Иммунология. Основы медицинской иммунологии. Учебное пособие Рекомендовано Ученым советом Военномедицинской академии имени С. М. Кирова для курсантов и студентов
 Скачать 7.86 Mb.
|
|
Глава 2. КЛЕТОЧНЫЕ И ГУМОРАЛЬНЫЕ ФАКТОРЫ ВРОЖДЕННОГО ИММУНИТЕТА 2.1. Клеточные антиген-неспецифические факторы Стволовые клетки. В настоящее время в мире наблюдается огромный интерес к стволовым клеточным элементам. И это представляется вполне оправданным, ибо при целом ряде патологий, трансплантация стволовых кроветворных клеток (СКК) является единственно возможной помощью. Реальными источниками СКК у человека для практического применения являются костный мозг и периферическая кровь, возможно применение СКК из пупочной вены и плаценты, из печени эмбрионов человека, из желточного мешка, из парааортальной области и из циркулирующей крови у эмбрионов. Они обладают целым рядом преимуществ по своим характеристикам перед СКК взрослого организма. Наиболее перспективным источником СКК следует считать эмбриональные стволовые клетки (ЭСК), которые являются онтогенетическими предшественниками СКК. Признанным маркером для СКК является молекула CD34, она не регистрируется на ЭСК. Обладая адгезивными свойствами, CD34 характеризует способность СКК дифференцироваться в направлении кроветворных клеток. Литературные данные свидетельствуют о том, что ЭСК могут дифференцироваться в клетки практически всех тканей организма, а СКК дифференцируются в кроветворные клетки. Ряд различий, имеющихся между ЭСК и СКК скорее может свидетельствовать об изменениях, необходимых для процесса адаптации клеток к меняющимся условиям микроокружения. Так, например, показано, что протеин-4 костного морфогенеза является необходимым фактором усиления дифференцировки ЭСК обезьян в СКК. Не исключено, что и во взрослом организме существуют субпопуляции стволовых клеток, для которых 40 этот фактор также будет выполнять роль регулятора дифференцировки, хотя он, и не оказывает влияния на зрелые СКК. Естественно, механизм (или механизмы) дифференцировки ЭСК в СКК остается невыясненным. Теоретически она возможна. Система дендритных клеток. Впервые дендритные клетки (ДК) были открыты немецким ученым Лангергансом в 1868 г. в коже. Однако в 1973 г. R. Steinman и Z. Connо обнаружили подобные клетки в селезенке мыши и определили их как новый тип лимфоидных клеток, характеризующихся наличием многочисленных цитоплазматических отростков, низкой плотностью, высокой подвижностью и способностью индуцировать мощный иммунный ответ. В настоящее время установлено, что ДК происходят из костномозговых предшественников миелоидного и лимфоидного ряда и до встречи с АГ находятся в незрелом состоянии. Захватывая и процессируя АГ, они проходят стадию созревания и мигрируют в лимфатические узлы и селезенку, где выполняют АГ- представляющую функцию. ДК образуют функционально единую систему морфологически сходных клеток, распределенных по всему организму. Наиболее многочисленны их популяции в слизистых оболочках и коже (входные ворота поступления АГ), а также в органах иммунной системы (область наиболее активного представления АГ). Основной морфологический признак ДК – наличие многочисленных длинных (>10 мкм) и подвижных цитоплазматических отростков, что послужило основанием для названия клеток (греч. dendron – дерево). Отростки образуются в процессе активации и дифференцировки ДК и в зависимости от типа ткани, окружающей клетки, могут быть самой разнообразной формы – нитевидными, в виде пластин (вуали) или луковичных псевдоподий. В настоящее время выделяют 4 иммунофенотипически и функционально отличающихся друг от друга типа ДК. Показано, что ДК образуются преимущественно в красном костном мозге из предшественников миелоидного ряда или в тимусе из лимфоидных предшественников. Предшественники ДК обнаружены также в периферической и пуповинной крови человека. 