6 курс / Иммунология / Kazmirchuk_V_E_Kovalchuk_L_B_Maltsev_D_V_Klinicheskaya_immunologia

В.Е. Казмирчук, Л.В. Ковальчук, Д.В. Мальцев. КЛИНИЧЕСКАЯ ИММУНОЛОГИЯ И АЛЛЕРГОЛОГИЯ

этом активируется цитоплазматический молекулярный каскад, приводящий к высвобождению нуклеарного фактора кВ. Последний мигрирует в ядро, где активирует провоспалительные гены.

Врождённое распознавание и контроль иммунного ответа. Как указывалось выше, иммунная система располагает огромным разнообразием рецепторов для распознавания практически любого существующего в природе антигена. Но в связи с тем, что их антигенраспознающие рецепторы сгенерированы наугад, некоторые из них способны специфически связываться с инертными субстанциями окружающей среды или же со структурами собственного организма (так называемыми аутоантигенами). Вполне ясно, что реакции иммунной системы на аутоантигены недопустимы. Поэтому защитные процессы организованы так, что иммунокомпетентные клетки не могут самостоятельно распознать антиген. Именно сигналы, вызванные распознаванием патогена механизмами врожденной резистентности, управляют активацией собственно иммунных реакций, т.е. иммунная система реагирует на болезнетворный микроорганизм только после распознавания его факторами врождённой резистентности. Так, например, Т-лимфоциты используют свои антигенраспознающие рецепторы для связывания с лигандом в виде иммуногенного пептида, содержащего в комплексе с молекулой HLA II класса на мембране антигенпредставляющих клеток (АПК). Как известно, этот процесс получил название антигенной презентации (представления антигена). Первичное распознавание антигена врождёнными факторами резистентности является достаточно надёжным, поскольку их рецепторы не сгенерированы случайным образом, они основываются на наследственном материале и направлены исключительно против чужеродных субстанций (патогенсвязанных молекулярных шаблонов). Но вместе с тем, распознавание врождёнными механизмами резистентности имеет существенные недостатки, связанные с ограниченностью генов, кодирующих их рецепторы (недостаточный объём генома человека). Поэтому такие механизмы способны распознать сравнительно скромное количество антигенов, хотя и наиболее распространённых среди патогенных микроорганизмов. Весь антигенный арсенал возбудителя можно распознать только при помощи иммунных реакций, поскольку иммунокомпетентные клетки содержат практически неограниченное разнообразие антигенраспознающих рецепторов. Это означает, что наиболее адекватную защиту против конкретного патогена обеспечивают именно механизмы приобретённого иммунитета.

Учитывая приведённые данные, следует поймать, что иммунокомпетентные клетки сами по себе не умеют отличать "своё" от "чужого", так как их рецепторный аппарат не отражает специфики генома организма-хозяина. Поэтому для корректного иммунного ответа они требуют активации со стороны факторов врождённой резистентности. Как указывалось, рецепторы антигенного распознавания Т-лимфоцитов способны взаимодействовать с антигеном, если он представлен в виде иммуногенного пептида в комплексе с молекулой HLA II на мембране антигенпрезентирующей клетки. Экспрессия молекулы главного

Таблица 2. Основные факторы врождённого иммунитета

2.1. Гуморальные факторы врождённого иммунитета

Гуморальные факторы системы врождённого иммунитета являются группой белков и полипептидов, секретируемых различными клетками организма. Они могут быть разделены на крупномолекулярные белки, наделённые ферментативной активностью (лизоцим, компоненты комплемента), вещества, связывающие необходимые для бактерий нутриенты — так называемые антинутриенты (лактоферрин, трансферин, церулоплазмин), вещества, направленные против определённых составляющих микробов или их продуктов (коллектины [маннозосвязывающий протеин], пентраксины [С-реактивный белок], сывороточные предшественники амилоида), а также сравнительно мелкомолекулярные полипептиды (менее 100 аминокислотных остатков), к которым относятся дефензины (пептиды-антибиотики). Ниже приведено описание основных гуморальных факторов системы врождённого иммунитета.

