Глава 5

ПРИОБРЕТЕННЫЙ СПЕЦИФИЧЕСКИЙ (АДАПТИВНЫЙ) ИММУНИТЕТ

Приобретенный специфический (адаптивный) иммунитет реализу­ется лимфоцитами, и его также можно разделить на два компонента (звена): гуморальный и клеточный.

Гуморальный специфический иммунитет реализуется В-лимфоцита-ми и продуцируемыми ими иммуноглобулинами.

Клеточный специфический иммунитет представлен популяцией Т-лимфоцитов, среди которых выделяют хелперы, киллеры и супрессоры.

Особенности специфического иммунитета состоят в том, что Т- и В-лимфоциты снабжены специальными инструментами — антиген-распознающими рецепторами, с помощью которых осуществляется процесс распознавания антигена, дифференцировки (отличия) свое-

48

Схема 4

Факторы врожденного и приобретенного иммунитета, механизмы их взаимодействия

(по Play fair, 1998 в нашей модификации)

Подавление

"репликации

Вирусы

Нейтрализация (инактивация) препятствие генерализации

[Интерферон] | Лизоцим Бактерии -= j Комплемент h'

Специфические антигены

{бактерии, вирусы, грибы и т д)

Приобретенный

(адаптивный)

иммунитет

Врожденныи

естественный,

неспецифически

Клеточные факторы^ Гуморальные Факторы

Т лимфоциты

• киллеры

• хеллеры,

• супрессоры

1. В лимфоциты

2. Плазматические клетки

3. IgM, G, А, Е (специфи ческие антитела)

Клеточные Факторы

1. Моноциты- макрофаги (МФ)

2. Неитрофипы (НФ)

3. Базофилы

4. Эозинофипы

5. Е К-клетки

6. К-клетки

Гуморальные факторы

1. Комплемент

2. Лизоцим

3. Естественные антитепа

4. Интерферон

5. Фактор некроза опухолей (ФНО а)

5.3.В-ЛИМФОЦИТЫ

В-лимфоциты способны выполнять две важные функции: 1) диф­ференцироваться в плазматические клетки и продуцировать анти­тела; 2) выступать в роли антигенпредставляющих клеток.

Легкие цепи

Как упоминалось, в процессе эмбриогенеза стволовая клетка, из которой образуются В-лимфоциты, мигрирует в костный мозг, где и продолжает оставаться в течение всей жизни конкретного человека. Таким образом, после рождения у человека В-лимфоциты образуют­ся из стволовой клетки в костном мозге под влиянием костномозгово­го микроокружения и в отличие от Т-лимфоцитов не требуют для сво­его созревания прохождения через тимус.

С озревание В-лимфоцитов проис­ходит в две фазы.

Fab

Тяжелые цепи

Первая фаза — антигеннезависи-мая; проходит в костном мозге и закан­чивается образованием зрелого поко­ящегося В-лимфоцита, отличительной особенностью которого является на­личие на поверхности антигенрас-познающего рецептора (рис. 4).

Он представляет собой мономер­ный IgM, в отличие от циркулиру­ющего в крови IgM, который явля­ется пентамером. Строение В-кле-точного антигенраспознающего рецептора традиционно для молеку­лы Ig и характеризуется наличием тяжелых и легких цепей, соединен­ных между собой дисульфидными мостиками. Легкие и часть тяжелых цепей формируют антигенсвязыва- _{Рис 4 Схематиче}ское изображение ющие фрагменты (Fab), С ПОМОЩЬЮ В-клеточного антигенраспознающе-которых происходит распознавание ^го рецептора:

^ный) *Р^агмент

И Связывание антигена. В ОТЛИЧИе Fab — антигенсвязывающий фрагмент, ОТ Т-КЛеТОЧНОГО аНТИГенраСПОЗНа- ^Fc~ кристаллизующийся (констант-

ющего рецептора, В-клеточный ре-

I

74

цептор не требует превращения антигена в пептиды, а может распоз­нать цельный антиген. Для передачи сигнала (трандукции) в ядро после связывания антигена по бокам от Fc-фрагмента В-клеточного антигенраспознающего рецептора имеются белковые молекулы, по­лучившие название Ig-альфа и Ig-бета. Они выполняют такую же функцию, как и СОЗ-структура у Т-клеточного антиген-распозна-ющего рецептора.

