Immunology / Gankovskaia_L._Основы общен иммунологии

Таким образом, ключевую роль в реакциях адаптивного иммунитета выполняют субпопуляции Т- и В-лимфоцитов, узнающие антигены с помощью клональных антигенраспознающих рецепторов (TCR и BCR, соответственно).

Впроцессе развития центральных органов иммунной системы изначально формируются клеточные элементы с рецепторами

клюбому антигену. При поступлении в организм антиген активирует специфичный

кнему клон лимфоцитов. После этого клетки данного клона пролиферируют и дифференцируются в эффекторы, элиминирующие антиген из организма. По окончании иммунного ответа формируются антигенспецифические Т- и В- клетки памяти.

Ворганизме млекопитающих врожденный и адаптивный иммунитет, осуществляя разные задачи, функционируют координированно. Компоненты врожденного и приобретенного иммунитета тесно связаны по многим параметрам:

молекул главного комплекса гистосовместимости класса I (утраченное «свое»). Ниже рассматриваются основы адап-

тивного иммунитета, Т- и В-лимфоциты, этапы дифференцировки, основы распознавания антигенов, развития иммунного ответа, эффекторные механизмы элиминации антигенов.

6.1. T-лимфоциты: дифференцировка, субпопуляции, функциональная активность

Цель изучения темы: получение представленийоразвитии,субпопуляцияхифункциях T-лимфоцитов, строении и функциях T-клеточного рецептора.

Требования к уровню подготовки:

студенты должны знать строение и функции органов иммунной системы (костный мозг, тимус, периферические органы), иметь представление о роли клеток в реализации иммунных процессов, иметь представление об антигене, знать строение и функции молекул главного комплекса гистосовмести-

Основные понятия и термины

TCR — T-клеточный рецептор (высокоспецифичный антигенраспознающий рецептор T-лимфоцитов).

CD (от англ. Cluster Differentiation) — единая система номенклатуры антигенных маркеров (мембранных белков) клеток иммунной системы.

MHC — главный комплекс гистосовместимости; у человека также обозначается как HLA.

Антигенпрезентирующая клетка (АПК) — клетка, обладающая способностью представлять T-лимфоцитам фрагменты белковых антигенов в иммуногенной форме (в комплексе с MHC).

Презентация — процесс представления антигенного пептида антигенпрезентирующей клеткой для распознавания T-лимфо- циту.

Феномен двойного распознавания — процесс распознавания T-клеточным рецептором комплекса аутологичной молекулы MHC и встроенного в нее пептида.

Реаранжировка генов — процесс перестройки генов T- или B-клеточного рецептора.

Двойная негативная клетка — стадия дифференцировки T-лимфоцита, характеризующаяся отсутствием маркеров CD4 и CD8.

Двойная позитивная клетка — стадия дифференцировки T-лимфоцита, характеризующаяся одновременной экспрессией маркеров CD4 и CD8.

Селекция — процесс выбраковки созревающих лимфоцитов, направленный на отбор способных к распознаванию чужеродных антигенов и толерантных к антигенам своего организма клеток.

6.1.1. T-

T-лимфоциты представляют собой гетерогенную группу клеток, различающихся по своей функциональной активности. Об особенностях отдельных субпопуляций T-клеток будет рассказано ниже. T-лимфо- циты принимают непосредственное участие в защите организма от различных патогенов и участвуют в иммунных реакциях в качестве эффекторных и регуляторных клеток. T-лимфоциты способны к специфическому распознаванию антигена при помощи своих рецепторов [TCR (T-cell receptor) или ТКР (T-клеточный рецептор)] и относятся к клеткам адаптивного (приобретенного) иммунитета.

Общее число лимфоцитов у взрослого человека составляет примерно 1012 клеток. При этом в крови находится лишь около 1% лимфоцитов, остальные же сосредоточены в тканях и рециркулируют между ними. В кровотоке около 20% лейкоцитов представлены лимфоидными клетками. На долю T-клеток приходится 55−80% от общего количества лимфоцитов крови, что в абсолютном выражении составляет 950−2100×109 клеток в литре крови.

Морфологически T-лимфоциты представляют собой относительно небольшие округлые клетки (диаметр 6−10 мкм) с ядром бобовидной формы. Ядро лимфоцитов крупное и занимает большую часть клетки, оставляя небольшое пространство для небогатой гранулами цитоплазмы. Морфологические признаки, однако, не могут быть надежными критериями для причисления клетки к T-лимфоцитам, так как сходной морфологией обладает и ряд других клеток, например B-лимфоциты.

Для достоверного определения принадлежности клетки к T-лимфоцитам используют методы выявления ее поверхностных и/или внутриклеточных маркеров. Основным и специфическим маркером T-клет- ки является комплекс TCR-CD3, строение и этапы формирования которого будут рассмотрены ниже. Различные субпопуляции T-лимфоцитов также могут быть идентифицированы по дополнительным, специфичным для них мембранным маркерам.

