Хаитов P.M., Игнатьева Г.Л. Иммунология

Подождите немного. Документ загружается.

группы таких белков —

SOCS

(supressor

of cytokine signaling)

PIAS

(protein inhibitor of activated STAT). В разных работах

они могут быть описаны под другими обозначениями-сино-

нимами.

Глава 7. ИММУННЫЙ ОТВЕТ

7.1. Определение иммунного ответа. Этапы иммунного ответа

Иммунный ответ — это процесс взаимодействия антигена и

организма, процесс решения противоречия между антигеном

и организмом с участием специализированных клеток — лим-

фоцитов.

Кратко мы уже определяли:

Иммунный ответ — это распознавание поврежденных па-

тогеном клеток и тканей лимфоцитами с целью деструк-

ции

выведения из организма.

Распознавание открытого множества антигенов — функция

исключительно лимфоцитов. На деструкцию и элиминацию

антигена лимфоциты «нанимают» лейкоциты общевоспали-

тельного назначения (все известные) и гуморальные протеа-

зы (систему комплемента). Некоторые субпопуляции лимфо-

цитов сами разрушают распознанный антиген.

Процесс иммунного ответа складывается из длинной пос-

ледовательности событий, которые могут развиваться с раз-

ными продолжительностью и интенсивностью отдельных эта-

пов. Для первичного иммунного ответа эти этапы следующие.

Все начинается с проникновения антигена во внутрен-

нюю среду организма. В природе это происходит при

травмировании покровных тканей. При этом в покров-

ных тканях выделяются определенные вещества (стресс-

протеины, протеины теплового шока, цитокины кера-

тиноцитов

и клеток соединительной ткани) — медиа-

торы

доиммунного

воспаления, которые готовят почву

для развития, если понадобится, лимфоцитарного им-

мунного воспаления. Попадание антигена без значимой

травмы покровов сразу во внутреннюю среду в приро-

де — событие редкое. Это, как правило, искусственное

антропогенное явление парентерального введения ве-

ществ или трансплантации тканей и органов.

6 - 544 161

• Доиммунные защитные реакции в отношении антигена

направлены на то, чтобы не пустить антиген глубже по-

кровов. В первую очередь это сосудистые реакции: рас-

ширение сосудов микроциркуляторного русла, повы-

шенный выпот из сосудов в ткани плазмы или сыво-

ротки (соответственно всех сывороточных факторов до-

иммунной резистентности к инфекциям) и экстраваза-

ция лейкоцитов, в первую очередь фагоцитов — нейт-

рофилов. Локальный отек препятствует всасыванию ан-

тигена в системную циркуляцию.

Проникший в покровы антиген сорбируют и поглощают

эндоцитозом дендритные клетки, фагоцитируют макрофаги.

И те и другие — профессиональные

антигенпредставляющие

клетки, но только дендритные клетки обладают особыми спо-

собностями — мигрируют из покровов с антигеном в регио-

нарные лимфоидные органы. «По дороге» дендритные клетки

процессируют антиген, экспрессируют на мембрану комплек-

сы пептидов с

MHC-I

MHC-II

и необходимые корецеп-

торные молекулы, с помощью которых они смогут вступить

в эффективное взаимодействие с Т-лимфоцитами в Т-зави-

симых зонах периферических лимфоидных органов. Кроме

антигенпредставляющих клеток, в покровных тканях антиге-

ны встречают внутриэпителиальные лимфоциты (IEL), среди

которых много

Ту

δ, распознающих непептидные антигены без

предварительного

процессинга и презентации антигенпред-

ставляющими клетками. Под покровами, в плевральной и

брюшной

полостях,!

для перехвата широко распространенных

микробных антигенов существуют антитела с широкой пере-

крестной реактивностью — продукты

В-1-лимфоцитов.

«Неперехваченный» в барьерных тканях антиген, всосав-

шийся в системную циркуляцию, если он опасен для орга-

низма, сразу начнет приносить вред. Шанс на развитие им-

мунного ответа на него обусловлен тем, что есть такой лим-

фоидный орган, как селезенка, через которую проходит весь

объем крови за цикл циркуляции, и антигенпредставляющие

клетки в синусоидах селезенки (дендритные клетки и макро-

фаги) будут пытаться сорбировать антиген.

