6 курс / Иммунология / Kazmirchuk_V_E_Kovalchuk_L_B_Maltsev_D_V_Klinicheskaya_immunologia

образное название "шпильки". Однако шпильки препятствуют восстановлению непрерывности ДНК, то есть соединению нитей-фрагментов между собой. Поэтому эндонуклеазы разрывают нуклеотидную последовательность в основе одной из ножек шпильки. За счёт этого снова высвобождается оголенный конец одного из полинуклеотидных цепей нити-фрагмента, а конец второго оказывается прикрытым полинуклеотидной достройкой двойной длины. На терминале второй нити происходят подобные изменения. Затем происходит репликация достроек на обеих нитяхфрагментах и соединение последних. Поэтому при соединении V— и D-сегментов между ими оказываются два участка случайных последовательностей (так называемые Р-фрагменты), которые определённым образом изменяют структуру будущего V-гена. Более того, во время объединения нитей-фрагментов, специальный фермент дезоксирибонуклеотидилтрансфераза успевает наугад встроить в место соединения еще несколько нуклеотидов, что приводит к дальнейшим изменениям в V-гене. Именно таким образом между Р-фрагментами формируется N-фрагмент случайного состава — результат деятельности указанной трансферазы. Поэтому при формировании вариабельных участков рецепторов параллельно с комбинационными происходят и определенные мутационные изменения (случайные последовательности и встроенные нуклеотиды), за счет которых новообразованный V-ген не является простой суммой V-, D— и J-сегментов (рис. 23).

Рис 23. Формирование случайных последовательностей и встроенных нуклеотидов при соединении V— и D-сегментов

После того, как V-ген сформирован, процессы рекомбинации ДНК приостанавливаются, и начинается транскрипция новообразованной последовательности нуклеотидов, которая включает собственно V-ген, незадействованные сегменты V— и J-групп, сохранившиеся при сращении цепей, а так-

По мере созревания В-лимфоцит начинает экспрессировать IgD-рецептор. Синтез других рецепторов происходит лишь во время реализации иммунного ответа, поскольку для этого необходимо соответствующее цитокиновое влияние и контакт с активированным Т-лимфоцитом. Переключение на синтез антител другого класса происходит за счёт использования других С-сегментов, что приводит к изменению нуклеотидных последовательностей не в информационной РНК, как это было при созревании клетки, а на уровне ДНК. При этом снова активируются нуклеазы, выделяющие и приобщающие один из С-сегментов (соответственно цитокиновому профилю) к комплексу VDJ. Все другие С-сегменты, расположенные в цепи по правую сторону от избранного, вырезаются и навсегда утрачиваются В-лимфоцитом. Поэтому В-клетка не способна синтезировать, например, иммуноглобулин Μ после иммуноглобулина G, поскольку при синтезе последнего был утрачен сегмент Сц, кодирующий константный участок IgM и находящийся по правую сторону от любого из Су сегментов. Но вполне естественным будет переход, в частности, с синтеза IgM на синтез IgG,. Таким образом, В-лимфоцит, который синтезирует IgA^ уже не может синтезировать ни одного другого антитела, поскольку безвозвратно утратил все С-сегменты, кроме Са2. Теперь мы можем объяснить, почему во время созревания В-клетки присоединение С-сегмента происходит на уровне РНК и синтезируется именно IgM. Сохранение всех С-сегментов ДНК позволяет В-лимфоциту в дальнейшем продуцировать любой класс антител. При этом все антитела данной В-клетки, независимо от их класса, будут содержать одинаковые антигенсвязывающие сайты, поскольку всё разнообразие V, D и J-сегментов утрачено ещё в период созревания. Изменяется лишь экспрессия С-сегментов (рис. 25).

Рис. 25. Цитокиновая регуляция синтеза антител разных классов

Подобным образом формируются рецепторы Т-клеток. ΟΗϊΓΉΜειοτ общий с антителами принцип строения и также формируются на основании V-, D-, и J-сегментов соответствующих V-генов. Следует отметить, что Т-лимфоциты строят собственные рецепторы не из тяжёлой и лёгкой, а из так называемых α и β-цепей. Такие рецепторы могут распознавать не натуральный антиген, а лишь его часть — иммуногенный пептид, который должен находиться в комплексе с молекулой HLA II класса на поверхности антигенпрезентирующей клетки. В случае отсутствия экспрессии молекулы главного комплекса гистосовместимости, α/β Т-лимфоциты не реагируют на антигенную стимуляцию. Следует