Лизоцим (мурамидаза) — фермент, синтезируемый и секретируемый нейтрофилами, моноцитами и макрофагами. Он содержится во всех биологических жидкостях организма (слюне, слезах, ликворе, плазме крови) и обуславливает их бактерицидные свойства. Лизоцим расщепляет муреин, входящий в состав клеточной стенки бактерий. Это и приводит к лизису микроорганизмов.

Комплемент является системой, состоящей из собственно белков комплемента, мембранных рецепторов к комплементу, плазменных и мембранных регуляторов активности комплемента.

Собственно белки комплемента — это ряд гликопротеиновых и белковых факторов плазмы крови, включающий 9 различных компонентов, .©ни образуют мультиферментный молекулярный каскад, при котором продукт одной реакции является субстратом для последующей. При этом происходит постепенное наращивание литического потенциала, и первоначально слабый инициирующий стимул приводит к мощному конечному противомикробному эффекту.

Основные источники комплемента — гепатоциты и макрофаги. Кроме этого, компоненты комплемента вырабатываются в селезёнке, кишечнике и красном костном мозге, а также лимфоэпителиальными клетками в очаге воспаления.

Существует два механизма (пути) активации комплемента: классический и

альтернативный.

Классический путь активации комплемента связан с образованием иммунного комплекса (антиген-антитело), для чего необходимо 5-6 дней. Начинается он с первого компонента комплемента (С 1), который взаимодействует своим Fc-рецептором с антителами иммунного комплекса, перекрёстно связывая несколько их Fc-фрагментов. Поэтому более удобным для активации комплемента является IgM, содержащий сразу 5 Fc-участков (см. "Структура и функции системы приобретённого иммунитета").

С1 компонент состоит из 3 субкомпонентов — q, г и s. Активированный Clq изменяет свою конформацию и приобретает свойство связывать С1г, который при активации взаимодействует с Cls. Образованный комплекс Clqrs вовлекает в каскад С4-компонент, от которого отделяется фрагмент С4а. Оставшийся фрагмент С4Ь повторно фиксируется на антителе или мембране клетки-мишени, после чего присоединяет фрагмент С2а. При этом отщеплённый С2Ь высвобождается и поступает в плазму крови. Комплекс С4ЬС2а является СЗ-конвертазой, и вся дальнейшая судьба комплемента определяется именно этим ферментом. Рецепторы к фрагментам СЗ-компонента содержатся на многих клетках, поэтому он является самым активным компонентом системы. Именно на этом компоненте объединяются классический и альтернативный пути (рис.2).

Рис. 2. Принципиальная схема путей активации комплемента

Классический путь активации комплемента инициируется перекрёстным связыванием Clq компонентом комплемента по крайне мере двух Fc-учатков смежных антител класса G, фиксированных на клетке-мишени. Свободные антитела не могут связывать Clq, так как их Fc-учаетки имеют конформационные отличия. В результате вовлечения в каскад ряда промежуточных компонентов (C4b, С2а, СЗЬ, С5Ь) происходит образование мембранатакующего комплекса (С6, С7, С8, С9), в котором непосредственной эффекторной функцией обладают С8 и С9. Альтернативный путь инициируется взаимодействием СЗЬ компонента (продукта спонтанного гидролиза СЗ) с липополисахаридами (LPS) бактериальной клетки. При этом активированный СЗЬ присоединяет фактор ВЬ, а пропердин стабилизирует образованный комплекс. В результате вовлечения в

каскад ряда промежуточных компонентов (СЗЬ, С5Ь) происходит образование мембранатакующего комплекса (МАК).

