Гормони, котрі синтезуються імунокомпетентними клітинами

Гормон	Клітини, які його синтезують
Кортикотропін	Т-, В-лімфоцити, макрофаги
Тиреотропін	Т-лімфоцити
Пролактин	Т- В-лімфоцити
Соматотропний	Т- В-лімфоцити, макрофаги
Гонадотропіни	Т-лімфоцити
Фолітропін, лютропін	Спленоцити

Синтез гормонів лімфоцитами та макрофагами має важливе значення щодо взаємодії двох систем, забезпечуючи регуляторну функцію на авто- і паракринному рівні. Наприклад, спонтанний синтез лімфоцитами в культурі клітин гормону росту СТГ приводить до гальмування проліферації клітин. Це переконливо доказує роль гормону росту як автокринного фактору щодо росту лімфоцитів. Подібним фактором є й пролактин. Блокування його синтезу гальмує проліферацію лімфоцитів, яка індукована IL-2. Прикладом паракринної активності може бути посилення функцій NК-клітин під впливом кортиколіберину.

Регуляція синтезу гормонів імунокомпетентними клітинами

Більшість гормонів, які синтезуються лімфоцитами – це гіпофізарні гормони. За біохімічною структурою вони не відрізняються від “оригінальних” гормонів, однак механізм їх синтезу є іншим. Імунокомпетентні клітин не здатні до внутрішньоклітинного депонування гормонів. Синтезовані ними гормони швидко виділяються назовні, а їх кількість є незначною. Ці клітини синтезують гормони під впливом антигенів та мітогенів. У зв’язку з тим, що потреба організму в цих гормонах є постійною і високою, гормонпродукуючі імунокомпетентні клітини нездатні виконувати роль гіпофізу протягом тривалого часу.

До основного завдання імунної системи відноситься захист організму від різних мікроорганізмів та паразитів. Неконтрольоване посилення захисних реакцій може привести до формування імунопатологічних порушень, наприклад, розвитку автоімунних хвороб. Синтез глюкокортикостероїдів контролюється віссю гіпоталамус–гіпофіз–наднирники і є основним механізмом, який обмежує формування реакції гіперреактивності імунної системи. Імуносупресивний вплив гормонів кори наднирників запобігає небажаній ескалації активності імунної відповіді. Механізми впливу глюкокортикостероїдів на імунокомпетентні клітини подані в таблиці 4.

Таблиця 4

Механізми впливу глюкокортикостероїдів на імунокомпетентні клітини

Клітини	Стимулююча дія	Пригнічуюча дія
Т- і В-лімфоцити	Експресія рецептору для IL-1, IL-2, IL-6, IFN-γ; експресія рецептору для інсуліну, β-адренергічних рецепторів; синтез IgE під впливом IL-4	Синтез IL-2 і відповідь клітин на прозапальні цитокіни
Моноцити	Експресія рецептору для IL-1, GM-CSF, рецептору з високою специфічністю до VIP	Синтез TNF, IL-1, IL-6, IL-8, IL-12
Гранулоцити	-	Експресія рецепторів FcγR
Різні клітини	-	Експресія молекул HLA І і ІІ класу

Варто звернути увагу на два парадоксально протилежні види впливу глюкокортикостероїдів – з одного боку вони гальмують експресію цитокінів на транскрипційному і постранскрипційному рівнях, з іншого боку – ці гормони підсилюють експресію рецепторів для цих цитокінів.

Вище наведена вісь відноситься до базових механізмів відповіді організму на стрес. Під час формування такої відповіді певні центри в корі мозку посилають сигнали до гіпоталамусу, що викликає виділення кортиколіберину. Після цього, гіпофіз та наднирники виділяють гормони кори наднирників, які впливають на процеси метаболізму і гальмують синтез кортиколіберину (негативний зворотній звязок). Під час імунної відповіді відбувається синтез великої гами цитокінів, в т.ч. IL-1 та IL-6. Інтерлейкіни можуть безпосередньо впливати на гіпоталамус і гіпофіз, викликаючи виділення кортиколіберину та адренокортикотропного гормону (АКТГ), які блискавично підвищують рівень глюкокортикостероїдів в крові та сприяють гальмуванню імунної реакції.

Окрім вище описаного механізму контролю секреції АКТГ, існує добовий ритм його контролю, який здійснює мелатонін, що продукується епіфізом. Максимальна концентрація АКТГ у плазмі крові протягом доби спостерігається о 6-8 год. ранку, мінімальна – опівночі. Зміна режиму сну, харчування, впливу світла/темноти, тривалості фізичних і психічних стресових чинників, органічні хвороби ЦНС, приймання антисеротонінових препаратів тощо приводять до порушення нормального добового ритму секреції мелатоніну, АКТГ і кортизолу та формування генералізованого адаптаційного синдрому.

Зворотній зв'язок гіпоталамо-гіпофізно-наднирникової системи реалізується через два типи рецепторів: мінералокортикоїдні й глюкокортикоїдні. Доведено, що перша фаза відповіді на стрес реалізується через мінералокортикоїдні рецептори. Глюкокортикоїдні рецептори відіграють важливу роль у розвитку довготривалої пам'яті, а мінералокортикоїдні рецептори регулюють поведінкові реакції в нових умовах. Це свідчить про те, що для адаптації до стресу необхідна узгоджена робота гіпоталамо-гіпофізно-наднирникової системи і гіпокампу.

Окрім зміни функціонування гіпоталамо-гіпофізно-наднирникової системи, при стресі також активізується обмін катехоламінів. Типовим для розвитку психоемоційного стресу є швидке підвищення рівня адреналіну, що приводить до підвищення концентрації ацетилхоліну в прегангліонарних нейронах, які інервують наднирники, де синтезуються катехоламіни. У результаті цього підвищується секреція епінефріну, норепінефріну і допаміну в мозковій речовині наднирників, що вказує на розвиток генералізованої симпатичної реакції, яка «готує» індивідуум до стресу. Епінефрин складає 80% від всіх катехоламінів, які виробляються в наднирниках. Норепінефрин знаходиться в нервових закінченнях симпатичної нервової системи і в ЦНС. Епінефрин відноситься до «великих» нейротрансміттерів. У плазмі крові 70% епінефрину, норепінефріну та 95% дофаміну знаходяться в кон'югованому неактивному стані. Період півжиття катехоламінів становить 2 хвилини. Дія епінефріну і норепінефріну опосередковується α- і β-адренорецепторами.

IL-1, який виконує роль базового фактору щодо співпраці імунної системи з віссю гіпоталамус–гіпофіз–наднирники, володіє наступними властивостями:

• індукує виділення з гіпоталамусу кортиколіберину;

• сприяє стимуляції синтезу гіпофізом адренокортикотропного гормону кортиколіберином (класичний механізм) та додатково збуджує кортикотрофи (клітини гіпофізу, які синтезують АКТГ);

• безпосередньо впливає на кору наднирників.

Аналогічним впливом володіють ІЛ-6 та TNF-α.

Ослаблена активність вісі гіпоталамус–гіпофіз–наднирники, яка вимірюється рівнем виділених гормонів корою наднирників, може призвести до формування гіперреактивного стану імунної системи. Доведено, що в хворих на ревматоїдний артрит у відповідь на стрес вивільняється менше кортиколіберину та глюкокортикостероїдів. У дітей, які хворіють на атопічний дерматит або бронхіальну астму, формується значно слабша імунна відповідь на стрес, яка визначається за рівнем глюкокортикостероїдів у слині.

Гарячка та цитокіни

Гарячка відноситься до одного з перших сигналів, які вказують на початок боротьби імунної системи організму з інфекційними збудниками, травмою чи запаленням. Ініціюють гарячку група ендогенних пірогенів, до яких входять IL-1, IL-6, TNF-α та інтерферони. Цитокіни можуть індукувати гарячку прямо, подразнюючи центр терморегуляції у гіпоталамусі, та опосередковано, посилюючи вивільнення простагландинів PGF2α та PGE2 та кортиколіберину у мозку.

Виникає питання - який цитокін є головним пірогеном? Детальний аналіз функцій цих цитокінів вказує на те, що це IL-6, синтез якого на периферії стимулюють IL-1 та TNF-α. IL-6 діє на нейрони центру терморегуляції в передній частині гіпоталамусу. При проведенні експериментальних досліджень виявлено ще один пірогенний механізм. Виявилося, що гарячка розвивається протягом кількох хвилин після введення тварині ендотоксину. Тривалість цього періоду занадто коротка для того, щоб місцево синтезовані цитокіни потрапили до центру терморегуляції в мозку. Доведено, що в цій ситуації працює “експрес”-поєднання з блукаючим нервом. Місцево синтезований IL-1 діє на параганглії, які передають сигнал до блукаючого нерва, що може стимулювати синтез IL-1β в мозку, подаючи таким чином відповідний сигнал до центрів терморегуляції в гіпоталамусі.