6.1.2. T-

T-лимфоциты являются производными лимфоидного ряда дифференцировки кроветворной стволовой клетки, располагающейся в костном мозге (в эмбриональном периоде — в желточном мешке и печени). События, происходящие при антигеннезависимой дифференцировке T-лимфоцитов, очень сходны с таковыми при созревании B-клеток и включают образование клеток, пролиферацию, формирование антигенраспознающего рецептора, корецепторов и селекцию лимфоцитов. После завершения антигеннезависимой дифференцировки T-лимфоциты мигрируют из тимуса и расселяются в периферические органы иммунной системы, где они смогут взаимодействовать с антигеном и участвовать в формировании иммунного ответа.

Однако в дифференцировке T- и B-кле- ток присутствует и существенное различие, связанное с тем, что микроокружение, формируемое костным мозгом, не может обеспечить всех необходимых условий для полноценного развития T-лимфоцитов. Это связано с тем, что особенности процессов распознавания с участием TCR требуют

его «тонкой настройки» при образовании. Антигеннезависимая дифференцировка T-лимфоцитов длится несколько дольше (около 20 суток), чем у B-лимфоцитов. Основные этапы развития T-клеток начинаются с миграции общих лимфоидных предшественников (Common Lymphoid Progenitor, CLP) из костного мозга в тимус, который, в отличие от костного мозга, содержит эпителиальные клетки, необходимые для нормального созревания T-лимфоцитов. Кроме того, в тимусе продуцируются особые пептидные медиаторы — гормоны тимуса (тимулин, тимозины, тимопоэтины), которые также необходимы для полноценного развития и функционирования T-лимфоцитов. Основными маркерами CLP являются CD34 (адгезивная молекула, рассматривается как основной маркер гемопоэтических стволовых клеток) и CD117 (рецептор для фактора стволовых клеток); также в небольшом количестве на них обнаруживается маркер CD4. Помимо упомянутых молекул на мембране этих клеток выявляются CD7, CD38, CD44 (во многом определяет миграцию предшественников T-лимфоцитов в тимус), CD45RA (CD45 — общий маркер лейкоцитов, данная молекула участвует в передаче активационных сигналов, изоформа CD45RA является одним из маркеров наивных T-клеток).

6.1.3. T-

• TCR

В тимусе у созревающих T-лимфоцитов происходит формирование TCR, который впоследствии будет обеспечивать распознавание антигеных пептидов, встроенных в молекулы главного комплекса гистосов-

местимости клеток собственного организма. На рис. 6.1 представлено схематическое изображение TCR и входящих в его состав полипептидных цепей.

Антигенраспознающую функцию выполняет димер, состоящий из α- и β-цепей. Каждая из них имеет короткий цитоплазматический фрагмент, трансмембранный участок и два внеклеточных домена (константный, расположенный ближе к мембране, и вариабельный, располагающийся дистальнее). α- и β-цепи относятся к суперсемейству иммуноглобулинов и скреплены между собой дисульфидной связью, расположенной достаточно близко к мембране.

В состав TCR помимо антигенраспознающих цепей входит комплекс сигнальных молекул, обеспечивающих активацию

CD8

CD4

αβ

ITAM

ITAM

ITAM

ITAM

Рис. 6.1. Рецепторный комплекс TCR и корецепторные молекулы.

T-лимфоцита в процессе взаимодействия с комплексом MHC-антигенный пептид. Этот комплекс получил название CD3, он состоит из нескольких консервативных полипептидных цепей: γ, δ, ε, ζ. Цепи γ, δ, ε также относятся к суперсемейству иммуноглобулинов и имеют по одному внеклеточному домену. Цитоплазматический участок этих цепей несет тирозинсодержащую активационную аминокислотную последовательность ITAM (Immunoreceptor Tyrosine-based Activation Motif). ζ-Цепь не относится к иммуноглобулиновому суперсемейству; образует димер, стабилизируемый расположенной над мембраной дисульфидной связью; ζ-цепь также обозначается как CD247. Каждая субъединица ζ-цепи в цитоплазматической части содержит по три активационных последовательности ITAM, что указывает на ее существенный вклад в активацию клетки.

С TCR тесно связаны корецепторные молекулы T-лимфоцитов, способствующие более эффективному взаимодействию с молекулами главного комплекса гистосовместимости, а также участвующие в активации клетки. CD8 взаимодействует с участком α3-домена MHC I, а CD4 — с β2-доменом MHC II. Такое взаимодействие повышает сродство TCR к комплексу антигена с молекулой MHC примерно в 100 раз. Оба корецептора относятся к суперсемейству иммуноглобулинов, CD4 имеет 4 внеклеточных домена, а CD8 — гетеродимер (α- и β-цепь, по одному внеклеточному домену в каждой).