подчеркнуть, что антитела также не распознают всего антигена, поскольку они ограничиваются взаимодействием лишь с его фрагментами — антигенными детерминантами (эпитопами). Поэтому принципиальное отличие распознавания Т- и В-лимфоцитов состоит в носителе фрагмента антигена. Для Т-клеток роль носителя выполняет молекула гистосовместимости, а для антител — сам патоген. В то же время, существуют Т-клетки, которые формируют собственные рецепторы из γ— и δ-цепей. Такие лимфоциты, располагаясь на слизистых, препятствуют формированию входных ворот инфекции. Их γ/δ рецепторы, подобно антителам, способны распознавать натуральный антиген, то есть антигенную субстанций", которая не прошла процессинг в антигенпрезентующей клетке. Например, γ/δ Т-лимфоциты распознают так называемые стресс-белки (белки теплового шока). Последние синтезируются собственными клетками при поражении внутриклеточными паразитами, а также самими патогенами (например, микобактериями и кандидами) в случае агрессии со стороны факторов врождённой резистентности. При распознавании подобных структур γ/δ Τ-лимфоцит начинает выполнять киллерную функцию, которая состоит в уничтожении инфицированной клетки или самого инфекционного агента. Лишь в редких случаях HLA-подобные молекулы (например, CD1) могут презентовать некоторые антигены (чаще всего — липиды и гликолипиды) для γ/δ Т-лимфоцитов.

Резюме. Процесс формирования рецепторов антигенного распознавания иммунокомпетентных клеток является проявлением комбинационной изменчивости. При этом нуклеотидные последовательности не формируются de novo, а происходит перегруппировка уже имеющихся фрагментов ДНК. Это явление получило название рекомбинации генетического материала, или

реаранжировки генов. Правда, к комбинационным механизмам приобщаются процессы, подобные мутационным изменениям. Речь идет о случайных терминальных последовательностях, которые образуют два Р-фрагмента, и встроенных нуклеотидах, формирующих N-участок. Поэтому новообразованный V-ген не является простой суммой составляющих сегментов.

Ксобственно механизмам комбинаторики принадлежат следующие:

1)случайный выбор одной гомологической хромосомы из пары для рекомбинации сегментов V-гена;

2)случайный выбор одного сегмента из каждой группы (V, D, J);

3)случайный выбор рамки считывания участка D-сегментов; установлена возможность, по крайней мере, трех рамок считывания такого участка, причем в каждом случае полностью изменяется содержание всех сегментов группы (особенность триплетного кода);

4)случайное объединение субъединиц антигенраспознающего рецептора (тяжёлой и легкой цепей В-лимфоцитов или а— и β-цепей Т-клеток), для любого из которых выполняются первые три механизма комбинаторики.

Следует отметить, что в организме существует много В-лимфоцитов с идентичными тяжёлыми цепями и Т-клеток с одинаковыми β-цепями. Они являются результатом пролиферации незрелых лимфоцитов с удачными "пробными" рецепторами антигенного распознавания. Тем не менее, в иммунной системе каждый

лимфоцит обеспечен уникальным антигенраспознающим рецептором, поскольку для его образования нужен ещё другой компонент (соответственно — лёгкая цепь и α-цепь), которые также сформированы случайным образом. Объединение двух частей рецептора и создает комплекс уникальной специфичности.

За счёт таких процессов организм приобретает возможность продуцировать огромное количество рецепторов антигенного распознавания, а значит — способен распознать практически любой существующий в природе антиген. Поскольку антигенсвязывающие сайты сгенерированы наугад, они не предназначены для распознавания какого-либо конкретного возбудителя. Более того, большинство из сформированных рецепторов никогда не используется организмом, поскольку на протяжении существования к нему не поступают соответствующие по структуре антигены. Тем не менее, чрезвычайное разнообразие антигенраспознающих рецепторов обеспечивает готовность макроорганизма практически к любой антигенной агрессии, что, без сомнения, существенно повышает его шансы на выживание, поскольку поступление патогенов также является до определенной степени случайным явлением.

3. Цитокиновая система регуляции иммунного ответа

Прежде чем непосредственно перейти к механизмам иммунного ответа, следует остановиться на так называемых гормонах иммунной системы — цитокинах.

Цитокипами называют обширное семейство биологически активных пептидов, которые обладают гормоноподобным действием и обеспечивают взаимодействие клеток иммунной, кроветворной, эндокринной и нервной систем. В зависимости от клеток-продуцентов различают интерлейкины, монокины и лимфокины. Совокупность цитокинов иммунной системы образует "каскад цитокинов". Антигенная стимуляция приводит к секреции цитокинов "первого поколения" — фактора некроза опухолей а, интерлейкинов 1 β и 6, которые индуцируют биосинтез центрального регуляторного цитокина ИЛ-2, а также ИЛ-3, ИЛ-4, ИЛ-5, интерферона γ (цитокинов второго поколения). В свою очередь, цитокины второго поколения влияют на биосинтез ранних цитокинов. Такой принцип действия позволяет вовлекать в реакцию всё возрастающее число клеток.