Стрес та його вплив на імунітет

Стрес визначають як негативний емоційний стан, який викликаний новою ситуацією і здатністю адаптації даної особи до неї. Стресогенними чинниками можуть бути фізичні (травма, інфекція, біль, тривале напруження) та психічні (депресія, страх, трагічна чи раптова подія) фактори. Окрім цього, стрес можна поділити на гострий, який триває хвилини – години, середньої тривалості - до одного місяця та хронічний, який триває місяці – роки.

Якщо фізіологічний стрес (еустрес) активує функцію органів і систем, підвищує резистентність організму до різних мікроорганізмів та є необхідною умовою існування індивідуума, то аномальний перебіг генералізованого адаптаційного синдрому (дистрес) викликає розвиток певних ендогенних процесів, які вимагають додаткової адаптації не тільки до стресового чинника, а й до стрес-індукованим порушень. Це призводить до формування соматичних, психосоматичних реакцій (неспецифічні тривожні, астенічні, депресивні розлади на тлі ознак порушення функції імунної системи).

Реалізація функції вісі гіпоталамус-гіпофіз-наднирники під впливом стресових чинників здійснюється за наступною схемою: виділення гіпоталамусом кортикотропінрилізинг-гормону, який через судини попадає в передню долю гіпофізу, викликаючи збільшення секреції АКТГ → стимуляція продукції глюкокортикостероїдів корою наднирників → підвищення кортизолу в плазмі гальмує секрецію АКТГ у гіпофізі та кортикотропінрилізинг-гормону в гіпоталамусі. Зниження кортизолу в плазмі, навпаки, стимулює секрецію АКТГ.

Велике значення має тип стресу, його параметри та здатність особи “дати собі раду” з конкретним стресом. Безперечно, стрес може змінювати функціонування імунної системи. Стрес активує вісь гіпоталамус–гіпофіз–наднирники, яка володіє гальмуючим впливом на імунну систему:

• знижується активність NК-клітин;

• зменшується здатність лімфоцитів до проліферації;

• зменшується синтез IL-2 та IFN-γ;

• знижується інтенсивність реакції гіперчутливості сповільненого типу на антигени.

Вказані зміни показників активності імунної системи спостерігаються в людей, які втратили життєвого супутника, у людей, які опікуються хворими на онкопатологію, хворобу Альцгеймера, в студентів медицини вузів, які здають екзамени тощо. Окрім цього, на тлі стресової ситуації виявлений ослаблений поствакцинальний імунітет на щеплення проти гепатиту В та грипу. Іншим прикладом пригнічення активності імунної системи можуть бути особи з депресію, в яких виявлений підвищений титр специфічних антитіл проти латентних вірусів (вірусів простого герпесу, цитомегаловірусу), що може свідчити про активацію цих інфекцій.

Проводилися дослідження з метою виявлення механізмів, які в процесі стресу впливають на імунітет. Доведено, що глюкокортикостероїди та катехоламіни пригнічують синтез IFN-γ, підвищуючи при цьому синтез мононуклеарними клітинами IL-4 та IL-10. Це може свідчити, що під впливом стресу відбувається порушення рівноваги між Тh1/Тh2 лімфоцитами в сторону Тh2. Цю гіпотезу підтверджує активація вірусів у вірусінфікованих клітинах (ВІЛ, вірус Епштейн-Барр) під впливом кортизолу, АКТГ та кортиколіберину.

Психонейроімунологія є одним із найактуальніших і разом з тим одним із найменш розвинутих в Україні напрямків клінічної імунології. Нажаль, результати досліджень у даному напрямку скоріше викликають нові запитання, ніж відповідають на старі. Безперечним є той факт, що саме цей напрямок клінічної імунології дасть змогу активно співпрацювати лікарям клінічним імунологам, ендокринологам, неврологам та психіатрам з метою досягення консенсусу і вироблення спільної тактики надання спеціалізованої допомоги хворим.

Л е к ц і я 6

ІМУНОГЕНЕТИКА

Імуногенетика (генетика імунної відповіді) як важливий напрям імунології сформувалася порівняно недавно (у кінці 40-х років ХХ століття). Це відбулося після відкриття генетичного контролю за імунними реакціями та теоретичного обґрунтування існування комплексу генів, які відповідають за відторгнення трансплантату. На сьогоднішній день добре досліджений МНС (major histocompatibility complex - головний комплекс тканинної гістосумісності) різних видів ссавців. Найбільш повно вивчені МНС двох видів: миші - система Н-2 і людини - система HLA (Human Leykocyte Antigen).

Імуногенетика - це розділ імунології, який вивчає чотири основні проблеми: 1) генетику гістосумісності; 2) генетичний контроль cинтезу імуноглобулінів та інших значущих імунологічних компонентів (цитокінів, рецепторів, антигенів головного комплексу гістосумісності); 3) генетичний контроль сили імунологічної відповіді; 4) генетику антигенів.

Кожного дня наш організм контактує з великою кількістю антигенів вірусів, бактерій та інших хвороботворних мікроорганізмів, які знищуються факторами імунної системи. Тому, фактори імунної системи повинні розрізняти “свої” та “чужі” антигени. Генетична основа імунної системи – це великий і складний комплекс.

Імунна система має два центральних органи: тимус, де дозрівають Т-лімфоцити і кістковий мозок, де утворюються не тільки стовбурові клітини, а й всі лімфоцити, зрілі NK клітини та В-лімфоцити. Основними специфічними молекулами імунітету є антитіла - імуноглобуліни з єдиною структурою та активними антигенрозпізнаючими центрами, через які вони контактують з патогеном. При формуванні імунної відповіді змінюється структура молекул міжклітинної взаємодії, механізми передачі сигналів, кооперативна взаємодія клітин імунної системи тощо. У результаті цього, активуються або пригнічуються ті чи інші гени, які забезпечують синтез речовин, які змінюють поведінку клітин. Таким чином, в результаті функціонування різних молекул взаємодії імунної системи, клітини отримують відповідні сигнали, які дозволяють їм адекватно реагувати відповідно до своєї генетичної програми. Особливе значення мають гени імунної відповіді (Ir гени ІІ класу HLA системи - HLA-D) які контролюють імунні реакції відносно Т-залежних антигенів, впливаючи, в основному, на функцію Т-хелперів.

Основними молекулами, які приймають участь у міжклітинних процесах специфічного розпізнавання і презентації антигенів є В-клітинний рецептор (ВКР/BCR), Т-клітинний рецептор (ТКР/ТCR) та молекули (антигени) HLA системи.

Імуноглобуліни: генетичні основи їх структури

Усі антитіла - імуноглобуліни, однак не всі імуноглобуліни - антитіла. Ми говоримо «антитіла» в тому випадку, коли відомий антиген, проти якого синтезувалися специфічні імуноглобуліни. Виділені 5 класів імуноглобулінів - IgG, IgM, IgA, IgD, IgE, їх субкласи - IgG (IgG1, IgG2, IgG3, IgG4), IgM (IgM1, IgM2), IgA (IgA1, IgA2), які разом складають ізотипи імуноглобулінів.

Молекула імуноглобуліну складається з чотирьох ланцюгів: ідентичної пари довгих важких ланцюгів (High) та ідентичної пари коротких легких ланцюгів (Ligh). Ланцюги з΄єднані між собою дисульфідними містками. Існує п΄ять різних типів важких ланцюгів (γ, μ, α, δ та ε) та два типи легких ланцюгів (κ і λ). Клас імуноглобуліну відповідає типу важкого ланцюга: IgG - γ, IgM - μ, IgA - α, IgE - ε, IgD - δ. У одній молекулі імуноглобуліну ніколи не може бути двох однакових типів ланцюгів.

У структурі молекули імуноглобулінів можна виділити наступні регіони: константні (constant) та варіабельні (variable), які розміщені відповідно на С- та N-кінці молекули; гіперваріабельні регіони та шарнірні області, які необхідні для зміни конформації та містять ділянки для зв’язування з білками системи комплементу. Під впливом папаїну молекула імуноглобуліну розпадається на два моновалентних фрагменти Fab- та один Fc-фрагмент, який являє собою С-кінцеву частину молекули, Н-ланцюги якого прикріплюються до Fc-фрагменту клітини. Fc-фрагмент здатний активувати систему комплементу, забезпечувати перехід IgG через плаценту, визначає цитофільність, відноситься до опсонінів фагоцитозу. З цим фрагментом зв’язано таке поняття як авідність (ступінь відповідності структури антигену (АГ) будові антитіла (АТ) та афінність (сила зв’язку АГ+АТ). Мономерні імуноглобуліни (IgG, IgA, IgE) мають по два активних центри, димерні (sIgA) - чотири, пентамерні (IgM) - десять активних центрів.

