Апоптоз и иммунный ответ

При активации лимфоцитов существенно изменяются условия поддержания жизнеспособности клеток, и вероятность развития их апоптоза повышается. Апоптоз лимфоцитов связанный с активацией, называют активационным апоптозом (AICD — от Activation–Induced Cell Death).

При активации B–лимфоцитов их выживание обеспечивается связыванием костимулирующей молекулы CD40 с соответствующим лигандом — CD154, а также воздействием цитокинов BAFF иAPRIL на Рц BAFF-R3, ВСМА и TACI. Все упомянутые лиганды относятся к семейству TNF, а Рц — к семейству TNF–Рц. Сопутствующая активации B–клеток экспрессия Fas–Рц делает их уязвимыми для Fas–зависимого апоптоза только в отсутствие костимуляции, поскольку костимуляция индуцирует экспрессию анти–апоптотического фактора FLIP [385]. Появление во взрослом организме аутоспецифических B–клеток сопровождается их быстрой элиминацией вследствие отсутствия костимуляции со стороны T–клеток, эффект которой может быть преодолен только при условии гиперэкспрессии Вс1–2.

Роль апоптоза становится ключевой в процессе «созревания аффинности» B–лимфоцитов, имеющем место при иммунном ответе в зародышевых центрах [552]. Суть феномена состоит в следующем. B–лимфоциты, стимулированные Аг, мигрируют в зародышевые центры. В темной зоне базальной части зародышевого центра находятся бластные клетки (центробласты), слабо экспрессирующие Вс1–2. Они интенсивно делятся. При этом в них избирательно усиливается (на 4 порядка) частота мутаций в V–генах иммуноглобулинов (BCR). В результате у большинства клеток сродство BCR к Аг ослабевает или утрачивается полностью, но у единичных клеток оно возрастает. Селекция клеток по аффинности Рц к Аг происходит в светлой части базальной зоны зародышевого центра. Мигрирующие сюда «постмутационные» B–клетки взаимодействуют с Аг, который фиксирован на поверхности фолликулярных дендритных клеток путём связывания с АТ, которые, в свою очередь, взаимодействуют с Fc–Рц дендритной клетки. В связи с ограниченным количеством фолликулярных дендритных клеток B–лимфоциты должны конкурировать между собой за связывание Аг. В этой конкуренции побеждают клетки, Рц которых обладает наибольшим сродством к Аг. B–клетки, победившие в конкуренции за связывание Аг, получают дополнительный сигнал поддержки от T–хелперов в результате взаимодействия костимулирующей молекулы CD40 с её лигандом (CD154) на поверхности T–клетки. Генерируемые при этом сигналы индуцируют усиление экспрессии Вс1–2, что обеспечивает выживание B–лимфоцита. Клетки с низкоаффинным Рц, не выдержавшие конкуренции за Аг, подвергаются апоптозу по умолчанию. Отобранные таким образом B–лимфоциты, несущие высокоаффинный Рц и сильно экспрессирующие Вс1–2, переходят в апикальную зону зародышевого центра, где дифференцируются в плазматические клетки, секретирующие АТ. Клетки с промежуточным уровнем аффинности BCR дифференцируются в B–клетки памяти.

Гибель T–клеток в процессе иммунного ответа происходит преимущественно по механизму активационного апоптоза. Наиболее известны две модели активационного апоптоза. Одна из них состоит в индукции апоптоза клеток T–гибридом при действии на них моноклональных АТ к CD3, вызывающих перекрестное связывание рецепторного комплекса CD3-TCR. Аналогичный эффект вызывает действие АТ к CD3 на предварительно активированные (Аг или теми же АТ) T–клетки или (предпочтительно) клонированные T–лимфоциты, длительно пролиферирующие in vitro. Во второй модели индукцию апоптоза вызывает действие ИЛ–2 на предварительно активированные T–клетки [359].

Описанные модели воспроизводят реальную ситуацию, складывающуюся при иммунном ответе. На начальных этапах развития иммунного ответа уровень активационного апоптоза невелик, что оправдано необходимостью вовлечения в иммунный процесс все новых жизнеспособных клеток. Напротив, на высоте ответа возникает потребность в некотором его ограничении для предохранения организма от гиперактивации иммунной системы. Поэтому при повторном связывании Аг (или иного лиганда) с Рц, приводящем к кластеризации последнего, а также при повторном действии фактора роста T–клеток, ИЛ–2, вместо второй волны активации или пролиферации наступает апоптоз клетки. Таким образом, при иммунном ответе активационному апоптозу отводится сдерживающая роль.

Активационный апоптоз имеет рецепторную природу (рис. 54). Его развитие связано с усилением чувствительности T–клеток в процессе пролиферации (она резко возрастает при переходе из G₁- вS-фазу клеточного цикла), обусловленную экспрессией Рц клеточной гибели, а также их лигандов. Именно лиганды, являются «узким местом» при развитии активационного апоптоза. Преобладающую роль для развития активационного апоптоза T–клеток играет взаимодействие Fas-FasL [107]. При этом Fas–Рц экспрессируется практически на всех активированных клетках, тогда как Fas–лиганд — на ограниченном их числе (не более 10%). Определённую роль в индукции активационного апоптоза, особенно CD8⁺–клеток, играет TNFa, действующий на Рц TNF–RI[486]. Активационный апоптоз блокируется при экспрессии FLIP. Он требует стимуляции через TCR, но не костимуляции через молекулу CD28, не зависит от синтеза РНК и белка de novo. Защитное действие повышенной экспрессии Вс1–2 и Bcl–X_L в этом случае проявляется слабо.

