41-80 вопросы. 41. Механизмы и пути передачи инфекции

• Название: 41. Механизмы и пути передачи инфекции
• Дата: 27.10.2020
• Размер: 1.24 Mb.
• Имя файла: 41-80 вопросы.docx
• Тип: Документы; #146007
• страница: 8 из 11

65. Центральные и периферические органы иммунной системы. Понятие о механизме лимфопоэза.

Иммунная система представлена совокупностью органов и тканей, среди которых принято выделять центральные , где происходит созревание лимфоцитов, и периферические , где находятся зрелые лимфоциты.

К центральным органам иммунной системы относятся тимус и костный мозг , во внутриутробном периоде - также печень .

Периферические органы иммунной системы - это лимфоузлы , селезенка , лимфатические фолликулы ЖКТ . Эти органы связаны между собой кровеносными и лимфатическими сосудами. Перемещаясь по этим сосудам, лимфоциты получают информацию об антигене и передают ее во все органы иммунной системы.

Лимфопоэз у эмбриона и плода происходит транзиторно в различных эмбриональных тканях. Лимфоидные предшественники присутствуют уже в желточном мешке. К 5-6 неделе гестации предшественники B- и T-клеток появляются в печени, где формируются участки B-лимфопоэза. Другие эмбриональные ткани, включая сальник и плаценту, также содержат предшественники В-клеток.

Селезенка становится очагом гемопоэза в третьем триместре беременности и остается местом гемопоэза до момента рождения. У взрослых селезенка функционирует как вторичный лимфоидный орган, в котором располагаются зрелые T- и B-клетки. После рождения костный мозг становится основным местом развития миелоидных клеток и B-лимфоцитов.

Формирование большинства T-клеток происходит в тимусе. На 7-8 неделе эмбрионального развития формирующийся тимус заселяется принесенными с кровью клетками-предшественницами, у взрослых в тимус перемещаются костномозговые предшественники, где из них развиваются Т-лимфоциты, а процесс называется Т-лимфопоэзом.

В настоящее время предполагается, что предшественники, коммитированные к B- и T-клеточному пути развития, являются прямыми потомками плюрипотентной стволовой клетки (CD34+).

Развитие B-лимфоцитов.

Развитие В-лимфоцита у взрослого проходит две фазы. Первая фаза – антигеннезависимая, когда B-лимфоциты развиваются до стадии, в которой они экспрессируют на поверхности иммуноглобулин (Ig) М, происходит в костном мозге. Вторая фаза – антигензависимая - протекает во вторичных лимфоидных органах (селезенка и лимфатические узлы) в ответ на клеточные и гуморальные сигналы, поступающие от T-клеток, макрофагов и других популяций акцессорных клеток.

При использовании специфических моноклональных антител, распознающих иммуноглобулины и другие поверхностные и цитоплазматические детерминанты, можно различать промежуточные степени развития B-клеток (таблица 4.2.1.).

Клетки-предшественники, коммитированные к дифференцировке в B-лимфоциты, имеют иммуноглобулиновые гены в зародышевой конфигурации и называются про-B- клетками. По мере созревания этих клеток они экспрессируют на поверхности антиген CD45RA, тирозинфосфатазу, чья функция в развитии B-клетки пока неизвестна. Затем в цитоплазме появляется белок m тяжелой цепи Ig М, и с этого момента клетка обозначается как пре-B-клетка. Как только в клетке происходит экспрессия белков легкой цепи, начинается сборка молекул иммуноглобулинов, и после их появления на поверхности клетки определяются как B-лимфоциты.

Наиболее незрелая человеческая B-клетка-предшественник экспрессирует CD34 и CD19. Последний антиген представлен на B-клетках всех стадий развития. На стадии клетки-предшественника происходит потеря экспрессии CD34, и на поверхности клеток появляется антиген CD10. Далее пре-B-клетки, определяемые по присутствию цитоплазматического протеина m, экспрессируют антиген CD20. В течение перехода от пре-B к B-клетке происходит потеря CD10 и начинается сборка CD21, CD22 и поверхностного Ig М (рис. 4.2.1.).

