|
|
Иммунология Хаитов. В. Н. Ярыгин профессор, академик рамн, ректорРоссийского государственного медицинского университета академик рамн, председатель Уральского отделения ран. Хаитов P. M., Игнатьева га, Сидорович И. Г
Относительная экспрессия мембранных молекул на
зрелых неиммунных
лимфоцитах и Т-лимфоцитах памяти
Мембранная молекула основные функции (CD58),
для участвует в адгезии и подаче сигнала, участвует в адгезии и активации (CDlla/CD18), участвует в адгезии и активации, обеспечивает homing в ткани, обеспечивает homing в ткани изоформа мембранной тирозинфосфата- зы CD45 с наименьшей мол.
массой
CD45RA, изоформа мембранной тирозинфосфата- зы CD45 с наибольшей мол.
массой
L-селектин, homing в лимфатические узлы, инвариантный компонент Относительный неиммунные
Т-клетки
1 1
1 1
1 1
10
Много
1
уровень экспрессии
Т-клетки памяти 10
=3
2
=20-50 На некоторых много, на некоторых мало
1
та РНК. Изоформа CD45RA содержит пептидные всех экзонов А, В и С, поэтому она имеет наибольшую молекулярную массу. CD45RA экспрессируется на неиммунных зрелых Т-лимфоцитах, и на них этот фермент не ассоциирован в мембране ни с ни с корецепторами. В иммунных Т- лимфоцитах экзоны А, В и С удаляются альтернативным сплайсингом РНК, ив белок транслируется легкая изоформа
Но главное, что в иммунных Т-лимфоцитах эта ти- розинфосфатаза уже не независимо присутствует где-то на мембране клетки, а ассоциирована си корецепторами и способствует существенному снижению (на два порядка и более) порога на активацию лимфоцита антигеном (рис. В описанной выше последовательности событий иммунного ответа не учтен целый ряд параметров химическая природа антигена (патогена, доза антигена и его способность к размножению внутри организма, входные ворота, влияние антигена на другие системы организма (нервную, эндокрин-
167
в- ι
7 экзонов в ДНК экзонов в
CD4
экзонов в ДНК
Первичный транскрипт РНК
Альтернативный сплайсинг
4
в мРНК
7.2. Структура изоформ молекулы CD45 на неиммунных Т-лимфо- цитах и Т-лимфоцитах памяти.
А. В зрелом неиммунном Т-лимфоците все 7 экзонов CD45 в ДНК
транскрибируются в РНК и транслируются в большой белок (тяжелая изоформа молекулы на неиммунных лимфоцитах молекулы TCR, CD45 и разобщены в мембране клетки. Б. В иммунных Т-лимфоцитах в результате альтернативного сплайсинга РНК CD45 выщепляются 3 экзона ив белок транслируются только 4 оставшихся (легкая изоформа CD45R0 у иммунных лимфоцитов молекулы TCR, CD45, CD4 приближены друг к другу в мембране клетки.
ную и др, наличие адъювантов и т.д. В реальной ситуации все это имеет значение и, более того определяет как саму возможность развития иммунного ответа, таки его качество,
и преобладание тех или иных эффекторных механизмов иммунитета (антителозависимые процессы, ЦТЛ, макрофагзави-
168
симые процессы процессы и т.д.). Разнообразие конкретных форм иммунного ответа описано в главе. Здесь же подчеркнем два специфичных именно для иммунного ответа процесса — признака, позволяющего отличить иммунный ответ от других защитных биологических механизмов, несмотря на тесное переплетение и взаимосвязи одного с другим в едином организме это пролиферация лимфоцитов и иммунологическая память. Взаимодействия клеток в иммунном ответе
В процессе развития иммунного ответа происходят взаимодействия разных клеток друг с другом клеток покровных тканей с лимфоцитами, лимфоцитов с эндотелием стенки сосуда, Т- лимфоцитов с антигенпредставляющей клеткой,
та с В-лимфоцитом, Т-лимфоцитов с лейкоцитами, лимфоцитов и лейкоцитов с межклеточным матриксом и т.д.