41 Стволовая кроветворная клетка (СКК), несущая кластер дифференцировки CD34 + , дифференцируется в два независимых полипотентных предшественника миелоидного ряда – CD34 + CLA + и CD34 + CLA - , которые дают начало предшественникам CD14 - CDla + и CD14 + CDla - соответственно. Предшественник CD14 - CD1а + даёт начало клеткам Лангерганса (КЛ, эпидермальные ДК). КЛ локализуются в коже выше базального слоя пролиферирующих кератиноцитов и ассоциированы с нервными окончаниями. В 1 мм 2 кожи человека содержится примерно 10 3 таких клеток. Кроме того, КЛ обнаружены в эпителии полости рта, пищевода, кишечника, репродуктивного тракта и дыхательных путей. Основное назначение КЛ – захват АГ и их представление Т-клеткам в Т-зависимых зонах регионарных лимфатических узлов. Интерстициальные дендритные клетки. Предшесвенник CD14 + CD1а - дифференцируется в моноциты/макрофаги и гранулоциты, а около 1% этих предшественников дают начало интерстициальным ДК (ИДК). Дифференцировке в ДК, а не в гранулоциты, способствуют такие цитокины, как ГМ-КСФ, ИЛ-4, ИЛ-6. При этом ИЛ-13 и ИЛ-7 могут в 2 раза усиливать эффект ИЛ-4, а фактор некроза опухоли α (ФНОα) и CD40L блокируют образование гранулоцитов и стимулируют окончательные этапы созревания ДК. ИДК обнаружены в интерстиции практически всех органов, где они локализуются преимущественно вблизи кровеносных сосудов и нервных окончаний. Показано наличие ИДК в интерстиции печени, сердца, легких, а также коркового вещества почек, в склере, радужной оболочке и роговице глаза. ИДК содержатся в интерстиции скелетных мышц и некоторых других тканей опорно-двигательного аппарата. ИДК присутствуют и в органах эндокринной системы – щитовидной железе, надпочечниках и островках Лангерганса поджелудочной железы, где происходит двустороннее взаимодействие эндокринных и иммунных клеток. Гормоны, синтезируемые эндокринными 42 клетками, регулируют функции ДК. ИДК, как и все ДК миелоидного происхождения, выполняют АГ-представляюшую функцию. Дендритные клетки лимфоидного происхождения. Тимические (интердигитальные) дендритные клетки. ДК лимфоидного происхождения образуются в тимусе из унипотентного предшественника Т-лимфоцитов CD38dim (CD11с - ) под действием таких цитокинов, как ИЛ-1β и ФНОα. ИЛ-7, ИЛ-3, CD40L также увеличивают продукцию этого типа ДК. Такие ДК называются тимическими (ТДК), они локализуются в мозговом слое тимуса и экспрессируют высокий уровень молекул главного комплекса гистосовместимости (МНС) I и II классов. Фолликулярные дендритные клетки. ФДК в отличие от остальных ДК происходят предположительно не из костномозговых предшественников, а из аутохтонных клеток. ФДК, на них отсутствует общий лейкоцитарный маркер CD45, и они экспрессируют на своей поверхности все известные рецепторы комплемента. ФДК не способны ни к фагоцитозу, ни к иному способу переноса АГ внутрь клетки. Они связывают, и длительное время удерживают комплексы АГ – AT с помощью Fc-рецепторов и рецепторов компонента СЗ комплемента на поверхностной мембране. Дендритные клетки крови. CD34 + CLA + - и СО34 + СLА - – предшественники ДК миелоидного ряда недавно обнаружены и в периферической крови человека. Под воздействием таких факторов, как липополисахарид (компонент стенки микроорганизмов), ИЛ-6 и ГМ-КСФ, эти предшественники распределяются по различным тканям, где они также дают начало эпидермальным и интерстициальным ДК. Незначительная часть ДК миелоидного ряда может образовываться из предшественников непосредственно в крови. ДК периферической крови составляют менее 0,1% от всех клеток белой крови. Функциональная значимость ДК, циркулирующих в крови, заключается в распознавании и захвате АГ. Дендритные клетки в ЦНС. Имеются данные, свидетельствующие о том, что нарушения в функционировании ДК могут способствовать развитию как 43 иммуновоспалительных реакций в ЦНС, включая рассеянный склероз, так и неопластических процессов. Таким образом, иммунофенотипически и функционально различающиеся типы ДК, образующиеся из разных гемопоэтических предшественников и локализующиеся в разных тканях организма, образуют единую систему клеточных популяций, распознающих и представляющих АГ Т- и В-лимфоцитам для индукции иммунного ответа на чужеродные АГ или создания толерантности к ауто-АГ. Функции зрелых дендритных клеток. Зрелые ДК миелоидного происхождения не только представляют АГ наивным Т-клеткам, индуцируя сильный Т-клеточный ответ, но и отвечают за поддержание баланса между Т- хелперами 1-го (Txl) и 2-го (Тх2) типов. Кроме того, ИДК способны стимулировать покоящиеся В-клетки к продукции AT, a при определенных обстоятельствах могут способствовать переключению изотипа иммуноглобулинов в В-клетках. Основной функцией ФДК является поддержание жизнеспособности, роста и дифференцировки активированных В-клеток. Тимичсские и интердигитальные ДК отвечают за индукцию центральной и периферической толерантности к ауто- АГ. Моноциты/макрофаги.