Кооперация клеток в иммунном ответе
В формировании иммунного ответа включаются все основные звенья иммунной системы - системы макрофагов, Т- и В-лимфоцитов, комплемента, интерферонов и главная система гистосовместимости.
В кратком виде можно выделить следующие этапы иммунного ответа:
1. Поглощение и процессинг антигена макрофагом.
2. Представление процессированного антигена макрофагом с помощью белка главной системы гистосовместимости класса 2 Т - хелперам 2.
3. Узнавание антигена Т-хелперами и их активация.
4. Узнавание антигена и активация В-лимфоцитов.
5. Дифференциация В-лимфоцитов в плазматические клетки, синтез антител.
6. Взаимодействие антител с антигеном, активация систем комплемента и макрофагов, интерферонов.
7. Представление при участии белков МНС класса 1 чужеродных антигенов Т-киллерам, разрушение инфицированных чужеродными антигенами клеток Т-киллерами.
8. Индукция Т- и В-клеток иммунной памяти, способных специфически распознавать антиген и участвовать во вторичном иммунном ответе (антигенстимулированные лимфоциты).
Факультатив
К особенностям формирования иммунитета при вирусных инфекциях относятся:
Формирование персистенции и аутоиммунных реакций за счет антигенной мимикрии. В состав суперкапсида сложных вирусов после выхода «почкованием» часто включаются мембранные белки (антигены) клеток-мишеней, в результате формируется антигенная мимикрия паразита к хозяину. Это снижает или извращает иммунный ответ, так как возможно образование гетероспецифических антител, реагирующих с поверхностными структурами клеток макроорганизма, поражая последние, – аутоиммунные реакции. Антигенная мимикрия также позволяет вирусу «прятаться» от иммунной системы хозяина и способствует персистенции вируса в макроорганизме.
Незавершенный фагоцитоз. Доиммунный фагоцитоз при вирусных инфекциях носит, как правило, незавершенный характер. Это объясняется способностью вирусов оставаться резистентными к разрушающему действию ферментных систем макрофагов и репродуцироваться внутри них. Фагоциты в этих случаях защищают вирусы от действия ингибиторов, интерферона (ИФН), антител. С другой стороны, фагоциты разносят вирусы по организму, способствуя генерализации инфекции и переходу ее в хроническую форму.
В иммунном организме мононуклеарные фагоциты фиксируют через Fc-рецептор и поглощают иммунные комплексы (IgG + вирус). Эти комплексы (ИК) в мононуклеарах под действием ферментов и кислого рН фагосом расщепляются. Вирус выходит в цитоплазму макрофага и там реплицируется. Данный феномен получил название парадоксального усиления репродукции вируса. Он приводит к гибели макрофагов. Такой способностью обладают вирусы герпеса, Эпштейна–Барр, гриппа, ВИЧ и др.
ИФН. Механизм неспецифического противовирусного действия ИФН (α и β) на является опосредованным. ИФН активируют гены, которые контролируют выработку белков с антивирусной активностью (например, протеинкиназы). Это способствует распознаванию и уничтожению вирусинфицированных клеток ЦТЛ, индукции противовирусных белков, которые подавляют синтез вирусных белков и репликацию вирусов.
Вирусные ингибиторыα, β и γ –факторынеспецифической противовирусной резистентности. Механизм действия вирусных ингибиторов и антител сходен. При взаимодействии с вирусами ингибиторы оседают на поверхности вириона, блокируя его, в результате чего вирус теряет способность адсорбироваться на поверхности чувствительной клетки, не может в нее проникнуть и репродуцироваться.
Специфический иммунитет. При острых, вирусных инфекциях антитела формируются обычно на 6–8-й день, т. е. к концу болезни. Организм отвечает на внедрение вирусов образованием вируснейтрализующих и/или комплементсвязывающих антител. Их обнаружение имеет значение для ретроспективной диагностики. Основная роль таких антител – защита от повторного заражения.
Феномен антигенной детерминанты или «первородного антигенного греха», выявленный при повторном инфицировании вирусом гриппа. Он заключается в том, что при повторном заболевании гриппом появляются антитела к вирусу, присутствующему в организме в данное время. Одновременно стимулируется выработка антител к вирусу, который вызвал заболевание в прошлом и давно покинул организм.