А Пришедшие в лимфатические узлы дендритные клетки

с антигеном (их называют

«интердигитальные

дендрит-

ные клетки» в отличие от иных, фолликулярных, денд-

ритных клеток) располагаются в Т-зависимых зонах и

представляют антиген для «рассмотрения» интенсивно

мигрирующим Т-лимфоцитам. Среди Т-лимфоцитов рано

или поздно найдется такая клетка, у которой рецептор

для антигена окажется комплементарным данному ан-

тигену (т.е. свяжет антиген/МНС с константой диссоци-

162

ации по абсолютной величине показателя степени не

ниже чем

—10"

М). Если при этом состоятся все

необходимые и достаточные корецепторные взаимодей-

ствия-с

антигенпредставляющей

клеткой (см. рис. 5.10),

то Т-лимфоцит получит активационный сигнал, и с

этого момента начнется собственно иммунный ответ —

лимфоцитарный.

Т-лимфоцит начнет пролиферировать и дифференциро-

ваться. В результате образуется клон антигенспецифич-

ных дифференцированных Т-лимфоцитов. Такие Т-лим-

фоциты уже называют иммунными лимфоцитами, лимфо-

цитами-эффекторами. В процессе дифференцировки Т-

лимфоцит экспрессирует в надлежащем количестве мем-

бранные молекулы и цитокины, необходимые для вза-

имодействия с В-лимфоцитами,

лейкоцитами

или для

атаки на клетки-мишени.

Т-зависимых

зонах периферических лимфоидных орга-

нов происходит взаимодействие активированных антиге-

ном Т-лимфоцитов с активированными антигеном В-

лимфоцитами.

Провзаимодействовавший с антигеном и с Т-лимфоци-

тами В-лимфоцит мигрирует в зону фолликула, где про-

лиферирует и дифференцируется в антителопродуцента —

плазматическую клетку. Сюда же, на территорию фол-

ликула, мигрируют и

Th2-лимфоциты,

на которых в

результате взаимодействия с активированными антиге-

ном В-лимфоцитами экспрессируется особый рецептор

в хемокину —

Ыг-1,

обеспечивающий избирательное

движение на территорию фолликула. Первые плазмати-

ческие клетки остаются в лимфатическом узле, и сек-

ретируемые ими антитела в значительном количестве

остаются здесь же — на Fc-рецепторах фолликулярных

дендритных клеток (FDC). V-области этих антител свя-

зывают свой антиген. В таком виде, в комплексе с анти-

телами, фиксированными на FDC, антиген может ос-

таваться на территории лимфоидного фолликула в те-

чение продолжительного времени (может быть месяцы

и годы). Здесь, в фолликулах, при взаимодействии с

этим антигеном пойдет процесс созревания аффинности

антител, т.е. соматического гипермутагенеза генов V-об-

ласти иммуноглобулинов и отбора (положительный сиг-

нал на выживание) В-лимфоцитов с наиболее

высоко-

аффинными вариантами антител — только они и будут

выживать и пролиферировать при вторичном иммунном

ответе.

Иммунные В-лимфоциты, дифференцировавшиеся в

плазмоциты, уходят из фолликулов лимфоидных орга-

нов и мигрируют преимущественно в костный мозг или

163

слизистые оболочки, где и «отрабатывают» массовую

продукцию секретируемых в кровь или в слизистые сек-

реты антител. Плазмоциты из В-лимфоцитов лимфоид-

ной ткани слизистых оболочек, продуцирующие анти-

тела класса А (а также, вероятно, в определенной мере

и Е), предназначенные для экскреции в слизистые эк-

зосекреты, остаются для массовой продукции иммуно-

глобулинов в слизистой оболочке.

• Иммунные

Т-лимфоциты-эффекторы

(ЦТЛ,

Thl,

Th2)

выходят из регионарных лимфатических узлов через эф-

ферентные лимфатические сосуды, попадают в грудной

лимфатический проток и оттуда в системную циркуля-

цию. Дальше они мигрируют через кровь в очаг воспа-

ления в месте проникновения или диссеминации пато-

гена: молекулы адгезии на иммунном лимфоците иные,

чем на неиммунном. Иммунный лимфоцит «узнает» эн-

дотелий сосудов микроциркуляции именно в очагах по-

вреждения тканей и воспаления. Там TCR, если нахо-

дит, то связывает свой антиген, что активирует лимфо-

цит. Состояние активации в данном случае заключается

в усиленном биосинтезе и секреции эффекторных мо-

лекул. В случае ЦТЛ это молекулы, обеспечивающие

убийство клеток-мишеней, в случае

CD4

Thl — это

цитокины, «нанимающие» для деструкции антигена

τσ~

11ли~иные

лейкоциты (макрофаги, эозинофилы, тучные

клетки, базофилы, нейтрофилы).

