Иммунология. Основы медицинской иммунологии. Учебное пособие Рекомендовано Ученым советом Военномедицинской академии имени С. М. Кирова для курсантов и студентов
 Скачать 7.86 Mb.
|
|
Глава 3. КЛЕТОЧНЫЕ И ГУМОРАЛЬНЫЕ ФАКТОРЫ АДАПТИВНОГО ИММУНИТЕТА. Клетки, участвующие в иммунном ответе (врожденном и приобретенном), представляют собой неоднородную популяцию, различающуюся по генетическим и функциональным особенностям. Для их систематизации предложена классификация CD (cluster differentiation), в основу которой положены различия между кластерами клеток, имеющими различные дифференцировочные маркерах (табл. 3.1). Таблица 3.1. Основные дифференцировочные маркеры клеток, участвующих в иммунном ответе CD- маркер Тип клетки, несущей маркер Функция CD 1 Т-лимфоцит Участвует в представлении антигена CD 2 Т-лимфоцит Осуществляет адгезию (прилипание) цитотоксических Т-лимфоцитов к клеткам- мишеням, Т-лимфоцитов к эндотелию, тимоцитов к тимическим эпителиальным клеткам CD 3 Т-лимфоцит Проведение сигнала активации Т-клетки, маркер абсолютного большинства всех зрелых Т- лимфоцитов CD 4 Т-лимфоцит Ко-рецептор для ТКР при МНС распознавании, маркер Т-хелперов CD 8 Т-лимфоцит Созревание и позитивная селекция МНС рестриктированных Т-лимфоцитов в Тимусе, маркер цитотоксических Т-лимфоцитов CD 25 Т-, В-, НК-клетки, Тимоциты, макрофаги Индуцирует активацию и пролиферацию Т-, В- лимфоцитов, естественных киллеров (НК), тимоцитов и макрофагов, -субъединица рецептора для Il-2 CD 28 Т-лимфоцит Ко-стимуляторная сигнальная молекула, независимая от ТКР CD 30 Т-лимфоцит Проведение сигнала для запуска апоптоза Т- лимфоцитов CD 5 Т- и В-лимфоциты Выражен при аутоиммунных заболеваниях, ко- стимуляторный сигнал активации Т-лимфоцитов и тимоцитов CD 9 В-лимфоцит Представлен на пре- В-клетках, ответственен за агрегацию и активацию тромбоцитов CD 19, 20, 21 В-лимфоцит Регуляция активации и пролиферации В- лимфоцитов 145 CD- маркер Тип клетки, несущей маркер Функция CD 22 В-лимфоцит Ответственен за адгезию к эритроцитам, Т-клеткам, В-лимфоцитам, моноцитам и нейтрофилам CD 40 В-лимфоцит Участвует в В-клеточной активации, пролиферации и дифференцировке CD 16 Естественный киллер Активация антиген-зависимой комплемент- опосредованной цитотоксичности и цитокиновой продукции CD 56 Естественный киллер Активация цитотоксичности и цитокиновой продукции CD 94 Естественный киллер Ингибиция/активация цитотоксичности естественных киллеров CD11а/ CD 18 Моноциты, гранулоциты Адгезия (прилипание) лейкоцитов к эндотелию, адгезия лейкоцита к лейкоциту CD11b/ CD 18 Моноциты, гранулоциты Адгезия моноцитов и гранулоцитов к эндотелию, при воспалении фагоцитарный рецептор CD 45 Гранулоциты Рецептор для тирозинфосфатазы CD 64 Макрофаги Активация макрофагов CD 34 Стволовая клетка, комитированный колониеобразующий предшественник Прикрепление L-селектин + лимфоцитов к эндотелию сосудов, прикрепление стволовых гемопоэтических клеток к строме костного мозга Лимфоциты – это единственные клетки организма, способные специфически распознавать и различать разные антигены и отвечать активацией на контакт с определенным антигеном. При весьма сходной морфологии малые лимфоциты делятся на две популяции, имеющие различные функции и продуцирующие разные белки. Лимфоциты экспрессируют разные поверхностные молекулы, относящиеся к разным семействам, гены которых произошли, скорее всего, от нескольких исходных генов. Выделяют следующие основные маркеры: - суперсемейство иммуноглобулинов (включает молекулы, структурно подобные антителам – CD2, CD3, CD4, CD8, МНС I и II классов); - семейство интегринов -гетеродимерные молекулы, образованные α- и β-цепями. Существует несколько