Формирование иммунодефицита. Вирусы способны инфицировать, нарушать функциональные свойства и разрушать Т- и В-лимфоциты. Лимфотропность подавляющего большинства вирусов человека и животных существенно отражается на патогенезе и исходе вирусных заболеваний, что проявляется в возникновении иммунодефицитных и других иммунопатологических состояний. Происходят уменьшение количества Т-клеток, нарушение кооперации Т-и В-лимфоцитов с формированием иммунодефицита, например, при ВИЧ-инфекции, герпес-вирусной инфекции и др.
Отмечена способность вирусных патогенов «ускользать» от иммунологическогонадзора организма. К механизмам такого «ускользания» относятся:
• интеграция вируса в геном клетки-хозяина. Этим свойством обладают ДНК-вирусы и ретровирусы;
• способность переходить из клетки в клетку, минуя внеклеточное пространство. Вирусы используют цитоплазматические мостики (вирус герпеса) или вызывают слияние соседних клеток с образованием гигантских многоядерных симпластов или синцития (вирусы кори, ВИЧ);
• ингибирование экспрессии комплекса молекула МНС I класса + вирусный пептид на мембранах клеток;
• антигенные вариации у вирусов, которые обусловлены мутациями. В таком случае формируются варианты вирусов, устойчивые к действию антител. Например, ВИЧ при репродукции допускает ошибки при транскрипции РНК–ДНК, что приводит к изменению антигенных детерминант гликопротеида Gp-120. С новым антигеном уже не будут взаимодействовать антитела, которые образовались ранее;
• способность вирусов индуцировать избыточное количество поверхностных антигенов, которые связывают циркулирующие противовирусные антитела до их встречи с вирионами. Например, в процессе репродукции ВИЧ синтезируется избыточное количество поверхностного Gp-120-антигена, который блокирует вируснейтрализующие антитела.
Перечисленные механизмы способствуют длительной персистенции вирусов в организме с формированием латентных, хронических и медленных вирусных инфекций.
Формирующиеся феномены иммунологического реагирования направлены против возбудителей, но нередко именно они приводят к повреждению органов и тканей макроорганизма. К таким явлениям относят:
• развитие болезней иммунных комплексов. Вирусы, взаимодействуя с антителами класса IgG, способны образовывать иммунные комплексы (ИК). Если они образуются в крови, то ИК циркулируют по всему организму и могут образовывать депо в различных тканях и органах. Они активируют систему комплемента и Тh1-клетки воспаления (CD4 – Т-лимфоциты), в местах их скопления развиваются местные воспалительные процессы. Например, при цитомегаловирусной инфекции (ЦМВ) ИК депонируются в почках, при гепатите В – в суставах, почках, капиллярах кожи. Это приводит к развитию артритов, нефритов, васкулитов;
• формирование аутоиммунных реакций в результате деструкции (разрушения) клеток макроорганизма в процессе вирусной инфекции. Появляются антигенно измененные клеточные структуры, которые воспринимаются иммунной системой организма как чужеродные. В итоге индуцируется иммунный ответ в виде образования антител и примированных Т-лимфоцитов, которые способны реагировать с антигенами нормальных клеток. При этом возможно образование антител против собственных иммуноглобулинов. Возникают аутоиммунные реакции, которые являются частыми осложнениями вирусных инфекций, например развитие орхита при вирусном паротите, миокардита при некоторых энтеровирусных инфекциях.
Таким образом, приобретенный иммунитет, который формируется при вирусных инфекциях, может:
• защищать от повторных заболеваний многие годы или всю жизнь;
• утрачиваться через несколько месяцев, поэтому возможны повторные случаи заболевания (например, вирус гриппа типа В);
• вызывать феномен парадоксального усиления репродукции вирусов;
• обусловливать персистенцию вирусов и появление рецидивов (вирусы герпеса, аденовирусы);
• способствовать развитию аутоиммунных реакций;
• формировать болезни иммунных комплексов.
