Иммунология. Основы медицинской иммунологии. Учебное пособие Рекомендовано Ученым советом Военномедицинской академии имени С. М. Кирова для курсантов и студентов
 Скачать 7.86 Mb.
|
|
Защита от инфекций на клеточном уровне. Многие микроорганизмы способны к жизни внутри клеток-хозяев вне досягаемости гуморальных антител. Чтобы справиться с подобной ситуацией возникла совершенно обособленная система приобретенного иммунитета, основанная на функционировании отдельной субпопуляции Т-лимфоцитов, которые дифференцируются в тимусе. Внутриклеточные микроорганизмы, такие как M. tuberculosis, хламидии, микоплазмы, возбудители проказы, растут и размножаются внутри макрофагов. Они, защищаются от механизмов уничтожения, подавляя слияние фагосом с лизосомами, образуя наружную оболочку или выходя из фагосом в цитоплазму. Эти бактерии уничтожаются специфическими лимфокин-продуцирующими Т-хелперами. При контакте с зараженными макрофагами они выделяют IFN , который активирует синтез токсических метаболитов кислорода и запускает другие механизмы уничтожения микроорганизмов. 245 В процессе эволюции образовалась субпопуляция цитотоксических Т- лимфоцитов. Эти клетки отличаются очень широкой специфичностью, поскольку клонально экспрессируют многочисленные поверхностные рецепторы, сходные с таковыми Т-лимфоцитов, но не идентичные им. Каждый цитотоксический Т-лимфоцит запрограммирован на синтез рецепторов определенной специфичности и, подобно, Т-хелперам распознают антиген только в комплексе с клеточным маркером, молекулами МНС класса Отбор и активация Т-хелперов происходят после контакта с антигеном. Затем они проходят стадию клональной экспансии и превращаются в зрелые Т-хелперы и цитотоксические Т-эффекторы, а также формируют обширную популяцию клеток памяти. Некоторые бактерии, избегая фагоцитоза, окружают себя капсулой, секретируют экзотоксины, убивающие фагоциты или подавляют воспалительную реакцию. Они заселяют относительно недоступные для иммунной системы участки организма. Макроорганизм отвечает продукцией антител, которые нейтрализуют токсины, активируют комплемент непосредственно на поверхности бактерий и преодолевают антифагоцитарные свойства капсулы, опсонизиуют ее с помощью IgG и С3b. IgА подавляет адгезию бактерий к клеткам слизистых оболочек. IgЕ, связанные с тучными клетками, могут стимулировать привлечение протективных IgG, комплемента, полиморфноядерные лейкоциты, вызывая острую воспалительную реакцию. Специфические антитела образуются дифференцированными в костном мозге В-лимфоцитами. Каждый В-лимфоцит запрограммирован на образование антител только одной специфичности. Молекулы этих антител экспрессируются на поверхностной мембране лимфоцитов и функционируют как рецепторы. На поверхности каждого лимфоцита экспрессируется около 10 5 молекул антител. 246 Антиген, попадая в организм, соединяется только с теми рецепторами, которые ему в точности соответствуют. Лимфоциты, связавшие антиген, получают пусковой сигнал и дифференцируются в плазматические клетки, продуцирующие антитела. Лимфоциты, сенсибилизированные антигеном, последовательно проходят несколько стадий пролиферации и формируют большой клон плазматических клеток, которые будут синтезировать антитела только той специфичности, на которую был запрограммирован лимфоцит- предшественник. Благодаря этому механизму клональной селекции антитела могут накапливаться в достаточно высокой концентрации, чтобы эффективно бороться с инфекцией. При вторичном контакте с антигеном организм отвечает более быстрой и эффективной продукцией антител, что является результатом «настройки» или примирования антителообразующей системы. Интенсивность ответа, осуществляемого популяцией примированных лимфоцитов, возрастает главным образом, за счет увеличения числа клеток, способных воспринимать антигенный стимул. Механизм развития противобактериального иммунитета зависит от состояния факторов, направленных на различные стадии Фагоцитоза. Факторы защиты на 1-м этапе взаимодействия паразит-хозяин и профилактика заражения могут быть представлены следующим образом: 1. Мукозный иммунитет: - IgА, - фагоциты, - антитела, - Т-лимфоциты, NK-клетки, - гликопротеиды слизи + рецепторы к микробным адгезинам. 