Основными продуцентами цитокинов являются Т-хелперы и макрофаги. В процессе роста и дифференцировки клеток крови, а также развития им-

мунного, ответа происходит модуляция (индукция, усиление, ослабление) экспрессии рецепторов, в результате чего меняется способность -%>й или иной клетки отвечать на определённый цитокин. Модуляторами экспрессии рецепторов нередко служат сами цитокины, причём в некоторых случаях цитокин способен изменять экспрессию собственного рецептора.

Основные свойства цитокинов:

•синтез в процессе иммунного ответа;

•регулирующее действие на процесс иммунного ответа;

•проявление активности при очень низких концентрациях;

•являются факторами роста и дифференцировки клеток;

•способность одного цитокина выполнять несколько разных функций в широком круге тканей и клеток (плейотропный эффект);

•способность разных цитокинов оказывать сходные биологические эффекты (феномен дублирования);

•наличие многочисленных и самых разноообразных клеток-продуцентов. Сегодня выделяют такие классы цитокинов:

—интерлейкины (выполняющие многочисленные функции);

—интерфероны (ограничивают распространение внутриклеточных инфекций и оказывают иммунорегуляторный эффект);

—колойиестимулирующие факторы (регулируют дифференцировку и деление предшественников лейкоцитов);

—хемокины (регулируют миграцию клеток в очаг воспаления);

—факторы некроза опухоли (оказывают провоспалительный эффект и опосредуют индукцию апоптоза скомпрометированных клеток);

—факторы роста (регулируют пролиферацию разнообразных клеток, что способствует заживлению ран и восполнению дефектов, нанесённых воспалением).

Функции основных интерлейкинов представлены в табл. 6.

Таблица 6. Функциональная характеристика основных интерлейкинов

К провоспалительным цитокинам относятся ИЛ-Ιβ, ИЛ-2, ИЛ-6, ИЛ-8, ИФН-γ, ФНО-α, а к антивоспалительным — ИЛ-4, ИЛ-10, ИЛ-13.

Гранулоцит-макрофаг колониестимулирующий фактор — альфа (GM-CSF-a)

наряду с ИЛ-3 относится к раним полипотентным гемопоэтическим факторам. Поддерживает ютональный рост костномозговых предшественников гранулоцитов/макрофагов. Клетками-мишенями GM-CSF служат также зрелые гранулоциты, моноциты, эозинофилы. Он стимулирует антимикробную и противоопухолевую активность нейтрофилов, эозинофилов и макрофагов, индуцирует биосинтез ими некоторых цитокинов (ФНО-α, ИЛ-1, M-CSF). GM-CSF ингибирует миграцию нейтрофилов, способствуя их накоплению в зоне воспаления. Продуцентами GM-CSF являются стимулированные Т-лимфоциты, моноциты, фибробласты, эндотелиальные клетки.

Гранулоцит колониестимулирующий фактор (G-CSF) является более поздим гемопоэтическим фактором, чем GM-CSF. Стимулирует рост колоний почти исключительно гранулоцитов и активирует зрелые нейтрофилы. Секретируется макрофагами, фибробластами, клетками эндотелия и стромы костного мозга. Клиническое применение G-CSF направлено на восстановление числа нейтрофилов в крови при лейкопении.

Макрофаг колониестимулирующий фактор (M-CSF) стимулирует рост макрофагальных колоний из костномозговых предшественников. Вызывает пролиферацию и активирует зрелые макрофаги, индуцируя биосинтез ими ИЛ-1 β, G-CSF, интерферонов, простагландинов, усиливая их цитотоксичность по отношению к инфицированным и опухолевым клеткам. Продуцентами цитокина являются фибробласты, эндотелиальные клетки и лимфоциты.

Эритропоэтин является основным цитокином, регулирующим образование эритроцитов из незрелых костномозговых предшественников. Основным органом, в котором происходит образование эритропоэтина в процессе неонатального развития, является печень. В постнатальном периоде он продуцируется, прежде всего, почками.

Хемокины — специализированные цитокины, вызывающие направленное движение лейкоцитов. У человека описано больше 30 различных хемокинов.