Свидетельством зрелости В-лимфоцита является наличие на его по­верхности IgD, который в некоторых случаях может выполнять фун­кции рецептора для антигена.

В-лимфоциты обладают способностью трансформироваться в лим-фобласты (т. е. пролиферировать) под влиянием поликлональных сти­муляторов. Избирательным митогеном для В-клеточной популяции лимфоцитов является липополисахарид (ЛПС). Специфическими мем­бранными маркерами В-лимфоцитов являются рецепторы к Fc-фраг-менту Ig и активированному третьему компоненту комплемента (СЗЬ).

В циркулирующей периферической крови количество В-лимфоци­тов достигает приблизительно 30% от общего количества лимфоци­тов, продолжительность их жизни невелика, она исчисляется днями или неделями. Каждый день в периферической крови появляется при­близительно 10⁷—10' новых В-лимфоцитов. В лимфатических узлах В-лимфоциты локализованы в герминативных центрах, в селезенке они обнаруживаются в белой пульпе (В-зоны); выявлены В-лимфоци­ты также и в сгруппированных лимфоидных фолликулах (пейеровых бляшках) кишечника.

Каждый иммунологически зрелый В-лимфоцит имеет на своей поверх­ности антигенраспознающий рецептор, который реагирует только с одним антигеном или с группой близкородственных антигенов. Таким образом, в организме каждого индивидуума имеется приблизительно 10⁷—10⁹ различ­ных специфичностей В-лимфоцитов. Взаимодействуют с В-лимфоцитами только те антигены, которые имеют очень близкое сродство с иммуноглобу-линовыми рецепторами на поверхности В-лимфоцита.

Находящиеся на поверхности зрелого покоящегося В-лимфоцита иммуноглобулиновые молекулы могут слущиваться и циркулировать в периферической крови, составляя в совокупности довольно большой пул по количеству (~ 5 • 10¹⁶ в 1 мл) и специфичности естественных ан­тител. При попадании в организм любого антигена (бактерии, ви­русы, растворимые антигены и др.) ему в циркулирующей крови не­медленно противостоят эти естественные антитела. Некоторые из этих антител обладают достаточной специфичностью к попавшему анти­гену и могут связываться с ним, образуя иммунный комплекс. Имму-

75

ноглобулин, входящий в состав иммунного комплекса, связывает и активирует систему комплемента, что приводит к активации фаго­цитоза и, в конечном итоге, к разрушению антигена. Таким образом, можно сказать, что уже на этом этапе В-лимфоциты "помогают" бо­лее эффективно функционировать защитным факторам врожденно­го иммунитета.

Одновременно с этим другая часть антигена связывается с мембранным В-клеточным антигенраспознающим рецептором.

После связывания антигенов В-клетки активируются, начинают пролиферировать и формировать клон специфических плазматичес­ких клеток. Такая селекция В-лимфоцитов и превращение их в плазматические клетки с последующей секрецией специфических ан­тител приводит к накоплению этих антител в периферической кро­ви. С этого момента начинается вторая фаза дифференцировки В-лимфоцитов — антигензависимая. Во время продукции иммуногло­булинов происходит переключение с одного класса иммуноглобулина на другой. Например после продукции IgM начинает продуциро­ваться IgG, затем IgA и IgE. При этом надо помнить, что антигенная специфичность при переключении одного класса иммуноглобулина на другой не изменяется. Сказанное выше иллюстрирует функцию В-лимфоцитов в качестве клеток, продуцирующих антитела.

