6 курс / Иммунология / Kazmirchuk_V_E_Kovalchuk_L_B_Maltsev_D_V_Klinicheskaya_immunologia

Рис. 32. Упрощённая схема иммунного ответа на патоген (объяснения в тексте)

По сути, антигенная презентация сообщает Т-лимфоциту о том, что во внутренней среде организма появились субстанции (чужеродные или высвобожденные собственные), нарушающие привычный антигенный состав. Распознавание молекул HLA II сигнализирует о том, что антигенная презентация совершается собственной АПК, поэтому информация об изменении антигенного гомеостаза является достоверной. Следует отметить, что иногда может сложиться ситуация, при которой АПК будут презентировать некоторые собственные антигены (например, при массивном разрушении собственных тканей). Поэтому в иммунной системе работает ещё один принцип надёжности. Он обеспечивается необходимостью экспрессии костимулирующих молекул при презентации антигена. Появление поверхностных костимулирующих молекул свидетельствует о степени чужеродности распознанного объекта, и поэтому эти сигналы в значительной степени определяют

поведение Т-хелпера после антигенной презентации (активация, анергия или апоптоз). При отсутствии экспрессии костимуляторов Т-лимфоциты ограничиваются анергией (бездеятельностью), так как получают информацию о том, что хотя распознанная АПК субстанция и нарушает привычный состав антигенных структур организма, но не является достаточно чужеродной, чтобы принадлежать патогенным микроорганизмам. Поэтому развитие полноценного иммунного ответа против неё является нецелесообразным. Если же есть угроза формирования аутоиммунной реакции, что бывает, при презентации аутоантигенов на достаточном активационном фоне (в условиях действия прово'спалительных цитокинов и экспрессии адгезионных молекул), то аутореактивные Т-хелперы при антигенной презентации претерпевают апоптоз (запрограммированную смерть). Дело в том, что провоспалительные цитокины наряду с активацией Т-клеток повышают их чувствительность к апоптозу. Таким образом обеспечивается эффективный механизм регуляции количества активно пролиферирующих клеток. Поэтому активированный иммуногенным пептидом аутореактивный Т-хелпер становится очень чувствительным к запрограммированной гибели, которую должны отменить, в первую очередь, костимулирующие молекулы. В случае нарушения в этой тонкой системе в лимфоците реализуется каскад апоптоза.

Из-за гибели антигенспецифической Т-клетки в рецепторном репертуаре образуется "дыра", и иммунная система становится неспособной развивать полноценный ответ на данный антиген. Этот механизм лежит в основе иммунной толерантности — уникального свойства иммунной системы распознавать собственные антигены, но не реагировать на них развитием эффекторных механизмов.

Резюме. Таким образом, можно сформулировать основные условия реализации иммунного распознавания, которое является ключевым процессом в иммунном ответе:

1.АПК должна "сделать" оптимальное количество пептидов из чужеродного или собственного антигенного материала, а пептидсвязывающие бороздки её HLA II — быть в состоянии связать эти пептиды. Этот этап назван селекцией антигенных детерминант.

2.Иммунная система конкретного человека должна иметь достаточный репертуар Т-лимфоцитов, где содержался бы АГ-распознающий рецептор, способный распознать данный чужеродный пептид. Если же такие Т-лимфоциты отсутствуют (т.е. есть "дыры" в репертуаре Т-лимфоцитов), создаются условия, при которых иммунная система не способна распознавать некоторые антигены.

3.Предполагают, что с помощью пептидов и соответствующего цитокинового фона включаются механизмы запуска иммунного ответа с включением преимущественно Th 1 и Th 2.

4.Сила иммунного ответа зависит от характера пептида и молекул HLA, а также от степени соответствия между антигеном и максимально комплементарным антигенраспознающим рецептором, имеющимся в рецепторном репертуаре иммунной системы данного организма.

§9. Апоптоз как механизм регуляции иммунного ответа

Известно, что действие сильных повреждающих факторов вызывает некроз клетки. Гибель клетки в этом случае обусловлена избыточной внешней энергией (физической, химической или биологической), нарушающей её внутриклеточный энергетический баланс и приводящей к потере структурной целостности.