Каковы механизмы взаимодействия клеток друг с другом внутри многоклеточного организма Известны по крайней мере два и их варианты.
А Межклеточные контакты мембранами — адгезия клеток:
мембранные молекулы одной клетки комплементарно
связываются с мембранными молекулами другой клетки Одна клетка синтезирует и секретирует растворимое вещество, на мембране клетки(ок) есть молекула, способная комплементарно связать именно это вещество (рецептор — по определению. Цитоплазматические связи рецептора обеспечивают проведение сигнала внутрь клетки, вызывающее определенные изменения внутриклеточного метаболизма, которые называют реакцией клетки (или биологическим эффектом). Во втором варианте есть два существенно разных подвари- анта — дистантные и локальные взаимодействия Дистантно осуществляются взаимодействия нервной системы с другими клетками организма и взаимодействия эндокринных гормонов с клетками-мишенями. • Локально осуществляется множество межклеточных взаимодействий, в том числе в процессе развития иммунного ответа. В последнем случае растворимые вещества или медиаторы называют цитокинами (от греческих корней цито — клетка и кинос — движение, изменение, т.е. вещества, предназначенные вызывать изменения в клетках-мишенях). В отличие от контактных взаимодействий мембранными молекулами, которые достаточно инертны во времени, взаимодействия с помощью ци- 169 токинов гораздо более быстрые, оперативные, динамич- ные. Уточним понятие комплементарного взаимодействия Это строгое химическое и количественное понятие. Между двумя молекулами устанавливаются химические связи 4 типов ионные, водородные, ван-дер-ваальсовы и гидрофобные. Сила связи характеризуется константой диссоциации (К. Для взаимодействия с антигенами должна иметь показатель степени по абсолютной величине не нижете М. Для связи пептидов-антигенов с молекулами характерна порядка М. Для связей цитоки- нов с рецепторами для цитокинов составляет М, приводится и М. Чем больше по абсолютной величине показатель степени в значении константы диссоциации, тем при меньших концентрациях действующего вещества достигается значимый биологический эффект. Из всех известных биологически активных веществ (по крайней мере из имеющих значение для иммунологии для цитокинов наибольшие, что свидетельствует о высокой биологической активности низких концентраций цитокинов. 7.3.1. Молекулы межклеточной адгезииНоменклатура молекул межклеточной адгезии, используемая в настоящее время, нерациональная для одной и той же молекулы существует более чем одно обозначение. Названия, как правило, отражают экспериментальную систему, в которой молекула была впервые идентифицирована. Это мешает логике классификации. Тем не менее по структурному принципу выделяют 4 семейства молекул межклеточной адгезии (табл) селектины; 2) муциноподобные васкулярные адрессины; 3) интегрины; 4) молекулы из суперсемейства иммуноглобулинов (IgSF — superfamily). Селектины — молекулы на поверхности лимфоцитов и лейкоцитов, а также эндотелия, которые обеспечивают избирательный (селективный) homing определенной клетки через стенку сосуда в определенной ткани Общим в молекулярной структуре селектинов, которые представляют собой одну трансмембранную полипептидную цепь, является наличие во внеклеточной части лектиноподобного домена. Лектины белки, способные комплементарно связывать сахара. Лигандами для селектинов являются так называемые адрес- сины — муциноподобные молекулы на поверхности эндотелия. Адрессины CD34 и экспрессированы на клетках Таблица Молекулы адгезии
Семейство,
типичная структура,
основное биологическое
Начинают
взаимодействие
между лейкоцитом и эндотелием сосуда
Муциноподобные
васкулярные
Связывают
L-селектин при
инициации
взаимодействия
с
эндотелием
Интегрины
Связывают разные молекулы
адгезии на клетках и молекулы
внеклеточного
матрикса.
Обеспечивают
сильное
связывание
Название
конкретных
молекул
L-селектин
(CD62L)
Р-селектин
(CD62P)
Е-селектин
(CD62E)
CD34
CR3;
18)
CD11C/CD18;
« A
(VLA-4;
CD49d/CD29)
клеток
На каких клетках
Неиммунные лимфоциты;
некоторые лимфоциты памяти;
нейтрофилы.