B-лимфопоэз характеризуется высокой клеточной пролиферацией, которая наиболее активна на стадии клеток-предшественников. К моменту созревания клеток до малых пре-B-лимфоцитов, экспрессирующих цитоплазматический протеин m, деление клеток прекращается. Однако имеется и значительная потеря клеток на стадии пре-B-лимфоцитов. Удаляются клетки, в которых произошла дефектная реаранжировка (перестройка) иммуноглобулиновых генов или экспрессируются аутореактивные гены тяжелых цепей. Клетки, которые прогрессируют до стадии экспрессии IgM, покидают костный мозг и мигрируют в селезенку, где они подвергаются дальнейшему созреванию. Если эти клетки не получают антигенный стимул, они проживают только несколько дней, после чего подвергаются апоптозу.

Популяции B-клеток.

Существуют три различные линии B-клеток, определяемые по фенотипическим и функциональным свойствам B1a, B1b и В2. B1a-клетки отличаются тем, что экспрессируют антиген CD5, B1b-клетки не экспрессируют CD5, а характеризуются высоким уровнем поверхностного IgM и низким уровнем мембранного IgD. Распространение этих популяций у взрослых в значительной степени ограничено перитонеальной и плевральной полостями. Клетки В1 секретируют преимущественно антитела IgA и IgM, обеспечивающие защиту против окружающей микрофлоры. Этим они отличаются от стандартных (или B2) B-клеток, которые преобладают во вторичных лимфоидных органах, таких как лимфоузлы и селезенка.

Характерной особенностью клеток B1 является их способность производить аутоантитела класса IgM. Популяция B1-клеток является, вероятно, основным источником естественных аутоантител, представленных в сыворотке крови здоровых лиц. Естественные аутоантитела встречаются в крови взрослых, детей, новорожденных и даже у плода. Они присутствуют в малых количествах и почти всегда связываются со многими антигенами (мультиреактивные аутоантитела) и имеют низкую аффинность к их лигандам. Пока не определено однозначно, продуцируются ли естественные аутоантитела исключительно B1-клетками; или их способны производить также B2-клетки.

Гены иммуноглобулинов и их экспрессия

Иммуноглобулины, уникальный маркер B-клеточных линий, являются гликопротеинами, состоящими из тяжелых и легких полипептидных цепей. Различают 5 видов тяжелых (H – heavy) цепей: g, m, a, e, d и два типа легких цепей (L – light): k и l. Особенностью иммуноглобулинов является отсутствие единого гена, кодирующего структуру всей полипептидной цепи, их экспрессия зависит от упорядоченной серии генных перестановок (реаранжировок) в локусах тяжелой и легкой цепей. Гипервариабельный регион тяжелой цепи включает сегменты V (variable – вариабельность), D (diversity – многообразие) и J (joining – присоединение) и является первым, перестраивающимся в течение развития B-клетки (рис. 4.2.2). Начальным событием в перестановке генов тяжелых цепей (H) является присоединение одного из нескольких сегментов D-области к сегменту J_H. Впоследствии сегмент V_H присоединяется к комплексу D/J_H. В процессе реаранжировки генов тяжелых цепей нуклеотиды, отсутствовашие внутри перечисленных сегментов в их зародышевой конфигурации, могут быть добавлены к структурам D-J_H и V_H-D-J_H ферментом терминальной дезоксинуклеотидилтрансферазой (TdT).

Константная область гена тяжелой цепи (C_H) остается отделенной от перестроенного комплекса VDJ интроном, и вся эта последовательность транскрибируется. При последующем созревании РНК происходит вырезание интрона (сплайсинг) между комплексом VDJ и проксимальным концом C-области; после трансляции белок m тяжелой цепи находится в цитоплазме пре-B-клеток. Каждая клетка-предшественник имеет два набора генов тяжелых цепей иммуноглобулинов, но экспрессируется только один аллель. Этот феномен обозначают термином аллельное исключение.

После экспрессии m-белка происходит реаранжировка генов легкой цепи иммуноглобулинов. Первым шагом является присоединение сегмента V к сегменту J. Этот комплекс, отделенный от константной (C) области интроном, транскрибируется, и далее вырезание интрона между сегментами J и C приводит к формированию зрелого транскрипта V-J-C. Как и в случае тяжелых цепей, только один аллель легкой цепи экспрессируется в каждом B-лимфоците.

В результате экспрессии генов тяжелых и легких цепей на поверхности B-клетки появляется молекула иммуноглобулина, состоящая из двух тяжелых и двух легких цепей. Молекула иммуноглобулина закреплена на мембране B-клетки. Цитоплазматический карбоксильный конец тяжелой цепи состоит только из трех аминокислотных остатков и не может непосредственно проводить сигнал внутрь клетки. Сигнальную трансдукцию (передачу регуляторного сигнала) через иммуноглобулиновый рецептор осуществляют два трансмембранных белка (Iga и Igb), нековалентно связанных с молекулой тяжелой цепи.