Імунологічними дослідженнями було доведено, що низка білків і поліпептидів контролюються злагодженою роботою кількох генів. Варіабельний регіон відповідає за розпізнавання антигену та його зв'язування з певним імуноглобуліном. Три окремих сегменти гену кодують легкі ланцюги: С – постійний регіон, V- змінний регіон та J – регіон, який об’єднує постійний та змінний регіони. Чотири сегменти гену кодують важкі ланцюги: C - постійний регіон, V - варіабельний, J - з΄єднуючий регіон, D - гіперваріабельний регіон, який розміщений між варіабельним та з΄єднуючим регіонами. Ген, який кодує κ-легкий ланцюг, розміщений на 2 хромосомі, а ген, який кодує λ-легкий ланцюг – на 22 хромосомі. Гени, які кодують важкі ланцюги, розміщені на 14 хромосомі. Існують гени, які визначають сполучення легкого ланцюгу з важким ланцюгом, варіабельної частини молекули з константною. У процесі дозрівання лімфоцитів відбувається реорганізація і перегрупування генів.

Генетична основа різноманітності антитіл

Наш організм зустрічається з великою кількістю інфекційних збудників. Оскільки імунна система не може “знати”, який тип мікроорганізму в майбутньому потрапить в організм, вона мусить мати певний запас структурно різноманітних імунокомпетентних клітин, які могли б знищити будь-який мікроорганізм. Антитілопродукуючі клітини (плазмоцити) здатні продукувати біля 10 біліонів антитіл із особливою структурою. У зв’язку з тим, що кожне антитіло має унікальну амінокислотну послідовність, воно повинно бути кодованим іншим геном. Однак, гіпотеза “один ген – одне антитіло” не є коректною тому, що людина має від 50 000 до 100 000 генів. Проведені дослідження показують, що існують різні механізми, які відповідають за утворення різноманітних антитіл.

1. Множинні зародкові лінії імуноглобулінових генів. Молекулярно-генетичні дослідження (клонування та секвестрування ДНК) показали, що кожен важкий і легкий ланцюг імуноглобулінів може містити більше, ніж 80 різних V сегментів та 6 різних J сегментів, які локалізовані в зародковій лінії. Відомі також біля 30 сегментів регіону D важкого ланцюга.

2. Соматична рекомбінація (VDJ рекомбінація). У зв’язку з тим, що молекули імуноглобулінів формуються в процесі дозрівання В-лімфоцитів, специфічна комбінація V, J та D сегментів формується для важкого ланцюга окремо. Це супроводжується делецією ДНК-послідовностей, яка відокремлює поодинокі V, J та D сегменти перед процесом транскрипції мРНК. Процес делеції забезпечується також рекомбіназами (кодованими RAG1 та RAG2 генами), які забезпечують розпад двохспіральної ДНК на специфічні ДНК-послідовності, які розташовані на бокових частинах генів V та D сегментів. Після делеції ДНК лише один з V, J та D сегментів залишається неделетованим і приєднується за допомогою лігаз один до одного. Цей процес “cutting and pasting” є відомий як соматична рекомбінація, він є протилежним до рекомбінації зародкових ліній, яка характерна для мейозу. Соматична рекомбінація дає унікальний результат: незважаючи на те, що ДНК-композиція інших клітин організму є ідентичною, зрілі В-лімфоцити змінюються за час перебудови ДНК-послідовностей. Оскільки вони мають певну кількість комбінацій V, J та D сегментів, соматична рекомбінація може генерувати велике число різних типів молекул антитіл.

3. Об΄єднання різноманітностей. У зв’язку з тим, що V, J та D сегменти є об’єднаними, образ цієї композиції відображається в місці їх прикріплення, а незначне число нуклеотидів може бути делетовано (ліквідовано) або вбудовано в об΄єднану частину цього регіону. Це сприяє наявності багатьох варіацій в амінокислотній послідовності антитіл.

4. Соматична гіпермутація. Після стимуляції чужорідним антигеном В-лімфоцит підлягає “вторинній диференціації” – процесу, який характеризується соматичною гіпермутацією. Рівень мутацій генів, які кодують імуноглобуліни, збільшується приблизно до 10³. Ці процеси приводять до утворення мінорних варіацій в ДНК-послідовностях, які кодують імуноглобуліни та визначають їх пептид-зв΄язуючі властивості. Соматичні гіпермутації V, J та D генів, які можуть формуватися в результаті можливих помилок при роботі ДНК-полімерази або через відсутність правильної репарації ДНК, продукують велику кількість різноманітних антитіл.

5. Множинні комбінації важких та легких ланцюгів. Встановлено, що випадкові комбінації різних видів важких та легких ланцюгів також можуть формувати імуноглобулінові молекули.

Реалізація кожного з вище вказаних механізмів приводить до появи різноманітних антитіл. Завдяки цим механізмам можлива продукція від 10¹⁰ до 10¹⁴ відмінних один від одного антитіл.

Головний комплекс гістосумісності (HLA)

Головний комплекс гістосумісності (HLA) – це група, яка складається з мінімум 80 генів, які знаходяться в 4-Mb регіоні короткого плеча 6 хромосоми. HLA складається з трьох частин або ділянок, які названі класами - I, II, III клас.

Головний комплекс гістосумісності є синонімом HLA –системи. HLA-система (human leukocyte antigen) - названа так тому, що антигени цієї системи вперше були відкриті на лейкоцитах. МНС або HLA - це визначення групи генів (у кількості біля 100), які знаходяться на короткому плечі 6-ої хромосоми. Термін HLA відображає той факт, що вперше ці молекули були виявлені на мембранах лейкоцитів. Однак, на теперішній час вони виявлені на мембранах багатьох інших клітин.

Визначення окремого HLA-антигену (наприклад, HLA-В12) включає три компоненти: 1) абревіатура всієї системи - HLA; 2) локус, який містить дану специфічність - В (відноситься до І класу HLA); 3) порядковий номер антигену - 12.

Молекули HLA І класу складаються з одного важкого глікопротеїнового ланцюга та одного легкого ланцюга, який носить назву - β2-мікроглобуліну. Цей протеїн кодується геном, який розташованим на 15 хромосомі. Найбільш важливими локусами І класу є локуси А, В та С. Ступінь експресії молекул HLA цього класу різний та індивідуальний для кожної людини. Так, експресія молекул HLA-С в 10 разів менша, ніж експресія молекул HLA-A та HLA-B. Більшість з локусів А, В та С мають велику кількість алелей, в результаті чого формується велика різноманітність генів HLA I класу в різних індивідуумів. Клас I HLA має 1,8 Mb і містить 20 генів, але інші гени в цьому регіоні є менш поліморфними, ніж А, В та С гени і відіграють менш значущу роль у розпізнаванні їх Т-клітинним рецептором. Молекули класу I HLA переважно формують комплекс з чужорідними пептидами, який розпізнається рецепторами на поверхні Т-цитотоксичних лімфоцитів. Презентація антигену в комплексі з молекулами HLA класу I є необхідною для відповіді Т-цитотоксичних лімфоцитів на віруси, гриби, внутрішньоклітинні збудники, пухлинні клітини тощо.

Доведено, що молекули HLA І класу присутні на всіх ядерних клітинах людського організму. Найменша їх експресія виявлена на клітинах трофобласту, рогівки, мозку, міокардіоцитах, скелетних м’язів, кісткової і хрящової тканини тощо.

Регіон HLA системи містить також різноманітні хибні гени (гени, які мають подібну ДНК-послідовність для кодування генів, але нездатні вступати в транскрипцію чи трансляцію).

Молекули HLA І класу людини приймають участь у презентації антигенів Т-лімфоцитам. Їх можна поділити на класичні - які належать до підкласу Ia (HLA-A,-B,-C) та некласичні, які належать до підкласу Ib (HLA-E, -F, -G та гени MICA і MICB). Експресія HLA-E та HLA-G присутня на клітинах плаценти зародкових тканин і є вирішальною щодо визначення імунологічних стосунків між матір΄ю та плодом. Молекули HLA-G здатні оберігати тканини плода від агресивного впливу NK-клітин і Т-цитотоксичних лімфоцитів матері, гальмуючи активність цих клітин.