Моноциты;
эозинофилы
Активирован- ный эндотелий.
Тромбоциты
Активирован- ный эндотелий
Эндотелий.
Стволовые кроветворные клетки эндотелий венул
Эндотелий венул в слизистых оболочках макрофаги,
Т-лимфоциты,
дендритные клетки,
нейтрофилы
Нейтрофилы,
макрофаги
Дендритные клетки,
макрофаги,
нейтрофилы
Лимфоциты,
макрофаги
Лиганд сульфатирован- ный сиалил
GlyCAM-1;
CD34;
MAdCAM-1
L-селектин же
L-селектин;
ICAM-1;
ICAM-2;
ICAM-3
ICAM-1;
iC3b;
фибронектин iC3b
171
Продолжение таблицы
Семейство,
типичная структура,
основное биологическое
Суперсемейство
иммуноглобулинов
Лиганды для
интегринов
Название конкретных молекул (LFA-2)
ICAM-1
(CD54)
ICAM-2
(CD102)
ICAM-3
(CD50)
LFA-3 (На каких клетках экспрессированы макрофаги
Лимфоциты
Интраэпите- лиальные лимфоциты (IEL)
Т-лимфоциты
-Лимфоциты,
дендритные клетки, активированный эндотелий эндотелий,
дендритные клетки
Лимфоциты
Лимфоциты,
клетки
Активирован- ный эндотелий
Лиганд
Фибронектин
Е-кадхерин
LFA-3
LFA-1,
LFA-1
LFA-1
CD2
VLA-4
высокого эндотелия посткапиллярных венул в лимфатических
узлах. САМ — cell adhesion molecules (молекулы клеточной адгезии. Адрессин MAdCAM-1 (mucosal adressin cell adhesion экспрессирован на эндотелии сосудов в слизистых оболочках и ловит лимфоциты, предназначенные для функционирования в слизистых оболочках. Селектины и ад- рессины обеспечивают относительно слабую адгезию клеток,
достаточную для селективной остановки клетки в нужном органе, но недостаточную для проникновения сквозь стенку сосуда и миграции по межклеточному матриксу (рис. 7.3). Для более сильных взаимодействий нужны интегрины и молекулы Молекулы этих же семейств обеспечивают взаимо-
172
лейкоцита Ток крови IL-8R аCD31,Прилипание лейкоцита Диапедез лейкоцита 7.3. Этапы процесса экстравазации лимфоцитов и лейкоцитов из крови в ткани. А. Стадия «роллинга»: лейкоцит причаливает к эндотелию в результате взаимодействий молекул Е-селектина на эндотелии с молекулами S-Le* на лейкоците и катится вдоль стенки сосуда (rolling). Б. Стадия прилипания между лейкоцитом и клетками эндотелия устанавливаются дополнительные, более сильные взаимосвязи через молекулы и В. Стадия диапедеза: на лейкоците экспрессируются молекулы CD31 (те же, что обеспечивают контакт между клетками эндотелия, и лейкоцит сих помощью внедряется в межэндотелиальную связь и проникает сквозь стенку сосуда в ткань (диапедез). 173 связи лимфоцитов с антигенпредставляющими клетками ив дальнейшем лимфоцитов-эффекторов сих клетками-мишеня- ми или клетками-партнерами.
Все
— гетеродимеры, состоящие из более крупной цепи и меньшей по размеру Интегрины группируются в подсемейства на основании общей Их два варианта — и К интегринам принадлежат молекулы LFA-
1,2,3 (lymphocyte function-associated
2 и 3).
наиболее важный интегрин для активации любого Т-лимфо- цита, так как антитела к LFA-1 способны блокировать активацию как неиммунных, таки иммунных Однако анализ врожденных генетических дефектов молекул адгезии у человека показывает, что другие интегрины, например и из подсемейства способны компенсировать отсутствие поздние антигены активации. Эти интегрины экспрессируются на Т- лимфоцитах на сутки от начала активации и имеют наибольшее функциональное значение для проникновения уже иммунного Т-лимфоцита в очаг воспаления ему надлежит организовать санацию от антигена.
