы бляшки кишки, миндалины, селезенку), локализуясь в их Т-областях (рис. 8.21, 8.22). При этом T-лимфоциты покидают кровеносные сосуды в особых участках через посткапиллярные венулы с высоким эндотелием. Эти клетки через лимфу могут вновь попадать в кровь. Лимфоциты из

 

 

Рис. 8.21 Строение лимфатического узла

МС - медуллярные синусы; МТ - медуллярные тяжи. 1 - поток лимфы, 2 - афферентные сосуды, 3 - клапан, 4 - краевой синус, 5 - соединительнотканная капсула, 6 - кортикальная область (В-клеточная), 7 - паракортикальная область (Т-клеточная), 8 - артерия лимфоузла, 9 - вена лимфоузла, 10 - ворота органа, 11 - первичный лимфоидный фолликул, 12 - вторичный фолликул с мантией из малых В-лимфоцитов и зародышевым центром.

 

Рис. 8.22 Строение селезенки

1 - вена, 2 - артерия, 3 - фолликул с зародышевым центром, 4 - краевая зона (В-клеточная), 5 - Т-клеточная область, 6 - селезеночные тяжи, 7 - венозные синусоиды, 8 - артериола.

 

Рис. 8.23 Циркуляция лимфоцитов в лимфоидной ткани, ассоциированной со слизистыми оболочками

Антигенреактивные клетки перемещаются из пейеровых бляшек (возможно, из легкого и других скоплений диффузной лимфоидной ткани в слизистых оболочках) и заселяют собственную пластинку слизистой оболочки кишки и другие слизистые поверхности (волнистые линии). Аг - антиген; IgA - иммуноглобулин А

 

 

Рис. 8.24  Миграция Т-лимфоцитов через высокий эндотелий посткапиллярных венул

БМ- базальная мембрана; ЭНД- эндотелиальная клетка. Лимфоцитарная адгезия к эндотелию включает так называемый адгезивный   каскад - последовательную быструю смену различных адгезивных молекул от момента прикрепления Т-клеток до их выхода в окружающую ткань.

 1- образование слабых контактов Т-лимфоцитов с эндотелием (нестабильное взаимодействие); 2- выделение  триггерных сигналов, активирующих функцию Т-клеточных интегринов;     3- возникновение сильной адгезии Т- клеток к эндотелию; 4- миграция Т- лимфоцитов к межэндотелиальным контактам и их проникновение в окружающие ткани.

 

сосудистого русла направляются и в ткани органов, не относящихся к иммунной системе, мигрируя через стенку мелких кровеносных сосудов (посткапиллярных венул) с обычным (плоским) эндотелием. До встречи с антигенами такие лимфоциты называют "наивными" (не имевшими "опыта" взаимодействия с антигеном).

Антигензависимая фаза развития Т-лимфоцитов  происходит во вторичных лимфоидных органах и тканях (лимфатических узлах, селезенке, пейеровых бляшках и др.). Известно, что T-лимфоциты способны взаимодействовать только с антигеном, представленным им особыми АПК, в которых антиген ранее был подвергнут процессингу. T-клетки поступают в ткани и лимфатические узлы по афферентным лимфатическим сосудам, проникая через стенки посткапиллярных венул с так называемым высоким эндотелием (рис. 8.23).

Эфферентные лимфатические сосуды, отходящие от последнего узла каждой цепочки лимфатических узлов, соединяются, образуя грудной проток, по которому лимфоциты возвращаются обратно в кровь (грудной проток у человека открывается в левую подключичную вену). В селезенку T-лимфоциты поступают из артериол, а покидают ее по селезеночной вене. Миграция Т-лимфоцитов  в лимфоидную ткань называется хомингом (от англ. homing - возвращающийся домой). регуляция хоминга T-клеток обеспечивается благодаря следующим принципам: 1) каждая линия иммунных клеток обладает собственными механизмами миграции; 2) покоящиеся клетки мигрируют в лимфатические узлы, а T-клетки памяти мигрируют первично в нелимфоидную ткань; 3) клетки памяти мигрируют преимущественно в ткани, где они ранее были стимулированы антигеном; 4) воспаление вызывает скопление Т-лимфоцитов  и уменьшает селективность, которая управляет нормальным хомингом. В основе хомингового движения лежит специфическое взаимодействие адгезивных молекул на Т-клетках и эндотелии, которое обеспечивает региональную специфичность Т-клеточных субпопуляций (рис. 8.24).

В результате взаимодействия с антигеном T-лимфоциты активируются, пролиферируют (экспансия клона), секретируют разнообразные цитокины (лимфокины), вновь поступают в кровь, а из нее - повторно в ткани (процесс рециркуляции), где они осуществляют свои защитные функции. Часть лимфоцитов превращается в долгоживущие T-клетки памяти, которые сохраняют в течение всего времени своего существования усиленную экспрессию ТКР и ряда других маркеров. Последнее обстоятельство определяет высокую чувствительность этих клеток к повторному действию антигена. Рециркулирующие T-лимфоциты живут 46 месяцев, а T-клетки памяти сохраняются преимущественно в лимфоидных органах в течение многих лет.

Специфика участия Т-лимфоцитов  в различных защитных реакциях обусловлена их принадлежностью к одной из функциональных групп (табл. 8.1). Функциональные группы Т-лимфоцитов  объединяют: 1) клетки-помощники (индукторы T-хелперов - ИТх, индукторы T-супрессоров - ИТс, T-хелперы 1 - Tx1, T-хелперы 2 - Tx2), вызывающие активацию Т или В-клеток, 2) клетки-эффекторы - ЦТЛ, непосредственно осуществляющие защитные реакции, 3) клетки-регуляторы (T-супрессоры - Тc, Т-контрсупрессоры - Ткс), влияющие на межклеточные взаимодействия, 4) клетки памяти, сохраняющие иммунологическую "память" о первичном контакте с антигеном (Тп).