Рис. 54. Апоптоз активированных клеток иммунной системы обусловлен рецепторным механизмом: источниками апоптотических сигналов служат Fas–лиганд (преимущественно мембранный, экспрессируемый T–клетками) и TNFб (преимущественно секретируемый моноцитами/макрофагами и T–клетками). Пояснения в тексте.

Нарушение активационного апоптоза приводит к развитию патологии, которая моделируется на мышах линии MRL — носителях мутаций Fas–Рц (lpr — от «lymphoproliferation») и Fas–лиганда (gld — от «glomerulonephritis and lymphoproliferative disease»). Фенотипически обе мутации проявляются идентично — развитием волчаночного синдрома с аутоиммунным гломерулонефритом и доброкачественного лимфпопролиферативного синдрома, обусловленного пролиферацией клеток необычного фенотипа B220⁺CD3⁺CD4^–CD8^–, в норме определяемых в малых количествах только в печени. Апоптоз, индуцированный повторным связыванием TCR, выражен у таких мышей очень слабо и обусловлен эффектом воздействия TNFa на TNF–RI. Ту же основу имеет аутоиммунный лимфопролиферативный синдром — редкое наследственное заболевание человека, основой которого служат мутации в гене CD95 (Fas), реже — в генах CD187 (FasL) или компонентов DISC [492].

Значительным сходством с активационным апоптозом обладает гибель клеток, наблюдаемая при инфекционных процессах и связанная с действием суперантигенов — бактериальных (например, экзотоксинов стафилококков) и вирусных. Как известно, суперантигены взаимодействуют не с антигенсвязывающим «желобом» молекул MHC (глава 5), а с «боковой» поверхностью молекулы MHC класса II и связываются с b–цепями определённых семейств TCR. В связи с этим в ответ на суперантигены вовлекаются не единичные клоны, а значительная часть популяции T–клеток, несущих соответствующие b–цепи. После массового вовлечения этих клеток в пролиферацию развивается их апоптоз, который по механизмам близок, но не вполне идентичен активационному апоптозу, обусловленному обычным рецепторным механизмом [402].

Эффекторные клетки имеют короткий срок жизни (5–10 суток). Отсутствуют какие–либо механизмы поддержания их жизнеспособности, подобные гомеостатическим механизмам, распространяющимся на покоящиеся лимфоциты — как наивные, так и клетки памяти. Это ограничение срока жизни эффекторных клеток объясняют опасностью персистирования и деструктивных проявлений их эффекта в период, когда элиминация Аг уже обеспечена, а также риском формирования в результате соматического мутагенеза аутореактивных клеток. Механизмы элиминации эффекторных клеток, выполнивших свою функцию, основаны на дефиците цитокинов (для антителопродуцирующих клеток — ИЛ–6, для эффекторных T–клеток — ИЛ–2 и других цитокинов, Рц которых содержит g(с)–цепь). Апоптоз эффекторных клеток реализуется с участием митохондриальных факторов: Bim играет основную роль в его включении, а Вс1–2 способен защитить клетки от гибели [385].

Таким образом, на высоте иммунного ответа и в его завершающей стадии апоптоз лимфоцитов развивается вследствие как избытка, так и недостатка стимулов (Аг, цитокинов), что способствует адекватному течению иммунного процесса и его своевременному прекращению.

Апоптоз миелоидных клеток при иммунном ответе изучен слабее. Зрелые гранулоциты имеют очень короткий срок жизни (1–2 дня) и подвергаются апоптозу практически немедленно после выполнения фагоцитарной функции в очаге воспаления. Их гибель происходит как по типу апоптоза по умолчанию (преодолеваемому в присутствии антиапоптотических факторов Bcl–2, Mcl–1, A1), так и по Fas–зависимому механизму. В последнем случае источником FasL для индукции апоптоза служат активированные T–клетки (рис. 54) [266]. Удлинению срока жизни нейтрофилов до 3–5 сут способствуют цитокины — Г–КСФ, ГМ–КСФ, ИЛ–1b, ИФНg, которые препятствуют реализации апоптоза, независимого от Fas [385].

Срок жизни макрофагов дольше, но активированные T–клетки, экспрессирующие Fas–лиганд, также индуцируют Fas–зависимый апоптоз макрофагов (рис. 54). С другой стороны, в условиях активации развитие апоптоза макрофагов может быть отсрочено благодаря экспрессии антиапоптотических факторов FLIP и A1, индуцируемой провоспалительными стимулами. Цитокины, продуцируемые Тh1–клетками способствуют выживанию, а Тh2-цитокины — апоптозу моноцитов/макрофагов. В условиях воспаления и иммунного ответа удлиняется срок жизни дендритных клеток. Это происходит при стимуляции дендритных клеток через Toll-подобные Рц, а также при взаимодействии с T–клетками, опосредованной через CD40. Защитный эффект при этом реализуется с участием факторов Bcl–X_L, FLIP, Bcl–2 и cIAP2 [385].

Таким образом, при иммунном ответе апоптоз играет преимущественно сдерживающую роль, предохраняющую организм от чрезмерно интенсивной и продолжительной активности эффекторных клеток. Его роль в гуморальном ответе более существенна, чем в клеточном: апоптоз является фактором элиминации низкоаффинных B–клеток, что обеспечивает повышение сродства B–клеток и продуцируемых АТ к Аг, обозначаемое как созревание аффинности АТ.