Начало >> Статьи >> Архивы >> Основы иммунологии (Ярилин)

Вовлечение и активация клеток—эффекторов естественного иммунитета - Основы иммунологии (Ярилин)

Оглавление
Основы иммунологии (Ярилин)
Введение
Лимфоциты
В-лимфоциты
Субпопуляции В-лимфоцитов
Т-лимфоциты
Генез Т-лимфоцитов
Формирование рецептора Т-клеток для антигена
Кортикальные тимоциты и селекция их клонов
Формирование субпопуляций Т-клеток
Подготовка Т-клеток к эмиграции, эмиграция и заселение
Маркеры Т-лимфоцитов, определение Т-клеток и их субпопуляций
NK-клетки
Моноциты и макрофаги
Дендритные клетки
Нейтрофилы
Эозинофилы
Базофилы и тучные клетки
Тромбоциты
Стромальные клетки
Структурная организация иммунной системы
Структурная организация иммунной системы - костный мозг
Структурная организация иммунной системы - тимус
Лимфоидные клетки тимуса
Микроокружение, инволюция тимуса
Периферические лимфоидные органы - структурная организация иммунной системы
Лимфоидные ткань и структуры, связанные со слизистыми оболочками
Лимфоидная ткань, связанная с кожей
Кровь и лимфа
Рециркуляция лимфоцитов
Молекулы адгезии
Преодоление сосудистого барьера и миграция лимфоцитов в ткань
Рециркуляция лимфоцитов и взаимодействие со стромой лимфоидных органов
Факторы естественного иммунитета
Вовлечение и активация клеток—эффекторов естественного иммунитета
Фагоцитоз
Адгезия фагоцитов к объекту фагоцитоза
Активация фагоцитов при адгезии, погружение частицы
Формирование фаголизосомы, лизис и расщепление фагоцитированных клеток
Секреторная активность фагоцитов
Киллерная активность фагоцитов
Функционирование естественных киллеров
Гуморальные факторы естественного иммунитета
Классическая активация комплемента
Альтернативная активация комплемента
Атака клеточной мембраны
Роль комплементзависимых процессов в иммунной защите
Медиаторы воспаления
Белки острой фазы
Другие медиаторы воспаления
Молекулярные и клеточные основы адаптивного иммунитета
Мембранные иммуноглобулины
Fc-рецепторы
Рецепторный комплекс Т-лимфоцитов TCR-CD3
Формирование разнообразия антигенраспознающих молекул лимфоцитов
Антигены и их взаимодействие с антителами
Иммуногенность антигенов
Тимуснезависимые антигены, толерогенность
Специфичность антигенов
Взаимодействие антигенов и антител
Антигены и Т-клетки
Процессинг и презентация антигенов Т-клеткам
Особенности антигенов, распознаваемых Т-клетками
Молекулярные основы межклеточных взаимодействий
Интегрины, цитокины
Интерлейкины
Интерлейкины - факторы некроза опухолей
Интерфероны
Трансформирующий фактор роста
Эффекты цитокинов на уровне организма
Активация лимфоцитов
Дальнейшая передача сигнала и формирование транскрипционных факторова активации лимфоцитов
Сигналы лимфоцитов, включаемые через корецепторы
Сигнализация лимфоцитов, запускаемая цитокинами
Продвижение активации лимфоцитов по клеточному циклу
Дифференцировка лимфоцитов
Дифференцировка Т-хелперов
Дифференцировка цитотоксических Т-лимфоцитов и Т-клеток памяти
Апоптоз
Нобелевские премии, литература

Основной группой клеток, обеспечивающих реакции естественного иммунитета, являются фагоцитирующие лейкоциты. По особенностям морфологии и функции их разделяют на мононуклеарные клетки и гранулоциты, что примерно соответствует предложенному И.И.Мечниковым разделению на макрофаги и микрофаги. Роль этих клеток в иммунной защите достаточно разнообразна. Они участвуют и в развитии иммунного ответа. Однако обозначение этой группы клеток определила та функция, которая была обнаружена ранее других — фагоцитарная.
Особенно многообразна роль главных эффекторных клеток этой группы — макрофагов, являющихся потомками моноцитов крови.