«Цитокины»
В иммунном ответе регуляторами межклеточных взаимодействий являются цитокины.Они вырабатываются различными клетками иммунной системы, имеют белковую природу, растворимы в жидкостях организма, действуют через специальные рецепторы на поверхности клеточных мембран, неспецифичны к антигенам.
Их активность взаимосвязана и проявляется по типу цитокинового каскада (каждый цитокин активирует последующий). Так, если один цитокин действует на клетку, он стимулирует выработку этой клеткой других цитокинов.
По характеру биологического действия и структурной организации выделяют несколько групп цитокинов.
1. Гемопоэтины – факторы роста клеток. К ним относят интерлейкины (ИЛ), которые продуцируются активированными Т- и В-лимфоцитами, макрофагами, клетками стромы тимуса. Функциональная активность этих медиаторов имеет разнонаправленный характер. Интерлейкины (ИЛ-2–ИЛ-7, ИЛ-9, ИЛ-11, ИЛ-13, ИЛ-15) обеспечивают стимуляцию рос- та, дифференцировку и активацию Т-, В-лимфоцитов, NK- клеток, макрофагов, гранулоцитов и моноцитов, усиление активности тучных клеток и др.
К этой же группе гемопоэтинов относят колониестимулирующие факторы (КСФ), которые контролируют созревание, пролиферацию и активацию клеток иммунной системы (гранулоцитов, моноцитов, макрофагов).
2. Интерфероны (ИФН) принимают разностороннее участие в регуляции иммунного ответа, обладают противовирусной активностью.
3. Факторы некроза опухоли (ФНО-α и ФНО-β) получили такое название потому, что способны лизировать некоторые опухоли. Стимулируют процессы адгезии, антителообразования и активность мононуклеарных клеток. Секретируются активированными макрофагами.
4. Хемокины привлекают в очаг воспаления лейкоциты, моноциты и лимфоциты из крови. К хемокинам относят ИЛ-8, макрофагингибирующий фактор (МИФ) и др.
Одной из особенностей иммунокомпетентных клеток, особенно Т-лимфоцитов, является способность продуцировать большое количество растворимых веществ - цитокинов (интерлейкинов),осуществляющих регуляторные функции. Они обеспечивают согласованную работу всех систем и факторов иммунной системы, благодаря прямым и обратным связям между различными системами и субпопуляциями клеток обеспечивают устойчивую саморегуляцию иммунной системы. Цитокины участвуют также в регуляции апоптоза, в пролиферации, ангиогенезе и других клеточных процессах. Сформировались взгляды на единую цитокиновуюсистему, которая объединяет интерфероны, интерлейкины, колониестимулирующие факторы и другие факторы роста и имеет большое значение в обеспечении гомеостаза организма. Их определение (цитокиновый профиль) дает дополнительное представление о состоянии иммунной системы. В целом гомеостаз организма обеспечивается согласованной работой (взаимодействием) иммунной, эндокринной и нервной систем.
Цитокины секретируются различными клетками (лимфоцитами, макрофагами и др.) в процессе межклеточного взаимодействия в ответ на антигенное раздражение (инфекционный агент) и в норме направляют иммунный ответ по наиболее эффективному пути. По профилю действия цитокины можно разделить на провоспалительные и противовоспалительные, по преимущественной направленности иммунного ответа-Тh1 (T-helper l - направленные на формирование клеточно-опосредованного иммунного ответа) и Тh2 (преимущественно гуморального). Баланс Thl/Th2 цитокинов на ранних этапах воспалительной реакции в значительной степени определяет преимущественно клеточный или гуморальный характер иммунного ответа.
Провоспалительные цитокины - ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-8. ИЛ-12,фактор некроза опухолей (ФНО) альфа, интерфероны (ИФ) альфаи гамма синтезируются и действуют на иммунокомпетентные клетки на ранних стадиях воспаления. Взаимодействие микроорганизмов с рецепторами макрофагов приводит к индукции синтеза и секреции провоспалительных цитокинов, обеспечивающих развитие раннего воспалительного ответа.
