КЛЕТОЧНЫЕ И МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ ИММУННОГО ОТВЕТА

Морфологическим субстратом специфического иммунного ответа является лимфоидная ткань, представленная центральными лимфоидными органами (тимус, костный мозг) и периферическими: лимфоузлы (ЛУ), селезенка и ассоциированные со слизистыми оболочками лимфоидные образования — ЛТС).

Т-лимфоциты. Предшественники тимоцитов мигрируют из костного мозга в тимус, где проходят этапы пролиферации и дифференцировки. Выявлено два типа Т-клеточных рецепторов (ТКР) в тимусе: у/8 Т-клетки (1%), роль которых, по-видимому, заключается в защите барьеров иа/Р CD3 Т-клетки (99%), которые, взаимодействуя с молекулами HLA I и II классов на стромальных клетках, превращаются в CD4+ (предшественники хелперов) или CD8+ лимфоциты (предшественники супрессоров и цитотоксических лимфоцитов — ЦТЛ)

В тимусе происходят 3 важнейших процесса:

— отбор (положительная селекция) клонов, способных к самораспознаванию, при этом ответ CD4+ лимфоцитов функционально ограничен (рестриктирован) HLA II класса, а ответ CD8+ рестриктирован HLA-І класса;

— формирование «репертуара» (разнообразия) клонов, обусловленное перестройкой генов вариабельного участка ТКР (без участия АГ), дающее « Ю10 вариантов «наивных» Т-клеток (имеют маркер CD45RA) для последующего отбора с участием АГ в момент презентации;

— клональная инактивация аутореактивных лимфоцитов (отрицательная селекция) вследствие контакта незрелых тимоцитов с собственными антигенами, представленными в виде пептидных фрагментов в щели молекул II и/или I классов главного комплекса гистосовместимости на стромальных клетках тимуса (гибель «запрещенных» клонов — механизм Т-клеточной центральной аутотолерантности).

Дальнейшую дифференцировку Т-лимфоциты проходят после миграции из тимуса в периферические лимфоидные образования.

В-лимфоциты. Предшественники В-лимфоцитов проходят ряд этапов дифференцировки под влиянием стромальных клеток костного мозга. В-лимфоциты представлены двумя субпопуляциями: В, (CD5+), спонтанно синтезирующие АТ к определенным бактериальным, а также к аутоантигенам (часто выявляют в крови новорожденных), и В2, составляющие основную массу В-лимфоцитов периферических лимфоидных образований.

Соматическое разнообразие клонов В-лимфоцитов (вариантов идиоти- пов антигенраспознающего Ig-рецептора — IgR) обусловлено генетически (реаранжировка генов и соматические мутации), а селекция клонов осуществляется антигенами в процессе презентации и продолжается в ходе иммунного ответа под влиянием АГ. Во время заключительной дифференцировки В-лимфоцитов вариабельность исключается, то есть каждая плазматическая клетка синтезирует и секретирует иммуноглобулин определенного изотипа и специфичности. Иммуноглобулины на поверхности В-лимфоцитов служат рецепторами для антигенов. В-клеточный антиген- распознающий рецептор состоит из мембранной формы IgD или IgM и ассоциированных с ними молекул CD 19 и CD20 (маркеры В-популяции).

Антитела являются секретированными продуктами В-лимфоцитов (плазматических клеток). Структура молекулы иммуноглобулина представлена на рис. 156. Гипервариабельные участки легких и тяжелых цепей (идиотипы) образуют уникальную по форме полость, которую заполняет соответствующий антиген — эпитоп. Константные фрагменты (Fc) образованы только тяжелыми цепями (у, р , а, е, 5 соответственно IgG, IgM, IgA, IgE и IgD классам иммуноглобулинов)ё имеют одинаковое строение у антител одного класса/субкласса. Fc-фрагмент выполняет эффекторную функцию, в нем располагается участок связи с С1-компонентом системы комплемента. Через взаимодействие АТ с FcR для соответствующего класса Ig на различных типах клеток осуществляется целый спектр неспецифических реакций, регулирующих иммунный ответ и воспаление. Пассивно введенные больным IgM-антитела усиливают иммунный ответ, тогда как эффект пассивно введенных IgG-антител зависит от дозы, и в большой дозе они могут его подавлять. Способность пассивно введенных АТ усиливать или подавлять иммунный ответ должна учитываться в клинической практике. Способность введенных в больших дозах IgG подавлять иммунный ответ используют в клинической практике в лечении больных с иммунопатологическими тромбоцитопениями, ревматическими болезнями, болезнью Кавасаки и др.

АТ всех классов, но в большей степени IgM, подавляют вызванные активированными факторами комплемента разрушение клеток и тканей, угнетают продукцию провоспалительных цитокинов (ИЛ-1, 2, 6) и стимулируют высвобождение их антагонистов.