Взаимодействие Т-лимфоцитов  с антигенами и их участие в иммунных реакциях. Для активации покоящихся Т-лимфоцитов  необходимы два сигнала (рис. 8.25). Роль первого может выполнять антиген, связанный с молекулами

 

Таблица 8.1

 

Субклассы Т-лимфоцитов, их функции и маркеры мембраны

 

Субклоны Т-клеток

Функции

Факторы Т-субклассов

Маркеры

Помощники(активаторы)

Индукторы Т-хелперов

Экспрессия Ia молекулы на макрофагах и других А-клетках. Секреция ИЛ-1 макрофагами

ФАМ, 1а-ФИ, ?-ИФН, ФСК-ГМ

CD4+(CD8-), CD29

Индукторы Т-супрессоров

Активация дифференцировки предшественников Т-супрессоров

ФИТс

CD4+(CD8-), 2H4(CD45R, Lew18)

Т-хелперы 1

Дифференцировка ЦТЛ, ГЗТ, активация Т-хелперов 2

ИЛ-2, ИЛ-3,

?-ИФН, ФНО, ЛТ

CD4+(СD8-), CD45, 4В4, СВ44(ГПФ-1)

Т-хелперы 2

Пролиферация и активация B-клеток, синтез антител, подавление Т-хелперов 1

ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6

CD4+(CD8-), 4В4, CD28

Эффекторы

ЦТЛ

Лизис клеток (трансплантата, опухоли, инфицированных вирусами, бактериальными и другими белками)

Сериновая протеаза in vivo

CD8+(CD4-), CD28

 

 

Перфорин in, vitro

То же

Регуляторы

Т-супрессоры

Подавление функций Т-хелперов 1 и 2, В-клеток

ТсФ

CD8+(CD4-), CD11,C1,C4,I-J1(CD28-)

Т-контрсупрессоры

Подавление функции Т-супрессоров: развитие резистентности Т-хелперов к эффекту Т-супрессоров

ТксФ

(CD4-,CD8-), I-J3, рецептор к Vicia villosa

 

Примечание. ФАМ - фактор активации макрофагов; Iа-ФИ - фактор индукции Ia-молекулы;

ИФН - интерферон; ФСК-ГМ - фактор стимуляции роста колоний гранулоцитов и макрофагов;

ФИТс- фактор индукторов Т-супрессоров; ИЛ- интерлейкин; ЦТЛ- цитотоксический Т-лимфоцит; ГЗТ - гиперчувствительность замедленного типа; ФНО - фактор некроза опухолей;

ЛТ - лимфотоксин; ГПФ - гликопротеин фагоцитов; ТсФ - фактор Т-супрессоров; ТксФ - фактор Т-контрсупрессоров.

 

 

Рис. 8.25  Распознавание антигенов и активация Т-хелпера (Тх) при его взаимодействии с антигенпредставляющей клеткой (АПК)

Главный активационный сигнал, обозначенный светлой звездочкой обеспечивается распознаванием посредством ТКР и CD4 на мембране Тх эпитопа антигена в комплексе с молекулами главного комплекса гистосовместимости II класса на поверхности дендритной АПК Добавочный активационный сигнал, обозначенный черной звездочкой обеспечивается взаимодействием костимулирующих молекул на поверхности АПК с адгезионными молекулами на плазмалемме Т-лимфоцитов . При активации Тх выделяют ряд цитокинов, состав которых различается у T-хелперов I порядка (Тх") и T-хелперов II порядка (Тх,) AM адгезионные молекулы; CD3, CD4  поверхностные функциональные маркеры; МНС II/АГ  комплекс молекул главного комплекса гистосовместимости класса II и антигена; ТКР  Т-клеточный рецептор

 

 

 

Рис. 8.26 Биохимические механизмы активации Т-лимфоцитов 5-ГПЭТЕК - 5-гидропероксиейкозотетраеновая кислота; 5-ГЭТЕК - 5-гидроксиэйкозотетраеновая кислота;

цГМФ - циклический 3',5'-гуанозинмонофосфат.

 

МНС класса II на поверхности АПК. Этот комплекс распознается с помощью ТКР и CD4 или CDSкомпонента на мембране Т-лимфоцита. Тройное взаимодействие между антигеном, гликопротеином МНС и рецептором Т-лимфоцита генерирует сигнал, передаваемый Т-клетке через комплекс ТКР с CD3. Одновременно это взаимодействие обеспечивает воздействие на Т-лимфоцит высокой локальной концентрации ИЛ1 (или других цитокинов), продуцируемого АПК. В процессе активации T-лимфоциты увеличиваются в размере, переходят в состояние бласт-трансформации.

Биохимические механизмы активации T-клеток сложны (рис. 8.26). Среди процессов, стимулируемых антигеном и ИЛ1, вероятно, наиболее важна активация фосфолипазы С, расщепляющей Фосфатидилинозитолдифосфат на два медиатора - диацилглицерол и инозитолтрифосфат. Увеличение концентрации Са2+ в клетке активирует различные ферментативные системы, что в конце концов приводит к стимуляции синтеза РНК, белка и ИЛ2. Увеличение концентрации Са2+ в клетке обусловлено либо открытием кальциевых каналов в плазматической мембране, либо, что более вероятно, мобилизацией внутриклеточных запасов Са2+ под влиянием инозитолтрифосфата.

Важным условием активации Т-лимфоцитов  является способность определенных субпопуляций этих клеток взаимодействовать лишь с собственными клетками, экспрессирующими молекулы МНС, свойственные данному организму (рис. 8.27). Эта способность T-клеток носит название рестрикции (от лат. restrictio - ограничение) по МНС. Молекулы CD4 и CD8 служат дополнительными рецепторами (корецепторами) молекул МНС II и I классов соответственно. Благодаря потребности в комбинированном активационном сигнале предотвращаются возможные реакции на антиген, который не подвергся необходимому процессингу и представлению, и на собственные антигены. Различные цитокины, такие как ИФН и ИЛ4, способны повышать плотность распределения молекул МНС II класса, регулируя таким образом функции АПК. Другие цитокины, подобно ИЛ6 и ФНО, увеличивают плотность распределения антигенов МНС I класса.