У той час, як молекули HLA I класу знайдені практично на всіх клітинах і можуть зв΄язуватися з рецепторами на Т-цитотоксичних лімфоцитах, молекули HLA II класу знайдені тільки на поверхні антигенпрезентуючих клітин (В-лімфоцитів, макрофагів, дендритних клітин, клітин Лангерганса тощо). Молекули HLA ІІ класу при розвитку запального процесу під впливом певних цитокінів (наприклад, IFN-γ) можуть з'являтися на Т-лімфоцитах, ендотеліоцитах, клітинах щитоподібної, підшлункової залози. Молекули HLA II класу є гетеродимерами, які містять α- або β-ланцюг, кожен з яких кодується різними генами, які розташовані на 6 хромосомі. У додаток до генів, які кодують систему HLA ІІ класу (DP, DQ та DR), регіон II класу містить також гени LMP, TAP, DM та інші. Їх відкриття та вивчення функції дозволило отримати принципіально нові дані про механізми імунної відповіді та їх генетичний контроль.

Доведено, що першими в механізми процесінгу включаються антигени HLA локусу LMP (гени LMP2 LMP7), які регулюють розмір і специфічність пептидів антигену, приводячи їх у відповідність до зв’язуючих сайтів молекул HLA І класу. Молекули HLA І класу синтезуються в цитозолі клітини, де до появи відповідного пептиду знаходяться в зв’язку з тирозинкалретикуліновим комплексом. Транспортування пептидів на поверхню клітини відбувається за допомогою недавно відкритих «пептидних насосів» TAP: TAP1 та TAP2 (транспортери, асоційовані з процесингом антигенів).

Молекули HLA II класу є гетеродимерами і кодуються високо поліморфними генами, які розташовані на 6 хромосомі. Вони синтезуються в ендоплазматичному ретикулумі, звідки після тимчасового сполучення з третім інваріантним ланцюгом транспортуються в ендоцитарний компартмент, де зв’язуються з пептидом або, якщо цього не відбулося - деградують у лізосомах. Після зв’язку з пептидом, який замінює інваріантий ланцюг, молекули HLA ІІ класу переходять на клітинну мембрану. Процес заміни інваріантного ланцюгу на пептиди контролюють білки, які також кодуються молекулами HLA і називаються HLA-DM. Таким чином, недавно відкриті локуси HLA LMP, TAP, DM відіграють важливу роль у експресії молекул HLA на клітинах, приймаючи участь у розвитку імунної відповіді. Порушення їх функції призводить до формування деяких імунодефіцитних станів та онкологічних хвороб, в основі яких лежить втрата можливості експресії HLA на мембранах імунокомпетентних клітин та пухлинних клітинах.

Високий рівень поліморфізму генів є результатом природної селекції алельної різноманітності. Кожна HLA-алель кодується іншою незначно зміненою молекулою, яка здатна зв΄язувати чужорідний пептид. Кожний із цих варіантів буде зв΄язувати пептиди даного патогену ефективніше, ніж інші. У зв’язку з тим, що репертуар різних HLA молекул є відносно обмежений, афінітет зв΄язування пептидів з HLA-молекулами зазвичай виявляється нижчим, ніж афінітет при зв΄язуванні мікропептидів з відповідно підібраними Т-клітинними рецепторами. Особи, клітини яких експресують велику різноманітність молекул HLA, мають більше шансів ефективно відповідати на різні інфекції. Наприклад, якщо особа є гомозиготниою за локусами першого класу HLA (A, B або C), тоді на її клітинах будуть експресуватися тільки 3 молекули HLA І класу. У гетерозиготних осіб на клітинах будуть присутні 6 молекул HLA І класу. У цьому випадку активність імунної система буде значно вищою, а ризик розвитку різних захворювань буде значно менший. Висока ступінь поліморфізму в основній популяції збільшує шанси того, що окремі особи в популяції будуть гетерозиготами. Окрім цього, високий поліморфізм в популяції зменшує шанси інфекційного патогену щодо його поширення в популяції.

У деяких випадках алелі HLA відомі як продуценти білків, які виявили високу ефективність проти специфічних патогенів. Наприклад, HLA-B53 захищає від малярії, а HLA-DRB1*1302 - від гепатиту В. Ці алелі продукують HLA-молекули, які мають здатність до високоафінного зв΄язування інфекційних атигенів.

Високий поліморфізм генів HLA ІІ класу збільшує здатність членів популяції та окремого індивідуума відповідати на різні патогени. Молекули HLA І і ІІ класів потребують цитотоксичного чи хелперного Т-клітинного рецептору на специфічних лімфоцитах. Необхідність презентації мікропептидів патогену Т-лімфоцитам при участі молекул HLA, називається HLA-рестрикцією (обмеженням). Однак, не всі компоненти імунної системи обмежені HLA. Наприклад, система комплементу, не вимагає прямої взаємодії з молекулами HLA. Активність натуральних кілерних клітин не залежить від HLA презентації. Ннавпаки, NК клітини можуть руйнувати вірусінфіковані та пухлинні клітини, які втратили свої HLA-молекули. Це важливо для організму тому, що такі HLA^--клітини не ідентифікуються іншими клітинами імунною стстеми.

Гени, які кодують імуноглобуліни, Т-клітинні рецептори та протеїни першого та другого класів HLA, мають подібні ДНК-послідовності та структуру. Так, вони є членами сім΄ї генів, подібних до генів глобіну, генів кольорів, колагенових генів тощо. Імуноглобуліни та Т-клітинні рецептори є різними на різних клітинах в межах одного організму, але HLA-молекули відрізняються тільки на рівні організмів.

Регіон класу III HLA - системи має 680 kb, містить біля 36 генів. Однак, не всі ці гени задіяні в реалізації імунної відповіді. Найбільш відомими генами цього регіону є гени, які кодують синтез компонентів комплементу С2, С4 та фактору В. Окрім цього, гени HLA ІІІ класу кодують: потоонкоген Notch 4; 21-стероїдну гідроксилазу CYP 21B (приймає участь у синтезі гліко- і мінералокортикостероїдів); рецептор для продуктів гліколізації RAGE; транскрипційний фактор CREB-RP (cAMP-зв’язуючий); неклітинний матричний білок (тенасцин); сериново-треанінову ядерну кіназу RPL.

До важливих властивостей антигенів HLA, які були відкриті недавно відносяться :

1. Молекула HLA набуває стабільної форми і відповідної трьохмірної конфігурації тільки після того, як у зв’язуючий сайт її складки вбудовується пептид. Тільки після цього молекула HLA здатна мігрувати на поверхню клітини, де вона готова виконувати свої функції. Видалення пептиду з пептидозв’язуючої структури HLA порушує її трьохмірну конфігурацію та призводить до руйнування молекули.

2. Комплекс HLA+пептид надзвичайно стабільний, очищається і кристалізується в єдиній структурі та залишається на поверхні клітини протягом кількох тижнів, що дозволяє багатьом Т-лімфоцитам сканувати пептид, який презентується антигенпрезентуючими клітинами (АПК).

3. Кожний пептид зв’язується з інваріантною ділянкою, характерною для кожної з алелів молекули HLA, яка має певний мотив амінокислотних залишків, в результаті чого відбувається зв’язування. Таким чином, у зв’язок з конкретним пептидом втягуються конкретні ділянки антигену - алельні варіанти молекул HLA, що й відноситься до основ генетичного контролю імунної відповіді.

Основні функції HLA-системи:

1. Зв’язування та презентація антигенів певній субпопуляції Т-лімфоцитів (Т-цитотоксичним лімфоцитам – через молекули HLA І класу та Т-хелперам – через молекули HLA ІІ класу) з наступним визначенням типу імунної відповіді – клітинної або гуморальної.

2. Визначення HLA-комплекту конкретної особи, що забезпечує її імунологічну індивідуальність (це має вирішальне значення в трансплантології та репродуктології).

3. Ідентифікація окремих HLA-антигенів, які зв’язані з підвищеним ризиком розвитку певної хвороби з діагностичною та лікувальною метою.

Методи визначення HLA-антигенів:

1. Серологічне типування (реакція зв’язування специфічних антитіл з антигенами на поверхні клітин, найчастіше лімфоцитів) - для HLA І класу.

2. Клітинне типування (стимуляція проліферації лімфоцитів у змішаній культурі, в якій відсутні дані антигени) - для HLA ІІ класу.

3. Генетичне типування (аналіз поліморфізму на рівні ДНК: метод гібридизації, метод ланцюгової полімеразної реакції з врахуванням специфічних послідовностей нуклеотидів, метод секвестрування ДНК).