подсемейств интегринов, все они имеют общую β-цепь и каждый уникальную α-цепь. Так подсемейство β 2 -интегрины имеют β-цепь представленную CD18, с которым ассоциированы CD11а, CD11b, CD11с. Их комбинации образуют функциональные антигены 146 лейкоцитовLFA-1, Mac-1 (CR3), 150,95. У подсемейства β 1 -интегринов β-цепь представлена молекулой CD29, которая ассоциирована с другими пептидами и подсемейство включает маркеры поздней стадии активации – VLA; - селектины (CD62, E, L, P) экспрессируются лейкоцитами (L), активированными клетками эндотелия и тромбоцитами (Е, Р). Они обладают лектиноподобной специфичностью к разным сахарам в составе высокогликозилированных мембранных гликопротеинов (CD43); - протеогликаны (типичный CD44) – имеют ряд гликозамино- гликановых участков (для хондроитинсульфата), они связываются с компонентами внеклеточного матрикса (с гиалуроновой кислотой); - суперсемейство рецепторов фактора некроза опухоли (TNFα), фактора роста нервов – NGF; - суперсейство лектинов С-типа и др. Основная функция семейства маркерных молекул обеспечение связи лимфоцитов с их микроокружением, а также обеспечение миграции, адгезии и активации лимфоцитов. 3.1. Биология В-лимфоцитов У млекопитающих В-лимфоциты созревают в костном мозге. В- лимфоциты развиваются из стволовых клеток костного мозга (CD34). Первые этапы дифференцировки В-лимфоцитов проходят в костном мозге. Согласно современным представлениям, развитие В-лимфоцитов проходит стадийно от стволовой клетки к ранним и поздним предшественникам (про-В-лимфоцит, пре-В-лимфоцит, незрелая В-клетка) и, наконец, к зрелой клетке, и к В-клетке памяти (CD19 + CD5 - CD27 + CD45 - ). В табл. 3.2 показано развитие В- лимфоцитов по динамике изменения свойственных им клеточных маркеров Представленные данные указывают на стадийный характер дифференцировки В-клеток от стволовой клетки до зрелого В-лимфоцита. Судя по экспрессии клеточных маркеров, в ходе дифференцировки 147 происходит исчезновение одних, свойственных незрелым клеткам (CD34, CD43, В220, CD25) и появление других (CD20, CD21, CD22, CD54, CD79, CD80, CD86) на зрелых В-клетках. Фенотип зрелых В-лимфоцитов - CD3 - CD19 + HLA-DR + CD45 + Для ранних предшественников характерным является появление на поверхности клеточной мембраны прообраза В-клеточного антигенного рецептора, который на этой стадии развития представляет собой совокупность -цепи IgМ и легкой цепи неизвестного происхождения. Таблица 3.2. Динамика изменения клеточных маркеров В-лимфоцитов Этапы дифференци ровки Про/пре В-1 клетка Большая пре- В- клетка Малая пре- В- клетка Незрелая В- клетка Зрелая В- клетка 1. Маркеры дифферен- цировки CD19 В220 CD38 CD34, CD40, CD43, В220, CD25 CD40, CD43, CD19 CD19 CD40 CD21 CD22 CD80 CD86 CD54 CD79 CD40 CD19 CD20 2. Рецептор Пре-R Пре-R Пре-R sIgM sIgD sIgM 3. Динамика перестройки генов Ig Реанжировка Н цепи Ig Реанжировка L цепи Антиген Ig зависимая селекция Антиген- зависимая клональная экспансия Примечание: Про – наиболее ранний предшественник В-клетки; Пре – предшественник В- клетки; CD – кластер дифференцировки В-клетки; Пре-R – предшественник В-клеточного рецептора; SIgM, sIgD – поверхностные формы иммуноглобулинов M и D; Н цепи – тяжелые цепи иммуноглобулина; L цепи – легкие цепи иммуноглобулина. Селекция В-лимфоцитов происходит на ранних этапах их дифференцировки. Незрелые В-клетки, начинающие распознавать собственный антиген в костном мозге, подвергаются гибели, тогда как не реагирующие В-клетки остаются жизнеспособными и в дальнейшем поступают в периферические лимфоидные органы. Способность отвечать и не отвечать на «свой» антиген, зависит от репертуара В-клеточного рецептора, 148 разнообразие которого