Кератиноциты

Кератиноциты или эпидермальные клетки — эпителиальные клетки, характеризуются наличием таких морфологических структур как десмосомы и тонофиламенты, содержат цитокератины (димеры кислого и основного белков, образующие цитоскелет), формируют базальный, супрабазальный, зернистый, исчерченный, роговой слои ороговевающего эпидермиса. Кератиноциты — единственный из трёх основных клеточных компонентов иммунной системы кожи, имеющий местное происхождение. Они не покидают кожу при реализации иммунных процессов.

Среди различных молекул, экспрессируемых на поверхности кератиноцитов, следует выделить молекулы адгезии — кадгерины, катенины, b1-интегрины. Кадгерины ответственны за гомотипическую адгезию (т.е. за адгезию клеток одного типа) и за контактные взаимодействия с клетками Лангерганса (КЛ) и внутриэпителиальными T–лимфоцитами. Кадгерины и катенины играют решающую роль в стратификации эпителия [300]. b1-интегрины определяют взаимодействие кератиноцитов с белками межклеточного матрикса — фибронектином, ламинином, коллагеном, а также с Рц (VCAM–1) взаимодействующих с кератиноцитами клеток.

Таблица 21. Цитокины, образуемые клетками кожи [98]

Условные обозначения: КЛ — клетки Лангерганса; Кер — кератиноциты; ЛФ — лимфоциты; МФ — макрофаги; Тх — T–хелперы; Тh1, Тh2 — T–хелперы, соответственно 1–го и 2–го типов; ФБ — фибробласты; ЦТЛ — цитотоксические T–лимфоциты; ЭК — эндотелиальные клетки; ЭО — эозинофилы; Акт. — активация клеток; Спонт. — спонтанный синтез. Остальные обозначения см. в таблице 8.

Помимо общих структур, характерных для эпидермальных клеток, следует отметить особенности их экспрессии на кератиноцитах отдельных эпителиальных слоев эпидермиса. Так, для базальных клеток эпидермиса характерна экспрессия цитокератинов 5 и 14, для клеток супрабазального слоя — 1 и 10. В зернистом слое эпидермиса клетки несут Аг ТЕ4, ТЕ3, ТЕ16, ТЕ19, Аг ТЕ15 экспрессируется на клетках рогового слоя кожи [394]. Эти Аг обнаруживаются и на различных клеточных структурах тимуса. На кератиноцитах всех слоев эпидермиса присутствует кадгерин E (эпителиальный), а на клетках базального слоя — кроме того кадгерин P (плацентарный) [300]. Не исключено, что эти особенности связаны с процессами дифференцировки эпидермальных клеток. В базальном слое локализуются стволовые элементы эпидермиса и наиболее молодые, в значительной части делящиеся, кератиноциты. Стволовые эпидермальные клетки экспрессируют b1-интегрины, много g-катенина и мало b-катенина и Е–кадгерина. По мере созревания эти клетки перемещаются к наружным слоям, где подвергаются терминальной дифференцировке и ороговению. Показано, что одним из последствий мутации гена Е–кадгерина является ослабление пролиферации кератиноцитов и ускорение их терминальной дифференцировки [616].

Накоплен большой материал о способности кератиноцитов продуцировать цитокины (табл. 21). Среди них ряд ростовых факторов, которые важны для обеспечения нормальных процессов клеточного размножения и созревания, физиологического обновления и регенерации эпидермиса. Это эпидермальный фактор роста, основный и кислый факторы роста фибробластов, нервов, ростовой фактор тромбоцитарного происхождения, трансформирующие факторы роста [234]. Роль факторов роста для кератиноцитов выполняют и некоторые цитокины — ИЛ–4, гранулоцитарно–макрофагальный колониестимулирующий фактор (ГМ–КСФ), хемокины [153, 302]. Трансформирующий фактор роста b (ТФРb) выделяемый различными клетками, включая фибробласты и сами кератиноциты, играет значительную роль в качестве дифференцировочного фактора для кератиноцитов. Он также чрезвычайно важен с иммунологической точки зрения, поскольку оказывает супрессирующее действие на пролиферацию ряда клеток, в частности лимфоцитов и кератиноцитов, на гемопоэз, секрецию многих цитокинов. Этот фактор чрезвычайно существенен и для дифференцировки КЛ. Особенно усиливается выработка ТФРb1 на терминальных стадиях развития кератиноцитов [407]. В дополнение к ТФРb дифференцировочным фактором для кератиноцитов служит ИФНg. Кроме того, кератиноциты выделяют ряд пептидов, ферментов и т.д. Так, клетки эпидермиса содержат в цитоплазме и секретируют пептиды, серологически родственные, но не идентичные гормонам тимуса — тимопоэтину и тимулину [433].