•

Связанный антиген подвергается фагоцитозу и разруше-

нию гидролитическими ферментами, кислородными ра-

дикалами, радикалами окиси азота до мелких метабо-

литов, которые экскретируются из организма через си-

стемы выделения (почки, ЖКТ).

• Организм санирован — первый результат достигнут.

• Супрессия иммунного ответа — остановка продуктивно-

го иммунного ответа после санации организма от пато-

гена/антигена.

•

Второй результат лимфоцитарной иммунной реакции —

иммунологическая память.

7.2. Иммунологическая память

Доиммунные механизмы

резистентное™

«не запоминают»

свою реакцию на антиген (патоген): он попадает в организм

первый раз или десятый — реакция будет одинаковой (при

одинаковом общем состоянии здоровья организма). Лимфоци-

тарный иммунитет «запоминает». Феномен иммунологической

памяти проявляется в том, что в случае успешного иммун-

ного ответа при первом попадании патогена в организм, при

его повторных попаданиях санация наступает существенно

164

быстрее и эффективнее и патоген не успевает вызвать пато-

логический инфекционный процесс. Это и называют протек-

тивным, т.е. защищающим от болезни иммунитетом.

В основе феномена иммунологической памяти, по-видимому,

лежат два явления:

При первом иммунном ответе произошло размножение

лимфоцитов антигенспецифичного клона и не все из

них израсходованы в текущем иммунном ответе, не все

претерпевают апоптоз в результате AICD. Часть лимфо-

цитов клона «замораживается» и персистирует в орга-

низме в течение неопределенного времени (для различ-

ных антигенов время очень разное — от нуля до пожиз-

ненного).

Лимфоциты памяти существенно меньше, чем неиммун-

ные лимфоциты, нуждаются в медиаторах доиммунного

воспаления и в костимуляторных сигналах, чтобы на-

чать иммунный ответ на свой антиген, и могут начать

его вне воспаления или при минимальных симптомах

воспаления.

Несмотря на то что как клинический феномен «иммуно-

логическая память» был известен с древних времен (мы уже

писали о практике иммунизации у античных греков и китай-

цев), клеточные и

молекулярно-генетические

механизмы им-

1 дней 12

дней

20 дней

дня

«80

дней А Время

1-е введение 2-е введение Случайное попадание малой

антигена антигена дозы антигена в организм

через несколько месяцев или лет

Рис.

7.1.

Первичный иммунный ответ, вторичный иммунный ответ и

ответ иммунологической памяти.

Такого рода соотношение величин первичного иммунного ответа, вторичного

иммунного ответа и ответа иммунологической памяти бывает при введении в

организм неразмножающихся антигенов (неживых микробов). Ответ иммуно-

логической памяти возникает не всегда, и интенсивность его весьма различна

в разных случаях.

— первичный иммунный ответ; 2 — вторичный иммунный

ответ; 3 — ответ иммунологической памяти.

165

Таблица 7.1. Параметры В-лимфоцитов при первичном и вторичном

иммунном ответе

Параметр

Частота встречаемости

антигенспецифичных

В-лимфоцитов в лимфоидных

тканях

Изотип продуцируемых

антител

Аффинность антител

При первичном

ответе

10-4-10-5

IgMMgG

Низкая

При вторичном

ответе

ю-

IgG,

IgA,

IgE

Высокая ft

мунологической памяти до настоящего времени неизвестны.

„

Неизвестно, почему на какие-то антигены иммунологическая

память остается, на какие-то нет, на какие-то надолго, на ка-

кие-то быстро исчезает, и у различных особей — по-разному.

Поэтому в настоящее время прогнозы результатов вакцина-

ции — только эмпирические и статистические, но персональ-

но их нельзя составить разумно при нынешнем уровне зна-

ний. Одно из сомнений заключается в том, что, возможно,

продолжительная иммунологическая память сохраняется лишь

в тех случаях и на тот период времени, когда и пока в орга-

низме остается персистирующий антиген в виде латентной

инфекции.

Соотношение первичного иммунного ответа, вторичного

ответа и ответа иммунологической памяти схематически по-

казано на рис. 7.1.

Параметры вторичного ответа по В-лимфоцитам в срав-

нении с первичным иммунным ответом приведены в

табл. 7.1.

Т-лимфоциты памяти отличаются от зрелых неиммунных

Т-лимфоцитов и по частоте встречаемости антигенспецифич-

ного клона в лимфоидной ткани (больше в 10—100 раз), и

по экспрессии ряда мембранных молекул. Главное, что Т-лим-

фоциты памяти существенно

меньше,

чем впервые активиру-

емые к иммунному ответу лимфоциты, нуждаются в кости-

мулирующих воздействиях и поэтому быстрее и легче выхо-

дят в продуктивную эффекторную фазу иммунного ответа.