возникает во время реарранжировки генов этого рецептора. В-лимфоциты, после распознавания антигена, начинают пролиферировать, образуя клеточные клоны к каждому эпитопу антигена. Экспансия антигензависимых клонов свойственна зрелым клеткам. В- лимфоциты распознают антигены специфическими рецепторами иммуноглобулиновой природы, которые по мере созревания экспрессируются на их мембранах. Взаимодействие антигена с такими рецепторами является сигналом активации В-лимфоцитов, и их антигензависимой дифференцировки в плазматические клетки, активно продуцирующие и секретирующие специфические для данного антигена антитела- иммуноглобулины. В-клетки составляют 5-15% всех циркулирующих лимфоцитов и характеризуются поверхностными Ig, встроенными в клеточную мембрану и выполняющими функцию специфического антигенного рецептора. В- лимфоциты экспрессируют IgМ и IgD. Их антигенсвязывающие участки идентичны. Менее 10% В-лимфоцитов в периферической крови экспрессируют IgG, IgGА и IgЕ. Однако большинство этих лимфоцитов находится в специфичных для них областях. Например, IgА-несущие клетки в слизистой оболочке кишечника. Иммуноглобулины, ассоциированные с другими универсальными молекулами на поверхности В-лимфоцитов, образуют В-клеточный антигенспецифичный рецепторный комплекс. В-лимфоциты несут часть поверхностных маркеров, общих с другими клетками: рецепторы для иммуноглобулинов (Fc R), для компонентов комплемента (CR1), антигены гистосовместимости (МНС и классов). Уникальными поверхностными маркерами В-лимфоцитов являются: иммуноглобулиновые антигенраспознающие рецепторы (поверхностные иммуноглобулины), некоторые кластеры дифференцировки (CD) и рецепторы 149 В-клеточных митогенов. В-клеточный антиген-распознающий рецептор (IgR) состоит из мембранной формы IgD или IgM и ассоциированных с ними гетеродимеров CD19 и CD20, экспрессированных на всех В-лимфоцитах. С IgR в мембране В-лимфоцитов ассоциированы две трансмембранные молекулы CD79a и CD79b, участвующие в трансдукции сигнала, в которой участвуют и другие молекулы В-клеточной поверхности: CD19, CD20. Для выполнения функции антигенпрезентирующих клеток В-лимфоциты конститутивно экспрессируют МНС класса и костимулирующие молекулы В7.1 (CD80) и B7.2 (CD86), экспрессия которых усиливается при их активации. Все зрелые В-лимфоциты экспрессируют низкоаффинные рецепторы Fc R (CD32) для связывания IgG в составе иммунных комплексов или агрегатах. Если Fc-фрагмент IgG в составе иммунного комплекса связывается с CD32, а антиген в составе этого же комплекса связывается с IgR на той же В- клетке, то она инактивируется, т.е. CD32 может опосредовать негативную регуляцию В-лимфоцитов. В-лимфоциты могут отвечать пролиферацией на действие ряда митогенов, в том числе на действие бактериального липополисахарида (ЛПС). Однако в качестве стандартного В-клеточного митогена, как правило, используют митоген растительного происхождения «pokeweed mitogen» (PWM-митоген лаконоса), который с наибольшим постоянством индуцирует пролиферацию В-лимфоцитов. Поверхностные иммуноглобулиновые рецепторы В-лимфоцитов памяти принадлежат к различным изотипам за исключением IgM и IgD. Они локализуются преимущественно в периферических лимфоидных органах и экспрессируют высокий уровень CD44, опосредующей хоминг лимфоцитов в ткани. Особенностью В-клеток памяти является способность быстро отвечать на встречу с причинным антигеном пролиферацией, дифференцировкой в плазматические клетки и быстрым переключением на синтез IgG, IgA или 150 IgE, которые продуцируются в больших количествах и характеризуются высокой аффиностью. Для развития полноценного иммунного ответа (вторичного) бывает достаточно меньшей дозы