В 1969 г. была сформулирована концепция «системы мононуклеарных фагоцитов», которая объединила клетки (монобласты, промоноциты, моноциты и тканевые макрофаги), имеющие сходную морфологию, цитохимические и функциональные характеристики, общее происхождение. Мононуклеарные фагоциты обеспечивают неспецифическую антибактериальную защиту организма не только за счет своей фагоцитарной функции. Секретируемые макрофагами ранние провоспалительные, а затем противовоспалительные цитокины контролируют первую линию обороны организма от инфекций, обеспечивая рекрутирование и активацию не только макрофагов, но и других защитных клеток (гранулоцитов, естественных киллеров). Эффективность защиты от внутриклеточно паразитирующих бактерий 44 определяется секрецией макрофагами IL-12, который активирует продукцию естественными киллерами IFNγ, стимулирующего микробицидность макрофагов. Макрофаги играют центральную роль в антибактериальном иммунитете: обеспечивают элиминацию внеклеточных бактерий, гибель внутриклеточных бактерий, презентацию бактериальных антигенных пептидов CD4 + Т-клеткам, преимущественную дифференцировку Th0 в Th1, ответственные за клеточный специфический иммунный ответ. Макрофаги также принимают участие в эффекторной фазе гуморального иммунного ответа, захватывая и уничтожая, патогенные бактерии, опсонизированные специфическими антителами и комплементом. Для этого на мембране макрофагов экспрессированы специальные рецепторы для иммуноглобулинов и для комплемента. Миграция моноцитов из кровотока в ткани опосредована экспрессией на моноцитах и на эндотелиальных клетках специализированных адгезионных молекул, которая стимулируется провоспалительными цитокинами: IL-1, IL-6, IFNγ, TNF-α. Эти же цитокины и хемоаттрактанты С5а, IL-8, PAF, LTB4 модулируют экспрессию адгезионных молекул и на моноцитах. Экспрессия CDl1c/CD18 молекул повышается по мере дифференцировки в макрофаги. При активации повышается экспрессия CD11а/CD18. Далее следует распластывание моноцитов по поверхности эндотелиальных клеток и их проникновение между двух соседних эндотелиальных клеток, преодоление ими базальной мембраны и выход в ткани. Этот процесс является обычной стадией их жизненного цикла. Тканевые макрофаги относятся к долгоживущим клеткам: продолжительность их жизни исчисляется месяцами и годами. Если не происходит их мобилизации в очаг инфекции или воспаления, они могут погибать, мигрируя в селезенку или лимфатические узлы. Легочные макрофаги покидают легкие через воздухоносные пути. Большое количество макрофагов находится в соединительной ткани, в лимфоузлах и лимфоидной ткани, ассоциированной со слизистыми оболочками. Представители мононуклеарных фагоцитов в печени – звездчатые клетки Купфера. Эти клетки участвуют в презентации антигенов и обладают выраженной секреторной активностью. В 45 центральной нервной системе основные функции мононуклеарных фагоцитов (презентацию антигенов, фагоцитоз, секрецию цитокинов, цитотоксическое действие и др.) выполняют клетки микроглии и астроциты. Созревание, дифференцировка и активация макрофагов зависят от ростовых факторов (GM-CSF, M-CSF) и от активирующих цитокинов (IFNγ). Среди функций IFNγ одной из важнейших является активация эффекторных функций макрофагов: их микробицидности, цитотоксичности, продукции ими цитокинов, супероксидных и нитроксидных радикалов, простагландинов. IFNγ повышает экспрессию антигенов МНС I и II классов, тем самым повышает эффективность презентации антигенов и способствует их распознаванию Т-лимфоцитами. Альтернативным регулирующим цитокином для макрофагов является IL-10, который ингибирует все свойства и функции макрофагов, которые стимулирует IFNγ. Макрофаги принимают самое активное участие в неспецифической защите от патогенных микроогранизмов, в раннем воспалительном ответе на инфекцию, в «запуске» специфического иммунного ответа, в клеточно-опосредованном иммунном ответе. В очаге острого воспаления в первые часы моноциты/макрофаги составляют менее 5 % инфильтрирующих клеток, значительно уступая по численности гранулоцитам, однако через 24–48 ч от начала воспаления макрофаги становятся доминирующими клетками инфильтрата, приходя на смену быстро погибающим