2. Системный иммунитет: - неспецифические гуморальные факторы, - фагоциты, NK-клетки, 247 - «нормальные» антитела; 3. Профилактика заболевания: - фагоциты, NK-клетки, К-клетки, - Т-лимфоциты, - В-лимфоциты, - специфические антитела, - гуморальные неспецифичекие факторы. В отношении конкретных инфекций определяющую роль играют отдельные иммунологические факторы, от их функционального состояния зависит распространение или локализация и ликвидация конкретного инфекционного процесса. Таблица 5.1. Факторы иммунитета, играющие роль в исходе инфекционных заболеваний Факторы Примеры инфекций Гранулоциты, антитела Стафилококковая, стрептококковая, гонорея Моноциты, антитела Хламидиозы, риккетсиозы, микоплазмозы Антитела Токсикоинфекции, (анаэробные, дифтерия, холера) Моноциты, антитела, Т-лимфоциты Кандидозы, сифилис, сальмонеллез, листериоз, вирусные инфекции Моноциты, Т-лимфоцты Туберкулез, листериоз, кокцидиоидоз Возбудители пиогенных инфекций (стафилококки, стрептококки, менингококки, гонококки, гемофильные палочки, клебсиеллы и др.) имеют капсулы, которые угнетают фагоциты и опсонины, усиливающие действие фагоцитов. Как правило, возбудители, будучи фагоцитированными микроорганизмы погибают в полиморфнонуклеарах. Лимфоциты и макрофаги в защите против таких бактериальных агентов решающую роль здесь не играют. Микроорганизмы в процессе взаимосвязанной эволюции паразитов и организма хозяина приобрели разные способы избегания иммунной защиты. 248 Однако разнообразие механизмов специфического иммунного ответа позволяет в большинстве случаев преодолеть патогенность, агрессивность, инвазивность или токсичность возбудителей. Внеклеточные бактерии пытаются избежать фагоцитоза (наличие капсулы), секретируют экзотоксины, убивающие фагоциты и подавляющие воспаление, ингибируют систему комплемента. Антитела преодолевают эту стратегию за счет нейтрализации токсинов, увеличения депозиции комплемента на поверхности бактерий, опсонизации бактерии к фагоцитозу путем присоединения Ig и СЗb. IgA ингибируют адгезию бактерий и могут опсонизировать их. Бактерии, способные размножаться в клетках, избегают внутриклеточной гибели, блокируя кислородзависимую бактерицидную активность макрофагов, ингибируя слияние лизосом с фагосомами, синтезируя устойчивую клеточную стенку или перемещаясь из фагосом в цитоплазму. Против них более эффективен клечочно-опосредованный иммунитет: специфически сенсибилизированные Th секретируют цитокины, активирующие макрофаги к продукции N0, активных форм кислорода и другие микробицидные механизмы. Вопросы для самоконтроля 1. Каковы особенности развития иммунного ответа по Th1-типу? 2. Каковы особенности развития иммунного ответа по Th2-типу? 3. Какова роль факторов иммунной защиты в зависимости от патогенеза возбудителя? 