В последние годы растет интерес к запрограммированной гибели клеток, которую называют апоптозом. Важно поймать, что фактор, вызывающий апоптоз, не обладает достаточной энергией для непосредственного повреждения клетки. Он лишь включает её собственные механизмы самоуничтожения, т.е. апоптоз реализуется за счёт внутренней энергии клетки и является таким же неотъемлемым свойством живого как рост, пролиферация и размножение.

Термин "апоптоз" (гр. аро — полное, ptosis — падение, утрата) предложил в 1972 году J.F. Kerr, заимствовав его у Гиппократа, назвавшего так осенний листопад.

Апоптоз — генетически регулируемая программа клеточной гибели, которая имеет определенные морфологические критерии и биохимические маркеры. Эта программа очень важна для нормального развития многоклеточного организма, сохранения нормального числа полноценных и своевременного удаления поврежденных клеток.

Возможности регуляции клеточной жизни всегда вызывали большой интерес биологов и врачей. Если процессы пролиферации являются достаточно изученными, то точка зрения на регуляцию разрушения (умирания) клеток пока еще не оформлена в окончательном виде. В то же время, при многих состояниях нарушения именно этой программы становятся определяющими для течения заболевания.

Апоптоз имеет четко выраженные и достаточно хорошо изученные морфологические критерии: уменьшение размеров, сморщивание клетки, конденсация и фрагментация ядра, разрушение цитоскелета при сохранении целостности клеточной мембраны.

Когда процесс внутренней деградации завершён, клетка представляет собой совокупность фрагментов цитоплазмы, окружённых мембранами (т.н. "апоптотические тельца"). Изоляция внутриклеточного содержимого элементами цитолеммы является главной причиной отсутствия асептическое воспаления при апоптозе. Таким образом, гибель клетки путём апоптозаj'(B отличие от некротической) переносится организмом относительно "безболезненно". В последующем апоптотические тельца фагоцитируются макрофагами, где макромолекулы погибшей клетки расщепляются до мономеров.

Сегодня установлено множество факторов, способных индуцировать апоптоз клетки. С другой стороны, некоторые воздействия могут повысить устойчивость к запрограммированной гибели (табл. 8).

Таблица 8. Физиологические и фармакологические факторы апоптоза

2.Агенты, вызывающие повреждение:

•воздействие температуры;

•вирусная инфекция;

•бактериальные токсины;

•онкогены myc, rel, Е1А;

•опухолевые супрессоры: р53;

•цитотоксические Т-клетки;

•оксиданты;

•свободные радикалы;

•антиметаболиты.

3.Агенты, связанные с лечением каких-либо заболеваний:

•химиопрепараты: цисплатин, доксорубицин, блеомицин, метотрексат, винкристин и др.;

•ионизирующее излучение;

•УФ-излучение.

4.Токсины:

•этанол;

•β-амилоидный пептид.

Виммунной системе апоптоз используется, по крайней мере, с двумя целями. Во-первых, как эффекторный механизм иммунных реакций, о чём шла речь в предыдущих главах. Здесь мы более подробно остановимся на второй функции апоптоза — регуляции иммунного ответа.

Апоптоз иммунокомпетентных клеток является неотъемлемым компонентом иммунных реакций. Установлено, что селекция антигенспецифических Τ- Η В-лимфоцитов сопровождается массовой гибелью активированных, но антигеннеспецифических лимфоцитов. С другой стороны, результатом иммунного ответа является накопление избыточного количества антигенспецифических Т- и В-клеток, что ведёт к нарушению генетически детерминированного баланса клеток макроорганизма. Выравнивание клеточного баланса после удаления патогена обусловлено именно запрограммированной гибелью большей части антигенспецифических лимфоцитов.

Как уже указывалось, апоптоз является внутреним свойством клетки, своеобразной её реакцией на различные внешние раздражители. Поэтому неудивительно, что Ё любой клетке человеческого организма фун кцион ирует-'целая система апоптоза (рис. 33). Информация о структуре компонентов этой системы содержится в геноме и передаётся от поколения к поколению. Указанную систему условно можно разделить на три части. Первая — это совокупность мембранных рецепторов, способных восприимать проапоптотические сигналы из внутренней среды организма. Вторая — это комплекс цитоплазматических посредников, передающих воспринятый рецептором сигнал внутрь клетки к эффекгорному звену. Третья — это эффекторное звено апоптоза, т.е. те компоненты, активация которых приводит к непосредственной гибели клетки.