нейтрофилам. В активации и развитии макрофагальных эффектов определяющее значение играют следующие рецепторы. Маннозный рецептор (MMR), scavenger–рецептор (MSR), рецепторы для бактериального липополисахарида (CD14). Структура MMR способствует высоко аффинному связыванию пептидогликана клеточной стенки бактерий. Маннозный рецептор отсутствует на циркулирующих моноцитах, появляется на мембранах клеток через 1–3 дня культивирования, на тканевых макро- фагах обнаружен очень высокий уровень его экспрессии (5х10 5 ре- цепторов на клетке). Маннозный рецептор может опосредовать как фагоцитоз, так и пиноцитоз. Через те же MSR могут фагоцитироваться большинство бактерий как грамположительных, так и грамотрицательных. Однако влияние бактериального 46 липополисахарида (ЛПС) на макрофаги опосредовано специальным рецептором CD14. Экспрессия этого рецептора повышается на макрофагах при воспалении и иммунном ответе. Кроме того, на мембране макрофагов экспрессированы рецепторы для захвата опсонизированных микроорганизмов: FcR – для антител- иммуноглобулинов, соединившихся с соответствующими антигенами микроорганизма, и CR1, CR3 и CR4 – для фракций активированного комплемента. Важнейшими рецепторами поверхностной мембраны макрофагов являются Fc- рецепторы, способные связывать иммунные комплексы и тем самым облегчать фагоцитоз патогенных агентов. Для связывания IgG существуют три различных рецептора: FcγRI, FcγRII, FcγRIII (соответственно: CD64, CD32, CD 16). FcyRI единственный из этих рецепторов характеризуется высокой аффинностью. Все три типа рецепторов опосредуют фагоцитоз бактерий и других клеток, опсонизированных IgG, участвуют в антителоопосредованной клеточной цитотоксичности естественных киллеров и фагоцитов в отношении клеток- мишеней, несущих на мембране комплексы антиген–антитело (IgG). В качестве таких клеток-мишеней могут выступать клетки, инфицированные вирусами, простейшими, или злокачественно трансформированные клетки самого организма. Через FcR опосредована индукция иммунными комплексами: окислительного взрыва, продукции супероксидных радикалов в фагоцитах, синтеза и секреции ими цитокинов, лизосомных ферментов, антителозависимая клеточная цитотоксичность. На мембранах мононуклеарных фагоцитов экспрессированы рецепторы и для других изотипов иммуноглобулинов: IgA, IgE. Рецептор для IgA – FcαR (CD89) легко слущивается с поверхности моноцитов под влиянием взаимодействия с IgA или с активирующими цитокинами (TNFα). Низкоаффинный рецептор FceRII (CD23), экспрессирован на моноцитах и способен связывать ИК, включающие IgE. На мембране макрофагов экспрессированы гликопротеиновые рецепторы для многих цитокинов. Связывание цитокина со своим рецептором служит 47 первым звеном в цепи передачи сигнала активации к ядру клетки. Трансдукция сигнала связана с опосредованным киназами фосфорилированием цитоплазматических белков. Для многих цитокиновых рецепторов наиболее существенна активность тирозин-киназы. На мембране макрофагов экспрессированы рецепторы для многих регулирующих цитокинов, главным активирующим среди которых является IFNγ. На мембране моноцитов/макрофагов экспрессированы также рецепторы для хемокинов. СС-хемокины, селективные для моноцитов/макрофагов, связавшись со своими рецепторами, посылают сигналы активации через посредство регуляторного белка G-протеина и активируют многие функции клеток хемотаксис, экспрессию адгезионных молекул, реорганизацию цитоскелета, продукцию супероксидных радикалов и провоспалительных цитокинов, секрецию лизосомных ферментов. На мембране моноцитов/макрофагов, в особенности активированных макрофагов, экспрессированы антигены гистосовместимости II класса (МНС II), необходимые для презентации антигена CD4 + Т-хелпером. В старческом возрасте выявлены нарушения функций мононуклеарных фагоцитов. При инфекциях у стариков слабее выражен лейкоцитоз, ослаблена аккумуляция клеток в очаги воспаления и инфекции, снижен ответ на действие медиаторов воспаления, снижена способность убивать захваченные при фагоцитозе бактерии. У людей старше 65 лет частично утрачивается цитотоксическая активность моноцитов крови в отношении опухолевых клеток. Их моноциты слабее секретируют IL-1, слабее продуцируют кислородные радикалы. Естественные киллеры (НК-клетки, natural killers, NK-cells). Главной функциональной особенностью этих