3.2.2. Антигенпредставляющие клетки

Если В-клетки чувствительны только к растворенным (нативным) специфическим антигенам, то Т-лимфоциты реагируют лишь на комплексы определенных антигенных детерминант с молекулами ГКГС на поверхности антигенпредставляющих (антигенпрезентирующих) клеток.

Главной их особенностью является способность поглощать антиген, а затем выделять из него наиболее иммуногенные пептиды и размещать их на своей поверхности в комплексе с молекулами ГКГС. Это специфически влияет на субпопуляции T-лимфоцитов и обеспечивает поддержание памяти об антигене.

Функции презентации антигена выполняют макрофаги, целая группа дендритных клеток, B-лимфоциты, а также некоторые эндотелиальные, глиальные и другие клетки.

Макрофаги, даже при незавершенном фагоцитозе, размещаются на своей поверхности в комплексе с молекулами ГКГС II класса наиболее иммуногенные фрагменты фагоцитированных структур. Это позволяет лимфоцитам обнаруживать и «атаковать» инфицированные фагоциты.

Дендритные клетки в строме лимфоидных органов поглощают белки и вирусные частицы, поступившие по афферентным сосудам с лимфой, а затем экспрессируют на своей поверхности их иммуногенные фрагменты. Это способствует дифференцировке окружающих дендритные клетки наивных T-лимфоцитов до зрелых Т-хелперов первого или второго типа и поддерживает иммунологическую память.

Дендритные клетки тимуса активируют селекцию клонов T-лимфоцитов.

Клетки Лангерганса связывают проникающий через кожу антиген и с ним мигрируют в лимфатические узлы. Здесь клетки Лангерганса становятся зрелыми дендритными клетками, завершают обработку антигена и также размещают его на своей поверхности.

Дендритные клетки слизистых оболочек взаимодействуют с антигенами в лимфоидных фолликулах, а образовавшийся на них комплекс антигена с молекулой ГКГС активирует T-хелперы (преимущественно второго типа) и ускоряет образование плазмоцитов.

B-лимфоцитывыполняют функцию антигенпредставляющих клеток при контакте с нативными бактериальными эндотоксинами и другими чужеродными белками в наружных слоях коры лимфоидных органов. Здесь B-клетки поглощают антиген, а затем размещают его фрагмент в комплексе с молекулой ГКГС на своей поверхности.

Глава 4. Молекулярные основы специфической защиты

Клеточные механизмы специфической защиты существенно дополняются способностью иммунокомпетентных клеток реагировать на вырабатываемые ими же или другими иммунокомпетентными клетками химические вещества (цитокины), а также продуцировать антитела.

4.1. Цитокины

Цитокины являются небольшими белками, участвующими в межклеточной передаче сигналов. Они регулируют пролиферацию и дифференцировку иммунокомпетентных клеток, хемотаксис, экспрессию антигенов и маркеров, переключение синтеза иммуноглобулинов на другие классы, цитотоксичность макрофагов и формирование очага воспаления.

Для цитокинов наиболее характерны (В.А.Черешнев, 2004):

- зависимость биосинтеза от функционального состояния секретирующих их клеток;

- условность действия на клетки-мишени (влияние на одну и ту же структуру, может различаться);

- локальность действия;

- тотальность и полифункциональность действия на различные типы клеток;

- кооперативность действия (влияние на мишени осуществляется во взаимодействии с другими регуляторными факторами);

- избыточность действия (большинство цитокинов дублируют друг друга, поэтому отсутствие одного из них, как правило, не приводит к фатальным последствиям);

- тотальность и избирательность выработки (продуцируются многими клетками организма, но наиболее интенсивно - хелперами и макрофагами).

Цитокины по преимущественным эффектам и месту выработки делят на лимфокины, интерлейкины (ИЛ), колониестимулирующие факторы (КСФ), факторы роста (ФР), интерфероны, факторы некроза опухоли и др. К лимфокинам относят цитокины, которые синтезируются лимфоцитами. Они преимущественно регулируют гемопоэз, а также пролиферацию и дифференцировку клеток иммунной системы. Интерлейкинами называются цитокины, синтезируемые, в основном, Т-лимфоцитами.

Кнаиболее изученным цитокинам относятся:

Интерлейкин-1 вырабатывается лимфоцитами и макрофагами в присутствии бактериальных эндотоксинов, а также появляющихся при воспалении цитокинов. Даже при кратковременном увеличении его концентрации в крови, ИЛ-1 стимулирует продукцию ИЛ-6 (важнейший медиатор острой фазы воспаления) и ИЛ-8 (хемокин), а также подействовать на гипоталамус (снижает аппетит и повышает температуру тела), гепатоциты, красный костный мозг и обмен веществ в различных тканях (уменьшает безжировую массу тела). Местное действие ИЛ-1 сопровождается расширением артериол, повышением проницаемости капилляров, гиперемией, нарастанием отека, хемотаксисом лейкоцитов и, в конечном итоге, клеточной инфильтрацией тканей в области повреждения.