Основной медиатор воспаления - ИЛ-1. Клетки отвечают продукцией ИЛ-1 на действие токсинов и других компонентов микроорганизмов, активированных компонентов системы комплемента, других медиаторов воспаления. С повышением уровня ИЛ-1 сопряжены лихорадка, нейтрофилия, активация комплемента, синтез белков острой фазы воспаления, ИЛ-2, клональная пролиферация специфичных к антигену Т-клеток. Провоспалительные эффекты ИЛ-1 осуществляются в синергизме с другими цитокинами, в первую очередь с ФНО альфа и ИЛ-6.
Основными продуцентами ФНО альфа являются моноциты и тканевые макрофаги. В ранний период воспаления ФНО альфа активирует эндотелий, способствует адгезии лейкоцитов к эпителию, миграции их в очаг воспаления, индуцирует продукцию других провоспалительных цитокинов.
Противовоспалительные цитокины (ИЛ-4, ИЛ-10, ИЛ-13, ФНО бета) составляют альтернативную провоспалительным цитокинам группу, ограничивающую развитие воспаления. Существенное значение имеет ИЛ-4, уровень которого является одним из критериев оценки Th2-ответа. ИЛ-4 - фактор активации В-лимфоцитов, является ростовым фактором для тучных клеток, Т-клеток. ИЛ-4 синтезируется и секретируется Th2 клетками.
Thl-цитокины – ИФ гамма, ИЛ-2 усиливают клеточно-опосредованный иммунный ответ, при котором CD8+ лимфоциты имеют значение в уничтожении клеток, инфицированных вирусами и другими внутриклеточными микроорганизмами, или имеющими другие (например, онко-) маркеры генетической чужеродности.
Тh2-цитокины (ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-10, ИЛ-13) усиливают антительный иммунный ответ и обеспечивают гуморальный иммунитет преимущественно против токсинов и внеклеточных микроорганизмов.
Иммунитет
Образование и созревание иммунокомпетентных клеток осуществляется в центральных органах иммунитета (для Т-лимфоцитов – в тимусе). Клетки-предшественники Т-лимфоцитов попадают в тимус, где пре-Т-клетки (тимоциты) созревают, пролиферируют и проходят дифференцировку на отдельные субклассы в результате взаимодействия с эпителиальными и дендритными клетками стромы и воздействия гормоноподобных полипептидных факторов, секретируемых эпителиальными клетками тимуса (альфа1-тимозин, тимопоэтин, тимулин и др.).
При дифференцировке Т-лимфоциты приобретают определенный набор мембранных CD-маркеров. Т-клетки разделяют на субпопуляции в соответствии с их функцией и профилем CD-маркеров.
Т-лимфоциты распознают антигены с помощью двух типов мембранных гликопротеинов – Т-клеточных рецепторов (семейство Ig-подобных молекул) и CD3, нековалентно связанных между собой. Их рецепторы, в отличие от антител и рецепторов В-лимфоцитов, не распознают свободно циркулирующие антигены. Они распознают пептидные фрагменты, представляемые им А-клетками через комплекс антигенного эпитопа с соответствующим белком главной системы гистосовместимости 1 и 2 класса.
В лимфоциты
В-лимфоциты разделяют на две субпопуляции: В, и В2.
В-лимфоциты проходят первичную дифференцировку в пейеровых бляшках, затем обнаруживаются на поверхности серозных полостей. В ходе гуморального иммунного ответа способны превращаться в плазмоциты, которые синтезируют только IgM. Для их превращения не всегда нужны Т-хелперы. В2-лимфоциты проходят дифференцировку в костном мозге, затем в красной пульпе селезенки и лимфоузлах. Их превращение в плазмоциты идет с участием Т-хелперов. Такие плазмоциты способны синтезировать все классы Ig человека.
Процесс созревания В-клеток осуществляется в две стадии - антиген-независимую и антиген-зависимую.
Антиген-независимая фаза. В-лимфоцит в процессе созревания проходит стадию пре-В-лимфоцита – активно пролиферирующей клетки, имеющей цитоплазменные Н-цепи IgM. Далее стадия - незрелый В-лимфоцит характеризуется появлением мембранного (рецепторного) IgM на поверхности. Конечная стадия антиген-независимой дифференцировки - образование зрелого В-лимфоцита, который может иметь два мембранных рецептора с одинаковой антигенной специфичностью (изотипа) – IgM и IgD. Зрелые В-лимфоциты покидают костный мозг и заселяют селезенку, лимфоузлы и другие скопления лимфоидной ткани, где их развитие задерживается до встречи со "своим" антигеном, т.е. до осуществления антиген-зависимой дифференцировки.