клеток является независимость их цитотоксического эффекта от сенсибилизации к антигену, представленному на мембране клеток-мишеней. Хотя первоначально и предполагалась их гистогенетическая связь с Т-лимфоцитами, однако в дальнейшем такая точка зрения не получила распространения и в настоящее время большинство 48 иммунологов придерживаются взгляда на НК как на самостоятельный класс иммунокомпетентных клеток. Относительно специфичными для НК-клеток маркерами, принятыми для их идентификации являются CD16 и CD56. Большое содержание на мембране CD16 считается признаком киллерных, a CD56 – регуляторных НК. Естественные или натуральные киллеры (ЕК) представляют собой субпопуляцию лимфоцитов, происходящих из костномозговых предшественников. ЕК развиваются независимо от Т- и В-лимфоцитов и не несут характерных для Т- и В-лимфоцитов поверхностных маркеров. Их поверхностный фенотип: ТКR - , CD4 - , CD8 - , CD3 - , Ig - . Поверхностный фенотип ЕК, как правило, включает следующие маркеры: CD2, CD7, CD11, CD16, CD56, CD57. Естественные киллеры – популяция лимфоцитов, осуществляющих широкий спектр биологических потенций по регуляции цитодифференцировки и элиминации генетически дефектных клеток и клеток, пораженных патогенами, без предварительной иммунизации. Биологическая роль ЕК реализуется через их цитотоксические эффекты, с помощью секреторных продуктов этих клеток. Рецепторный аппарат ЕК, обеспечивающий эти функции, чрезвычайно разнообразен по своим функциональным характеристикам и по-разному представлен на ЕК различной субпопуляционной принадлежности. В частности, субпопуляционная структура ЕК обусловлена экспрессией определенных рецепторов межклеточных взаимодействий, получивших в свое время название линейных маркеров ЕК – CD56, CD16, CD3. В соответствии с наличием линейных маркеров у ЕК выделяют субпопуляции с преобладанием высокого уровня секреторной активности – CD3+/CD56+/CDl6+, а также с выраженной способностью к цитолизу клеточных мишеней – CD37 + /CD56 + /CD16 + 49 Среди группы рецепторов выделяют две категории, различающиеся по структуре. В первую категорию входят киллингингибирующие рецепторы (KIR) из суперсемейства иммуноглобулинов, а во вторую – рецепторы семейства лектинов С-типа (KLR). И те, и другие способны к взаимодействию с разными детерминантами молекул МНС-1 на мембранах других клеток сингенного происхождения, обеспечивая с помощью своих цитоплазматических участков ингибирующие или активирующие сигналы трансдукции. В случае преобладания активирующих сигналов ЕК способны осуществлять цитотоксическое повреждение клеток, несущих либо чужеродные (мутантные) МНС-1, либо МНС-дефектные мишени, возникающие в ходе нормальной цитодифференцировки или при патологических процессах (инфекции, опухолевая трансформация). Поскольку NK-клетки несут рецептор для IgG (FcγRIII; CD16), они способны уничтожать клетки мишени, нагруженные IgG-антителами. Этот защитный механизм получил название – антителозависимая клеточная цитотоксичность (АЗКЦТ). ЕК способны лизировать клетки, инфицированные внутриклеточными возбудителями, и ингибировать размножение микроорганизмов. В связи с этим ЕК в настоящее время рассматриваются как существенный компонент неспецифической защиты организма и как участники клеточно- опосредованного иммунного ответа. Наиболее существенный вклад вносят ЕК в предупреждение ранней прогрессирующей вирусной инфекции. ЕК несут рецепторы для следующих цитокинов: IL-2, IFN / , TGF , IL-1, IL-4, IL-10, IL-12. Главный ЕК-стимулирующий цитокин IL-12 продуцируется и секретируется макрофагами. IL-12 повышает цитолитическую активность ЕК, индуцирует их пролиферацию, усиливает синтез IFN . Ранняя продукция IL- 12 в ответ на инфекцию является ключевым процессом активации ЕК и неспецифической защиты. Одновременно стимул, к продукции IFN , который 50 ЕК получают от IL-12, определяет характер последующего специфического иммунного ответа как клеточно-опосредованного. Описаны также иммунодефициты человека с селективным дефектом естественных киллеров, что проявляется чрезвычайно высокой чувствительностью к некоторым вирусным антигенам. У больных с таким дефектом даже при нормальном уровне специфического гуморального и клеточного иммунного ответа на антигены вируса герпеса нередко развивается диссеминированная форма герпетической инфекции. |