Таблица 27. Функции макрофагов при иммунных реакциях

Функция

Пути реализации

Значение для иммунитета

Фагоцитоз

Поглощение и разрушение потенциально агрессивных агентов (микроорганизмов, опухолевых клеток), погибших собственных клеток, детрита

Противомикробная и противоопухолевая защита, очистка от продуктов тканевого распада

Внеклеточный
цитолиз

Разрушение бактерий, паразитов, опухолевых клеток с помощью секретируемых продуктов и индукции цитолиза при контакте

Противомикробная и противоопухолевая защита

Образование
факторов
иммунной
защиты

Синтез и секреция цитокинов, компонентов комплемента, ферментов

Выработка гуморальных эффекnорных факторов иммунитета (в основном антимикробного)

Обработка
антигена

Частичное расщепление поглощенного антигена и связывание его пептидов с молекулами МНС II класса

Подготовка к восприятию антигена Т-хелперами

Презентация
антигена

Контакт с Т-хелпером через его рецептор для антигена, активация цитокинами (ИЛ-1 и др.)

Включение специфического звена иммунного ответа через активацию клонов Т-хелперов

Регуляция
иммунного
ответа

Выработка простагландинов, лейкотриенов, цитокинов и других пептидных факторов

Супрессия и ограничение иммунного ответа, в основном на его поздних стадиях

 

Таблица 28. Функциональные различия нейтрофилов и макрофагов

Свойство

Нейтрофилы

Макрофаги

Темп мобилизации и активации

Быстрый (минуты)

Более длительный (часы)

Длительность активации

Короткая (минуты)

Длительная (часы)

Срок жизни (и проявления активности)

Короткий (2—3 дня)

Длительный (2—3 нед)

Способность к пиноцитозу

Умеренная

Высокая

Регенерация мембраны

Отсутствует

Происходит

Реутилизация фагосом

Невозможна

Возможна

Fc-рецепторы

FcyR II, III

FcyR I, II, III

Рецепторы для комплемента

CR1, 3, 4

CR1, 3, 4, 5

Нелизосомная секреция

Отсутствует

Имеется (например, секреция цитокинов)

Макрофаги выполняют ряд ключевых функций как в естественной защите, так и при иммунном ответе (табл. 27).
Гранулоциты — более специализированные клетки. Однако и им свойственна определенная полифункциональность. Так, нейтрофильным гранулоцитам присуща не только фагоцитарная, но и секреторная функция, состоящая в выделении цитокинов и других биологически важных продуктов, в осуществлении внеклеточного цитолиза. У эозинофилов последняя функция даже преобладает над фагоцитарной. В то же время эти клетки в отличие от макрофагов не причастны к обработке антигена и его представлению лимфоцитам. Основные функциональные различия нейтрофилов и макрофагов обобщены в табл. 28.
Вовлечение эффекторных клеток естественной защиты в очаг воспаления. Основные эффекторы естественного иммунитета — нейтрофилы и макрофаги — прежде чем попасть в ткани, проходят стадию циркуляции в крови. Именно из кровотока они рекрутируются в очаг потенциальной угрозы, например в область повреждения тканей. Поскольку сами циркулирующие лейкоциты еще не испытали воздействия бактериальных и иных активирующих факторов, центральную роль в этом процессе играют эндотелиальные клетки. Выше (см. раздел 1.2.4) рассматривались нормальные механизмы хоминга лимфоцитов — их поступления в лимфоидные ткани из кровотока. При хоминге лимфоциты преодолевают сосудистый барьер через высокий эндотелий посткапиллярных венул лимфатических узлов и групповых лимфатических фолликулов, представляющий собой спонтанно активированный эндотелий. При развитии воспалительной реакции эндотелиальные клетки в очаге воспаления (вне зависимости от его локализации) активируются и приобретают свойства, аналогичные (хотя и не вполне идентичные) свойствам высокого эндотелия лимфоидных органов, и способность пропускать в воспаленные ткани лейкоциты.