Рецепторы для Fc-фрагментов Ig различных классов имеются на всех клетках крови, при этом для IgG выявлены 3 типа у-рецепторов: FcRyl (CD64), играющий ключевая роль в АЗКЦ; FcyRII (CD32) взаимодействует с ЦИК и агрегатами, типичен для тромбоцитов и В-лимфоцитов; FcyRIII (CD 16) ответственен за фагоцитоз, уникален тем, что связывает определенные субклассы IgG, и IgG3, типичен для активированных ПМЯ, макрофагов и НК-клеток. FcaR имеется на мононуклеарных клетках и нейтрофилах. FcpR экспрессируют активированные В-лимфоциты. IgE связывается с двумя типами рецепторов: FceRI — на тучных клетках и FceRII — на эозинофилах, тромбоцитах, В-лимфоцитах, макрофагах.

Через указанные рецепторы иммунологические механизмы оказываются вовлеченными в регуляцию гемостаза, микроциркуляции, воспаления. На клетках плаценты и в слизистой оболочке желудочно-кишечного тракта новорожденных присутствует особый FcRn, обеспечивающий транспорт материнских антител. Молекулы иммуноглобулинов и через антигенсвязы- вающие участки (специфически), и через Fc-фрагменты (неспецифически) осуществляют ауторегуляцию самого иммунного ответа.

Цитокины — это обширная группа (более 100) растворимых пептидных медиаторов, обеспечивающих межклеточные взаимодействия. Они включают несколько групп: интерлейкины (в настоящее время клонированы все 18 известных интерлейкинов), колониестимулирующие факторы, интерферо- ны, факторы некроза опухоли, факторы роста, хемокины, продуцируемые, в основном, активированными Т-лимфоцитами и моноцитами/макрофагами. Цитокины регулируют процессы воспаления, кроветворения и иммунитета, (табл. 279). Однако все они в той или иной степени обладают полифункциональностью. Из комплекса цитокинов, действующих на отдельную клетку, образуется цитокиновое «слово», которое и определяет конечную реакцию клетки.

Таблица 279

Цитокины в регуляции воспаления и иммунитета

Особое место в «цитокиновой сети» занимают ИЛ-1 и ИЛ-6.

Эффекты цитокинов опосредованы соответствующими рецепторами, которые состоят из двух полипептидных цепей: лиганд специфического рецептора и общего передатчика сигнала. Наличие общего передатчика для различных цитокинов и, следовательно, общего гена, контролирующего эффекты одновременно многих цитокинов, объясняет клинику Х-сцепленного SCID (Severe combined immuodificiency disease), тяжелого комбинированного иммунодефицита (ТКИН) в случае мутации гена, кодирующего гамма цепь IL-2R. Субъединицы цитокиновых рецепторов могут секретироваться клеткой («соскальзывать») во внеклеточное пространство и попадать в кровоток. В этом случае их называют растворимыми рецепторами. В отличие от мембранных, они, связывая цитокины вне клетки, выполняют роль их естественных ингибиторов, поддерживающих баланс в цитокиновой сети

Иммунитет интегрирован в единую иммунонейроэндокринную систему регуляции организма. Большая часть лимфоидных тканей имеет симпатическую иннервацию. Лимфоциты экспрессируют рецепторы для многих гормонов: тимуса, стероидов, катехоламинов, энкефалинов, эндорфинов, гормона роста, тироксина, инсулина, вещества Р, вазоактивного интестинального пептида (ВИП). Лимфоциты сами способны реагировать на кор- тикотропин-рилизинг гормон синтезом собственного АКТГ. Этой же способностью обладают активированные макрофаги, кроме того, они могут выделять (3-эндорфин и тимозин. Гормоны контролируют экспрессию мембранных рецепторов на лимфоцитах, экспрессию Н LA-молекул на клетках и пролиферацию. Дексаметазон снижает экспрессию FcR, глюкокортикостероиды смещают спектр цитокинов в сторону Th2, индуцируют образование ТФР-в, подавляющего иммунный ответ, дигидроэпиандростерон — в сторону ТЫ, эстрон, прогестерон обеспечивают неспецифическую иммуносупрессию при беременности. Пролактин стимулирует тимус плода, а гормоны тимуса контролируют созревание Т-лимфоцитов в периферических лимфоидных образованиях.

Между клетками-продуцентами цитокинов, железами внутренней секреции и нервной системой имеется тесная двусторонняя связь. ИЛ-1 и ИЛ-6, являясь, с одной стороны, стимуляторами иммунного ответа, а с другой — мощными стимуляторами продукции глюкокортикоидов, играют роль модуляторов взаимодействия иммунной и эндокринной систем. Способностью синтеза обоих цитокинов обладают нейроны и клетки глии, а также клетки, локализованные в гипофизе и надпочечниках.