Антиген-зависимая дифференцировка включает активацию, пролиферацию и дифференцировку В-клеток в плазматические клетки и В-клетки памяти. Активация осуществляется различными путями, что -зависит от свойств антигенов и участия других клеток (макрофагов, Т-хелперов). Большинство антигенов, индуцирующих синтез антител, для индукции иммунного ответа требуют участия Т-клеток (Т-хелперов2) – тимус-зависимые антиге-ны. Тимус-независимые антигены (ЛПС, высокомолекулярные синтетические полимеры) способны стимулировать синтез антител без помощи Т-лимфоцитов.
В-лимфоцит с помощью своих иммуноглобулиновых рецепторов распознает и связывает антиген. Одновременно с В-клеткой антиген по представлению макрофага распознается Т-хелпером (Т-хелпером 2), который активируется и начинает синтезировать факторы роста и дифференцировки. Активированный этими факторами В-лимфоцит претерпевает ряд делений и одновременно дифференцируется в плазматические клетки, продуцирующие антитела.
Пути активации В-клеток и кооперации клеток в иммунном ответе на различные антигены и с участием популяций имеющих и не имеющих антиген Lyb5 популяций В-клеток отличаются. Активация В-лимфоцитов может осуществляться:
Т-зависимым антигеном при участии белков МНС класса 2 Т-хелпера;
Т-независимым антигеном, имеющим в составе митогенные компоненты;
поликлональным активатором (ЛПС);
анти-мю иммуноглобулинами;
Т-независимым антигеном, не имеющим митогенного компонента.
Кооперация клеток в иммунном ответе.
CD-номенклатура и CD-антигены
На поверхности лимфоцитов (как и других клеток ИС) присутствует множество разнообразных молекул, которые могут служить метками (маркерами) различных субпопуляций.
Разработана систематизированная номенклатура маркерных молекул; в ней группы моноклональных антител, каждая из которых специфически связывается с определенной маркерной молекулой, обозначены символом CD (Cluster Designation – групповая метка). За основу CD-номенклатуры принята специфичность, прежде всего, мышиных моноклональных антител к лейкоцитарным антигенам человека. Эти маркерные молекулы еще имеют название антигенов кластеров дифференцировки клетки, или CD-антигенов (аббр. от англ. Cell Differentiation Antigens, или Claster Definition). По структуре CD представляют собой гликопротеиды, многие из которых относятся к суперсемейству иммуноглобулинов.
В создании номенклатуры и классификации CD участвуют многие специализированные лаборатории разных стран. Моноклональные антитела совпадающей специфичности связывания объединяют в одну группу, присваивая ей номер в системе CD. Однако в последнее время принято таким образом обозначать не группы антител, а маркерные молекулы, распознаваемые данными антителами.
В настоящее время молекулярные маркеры стали классифицировать в соответствии с информацией, которую они несут об экспрессирующих их клетках, например:
популяционные маркеры, которые служат характерным признаком данного цитопоэтического ряда, или линии; пример – маркер CD3. выявляемый только на Т-клетках;
дифференцировочные маркеры, экспрессируемые временно, в процессе созревания; пример – маркер CD1, который присутствует на развивающихся тимоцитах, но не на зрелых Т-клетках;
маркеры активации, такие как CD25 – низкоаффинный Т-клеточный рецептор для фактора роста (ИЛ-2), экспрессируемый только на Т-клетках, активированных антигеном.
Иногда такой подход к классификации маркеров весьма полезен, однако не всегда он возможен. У некоторых популяций клеток маркер активации и маркер дифференцировки – это одна и та же молекула. Например, CD10, присутствующий на незрелых В-клетках, исчезает при созревании, но появляется вновь при активации.
Кроме того, маркеры активации могут постоянно присутствовать на клетках в низкой концентрации, но в более высокой – после активации. Так, под действием ИФγ возрастает экспрессия молекул главного комплекса гистосовместимости (МНС) класса II на моноцитах.