Чувствительные к ИЛ-1 клетки есть практически во всех системах организма, но в первую очередь на ИЛ-1 реагируют:

- T-хелперы - быстро мигрируют в зону локализации патогена и аутокринно регулируют собственную пролиферацию.

- наивные B-лимфоциты - становятся более чувствительными к ИЛ-2 и антигену на антигенпредставляющих клетках, а зрелые B-клетки - усиленно пролиферируют.

- нейтрофилы - усиливают хемотаксис, дегрануляцию и вызывают «кислородный взрыв».

- макрофаги – наряду с характерными для нейтрофилов реакциями, вырабатывают ИЛ-1, ИЛ-6 и факторы некроза опухоли, а также увеличивают экспрессию антигена с молекулами ГКГС.

- NК-клетки – становятся наиболее цитотоксичными и чувствительными к ИЛ-2, а также начинают сами продуцировать ИЛ-2 и γ-интерферон.

- базофилы и тучные клетки - выделяют содержимое своих гранул.

- фибробласты – пролиферируют, а также индуцируют синтез коллагена, ИЛ-6, КСФ и β-интерферон.

- клетки эндотелия - пролиферируют (ускоряется рост кровеносных сосудов в зонах повреждения), изменяют экспрессию эндотелиальных антигенов, усиливают адгезивность к другим клеткам

- гепатоциты - снижают синтез альбумина, но усиливают выработку белков острой фазы воспаления.

- клетки красного костного мозга - усиливают гемопоэз.

- клетки мозга - усиливают пролиферацию клеток нейроглии, а также продукцию ПГЕ₂ и адренокортикотропина (АКТГ).

- опухолевые клетки - подвергаются некрозу и апоптозу.

Конечными эффектами ИЛ-1 являются: активация опсонинов системы комплемента, усиление фагоцитоза, подавление размножения бактерий и вирусов (гипертермией), а также активация лимфоцитов. Синергистом большинства эффектов ИЛ-1 являются факторы некроза опухоли.

Интерлейкин-2 - продуцируется T-хелперами и ЦТЛ в присутствии антигена на антигенпредставляющих клетках и ряда других (ИЛ-1, ИЛ-6, факторы некроза опухоли и интерфероны) цитокинов.

Интерлейкин-2 активирует натуральные киллеры и T-клетки, стимулирует рост B-клеток и выработку ими антител, а также может являться фактором роста T-лимфоцитов и повышать в красном костном мозге их чувствительность к другим цитокинам.

Таким образом, ИЛ-2 стимулирует пролиферацию лимфоцитов и активирует их борьбу с патогенами.

Интерлейкин-3 вырабатывается активированными Т-хелперами и макрофагами, а также ЦТЛ и тимоцитами. Он приводит к созреванию лимфоцитов, тучных клеток и базофилов, а вместе с ГМ-КСФ - предшественников макрофагов. Поэтому ИЛ-3 называют ростовым и дифференцирующим фактором для всех кроветворных ростков.

Интерлейкин-4 отличается от других цитокинов видовой специфичностью. Он, вырабатывается стимулированными хелперами, тучными клетками и стромой красного костного мозга. ИЛ-4 ускоряет пролиферацию и дифференцировку макрофагов, тучных клеток, активных лимфоцитов и секрецию B-клетками IgE. Он также усиливает экспрессию на макрофагах антигенов и рецептора для IgG. В присутствии Г-КСФ, ИЛ-4 обеспечивает быстрое размножение клеток гранулоцитарного и моноцитарного ростков, с эритропоэтином - эритроидных предшественников, а с ИЛ-1 - мегакариоцитарного пути.

Перечисленные свойства, позволяют называть ИЛ-4 гемопоэтином, а также фактором роста и дифференцировки полипотентной стволовой кроветворной клетки и B-лимфоцитов.

Интерлейкин-5 в основном вырабатывается активированными T-хелперами и действует на стимулированные тем же антигеном лимфоциты. B-клетки при этом становятся более чувствительными к ИЛ-2 и продуцируют иммуноглобулины (особенностью ИЛ-5 является способность стимулировать выработку IgA). ИЛ-5 также усиливает пролиферацию предшественников эозинофилов и продукцию активных метаболитов кислорода зрелыми эозинофилами.

При одновременном действии ИЛ-2 и ИЛ-5 T-клетки становятся способны созревать до ЦТЛ.