Неслучайным, по-видимому, является факт принадлежности рецепторов для СТГ, пролактина и цитокинов ИЛ-2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 12 к одному суперсемейству.

Специфические аутоантитела к рецепторам для тиреотропного гормона (ТТГ), стимулирующие клетки щитовидной железы — патогенетический механизм гипертиреоза (болезни Гревса) (см. рис. 157). АТ к рецепторам для ацетилхолина на мышечных клетках вызывают блокаду нервно-мышечной передачи — патогенетический механизм тяжелой миастении. Участие аутоантител в физиологической регуляции функций соматических клеток, в частности, желез внутренней секреции не подлежит сомнению, однако эта область иммунологии менее изучена, чем участие иммунологических механизмов в противоинфекционной защите и аутоиммунных расстройствах. Наличие FcR на клетках гипофиза предполагает участие в регуляции функций эндокринных желез не только цитокинов, но и непосредственно иммуноглобулинов. Участок Fc-фрагмента иммуноглобулинов, содержащий 4 аминокислоты (тафцин), освобождающийся при их катаболизме, является гормоноподобной структурой с тимопоэтической активностью.

Первичный иммунный ответ формируется на основе генетически обусловленного первичного иммунологического статуса и определяется многими факторами. Имеет значение химическая структура АГ, его молекулярная масса, доза, путь проникновения (через естественные барьеры или непосредственно в кровь), участие адъювантов. На характер и силу иммунологического ответа влияют: эндокринный статус, питание, сопутствующие инфекции, стресс, лекарственные препараты и многие другие факторы.

Схема первичного иммунного ответа представлена на рис 155. Первичный иммунный ответ на инфекцию заключается в активации неспецифического звена: системы комплемента и фагоцитов бактериальными продуктами и травмой. Привлеченные в очаг воспаления фагоциты, прежде всего нейтрофилы, а затем моноциты, поглощают опсонизированные бактерии, оказывают бактерицидное действие и расщепляют бактериальные продукты. Активированные макрофаги продуцируют провоспалительные и иммуностимулирующие цитокины. Антигенпрезентующие клетки (АПК) кожи (клетки Лангерганса) и слизистых оболочек после захвата АГ на барьерах мигрируют в регионарный лимфатический узел (ЛУ), чем обеспечивается доставка АГ Т-клеткам и начало процессинга. Центральную роль в индукции специфического первичного иммунного ответа играют Т-хелперы.

Все природные белки содержат несколько эпитопов, поэтому нуждаются в предварительном процессинге. Процессинг представляет собой совокупность явлений: расщепления, фрагментации и комплексирования антигенной детерминанты (эпитопа) с HLA-II молекулой. Специализированные АПК, предоставляющие фрагменты АГ (эпитопы) Т-клеткам, входят в систему мононуклеарных фагоцитов. АПК локализованы преимущественно в коже, лимфоузлах (фолликулярные дендритные клетки), селезенке, эпителиальном и субэпителиальном слое слизистых оболочек и в тимусе. Презентация комплекса на мембрану позволяет выбрать (селекция) из генетически обусловленного разнообразия вариантов Т-хелпер, имеющий оптимальный идиотип Т-клеточного рецептора (TKP/TCR) для последующего накопления данного клона. В отличие от АТ, антигенраспознающий центр ТКР связывает не только эпитоп, но и участки презентирующей его молекулы HLA-II класса. Таким образом, белки являются тимусзависимыми АГ.

Взаимодействие АПК с Т-клетками (рис. 158, 159) осуществляется через комплекс TCR/CD3, при участии молекул адгезии: ICAM (Intracellular adgesion molecule — внутриклеточная молекула адгезии входит в то же суперсемейство иммуноглобулинов, также как Ig, TCR, CD-2, 3, 4, 8, 28, HLA) и LFA (Lymphocyte functional antigen — функциональный антиген лимфоцитов). Они взаимодействуют друг с другом, связывая мембранные структуры Т-лимфоцитов и АПК клеток, и играют роль дополнительного сигнала в активации клеток. Генетическая неполноценность молекул LFA-1 причина «синдрома дефицита адгезии лейкоцитов». Роль различных ферментов и путей активации находит свое отражение в патогенезе некоторых первичных иммунодефицитных состояний. Так, дефицит тирозинкиназы, ассоциированной с зета цепью TCR (ZAP-70), приводит к дефициту CD8+ и нарушению функций CD4+ лимфоцитов (комбинированный ИДС). Дефицит гамма цепи рецептора ИЛ-2 вызывает Х-сцепленную форму тяжелой комбинированной иммунологической недостаточности (ТКИН). Активированные в результате взаимодействия АПК и Th начинают продуцировать цитокины, от спектра которых зависит направление иммунного ответа. Будет ли иммунный ответ формироваться по гуморальному пути или клеточному зависит от спектра цитокинов, продуцируемых ТЫ и Th2. В присутствии ИЛ-12 и ИФ-убаланс смещается в сторону превалирования воспалительных ТЫ, а в присутствии ИЛ-4 и ИЛ-10 — в направлении Th2, запускающих синтез специфических АТ. Источником ИЛ-12 являются макрофаги, а ИФ-у — НК-клетки, активированные в раннюю фазу ответа на внутриклеточные бактерии и вирусы. Первичным источником ИЛ-4 могут быть тучные клетки, активирующиеся при повреждении барьеров. Между ТЫ и Th2, хотя и имеются антагонистические отношения, но в динамике инфекционного процесса эффективным механизмом элиминации «чужого»