Активирующими факторами при этом могут служить как бактериальные продукты (в первую очередь липополисахарид), так и цитокины, вырабатываемые местными клетками в очаге воспаления.
Активация эндотелиальных клеток развертывается следующим образом (см. рис. 25). В первые минуты в мембраны перемещается Р-селектин, который предсуществует в клетках, но хранится в цитоплазматических гранулах. Затем на протяжении 1-го часа экспрессируются гены Е-селектина, а также ряда цитокинов: α-хемокинов (ИЛ-8, IP-10, GRO-α), β-хемокинов (МСР-1 и 3, RANTES; о хемокинах см. раздел 2.1.2), ИЛ-1, ФНОа, ИЛ-6. Спустя несколько часов эти и другие цитокины начинают выделяться клетками. Особенно существенна при этом выработка хемо- кинов, поскольку хемокины эндотелиального происхождения служат основными хемоаттрактантами на стадии преодоления сосудистой стенки. В то же время на поверхности эндотелиальных клеток экспрессируются рецепторы для цитокинов (ИЛ-1, ФНОа, интерферона γ, хемокинов). В эндотелиальной клетке усиливается метаболизм арахидоновой кислоты. Он осуществляется в основном по циклооксигеназному пути и его главным продуктом становится простациклин PGI2 (см. раздел 2.3.2). Образуется и другой продукт липидного метаболизма — фактор активации тромбоцитов. Наконец, вследствие усиления активности индуци- бельной NO-синтетазы повышается продукция окиси азота, обусловливающей бактерицидную активность этих клеток.
Процесс миграции лейкоцитов в очаг воспаления осуществляется по схеме, описанной при рассмотрении хоминга лимфоцитов (см. раздел 1.2.4 и рис. 28), здесь мы лишь кратко напомним об основных его этапах. Этих этапов 4. Первый обозначается как качение: благодаря установлению слабых и обратимых связей муциноподобных и углеводных детерминант лейкоцита с Р- и Е-селектинами эндотелиальной клетки или L-селектина лейкоцита с углеводными детерминантами эндотелиальной клетки лейкоцит катится вдоль внутренней поверхности капилляра или посткапиллярной венулы. Второй этап — активация, которая обусловлена усилением экспрессии мембранных молекул (в частности, β1 и β2-интегринов) на лейкоцитах и их рецепторов на эндотелиальных клетках. Этот этап осуществляется преимущественно хемокинами, выделяемыми эндотелиальными клетками (a-хемокины активируют в основном нейтрофилы, а β-хемокины — моноциты и лимфоциты). При миграции нейтрофилов и моноцитов в очаг воспаления их активация не ограничивается усилением экспрессии интегринов; на этом этапе включаются метаболические проявления (активации этих клеток), которые реализуются уже в очаге воспаления (см. ниже). Третий этап — задержка, обусловленная прочной адгезией, которая является следствием предыдущего этапа. Она обусловлена установлением связей интегринов с рецепторами и приводит к остановке клеток и прилипанию их к эндотелию. Это вместе с хемотаксическим импульсом, исходящим от хемокинов, продуцированных клетками и связанных с ними, служит сигналом для осуществления четвертой фазы — проникновения лейкоцита через сосудистую стенку в ткань. Этому способствует сокращение эндотелиальных клеток (под влиянием фактора некроза опухоли и других цитокинов) и увеличению пор между ними.
Воспринимая стимулы со стороны цитокинов, достигающих сосудистой стенки из очага воспаления, эндотелиальная клетка проходит очередные фазы активации, В результате процесс, начинающийся с активации клеток эндотелия бактериальными продуктами, через фазу миграции, накопления лейкоцитов в очаге воспаления и их локальной активации «возвращается» к эндотелиальным клеткам в результате их дальнейшей стимуляции цитокинами, что способствует прогрессированию воспалительного процесса. Из других следствий активации эндотелиальных клеток отметим усиление экспрессии гена bcl-2, обусловливающее повышение устойчивости этих клеток к гибели по механизму апоптоза (см. раздел 3.5.3). Накопление цитокинов, обладающих ростовой активностью в отношении клеток эндотелия, обусловливает их пролиферацию и как следствие формирование новых сосудов, т.е. ангиогенез. Среди цитокинов ФНОа в зависимости от дозы может усиливать или подавлять этот процесс, однако в концентрациях, создающихся в очаге воспаления, он оказывает в основном стимулирующее действие на ангиогенез.
В тех случаях, когда в очаге воспаления накапливаются специфические активированные Т-клетки, важную роль начинает играть интерферон γ — основной продукт СD4+-клеток типа Тh1. Под его влиянием на поверхности эндотелиальных клеток усиливается экспрессия молекул МНС II класса, что обусловливает участие этих клеток в процессе обработки антигенов и представления антигенных пептидов Т-хелперам. При аллергическом воспалении аналогичный, хотя и менее выраженный эффект вызывает ключевой продукт Тh2-клеток ИЛ-4.
Таким образом, активация эндотелиальных клеток в ранний период воспалительной реакции обеспечивает миграцию в очаг биологической агрессии клеток, обусловливающих как первую (нейтрофилы, моноциты), так и вторую (лимфоциты) линию иммунной защиты. Сами эндотелиальные клетки при этом частично берут на себя роль макрофагов как |бактерицидных клеток, источников цитокинов и других медиаторов воспаления и даже антиген-представляющих клеток.
Распознающие структуры клеток — эффекторов естественного иммунитета. Выше уже отмечалось, что рецепторы, запускающие реакции естественного иммунитета, распознают химические структуры или группы структур, не свойственные нормальным клеткам данного организма. К ним относятся бактериальные липополисахариды и пептидогликаны, а также концевые сахара мембранных гликопротеинов. В результате контакт лейкоцитов с бактериальными клетками, на поверхности которых содержатся указанные субстанции, приводит к активации клеток и включению первой линии иммунной защиты, хотя распознавания индивидуальных бактериальных антигенов при этом не происходит (на уровне первой линии защиты понятие «антиген» не имеет смысла). Аналогичная реакция распознавания осуществляется при контакте лейкоцитов с собственными клетками организма — интенсивно пролиферирующими, трансформированными (в том числе опухолевыми) или «состарившимися», поскольку во всех этих случаях нарушается защита концевых углеводных остатков мембранных гликоконъюгатов, и они становятся доступными для распознавания.