Хемокины вырабатываются лейкоцитами, тромбоцитами, клетками эндотелия, эпителия, фибробластами и некоторыми другими клетками. Регуляцию продукции хемокинов осуществляют про— и противовоспалительные цитокины. Хемокины классифицируют в зависимости от местоположения в молекуле первых 2-х цистеиновых остатков. При этом различают следующие разновидности молекул:

•α-хемокины — хемоаттрактанты нейтрофилов (ИЛ-8, ИЛ-10 и др.);

•β-хемокины — приимают участие в развитии затяжного воспаления (RANTES, MIP-1, 2, 3, 4);

•γ-хемокины — хемоаттрактанты CD4+ и CD8+ Т-лимфоцитов, а также естественных киллеров (лимфотактин);

•фракталкин — специфический для Т-лимфоцитов хемокин;

•хемокины липидной природы (в частности, тромбоцитактивирующий фактор).

Фактор некроза опухоли альфа (ФНО-α) является одим из центральных регуляторов врождённого иммунитета (наряду с ИЛ-Ιβ, ИФН α и β). Проявляет множество биологических активностей, значительная часть которых аналогична ИЛ-1 β. Длительное пребывание ФНО-α в кровотоке приводит к истощению мышечной и жировой ткани (кахексии) и супрессии кроветворения. Многие биологические эффекты ФНО-α потенцируются ИФН-γ. Основными клетками-продуцентами цитокина являются макрофаги, секретирующие его при стимуляции бактериальными продуктами, а также естественные киллеры (ЕК).

Лимфотоксин (ЛТ, фактор некроза опухолей-β) является одим из первых описанных цитокинов. Спектры биологических активностей ЛТ и ФНО-α идентичны. Цитокин может играть роль в противоопухолевом, противовирусном иммунитете и иммунорегуляции. Клетками-продуцентами ЛТ являются активированные Т-лимфоциты.

Трансформирующий фактор роста бета (ΤΦΡ-β) является полифункциональным цитокином, секретируется Т-лимфоцитами на поздних стадиях активации

иоказывает супрессирующее действие на пролиферацию Т— и В-клеток. Может продуцироваться также макрофагами, тромбоцитами, почками, плацентой

ит.д. Ингибирует образование цитотоксических Т-лимфоцитов и активацию макрофагов. В отношении полиморфноядерных лейкоцитов он выступает как антагонист провоспалительных цитокинов. Таким образом, он является элементом обратной регуляции иммунного ответа и, прежде всего, воспалительной реакции. В то же время он важен для развития гуморального ответа, а именнодля-переключения биосинтеза иммуноглобулинов на IgA. Также этот цитокин вызывает рост сосудов (стимулирует процесс ангиогенеза). Попытки терапевтического применения ΤΦΡ-β связаны, в первую очередь, с его способностью ускорять заживление ран.

Цитокины рассматриваются как перспективные терапевтические препараты. Многие из них успешно прошли клинические испытания в качестве противоопухолевых средств (ИЛ-2), стимуляторов гемопоэза (GM-CSF), средств для лечения атопических заболеваний (ИФН-γ).

4. Антигены главного комплекса гистосовместимости

Для реализации корректного иммунного ответа необходимо отличать "свое" от "чужого". Это свойство связано с системой генов, которые детерминируют синтез специфических для каждого организма молекул. Такие молекулы были открыты в конце 50-х годов прошлого века французским исследователем Жаном Доссе, благодаря их способности вызывать реакцию отторжения трансплантанта при пересадке ткани в границах одного вида животных. Поэтому они были названы антигенами гистосовместимости или трансплантационными антигенами. Поскольку у человека такие молекулы были впервые выявлены на лейкоцитах крови, система человеческих антигенов гистосовместимости получила название лейкоцитарных антигенов человека (Human Leukocyte Antigens), сокращенно — HLA. Соответствующий участок на 6-ой хромосоме, где расположены гены, кодирующие антигены гистосовместимости, называется HLA-комплексом. У всех млекопитающих главный комплекс гистосовместимости называется МНС (англ. — Major Histocompatibility Complex). Различают три класса генов главного комплекса гистосовместимости (рис. 26).

Рис. 26 Основные классы молекул гистосовместимости человека и их функциональное предназначение

I класс включает локусы А, В, С, Е, G, F. Локусы А, В и С называются "классическими", поскольку кодируют хорошо изученные антигены гистосовместимости. Классические антигены I класса размещены на поверхности всех клеток организма, кроме нитей трофобласта. Именно они свидетельствуют про организменную принадлежность клеток. Для генов I класса присущ огромный полиморфизм. Так, локус А содержит 40 аллелей, В — 60 алеллей, а С— около 20. С этим связана уникальность набора HLA у каждого человека.

Роль антигенов I класса, которые кодируются локусами Е, G и F, полностью не изучена. Известно, что на клетках трофобласта присутствуют молекулы, кодируемые только локусом G. Это считается одим из механизмов поддержания иммунологической толерантности организма матери к антигенам фетоплацентарного комплекса.