 

 

Рис. 8.27 Первичное распознавание антигена Т-хелперами, Т-супрессорами и Т-киллерами

1 - молекула МНС I класса;

2 - молекула МНС II класса (1а); 3 - антиген интактный;

4 - антиген процессированный (пептид). ФДК - фактор дифференцировки киллеров; п - предшественник; РР - радиорезистентный; ТсФ - фактор Т-супрессора; ПГЕ2 - простагландин Е2; ФСК - фактор стимуляции роста колоний (стимулирует секрецию ИЛ2); 1аФИ - фактор индукции la молекулы (МНС II класса); ФИТс - фактор индуктора Т-супрессора;

ТКР - Т-клеточный рецептор. Пояснения в тексте.

 Индукторы T-хелперов (ИТх) начинают функционировать спустя 1620 ч после появления чужеродного материала. Реагируя на процессированный анти ген и молекулы МНС II класса, ИТх быстро секретируют факторы, которые способствуют экспрессии молекул МНС II класса (la молекулы) на поверхности макрофагов, а также синтезу ИЛ1 теми же макрофагами.

T-хелперы (Тх) играют важную роль в деятельности иммунной системы - распознавании антигена, запуске реакций клеточного и гуморального иммунитета, регуляции взаимодействий Т-лимфоцитов  друг с другом и между Т- и В-лимфоцитами, продукции лимфокинов. Главная их функция - стимулирующее (хелперное) влияние на эффекторные клетки. Они экспрессируют на своей поверхности ТКР и антигенную детерминанту - молекулу CD4

Распознавание комплекса молекулы МНС II класса и антигена который находится на поверхности АПК (дендритная АПК, макрофаг, интердигитатная

клетка, В-лимфоцит), осуществляется посредством ТКР и CD4 на мембране Tх (см. рис. 8.258.27).                                       

Подклассы Тх - Tx1 и Тх2, различаются характером цитокинов (лимфокинов), секретируемых при активации, экспрессией некоторых костимулирующих адгезивных молекул, а также функциональной ролью в различных звеньях иммунитета. Поддержание соотношения между подклассами Тх представляется весьма важным для течения и исхода инфекционных и аутоиммунных заболевании. взаимодействия между "наивными" Т-клетками и их подклассами представлено на рис. 8.28. Клетки каждого подкласса усиливают дифференциоовку "наивных" T-клеток в свой подкласс Тх.    За дифференцировку

Tx1 отвечают преимущественно за реакции клеточного иммунитета и воспаления, а также, частично, за некоторые реакции гуморального иммунитета (связанные с деятельностью фагоцитов). Тх2 стимулируют реакции гуморального иммунитета, а также участвуют в ряде регуляторных механизмов. Они продуцируют ИЛ4, ИЛ5, ИЛ6, ИЛ9, ИЛ10, ИЛ13, ФСКГМ (колониестимулирующий фактор для клеток гранулоцитарно-моноцитарного ряда) Указанные лимфокины вызывают активацию В-лимфоцитов, усиливается их пролиферация и диффepeнциpoвкa в плaзмaтичecкиe клетки, вырабатывающие IgM, IgA, IgG (не связывающие комплемент), а также IgE (что способствует развитию аллергических реакций),                              

Относительное содержание Тх в крови в норме у здорового человека составляет около 2/3 циркулирующих Т-лимфоцитов . Снижение содержания Тх

 

Рис. 8.28 Развитие T-хелперов и взаимодействие их подклассов

Тхо - предшественник Т-лимфоцитов  ("наивная" Т-клетка); Tx1 - Т-лимфоцит первого порядка; Тх2 - Т-лимфоцит второго порядка. Цитокины, выделяемые Тх каждого подкласса, усиливают образование клеток своего подкласса (стрелки со знаком "+") и угнетают развитие и активность клеток другого подкласса (стрелки со знаком "").

 

имеет место при различных врожденных и приобретенных иммунодефицитных состояниях. Оно может возникать при проникновении в клетки вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) путем прикрепления к молекулам CD4 и, следовательно, является признаком синдрома приобретенного иммунодефицита (СПИД). Именно внутри Тх образуется более 99% из 1010 вирусных частиц, появляющихся ежедневно в организме ВИЧ-инфицированного больного. Причины возникновения дефицита Тх остаются пока невыясненными. Предполагают, что дефицит Тх может возникать в результате разрушения Тх вирусом или цитотоксическими лимфоцитами. Потеря большого количества Тх приводит к иммунной недостаточности, проявляющейся в развитии тяжелых инфекций, опухолей, неврологических расстройств.

Индукторы T-супрессоров (ИТс), как полагают, играют важную роль в активации дифференцировки T-супрессоров (Тс), т. е. вносят вклад в подавление иммунного ответа. Эти клетки имеют такой же фенотип, что и Тх, т. е. CD4+(CD8), однако несут на своей поверхности антигенные детерминанты, характерные только для данного субкласса Т-лимфоцитов . ИТс, будучи активированы нативным антигеном, продуцируют фактор ИТс (ФИТс). Последний, воздействуя на макрофаги и другие АПК, стимулирует синтез и выделение ими простагландина Е2, который, в свою очередь, активирует Тс (см. рис. 8.27, 8.28).