Впоследствии при расщеплении третьего компонента СЗ-конвертазой образуется конвертаза 5 компонента комплемента (C4b-C2a-C3b), которая связывает С5 и расщепляет его на С5а и С5Ь. С5а поступает в плазму, а С5Ь приимает участие в дальнейшей активации каскада. Последующие компоненты при активации не расщепляются. В дальнейшем последовательно активируются компоненты С6-С9, которые фиксируются на поверхности мишени, формируя мембранатакующий комплекс (МАК). При этом С8 углубляется в фосфолипидный бислой цитолеммы клетки-мишени и образует патологическое отверстие в ней, а несколько компонентов С9 полимеризуются внутри образованного отверстия, составляя морфологический субстрат стенок патологической поры. Это предотвращает закрытие сформированного канала (рис. 2).

Поскольку внутриклеточная среда имеет высокую осмолярность, внеклеточная вода устремляется через патологические поры в цитоплазму. В связи с этим внутриклеточное давление постоянно увеличивается, что приводит к критическому нарастанию напряжения цитолеммы и последующему разрыву клетки. Описанный механизм именуется осмотическим лизисом и справедлив для клеток с упругими внешими покровами (например, вирусинфицированные или опухолевые клетки). Бактерии имеют ригидную клеточную стенку, предотвращающую резкое изменение размеров клетки. Поэтому считают, что наряду с осмотическими механизмами бактериальные агенты гибнут в связи с утратой через образованные поры эссенциальных (стратегически важных) метаболитов, а также вследствие нарушения физиологической ионной асимметрии между цитоплазмой и внеклеточной средой. Поскольку клетки-мишени активно сопротивляются комплемент-опосредованному лизису (осуществляют эндоцитоз или экзоцитоз участков мембраны, где содержатся патологические поры) описанная функциональная "иммобилизация" имеет существенное значение и в случае опухолевых или вирусинфицированных клеток.

Альтернативный путь (рис.2) активации начинается с СЗ компонента, а в последующем разворачивается подобно классическому. В роли инициаторов выступают липополисахариды (LPS) клеточных стенок бактерий или зимозан поверхностных структур грибов, с которыми взаимодействует СЗЬ-фрагмент — продукт спонтанного гидролиза всегда присутствующего в плазме крови компонента СЗ. В последующем фиксированный СЗЬ присоединяет так называемый В-фактор, который изменяет свою конформацию и становится^,чувствительным к действию определённого плазматического фермента (D-фактора). Активированный В-фактор гидролизируется указанным ферментом, что приводит к высвобождению ВЬ— и Ва-фрагментов. Комплекс LPS-СЗЬ-ВЬ является нестойким, а поэтому требует стабилизации за счёт присоединения пропердина (фактора Р). Комплекс Р-СЗЬ-ВЬ является СЗ-конвертазой альтернативного пути активации комплемента. Факторы В, D и пропердин принадлежат к так называемой пропердиновой системе, являющейся стратегически важной для реализации альтернативного пути.

Цитолитическая активность комплемента при альтернативном пути активации определяется свойствами оболочки микроорганизма. Поскольку в данном случае нет необходимости в формировании иммунных комплексов, альтернативный путь реализуется сразу же после поступления патогена.

В последнее время выделяют также лектиновый путь активации комплемента. Осуществляется он за счёт так называемых лектинов — белков, способных связывать углеводы клеточных стенок бактерий. Классическим лектином является маннозосвязывающий протеин (см. ниже).

Наряду с многочисленными компонентами комплемента в плазме,крови циркулируют 1эёлки с антагонистическими свойствами, которые ограничивают активацию системы комплемента во время обезвреживания патогена. Один из наиболее важных — ингибитор первого компонента (С 1-ингибитор), дефицит которого обуславливает повышенный риск развития ангионевротического отёка. Так называемый фактор Η обеспечивает инактивацию СЗЬ, способствуя его дальнейшему расщеплению на фрагменты СЗс и C3d, а фактор I разрушает СЗЬ и С4Ь.