Таблица 29. Основные распознающие структуры, ответственные за активацию клеток-эффекторов естественного иммунитета

Примечание. Мф — макрофаги; Мон — моноциты; Нф — нейтрофилы; Лф — лимфоциты; ДК — дендритные клетки; ЛПС — липополисахарид; SRCR — домен типа мусорщика (scavenger), богатый цистеином.
* Трансмембранные белки типа II — белки, встроенные в мембрану таким образом, что наружу клетки направлен С-конец молекулы (у белков типа I — N-конец).

В табл. 29 обобщены основные типы распознающих молекул естественного иммунитета, выполняющих функции клеточных рецепторов. Данные, представленные в последней колонке, показывают, что результатом связывания рецепторов является удаление из организма соответствующего лиганда и его носителей (обычно микроорганизмов), иногда с подключением Т- или В-клеток, т.е. факторов второй (антигенспецифической) линии защиты.
Активация макрофагов и нейтрофилов. В основе проявлений функциональной активности макрофагов и нейтрофилов лежит активация. По своей природе она родственна процессу активации других клеток, однако отличается многими проявлениями и последствиями. Так, активация лимфоцитов означает переход из фазы покоя в клеточный цикл, что отнюдь не обязательно для макрофагов и гранулоцитов; «кислородный взрыв», являющийся одним из основных событий активации фагоцитирующих клеток, не характерен для активируемых Т-лимфоцитов. Тем не менее, как и в случае с другими клетками, активация эффекторных клеток естественной защиты индуцируется внешними стимулами (как правило, воздействием экзогенных молекул на мембранные рецепторы клеток, рассмотренных выше) и реализуется с помощью цепи внутриклеточных сигналов, приводящих к изменению метаболических процессов и активности генов. Механизмы активации нейтрофилов и макрофагов в общих чертах сходны, хотя имеются и определенные различия, которые будут упомянуты ниже.
Активирующими стимулами для фагоцитирующих клеток служат факторы, взаимодействующие с рассмотренными выше рецепторными структурами:

  1. бактериальные продукты, в частности липополисахариды;
  2. цитокины, среди которых в качестве активатора наиболее эффективен интерферон γ;
  3. активированные компоненты комплемента, их фрагменты;
  4. тканевые полисахариды, в частности содержащие концевую маннозу;
  5. прилипание к различным поверхностям, происходящее с участием адгезивных молекул поверхности макрофагов, а также процесс фагоцитоза;
  6. любые другие факторы, вызывающие активацию протеинкиназы С  и повышение содержания Са2+ в клетке (в модельных опытах in vitro — сочетание форболмиристатацетата и ионофоров кальция).

Процесс активации в ряде случаев разделяется на два этапа: праймирование и запуск. Праймирующими агентами могут служить интерферон γ и ГМ-КСФ, которые облегчают проявление активации под действием Пускового агента — липополисахарида. На молекулярном уровне эффекта праймирования трактуется как процесс, приводящий к активации протеинкиназы С (вследствие накопления 1,2-диацилглицерина) без мобилизации Са2+, т.е. как неполный сигнал. Последующее воздействие липополисахарида завершает формирование сигнала путем мобилизации
Са2+ с участием 1,4,5-инозитолтрифосфата — продукта расщепления фосфатидилинозитол-4,5-дифосфата (см. раздел 3.5.1). Однако активация может осуществляться и одномоментно вследствие одновременного прохождения обоих внутриклеточных процессов.
Основные проявления активации макрофагов следующие:

  1. «кислородный взрыв», накопление свободных радикалов;
  2. генерация окиси азота;
  3. изменение активности ряда ферментов, не связанных с кислородным и азотным метаболизмом;
  4. усиление синтеза la-молекул (продуктов генов МНС И класса) и их экспрессии на поверхности клеток;
  5. усиление синтеза и секреции цитокинов (ИЛ-1, ФНОа и т.д.) и других биологически активных молекул;
  6. повышение фагоцитарной активности и эффективности фагоцитоза;
  7. увеличение противоопухолевой активности;
  8. повышение способности обрабатывать антиген и представлять его Т-клеткам;
  9. проявление регуляторной активности при иммунном ответе.