T-супрессоры (Тс), на поверхности которых имеются ТКР и молекулы CD8, распознают эпитопы антигенов в комбинации с продуктами системы МНС I класса (см. рис. 8.27). Клетками-мишенями Тс являются В-лимфоциты, Тх и ЦТЛ. Функция Тс заключается в угнетении активности иммунных реакций путем непосредственного контактного воздействия на указанные клетки или секреции угнетающих (супрессорных) факторов (ТсФ). Тс подавляют развитие аутоиммунных реакций. Возникновение иммунодефицита при жизнедеятельности организма в экстремальных условиях (облучение УФ-лучами, обширные ожоги и травмы, опухоли, вирусные и бактериальные инфекции) обусловлено, прежде всего, активацией Тс. Тс, прямо контактируя с мембраной Тх, подавляют секрецию цитокинов Тх и экспрессию рецепторов к ИЛ1, ИЛ2, а также иных структур на мембране Тх и угнетают нарастание уровня Са2+ в цитоплазме Тх.

Функция Те может быть полезной и необходимой. В организме эмбриона, новорожденного животного и человека активированные Тс, блокируя пролиферацию Тх-клеток и генерацию ЦТЛ, способствуют развитию толерантности к собственным белкам и блокируют иммунный ответ лимфоцитов матери, проникших в организм новорожденного, на аллоантигены самого новорожденного. В дальнейшем Тс угнетают аутоиммунные процессы и подавляют развитие аллергии с помощью ингибирования синтеза иммуноглобулина класса Е. Высказывалось мнение, согласно которому роль Тс могут играть Tx1 и Тх2, которые вырабатывают ряд цитокинов, способных угнетать активность лимфоцитов

и макрофагов.

Цитотоксические T-лимфоциты (ЦТЛ), или Т-киллеры (Тк), посредством ТКР и молекулы CD8 распознают эпитопы антигенов в комплексе с молекулами

 

 

Рис. 8.29 Распознавание антигенов на поверхности клетки-мишени и активация цитотоксических Т-лимфоцитов  (ЦТЛ)

Главный активационный сигнал (светлая звездочка) обеспечивается распознаванием Т-клеточным рецептором (ТКР) и CDS на мембране ЦТЛ эпитопа антигена в комплексе с молекулами главного комплекса гистосовместимости I класса (МНС 1/АГ) на поверхности клетки-мишени (КЛМ). Дополнительный активационный сигнал (черная звездочка) обеспечивается взаимодействием костимулирующих молекул (КМ) на поверхности КЛМ с адгезионными молекулами (AM) на поверхности ЦТЛ. При активации ЦТЛ выделяет ряд цитокинов.

 

Рис. 8:30 Контактное действие цитотоксического Т-лимфоцита (ЦТЛ) на клетку-мишень (КЛМ)

1 - ЦТЛ секретирует в межклеточную щель белки-перфорины (П), которые встраиваются в плазмалемму КЛМ (белые стрелки) и образуют в ней трансмембранные поры, вызывающие нарушение осмотического равновесия КЛМ (пунктирная стрелка) и ее гибель; 2 - апоптоз КЛМ (стрелка в виде "молнии") индуцируется в результате введения (черная стрелка) в ее цитоплазму через ранее образованные поры в плазмалемме сериновых протеиназ-гранзимов (ГР), синтезируемых и выделяемых ЦТЛ; 3 - индукция апоптоза КЛМ (стрелка в виде "молнии") в результате взаимодействия Fas-лиганда (FasL) на поверхности ЦТЛ с антигеном Fas (APO1) на плазмалемме КЛМ.

 

МНС I класса (рис. 8.29). Распознавание антигенов и активация ЦТЛ происходит под влиянием двух основных сигналов: 1) взаимодействие TKPCD8 на Тк с комплексом МНС I класса/эпитоп антигена на клетке-мишени; 2) воздействия цитокинов, выделяемых Тх, макрофагами и АПК. Активированные ЦТЛ продуцируют ИФН-? и ИЛ2, стимулируют представление антигенов, активируют клетки, участвующие в воспалении, и уничтожают клетки-мишени, зараженные вирусами, грибами и некоторыми бактериями, очищая от них организм.

При встрече с различными клетками ЦТЛ обследуют их поверхность в поисках антигенного эпитопа. При обнаружении клетки-мишени зрелый Тк связывается с ней и оказывает на нее летальное цитотоксическое воздействие. После этого воздействия, иначе называемого "смертельным ударом", или "смертельным поцелуем", осуществляемого исключительно прицельно и не повреждающего соседние клетки, Тк отсоединяется от гибнущей клетки-мишени и через некоторое время готов лизировать следующую жертву. Активность Тк находится под контролем Тх и Тс, причем Тх действуют непосредственно на Тк а Тс - опосредованно через угнетение функциональной активности Тх. Механизмы контактного цитотоксического действия Тк на клетку-мишень связаны с ее разрушением снаружи и изнутри (рис. 8.30). Различают 3 вида таких механизмов контактного цитотоксического действия Тк: а) образование пор в плазмалемме клеток-мишеней; б) индукция апоптоза клеток-мишеней ферментами введенными в их цитоплазму через поры в плазмалемме; в) индукция апоптоза клеток-мишенеи, опосредованная поверхностными рецепторами на их плазмалемме

ЦТЛ, вступивший в контакт с клеткой-мишенью, в присутствии ионов Са2+ направленно (векторно) секретирует в межклеточное пространство особые белки перфорины, накопленные в цитоплазматических гранулах. Мономеры белков встраиваются в качестве трансмембранных белков в плазмалемму клеток-мишеней, а в дальнейшем они полимеризуются с образованием трансмембранных пор (рис. 8.31). Размер пор достигает 520 нм (внутренний диаметр наиболее крупных равен 10 нм). Поры, возникающие в плазмалемме клетки-мишени после контакта с ЦТЛ, подобны тем, которые образуются при воздействии МАК-компонентов комплемента. Формирование пор в плазмалемме приводит к нарушению осмотического равновесия клетки-мишени, ее набуханию и гибели. Образующиеся поры, очевидно, могут служить для проведения в клетку-мишень веществ, разрушающих клетки-мишени изнутри.