может оказаться преимущественно один из данных способов специфической иммунологической защиты.

В-лимфоцитам для индукции синтеза АТ к белковым пептидам необходимы два процесса: 1-й — взаимодействие «нативного» АГ с Ig-рецептором В-лимфоцита; 2-й — стимуляция сигналами от Т-хелпера, взаимодействующего (через TcR со связанным с HLA-II АГ, процессированным В-клеткой). При этом Т-и В-лимфоциты распознают разные детерминанты антигена. Необходимо также участие костимулирующих молекул, из которых наиболее значимым является сигнал от взаимодействия CD40 на В-лимфоците с CD40L на Т-лимфоците, индуцирующий пролиферацию, дифференцировку В-лимфоцитов и переключение на синтез другого изотипа /класса АТ. Дефект молекулы CD40 выявлен при первичном иммунодефиците — гипер-IgM синдроме

В результате кооперативного взаимодействия Т- и В-лимфоцитов происходит межклеточный обмен цитокинами и их связывание с соответствующими рецепторами. В частности, ИЛ-2 обеспечивает пролиферацию и таким образом накопление клонов Т- и В-лимфоцитов, отобранных в результате селекции (клональная экспансия). В ходе иммунного ответа селекция В-лимфоцитов продолжается, что повышает аффинность антител и соответственно напряженность иммунитета.

Липополисахариды не требуют участия Т-хелпера, то есть являются ти- муснезависимыми АГ, стимулирующими одновременно много клонов (поликлональная активация) В-клеток различной специфичности, среди которых могут быть и аутореактивные. Это — один из возможных механизмов срыва аутотолерантности.

Клеточный иммунитет осуществляется рядом эффекторных механизмов:

—цитотоксическим действием специфических CD8+ (ЦТЛ), распознающих фрагмент АГ в ассоциации с HLA-I, и неспецифических НК-киллеров;

— активированными ИФ-у и ФНО-р макрофагами;

—активированными при участии АТ клетками миелоидного ряда, выделяющими высокоактивные формы кислорода и азота, катионные белки, ФНО-р, СЗа и другие.

Цитотоксическая активность киллеров осуществляется путем прямого контакта, выделения цитокинов и экзоцитоза белков из гранул, в частности перфорина и гранзимов. Выделяемые цитотоксическими Т-лимфоци- тами (ЦТЛ) ФНО-а и ФНО-р могут стимулировать апоптоз. При неэффективности реакций клеточного иммунитета или персистенции АГ в тканях возникает хронический воспалительный процесс или образуются гранулемы.

Итогом первичного иммунного ответа на белковые АГявляется накопление спектра специфических антител и клеток-эффекторов. Эффекторным механизмом гуморального иммунитета являются АТ, обладающие киллер- ным, блокирующим и стимулирующим действием. Эффекторным механизмом клеточного иммунитета являются Т-лимфоциты, НК-клетки и макрофаги, активированные цитокинами ТЫ (участвуют также базофилы, эозинофилы, полиморфноядерные нейтрофилы). Одновременно повышается содержание цитокинов, активных компонентов системы комплемента, возрастает активность фагоцитов, меняется клеточный и белковый состав крови (белки острой фазы), повышается прокоагулянтная активность.

Завершение иммунного ответа должно восстановить баланс в иммунной системе (апоптоз клонов и формированием Т- и В-лимфоцитов памяти). Клетки памяти отличаются по поверхностным маркерам, спектру выделяемых цитокинов, рециркуляции, в частности Т-клетки памяти выбирают для рециркуляции кожу, легкие, ЖКТ (то есть естественные барьеры) и продуцируют ИЛ-3, 4, 6, Иф-у.

п V V и 1 и

Вторичный иммунный ответ отличается ускоренной пролиферацией клеток памяти и синтезом сразу антител IgG класса. Особенностью реакции новорожденного и детей грудного возраста на первый контакт с антигеном является отсутствие клеток памяти и появление их после повторных контактов (необходимость ревакцинации!).