Суперсемейство иммуноглобулинов включает в себя собственно иммуноглобулины, рецептор Т-лимфоцитов для антигена, корецепторные молекулы Т-лимфоцитов CD4, CD8 и
В-лимфоцитов
19, инвариантные домены молекул МНС,
а также ряд молекул межклеточной адгезии — ICAM
(itercellular adhesion
2 и 3).
и экспрессированы и антигенпредставля- ющих клетках. ICAM-3 экспрессирована только на лейкоцитах и играет существенную роль при взаимодействии Т-лим- фоцитов с антигенпредставляющей клеткой.
Неиммунные Т-лимфоциты, попав в Т-зависимую зону лимфатического узла (и любого другого периферического лимфо- идного органа, активно, но обратимо прилипают ко всем доступным антигенпредставляющим клеткам благодаря взаимодействиями на Т-лимфоците си на антигенпредставляющей клетке. Вовремя этого прилипания TCR пытается узнать свой комплекс пептид —
Если узнавание произошло,
то сигнал си корецептора (CD4 или CD8) идет в клетку, и среди прочих последствий этого сигнала ранним является изменение конформации молекулы LFA-1, усиливающее ее связь си. Связь между Т-лимфоцитом,
узнавшим свой антиген, и антигенпредставляющей клеткой поддерживается несколько дней, вовремя которых происходит пролиферация клона Т-лимфоцитов. Дочерние клетки клона также прилипают к антигенпредставляющей клетке на все время, пока идет их дифференцировка в лимфоциты-эф- фекторы.
174
Существенная закономерность развития иммунного ответа состоит в том, что одного только факта связывания рецептора для антигена с антигеном недостаточно для того, чтобы лимфоцит активировался к иммунному ответу (те. начал проли- ферировать и дифференцироваться. Недостаточно для активации и описанных выше адгезивных взаимодействий, недостаточно и корецепторных связей CD4 или CD8 с МНС. Все перечисленное необходимо Но для того чтобы начался процесс пролиферации лимфоцита необходимо еще одно взаимодействие Т-лимфоцита стой же антигенпредставляющей клеткой это взаимодействие молекулы В на антигенпредставля- ющей клетке с молекулой CD28 на Т-лимфоците. Известно две разновидности молекулы В (CD80) и. Структурно они подобны — это гликопротеины, го- модимеры, принадлежат к CD28 тоже гомодимер и принадлежит к IgSF. Таким образом, экспрессия молекул В важнейший признак профессиональных антигенпредставляющих клеток.
Таблица 7.4. Пары участвующие в при взаимодействии с клетками
Рецепторы на Т-лимфоците
CD28
CTLA-4 негативный 154)
ОХ40
HSA
(термостабильный антиген (Лиганды на антиген- представляющих клетках
В7.1 (CD80); В (В (CD80); В (CD86)
CD40
HSA
ICAM-1 (CD54); ICAM-2
(CD102); ICAM-3 (CD50)
LFA-3 (CD58)
106)
FasL
CD99 находится в процессе изучения. Поликлональная стимуляция Т-лимфоцитов in vitro антителами к CD3 плюс антителами к индуцирует повышение внутри клеток уровня свободного а также биосинтез и что характерно для Воздействия на при этом не выявлено.