HLA – асоційовані хвороби

Встановлено, що численні хвороби асоціюють з специфічними HLA-алелям: індивідууми, які мають певні алелі, більшою мірою, ніж інші схильні до розвитку цих хвороб. Наприклад, наявність на клітинах хворого молекул HLA-B27 асоціює із анкілозуючим спондилітом, а HLA-DR3/HLA-DR4 - з діабетом І типу. Особливо сильну асоціацію спостерігають між HLA-DR2 та нарколепсією – порушенням, для якого характерні несподівані та неконтрольовані епізоди сну. У більшості випадків асоціації між HLA-алелями та хворобами спричинені нестійкими зв΄язками. Наприклад, локус гемохроматозу є зв΄язаний з HLA-A3. Однак, причинний зв΄язок між HLA-A3 та цим порушенням невідомий. Найбільш ймовірно, що ця асоціація представляє мутацію, яка розташована на хромосомі з алеллю HLA-A3.

Більшість асоційованих з HLA системою хвороб відноситься до автоімунних, які виникають при ситуації “плутанини”, тобто атаки імунної системи на здорові клітини власного організму. Наприклад, для діабету 1-го типу характерна інфільтрація Т-клітинами підшлункової залози, в результаті чого відбувається деструкція інсулін-продукуючих β-клітин. Біологічне підгрунтя автоімунних хвороб залишається до кінця не встановленим, але важливо знати, що автоагресія часто зустрічається в тих випадках, коли молекули HLA ІІ класу невідповідним чином експресуються на поверхні клітин, які не задіяні в імунній відповіді. Ймовірно, експресовані антигени на клітинах інтерпретуються Т-лімфоцитами як вірусні пептиди в асоціації з HLA-молекулами, виконуючи в таких випадках роль тригерних чинників імунної відповіді. Цей механізм пов’язаний з “молекулярною мімікрією”. Наприклад, у хворих (HLA-B27-позитивні осіби) на анкілозуючий спондиліт, який відноситься до групи автоімунних хвороб. Наприклад, збудник клебсіели в HLA-B27-позитивних осіб, викликає активну продукцію захисних специфічних антитіл, які мають властивість перехресно реагувати з клітинами макроорганізму. Імунна система при цьому робить помилку і замість мікрооргнанізму розпізнає нормальні клітини людини-носія антигену HLA-B27. Іншими HLA-асоційованими хворобами є хвороби, в патогенезі яких задіяний автоімунітет: ревматоїдний артрит, системний червоний вовчак, множинний склероз. Відомо, що приблизно 8% людської популяції страждає від якої-небудь автоімунної хвороби.

Т-клітинний рецептор

У процесі дозрівання Т-лімфоцитів поява на їхній поверхні Т-антигенрозпізнаючого рецептора ТCR (Т-cell receptor) вказує на те, що ці лімфоцити можуть приймати участь у формуванні антигенспецифічної імунної відповіді. Т-клітинний рецептор споріднений до молекул багатьох імуноглобулінів. Подібно до імуноглобулінів, Т-клітинні рецептори здатні зв΄язувати різні мікропептиди мікроорганізмів. Відмінною особливістю є те, що Т-клітинні рецептори синтезуються клітиною, а Т-клітинна активація вимагає презентації чужорідного пептиду в асоціації з молекулами HLA.

Розрізняють два варіанти ТCR. Приблизно 90% Т-клітинних рецепторів є гетеродимерами, які складаються із α- та β-ланцюгів і приблизно 10% - з γ- та δ- ланцюгів. Ці ланцюги ковалентно зв’язані між собою. Гени, які кодують α- та β- ланцюги, розташовані на 14 хромосомі, а гени, які кодують γ- та δ- ланцюги – на 7 хромосомі. Певні Т-лімфоцити мають одну з двох комбінацій - α–β рецептор або γ–δ рецептор. Більшість з механізмів, які залучені в продукцію різноманітних імуноглобулінів (множинні сегменти зародкових ліній, V, J, D соматична рекомбінація та об΄єднана різноманітність) відносяться до важливих факторів формування різноманітних Т-клітинних рецепторів. Однак, соматична гіпермутація відсутня в генах, які кодують Т-клітинні рецептори. До складу ТCR входить також комплекс молекул CD3, який складається з γ-, β-, ε-поліпептидних ланцюгів. Важливу роль у складі рецептора, особливо при передачі сигналів всередину клітини, відіграє димер з двох ζ-ланцюгів (або ζ- і η-ланцюгів).

При взаємодії ТCR з комплексом антигенних пептидів у асоціації з молекулами HLA значну роль відіграють додаткові молекули CD4 (тотожні до молекул HLA ІІ класу) і CD8 (тотожні до молекул HLA І класу). Вони не входять до складу ТCR, однак приймають участь у міжклітинних контактах. Власне ці молекули й визначають дві основні субпопуляції Т-лімфоцитів: Т-хелперів (CD4) і Т-цитотоксичних лімфоцитів (CD8). Існують й інші додаткові молекули (CD80 і CD28), які впливають на функціональну активність ТCR, що зв’язано з проведенням сигналів всередину клітини. У процесі синтезу молекул ТCR використовується тільки один з великої кількості V-генів. У результаті цього, а також у результаті випадкової комбінації пари ланцюгів, які утворюють ТCR, формуються унікальні, неповторні за специфічністю рецептори. Кожний Т-лімфоцит, аналогічно як і В-лімфоцит, експресують на своїй поверхні тільки один, властивий їм тип рецептору, який здатний розпізнавати тільки один антигенний епітоп. Потомки цих клітин також експресують аналогічний ТCR і здатні формувати моноспецифічні клони клітин.

В-клітинний рецептор

У основі процесів розвитку В-лімфоцитів лежить формування специфічного рецепторного комплексу В-лімфоцитів - BCR (B-cell receptor). Його структурною основою є мембранний IgM (mIgM) - структурно дуже подібний до циркулюючих імуноглобулінів, однак до складу їх С-кінцевої частини входить гідрофобний Н-ланцюг (додатковий), який формує трансмембранних домен. Окрім цього, до складу В-клітинного рецептору входять інші пептиди і ферменти. Мембранні BCR містять 2 легких (L), 2 тяжких (Н) ланцюги, які складаються з кількох гомологічних пептидних ділянок - доменів. Кінцеві VH i VL домени відрізняються надзвичайно високою варіабельністю, формують гіперваріабельні регіони. Власне вони й утворюють антигензв’язуючі ділянки (активні центри), які призначаються для розпізнавання антигенних детермінант.

У геномі зародкових і соматичних лімфоїдних клітин відсутні готові гени, які могли би кодувати ці антигенрозпізнаючі зони. Наявні тільки їхні фрагменти (V; D; J), які різняться великою кількістюв генетичного матеріалу. Процес формування зрілих генів, які кодують структури активних центрів (V-генів) заключається в вилученні геничного матеріалу, який розділяє ці фрагменти. Цей процес реалізується за допомогою спеціальних ферментів - рекомбіназ, а сам процес отримав назву - реаранжування генів. Реаранжування генів - це основне джерело отримання тієї генетичної різноманітності завдяки якій з’являються лімфоцити різноманітної специфічності. Існують також інші механізми формування великої різноманітності антигензв’язуючих рецепторів, в т.ч. це нематричне прирощення в області з’єднання V і DJ-локусів невеликих олігонуклеотидів. Перебудова V-генів відбувається спочатку в одній хромосомі. Якщо цей процес пройшов вдало, тоді процеси перебудови в іншій хромосомі блокуються. Цим досягається такий ефект, при якому кожна клітина має тільки один тип імуноглобулінових рецепторів (за структурою і специфічністю).

Роль антигенпрезентуючих клітин у формуванні імунної відповіді

Згідно із сучасними уявленнями, імунна відповідь розпочинається з контакту моноцитів/макрофагів з патогеном.

Процесінг - сукупність складних внутрішньоклітинних реакцій, які відбуваються від моменту захоплення патогену до того часу, коли антигенпрезентуюча клітина презентує патоген Т-лімфоцитам для його розпізнавання Т-клітинним рецептором. Протеолітична деградація антигену в результаті дії лізосомальних ферментів, утворення мікропептидів та їх розміщення на поверхні цитоплазматичної мембрани здійснюється досить швидко (до 30 хв. - для простих антигенів і до 60 хв. - для великих корпускулярних антигенів). Однак, деякі антигени, наприклад, синтетичні поліпептиди проходять процес трансформації на поверхні мембрани макрофага, а окремі низькомолекулярні антигени (гаптени) не піддаються ні внутрішньоклітинній, ні мембранній переробці. Вважається, що такі антигени не фрагментуються на мікропептиди, а змінюють свою третинну структуру.