Тк синтезируют и накапливают в гранулах ряд ферментов, из которых наиболее важной представляется группа сериновых протеиназ - гранзимов. Будучи выделенными в узкое межклеточное пространство путем Са2+-зависимого экзоцитоза, гранулы Тк могут освобождать эти ферменты, которые через трансмембранные поры проникают в цитоплазму клеток-мишеней и запускают программу апоптоза, вызывающую гибель клеток.

Т-контрсупрессоры (Ткс) - специальная категория Т-лимфоцитов , которые продуцируют свой фактор (ТксФ) и могут угнетать функциональную активность Тс (см. рис. 8.27). После взаимодействия ТксФ с Тх последние приобретают резистентность к Тс и их факторам, т. е. секреция ИЛ2 не подавляется.

Физиологическая роль Ткс выявляется к концу 1й недели жизни ребенка после завершения Тс своей главной функции - обеспечения сохранности жизни новорожденного. Ткс, подавляя функцию Тс, способствуют развитию иммунных реакций на раннем этапе жизни. В последующем отсутствие регуляции аутоиммунитета Тс приводит к развитию аутоиммунных заболеваний типа энцефаломиелита, красной волчанки, миастении, ревматоидного артрита.

T-клетки ГЗТ (Тгзт) являются эффекторными клетками иммунных реакций гиперчувствительности замедленного типа. Они обладают поверхностным антигеном CD4 и экспрессируют ТКР совместно с молекулами МНС II класса. Тгзт распознают чужеродные антигены, преимущественно продуцируемые внутриклеточными микроорганизмами. В последние годы накоплены данные, свидетельствующие о том, что роль Тгзт фактически исполняют Tx1, обеспечивающие течение указанных реакций. Тгзт, в отличие от Тк, сами не обладают непосредственным цитотоксическим действием, однако обеспечивают защитные реакции клеточного иммунитета, вовлекая в них клетки других типов. Проявлением реакций ГЗТ служат очаги хронического воспаления, состоящие

 

Рис. 8.31 Образование пор в плазмалемме клетки-мишени при атаке цитотоксического Т-лимфоцита

1 - мономеры перфорина (МП) выделяются ЦТЛ в пространство между ним и клеткой-мишенью; 2 - МП связываются с фосфолипидными головками плазмалеммы (ПЛ) клетки-мишени; 3 - МП претерпевают конформационные изменения и внедряются в липидный бислой; 4-5- полимеризация МП с образованием поры (П) - агрегата МП цилиндрической формы, с просветом в центре. Все процессы, начиная со связывания МП с ПЛ и заканчивая образованием П, являются Са2+-зависимыми.

 

преимущественно из макрофагов и лимфоцитов, часто формирующих характерные компактные структуры - гранулемы.

Функции субклассов Т-лимфоцитов  в иммунитете и в первичном распознавании антигена представлены на схеме (см. рис. 8.27). Деление Т-лимфоцитов  на субпопуляции с хелперной и супрессорной/киллерной функциями, а также способность этих клеток к продукции регуляторных цитокинов обнаружены у представителей всех классов позвоночных животных.

 

Рис. 8.32 Сравнение клеточного и гуморального иммунитетов

      

В-лимфоциты и плазматические клетки. Гуморальный иммунный ответ в виде продукции антител зависит от функционирования В-системы специфической иммунной защиты. Центральным органом системы является костный мозг у млекопитающих или фабрициева сумка (бурса) у птиц (рис. 8.32). Клеточный состав системы представлен В-лимфоцитами различной Степени зрелости вплоть до заключительной клеточной формы - продуцирующих антитела плазматических клеток. В состав В-системы в качестве важного компонента входят эффекторные молекулы - иммуноглобулины

различных изотипов, индуцируемый синтез которых есть результат взаимодействия В-клетки с антигеном при участии вспомогательных клеточных популяций (Тх, макрофагов и др.). Функции В-лимфоцитов можно определить следующим образом: 1) распознавание антигенов иммуноглобулиновыми рецепторами; 2) обеспечение реакций гуморального иммунитета; 3) образование плазмоцитов - клеток, вырабатывающих антитела.

В-лимфоциты, в отличие от T-клеток, обладают слабой способностью к рециркуляции. В связи с этим В-клетки практически отсутствуют в лимфе грудного протока, в крови же их количество составляет не более 30%. Среди В-лимфоцитов преобладают короткоживущие, хотя встречаются и долгоживущие формы. Характерной особенностью В-лимфоцита является наличие на его поверхности иммуноглобулинового рецептора, а также рецептора к СЗ-компоненту комплемента. Кроме того, на поверхности В-лимфоцитов имеются характерные антигенные маркеры: CD19, CD20, CD22, а также CD21 - на зрелых В-клетках и CD23 - на плазматических клетках.

Образование В-лимфоцитов и их активация находятся под контролем нейроэндокринной системы. На поверхности этих клеток имеется большое число рецепторов к различным гормонам и медиаторам. Глюкокортикоидные гормоны в больших дозах подавляют антителообразование, в малых - стимулируют его. В отличие от Т-лимфоцитов  В-клетки не способны трансформироваться и пролиферировать под влиянием таких лектинов растительного происхождения, как фитогемагглютинин и конканавалин А.

В то время как первые признаки Т-системы обнаруживаются у беспозвоночных животных и даже у примитивных многоклеточных (губки, кишечнополостные), В-система специфического иммунитета исторически развивалась в пределах типа позвоночных животных. Анализ способности к антителопродукции в филогенетическом ряду указывает на постепенное усиление этой иммунологической функции от менее организованных позвоночных животных к их более совершенным формам. У круглоротых продукцию антител к бактериальным антигенам удается вызвать с трудом, при этом иммунологическая память о первичном контакте с антигеном не формируется. У костистых рыб гуморальная форма иммунного реагирования имеет более выраженный характер, вполне сопоставимый с ответом млекопитающих. В ряде случаев иммунный ответ у рыб характеризуется созданием иммунологической памяти, хотя и в слабой форме.

