Система иммунологической защиты организма. Гистофизиология тимуса.
Защита организма человека от биологических факторов (антигенов) осуществляется с помощью комплекса структур и молекул, включая:
покровный эпителий;
микробицидные вещества в составе секрета на поверхности кожи и слизистых оболочек;
барьерные свойства основного аморфного вещества матрикса соединительной ткани;
защитные клетки соединительной ткани;
систему крови (лейкоциты и белки плазмы крови).
Однако основную роль в защите от антигенов играет иммунная система, в состав которой входят органы кроветворения и иммуногенеза.
Что такое антиген?
Антиген – это генетически чужеродные клетки или вещества органической природы, поступающие из внешней среды или образующиеся в организме.
Каким образом органы иммунной системы обеспечивают защиту от антигенов? Путем образования молекул и иммунокомпетентных клеток, способных узнавать и уничтожать антигены.
Какие бывают виды защиты (иммунитета)?
неспецифический иммунитет:
обеспечивает защиту от любых антигенов, независимо от его природы;
специфический иммунитет:
целенаправленная реакция, направленная на уничтожение данного вида антигена с формированием «памяти» о нем.
Какие структуры в организме человека обеспечивают неспецифическую защиту?
покровные эпителии (механический барьер);
слизь (секрет желез кожи) и растворенные в ней микробицидные молекулы;
белки плазмы крови (лактоферрин, лизоцим и пр.);
гранулоциты (в основном, нейтрофилы) путем фагоцитоза и активации респираторного взрыва;
макрофаги – фагоцитоз;
натуральные киллеры – оказывают цитотоксический эффект на «чужие» клетки.
Какие клетки обеспечивают специфическую иммунную защиту? Лимфоциты. Их участие в специфических реакциях иммунитета связано с наличием специфических рецепторов к конкретному антигену. Существуют Т- и В-лимфоциты. Среди Т-лимфоцитов выделяют Т-киллеры, Т-хелперы и Т-супрессоры.
Как организм распознает свои и чужеродные клетки? На поверхности каждой клетки есть молекулы главного комплекса гистосовместимости (МНС І класса), которые выполняют роль «паспорта». «Паспортный контроль» осуществляют антиген-презентирующие клетки (АПК). Для этого на их поверхности есть молекулы МНС ІІ класса.
Воспроизвести видео
Неспецифический и специфический иммунные ответы
Что такое антиген-презентирующие клетки (АПК)?
Это клетки, образующиеся из моноцитов крови (как и макрофаги). В отличие от макрофагов, АПК специализируются на распознавании и презентации (представлении) антигенов.
Каким клеткам АПК презентируют антигены? Лимфоцитам. При этом существует следующая закономерность. АПК представляет антиген Т-хелперам, а Т-хелперы активируют Т-киллеры или В-лимфоциты в реакциях клеточного и гуморального иммунитета соответственно.
Можно ли оценить количество разных лимфоцитов в крови или в органах иммунной системы?
Да. Разные виды лимфоцитов имеют на поверхности маркеры (кластеры дифференцировки). Т-киллеры и супрессоры несут на своей поверхности CD8, Т-хелперы – CD4, В-лимфоциты – CD20.
Зачем нужны разные лимфоциты? Для защиты от антигенов разной природы в процессе реализации клеточного и гуморального иммунитета.
Реакции клеточного иммунитета направлены против антигенов-клеток, например:
опухолевых клеток;
клеток трансплантата;
клеток, зараженных вирусом.
Реакции гуморального иммунитета обеспечивают защиту против антигенов, представленных микроорганизмами или молекулами, растворенными в жидкости (крови, лимфе, тканевой жидкости). К таким антигенам относятся бактерии, чужеродные белки.
Сколько антигенов может узнавать и уничтожать лимфоцит? Каждый лимфоцит имеет рецептор только к одному антигену.
Где образуются лимфоциты? В органах кроветворения и иммуногенеза.
ПРОЦЕСС ОБРАЗОВАНИЯ ЛИМФОЦИТОВ (ЛИМФОЦИТОПОЭЗ) ВКЛЮЧАЕТ ДВА ЭТАПА
антиген-независимый;
антиген-зависимый.