Наиболее многочисленны данные о секреции этими клетками ИЛ–1 — полифункционального цитокина, играющего важнейшую роль в межклеточной сигнализации, развитии воспаления, запуске иммунных процессов, регуляции гемопоэза, межсистемных взаимодействиях, в индукции пролиферации самих кератиноцитов, а также лимфоцитов и фибробластов. В отличие от моноцитов и макрофагов, являющихся основными продуцентами ИЛ–1 и секретирующими в основном ИЛ–1b после их активации (бактериальными продуктами, митогенами, полиэлектролитами и др.), кератиноциты способны спонтанно синтезировать и секретировать в больших количествах ИЛ–1a (около 10⁶ ед/г). Выработка ИЛ–1 кератиноцитами усиливается при повреждении клеток (в кожных ранах), действии ультрафиолета, а также под влиянием обычных стимуляторов [617]. Кератиноциты являются основным источников ИЛ–1 в коже. Они образуют также рецепторный антагонист ИЛ–1. Кератиноциты выделяют и другие полифункциональные факторы — ИЛ–6 и TNFa (провоспалительные цитокины) [202], а также ИФНa. Сумма этих цитокинов опосредует межклеточные взаимодействия между клетками эпидермиса в норме и определяет развитие воспалительных процессов в коже. Описана также выработка кератиноцитами ИЛ–12 — цитокина, определяющего формирование Тh1–клеток, а также ИЛ–15 — цитокина, дублирующего многие эффекты ИЛ–2. Этот цитокин и в определённых ситуациях ГМ–КСФ вызывают апоптоз кератиноцитов. Их апоптоз (не связанный непосредственно с терминальной дифференцировкой) осуществляется благодаря взаимодействию мембранных молекул Fas–Рц и Fas–лиганда (обе молекулы могут спонтанно экспрессироваться на небольшом числе клеток).

Кератиноциты выделяют также цитокины, выполняющие роль гемопоэтинов — ИЛ–3 (полипоэтин, действующий преимущественно на ранние этапы гемопоэза), ГМ–КСФ (ответственен за ранние этапы развития клеток гранулоцитарно–макрофагального ряда, включая дендритные клетки, стимулирует зрелые макрофаги и моноциты, ускоряет заживление ран), М–КСФ и Г–КСФ (ответственны за развитие моноцитов/макрофагов и гранулоцитов, соответственно) [228]. Вероятно, гемопоэтины способствуют локальному размножению и активации в коже клеток костномозгового происхождения, в частности КЛ. Вырабатываемый кератиноцитами ИЛ–7 является лимфопоэтином, в коже он осуществляет важную функцию по поддержанию пролиферации внутриэпителиальных T–лимфоцитов и их дифференцировки в ЦТЛ [413].

Среди продуктов кератиноцитов особо следует выделить роль хемокинов, которые ответственны за привлечение в кожу циркулирующих клеток (T–лимфоцитов, предшественников КЛ и т.д.) и последующей миграции этих клеток [153, 347]. В условиях активации и даже в покое (хотя и в меньшей степени) кератиноциты секретируют a, b-и g-хемокины. Среди a-хемокинов наиболее важную роль в местной защите и развитии воспаления играет ИЛ–8, привлекающий нейтрофилы. Более многочисленны секретируемые кератиноцитами b-хемокины. Среди них есть факторы, ответственные за локализацию в коже активированных T–лимфоцитов и T–клеток памяти. Это СТАСК, TARC, IP–10, Mig, IP–9, MIP–1a, MCP–1. g-хемокин — фракталкин причастен к развитию КЛ. Секреция хемокина TARC, наиболее важного для привлечения в эпидермис T–клеток, тропных к коже, находится под контролем ИЛ–4 и ИЛ–13, которые подавляют выработку TARC кератиноцитами эпидермиса, но усиливают его выработку фибробластами дермы [613].