Как видно, сразу 2 плазменных фактора нейтрализуют СЗЬ. Это необходимо для корректной работы альтернативного пути, так как излишек указанного фрагмента обуславливает необоснованную гиперактивацию комплемента, вызывающую самоповреждение. Уже отмечалось, что инициация каскада происходит именно за счёт СЗЬ, образующегося при спонтанном гидролизе СЗ. Следует отметить, что спонтанный гидролиз всегда носит ограниченный характер, что предупреждает возможную гиперактивацию системы. В то же время, под действием СЗ-конвертазы фрагмент СЗЬ образуется в количестве, достаточном для инициирования нового каскада, при разворачивании которого высвобождается дополнительная порция СЗЬ. За счёт указанной положительной обратной связи комплемент наращивает литический потенциал при неизменном количестве патогена. Однако, если описанный процесс не контролируется надлежащим образом, вполне возможна необоснованная гиперактивация комплемента по альтернативному пути и, как следствие, повреждение собственных тканей. Причём потенцировать альтернативный механизм может и СЗЬ, высвободившийся в результате параллельно реализующегося классического пути активации. Поэтому для корректной работы всей системы необходима адекватная инактивация образующегося СЗЬ.

Различают 4 типа рецепторов к компонентам комплемента (complement receptor, CR — I, II, III, IV). Рецептор первого типа (CRt) содержится на поверхности антигенпрезентирующих клеток и эритроцитов. Он опосредует захват патогена, к которому присоединены опсонины СЗЬ и С4Ь. Связывание эритроцитами иммунных комплексов обеспечивает их транспорт в печень и селезёнку, где содержатся макрофаги. Рецептор второго типа (CRn) экспрессируется на В-лимфоцитах и фолликулярных дендритных клетках. Он приимает участие в фиксации указанными клетками иммунных комплексов в зародышевых центрах фолликулов лимфатических узлов, обусловливая дальнейший соматический гипермутагенез иммуноглобулиновых рецепторов В-лимфоцитов и формирование В-клеток памяти (см. ниже). CRJJJ

иCRjy по своей природе принадлежат к β,-интегринам (адгезионным молекулам)

иявляются специфичными для iC3b (инактивированного под влиянием фактора Н) и C3d. Указанные рецепторы содержатся преимущественно на фагоцитах и вы-

полня ют двоякую функцию. Во-первых, они способствуют миграции фагоцитов в очаг воспаления, поскольку могут взаимодействовать с адгезионными мембранными молекулами ICAM-1 и ICAM-2, экспрессия которых на клетках тканей является одим из ориентиров для направленного перемещения. Во-вторых, фагоциты после прибытия в очаг именно благодаря CRm CR1V распознают компоненты комплемента, способствуя фагоцитозу меченного опсонинами патогена.

Поскольку комплемент осуществляет достаточно неспецифическое распознавание, а мембранные структуры собственных клеток в норме претерпевают динамические изменения, существует потенциальная опасность комплемент-опосредованной аутоагрессии. Для её предотвращения в мембраны собственных клеток вмонтированы защитные белки, инакгивирующие каскад комплемента. Речь идёт о факторе, ускоряющем распад (англ. Decay accelerating factor, DAF), который содержится на форменных элементах крови, эпителиоцитах и клетках эндотелия. Он усиливает катаболизм ключевых ферментов каскада — СЗ— и С5-конвертаз. К мембранным защитным белкам относится также мембранный кофакторный протеин (МСР), являющийся кофактором в протеолизе СЗЬ и С4Ь при помощи 1-фактора.

Схема 1. Обобщенная схема биологической роли системы комплемента.

На схеме показано, что активация каскада комплемента (как по классическому, так и по альтернативному пути) приводит не только к непосредственному повреждающему эффекту (мембранатакующие комплексы), но и сопровождается высвобождением большого количества биологически активных фрагментов, обеспечивающих развитие реакции воспаления.