Как правило, для продукции антител В-лимфоцитами требуется участие Т-лимфоцитов-хелперов (CD4+ клеток) —так называемый Т-зависимый им­мунный ответ. Однако в некоторых случаях В-лимфоциты способны проду­цировать антитела на антигены без участия Т-хелперов. Такой им­мунный ответ называется Т-независимым. Только часть антигенов вызывает Т-независимый иммунный ответ— это прежде всего кап-сулярные полисахариды бактериальных клеток.

5.3.1. Т-НЕЗАВИСИМАЯ ПРОДУКЦИЯ АНТИТЕЛ

Независимая от Т-лимфоцитов-хелперов (CD4+ клеток) стимуля­ция В-лимфоцитов — быстрый способ увеличения количества есте­ственных антигенспецифических антител, представленных только од­ним классом иммуноглобулинов — IgM.

Стимуляция В-лимфоцитов без участия Т-клеток-хелперов может произойти в том случае, если внедрившийся в организм агент имеет достаточно ригидную мембрану, а на ней — повторяющиеся одинако­вые антигенные детерминанты. Хорошим примером Т-независимого анти­гена являются поверхностные полисахаридные структуры капсулы бактери­альной клетки.

Подсчитано, что один В-лимфоцит имеет на своей поверхности 10⁴—10⁵

76

копий антигенраспознающего рецептора (т. е. мембранной молекулы IgM). Попавший в организм Т-независимый антиген за счет своеоб­разия своих повторяющихся одинаковых антигенных детерминант оккупирует одновременно большое количество расположенных ря­дом на мембране антигенраспознающих рецепторов. Образовавший­ся крупный комплекс (кластер) даст сильный сигнал в ядро В-лимфо-цита, что будет достаточным для его активации и последующего де­ления (хотя активация В-клетки происходит без участия Т-хелперов, но для пролиферации В-лимфоцитов необходимы цитокины, проду­цируемые макрофагами).

Установлено, что в течение 5—6 дней, которые уходят на развитие пер­вичного иммунного ответа, в организме образуется клон специфических В-лимфоцитов в количестве 10⁶ клеток. Образовавшиеся 10⁶ В-лимфоцитов в течение одного дня смогут продуцировать 10¹³—10¹⁴ антигенспецифичес-ких молекул IgM.

Таким образом, независимая от Т-клеток-хелперов (CD4+ клеток) стимуляция В-лимфоцитов имеет следующие особенности: 1) индуци­руется за счет одновременного связывания большого числа В-клеточ-ных антиген-распознающих рецепторов повторяющимися одинаковы­ми антигенными детерминантами возбудителя; 2) не требует для акти­вации В-клеток поглощения такого антигена и его процессинга.

К недостаткам такого иммунного ответа относится: 1) продукция антител, принадлежащих только к одному классу иммуноглобули­нов — IgM; 2) отсутствие иммунологической памяти. После одной-двух недель пролиферативная способность В-лимфоцитов снижается и секретирующие клетки погибают.

5.3.2. Т-ЗАВИСИМАЯ ПРОДУКЦИЯ АНТИТЕЛ

В этом случае В-лимфоциты сначала функционируют как анти-ген-представляющие клетки, а затем, дифференцируясь в плазмати­ческие клетки, как антителопродуцирующие. При Т-зависимом им­мунном ответе В-лимфоциты своими антигенраспознающими рецеп­торами связываются с антигеном, поглощая (интернализируя) его. В фагосоме В-лимфоцитов антиген подвергается перевариванию. Пептиды, полученные из такого антигена, возвращаются на повер­хность В-лимфоцитов в ассоциации с молекулами гистосовместимос-ти класса II. Здесь они распознаются Т-клеточным распознающим рецептором, который имеется на поверхности CD4+ клетки. Это при­водит к стимуляции CD4+ лимфоцита (хелпера) и продукции ИЛ-2, ИЛ-4 и ИЛ-5. Образовавшиеся интерлейкины стимулируют В-кле-точную пролиферацию и дифференцировку с превращением, в конце