Кератиноциты спонтанно экспрессируют Рц для ряда цитокинов — ИФНg, ИЛ–17 и ИЛ–4; экспрессиию последнего подавляет ИФНg [302]. Все три названные цитокина способны активировать кератиноциты, индуцировать экспрессию молекул, обусловливающих участие этих клеток в иммунных процессах, а также выработку других цитокинов (ИЛ–6, ИЛ–8, ИЛ–15) [553].

В отсутствие повреждающих и стимулирующих воздействий кератиноциты выполняют исключительно барьерную функцию и не имеют отношения к иммунным процессам.

Картина, свойственная физиологии покоящихся кератиноцитов, существенно меняется в условиях повреждения эпидермиса — механического, лучевого (в частности, ультрафиолетом), а также при действии микробных продуктов и гуморальных факторов, выделяемых активированными клетками иммунной системы — цитокинов, для которых на поверхности кератиноцитов имеются Рц. В частности, бактериальный пептидогликан распознаётся Toll-подобным Рц TLR2, который присутствует на покоящихся кератиноцитах. Лишь после связывания этого Рц кератиноциты экспрессируютTLR4 и CD14, обеспечивающие распознавание бактериальных липополисахаридов [308]. При действии таких факторов происходит активация кератиноцитов, в процессе которой они приобретают основные черты иммуноцитов — начинают сами секретировать цитокины и выполнять функции АПК [98] (рис. 38). Превращение кератиноцитов в АПК сопровождается появлением на их мембране ряда молекулярных структур, участвующих во взаимодействии этих клеток с T–лимфоцитами, в частности при представлении Аг. В условиях активации, в частности под влиянием ИФНg и ИЛ–17 (выделяются активированными T–лимфоцитами, присутствующими в коже), на кератиноцитах появляется Рц b₂-интегринов ICAM–1 (CD54) и молекулы MHC класса II — HLA–DR [400, 553], в составе которых T–лимфоцитам представляется антигенный пептид. Усиление экспрессии ICAM–1 происходит также под влиянием связывания Аг CD40 с лигандом этой молекулы, CD154. АгCD40 спонтанно экспрессируется кератиноцитами, под влиянием ИФНg экспрессия CD40 усиливается [262]. Как известно, для того, чтобы представление антигенного пептида вызывало активацию, а не анергию T–клеток, важно присутствие на АПК костимулирующих молекул — CD80 и CD86 [581]. Для их экспрессии на кератиноцитах, помимо таких цитокинов как ИФНg, требуются дополнительные стимулы. Их источником могут быть аллергены, ультрафиолетовые лучи и т.д.

Рис. 36. Межэтнический полиморфизм в распределении 3-х специфичностей HLA–DR-B1 в 10 популяционных группах. Русские Μ — русские-москвичи; Русские Π — русские-поморы. Пояснения в тексте.

Рис. 37. Принципиальная схема взаимоотношений экспрессии белков HLA–G и HLA–E на трофобласте и активности NK при физиологической беременности (пояснения в тексте).

Рис. 38. Последовательное изменение экспрессии молекул адгезии, рецепторов и костимулирующих молекул на поверхности кератиноцитов при различных уровнях активацииэпителиальных клеток кожи. УФ — ультрафиолет. Остальные обозначения те же, что и на рис. 7 и 11.

Под влиянием провоспалительных цитокинов на эпидермальных клетках усиливается экспрессия Аг FasL [120]. В результате кератиноциты приобретают способность регулировать жизнеспособность окружающих их клеток, прежде всего T–лимфоцитов.

Таким образом, кератиноциты, формально не относящиеся к иммунной системе, под влиянием активирующих воздействий, реализуемых с участием цитокинов, способны превращаться в активные иммуноциты. Вырабатывая цитокины, они формируют в эпидермисе ансамбль клеток, необходимых для инициации иммунных процессов. В результате экспрессии молекул, ответственных за презентацию Аг, они могут вовлекать в иммунный ответ T–лимфоциты и непосредственно участвовать в нем путём секреции цитокинов.