антигена. В-лимфоциты памяти более чувствительны к действию активирующих цитокинов – продуктов Т-хелперов. Нарушения дифференцировки В-лимфоцитов могут быть результатом разных генетических дефектов или злокачественной трансформации В-клеток или их предшественников. Генетические дефекты проявляются вариабельными иммунодефицитами со снижением или отсутствием синтеза антител какого-либо класса или всех классов. Злокачественная трансформация В-лимфоцитов приводит к селективной пролиферации какого- то одного клона клеток и к продукции антител одного класса и одной специфичности. Такие случае описаны как «моноклональные гаммапатии» и проявляются также вариабельными иммунодефицитами. Примером генетического дефекта может служить агаммаглобулинемия Брутона, при которой обнаружен мутантный ген, кодирующий тирозинкиназу, необходимую для дифференцировки В-клеток. В результате предшественники В-лимфоцитов не могут дифференцироваться в зрелые В- лимфоциты. У таких больных отсутствуют зрелые В-лимфоциты, плазматические клетки и нет никаких иммуноглобулинов. Как правило, такие больные погибают в течение первого года жизни от сепсиса. Примером иммунодефицита – результата злокачественной трансформации В- лимфоцитов может служить множественная миелома, при которой в сыворотке больного появляется большое количество гомогенного белка – моноклонального IgG, секретируемого злокачественным клоном В-клеток. Избыток легких цепей Ig, продуцируемых теми же клетками, выводится через почки и выявляется в моче в виде белка Бенс-Джонса. Злокачественная трансформация проходит все стадии предшественника В-клеток, после чего трансформированное потомство дифференцируется в плазматические клетки, 151 не отвечая на обычные регуляторные сигналы. Клинические проявления множественной миеломы связаны с тем, что злокачественные плазматические клетки инфильтрируют нервную систему, костный мозг, почки и кости скелета. Параллельно развивается иммунодефицит, который проявляется снижением синтеза антител на разные антигены, в том числе на бактериальные антигены. Отсюда повышенная чувствительность к бактериальным инфекциям. Как установлено в настоящее время, в организме человека существует минимум 4 субпопуляции В-лимфоцитов, отличающихся по своему фенотипу, локализации, механизму дифференцировки и свойствам. Выделяют В-1, В-2 лимфоциты, лимфоциты селезенки: маргинальные (MZ), и фолликулярные (FO). В-2 (CD19 + CD5 - CD27 - CD45 + ) лимфоциты являются основной субпопуляцией продуцирующей высокоспецифичные антитела, они отвечают на различные белковые антигены, распознаваемые ими через специфические поверхностные Ig-рецепторы. Они нуждаются в помощи Th, распознающих антигенные пептиды в составе МНС II класса. Антитела, синтезируемые В-2 лимфоцитами, как правило, моноспецифичны (рис. 3.1). Это основная форма развития адаптивного иммунного ответа. В-1 (CD19 + CD5 + CD27 - CD45 + ) и лимфоциты MZ выполняют функции немедленной защиты от патогенов. Этому способствует локализация В-1 лимфоцитов в брюшной и плевральной полостях организма, а MZ-В- лимфоцитов в маргинальной зоне селезенки. Они совместно обеспечивают ранний иммунный ответ на Т-независимые антигены. Основным изотипом антител являются IgМ, но имеет место и образование IgG3 (особенно при вирусных инфекциях) и IgА в мукозальном слое кишечника. В-1 и лимфоциты MZ относят к системе врожденного иммунитета. В ряде ситуаций активации В-1 клеток может способствовать образованию пула аутореактивных клеток, могущих быть индукторами аутоиммунных 152 процессов. CD5 + В клетки играют существенную роль в образовании аутоантител. Рис.3.1. Пролиферация В-лимфоцитов и секреция моноспецифичных антител (по