Использование множества V-, D- и J-сегментов тяжелых и легких цепей, вставка и выпадение нуклеотидов при реаранжировке, а также соматические мутации в V-областях генов приводят к формированию репертуара B-клеток с различными антигенсвязывающими рецепторами. Полный репертуар иммуноглобулинов не представлен при рождении. Лимфоциты, экспрессирующие на мембране аутореактивный иммуноглобулиновый рецептор, подвергаются программируемой смерти (апоптозу) при связывании его со специфическим аутоантигеном (табл. 4.2.2.).

Переключение изотипа.

Сформировавшиеся в костном мозге "наивные" или "девственные" (т.е. не встречавшиеся с антигеном) B-клетки подвергаются значительным изменениям в зародышевых центрах вторичных лимфоидных органов, где они взаимодействуют с антигеном на бахромчатых поверхностях фолликулярных дендритических клеток и получают сигналы от активированных T-клеток. Важный результат этого взаимодействия - переключение изотипа Ig, после чего B-клетка получает способность продуцировать иммуноглобулины другого (не IgM) класса (IgG, IgA или IgE). Переключение синтеза с IgM на IgA обычно происходит в B-клетках, располагающихся в лимфоидной ткани, ассоциированной со слизистыми (MALT); в других лимфоидных тканях происходит переключение синтеза IgM на IgG. Антитела класса IgG в норме преобладают в сыворотке крови, а их продукция является характерной чертой B-клеток, стимулированных антигеном. Переключение изотипа зависит от связывания поверхностного рецептора B-клетки CD40 с его лигандом на активированных T- и интердигитальных клетках.

Некоторые соматические мутации V-сегмента иммуноглобулина и переключение изотипа иммуноглобулинов способствуют повышению аффинности антител. Антитела с высокой аффинностью к микробному антигену намного лучше выполняют защитную функцию, чем антитела с низкой аффинностью. Кроме того, переключение классов иммуноглобулинов приводит к продукции антител класса IgG, которые могут проникать в интерстициальные жидкости, тогда как антитела класса IgM являются слишком большими, чтобы покинуть плазму крови.

Клетки и цитокины, регулирующие развитие B-клеток.

Гемопоэз в костном мозге происходит в ассоциации с фиксированной популяцией стромальных клеток, находящихся в межсинусоидальных пространствах. Стромальные клетки регулируют B-лимфопоэз посредством прямых межклеточных взаимодействий и через секрецию растворимых медиаторов. Развивающиеся B-лимфоциты экспрессируют интегриновую молекулу VLA-4, которая взаимодействует с молекулой - лигандом стромальной клетки VCAM-1. Адгезионные молекулы лимфоцита CD44 обеспечивают связывание с гиалуронатами, производимыми стромальными клетками. При таких контактах стромальные клетки стимулируются к секреции факторов, которые усиливают дифференцировку B-клеток из незрелых лимфоидных клеток. В некоторых случаях цитокины являются поверхностными структурами клетки. Так, фактор стволовых клеток (SCF) может присутствовать на стромальной клетке в связанной с мембраной форме. Его рецептор, c-kit, является тирозинкиназой, широко распространенной на мембранах гемопоэтических клеток.

Стромальные клетки являются главным источником цитокинов, которые регулируют пролиферацию и дифференцировку гемопоэтических клеток. Один из важных цитокинов, производимых стромальными клетками, интерлейкин-7 (ИЛ-7), функцией которого является стимулирование пролиферации B-клеточных линий. Характерной чертой B-лимфопоэза является высокий уровень продукции клеток, и такие молекулы, как ИЛ-7, играют ключевую роль в этой экспансии. Стадия развития, на которой клетки впервые становятся чувствительными к ИЛ-7, точно не установлена, но предшественники, в которых произошла перестановка D-J_H, отвечают на ИЛ-7. Стимулирующие пролиферацию эффекты ИЛ-7 могут быть усилены другими цитокинами, такими как фактор стволовых клеток. Последний фактор сам по себе не имеет явного влияния на рост B-клеток или их дифференцировку, но его взаимодействие с ИЛ-7 усиливает пролиферацию B-клеточных предшественников. Другим цитокином, производимым стромальными клетками и вовлеченным в развитие B-клеток, является инсулиноподобный фактор роста-1, который участвует в созревании про-B-клеток до стадии m-экспрессирующих пре-B-клеток. Дальнейшее созревание пре-B клеток в B лимфоциты определяется интерлейкином-4.