77

концов, в антителопродуцирующую плазматическую клетку. Сле-/ дует учитывать, что поглощение антигена (интернализация) само по себе не способно вызвать активацию В-клетки. Необходимо, что­бы произошла продукция соответствующих интерлейкинов. Но и этого для запуска дифференцировки В-лимфоцитов недостаточно. Требуется, чтобы помимо продукции интерлейкинов, связывались со­ответствующие белки, имеющиеся, с одной стороны, на поверхности В-клеток, с другой,— на поверхности Т-клеток,— так называемые костимуляционные молекулы (факторы). Одним из таких белков, име­ющихся на активированных Т-лимфоцитах-хелперах, является ли-ганд CD40 (CD40L), который взаимодействует с белком, расположен­ным на поверхности покоящегося В-лимфоцита, — белком CD40. Связывание CD40L с CD40 приводит к стимуляции В-клеток, и эти клетки под влиянием такого стимула дифференцируются в плазма­тические клетки, продуцирующие антитела.

Таким образом, при Т-зависимом иммунном ответе для созревания кло­на В-лимфоцитов необходимы следующие этапы синергично действующих сигналов: 1) связывание антигена В-клеточным антигенраспознающим ре­цептором; 2) поглощение, процессирование антигена и подача его на повер­хность клетки в виде пептида в сочетании с молекулой ГКГ класса II; 3) рас­познавание пептида Т-клеточным антигенраспознающим рецептором CD4+ лимфоцита (хелпера); 4) продукция Т-лимфоцитом-хелпером интерлейки­нов 2,4,5 (ИЛ-2, ИЛ-4, ИЛ-5), действующих на В-лимфоцит; 5) связывание костимуляционных молекул CD40L (Т-лимфоциты) с CD40 (В-лимфоциты).

Вначале В-клетки продуцируют и секретируют только IgM. Од­нако в отличие от Т-независимой стимуляции, здесь В-лимфоциты переключают синтез с IgM на IgG и далее на IgA и IgE. Таким обра­зом, при Т-зависимом иммунном ответе индуцируется продукция им­муноглобулинов всех классов.

Продукция IgG с более высоким аффинитетом делает защитную стратегию иммунной системы более разнообразной и эффективной. Например, усиление аффинитета помогает в комплементопосредован-ном лизисе антигена. Кроме того, связываясь с рецептором к Fc-фрагменту, IgG способен "вооружать" макрофаги, придавая им специфичность по от­ношению к антигенам. В силу своей более низкой молекулярной массы IgG может проникать в те области организма, куда не проникает IgM и где может находиться возбудитель и т. д.

Кроме того, важной отличительной чертой Т-зависимого иммун­ного ответа является то, что он оставляет после себя иммунологиче­скую память.

Подсчитано, что плазматические клетки секретируют тысячи молекул

78

антител в секунду в течение нескольких дней, а затем погибают. Од­нако некоторая часть активированных В-клеток превращается в В-клетки памяти, которые сохраняют память об антигене, вызвавшем их активацию, и при последующем, через какое-то время, контакте с ними способны быстро активироваться и быстро начинать продук­цию антител. На поверхности В-клеток памяти имеется рецептор к IgG, а не к IgM. Некоторое количество IgM тоже есть на поверхности В-клеток памяти. При повторном попадании антигена в организм, Т-клетки памяти начинают продуцировать интерлейкины, которые усиливают продукцию антител В-клетками памяти.

Учитывая важность и сложность материала, касающегося диффе-ренцировки и созревания Т- и В-лимфоцитов ниже более четко выде­лены и детально рассмотрены основные этапы этого процесса.