• TCR

В связи с чрезвычайным разнообразием антигенов, с которыми может столк-

α/β-

(TKP)

VαJα Cα

S - S

VβDβJβCβ

T-

Процессы дифференцировки тимоцитов (табл. 6.1.2) во многом связаны с корецепторными молекулами T-клеток CD4 и СВ8. По наличию или отсутствию этих молекул получили свое название некоторые стадии развития тимоцитов. После миграции общего лимфоидного предшественника в тимус на его мембране не выявляются молекулы CD4 или CD8, поэтому такие клетки получили название двойных негативных (от англ. Double Negative, DN); их фенотип обозначается как CD4–CD8–. В некоторых случаях эти клетки называют трижды негативными, так как на этой стадии у них еще отсутствует комплекс CD3, соответственно, фенотип записывается как CD3–CD4–CD8–. По мере созревания тимоциты начинают экспрессировать сразу оба маркера — CD4+CD8+. Соответственно, такие клетки получили название двойных позитивных (от англ. Double Positive, DP). В процессе дальнейшей дифференцировки у тимоцита остается лишь один из этих маркеров. Такие клетки называются моноположительными (от англ. Singe Positive, SP). Оставшийся маркер будет определять принадлежность T-лимфоцита к субпопуляции хелперных или регуляторных клеток (CD4+) или к цитотоксическим лимфоцитам (CD8+).

DN-клетки в процессе созревания проходят несколько подстадий, различающихся по наличию маркеров CD44 и CD25. Так, самые ранние тимоциты (DN1, CD44+CD25–) обнаруживаются в перимедуллярной зоне коры тимуса (внутренний слой коры). На этом этапе дифференцировки V-гены TCR имеют зародышевую конфигурацию. Эти клетки подвергаются активному делению (до 10 делений), что длится около 10 суток.

По мере созревания тимоциты (DN2-клетки, CD44+CD25+) перемещаются в сторону наружных слоев коры тимуса. Продолжительность развития DN2 составляет 2 суток.

На стадии DN3 (CD44–CD25+) начинается процесс перегруппировки V-генов TCR. В результате реаранжировки генов T-кле- точного рецептора на стадии DN3 от основной популяции T-лимфоцитов, TCR которых образован α- и β-цепями, отделяется минорная (около 5%) популяция T-клеток (γδ-T-лимфоциты). Ведущим фактором, обеспечивающим начало перестройки генов TCR и поддерживающим выживание тимоцитов, является интерлейкин-7 (ИЛ-7).

Стадия двойной позитивной (DP) клетки, следующая за DN3, длится около двух суток. За это время происходит завершение перегруппировки V-гена α-цепи и формирование полноценного комплекса TCR–CD3. После окончания перестройки генов и экспрессии полноценного рецептора на мембране T-клеток происходит их отбор на основании способности к распознаванию.

• T-

Процесс отбора T-лимфоцитов подразделяется на два этапа: сначала происходит позитивная (положительная), потом негативная (отрицательная) селекция.

Оба эти процесса направлены на то, чтобы из всего сформировавшегося в процессе реаранжировки генов разнообразия T-лимфоцитов отобрать только те, которые способны к распознаванию антигена, но безопасны для собственного организма. Необходимость такого отбора диктуется случайностью процесса формирования спе-

цифичности антигенраспознающего рецептора при перегруппировке TCR.

Позитивная селекция осуществляется на стадии двойной позитивной клетки, когда тимоциты наиболее чувствительны к апоптозу, а их выживаемость обеспечивается за счет контактов с эпителиальными клетками коры тимуса. При миграции тимоцитов от периферии коры к кортикомедуллярной области они тесно контактируют с эпителиальными клетками. Если при таком контакте тимоцит с помощью своего TCR взаимодействует с молекулами MHC I или II, то он получает сигнал

квыживанию, в противном случае T-клетка подвергается апоптозу (гибнет до 90% всех CD4+CD8+ тимоцитов).

Негативная селекция выживших после позитивной селекции тимоцитов происходит в кортикомедуллярной и медуллярной зонах тимуса и осуществляется с участием дендритных и эпителиальных клеток, презентирующих собственные антигены организма. Негативная селекция сводится

кэлиминации тимоцитов, способных связывать комплекс MHC-пептид со слишком высоким сродством, так как выход таких

клеток за пределы тимуса может индуцировать аутоиммунные процессы. В результате выживают только клетки (около 50% из прошедших положительную селекцию клеток), обладающие средним сродством к аутологичным комплексам MHC–пептид. Эти клетки после завершения дифференцировки будут покидать тимус, расселяться в периферические органы и участвовать в антигенспецифическом иммунном ответе.

6.1.4. • T-,

Одновременно с осуществлением процессов селекции тимоцитов происходит их разделение на субпопуляции. В результате

этого двойная позитивная клетка утрачивает один из маркеров и продолжает экспрессировать второй. Так происходит разделение тимоцитов на 2 основные субпопуляции T-лимфоцитов: популяцию CD4+ (хелперные и регуляторные T-лимфоциты) и популяцию СВ8+ (цитотоксические T-лимфоциты, ЦТЛ). Выбор корецептора, который будет экспрессироваться у T-лимфоцита, осуществляется в соответствии с тем, с молекулой MHC какого класса он взаимодействует. Тимоциты, реагирующие с MHC I, сохраняют экспрессию CD8, а те, что способны к взаимодействию с MHC II, сохраняют корецептор CD4. После этого клетки приобретают соответствующую функциональную активность.