Д. Мейл, Дж. Бростофф, 2007) Фолликулярные В-клетки (FO) в отличие от других В-лимфоцитов способны к незначительной рециркуляции в лимфе, слабо обеспечивают развитие Т-независимого и Т-зависимого ответов, синтезируют преимущественно изотипы IgG1, обладают слабой пролиферацией в ответ на ЛПС. 153 В-лимфоциты активируются антигеном при участии IL-4, затем они пролиферируют в ответ на интерлейкин 5 и превращаются в плазматические клетки под действием интерлейкина 6, который дает терминальный сигнал дифференцировки В-лимфоцитов. Вопросы для самоконтроля 1. Назовите основные универсальные и уникальные рецепторы В- лимфоцитов. 2. Перечислите стадии созревания и дифференцировки В-лимфоцитов. 3. Охарактеризуйте субпопуляцию В-лимфоцитов. 3.2. Биология Т-лимфоцитов Популяция Т-лимфоцитов получила свое название в связи с их дифференцировкой в тимусе. Маркером Т-лимфоцитов служит Т-клеточный рецептор (TCR). Существует два типа клеточных рецептора: - гетеродимер из полипептидных цепей α и β, соединенных дисульфидными связями; - сходный гетеродимер, но образованный γ- и δ-цепями. Оба рецептора ассоциированы с полипептидами CD3-комплекса, образуя с ним рецепторный комплекс Т-клетки. Примерно 90-95% Т- лимфоцитов в периферической крови это αβТ-лимфоциты и только 5-10% - γδТ-клетки. αβТ-клетки разделяются на две основные субпопуляции – CD4 + , обеспечивают развитие Т-клеточного иммунного ответа и называются Т- хелперами; другая CD8 + – являются преимущественно цитотоксическими. CD4 + Т-лимфоциты распознают специфические антигена в ассоциации с молекулами МНС II класса, а CD8 + в ассоциации с молекулами МНС I класса. Незначительная часть αβТ-лимфоцитов не экспрессирует ни CD4 + , ни CD8 + , такие клетки обладают регуляторными функциями. 154 Субпопуляция CD4 + -лимфоцитов подразделяется на две субпопуляции Th1 и Th2, которые различаются по продукции цитокинов и соответственно по особенностям развития Т-клеточного иммунного ответа. Th1 продуцируют IL12, IFNγ, IL-2, обеспечивают активацию цитотоксических лимфоцитов и поэтому их преимущественная роль в защите макроорганизма от внутриклеточно паразитирующих микроорганизмов. Они поддерживают аутоиммунитет. Th2-клетки синтезируют IL-4, IL5, IL-10, IL-6, TGFβ. Т- хелперы 2 типа (Th2), способны активировать специфические В-лимфоциты к продукции соответствующих по специфичности антител-иммуноглобулинов. Антитела, в свою очередь, могут участвовать в различных способах элиминации инфекционных агентов. Th2 обеспечивают защиту хозяина от глистных инвазий, грибов, участвуют в реакциях ГНТ. В настоящее время установлено, что IL-1 и IL-6 способствуют дифференцировке CD4 + Т-клеток в Th17, а IL-2 и IL-23 модулируют дифференцировку Th17, которые продуцируют IL-17, IL-21, IL-22. Т хелперы памяти продуцируют IL-17. Th17 обеспечивают защиту хозяина от внеклеточно паразитирующих микроорганизмов, поддерживают механизмы воспаления и аутоиммунитет. В структуре Т-лимфоцитов различают естественные регуляторные Т- лимфоциты. Функции естественных регуляторных Т-лимфоцитов: поддерживают Толерантность к аутоантигенам, подавляют иммунный ответ против опухолевых клеток, трансплантационных антигенов, инфекционных патогенов. Их избыток приводит к росту опухоли, персистенции инфекции; недостаток – к аутоиммунным и аллергическим заболеваниям, развитию трансплантационных реакций, патологии беременности. Количественное содержание CD4 + CD25 + регуляторных Т-клеток в периферической крови здоровых доноров следующее: CD4 + CD 25 + – 5-10%; CD4 + CD25high + – 0,5- 3%; CD4+Foxp3 – 0,5-3,5%. Выявленная функциональная активность регуляторных Т-клеток in vitro: анергичны (не отвечают пролиферацией на 155 стимуляциию