Сравнительная экспрессия мембранных молекул на неиммун-

ных зрелых Т-лимфоцитах и на Т-лимфоцитах памяти приве-

дена в табл. 7.2.

Молекула CD45 — это трансмембранная тирозинфосфата-

за, состоящая из одной полипептидной цепи. Ген CD45 име-

ет не менее 7 экзонов, 3 из которых, А, В и С, кодируют

часть внеклеточного участка молекулы и могут подвергаться

альтернативному сплайсингу на уровне первичного транскрип-

166

Таблица

7.2. Относительная экспрессия мембранных молекул на

зрелых неиммунных

Т-

лимфоцитах и Т-лимфоцитах памяти

Мембранная молекула

основные функции

LFA-3 (CD58),

лиганд

для

CD2; участвует в адгезии и

подаче сигнала

CD2, участвует в адгезии и

активации

LFA-1

(CDlla/CD18), участ-

вует в адгезии и активации

VLA-4, обеспечивает homing

в ткани

CD44, обеспечивает homing

в ткани

CD45RO,

изоформа

транс-

мембранной тирозинфосфата-

зы CD45 с наименьшей мол.

массой

CD45RA, изоформа

транс-

мембранной тирозинфосфата-

зы CD45 с наибольшей мол.

массой

L-селектин, homing в лимфа-

тические узлы

CD3, инвариантный

компонент TCR

Относительный

неиммунные

Т-клетки

Много

уровень экспрессии

Т-клетки памяти

=4-5

=20-50

На некоторых

много, на неко-

торых мало

та РНК. Изоформа CD45RA содержит пептидные

участки

всех

3 экзонов А, В и С, поэтому она имеет наибольшую молеку-

лярную массу. CD45RA экспрессируется на неиммунных зре-

лых Т-лимфоцитах, и на них этот фермент не ассоциирован

в мембране ни с

TCR,

ни с корецепторами. В иммунных Т-

лимфоцитах экзоны А, В и С удаляются альтернативным

сплайсингом РНК, и в белок транслируется легкая изоформа

CD45RO.

Но главное, что в иммунных Т-лимфоцитах эта ти-

розинфосфатаза уже не независимо присутствует где-то на

мембране клетки, а ассоциирована с TCR и корецепторами

и способствует существенному снижению (на два порядка и

более) порога на активацию лимфоцита антигеном (рис. 7.2).

В описанной выше последовательности событий иммунно-

го ответа не учтен целый ряд параметров: химическая приро-

да антигена (патогена), доза антигена и его способность к

размножению внутри организма, входные ворота, влияние

антигена на другие системы организма (нервную, эндокрин-

167

CD45RA

TCR

--Oil·

го

7 экзонов в ДНК

7 экзонов в

мРНК

CD4

CD45RO

.TCR

экзонов в ДНК

Первичный

транскрипт РНК

Альтернативный сплайсинг

экзона

в мРНК

Рис.

7.2. Структура изоформ молекулы CD45 на неиммунных Т-лимфо-

цитах и Т-лимфоцитах памяти.

А. В зрелом неиммунном Т-лимфоците все 7 экзонов CD45 в ДНК

транскрибируются в РНК и транслируются в большой белок (тяжелая изоформа

молекулы

CD45A

на неиммунных лимфоцитах); молекулы TCR, CD45 и CD4

разобщены в мембране клетки. Б. В иммунных Т-лимфоцитах в результате

альтернативного сплайсинга РНК CD45 выщепляются 3 экзона и в белок

транслируются только 4 оставшихся (легкая изоформа CD45R0 у иммунных

лимфоцитов); молекулы TCR, CD45, CD4 приближены друг к другу в мембране

клетки.

ную и др.), наличие адъювантов и т.д. В реальной ситуации

все это имеет значение и, более того, определяет как саму

возможность развития иммунного ответа, так и его качество,

и преобладание тех или иных эффекторных механизмов им-

мунитета (антителозависимые процессы, ЦТЛ, макрофагзави-

168

симые процессы,

эозинофилозависимые

процессы и т.д.). Раз-

нообразие конкретных форм иммунного ответа описано в гла-

ве 8. Здесь же подчеркнем два специфичных именно для им-

мунного ответа процесса — признака, позволяющего отличить

иммунный ответ от других защитных биологических механиз-

мов, несмотря на тесное переплетение и взаимосвязи одного

с другим в едином организме: это пролиферация лимфоцитов

и иммунологическая память.