Некоторые цитокины могут ингибировать рост и/или дифференцировку B-клеток. Например, трансформирующий фактор роста b (TGF-b), ингибирует индуцированную интерлейкином-7 пролиферацию. В других случаях аномальные концентрации различных колониестимулирующих факторов могут приводить к увеличению продукции миелоидных клеток за счет угнетения B-лимфопоэза. Кроме того, цитокины, которые являются стимуляторами на некоторых стадиях дифференцировки, могут быть ингибиторами на других. Так, ИЛ-4 ингибирует переход от про-B к пре-B-клеткам, хотя он стимулирует формирование B-клеток из пре-B-клеток.

Развитие Т-лимфоцитов.

Предшественники, коммитированные к развитию в T-лимфоциты, непрерывно мигрируют из костного мозга к тимусу, однако их число очень мало. Незрелые предшественники T-клеток поступают в область коры тимуса, где созревают в функциональные субпопуляции T-клеток. Особенностью развития тимоцитов является высокая скорость пролиферации (табл. 4.2.3). У человека возможно и экстратимическое созревания T-клеток, однако, для оптимального развития T-лимфоцитов необходимым является наличие неповрежденного тимуса.

Различные стадии развития тимоцита можно определить по изменению экспрессии поверхностных и цитоплазматических молекул (рис. 4.2.3), рецепторов цитокинов и состоянию реаранжировки генов T-клеточного рецептора (TCR). TCR - гетеродимерный комплекс, имеющий иммуноглобулиноподобную структуру. У 80% лимфоцитов TCR состоит из a- и b- цепей, а у 20% – из g- и d-цепей. Каждая из этих субъединиц (цепей) кодируется отдельным геном.

Наименее зрелые клетки-предшественники в тимусе экспрессируют антиген CD7. Некоторые из них экспрессируют также CD44. CD44, рецептор для гиалуроновой кислоты, является одним из факторов, определяющих хоминг (перемещение) предшественников T-клеток в тимус. Из этих предшественников далее образуются клетки CD2/CD7, в цитоплазме которых присутствует CD3. Затем на поверхности клеток коэкспрессируются антигены CD4 и CD8. К этому времени происходит реаранжировка a- и b-генов, и на поверхности клеток экспрессируется рецепторный комплекс TCRab/CD3. По мере того как клетки, экспрессирующие CD4/CD8 и TCR, проходят от коры к мозговому веществу тимуса, они созревают в CD4⁺-хелперные или CD8⁺-цитотоксические T-клетки. Клетки, которые созревают до стадии CD4⁺ или CD8⁺, составляют менее 5 % тимоцитов. Эти лимфоциты покидают тимус и заполняют вторичные лимфоидные ткани, такие как лимфатические узлы, селезенку и лимфоидную ткань, ассоциированную со слизистыми.

T-клетки с рецепторами типов ab и gd являются различными линиями, которые разделяются до начала реаранжировки гена TCR. Клетки T-gd первыми экспрессируют рецептор CD3, но на них нет молекул CD4 или CD8. Клетки T-gd и CD5^+-B1 клетки являются функционально аналогичными популяциями, которые развиваются параллельно. T-клетки с рецептором типа gd найдены в различных тканях, включая селезенку, эпидермис и эпителий слизистой матки, влагалища и языка. Предполагается, что эта популяция клеток может исполнять роль иммунного надзора в перечисленных тканях.

Формирование T-клеточного рецепторного комплекса.

Рецепторы B- и T-лимфоцитов отличаются в нескольких отношениях. B-клетки могут секретировать свои рецепторы в форме растворимых иммуноглобулинов, тогда как T-клетки не секретируют свои рецепторы. Иммуноглобулины могут связываться с эпитопами антигенов на поверхности клетки или в жидкой среде, а рецепторы T-клеток связываются только с антигенными детерминантами на поверхности клетки. Иммуноглобулины могут связываться с эпитопами молекул различных видов, включая белки, сахара, нуклеиновые кислоты, в то время как рецепторы T-клеток связываются только с короткими пептидами, которые заполняют углубление в молекуле антигена ГКГ, представленной на антигенпрезентирующей клетке.