антигенами и митогенами); обладают супрессорной активностью: ингибируют пролиферацию CD4 + CD25 - – и CD8 + Т-клеток и продукцию Th1/Th2 цитокинов; удаление этих клеток приводит к усилению пролиферативного ответа Т-лимфоцитов; реализуют супрессорную активность при активации через TCR. Так, в частности у больных с прогрессирующим течением туберкулёза легких с реактивным течением сохраняется пролиферация мононуклеаров крови на очищенный туберкулин, а с анергичным течением выявлено снижение пролиферации мононуклеаров на очищенный туберкулин в 2 и более раза. При беременности количество CD4 + CD25 + и особенно CD4 + CD25 + ,high + – клеток адекватно отражает изменения регуляторных Т- клеток и может быть использовано в качестве иммунологического критерия благоприятного и осложненного течения беременности. При инфекционно-воспалительных заболеваниях CD4 + CD25 + ,high + – клетки могут включать активированные Т-лимфоциты, поэтому дополнительными критериями увеличения регуляторных Т-клеток служит снижение пролиферативной активности мононуклеаров крови и наличие обратной зависимости между пролиферацией и количеством CD4 + CD25 + ,high + – клеток . Для выявления регуляторных Т-клеток при онкопатологии, а также в культуре in vitro более оптимальным подходом является определение CD4 + Т- клеток с внутриклеточной экспрессией фактора транскрипции Foxp3. Также в настоящее время выделяют еще один тип Тreg – регуляторные Т-лимфоциты индуцированные антигеном. Они также экспрессируют CD25, образуются из Т-клеток фенотипа – CD25 - , CD4 + . Свой супрессивный эффект они обеспечивают за счет продукции цитокинов TGFβ и IL-10. Основное место локализации γδТ-клетокэпителий слизистых оболочек. Почти все внутриэпителиальные лимфоциты экспрессируют CD8 + , а 156 большинство циркулирующих в периферической крови γδТ-клеток этого маркера не имеют. Они способны распознавать низкомолекулярные продукты бактериальных и вирусных агентов из-за особого репертуара Т-клеточного рецептора. гдТ-клетки играют важную роль в защите слизистых оболочек макрорганизма от инфекционных агентов любой природы. Они способны различать антигены без участия молекул МНС. К вспомогательным Т-клеткам относятся NKT-лимфоциты, которые инициируют Т-клеточный ответ, действуют как средство связи между врожденным и адаптивным иммунитетом. Считается, что NKT-лимфоциты способны регулировать иммунный ответ (функции дендритных клеток) посредством продуцируемых цитокинов (в частности IL-10). К основным характеристикам NKT-клеток необходимо отнести то, что они совмещают маркеры и свойства Т- и NK-клеток. Они экспрессируют рецепторные молекулы Т- и NK-клеток. Мембранный фенотип NKT-клеток выглядит следующим образом: CD3 - TCR + CD4 + /CD8 - NK1.1(CD161c) + NKG2/CD94 + NKG2D + CD56 + . Разнообразие TCR в NKT-клетках ограничено. NKT-клетки развиваются в тимусе. На их долю приходится 0,5% от числа тимоцитов и 5% от числа эмигрантов из тимуса. В периферическом отделе иммунной системе мышей их распределение таково: кровь, лимфатические узлы – 0,5%, селезенка – 2,5%, печень – 30%. У человека все цифры ниже почти в 10 раз. Распределение NKT-клеток обусловлено особенностями экспрессии хемокиновых рецепторов: они слабо экспрессируют CCR7 и сильно CXCR6 (его лиганд CXCL16 секретируется клетками синусоидов печени). Функция NKT-клеток реализуется через цитолиз перфоринового типа и секрецию IFN , IL-4, IL-13. Показана эффекторная функция NKT-клеток в антибактериальной защите. Предполагается их участие в противовирусной и противоопухолевой защите. Обосновано участие NKT-клеток (в качестве регуляторных клеток) в ограничении иммунных, воспалительных процессов и аутоиммунной патологии. |