5.4. ДИФФЕРЕНЦИРОВКА Т-ЛИМФОЦИТОВ

Стволовая гемопоэтическая клетка, мигрирующая в тимус, пре­вращается (дифференцируется) под влиянием тимического микроок­ружения в Т-лимфоцит. Цель дифференцировки: 1) обучить распоз­наванию чужеродного материала, попавшего в организм, и его раз­рушению (т. е. осуществлению киллинг-эффекта); 2) создать толерантность по отношению к собственным (self) антигенам. Тимус играет главную роль в этих процессах, поскольку является тем орга­ном, где происходит антигеннезависимая дифференцировка Т-кле-ток и создание (генерирование) чрезвычайно разнообразного набо­ра (репертуара) антиген-распознающих Т-клеточных рецепторов.

Вначале стволовая гемопоэтическая клетка попадает в корковую зону тимуса и превращается в ранний предшественник Т-лимфоцита. Фенотип этой клетки следующий: ТАГРР-альфа, бета +, CD3+ CD4-, CD8-, т. е. характеризуется наличием Т-клеточного распознающего рецептора, в составе которого имеются альфа- и бета-цепи, CD3 структура, но отсутствуют молекулы CD4 и CD8.

Далее, здесь же в корковой зоне тимуса, под влиянием тимическо­го микроокружения, гормонов тимуса и, особенно, ИЛ-7 ранний предшественник Т-лимфоцита превращается в незрелый Т-лимфоцит, фенотип которого следующий: ТАГРР-альфа, бета +, CD3+, CD4+, CD8+. Набор таких мембранных структур говорит о том, что дан­ная клетка способна: 1) распознать любой антиген с помощью ТАГРР-альфа, бета; 2) после распознавания передать сигнал внутрь клетки

79

для ее активации с помощью CD3 структуры; 3) превратиться как в CD4+ (хелпер), так и в CD8+ (киллер) клетки при развитии эффек-/ торного звена иммунного ответа.

На следующем этапе дифференцировки незрелый предшественник Т-лимфоцита переходит в мозговое вещество тимуса, где завершается тимический этап созревания. При этом происходят два важнейших события: 1) индуцируется толерантность к аутоантигенам; таким об­разом минимизируется возможность развития аутоиммунного заболе­вания; 2) происходит разделение Т-лимфоцитов на две субпопуляции: CD4+CD8- (хелперы) и CD4-CD8+ (киллеры) (не нужно забывать, что на их мембране сохраняются молекулы ТАГРР-альфа, бета и CD3). Этот этап также реализуется при важном участии И Л-7.

Покидая тимус, зрелые покоящиеся Т-лимфоциты, которые нахо­дятся в G(O) стадии клеточного цикла, расселяются в Т-зоны перифе­рических лимфоидных органов. Такие Т-лимфоциты характеризуется следующими свойствами: 1) способностью распознавать чужеродные антигены, которые презентируются ему в виде пептида с помощью мо­лекул ГКГ класса I и класса II, и развивать эфферентную часть им­мунного ответа; 2) неспособностью распознавать большинство ауто-логичных антигенов, как в растворимой форме, так и в виде молекул на мембране клеток. Это главное препятствие на пути к развитию ауто­иммунного ответа.

Часть Т-лимфоцитов, покидающих тимус, все же способна распоз­навать аутоантигены, однако такие Т-лимфоциты (и В-лимфоциты) либо подвергаются делеции (разрушению) в периферических орга­нах, либо находятся в состоянии анергии (неспособности к актива­ции и реализации эфферентной части иммунного ответа).

Т-Лимфоциты-хелперы (CD4+ клетки) представлены тремя субпо­пуляциями: т. н. нулевыми Т-хелперами (ТхО), которые дифферен­цируются в Т-хелперы 1-го типа (Txl) и 2-го типа (Тх2). В этой дифференцировке основную роль играют ИЛ-12, ИЛ-2, гамма-интер­ферон, ИЛ-10, ИЛ-4, ИЛ-5.