5.2. Иммунитет к вирусам Особенности противовирусного иммунитета связаны с облигатным внутриклеточным паразитизмом вирусов. Антитела нейтрализуют свободные вирусы в кровяном русле, IgA и интерфероны защищают во входных воротах, 249 антитела предупреждают реинфекцию, вирусы внутри клеток-мишеней атакуются CTL, так как инфицированные клетки экспрессируют вирусные пептиды в комплексах с МHC I, которые распознаются TCR на СD8 + Т- лимфоцитах. Цитотоксические Т-клетки распознают нативные белки вирусной оболочки на поверхности клетки-мишени. Цитотоксической активностью против вирусинфицированных клеток-мишеней обладают активированные ЕК. Активированные Т-лимфоциты и макрофаги продуцируют IFNγ и TNFα, способствующие формированию клеточного зашитого барьера. Они превращают соседние клетки в непригодные для репликации вируса, повышают цитотоксичность ЕК для инфицированных клеток. Запуск специфического иммунного ответа на инфекционный антиген происходит при встрече наивных Т-клеток, несущих соответствующий TCR, с комплексом антигенный пептид/МНС на поверхности АПК. Это событие происходит в лимфоузле, селезенке или МАЛТ в зависимости от путей проникновения и распространения возбудителя в организме. Патогенные микроорганизмы и их антигенные компоненты различаются по способности взаимодействовать с ДК, макрофагами, ЕК или с СD4+Т-клетками, что влияет на баланс цитокинов и на выбор направления дифференцировки СD4+Т- лимфоцитов. Специфически примированные Th1 взаимодействуют с процессированным антигеном вирусов или других внутриклеточно паразитирующих микроорганизмов и присутствующим на поверхности инфицированных макрофагов в комплексах с МНСІІ. Это ведет к активации Th1 и к секреции цитокинов (IFNγ), активирующих макрофаги, которые повышают их способность убивать фагоцитированные микроорганизмы за счет усиленной продукции нитроксидных и других микробицидных радикалов. При персистенции инфекции развивается хроническое воспаление, которое часто морфологически проявляется формированием гранулемы. В центре гранулемы сконцентрированы макрофаги, их слияние приводит к образованию гигантских 250 клеток. Макрофаги окружены активированными Т-лимфоцитами, среди которых обнаруживаются Th1 и Th2, возможно для взаимной регуляции их активности. К числу ранних событий в очаге хронического иммунного воспаления относится усиление синтеза адгезионных молекул VCAM-1 и ICAM-1 на эпителиальных клетках. Это позволяет Т-клеткам памяти двигаться в очаг инфекции благодаря наличию VLA-4 и LFA-1 хоминг-рецепторов. TNF усиливает экспрессию адгезионных молекул и приток Т-лимфоцитов памяти в очаг инфекции. CCL Хемокины (МСР, MIP, RANTES) обеспечивают приток новых макрофагов и Т-лимфоцитов. Макрофаги с внутриклеточными паразитами активируются цитокинами: IFNγ, GM-CSF, IL-2, TNFα с повышением их микробицидности (р ис.5.8 ). Рис.5.8. Роль интерферонов в ингибировании репродукции вирусов. (по Д. Мейл, Дж. Бростофф, 2007) Специфический иммунный ответ с доминированием Th1 эффективен при защите от микроорганизмов, если ведет к очищению от них. Если же инфекция персистирует, хронически текущий Thl-ответ ведет к разрушению тканей в очаге иммунного воспаления. Резко «поляризованный» Th1-ответ не всегда обеспечивает противомикробную 251 защиту. В случаях эффективного противомикробного Th1-опосредованного ответа, который ведет к освобождению от возбудителей, возможно переключение на Th2, которые в этом случае выполняют супрессорную функцию. Отмечено, что в печени больных хроническим вирусным гепатитом С превалируют Th1, а при хроническом вирусном гепатите В большинство лимфоцитов, инфильтрирующих печень, идентифицированы как Тh0, способные продуцировать Th2-цитокипы с небольшой примесью IFNγ. Особенности развития противовирусного иммунного ответа связаны с биологией вирусов. Для вирусной инфекции характерны следующие особенности: - возможна трансформация вирулентного вируса в онкогенный (мутабельность ДНК); - как правило, имеется большое количество серовариантов вируса; - вирус способен встраивать в свою мембрану антигены клеток хозяина (своеобразная маскировка); - вирус распространяется в организме различными способами: гематогенным, лимфогенным, из одной клетки в другую (per cantinintatum), образовывать синцитий (слой слившихся клеток – симпласт); - возможно распространение вируса по вертикали; - вирусы высоко устойчивы к действию антител (белки комплемента лизируют мембрану вируса); - вирусы кодируют гликопротеины, взаимодействующие с антителами через Fc-фрагмент, т.