Интерлейкин-6 одним из первых участвует в развитии иммунного ответа и воспаления. Он вырабатывается активными хелперами, макрофагами, фибробластами, эндотелиоцитами и кератиноцитами. При этом стимулируется пролиферация эндотелиоцитов, гепатоцитов, кератиноцитов, пролиферация и дифференцировка остеобластов, рост нервов и синтез коллагена фибробластами. Он также подготавливает пролиферацию T-лимфоцитов в ответ на антиген и усиливает продукцию ИЛ-2 активными хелперами. При вирусной инфекции, ИЛ-6 усиливает экспрессию антигена, способствуя продукции ЦТЛ и повышая чувствительность к ним зараженных клеток. ИЛ-6 также (вместе с ИЛ-4) стимулирует образование плазмоцитов и синтез белков острой фазы воспаления в печени.

Конечными результатами выработки ИЛ-6 являются: активация системы комплемента, усиление фагоцитоза, подавление размножения бактерий и вирусов, а также усиление специфического иммунного ответа.

При действии на гипоталамус, ИЛ-6 способствует развитию лихорадки и секреции АКТГ, а также завершению воспалительных реакций.

Интерлейкин-7 продуцируется стромой красного костного мозга и тимуса, что приводит к стимуляции развития пре B- и T-клеток.

Интерлейкин-8 (хемокин) секретируется макрофагами, фибробластами и кератиноцитами под действием бактериальных эндотоксинов и цитокинов (главным образом факторов некроза опухоли и ИЛ-1). Он стимулирует пролиферацию кератиноцитов, гладкомышечных клеток и эндотелиоцитов, а также активирует хемотаксис моноцитов и нейтрофилов в очаг воспаления и выход ферментов из нейтрофилов. Это происходит в связи с повышением силы связывания циркулирующих клеток с эндотелием сосудов (факторы некроза опухоли способствуют замедлению движения лейкоцитов с кровью, а ИЛ-8 - останавливает их).

При эндокринном влиянии ИЛ-8 вызывает гипертермию.

Интерлейкин-9 (продуцируется T-хелперами и тучными клетками) в сочетании с ИЛ-2, -3, -4 и эритропоэтином стимулирует эритропоэз, пролиферацию тучных клеток и активированных T-клеток.

Интерлейкин-10 вырабатывается T-хелперами клеточного иммунитета, макрофагами и ЦТЛ. Он подавляет синтез цитокинов T-хелперами гуморального иммунитета, пролиферацию T- и B-лимфоцитов, активность макрофагов, а также синтез IgM и IgA.

Интерлейкин-11 (выделяется стромальными клетками красного костного мозга и фибробластами легких плода) в сочетании с ИЛ-3 и ИЛ-4 стимулирует гемопоэз (особенно тромбоцитопоэз), пролиферацию предшественников лимфоцитов и клеток, участвующих в развитии воспаления.

Интерлейкин-12 (вырабатывается B-клетками, активированными макрофагами и захватившими патогены дендритными клетками) индуцирует образование T-клеток второго типа, выработку антител и белков острой фазы воспаления, а также вместе с α- и β-интерферонами активирует NK-клетки, а вместе с факторами некроза опухоли обеспечивает выработку этими клетками γ-интерферона.

Интерлейкин-13 (продуцируется активированными T-хелперами гуморального иммунитета) стимулирует синтез IgE, пролиферацию B-клеток и презентацию ими антигена.

Интерлейкин-14 (вырабатывается T-лимфоцитами) способствует образованию зрелых долгоживущих эффекторных B-клеток и их устойчивости к апоптозу.

Интерлейкин-15 (продуцируется макрофагами) стимулирует пролиферацию T-клеток, дифференцировку ЦТЛ и NK-клеток.

Факторы некроза опухоли синтезируются активированными макрофагами и NК-клетками в очаге инфицирования. Это вызывает местное увеличение диаметра сосудов, обеспечивает синтез на их эндотелии адгезивных молекул (селектинов), стимулирует пролиферацию лимфоцитов, эндотелиоцитов, фибробластов и синтез ими коллагена, потенцирует дифференцировку остеокластов и активирует фагоциты. Наряду с перечисленными свойствами, данные факторы обладают противоопухолевой активностью, а при попадании в системный кровоток стимулируют продукцию ИЛ-6 (один из важнейших медиаторов острой фазы воспаления).

Основное значение факторов некроза опухоли заключается в его способности формировать очаг воспаления и (в присутствии интерферонов) лизировать опухолевые клетки на ранней стадии их развития.

Быстрый рост уровня в крови факторов некроза опухоли и ИЛ-1 (начинается через 3-6 часов после повреждения тканей, а через 8-15 часов их биосинтез становится максимальным и сохраняется на этом уровне несколько суток), как правило, сопровождается и системными реакциями (гипертермия, изменения содержания в крови лейкоцитов и белков острой фазы).