Следует отметить, что кроме цитоплазматических в клетке содержится комплекс митохондриальных посредников апоптоза. Известно, что разрушение митохондриального аппарата приводит к неминуемой гибели клетки, поскольку последняя лишается энергетического обеспечения. Для предотвращения некроза при повреждении митохондрий активируются указанные белки, обусловливающие более экономную апоптотическую гибель нежизнеспособной клетки. Таким образом, каскад апоптоза может реализовываться как по цитоплазматическому, так и по митохондриальному пути.

Fas-зависимый путь активации апоптоза. Считается, что взаимодействие Fas с FasL вызывает апоптоз активированных Т-лимфоцитов, но оказывает антиапоптотическое действие на покоящиеся Т-клетки. Чем же обусловлена указанная двойственность эффекта взаимодействия Fas/FasL? Как было установлено в последние годы, при действии на активированные иммуноциты дополнительных стимулирующих факторов Fas/FasL-опосредованный апоптоз может отменяться. К таким стимулирующим воздействиям относятся активация лимфоцитов через

рецепторы антигенного распознавания и через рецепторы к ростовым факторам

(ИЛ-2, инсулину, эпидермальному и тромбоцитарному фактору роста, фактору роста нервов). Распознавание лимфоцитами адгезионных молекул (β,-интегринов) также может привести к отмене Fas/FasL-опосредованного апоптоза.

Отмена апоптоза в указанных сучаях обусловлена накоплением протеинкиназы В внутри активированной клетки. Этот фермент блокирует как митохондриальные (блокада проапоптотического белка Bad путём его фосфорилирования), так и цитоплазматические механизмы апоптоза (блокада каспазного каскада путём активации антагониста каспазы 9).

Таким образом, выживание иммунокомпетентной клетки при развитии иммунной реакции обусловливается специфичным распознаванием антигена с её стороны и воздействием активационного фона, сформированного в результате вовлечения компонентов врождённой резистентности (усиленная продукция факторов роста и адгезионных молекул).

Для полноценного антиапоптотического эффекта активированные Т-хел- перы должны дополнительно получить костимулирующие сигналы от антигенпрезентирующей клетки (АПК). Они состоят во взаимодействии молекулы CD28 Т-хелпера с CD80 или CD86 АПК. В случае такого взаимодействия Т-клетка существенно снижает экспрессию молекулы Fas, одновременно повышая продукцию цитоплазматического фактора c-FLIPs. Этот фактор является структурным аналогом каспазы 8, но лишён специфической функции ука- занного-фермента. Поэтому, встраиваясь в каспазный каскад, e-FLIPs блокирует передачу проапоптотического сигнала, так как не способен активировать последуйте каспазы.

Рецептор к ФНОа и его роль в индукции апоптоза. Фактор некроза опухолей

α также способен оказывать двойственный эффект на активированные лимфоциты. С одной стороны, этот цитокин может вызывать апоптоз иммунокомпетентных клеток, с другой — способствовать выживанию клеток-мишеней. В настоящее время считают, что антиапоптотический эффект ФНО-α связан с накоплением внутриклеточного посредника нуклеарного фактора кВ (NF—кВ).

Таким образом, судьба клетки (выживание/апоптоз) завистит не только от внешних стимулов, но и от её внутреннего состояния.

Роль других рецепторов в регуляции апоптоза. Другие рецепторы (DR3, TRAIL-R, и TRAIL-R,) широко представлены на лейкоцитах, гепатоцитах, опухолевых клетках, обусловливая их чувствительность к цитотоксическому действию С04+-Т-лимфоцитов, С08+-Т-клеток, ЕК, моноцитов. При этом проапоптотическое действие клеток-эффекторов усиливается в результате

Семейств© интерферонов оказывает существенное влияние на регуляцию апоптоза при вирусных и опухолевых заболеваниях. Так, γΗΦΗ обладает селективным действием на вирусинфицированные клетки, где он снижает уровень активности NF-κΒ, чем способствует их апоптотической гибели. Одновременно этот цитокин понижает уровень экспрессии рецепторов TRAIL-1 и TRAIL-2 на поверхности рядом расположенных, но неинфицированных клеток, способствуя их выживанию, α/β ИФН усиливает цитотоксический потенциал Т-лимфоцитов по отношению к опухолевым клеткам. Это происходит путём повышения экспрессии молекул TRAIL, которые взаимодействуют с соответствующими рецепторами злокачественных клеток и вызывают их апоптоз.