Результаты стимуляции Т-лимфоцитов через молекулу Fas зависят от стадии развития Т-лимфоцита: если антителами к плюс антителами к молекуле Fas воздействовать на неиммунный Т-лимфоцит, то произойдет индукция апоптоза. Если той же парой антител воздействовать на иммунный Т-лимфоцит памяти, то сначала будет индуцирована пролиферация лимфоцита, затем лимфоцит претерпит индуцированную активацией клеточную смерть (AICD). Если на неиммунные Т4-лимфоциты воздействовать указанной парой антител, нов присутствии IL-4, то эти лимфоциты также сначала пролиферируют наподобие лимфоцитов памяти Более известные пары вовлекаемые в процессы костимуляции лимфоцитов со стороны антигенпред- ставляющих клеток, представлены в табл. 7.4. 7.3.2. клеткиСущественное различие между антигенраспознающими молекулами иммуноглобулинов и антигенраспознающими молекулами рецепторов Т-лимфоцитов состоит в том, что иммуноглобулины (антитела) связывают нашивные молекулы антигенов, тогда как не связывают нативные антигены, но способны увидеть и связать только определенные структуры на поверхности клеток своего организма, а именно комплексы молекул с пептидами, те до Т-лимфоцита и для Т-лимфоцита антиген поглощают, перерабатывают и экспрес- сируют на своей поверхности другие клетки. Эти клетки называют профессиональными антигенпредставляющими клетками (АПК). Таких клеток у человека и млекопитающих 3 типа дендритные клетки костномозгового происхождения В-лимфоциты;
• макрофаги 7.5. Свойства профессиональных
клеток
Способ
поглощения
антигена
Экспрессия
молекул МНС
Костимуляторная
активность
Какие антигены
представляют
Локализация в
организме
Тип АПК
дендритная клетка
Вирусная инфекция
Конститутивная
Конститутивная
++++
Белки.
Аллергены вирусные антигены
Барьерные ткани,
органы
Рецептор- опосредованный
Конститутивная,
возрастает при активации от +Индуцируемая —
+Растворимые антигены,
вирусные антигены
Лимфоидные органы, периферическая кровь макрофаг
Фагоцитоз
Индуцируемая бактериями или цитокинами от- до +Индуцируемая —
+++
Фагоцитируемые антигены (пар- тикулярные,
бактериальные)
Соединительная ткань и паренхима всех солидных органов и полостей Если лимфоцит свяжет рецептором специфический антиген, ноне получит одновременно и от той же АПК ляторный сигнал В — CD28», тоне просто не начнется активация лимфоцита, а произойдет такое изменение состояния лимфоцита, которое называют анергией. Лимфоцит в состоянии анергии рефрактерен к возможной стимуляции. Эта закономерность лежит в основе так называемой периферической толерантности Т-лимфоцитов к тканям собственного Характеристика АПК представлена в табл. После того как Т-лимфоцит пройдет несколько циклов на его мембране происходит экспрессия еще одного лиганда для тех же молекул В (мы о нем уже писали в главе 6). Это молекула CTLA-4. CTLA-4 связывает В с существенно большей (примерно враз) аффинностью, чем молекула CD28, но CTLA-4 посылает в клетку негативный сигнал и тем самым останавливает пролиферацию антиген- специфичного клона. Мыши с knock-out по гену CTLA-4 погибают от лимфопролиферативных процессов. Цитокины Мы уже определили цитокины как множество разнообразных биологически активных молекул, секретируемых клетками с целью воздействия через специфические рецепторы для каждого из цитокинов нарядом расположенную клетку (или на себя же). Цитокины отличаются и множественностью, и разнообразием структуры, и еще многими свойствами и от нейромеди- аторов, и от гормонов внутренней секреции. В отличие от контактных взаимодействий клеток мембранными молекулами взаимодействия посредством цитокинов более динамичные и оперативные благодаря определенным особенностям синтеза, секреции и рецепции цитокинов. В отличие от гормонов внутренней секреции в норме цитокины практически не попадают в системную циркуляцию и действуют локально в тканях вместе их выработки. Для цитокинов характерны следующие общие свойства Цитокины — это как бы эсперанто в межклеточном общении. Одноименные цитокины продуцируются клетками разной тканевой дифференцировки. И рецепторы для одноименных цитокинов экспрессированы на клетках различной тканевой дифференцировки. Таким образом клетки разных тканей говорят друг с другом и «могут быть услышаны друг другом. Именно посредством цитокинов в первую очередь система лимфоци- иммунитета сращена с другими биологическими системами резистентности к инфекциями совсем организмом в целом. Хотя в целостной интеграции участвуют, очевидно, и нервная и эндокринная системы что мы рассмотрим ниже Цитокины в подавляющем большинстве случаев — это близкодействующие медиаторы локальных взаимодействии клеток в очагах тех или иных процессов в тканях, даже пары клеток. В зависимости от известных параметров иррадиации эффектов цитокинов выделяют аутокринные эффекты (на саму клетку, секретировавшую цитокин) и паракринные эффекты (нарядом расположенные клетки. Есть и эндокринные эффекты τ е дис- тантные, их еще называют системными, так как при этом цитокин достигает клетки-мишени, циркулируя столько для Цитокинов и не у ровых организмов, а при тяжелой системной патологии типа септического шока. Системные эффекты цитокинов мы опишем особо Цитокины не депонируются в клетках, а синтезируются импульсно по запросу, начиная с транскрипции цитокина с соответствующего гена. Единственное известное - депонирование небольших количеств в гранулах тучных клеток. Но претендует быть исключением ив других отношениях
Возможно еще IL-1 депонируется в некоторых количествах в кератиноцитах.