Ряд прогрессивных черт в отношении иммунной реактивности отмечен у бесхвостых амфибий - животных, впервые вышедших на сушу. Переход от водного к наземному образу жизни помимо морфофункционального прогресса в целом, очевидно, потребовал совершенствования системы иммунной защиты. Последнее, вероятно, инициировалось неизбежными контактами с новыми группами наземных патогенных микроорганизмов. У амфибий появляется функционирующий в качестве источника В-клеток костный мозг, возникает достаточно эффективная иммунологическая память, формируются механизмы повышения аффинности антител по мере развития иммунного процесса и приобретаются дополнительные изотипы иммуноглобулинов. Эти прогрессивные черты развития гуморального иммунного ответа эволюционно закрепляются у пресмыкающихся и птиц, достигая особого совершенства у млекопитающих.

Этапы антигеннезависимой дифференцировки В-клеток. Предшественники В-лимфоцитов обнаружены в островках гемопоэтической ткани эмбриональной печени на 89й неделе зародыша. Затем образование В-клеток в печени постепенно прекращается и в последующем происходит только в костном мозгу. От полипотентной стволовой кроветворной клетки формируется коммитированный предшественник лимфопоэза, общий для Т и В-клеточного пути развития. Особенностью данного клона клеток, отличающего его от других клеток костного мозга, является наличие специфического поверхностного маркера (антиген ThB у мышей и CD10 у человека). От предшественника лимфоцитов возникает родоначальная форма В-клеточного пути развития или предшественник В-клеток I типа. Незрелые В-клетки являются прямыми потомками предшественников В-лимфоцитов II типа и представлены в костном мозгу и на периферии, главным образом, в селезенке и в небольшом количестве в лимфатических узлах. Основные этапы антигеннезависимой дифференцировки В-лимфоцитов представлены на рис. 8.33.

 

Рис. 8.33 Этапы, антигеннезависимой дифференцировки В-лимфоцитов

СКК - стволовая кроветворная клетка; КЛ - коммитированный лимфоцит, общий для Т и В-клеточного путей развития; ПpBI - предшественник В-клеток I типа; ПрВII - предшественник В-клеток II типа; НВ - незрелые В-лимфопиты;

BI - В-лимфоциты I типа; ВII - В-лимфопиты II типа. Пояснения в тексте.

 

 

Рис. 8.34 Зрелые В-клетки экспрессируют набор разнообразных связанных с мембраной молекул преимущественно гликопротеиновой природы

ВЭБ - рецепторы вируса Эшптейна-Барра; Ф - фосфорилирующие ферменты; Г - гликозидазы; И - рецепторы инсулина; Д - рецепторы других гормонов; С - рецепторы антигенспецифических факторов Т-клеток; Н - рецепторы антигеннеспецифических факторов Т-клеток.

 

На завершающем этапе дифференцировки В-клеток в костном мозгу на поверхности незрелых В-лимфоцитов появляются специфический маркер этих клеток (у мышей - мышиный В-лимфоцитарный антиген), дифференцировочные маркеры В-клеток (у мышей Lyb2), а также иммуноглобулины двух изотипов IgM и IgD. Незрелые В-лимфоциты уже способны к распознаванию антигена, однако взаимодействие клетки с антигеном не обеспечивает трансформации лимфоцита в антителопродуценты. Интенсивность синтеза поверхностных молекул иммуноглобулинов невелика по сравнению с более зрелыми клеточными формами. Этап становления зрелых клеток начинается с образования В-клеток I типа, представляющих собой промежуточную стадию развития между В-клетками и наиболее зрелыми В-клетками II типа. В отличие от незрелых В-лимфоцитов, В-лимфоциты первого типа начинают экспрессировать антигены II класса МНС (Ia-белки) и рецептор для Fc фрагмента иммуноглобулина. Антигеннезависимое развитие В-клеток завершается формированием В-клеточных форм II типа.

На этой стадии рецепторный и антигенный комплекс клеточной поверхности выражен с наибольшей полнотой: помимо первого дифференцировочного антигена (Lyb2 у мышей) появляются следующие (Lyb3, 5), начинается экспрессия рецептора к СЗ-компоненту комплемента, усиливается выраженность антигенов МНС I класса (рис. 8.34). В ходе пролиферации и дифференцировки В-клеток в костном мозгу в отсутствие антигенной стимуляции происходит реаранжировка части генома, ответственной за антигенную специфичность этих клеток. В результате образуются клетки с огромным (порядка 109 вариантов) спектром антигенраспознающих рецепторов.

Из костного мозга "наивные" В-лимфоциты попадают в кровь, неся на своей поверхности молекулы иммуноглобулинов, которые представляют собой специфические антигенраспознающие рецепторы (до 104-105 на клетку) а также характерные маркеры CD19, CD20, CD21, CD22 и CD23. В-лимфоциты экспрессируют на плазмалемме молекулы МНС I и II классов, рецепторы к СЗ-компоненту комплемента и Fc участкам молекул иммуноглобулинов.

Механизмы взаимодействия В-лимфоцитов с антигенами. Из крови где В-лимфоциты составляют 10-20% циркулирующих лимфоцитов, они направляются в периферические иммунные органы и заселяют их В-зависимые области. Скопления В-лимфоцитов представляют собой основные структуры кортикальной зоны лимфатического узла. В узле, находящемся в состоянии покоя, они имеют сферическую форму и называются первичными фолликулами. после стимуляции антигеном В-лимфоциты образуют вторичные фолликулы, в которых корона (мантия) концентрически упакованных покоящихся малых В-лимфоцитов окружает бледно окрашенный зародышевый центр

 

 

 

Рис. 8.35 Сравнение структуры лимфатического узла неиммунизированной (слева) и иммунизированной (справа) мыши (схема). В результате иммунизации выявлены следующие особенности: 1 - зародышевые центры (светлые кружки) представляют собой кластеры делящихся и дифференцирующихся В-клеточных бластов, отвечающих на локализованный там же антиген и обеспечивающих проникновение малых В-лимфоцитов в окружающие серповидные области первичных фолликулов; 2 - расширение мякотных тяжей мозгового вещества (MB) за счет плазматических клеток. ВЭВ - посткапиллярные венулы с высоким эндотелием; МС - синусы мозгового слоя.