В то же время, в опухолевых клетках срабатывают защитные механизмы. Один из них состоит в экспрессии "рецепторов-ловушек" (TRAIL-R3 и TRAIL-R4), которые лишены доменов смерти. Поэтому при взаимодействии с соответствующими лигандами цитотоксических лимфоцитов они отнюдь не активируют апоптоз клеток-мишеней. Более того, атака со стороны цитотоксического лимфоцита способствует ещё более активной пролиферации клеткимишени, поскольку активация "рецепторов-ловушек" приводит к повышению продукции NF-κΒ И антиапоптотического белка c-FLIPs.

Роль апоптоза в регуляции численности иммунокомпетентных клеток. Покоящиеся СОЗ+-Т-лимфоциты для поддержания собственной жизнедеятельности требуют постоянного контакта с комплексами HLA-пептид аутоантигенов на поверхности клеток микроокружения. Кроме этого, выживать Т-лимфоцитам "помогают" цитокины (ИЛ-4, ИЛ-6, ИЛ-7 и ИЛ-12). Благодаря указанным влияниям неактивные лимфоциты характеризуются относительно высоким уровнем экспрессии антиапоптотического белка bcl-2 и низкой экспрессией молекул Fas и рецепторов к фактору некроза опухолей а. Таким образом, покоящиеся Т-клетки являются достаточно резистентными к запрограммированной гибели. Но стоит таким клеткам активироваться, как их готовность к апоптозу возрастает в десятки раз. Дело в том, что после специфической активации (с вовлечением антигенраспознающего рецептора) в цитоплазме Т-лимфоцитов резко снижается экспрессия белка bcl-2, а на мембране появляется значительное количество молекул Fas и рецепторов к ФНО-α.

Описанное явление имеет глубокий биологический смысл. Активированная клетка не только приобретает способность к усиленному делению, но и становится более чувствительной к регуляторным влияниям, ограничивающим пролиферацию. При помощи этого механизма в организме поддерживается стабиль-

ное количество клеток и обеспечивается профилактика новообразований. Иными словами, любая активированная иммунокомпетентная клетка неминуемо гибнет, поскольку становится крайне чувствительной к апоптозу. Реализация запрограммированной гибели осуществляется как при помощи взаимодействия Fas с FasL (мембранассоциированным или растворимым, отщепляемым от поверхности клеток-эффекторов металлопротеиназами), так и при действии ФНО-α, уровень которого значительно повышается практически при любом воспалении.

Возникает вопрос: если активированные Т-клетки гибнут, то каким образом осуществляется эффективный иммунный ответ? Дело в том, что при попадании чужеродных патогенов Т-лимфоциты получают дополнительные стимулы, временно отменяющие реализацию запрограммированной гибели. К ним относятся сигналы от факторов роста (например, ИЛ-2), адгезионных молекул и костимуляторов. Как только патоген уничтожается, Т-клетки перестают получать подобные сигналы и погибают путём апоптоза. Именно таким образом восстанавливается нормальное количество лейкоцитов после перенесённой инфекции.

Роль интерлейкина 2 в регуляции апоптотической гибели Т-клеток. Выше было указано, что ИЛ-2 является фактором роста Т-лимфоцитов. Исходя из функции, этот цитокин должен усиливать апоптотическую гибель Т-клеток, так как повышает частоту их деления. Фактически же выходит, что при адекватной антигенной нагрузке ИЛ-2, наоборот, повышает стойкость лимфоцитов к запрограммированной гибели. Сегодня этот феномен объясняют теорией обратной связи в контроле апоптоза Т-клеток. Согласно этой теории, ИЛ-2 стартово повышает чувствительность Т-лимфоцитов к апоптозу. Дальнейшая судьба клетки зависит от уровня антигенного и костимулирующего воздействия. В случае отсутствия антигенной стимуляции уровень секретируемого ИЛ-2 снижается, в результате чего Т-клетки подвергаются "пассивному" апоптозу, связанному с нехваткой указанного цитокина. Он обеспечивается митохондриалъными механизмами запрограммированной гибели. Этот путь является нормальным механизмом ограничения иммунного ответа после гибели патогена. В случае избытка антигенного воздействия имеет место "активный" апоптоз Т-лимфоцитов. Дело в том, что чрезмерная стиммуляция антигенраспознающего рецептора сопровождается такой же чрезмерной экспрессией рецепторов апоптоза (молекулы Fas и рецептора к ФНО-α). Поэтому пролиферативное действие ИЛ-2 не в состоянии перекрыть проапоптотические сигналы, поступающие в Т-клетку по указанным рецепторам. Механизм "активного" апоптоза обеспечивает ограничение гиперактивации антигенспецифического клона эффекторных клеток в случае массового представления антигена в организме1 (например, при аутоиммунных реакциях, негативной селекции Т-клеток тимуса; реакции трансплантат против хозяина).