Антиген-независимый этап образования лимфоцитов предполагает:
образование лимфоцитов из стволовой клетки крови;
происходит в центральных органах – на ранних этапах онтогенеза;
включает процесс деления (пролиферации) и дифференцировку (приобретение рецепторов);
обеспечивает образование большого количества лимфоцитов. Причем лимфоциты отличаются между собой рецепторами к разным антигенам.
Антиген-зависимый этап образования лимфоцитов включает:
повторное деление и дифференцировку лимфоцитов;
происходит в периферических органах – после стимуляции антигеном (инфицирования);
обеспечивает образование: большого количества (клона) лимфоцитов с одинаковыми рецепторами – для узнавания и уничтожения конкретного антигена; а также клеток памяти.
Гистофизиология тимуса
Тимус - центральный орган иммунной системы, является местом созревания Т-лимфоцитов из клеток-предшественниц и формирования огромного разнообразия, зрелых Т-лимфоцитов, способных распознать своими рецепторами любой антиген. Лимфоциты, находящиеся в тимусе, называют тимоцитами.
Функции тимуса:
а) контролирует пролиферацию, дифференцировку, отбор и окончательное созревание Т-лимфоцитов,
б) продуцирует тимические гормоны, которые влияют на функции Т-лимфоцитов, играют большую роль в развитии защитных иммунологических реакций организма, стимулируя образование антител, которые обеспечивают реакцию на чужеродный белок.
В тимусе идут параллельно несколько процессов:
• пролиферация Т-лимфоцитов,
• их созревание (дифференцировка),
• отбор пригодных для данного организма клеток, которому сопутствует гибель значительной части непригодных клеток.
Унипотентные клетки-предшественницы Т-лимфоцитов в эмбриональном периоде мигрируют с током крови из костного мозга и поступают в наружное корковое вещество тимуса.
Эмбриогенез тимуса:
1) закладка тимуса у человека происходит в конце первого месяца внутриутробного развития из эпителия глоточной кишки, в области III и IV пар жаберных карманов в виде тяжей многослойного эпителия,
2) дистальная часть зачатков III пары, утолщаясь, образует тело тимуса, а проксимальная вытягивается, подобно выводному протоку экзокринной железы,
3) в дальнейшем тимус обособляется от жаберного кармана, а его правый и левый зачатки сближаются и срастаются,
4) на 7-й неделе развития в эпителиальной строме тимуса человека появляются первые лимфоциты,
5) на 8—11-й неделе врастающая в эпителиальную закладку органа мезенхима с кровеносными сосудами подразделяет закладку тимуса на дольки,
6) на 11—12-й неделе развития эмбриона человека происходит дифференцировка лимфоцитов, а на поверхности клеток появляются специфические рецепторы и антигены,
7) на 3-м месяце происходит дифференцировка органа на мозговую и корковую части, они инфильтрируются лимфоцитами,
8) эпителиальные клетки раздвигаются пролиферирующими лимфоцитами и остаются связанными друг с другом только межклеточными мостиками, приобретая вид рыхлой сети,
9) в строме мозгового вещества появляются слоистые эпителиальные тельца (тельца Гассаля).
10) образующиеся в результате митотического деления Т-лимфоциты мигрируют затем в закладки лимфатических узлов (в их т.н. тимусзависимые зоны) и другие периферические лимфоидные органы.
В течение 3—5 мес эмбриогенеза наблюдаются дифференцировка стромальных клеток и появление разновидностей Т-лимфоцитов — киллеров, супрессоров и хелперов, способных продуцировать лимфокины. Формирование тимуса завершается к 6-му месяцу, когда эпителиоциты органа начинают секретировать гормоны, а вне тимуса появляются дифференцированные формы — Т-киллеры, Т-супрессоры, Т-хелперы.
Начало формы
Гистофизиология тимуса
Эпителиальную основу органа формируют отростчатые клетки – эпителиоретикулоциты, для которых характерно наличие десмосом, тонофиламентов и белков кератинов, продуктов главного комплекса гистосовместимости на своих мембранах. Эпителиоретикулоциты в зависимости от локализации отличаются формой и размерами, тинкториальными признаками, плотностью гиалоплазмы, содержанием органелл и включений.