Т-Лимфоцит-хелпер (CD4+ клетка) участвует в распознавании ан­тигенного пептида, который презентируется с помощью молекул ГКГ клас­са II. В этом случае для активации Т-лимфоцита необходим дополнитель­ный, костимуляционный, сигнал. Он воспринимается специальной молеку­лой — CD28-, имеющейся на поверхности Т-хелпера. Для передачи костимуляционного сигнала также есть специальная молекула — CD80, расположенная на мембране АПК. Если CD4+ Т-лимфоцит не получает костимуляционного сигнала, то наступает либо анергия Т-клетки, либо ее апоптоз (программированная смерть). Следует учи-

80

\

\

тывать, что некоторые цитотоксические Т-лимфоциты также имеют ца мембране молекулу CD4.

Т-Лимфоциты-киллеры (CD8+ клетки) участвуют в распознава­нии антигенного пептида, который презентируется с помощью моле­кул ГКГ класса I. В альфа-3-домене ГКГ класса I имеется специаль­ное место (сайт) для связывания с молекулой CD8. Цитоплазмати-ческая часть молекулы CD8 связана с тирозинкиназой (р56 (Ick)). Связывание молекулы CD8, имеющейся на распознающей CD8+ клетке, является дополнительным, костимуляционным, сигналом, приводящим к активации CD8+ Т-клеток и превращению (диффе-ренцировке) в цитотоксический Т-лимфоцит. Следует помнить, что основным активационным сигналом в любом Т-клеточном распоз­навании является контакт между ТАГРР и пептидом.

Как уже упоминалось, при взаимодействии CD4+ клетки и молекул ГКГ класса II АПК необходим дополнительный, костимуляционный, сигнал, ко­торый реализуется взаимодействием молекул CD28 (Т-клетка) и CD80 (АПК). При этом происходит взаимодействие еще нескольких адгезивных молекул, которые усиливают активацию клеток: 1)1САМ-1 (АПК)иЬРА-! (Т-клетка), в результате чего усиливается продукция ИЛ-1, гамма-интерферона и ОНФ; 2) LFA-3 (АПК) и CD2 (Т-клетка). CD2 известен как рецептор к эритроцитам барана, наличие которого на мембране Т-лимфоцита используется для по­становки метода розеткообразования и подсчета, таким образом, количе­ства Т-лимфоцитов. Его связывание с LFA-3 играет вспомогательную роль для реализации функций при связывании пары молекул LFA-1 /ICAM-1.

5.5. ДИФФЕРЕНЦИРОВКА В-ЛИМФОЦИТОВ

Часть стволовых гемопоэтических клеток не покидает костный мозг, а здесь же, под влиянием костномозгового микроокружения и различных цитокинов дифференцируется в В-лимфоциты.

При этом стволовые гемопоэтические клетки проходят несколько этапов дифференцировки: 1) раннего предшественника В-лимфоцита; 2) незрелого предшественника В-лимфоцита; 3) зрелого покоящегося В-лимфоцита.

Этапы дифференцировки связаны с появлением на поверхности В-лимфоцита антигенраспознающего рецептора. Зрелый В-клеточ-ный антигенраспознающий рецептор представляет собой комплекс, расположенный на мембране клетки и состоящий из мономерной мо­лекулы IgM (в отличие от пентамерного IgM, циркулирующего в крови) и двух трансмембранных белков — Ig-альфа и lg-бета, кото­рые располагаются по бокам IgM. Указанные Ig-альфа и Ig-бета иг-

81

Fab

Fab

Шарнирная область I I

К онстантная область

s ^Папаин ^ -X^ — Пвпгин
		L
Ч '	s 1 ?	Fc
		r
Сч"	Fc

Гипервариабельные участки

Рис. 5. Структура молекулы иммуноглобулина G и функциональные свойства ее различных частей (по И. Ройту, 1991):

Fab — специфический участок, антигенсвязывающий фрагмент; Fc — неспецифиче­ский участок, функционально активная часть молекулы Ig: фиксация на мембранах клеток, связывание комплемента, проникновение через мембраны.

рают такую же роль, как молекула CD3 для Т-лимфоцитов: они уча­ствуют в передаче сигнала (трансдукции) внутрь В-лимфоцита пос­ле его связывания с антигеном.