Гены T-клеточного рецептора подвергаются процессу соматической реаранжировки, при которой кодирующие сегменты присоединяются друг к другу, а присутствующие между ними интронные последовательности удаляются. Как и ген иммуноглобулина, V-сегмент гена каждой цепи T-клеточного рецептора содержит гипервариабельные субрегионы. В про-Т-лимфоцитах, находящихся внутри коры тимуса, синтезируются d- и e-белковые цепи CD3-рецепторного комплекса, которые первыми начинают экспрессироваться на поверхности клетки. Про-T-клетка, находящаяся все еще в корковой зоне, затем перестраивает и транскрибирует Vb сегменты гена. В этот момент дифференцировка тимоцита достигает стадии развития пре-T-клетки.

Положительная и отрицательная селекция в тимусе.

В процессе развития тимоцитов происходит увеличение популяции клеток, экспрессирующих Т-клеточные рецепторы, распознающие чужеродные антигены (положительная селекция), а также удаление популяций тимоцитов, реагирующих с аутодетерминантами (отрицательная селекция). В результате только 5% клеток в тимусе созревают и покидают этот орган (табл. 4.2.3).

Ключевым моментом для понимания позитивной селекции является то, что T-клетки CD4⁺ распознают антиген в комплексе с молекулой ГКГ II класса, а T-клетки CD8⁺распознают антиген в ассоциации с молекулами ГКГ I класса. Тимоциты, которые распознают аутологичные детерминанты ГКГ классов I и II, представленные на эпителиальных клетках тимуса, ускользают от апоптоза. Стромальные клетки обеспечивают тимическое “обучение” Т-лимфоцитов посредством селекции.

При негативной селекции T-клетки, которые экспрессируют T-клеточные рецепторы, связывающиеся с аутологичными протеинами, удаляются. Негативная селекция, по-видимому, осуществляется в медуллярном веществе тимуса стромальными элементами, происходящими из костного мозга. Дендритные клетки и макрофаги представляют аутоантигены тимоцитам в мозговом веществе, и тимоциты, которые распознают аутоантигены, подвергаются клональной делеции. Остается невыясненным, сталкиваются ли тимоциты со всеми возможными аутоантигенами в течение интратимического развития, или контакты с аутоантигенами на периферии также играют роль в запуске клональной делеции.

Клетки и цитокины, регулирующие развитие T-клеток.

Тимус состоит из корковой и медуллярной областей, различающихся по количеству тимоцитов и составу стромальных клеток. Стромальные клетки формируют трехмерную сеть, которая обеспечивает структуру для развития тимоцитов. Эпителиальные клетки корковой области являются дериватами эпителия третьего глоточного кармана, а дендритные клетки и макрофаги, являющиеся основными стромальными элементами в медуллярной области, имеют костномозговое происхождение. Стромальные клетки тимуса влияют на развитие тимоцитов как посредством прямых межклеточных взаимодействий, так и секрецией растворимых медиаторов.

Тимоциты и клетки тимического эпителия экспрессируют ряд поверхностных клеточных детерминант, некоторые из них вовлечены в клеточную адгезию. Рецептор CD2 на тимоцитах определяет связывание с детерминантой CD58 (LFA-3) и молекулой межклеточной адгезии ICAM-1 (intercellular adhesion molecule 1), представленных на клетках тимического эпителия. Взаимодействие между развивающимися лимфоцитами и стромой может активировать обе популяции. Например, связывание тимоцитов со стромой может стимулировать продукцию ИЛ-1 стромальными клетками и повышать экспрессию рецептора ИЛ-2 на тимоцитах. ИЛ-7 стимулирует пролиферацию тимоцитов, и фактор стволовых клеток увеличивает этот эффект. Эпителиальные клетки тимуса у человека являются источником цитокинов ИЛ-1a и b, ИЛ-3, ИЛ-6, ИЛ-8, колониестимулирующих факторов, лейкозингибирующего фактора и TGF-a, а также гормонов тимозина и тимопоэтина, оказывающих влияние на пролиферацию и дифференцировку тимоцитов.

Дополнительные цитокины, необходимые для развития T-клеток, могут продуцироваться самими T-клетками. Тимоциты производят IFN-g, TNF-a, ИЛ-2 , ИЛ-3, и ИЛ-4