Различают несколько типов эпителиоретикулярных клеток:
1) несекреторные (опорные),
2) секреторные клетки,
3) клетки эпителиальных слоистых телец — телец Гассаля.
Секреторные клетки и тельца Гассаля содержат вакуоли или секреторные включения и вырабатывают регулирующие гормоноподобные факторы:
- тимозин,
- тимулин,
- тимопоэтины.
Эпителиальные клетки в субкапсулярной зоне и наружной коре имеют глубокие инвагинации, в которых расположены, как в нишах, лимфоциты. Прослойки цитоплазмы этих эпителиоцитов — «кормилок» или «нянек» между лимфоцитами могут быть очень тонкими и протяженными. Обычно такие клетки содержат 10— 20 лимфоцитов и более. Лимфоциты могут входить и выходить из инвагинаций и образовывать плотные контакты с этими клетками. Клетки-«няньки» способны продуцировать а-тимозин.
Вспомогательные неэпителиальные клетки - макрофаги и дендритные клетки. Они содержат продукты главного комплекса гистосовместимости, выделяют ростовые факторы (дендритные клетки), влияющие на дифференцировку Т-лимфоцитов.
Функции эпителиоретикулярных клеток:
· образуют опорный каркас;
· формируют микроокружение для лимфоцитов и способствуют их «обучению» (дифференцировке);
· препятствуют проникновению антигенов - входят в состав гемато-тимусного барьера;
· секретируют биологически активные вещества, необходимые для созревания Т-лимфоцитов – тимозин, типомоэтин, цитокины.
Выделяют следующие типы эпителиоретикулоцитов:
· I тип – расположены на границе с перегородками и капсулой, окружают сосуды коркового вещества, формируют барьер;
· II тип находятся внутри коркового вещества и окружают Т-лимфоциты (тимоциты). Эти клетки имеют отростчатую форму и карманы, в которых расположены лимфоциты. Регулируют деление и дифференцировку лимфоцитов, поэтому их также называют «клетки-няньки». Кроме того, эти клетки участвуют в отборе созревающих лимфоцитов методом позитивной селекции.
Эпителиоретикулярные клетки указаны стрелками
- Позитивная селекция – позволяет выбрать лимфоциты, которые приобрели на поверхности рецепторы. Он начинается в присутствии кортикальных эпителиоретикулярных клеток, которые экспрессируют МНС I и II на своей поверхности. МНС II необходимы для развития CD4+ Т-лимфоцитов (для последующего взаимодействия с антиген-презентирующими клетками), а МНС I для развития CD8+ Т-лимфоцитов (для предотвращения распознавания собственных соматических клеток, как антигенов).
- МНС I – молекулы главного комплекса гистосовместимости на поверхности соматических клеток.
- МНС II – молекулярные белки на поверхности антиген-презентирующих клеток, которые распознают МНС I.
· III тип образуют функциональный барьер между корковым и мозговым веществом.
· IV тип находятся в мозговом веществе. Вместе с III типом образуют барьер.
· V тип формируют каркас мозгового вещества. В данной зоне происходит презентация тимоцитам антигенов (МНС I и II) собственного организма путем негативной селекции;
- Негативная селекция – происходит путем представления собственных белков и собственных аутоантигенов лимфоцитам, которые продуцируются эпителиоретикулярными клетками. Это осуществляется антиген-презентирующая клетка (дендритная клетка). Если они распознают свой белок как антиген, в них активируется программа апоптоза.
95-98% Т-лимфоцитов в процессе дифференцировки приобретают рецепторы к антигенам собственного организма. Эти лимфоциты «особо опасны». Их выход в кровь может вести к распознаванию и уничтожению собственных белков (структур, клеток) организма, что лежит в основе аутоиммунной патологии. Потому запускается программа апоптоза (запрограммированной гибели клеток). Фрагменты погибших клеток удаляются макрофагами.
· VI тип – эпителиальные слоистые тельца – тельца Гассаля. Секретируют тимозин и тимопоэтин.
