Иммунная система при ответе на антигены. Молекулярные основы иммунного реагирования

Пусковым моментом для включения специфического иммунного ответа является взаимодействие T–хелпера с АПК (при первичном иммунном ответе — дендритной клеткой), на поверхности которой присутствует антигенный пептид, комплексированный с молекулой MHC класса II [43, 255, 375, 431]. АПК лишены какой–либо специфичности в отношении представляемого Аг. На их поверхности присутствуют молекулы MHC класса II, связавшие пептидные фрагменты тех молекул, которые поступили путём эндоцитоза внутрь клетки из окружающей среды. При этом на долю комплексов молекул MHC класса II с чужеродным пептидом приходится чрезвычайно малая доля всех экспрессируемых MHC–пептидных комплексов. С другой стороны, клоны T–хелперов, которые несут Рц, способный распознать «искомый» комплекс молекул MHC класса II–пептид, составляют ничтожно малую часть всей субпопуляции CD4–лимфоцитов [294, 375]. Это делает проблематичной вероятность непосредственного контакта АПК и T–хелпера, способных взаимодействовать на основе распознавания Рц TCR комплекса молекул MHC класса II–пептид. Вероятность такой встречи повышается благодаря механизму «улавливания» рециркулирующих лимфоцитов.

Распознаванию антигенсодержащего комплекса (рис. 8) предшествует установление между клетками слабых контактов, обеспечивающих взаимное «прощупывание». Вероятно, эти контакты обусловлены взаимодействием молекул адгезии CD2 (на T–клетках) и CD58 (на АПК). Это создаёт предпосылку для специфического распознавания антигенсодержащей структуры Рц T–хелпера [72, 73, 126, 173]. Однако само по себе это взаимодействие слишком слабо, чтобы удержать клетки в контакте. Участие корецептора CD4 существенно повышает сродство комплексов, но все равно требуются дополнительные межмолекулярные взаимодействия для того, чтобы сохранить контакт. Стабилизация взаимодействия T–хелперов и АПК достигается благодаря попарному взаимодействию молекул адгезии, присутствующих на их поверхности или появляющихся в процессе установления контакта [294, 375, 620]. Помимо уже упомянутой пары CD2–CD58, эта адгезия обусловлена связыванием других молекул, в особенности b₁- и b₂-интегринов поверхности T–хелперов с их Рц (молекулами ICAM, VCAM), локализованными на АПК (рис. 8).

Рис. 7. Распознавание комплекса антигенного пептида с молекулами MHC классов I и II рецептором и корецептором T–лимфоцита (схема). TCR — T–клеточный Рц; Th — T–хелпер; Тк — T–киллер; CD4- и CD8 — корецепторы; АПК — антигенпредставляющая клетка; MHC — главный комплекс гистосовместимости; MHCI, MHCII — Аг классов I и II главного комплекса гистосовместимости. Пояснения в тексте.

Рис. 8. Молекулярные основы межклеточной адгезии. Аг — Аг. Пояснения в тексте.

Взаимодействие Аг с Рц недостаточно не только для того, чтобы обеспечить прочный контакт, но и для того, чтобы вызвать активацию лимфоцитов, заставить их функционировать. Оно лишь «отмечает» те клоны, которые должны быть вовлечены в иммунный ответ. Участие корецепторов CD4 и CD8, а также ряда вспомогательных молекул, входящих в состав Рц, хотя и необходимо для запуска активационного сигнала, но также недостаточно для его формирования. Ключевая роль в запуске активации T–хелперов и стимуляции АПК принадлежит взаимодействию пар костимулирующих молекул CD28–CD80/86 (B7.1, B7.2) и CD40L (CD154)–CD40 (в каждой паре первыми названы молекулы, экспрессируемые на T–хелперах, вторыми — на АПК) (рис. 9). Из этих молекул CD80 (в меньшей степени CD86) и CD40L появляются на поверхности клеток в ходе их взаимодействия. При связывании CD28 с молекулами CD80/86 генерируемый сигнал поступает через CD28 в T–клетку, при взаимодействии CD40 и CD154 — через CD40 в АПК (в том числе B–клетку) [181, 360, 365, 539].

Рис. 9. Взаимодействие T–хелперов и АПК (схема). Роль костимулирующих молекул. Обозначения те же, что и на рис. 7, 8.