Чужорідні пептиди транспортуються в спеціальних жолобках (зв’язуючій складці молекул HLA) на поверхню антигенпрезентуючих клітин. Пептиди утримуються в зв’язуючій складці молекул HLA І класу за рахунок їх зв’язку з N- і С-кінцями алель-специфічної ділянки HLA і за рахунок зв’язку бокових ланцюгів пептида з боковими кишенями молекули HLA. Довжина пептидів, з якими зв’язується молекула HLA І класу, становить 8-10 амінокислот. Пептиди, які зв’язуються з молекулами HLA ІІ класу, доступні з двох сторін, що створює умови для більшого поліморфізму зв’язків HLA+пептид. Більше того, в молекулі HLA ІІ класу зони зв‘язування виходять за межі зв’язуючої складки молекули HLA, що дає можливість «акомодації» більш широкого спектру пептидів до молекул HLA ІІ класу в порівнянні з молекулами HLA І класу. Цей комплекс, який трансмембранно виступає з клітини в екстрацелулярний простір, розпізнається Т-лімфоцита-ми-хелперами, на поверхні яких розміщений рецептор, здатний нековалентно зв΄язувати комплекс HLA-пептид. На клітинній поверхні існують інші протеїни, такі як адгезивні молекули та костимулюючі молекули, які також приймають участь у зв΄язуванні вище вказаного комплексу. Фіксація комплексу HLA-пептид до лімфоцитів стимулює Т-хелпери через секрецію цитокінів, завдяки яким здійснюється взаємодія між клітинами. Зокрема, цитокіни стимулюють відповідні імуноглобулінові рецептори на В-лімфоцитах, які можуть зв΄язувати антигенні пептиди мікроорганізмів.

В-лімфоцитарна відповідь - гуморальний імунітет

В-лімфоцити також здатні поглинати мікроби та презентувати мікропептиди антигену на своїй поверхні. Активація В-лімфоцитів можлива двома шляхами: через неспецифічну поліклональну активацію або через сигнали від макрофагів та Т-хелперів, які розпізнають антигенний пептид у асоціації з молекулами HLA ІІ класу. Активація В-лімфоцитів потребує двох сигналів: 1) приєднання антигенної детермінанти до рецептору В-лімфоцита; 2) сигнал активації, який поступає від Т-лімфоцитів через IL-4.

Здатність імуноглобулінів специфічно зв΄язуватися з чужорідними пептидами (так званий їх афінітет до пептидів) визначається їх структурою та іншими властивостями. Під час ініціюючої експозиції мікроорганізмів здатність до продукції імуноглобулінів набувають лише кілька сотень з багатьох мільйонів В-лімфоцитів. Однак, ця кількість В-лімфоцитів є недостатньою для ефективного знищення тієї кількості інфекційних агентів, які потрапили в організм. Імуноглобулінзв΄язуючий афінітет у цей час виявляється відносно слабким. Після процесів стимуляції цієї відносно невеликої популяції В-лімфоцитів починається адаптивний процес, під час якого різні варіації послідовностей мінорної ДНК піддаються простому мітотичному поділу (соматична гіпермутація). Ці варіанти послідовностей ДНК, в свою чергу, викликають зміни щодо сили (афінності) зв΄язування імуноглобулінів (відповідно до структури протеїну) з антигеном. Деякі з цих варіантів імуноглобулінів будуть виявляти високий ступінь афінітету щодо зв'язування з мікроорганізмами. Продукція В-лімфоцитами таких імуноглобулінів переважає, оскільки вони зв΄язують патоген на довгий період часу. Такі В-лімфоцити швидко проліферують; утворюються плазматичні клітини, які синтезують специфічні імуноглобуліни і виділяють їх у кров΄яне русло. Синтезовані таким чином імуноглобуліни структурно є ідентичними тим імуноглобулінам, які знаходяться на поверхні В-лімфоцитів і називаються антитілам. Синтезовані антитіла починають залучатися до ініціюючої селекції В-лімфоцитів, рецептори яких можуть зв'язувати патоген і відповідно до цього формувати високозв΄язуючий афінітет.

Процес диференціювання, розпізнавання та перетворення В-лімфоцитів у антитілопродукуючі плазматичні клітини після ініціюючої стимуляції патогеном триває від 5 до 7 днів. Звичайні плазматичні клітини є здатними синтезувати приблизно 10 мільйонів молекул антитіл на годину. Антитіла приєднуються до антигенів на поверхні патогену (термін антиген походить від “antibody generating”) і можуть безпосередньо руйнувати мікроорганізми. Набагато частіше антитіла “мітять” патоген, ініціюючи таким чином його деструкцію іншими факторами імунної системи, такими, наприклад, як компоненти комплементу та фагоцити.

Іншою важливою функцією гуморальної імунної відповіді є формування лімфоцитів пам΄яті - В-лімфоцитів, здатних до високоафінного зв΄язування з патогенами, які персистують у організмі після подолання інфекції. Це високоспеціалізовані лімфоцити, які дуже швидко формують специфічну імунну відповідь при повторному попаданні патогену в організм людини. Вакцинація є ефективною тому, що індукує формування лімфоцитів пам΄яті, які здатні швидко специфічно відповідати на патоген.

При розвитку гуморального імунітету особливий інтерес викликає взаємодія молекул CD40, які експресовані на В-лімфоцитах, і CD40L (або CD154), які експресовані на Т-лімфоцитах. Вважається, що найбільш потужний сигнал В-лімфоцити отримують через молекули CD40, завдяки якому здійснюється переключення синтезу імуноглобулінів на продукцію високо афінних IgG та IgA. Відомо, що молекула CD40 разом з рецептором для TNF-α, CD30 і Fas-рецептором відноситься до до сімейства рецепторів факторів некрозу пухлин. У випадку взаємодії цих молекул розвивається реакція, в основі якої лежить тримеризація цитоплазматичних ділянок молекули CD40. Цитоплазматичний білок (CRAF-1), який приймає участь у цьому процесі, сприяє передачі сигналу в ядро клітини, що призводить до переключення класів імуноглобулінів, активності проліферації, диференціації тощо. Сигнал у напрямку до Т-лімфоцитів забезпечує взаємодія CD28-CD80/86.

Т-лімфоцитарна відповідь - клітинний імунітет

Після проникнення в організм віруси знаходяться позаклітинно 2-4 години і швидко проникають у клітини людини, щоб стати недосяжними для антитіл. Антитіла відносяться до водорозчинних білків і не можуть пройти через клітинну мембрану, до складу якої входять ліпіди. Тому, клітинний компонент адаптивної/специфічної імунної відповіді – Т-лімфоцити – не можуть самі справитися з такого типу інфекціями. Ключовою ланкою клітинного імунітету є молекули HLA І класу, які присутні на мембранах всіх ядерних клітин людського організму. У нормальній клітині молекули HLA І класу зв'язуються з низько молекулярними пептидами (з 8-10 амінокислот), які походять з внутрішньої частини клітини. Молекули HLA І класу мігрують на клітинну поверхню, переносячи з собою пептиди і виставляють їх назовні клітини. Оскільки це автологічні пептиди, імунна відповідь не розвивається. Молекули HLA І класу в інфікованих клітинах зв΄язують малі пептиди інфекційного збудника. Презентація чужорідних пептидів на клітинній поверхні за допомогою молекули HLA І класу мобілізує імунну систему, зокрема за Т-залежним механізмом. Така мобілізація призводить до того, що Т-лімфоцити, які володіють толерантністю до “своїх” пептидів під час їх розвитку в тимусі, стають “нетолерантними” до чужорідних пептидів. Комплекс HLA-пептид зв΄язується з відповідними рецепторами на Т-клітинній поверхні, що стимулює Т-лімфоцити до виділення хімічних речовин, які пошкоджують інфіковану клітину. Оскільки вони володіють специфічними властивостями щодо руйнування клітин, ці Т-лімфоцити отримали назву Т-цитотоксичні лімфоцити (або кілерні Т-лімфоцити). Один цитотоксичний Т-лімфоцит може зруйнувати одну інфіковану клітину протягом 1-5 хвилин. Тільки мала кількість Т-лімфоцитів буде мати зв΄язуючий афінітет до інфекційного патогену. Синтезуючи цитокіни, Т-лімфоцити-хелпери стимулюють проліферацію Т-цитотоксичних лімфоцитів, рецептори яких можуть зв΄язувати інфіковані клітини. Циркулюючі дендритні клітини також презентують чужорідні пептиди на своїй клітинній поверхні і мігрують до периферичних органів імунної системи, де є багато резидентних Т-лімфоцитів. Вони сприяють набуванню Т-лімфоцитами специфічності до інфекційного збудника, який потрапив у організм.

Для активації Т-лімфоцитів та передачі інформації В-лімфоцитам необхідні два сигнали. Роль першого сигналу виконує після процесінгу антиген, який в асоціації з HLA ІІ класу знаходиться на поверхні антигенпрезентуючої клітини. Другим сигналом для остаточної активації лімфоцитів служить експресія додаткових молекул CD80, CD28 (для стимуляції Т-лімфоцитів), CD40 (для стимуляції В-лімфоцитів).