При длительных воспалительных процессах в костный мозг могут мигрировать Т-хелперы, и там продуцировать ИЛ-1 и факторы некроза опухоли. Они стимулируют пролиферацию стволовой кроветворной клетки, но тормозят созревание эритроцитов. Благодаря этому возрастает продукция клеток необходимых для очистки зон повреждения и их регенерации.

Таким образом, факторы некроза опухоли и ИЛ-1 являются цитокинами первой волны развития воспаления. Они потенцируют секрецию макрофагами и некоторыми другими клетками ИЛ-6, который снижает выработку ИЛ-1 и факторов некроза опухоли (это уменьшает в очаге воспаления концентрацию продуктов «кислородного взрыва», лизосомальных протеиназ и продуктов повреждения тканей, что способствует восстановлению поврежденных тканей), а также является основным стимулятором продукции вторичных медиаторов воспаления.

Колониестимулирующие факторы (КСФ) представлены цитокинами, преимущественно стимулирующими гемопоэз. Они вырабатываются стромой красного костного мозга, макрофагами и T-клетками.

Например, Г-КСФ ускоряет дифференцировку, а ГМ-КСФ как рост, так и дифференцировку моноцитов. М-КСФ стимулирует рост и дифференцировку всех гранулоцитов, а ГМ-КСМ и Г-КСФ способствуют развитию нейтрофильного лейкоцитоза. Кроме того, для всех КСФ характерен синергизм с ИЛ-3 и другими стимуляторами гемопоэза.

Лимфотоксины (вырабатываются T-лимфоцитами) стимулируют лизис клеток-мишеней, активируют нейтрофилы и эндотелиальные клетки, повышают проницаемость капилляров.

Интерфероны - семейство цитокинов, обладающих высокой противовирусной активностью в организмах рыб, птиц, рептилий и млекопитающих. Учитывая то, что размножение вируса в клетках вызывает изменение состава их нуклеиновых кислот можно считать, что интерфероны способствуют поддержанию нуклеинового гомеостаза в организме хозяина.

Данные цитокины вырабатывается всеми клетками организма, но в наибольшей мере макрофагами, лимфоцитами и фибробластами. Бурная выработка интерферонов начинается вслед за проникновением вируса в макроорганизм и может составлять от 5 до 28 дней.

По антигенным свойствам наиболее изученные интерфероны делят на -интерферон (вырабатывается вирусинфицированными лейкоцитами и макрофагами), -интерферон (вырабатывается фибробластами и многими другими клетками стромы) и -интерферон (вырабатывается T-хелперами, ЦТЛ и NК-клетками при развитии иммунного ответа). В последнее время у жвачных животных (у других животных не обнаружен) выделен тау-интерферон, но его функции недостаточно изучены.

Все интерфероны на ранней стадии инфекции подавляют синтез белка и репликацию ДНК в вирусинфицированных клетках, активируют разрушение этих клеток натуральными киллерами и, связываясь с мембранами незараженных клеток, обеспечивают образование барьера из устойчивых к большинству вирусов здоровых клеток вокруг очага инфекции.

Наряду с противовирусным действием, интерфероны тормозят гемопоэз, модулируют иммунный и воспалительный ответы, а также регулируют пролиферацию и дифференцировку клеток.

Для всех видов интерферона характерен синергизм, но α- и β-интерфероны обеспечивают наиболее быстрые (обнаруживаются в крови через 1 час после попадания вируса в организм, а наибольшая их концентрация достигается через 4-8 часов) и выраженные противовирусные, а также антипролиферативные эффекты. Кроме того, α-интерферон сильнее других интерферонов стимулирует NК-клетки.

γ-Интерферон нарушает размножение вирусов, способствует презентации вирусных антигенов инфицированными клетками и активированными фагоцитами T-киллерам и T-хелперам клеточного иммунитета, а также ускоряет миграцию макрофагов к месту проникновения вируса и является антагонистом ИЛ-4 подавляя синтез IgE.

Следовательно, γ-интерферон защищает организм, используя взаимосвязь естественного и адаптивного иммунитета, а другие интерфероны используют для борьбы с вирусами лишь неспецифические механизмы иммунной защиты.

Одной из характерных особенностей всех разновидностей интерферонов является их видовая специфичность, но у близкородственных видов она может не проявляться.

В последнее время открыт цитокин получивший название онкостатин М (его источником являются макрофагии Т-лимфоциты). Он участвует в регенерации ран, блокирует опухолевый рост, ограничивает развитие воспаления, регулируя выработку гепатоцитами белков острой фазы и ингибиторов протеаз. В то же время онкостатин не нарушает функцию Т- и В лимфоцитов.

Таким образом, цитокины являются важнейшими регуляторами как специфических так и неспецифических механизмов иммунной защиты.