При сочетании сигналов, поступающих в T–хелпер через рецепторный комплекс TCR–CD3 и костимулирующую молекулу CD28, формируется сигнал, приводящий к активации клетки, то есть к выходу её из фазы покоя G₀ в фазу клеточного цикла G ₁[574]. Это подготавливает клетку к пролиферации, которая лежит в основе любых форм проявления активности лимфоцитов. Особая роль пролиферации понятна: исходная численность любого клона слишком мала, чтобы эффективно обеспечить удаление Аг из организма. Но для развития пролиферации требуется участие ростовых факторов (в случае T–клеток, в первую очередь, ИЛ–2). Основной результат активации T–клеток и состоит в индукции экспрессии генов ростовых факторов и их Рц (рис. 10).

Рис. 10. Последствия взаимодействия T–лимфоцитов и АПК. ИЛ–2Р — Рц для ИЛ–2; ИЛ–2 — интерлейкин–2; Тm — T–клетка памяти; Th1 и Th2 — субпопуляции T–хелперов. Остальные обозначения те же, что и на рис.6 и 7.

Природа активационных сигналов и механизмы активации лимфоцитов будут рассмотрены ниже. Здесь отметим лишь, что суть передачи активационного сигнала состоит в развитии каскада реакций, завершающихся формированием транскрипционных факторов, которые связываются с регуляторными участками упомянутых генов, что приводит к их экспрессии. В случае T–клеток формирующиеся в процессе передачи сигнала транскрипционные факторы АP–1, NF-АТ, NFkB вызывают экспрессию генов ростового фактора ИЛ–2 и его Рц, что создаёт условия для деления активированных T–клеток. Смысл костимулирующего эффекта, возникающего при связывании молекулы CD28, состоит во взаимодействии сигналов, поступающих от этой молекулы и от Рц, что приводит к усилению конечного эффекта (экспрессии ИЛ–2 и его Рц) [360, 365].

Зависимость активации лимфоцитов не только от связывания Аг, но и от дополнительных сигналов проявляется и при вовлечении в иммунный ответ других типов лимфоцитов [71, 173, 574]. Источником костимулирующих сигналов для них обычно служат T–хелперы. Костимуляция при этом происходит как в форме контактных взаимодействий, так и с участием цитокинов, секретируемых T–хелперами.

T–хелперы дифференцируются из CD4-T–клеток вслед за их пролиферацией, вызванной описанными выше процессами. При этом образуются две основные разновидности T–хелперов, отличающиеся набором секретируемых цитокинов — Тh1 и Th2 [117, 459, 500, 521]. Дифференцировка T–хелперов контролируется по преимуществу цитокинами: ИЛ–12 способствует развитию Тh1, а ИЛ–4 — Th2 (рис. 11). Ключевыми цитокинами, продуцируемыми Тh1, являются ИЛ–2 и ИФНg. Первый служит фактором роста T–клеток и обеспечивает дифференцировку цитотоксических лимфоцитов (T, NK), второй активирует макрофаги и служит провоспалительным цитокином. В результате Тh1 выполняют функции хелперов реакций клеточного типа, в том числе реализуемых при участии макрофагов (гиперчувствительность замедленного типа — ГЗТ) и цитотоксических лимфоцитов. Th2 вырабатывают комплекс цитокинов, в котором доминируют ИЛ–4, ИЛ–5, ИЛ–6. ИЛ–4 служит фактором роста B–клеток, способствует выработке IgE (аллергических АТ) и реализации других процессов, способствующих формированию аллергических реакций. ИЛ–5 является фактором роста и дифференцировки эозинофилов и фактором роста B–клеток. Среди широкого спектра эффектов ИЛ–6 — поддержка развития и пролиферации B–клеток и их потомков — плазматических клеток, образующих АТ. Таким образом, Th2 являются хелперами гуморального иммунного ответа и способствуют развитию аллергических реакций. Между Тh1 и Th2 существуют отношения антагонизма, реализуемые с участием их продуктов — соответственно ИФНg и ИЛ–4 или ИЛ–10. Поэтому возникающее доминирование одного типа хелперов над другим в дальнейшем закрепляется, что определяет преобладающую форму иммунного ответа [420, 490, 500].

Рис. 11. Развитие, взаимодействие и функции T–хелперов типов Th1 и Тh2. МФ — макрофаг; NK — нормальный (естественный) киллер; ИФН — интерферон; ТК — тучная клетка; TNF — фактор некроза опухоли; ГМ–КСФ — гранулоцитарно–макрофагальный колониестимулирующий фактор. Остальные обозначения те же, что и на предыдущих рисунках.