Роль костимулирующих молекул в регуляции апоптоза. Выше уже указывалось, что взаимодействие рецептора CD28 Т-хелперов с костимуляционными молекулами АПК (CD80 и CD86) приводит к отмене апоптоза активированной иммунокомпетентной клетки. Механизм этого феномена следующий. Активация CD28 обусловливает снижение экспрессии молекулы Fas на мембране Т-хелпера и способствует повышению концентрации цитоплазматического белка c-FLIPs, оказывающего антиапоптотический эффект. Кроме этого, на

поверхности Т-клетки появляются рецепторы к инсулиноподобному фактору роста, что усиливает пролиферацию, вызванную ИЛ-2.

Другие костимулирующие молекулы (CD30 и CD40) также оказывают антиапоптотическое действие на Т-хелперы.

Степень чувствительности разных классов лимфоцитов к апоптозу. Чувствительность лимфоцитов разных классов к апоптозу существенно отличается. Так,

Т-клетки более чувствительны к апоптозу, нежели В-лимфоциты. Это объясняется следующим образом. Активация рецептора антигенного распознавания Т-лимфоцита приводит к резкому повышению чувствительности клетки к запрограммированной гибели. В то же время, активация антигенраспознающего рецептора В-клеток обусловливает резистентность этих лимфоцитов к апоптозу. Указанные особенности имеют огромное значение в иммунном ответе. В организме существует большое количество аутореактивных лимфоцитов, способных распознавать собственные антигены. Но аутоиммунные реакции не развиваются, поскольку Т-клетки, активировавшиеся после распознавания аутоантигена, гибнут путём апоптоза. Хотя активированные В-лимфоциты способны выживать после взаимодействия со специфическим аутоантигеном, они не в состоянии развивать иммунный ответ без поддержки со стороны Т-хелперов.

Т-хелперы первого типа более чувствительны к апоптозу, нежели Т-хелперы второго. Эта особенность также имеет своё объяснение. Поскольку Th 1 способствуют развитию эффекторных механизмов, повреждающих собственные клетки (например, вирусинфицированные или опухолевые), необходим мощный регуляторный механизм, который ограничивал бы самоповреждение при гиперактивации указанных лимфоцитов.

Роль апоптоза в генезе заболеваний человека. Нарушение механизмов апоптоза лежат в основе патогенеза многих заболеваний. Эти заболевания можно разделить на две группы: болезни, связанные с ингибированием апоптоза, и заболевания, вызванные усилением апоптоза (табл. 9).

Диагностика апоптоза и повышенной готовности к апоптозу иммунокомпетентных клеток. Апоптоз, как и любой механизм, характеризуется стадийностью. Сначала формируется состояние лимфоцитов, обозначаемое как повышенная готовность к апоптозу. Состоит оно в усилении экспрессии рецепторов апоптоза. На второй стадии отмечается массовая гибель клеток, приводящая к формированию лимфоцитопении по данным общего анализа крови. Выяснить, какая именно субпопуляция лимфоцитов претерпела патологический апоптоз, можно при анализе иммунограммы. Лимфоцитопения на фоне активной инфекции — один из наиболее характерных признаков повышенного апоптоза иммунокомпетентных клеток. Однако на практике могут встречаться случаи, когда вопреки патологическому апоптозу иммунокомпетентных клеток лимфоцитопения регистрироваться не будет. Во-первых, если стартово отмечался высокий лимфоцитоз, присущий многим острым вирусным инфекциям, то внезапная гибель даже большого количества лимфоцитов может лишь незначительным образом отразиться на общем количестве иммунокомпетентных клеток. Кроме того, некоторые субпопуляции лимфоцитов являются относительно малочисленными (например, цитотоксические Т-лимфоциты), поэтому их апоптотическая гибель