7.3. Взаимодействия клеток в иммунном ответе

В процессе развития иммунного ответа происходят взаимодей-

ствия разных клеток друг с другом: клеток покровных тканей

с лимфоцитами, лимфоцитов с эндотелием стенки сосуда, Т-

лимфоцитов с антигенпредставляющей клеткой,

Т-лимфоци-

та с В-лимфоцитом, Т-лимфоцитов с лейкоцитами, лимфо-

цитов и лейкоцитов с межклеточным матриксом и т.д.

Каковы механизмы взаимодействия клеток друг с другом

внутри многоклеточного организма? Известны по крайней

мере два и их варианты.

А Межклеточные контакты мембранами — адгезия клеток:

мембранные молекулы одной клетки комплементарно

связываются с мембранными молекулами другой клет-

ки.

• Одна клетка синтезирует и секретирует растворимое ве-

щество, на мембране

другой(их)

клетки(ок) есть моле-

кула, способная комплементарно связать именно это

вещество (рецептор — по определению). Цитоплазмати-

ческие связи рецептора обеспечивают проведение сиг-

нала внутрь клетки, вызывающее определенные измене-

ния внутриклеточного метаболизма, которые называют

реакцией клетки (или биологическим эффектом).

Во втором варианте есть два существенно разных подвари-

анта — дистантные и локальные взаимодействия.

• Дистантно осуществляются взаимодействия нервной си-

стемы с другими клетками организма и взаимодействия

эндокринных гормонов с клетками-мишенями.

• Локально осуществляется множество межклеточных вза-

имодействий, в том числе в процессе развития иммун-

ного ответа. В последнем случае растворимые вещества

или медиаторы называют цитокинами (от греческих кор-

ней цито — клетка и кинос — движение, изменение,

т.е. вещества, предназначенные вызывать изменения в

клетках-мишенях). В отличие от контактных взаимодей-

ствий мембранными молекулами, которые достаточно

инертны во времени, взаимодействия с помощью ци-

169

токинов гораздо более быстрые, оперативные, динамич-

ные.

Уточним понятие комплементарного взаимодействия. Это

строгое химическое и количественное понятие. Между двумя

молекулами устанавливаются химические связи 4 типов: ион-

ные, водородные, ван-дер-ваальсовы и гидрофобные. Сила

связи характеризуется константой диссоциации (К.). Для вза-

имодействия

иммунорецепторов

с антигенами

должна

иметь показатель степени по абсолютной величине не ниже 7,

т.е.

10"

—10"

М. Для связи пептидов-антигенов с молекулами

MHC-I/II характерна

порядка

10"

М. Для связей цитоки-

нов с рецепторами для цитокинов

составляет

10'

—10'

М,

приводится и

10~

М. Чем больше по абсолютной величине

показатель степени в значении константы диссоциации, тем

при меньших концентрациях действующего вещества достига-

ется значимый биологический эффект. Из всех известных био-

логически активных веществ (по крайней мере из имеющих

значение для иммунологии)

для цитокинов наибольшие,

что свидетельствует о высокой биологической активности

низких концентраций цитокинов.

7.3.1. Молекулы межклеточной адгезии

Номенклатура молекул межклеточной адгезии, используемая

в настоящее время, не рациональная: для одной и той же мо-

лекулы существует более чем одно обозначение. Названия, как

правило, отражают экспериментальную систему, в которой

молекула была впервые идентифицирована. Это мешает логи-

ке классификации. Тем не менее по структурному принципу

выделяют 4 семейства молекул межклеточной адгезии (табл.

7.3).

1) селектины;

2) муциноподобные васкулярные адрессины;

3) интегрины;

4) молекулы из суперсемейства иммуноглобулинов (IgSF —

immunoglobuline

superfamily).

Селектины — молекулы на поверхности лимфоцитов и

лейкоцитов, а также эндотелия, которые обеспечивают изби-

рательный (селективный) homing определенной клетки через

стенку сосуда в определенной ткани. Общим в молекулярной

структуре селектинов, которые представляют собой одну

трансмембранную полипептидную цепь, является наличие во

внеклеточной части лектиноподобного домена. Лектины —

белки, способные комплементарно связывать сахара.

Лигандами для селектинов являются так называемые адрес-

сины — муциноподобные молекулы на поверхности эндотелия.

Адрессины CD34 и

GlyCAM-1

экспрессированы на клетках

170