При активации каскада комплемента в плазму высвобождается ряд фрагментов отдельных компонентов (С4а, С2Ь, СЗа, С5а, а также СЗЬ и С4Ь), выполняющих ряд важных функций. Таким образом, комплемент является очень экономной системой, так как даже побочные продукты реакции наделены выраженной биологической активностью. Они способствуют развитию воспаления в месте обезвреживания патогена. Так, фрагменты СЗа, С4а и С5а (анафилотоксины) немедленно вызывают дегрануляцию тучных клеток, что приводит к высвобождению гистамина и развитию в месте пребывания патогена гиперемии, локальной гипертермии и отёка ткани. В то же время, С5а и Ва (хемоаттрактанты) способствуют поступлению нейтрофилов 'В очаг, т.е. развитию его клеточной инфильтрации. А фрагменты СЗЬ и С4Ь выполняют роль опсонинов, облегчая распознавание и захват патогенов фагоцитами. Всё это приводит к формированию экссудата, сначала серозного, в котором преобладает плазменная жидкость, а затем — гнойного, в котором содержится большое количество тканевого детрита, погибших патогенов и разрушенных нейтрофилов. Высвобожденный фрагмент С2Ь способствует накоплению кининоподобных веществ, что приводит к усилению вазодилатации, обуславливает возникновение болевых ощущений, а также вызывает активацию фактора Хагемана (XII фактора системы свёртывания крови). С активацией последнего связано состояние гиперкоагуляции в очаге воспаления.

Таким образом, все классические признаки воспаления (покраснение, отёк, боль, локальная гипертермия и нарушение функции органа) могут развиваться даже вследствие разворачивания только лишь каскада комплемента.

Биологические эффекты системы комплемента:

1.Обеспечение цитолиза (разрушения модифицированных собственных клеток) и бактерицидности (деструкции бактерий). В этом смысле комплемент дополняет (лат. complementare — дополнять) действие лизоцима.

2.Образование анафилотоксинов (СЗа, С4а и С5а), которые индуцируют высвобождение гистамина и других биологически активных веществ из тучных клеток и базофилов, обуславливая развитие вазодилатации, плазморрагии и сокращения гладкой мускулатуры бронхов.

3.Реализация хемотаксического влияния на нейтрофилы, эозинофилы и моноциты, что приводит к клеточной инфильтрации очага воспаления.

4.Обеспечение адгезии, опсонизации и фагоцитоза, что способствует уничтожению патогенов.

5.Обеспечение резистентности к вирусам (фрагменты С1-С9 способны лизировать вирусы; СЗЬ фрагмент является опсонином; отдельные компоненты комплемента блокируют пенетрацию вируса в клетку).

6.Участие в осуществлении клиренса иммунных комплексов, которые разрушаются как непосредственно комплементом, так и макрофагами селезёнки и печени, содержащими рецепторы к комплементу (в первую очередь, к Clq).

7.Обеспечение профилактики развития самоповреждения при воспалении, так как за счёт разрушения циркулирующих иммунных комплексов

предотвращается возможность развития иммунокомплексной патологии (гломерулонефрита, васкулитов).

8. Осуществление активации калликреин-кининовой системы и системы свёртывания крови (схема 1).

Калликреии-кининовая система. При проникновении чужеродных частиц (древесины, кусочков стекла, кварца и т.д.) во внешние покровы организма происходит микроповреждение капилляров, благодаря чему кровь получает временный доступ к внедрившемуся объекту. Поскольку инородная частица обычно отрицательно заряжена, на ней адсорбируется положительно заряженный фактор Хагемана (ФХ) ~ один из стартовых компонентов свёртывающей системы крови (схема 2). Известно, что ещё в плазме крови ФХ спонтанно диссоциирует с образованием небольшого количества фрагментов — ФХа и ФХб. Именно ФХа, будучи положительно заряженной молекулой, фиксируется на поверхности инородных частиц. Данный фрагмент обладает протеолитической активностью, субстратом которой является сам ФХ, а также прекалликреин. Прекалликреин под действием ФХа превращается в протеазу калликреин. Образованный калликреин резко усиливает высвобождение ФХа из ФХ и одновременно действует на новый субстрат — высокомолекулярный кининоген, от которого отщепляет короткий пептид — брадикинин.