Матричная РНК цитокинов короткоживущая что объясняет транзиторный характер их продукции клеткой"
они вырабатываются вскоре после получения «запроса»
на их продукцию и недолго Для цитокинов характерна взаимосвязь друг с другом по типу салочек или передай другому воздействие одного цитокина на клетку вызывает выработку этой клет- цитокинов. Это явление называют
вым каскадом.
Прежде чем описать биологические свойства цитокинов, мы хотели бы уточнить б
При рассмотрении биологических эффек- что один и тот же цитокин может вызывать разные вплоть до противоположных, эффекты враз- ных клетках. Вот в этом случае и надо что поня- биологического эффекта относится не к цитокину Цито- клетки-мишени - это только и всего лишь внешний Что произойдет с клеткой после свя- и есть биологи- эффект, зависит от внутренней программы клетки-мишени. В дальнейшем мы реблять выражения типа «интерферон-гамма активирует макрофаги, чтобы говорить короче, но это надо понимать правильно для конкретной системы отношений макрофаг, имеющий рецептор для интерферона-гамма и внеклеточного ин- терферона-гамма», известно, что наступающее биологическое последствие связи с рецептором для IFN-y заключается в существенной активизации внутриклеточной биохимической машины макрофага, индукции определенных ферментов и Учитывая сказанное, рассмотрим основные функциональные группы По функциональному предназначению с известной долей относительности выделяют 4 группы Медиаторы доиммунного воспаления Их продуцируют главным образом клетки покровных тканей, в первую очередь тканевые макрофаги в ответ на прямое раздражение микробными продуктами. Это TNF-α, IFN-α и, IL-1, 6 и 12, хемокины. Регуляторы активации, пролиферации и дифференцировкилимфоцитов. Их продуцируют главным образом сами лимфоциты, начиная с внутриэпителиальных лимфоцитов покровных тканей, а также особые минорные суб- популяции Т-лимфоцитов типа и на более поздних этапах основные субпопуляции Т-лимфо- цитов: IL-4, и 2, TGF-β. Регуляторы иммунного воспаления Их продуцируют зрелые иммунные Т-лимфоциты (некоторые — антиген- представляющие клетки) и посредством этих цитокинов
Т-лимфоциты нанимают лейкоциты общевоспалитель- ного назначения на деструкцию лимфоцитами антигена. К ним макрофагов и NK); LT (активатор IL-5 (индуктор и эозинофилов IL-9 (активатор тучных активности макрофагов и NK).
Факторы роста клеток — предшественников Их продуцируют как клетки стромы костного мозга, таки активированные лимфоциты и макрофаги. Это фактор роста ранних предшественников лейкоцитов,
его еще называют мульти-CSF); IL-7 (фактор роста пре-
В- и пре-Т-лимфоцитов при лимфопоэзе);
(фактор роста мегакариоцитов); GM-CSF (гранулоцит-моно- цит-колониестимулирующий фактор — фактор роста клеток — предшественников гранулоцитов и моноцитов/
макрофагов);
(фактор роста моноцитов/макрофа- гов); SCF (stem-cell growth factor, его второе название лиганд) — основной фактор роста для тучных клеток. Рецептор для него или c-kit, был открыт как онкоген.
179
Таблица Биологические эффекты в моделях на мышах
Цитокин Т-субпопу-
|
|
|
Скачать 6.93 Mb.