 

 

(рис. 8.35). Последний содержит крупные интенсивно пролиферирующие лимфобласты, макрофаги и специализированные АПК.

В В-зависимой зоне в результате взаимодействия с антигеном (и Тх) происходит активация и пролиферация В-лимфоцитов. Это завершается созреванием и дифференцировкой активированных В-лимфоцитов в плазматические клетки, продуцирующие антитела, и В-клетки памяти. Антитела могут продуцироваться и самими активированными В-лимфоцитами, тем не менее главным источником антител являются плазматические клетки.

Часть активированных В-лимфоцитов с током лимфы возвращается в кровь, а из нее в различные органы (в том числе и в очаги воспаления), где они превращаются в плазматические клетки. Значительное количество активированных В-лимфоцитов направляется в слизистые оболочки, особенно те, которые явились входными воротами для данного антигена. Основу местной иммунной системы слизистых оболочек составляет MALT. Здесь активированные В-лимфоциты дифференцируются в плазматические клетки, в том числе вырабатывающие секреторные IgA, которые обеспечивают местный гуморальный иммунитет слизистых оболочек, защищающий их от колонизации микроорганизмами и от возможного внедрения микробов в ткани (см. рис. 8.23).

Активация В-лимфоцитов является одним из ключевых этапов в развитии иммунного ответа гуморального типа. Признаками активации служат увеличение размеров клетки (бласттрансформация), гиперэкспрессия антигенов МНС II класса (Ia-антигенов), деполяризация мембраны лимфоцитов, увеличение концентрации в цитоплазме свободных ионов Са2+ и появление на мембране новых, так называемых активационных антигенов. Для активации В-лимфоцитов необходимо получение ими двух сигналов. Первый переводит клетку из состояния покоя в G1-фазу клеточного цикла. Роль его выполняет антиген, связывающийся со специфическим иммуноглобулиновым рецептором на поверхности В-лимфоцита, либо с его аналогом на Т-лимфоците. В обычных физиологических условиях этот этап активации иммунологически специфичен. Второй этап состоит в контактном взаимодействии В-лимфоцита с Тх, секретирующим ряд лимфокинов.

Различают три типа антигенов, участвующих в активации В-лимфоцитов (рис. 8.36): тимуснезависимые антигены типа 1 (бактериальные липополисахариды); тимуснезависимые антигены типа 2 (полисахарид пневмококков, полимеры D-аминокислот, поливинилпирролидон); тимусзависимые антигены (ряд антигенов, которые в отсутствие Т-лимфоцитов  лишены иммуногенности).

Тимуснезависимые антигены типа 1 при достаточно высокой концентрации способны к поликлональной активации значительной части популяции В-лимфоцитов. При низкой концентрации подобных антигенов, не приводящей

 

 

Рис. 8.36  Распознавание В-клетками трех типов антигенов Волнистая стрелка - активирующий сигнал; прерывистая черта - перекрестное связывание рецепторов.

 

к поликлональной активации, те В-лимфоциты, у которых иммуноглобулиновые рецепторы специфичны по отношению к данным антигенам, будут пассивно фиксировать их на своей поверхности. За счет собственной митогенной активности эти антигены будут стимулировать пролиферацию клеток.

Тимуснезависимые антигены типа 2 - линейные антигены, имеющие часто повторяющуюся, определенным образом организованную детерминанту. Для таких антигенов характерна низкая скорость распада в организме. Они длительно персистируют (от лат. persistio - постоянно пребывать, оставаться) на поверхности специализированных макрофагов краевого синуса лимфатического узла и маргинальной зоны селезенки. Тимуснезависимые антигены обоих типов вызывают преимущественный синтез IgM, а индуцируемый ими иммунный ответ практически не сопровождается формированием клеток памяти.

Большинство антигенов являются тимусзависимыми: у животных, подвергнутых неонатальной тимэктомии и имеющих мало T-клеток, они либо не вызывают синтеза антител, либо этот синтез очень слаб. В отсутствии Т-лимфоцитов  такие антигены лишены иммуногенности: они могут быть одновалентными в отношении специфичности каждой детерминанты, подвергаться быстрой деградации фагоцитирующими клетками, но, как правило, не обладают собственной митогенной активностью. Тимусзависимые антигены неспособны активировать В-лимфоциты в отсутствие второго сигнала, обусловленного Тх, что послужило основанием к наименованию последних.

Антигенраспознающие рецепторы В-лимфоцита специфически связывают антиген, который далее поглощается с помощью механизма рецепторно-опосредованного эндоцитоза, подвергается процессингу и экспрессируется на поверхности В-лимфоцита в виде пептидов, связанных с молекулами МНС II класса (рис. 8.36, 8.37).

Тх, ранее активированный антигеном в ходе взаимодействия с АПК, распознает комплекс молекулы МНС II класса антиген на поверхности В-лимфоцита. При этом в Тх происходит внутренняя перестройка, отчасти сходная с наблюдаемой в Тк при контакте с клеткой-мишенью, - ориентация его органелл в направлении В-клетки. Благодаря этому, очевидно, Тх способен осуществлять направленную секрецию интерлейкинов (главным образом, ИЛ2, ИЛ4, ИЛ5, ИЛ6, ИЛ10) и ИФН на поверхность В-лимфоцита.