е. обладают FcγR-активностью, которая нарушает активацию комплемента и блокирует действие противовирусных антител; - некоторые вирусы продуцируют короткие отрезки РНК, которые конкурируют за протеинкиназу и тем самым подавляют активацию этого фермента и ингибируют эффекты интерферонов; 252 - ряд вирусов подавляет перенос молекул МНС I класса на плазматическую мембрану клетки, тем самым способствуя уходу от распознавания цитотоксическими Т-лимфоцитами; - отдельные вирусы обладают генами белков, гомологичными цитокиновым рецепторам или даже самим цитокинам; - ряд вирусов кодирует белки, которые обладают аналогичными эффектами IL-10; - очень важны секреторные антитела против поверхностных белков вируса; - вирус в организме пребывает в разных состояниях: в ядре клеток, на мембране, в цитоплазме, в крови; - очень велика роль NK-клеток в противовирусном иммунитете, они активируют антитела; - только для вирусных инфекций характерна значительная роль интерферона, который делает клетки устойчивыми к вирусу (синтезирует в клетке белок, блокирующий вирусную нуклеиновую кислоту); - очень многие вирусы тропны к клеткам иммунной системы, если вирус размножается, клетка гибнет, если клетка вначале активируется, то осуществляется выброс цитокинов; - некоторые белки вируса активируют Т-лимфоциты, обладающие супрессивным действием, т.е. подавляют иммунный ответ и на этом фоне вирус размножается; - пусковым моментом к размножению вируса является активация (деление) клетки, реплицирующийся вирус «обгоняет» делящуюся клетку и вызывает ее гибель; - вирусы поражают клетки эндокринной и иммунной систем, что, в конце концов, приводит к запуску иммунного ответа на собственные клетки организма, т.е. являются индукторами аутоиммунного процесса. В развитии вирусных инфекций возможны три варианта иммунного ответа, в зависимости от местонахождения вируса. Первый вариант – «вирус 253 свободен». В этом случае в первую очередь работают неспецифические факторы. Интерферон вызывает образование протективных белков и в клетке вирус не может размножаться. Основными противоинфекционными факторами в этой ситуации являются: «нормальные» антитела, комплемент, NK-клетки, фагоцитоз. Второй вариант – «вирус сидит на мембране клетки» В этом случае основными факторами противоинфекционной защиты будут: NK-клетки, «нормальные» антитела, комплемент, фагоцитоз (моноциты). Если произошел иммунный ответ, то присоединяются Т-киллеры. При третьем варианте – «вирус в клетке» эффективны те же факторы, что и при втором, но к ним присоединяются специфические антитела. Примеры динамики основных факторов в противовирусном иммунном ответе представлены в табл. 5.2. Вирусные инфекции (грипп, парагрипп, папилломавирусные инфекции и др.) приводят к морфологическим изменениям на клеточном и субклеточном уровнях. Так при электронномикроскопическом исследовании клеток периферической крови обнаружены изменения форм, конфигураций эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов, а также деструктивные изменения органелл лимфоцитов и тромбоцитов. Кроме того обнаружены вирусные частицы и включения в этих популяциях клеток, а также в альвеолярных макрофагах и эпителиоцитах бронхиального дерева, тонкой и толстой кишки. Деструктивные изменения органелл при вирусных инфекциях имеют свои особенности: они в основном касаются гранулярного эндоплазматического ретикулума, элементов комплекса Гольджи и парануклеарной области. Все это свидетельствует о том, что при вирусных инфекциях имеются нарушения метаболического и деструктивного характера клеток. 