Антигени, які потрапляють в організм через тканини, найчастіше локалізуються в дренуючому лімфатичному вузлі; антигени, захоплені в верхніх дихальних шляхах та ШКК, попадають у лімфоїдну тканину, асоційовану з слизовими оболонками цих систем (відповідно, BALT і GALT); антигени, які проникають у кров, потрапляють у селезінку.

Генетична основа міжклітинної кооперації клітин імунної системи

Для формування гуморального імунітету (синтезу антитіл) необхідна кооперована взаємодія В-лімфоцитів з Т-лімфоцитами. Встановлено, що Т-лімфоцит здатний розпізнавати «чуже» лише в тому випадку, коли «чужий» матеріал знаходиться в комплексі з своїм. Тобто, ТCR здатний розпізнати свій антиген у тому випадку, коли він знаходиться на клітині в комплексі з молекулами HLA системи. У ролі структур первинного розпізнавання чужорідних антигенів виступають продукти генів, які локалізуються в ділянці HLA. Вони є генетичним кермом управління основними імунологічними процесами, контролюють клітинний і гуморальний імунітет, функцію фагоцитів, синтез компонентів комплементу тощо. Встановлено, що Т-цитотоксичні лімфоцити можуть розпізнати антигенні структури (наприклад, віруси) тільки тоді, коли патоген знаходиться на поверхні клітини в комплексі з молекулами HLA І класу. Антиген впливає також і на В-лімфоцити через Т-хелпери, які передають інформацію про структуру антигену, синтезують відповідні цитокіни. Тільки після цього, В-лімфоцити починають ділитися і перетворюються в антитілопродукуючі плазмоцити або в В-лімфоцити пам’яті.

У основі взаємодії антигенпрезентуючих клітин (АПК) з Т-лімфоцитами лежить явище, назване «подвійним розпізнаванням». Виявилося, що АПК може передати сигнал про будову антигену не будь-якому Т-лімфоциту, а тільки «своєму», тотожному за генами головного комплексу гістосумісності. Спеціальний CD4-рецептор на Т-лімфоцитах впізнає того, хто передає антиген. Розпізнавання здійснюється також й іншими генетичного детермінованими рецепторами, а клітини обмінюються між собою різними цитокінами, в т.ч. інтерлейкінами, факторами некрозу пухлин, колонієстимулюючими факторами тощо. Не менш складно здійснюється взаємодія між Т- і В-лімфоцитами, яка також контролюється генетичними факторами.

Комплекси молекул НLA І і ІІ класів з вбудованим антигенним пептидом розпізнається і взаємодіє з TCR Т-лімфоцитів. Однак, цей зв’язок досить нестійкий через невисокий афінітет. Зазвичай цей зв’язок стає міцнішим і стабілізується завдяки приєднанню молекул CD4, які мають тотожність з молекулами НLA ІІ класу або молекул CD8, які мають тотожність з молекулами НLA І класу.

За своєю структурою білкова молекула CD4 складається з чотирьох позаклітинних доменів і цитоплазматичної частини, яка тісно зв’язана з тирозинкіназою. N-кінцевий домен, будова якого аналогічна будові V-домена та має ділянки, які відповідають за зв’язування з β2-доменом молекули НLA ІІ класу.

Молекула CD8 - димер, який складається з двох полімерних ланцюгів (α і β) або (α і α). Кожний ланцюг містить один домен V-типу. За зв’язок молекули НLA І класу (з її α3-доменом) відповідальні ділянки V-домену α-ланцюгу.

Для посилення стимулюючого сигналу, який формується під час презентації антигену, необхідне включення в процес костимулюючих сигналів. Вони виникають при взаємодії молекул CD80 або CD86 (CD80/86), які розміщені на поверхні антигенпрезентуючих клітин з корецептором Т-лімфоцитів CD28. Іноді активація Т-лімфоцитів призводить до експресії на їх поверхні молекули CD152 (CTLA-4), яка за своєю структурою дуже подібна на молекулу CD28. Однак, якщо CD28 активує Т-лімфоцити, то CD152 сприяє їх супресії. Взаємодія між молекулами CD2 і CD58 (LFA-3) викликає активацію клітин, яка називається спонтанною, бо забезпечує самопідтримку Т-лімфоцитів на периферії.

АВО та Rh – групи крові

До важливих компонентів імунної системи відносяться поверхневі антигени на еритроцитах, які можуть викликати імунну реакцію під час гемотрансфузії. Вони складають дуже важливу систему, яка детермінує відповідність еритроцитів донора та реципієнта під час гемотрансфузії.

Система АВО

Систему групи АВ0 складають два групових аглютиногени - А і В та два відповідних англютиніни в плазмі - α (анти-А) і β (анти-В). Різна комбінація цих антигенів та антитіл утворюють чотири групи крові: група 0 (І) - антигени А і В відсутні на еритроцитах, у плазмі присутні антитіла α і β; група А (ІІ) - на еритроцитах присутні антигени А, в плазмі - антитіла β; група В (ІІІ) - на еритроцитах присутні антигени В, в плазмі - антитіла α; група АВ (IV) - на еритроцитах присутні антигени А і В, в плазмі - відсутні антитіла α і β. Особи, в яких виявлена 0 (І) група крові можуть бути “універсальними донорами”, а особи з АВ (IV) групою крові - “універсальними реципієнтами”. Однак, коли проводиться трансфузія великого об’єму крові, донорські антитіла можуть реагувати з еритроцитарними антигенами реципієнта. Звідси виходить, що спроба повністю підібрати пару для гемотрансфузії майже завжди приречена на невдачу.

Відповідно до мінорності антигенів системи АВ0 антигени можуть бути розміщені в наступній послідовності: 0 (Н)<В<А. Різноманітність антигенів А складає 40 варіантів, В - 10 варіантів. Конфлікт мати-плід за системою АВ0 може розвинутися при 1-й вагітності в тому випадку, коли мама є носієм двох рецесивних генів 0(І) групи, а батько належить до А(ІІ), В(ІІІ), АВ(IV) груп крові. Якщо батько є носієм двох домінантних генів (АА чи ВВ), конфлікт мати-плід розвивається в 100% випадків. Якщо батько гетерозиготний за антигенами А(ІІ) - А0(Н) або В(ІІІ) - В0(Н), конфлікт розвивається в 25% випадків.

АВО-локус кодує антигени еритроцитів, що може спричинити гемотрансфузійні реакції, якщо донори та реципієнти попередньо не підібрані.

Rh-система

Найбільш імуногенним антигеном еритроцитів системи резус є антиген D. Особи з DD чи Dd-генотипами мають Rh-антиген на своїх еритроцитах і називаються Rh-позитивними. Рецесивні гомозиготи з генотипом dd є Rh-негативними і не мають цього антигену. Біля 86% жителів України є Rh-позитивними та тільки біля 14% є Rh-негативними.

Імуногенність мінорних антигенів системи резус істотно нижча і зменшується в наступному порядку: е<d<Е<с<D<Du. Найбільшою реактогенністю володіє Du антиген Rh-системи. Антиген еритроцитів крові D кодується двома тісно зв΄язаними локусами, один з яких означений як D. Інші локуси, з яких складається Rh-система, означені як С та Е і утворені альтернативними сплайсінг-механізмами (нашарованими один на одного). На відміну від АВО-системи, в якій антитіла формуються у відповідь на антигени, присутні в інших організмах (і навіть мікроорганізмах), продукція анти-Rh-антитіл вимагає стимуляції тільки людським Rh-антигеном. Імунна система резус-негативних осіб при контакті з антигеном D синтезує анти-D-антитіла, що є клінічно важливим при алогенній трансфузії та вагітності резус-негативної жінки резус-позитивнм плодом (з розвитком, відповідно, посттрансфузійної гемолітичної реакції і гемолітичної хвороби новонароджених). Конфлікт мати-плід формується тоді, коли Rh-позитивний чоловік та Rh-негативна жінка хочуть народити дитину. Якщо генотип чоловіка є DD, всі його потомки будуть Rh-позитивними і матимуть цей антиген на своїх еритроцитах. Якщо чоловік є гетерозиготою і має Dd-генотип, половина його дітей будуть Rh-позитивними.