Именно брадикинин и является эффекторным звеном системы. Он способен вызывать локальную вазодилатацию и повышение сосудистой проницаемости в очаге. Кроме того, брадикинин способствует высвобождению нейромедиатора субстанции Р, обуславливающей появление болевых ощущений. Благодаря эффекту брадикинина плазменные факторы (например, лизоцим, комплемент, фагоциты) поступают в очаг, формируя гнойный экссудат микроабсцесса. Они разрушают микроорганизмы, которыми было контаминировано инородное тело, а также пытаются уничтожить саму частицу. Поскольку чаще всего это невозможно, в микроабсцессе накапливается чрезмерное количество экссудата и он прорывается наружу. При этом инородное тело удаляется из организма. Роль фактора Хагемана также состоит в отграничении очага воспаления за счёт активации системы свёртывания.

Подобно комплементу, описанная система способна к самоусилению. Это обеспечивается за счёт формирования положительных обратных связей. Так, фиксированный ФХа вызывает дополнительное образование ФХа из ФХ (схема 2). Кроме этого, активированный калликреин также обеспечивает распад ФХ, при котором высвобождается ФХа, способный дополнительно фиксироваться на мишени и повторно активировать каскад на тот же патоген.

Чрезмерная активация системы предупреждается за счёт усиленной продукции ингибиторов протеаз, значительная часть которых является острофазовыми белками (см. ниже).

Поскольку многие инфекционные агенты являются отрицательно заряженными объектами, к ним возможно присоединение фактора Хагемана и последующее разворачивание всего каскада калликреин-кининовой системы. Кроме описанного механизма, кининоподобные молекулы могут вовлекаться в про-

цессы антимикробной защиты при активации комплемента по классическому пути. Как известно, для этого необходимы специфические антитела. Поэтому иммунная система способна повторно активировать калликреин-кининовую систему, снабжая её специфическим механизмом распознавания микроорганизмов и других патогенов.

Схема 2. Принципиальная схема каскада калликреин-кининовой системы.

На схеме показано, что калликреин-кининовая система осуществляет неспецифическое распознавание патогенов за счёт фактора Хагемана (точнее, его фрагмента ФХа). Эффекторным звеном системы является пептид брадикинин, обеспечивающий развитие вазодилятации, повышение сосудистой проницаемости и высвобождение субстанции Р. Внутри системы функционируют многочисленные механизмы положительной обратной связи, позволяющие наращивать силу ответа при неизменном количестве патогена.

Острофазовые белки — это неоднородная группа белковых субстанций, которые интенсивно синтезируются при развитии острой фазы воспаления по принципу индуцибельной системы генной регуляции и являются важными компонентами врождённых механизмов резистентности. Почти все они вырабатываются гепатоцитами под влиянием доиммуных цитокинов макрофагов (в первую очередь, интерлейкин 6 [ИЛ-6], а также интерлейкин 1β [ИЛ-Ιβ] и фактор некроза опухолей ос [ФНО-а]).

Все острофазовые белки условно разделены на три группы (А, Б и В). В группу А включены церулоплазмин и СЗ-компонент комплемента. При развитии воспаления их содержание в плазме крови возрастает на 25-50% от исходного. Группу Б составляют а,-антитрипсин, aj-антихимотрипсин, β2-маκpoглoбyлин, гаптоглобин и фибриноген. В острой фазе воспаления их уровень повышается в 2-3 раза. И, наконец, в третью группу включены С-реактивный белок, маннозосвязывающий протеин, сывороточный белок амилоида А и интерлейкин 1β. Их уровень при воспалении увеличивается почти в 1000 раз. Такие разнородные