Большая часть перечисленных проявлений наблюдается и при активации нейтрофилов. Это относится, в частности, к кислородному взрыву, некоторым изменениям метаболизма и повышению фагоцитарной активности.
Далее мы несколько детальнее рассмотрим механизмы кислородного взрыва и генерации окиси азота в связи с исключительно важной ролью этих процессов как в активации фагоцитирующих клеток, так и в реализации бактерицидной функции последних.
Кислородный, или дыхательный, взрыв (рис. 29) — это процесс образования продуктов частичного восстановления кислорода, свободных радикалов, перекисей и других продуктов, обладающих высокой антимикробной активностью. Образование этих метаболитов в своей основе имеет усиление потребления глюкозы и ее расщепление с участием NADP+ по механизму гексозомонофосфатного шунта, что сопровождается накоплением NADPH. Взаимодействие NADPH с молекулой кислорода в клеточной мембране при участии NADPH-оксидазы приводит к генерации супероксид-аниона. NADPH-оксидаза представляет собой мультиферментный комплекс, включающий флавопротеин, убихинон, цитохром b558, а также пептиды — мембранные (р22 и gp91) и цитоплазматические (р47 и р67). В активации этой системы участвуют фосфолипазы и протеинкиназа С, активируемые теми же пусковыми агентами.
При последующих реакциях, в которые вовлекаются ионы водорода, образуются другие продукты с бактерицидной активностью — перекись водорода, синглетный кислород и гидроксил-радикал ( ОН). Образование перекиси водорода (дисмутация супероксид-радикала) происходит как спонтанно, так и с участием супероксиддисмутазы.

Кислородозависимые процессы в фагоцитах
Рис. 29. Кислородозависимые процессы в фагоцитах, приводящие к образованию бактерицидных субстанций.
а — основные стадии превращений продуктов «кислородного взрыва», б — химические реакции, составляющие их основу.

При участии миелопероксидазы, активность которой существенно возрастает, из перекиси водорода с участием ионов галогенов формируются дополнительные бактерицидные продукты. Для предотвращения ущерба собственным клеткам от накопления этих продуктов, цитотоксичных не только в отношении микроорганизмов, срабатывают механизмы их инактивации путем превращения в воду и кислород с участием супероксиддисмутазы и каталазы. Впрочем, эти же защитные механизмы могут проявлять и микробные клетки.

Рассмотренные выше процессы развиваются в течение нескольких секунд, что и определило их обозначение как «взрыв». Место генерации бактерицидных продуктов точно не установлено, в конечном счете они оказываются в фаголизосоме и могут секретироваться во внеклеточное пространство. Кислородный взрыв вызывают все активирующие и прай- мирующие агенты, ряд хемоаттрактантов, цитокинов, препараты, разрушающие микротрубочки (колхицин), и т.д. При действии различных агентов может проявляться определенное своеобразие, касающееся, например, выраженности отдельных составляющих реакции. Обнаружены определенные различия в генерации кислородного взрыва при активации нейтрофилов и макрофагов: в первом случае реакция более кратковременна, но более интенсивна, она приводит к большему накоплению перекиси водорода и не зависит от синтеза белков, во втором случае она длится дольше и подавляется ингибитором синтеза белка циклогексимидом.
Поскольку рассмотренные процессы сопровождаются переходом электронов с более высокоэнергетических орбит на менее высокоэнергетические, они сопровождаются и излучением квантов энергии, что регистрируется как люминесценция. Хемилюминесценция клеточных мембран с использованием усилителей (легко окисляемых веществ типа люминола, люцигенина) широко используется для оценки кислородного взрыва в активированных клетках.
Большое внимание в настоящее время привлекает NO-зависимый механизм бактерицидности фагоцитов. Окись азота образуется в результате расщепления аргинина до цитруллина, катализируемого NO-синте- тазой при участии Са2+, лейкотриена В4 и NADP. Существует конститутивная и индуцибельная формы NO-синтетазы. Первая содержится в активной форме в покоящихся клетках, вторая — iNO-синтетаза — активируется при участии провоспалительных цитокинов. ИЛ-1β, ФНОα и особенно интерферон γ усиливают, а продукты Тh2-клеток ИЛ-4, 10 и 13 подавляют эти процессы.



 
« Основы иммунологии   Основы педиатрии »