Це не викликає значних ускладнень під час першої Rh-несумісної вагітності, тому що протягом гестації через плацентарний бар'єр проникає незначна кількість еритроцитів плода. Коли під час народження дитини плацента відходить, значна частина еритроцитів плода потрапляє в кровоплин матері. Еритроцити плода, які експресують Rh-антигени, стимулюють продукцію антитіл проти себе імунною системою матері. Ці антитіла персистують у організмі матері довготривалий час і якщо наступний плід буде позитивним, материнські антирезусні антитіла проникаючи через плаценту, почнуть руйнувати еритроцити плода з наступним розвитком гемолітичної анемії, подразненням еритроцитарного ростка гемопоезу з викидом у кровоплин еритробластів. Цей феномен називається еритробластозом плода. Анемія може призвести до спонтанного викидня або народження мертвого плода. Оскільки материнські антитіла залишаються в крові новонародженого, деструкція еритроцитів продовжується і після народження. Це сприяє зростанню рівня білірубіну, показників трансаміназ та викликає церебральні пошкодження або смерть.

У випадках Rh-несумісності на кінець вагітності (3-й триместр вагітності) або після неї Rh-негативні мами повинні отримувати Rh-імунний глобулін, який містить анти-Rh-антитіла. Ці антитіла руйнують еритроцити плода до того, як вони будуть стимулювати продукцію анти-Rh-антитіл у материнському організмі. У зв’язку з тим, що введені антитіла не залишаються на довгий час в організмі матері, вони не мають безпосереднього впливу на плід. Подібну форму конфлікту мати-плід можна отримати при вагітності жінки з групою крові О (І) плодом з групою крові А (ІІ) або В (ІІІ). У цих випадках також розвивається гемолітична хвороба новонароджених, однак вона не вимагає лікування. Цікаво те, що коли мати - Rh-негативна, а дитина - Rh-позитивна, несумісність за групою АВО захищає дитину від більш небезпечної Rh-несумісності. Це відбувається тому, що деякі еритроцити плода, які потрапили в кров матері, швидко руйнуються її анти-А чи анти-В-антитілами задовго до утворення анти- Rh-антитіл.

Імуногенетика особливо активно почала розвиватися на Україні протягом останніх 20 років. Це пояснюється кількома факторами – після отримання Україною незалежності вчені отримали можливість працювати на сучасних лабораторних приладах, привезених з-за кордону, вивчати сучасну літературу та виїжджати на стажування в провідні європейські та американські наукові установи. Успіхи українських імунологів та генетиків на поприщі спільних досліджень та проектів досягнуті самотужки, а тому похвали їх роботі - цілком заслужені. Перед нами усіма на майбутнє поставлені численні завдання, серед них найважливіші – це налагодження на Україні лабораторних технологій для типування HLA–антигенів та подальше вивчення їх асоціацій з імунопатологічними синдромами в українській популяції.

Л е к ц і я 7

ЕКОЛОГІЧНА ІМУНОЛОГІЯ

Структурна і функціональна цілісність людського організму забезпечується інтегрованою регуляцією роботи різних його органів і систем, а також взаємозв’язком з довкіллям. Цей зв’язок носить складний і суперечливий характер, який проявляється відносним відокремленням організму від зовнішнього середовища і безперервним обміном речовин з ним. Згідно сучасного визначення зовнішнє середовище (довкілля) - це сукупність фізичних, хімічних, біологічних і соціальних факторів, які оточують людину і впливають на її життєдіяльність.

Незважаючи на те, що людина існує в умовах біоценозів, які сформувалися в результаті її трудової діяльності, вона не позбавлена впливу різних факторів довкілля. В умовах науково-технічної революції негативний вплив довкілля значно зростає через забруднення повітря, води, грунту викиди промислових підприємств, транспорту, пестициди, радіоактивні речовини та інші екзогенні впливи.

У сучасних умовах особливу актуальність набуває визначення впливу різних факторів довкілля на стан імунної системи людини. Ці питання є предметом вивчення екологічної імунології, основними завданнями якої є дослідження співвідношення індивідуального і популяційного імунітету, зміни генетичної конституції, природженого та адаптивного (специфічного) імунітету, внутрішнього і зовнішнього середовищ в різних умовах існування людських колективів, окремих груп людей та окремого індивідума.

Нещодавно доктор Волтер Рід (Інститут з питань світових ресурсів) на засіданні ООН сказав, що вплив людини на глобальні екосистеми досягнув такого масштабу, коли людина значною мірою перешкоджає нормальному перебігу природніх циклів.

Виділені наступні порушення, які стають загрозливими для всесвітнього здоров’я:

• забруднення повітря та атмосфери має прямий зв’язок з респіраторними хворобами, які стають причиною смерті майже 4 млн. дітей щороку;

• недостатня кількість чистої води, низькі санітарно-гігієнічні умови сприяють поширенню хвороб ШКК, які супроводжуються діареєю; ці хвороби забирають життя 3 млн. дітей щороку;

• згідно даних ВООЗ, щодня більше 30 тис. дітей у найбідніших країнах світу помирають від хвороб, які виникають внаслідок забруднення довкілля;

• у економічно-розвинених країнах світу через забруднення довкілля збільшилась захворюваність на алергічні хвороби (бронхіальну астму, алергічний риніт, атопічний дерматит, харчову алергію тощо);

• через активне розширення міжнародної торгівлі, подорожей сформувалися умови для появи більше, ніж 30 нових інфекційних хвороб; окрім цього, хвороби, які вдавалося контролювати в минулому, сьогодні «повернулися» в ще більшому масштабі.

Трагічність ситуації полягає в тому, що розвитку багатьох хвороб, які пов’язані із забрудненням довкілля, можна запобігти завдяки існуючим технологіям очищення води, повітря, грунту тощо, які, на жаль, не використовуються.

В Україні екологічне забруднення носить комплексних характер:

• несприятлива радіоекологічна ситуація (Київська, Чернігівська, Житомирська, Вінницька, Черкаська, Волинська, Рівненська області - після аварії на Чорнобильській АЕС);

• багаторічне систематичне забруднення повітря, води, грунту відходами металургійної, коксохімічної, гірничовидобувної, хімічної, деревообробної, гумової промисловості (Східна Україна);

• забруднення в сільській місцевості грунту та поверхневої води пестицидами з наступною їх концентрацією в організмах сільськогосподарських тварин, рослин, які у вигляді харчових продуктів вживаються людьми (на всій території України).

Щороку в Україні викидається в атмосферу близько 13 млн. тонн шкідливих речовин, у ріки та в озера випускається - 4,5 млрд.м³ забрудненої стічної води. За останні роки в стічній воді збільшилася концентрація свинцю в 11 разів, в 5,2 рази - міді, в 4,8 разів - нікелю, в 3,7 разів - цинку. Особливо напружена екологічна ситуація склалася в Донбасі і Придніпровському промисловому регіоні, де в 95% населення виявлені значні імунологічні порушення, ступінь вираженості яких прирівнюється до імунологічних зрушень у ліквідаторів аварії на ЧАЕС. Вчені підрахували, що мутагенний вплив хімічних речовин, які знаходяться в повітрі, за рівнем генетичної дії тотожний сумарному впливу зовнішнього опромінення протягом 15 років (міста Запоріжжя, Маріуполь, Лисичанськ, Алчевськ, Комунарськ).

На тлі забруднення довкілля перебіг хвороб, особливо інфекційних, має наступні особливості:

• підвищується частота опортуністичних інфекцій, викликаних умовно-патогенними мікроорганізмами;

• зростає тенденція до затяжних та хронічних інфекційних процесів з тривалою персистенцією збудника в організмі;

• підвищується кількість часто і тривало хворіючих дітей.

Імунна система є найбільш чутливою системою організму до змін довкілля, особливо до шкідливих його чинників. Вплив шкідливих факторів довкілля на регулюючі системи імунітету реалізується також через нервову, ендокринну, лімфоїдну та кровотворну системи.

У основі цих процесі лежать: порушення імунологічного гомеостазу; зниження показників природженої антиінфекційної резистентності; зростання числа хромосомних аберацій та мутацій генів, які відповідають за реалізацію імунної відповіді.

Патогенетичний вплив шкідливих факторів довкілля на імунокомпетентні клітини виявляється, в першу чергу, їх дією на оксидантні системи, які мають наступні особливості: 1) активізація перекисного окислення ліпідів; 2) депресія та виснаження антиоксидантної системи; 3) розвиток циркуляторної та тканинної гіпоксії.

На теперішній час вчені однозначно довели наявність ризику формування імунологічних та цитогенетичних порушень, які зумовлені впливом екологічно несприятливих факторів довкілля: радіонуклідів, відходів хімічної та металургійної промисловості; пестицидів, мінеральних та органічних добрив, які через ґрунтову воду потрапляють у харчові продукти, що вживають люди. Відомим є також асоціативний посилюючий вплив шкідливих факторів довкілля (наприклад, хімічні речовини посилюють дію іонізуючого випромінення). У таблиці 1 подана класифікація факторів довкілля, які впливають на імунну систему організму.

Таблиця 1