254 Таблица 5.2. Динамика основных иммунных факторов при развитии противовирусного иммунного ответа Инфекция Клетки-мишени иммунной системы Т-клетки В-клетки Макрофаги Комплемент Хронические вирусные инфекции Норма Увеличение уров- ней всех классов иммуноглобулинов Снижение хемотаксиса Увеличение концентрации Острые вирусные инфекции Снижена реакция на ФГА В норме или их ко- личество незначи- тельно снижено Норма Норма Краснуха Количество Т-лф снижено, реакция на ФГА снижена Снижены уровни иммуноглобулинов. Нет ответа на иммунизацию Норма Норма Корь Транзитная супрессия на ГЗТ Количество клеток и уровни иммуноглобулинов в пределах нормы Норма Норма Цитомегалови- русная инфекция Специфический ответ на CMV Увеличены уровни IgМ и IgА Вариабельно Вариабельно Эпштейна-Барр Количество клеток с фенотипом CD4 снижено, снижена реакция на ФГА, увеличено количество клееток с фенотипом CD8 Уровни иммуноглобулинов могут быть увеличены или снижены, количество В- клеток увеличено Норма Норма Лепра Реакции ГЗТ сниже- ны, количество Т- лимфоцитов снижено Увеличено количество В- клеток Вариабельно Вариабельно Роль интерферонов в противовирусном иммунитете. Инфицированные вирусом клетки вызывают синтез IFNα/γ. Под действием интерферонов активируются защитные механизмы соседних клеток, обеспечивая устойчивость к вирусной инфекции. Активация затрагивает гены белков, обладающих противовирусной активностью. Это протеинкиназа, которая фосфорилирует α-субъединицу и в результате блокирует синтез вирусных белков и олигоаденилатсинтетаза активирует латентную в обычных условиях эндонуклеазу, которая способна разрушать вирусные РНК. Кроме 255 того существуют и другие механизмы. Так белок Мх (продукт активированного α или β-интерферонами гена Мх) угнетает первичную транскрипцию генов вируса гриппа, но почти не действует на другие вирусы. IFNγ, кроме ингибирования размножения вируса в клетках, усиливает специфический иммунный ответ, стимулируя повышенную экспрессию молекул МНС класса I и II, также активирует макрофаги и NK-клетки. Нормальные киллеры лизируют клетки инфицированные вирусом. Активированные NK-клетки являются главным эффекторнвм механизмом сопротивления герпесвирусной инфекции. При уменьшении их активности наблюдается повышенная восприимчивость к цитомегаловирусу. Интенсивность поражения клеток-мишеней вирусом находится в обратной зависимости от уровня экспрессии молекул МНС I класса (ряд вирусов подавляют эту экспрессию). Защитные механизмы с участием Т- и В-клеток. При отсутствии Т -клеток организм хозяина восприимчив к вирусной инфекции. Так у бесТимусных мышей с отсутствием Т-клеток вирус простого герпеса, введенный в кожу, проникает в ЦНС и вызывает гибель животных. Т-клетки участвуют в формировании противовирусного иммунитета несколькими путями. CD4 + -лимфоциты способствуют переключению изотипов антител и индукции цитотоксических CD8 + -клеток, а также привлечению макрофагов в очаг вирусной инфекции и их активации. Макрофаги являются основными продуцентами ключевых цитокинов в ответ на вирусную инфекцию – IFNγ и TNFα, необходимых для эффективной элиминации вируса из организма. Цитотоксические CD8 + -клетки являются главной Т-клеточной системой для осуществления противовирусного иммунологического надзора, т.к. фактически все клетки способны экспрессировать молекулы МНС I класса, с которыми взаимодействует CD8 + |