Для развития гуморального ответа (рис. 12), который приводит к образованию АТ, способных специфически связывать Аг, необходимо как действие цитокинов, секретируемых Th2, так и контактные взаимодействия B–клеток и T–хелперов [435, 458, 460]. Поскольку B–лимфоциты параллельно выполняют функции АПК, при взаимодействии с T–хелперами B–клетки обычно выполняют двойную роль — АПК и предшественников клеток, секретирующих АТ. При этом происходит рассмотренное выше взаимодействие костимулирующих молекул CD28-B7.1/2 и CD40–CD40L, причём для активации B–лимфоцитов важен сигнал, поступающий через молекулу CD40 (рис. 9).

Рис. 12. Развитие гуморального (антительного) иммунного ответа. B–лц — B–лимфоцит. Остальные обозначения те же, что и на предыдущих рисунках.

Основные события, связанные с активацией и последующей пролиферацией B–лимфоцитов, происходят в фолликулах лимфоидных органов — местах сосредоточения B–клеток [176, 435]. При воздействии Аг в фолликулы мигрируют T–лимфоциты и в них формируются центры размножения (зародышевые центры). Стимулированные Аг и T–хелперами B–лимфоциты начинают интенсивно делиться. При этом происходит два важных процесса, затрагивающих гены иммуноглобулинов. Во-первых, происходит переключение C–генов, в результате которого на поверхности клеток появляются иммуноглобулины класса IgG, реже — IgA и IgE (вместо IgM и IgD, свойственных «наивным» B–клеткам). Во-вторых, в их V–генах резко (на несколько порядков) повышается частота мутаций. Это приводит к формированию многочисленных новых вариантов Рц и соответственно — субклонов B–лимфоцитов. Образовавшиеся субклоны подвергаются селекции. В случае, если мутации приводят к ослаблению сродства Рц к Аг, клоны не получают поддерживающих сигналов со стороны дендритных клеток зародышевых центров (на которых фиксирован Аг) и гибнут. Наоборот, в случае повышения сродства Рц к Аг клоны выживают и получают преимущества в отношении взаимодействия с T–хелперами и последующей пролиферации. Такие клетки затем покидают фолликул, мигрируют в мозговые шнуры лимфатического узла, красную пульпу селезёнки, а также (особенно при вторичном ответе) в костный мозг, где дифференцируются в плазматические клетки и секретируют АТ. В случае, если стимуляция B–клеток произошла в пейеровых бляшках или брыжеечных лимфатических узлах, B–лимфоциты мигрируют в подслизистый слой слизистой кишечника и дифференцируются преимущественно в IgA-секретирующие плазматические клетки. IgA–АТ осуществляют защиту слизистых оболочек и обладают способностью секретироваться в просвет кишечника.

Активация ЦТЛ (рис. 13) требует помимо связывания Аг, комплексированного с молекулами MHC класса I, воздействия ИЛ–2, источником которого служат Тh1 или сами CD8-T–клетки [260, 520]. Процессы индуцированной Аг пролиферации и дифференцировки T–лимфоцитов происходят в тимусзависимых зонах — паракортикальной зоне лимфатических узлов и периартериальных муфтах селезёнки. Затем они поступают в рециркуляцию и расселяются в организме, проникая в очаги воспаления благодаря формированию в них участков повышенной проницаемости, обусловленной активацией эндотелиальных клеток и экспрессией эндотелиальными клетками молекул адгезии. T–лимфоциты, получившие сигнал от Аг в структурах кишечника и других отделов иммунной системы, связанной со слизистыми, после завершения дифференцировки возвращаются в слизистые оболочки и локализуются между эпителиальными клетками.

Рис. 13. Формирование и активация цитотоксических T–лимфоцитов. ЦТЛ — цитотоксический T–лимфоцит; Кл — клетка. Остальные обозначения те же, что и на предыдущих рисунках.

Результат рассмотренных выше реакций лимфоцитов на Аг — формирование эффекторных клеток. Ими являются плазматические клетки, секретирующие АТ, ЦТЛ (фенотип CD8) и эффекторы ГЗТ. Мы не будем рассматривать пути и механизмы реализации эффекторных иммунных функций. Отметим лишь, что при этом происходит взаимодействие и взаимное усиление неспецифических и Аг–специфических эффекторных факторов. Аг–специфические эффекторные факторы, сами по себе способные обусловливать иммунную защиту, при их комбинации с неспецифическими факторами придают последним прицельность и резко повышают эффективность их действия [51, 71, 260, 459].