Первичный гуморальный иммунный ответ развивается при первой встрече с антигеном и вызывает выработку небольшого количества антител, которое спустя некоторое время существенно уменьшается. Вторичный гуморальный иммунный ответ возникает при повторном попадании в организм антигена и характеризуется быстрым развитием и продукцией большого количества антител. Он обеспечивается В- и Т-лимфоцитами памяти, образующимися при первом воздействии антигена.

В-клетка памяти (Вп) - долгоживущая клетка, обеспечивающая быструю пролиферацию и дифференцировку В-лимфоцитов в плазмоциты при повторном контакте с антигенами. В отличие от зрелых лимфоцитов, которые живут в периферических иммунных органах всего несколько суток и погибают, если не встречаются со своим специфическим антигеном, Вп могут жить в течение нескольких месяцев и даже лет, не делясь и участвуя в рециркуляции.

Существует пять принципиально различных механизмов активации В-клеток. Все они реализуются через фосфатидилинозитоловый каскад. Рецепторы, через которые происходит активация В-лимфоцитов, ассоциированы с G-белком. Существование в В-клетках двух типов G-белков (Gs и G1) и наличие тесной функциональной взаимосвязи между ними дают возможность приложить диссоциационную модель к В-лимфоцитам (рис. 8.38). Согласно этой модели, субъединица а Gi-белка взаимодействует с фосфолипазой С и активирует ее. Последнее приводит к стимуляции В-лимфоцита. Освобождающиеся при этом субъединицы ? и ? связываются с субъединицей ?s.

Gi-белок не только служит в качестве агента, сопрягающего антигенраспознающий рецептор с фосфолипазой С, но представляет собой точку ветвления в регуляции многих эффекторных систем. В частности, с помощью G-белков происходит интеграция на уровне клеточной мембраны фосфатидилинозитольной системы, а также аденилатциклазной, циклооксигеназной и ряда других систем. На рис. 8.38, показана интеграция мембраноцитоплазматических

 

 

 

Рис. 8.37 Взаимодействие В-лимфоцита (ВЛ) с Т-хелпером второго порядка (Tx2)

Антиген (АГ) поглощается ВЛ, подвергается процессингу и экспрессируется на его поверхности в комплексе с молекулами МНС П класса (МНС II/AT). Этот комплекс распознается Тх2 с помощью Т-клеточного рецептора (ТКР) и CD4. Тх2 секретирует ряд интерлейкинов, которые активируют ВЛ, стимулируя его пролиферацию и дифференцировку в плазматическую клетку, продуцирующую иммуноглобулины (Ig). Активации ВЛ способствует контактное взаимодействие рецептора CD40 на его плазмалемме с лигандом CD40L на поверхности активированного Tx2. Эффективность активации ВЛ повышается взаимодействием костимулирующих молекул (КМ) на поверхности ВЛ с адгезионными молекулами (AM) на плазмалемме Tx2.

 

Рис. 8.38  Интеграция мембраноцитоплазматических контролирующих деятельность В-лимфоцитов сигналов с помощью системы Gбелков

Gi - ингибирующий G-белок; Gs - стимулирующей G-белок; IgM - иммуноглобулиновый рецептор; ФЛС - фосфолипаза С; ИФа - инозитолтрифосфат; ДАТ - диацилглицерол;

ГТФ - гуанозинтрифосфат; АТФ - аденозинтрифосфат; цАМФ - циклический аденозинмонофосфат. Пояснения в тексте.

 

сигналов с помощью G-белков, в которой участвуют иммуноглобулиновый рецептор, взаимодействующий с антигеном, и ?-адренорецептор, взаимодействующий со своим лигандом.

Плазматические клетки (плазмоциты). Это неподвижные или слабо подвижные, короткоживущие (23 сут, по другим сведениям - до 1030 сут) клетки, представляющие собой конечный этап развития В-лимфоцитов. В ходе дифференцировки из В-лимфоцитов они утрачивают рецепторы к СЗ-компоненту комплемента, мембранные иммуноглобулины и молекулы МНС, а также маркеры CD19 и CD21.

Плазматические клетки имеют сравнительно мелкие размеры (диаметр 920 мкм, в среднем - 14 мкм), круглую или овальную форму (рис. 8.39). Ядро - округлое, расположено эксцентрично, содержит крупные глыбки хроматина, которые располагаются в виде радиальных тяжей ("спиц колеса"). В отличие от других клеток, интенсивно вырабатывающих белки, продукты синтетической деятельности плазмоцитов, иммуноглобулины, не накапливаются в цитоплазме в секреторных гранулах, а по мере образования транспортируются мелкими пузырьками к плазмалемме, где непрерывно выделяются с помощью экзоцитоза.

В обычных условиях плазматические клетки не циркулируют в крови. Они располагаются в лимфатических узлах (преимущественно в мозговых тяжах и зародышевых центрах), в белой пульпе селезенки, в красном костном мозге (составляя 12% его клеток). Значительное количество плазмоцитов находится в рыхлой волокнистой соединительной ткани, в особенности, образующей собственную пластинку слизистых оболочек и строму различных желез- например, слезных, слюнных, молочных, где преобладают клетки, продуцирующие IgA.

Функция плазматических клеток состоит в обеспечении гуморального иммунитета путем выработки антител. За 1 с каждый плазмоцит синтезирует до нескольких тысяч молекул иммуноглобулинов (более 10 млн в час). Продуцируемые иммуноглобулины относятся к пяти классам, причем плазмоциты способны переключаться с выработки иммуноглобулинов одного класса на другой. Переключение классов продуцируемых иммуноглобулинов (переключение изотипов) происходит в развивающихся плазмоцитах примерно с суточным интервалом - с IgM на IgG или IgA (без изменения их антигенсвязывающего участка).

 

Рис. 8.39 Ультраструктурная организация плазматической клетки

КГ - комплекс Гольджи; МТХ - митохондрии; грЭПС - гранулированная (шероховатая) эндоплазматическая сеть.