Клеточная иммунология

Для активации инфицированного макрофага  Т-клеткой воспаления требуется 2 сигнала: действие интерферона γ и фактора некроза опухоли a. Интерферон γ синтезируется в Т-клетке воспаления после контакта ее антигенраспознающих рецепторов с антигенной детерминантой, фиксированной на поверхности макрофага, и является наиболее характерным цитокином Т-клеток воспаления (в Т-хелперах он не синтезируется, вследствие чего они не способны активировать инфицированные макрофаги обычным путем). Фактор некроза опухоли a продуцируется активированными в результате действия Т-клеток воспаления макрофагами. Под действием проникающего в инфицированный макрофаг интерферона γ в них инициируется ряд биохимических изменений, обеспечивающих резкое усиление их антибактериальной активности. В частности, под действием интерферона γ наблюдается более эффективное слияние фагосом, захвативших бактерии, с лизосомами. Более того, процесс фагоцитоза сопровождается кислородным взрывом, в результате которого образуются очень токсичные продукты метаболизма кислорода. Интерферон γ стимулирует экспрессию в активированных макрофагах фактора некроза опухоли a, который, наряду с интерфероном γ, оказывает костимулирующее действие на дальнейший процесс активации макрофагов и повышение их антибактериальной активности. Кроме того, активированные макрофаги усиливают экспрессию молекул МНС II класса и рецепторов к фактору некроза опухоли a, что приводит к вовлечению в реакцию дополнительных наивных Т-лимфоцитов.

Таким образом, Т-клетки воспаления, взаимодействующие  с инфицированным внутриклеточными патогенами макрофагом, во-первых, способствуют усилению внутримакрофагальных биохимических  процессов, а, во-вторых, сами активируются и выступают в роли организаторов  многостороннего иммунного ответа на патогены, ведущие внутриклеточное  паразитирование. При этом инфекционный процесс, провоцируемый воспроизводящимися внутри клеток хозяина патогенами, отражает борьбу двух противоположных  сил – собственно возбудителя  и иммунной системы. Так, возбудитель  чумы Yersinia pestis обладает способностью синтезировать высокополимеризованный белок I, который начинает экспрессироваться на клеточной стенке бактерии при кислом значении рН. В месте контакта возбудителя с макрофагом происходит локальное закисление, что и провоцирует синтез этого белка в бактерии, который, с одной стороны, защищает возбудитель от повреждающего действия лизосомальных ферментов (причем сами кислые условия фаголизосом способствуют синтезу этого белка во внутриклеточном патогене), а, с другой, проявляет сильные адгезивные свойства, облегчая проникновение новых возбудителей внутрь макрофага. Макрофаги, хронически инфицированные внутриклеточными возбудителями, могут терять способность активироваться Т-клетками воспаления. В таком случае массовое включение новых макрофагов в защитный процесс происходит после высвобождения патогенов из разрушающихся зараженных макрофагов. При этом гибель хронически инфицированных внутриклеточным возбудителем макрофагов вызывают некоторые цитокины Т-клеток воспаления. В частности, активированные Т-клетки воспаления продуцируют интерферон γ, но и фактор некроза опухоли β (лимфотоксин), который, вызывая повреждение ДНК инфицированного макрофага, способствует его гибели. Отмеченное действие фактора некроза опухоли β потенцируется интерфероном γ и проявляется не только в отношении инфицированных макрофагов, но и фибробластов соединительной ткани, что облегчает дальнейшее проникновение иммуннокомпетентных клеток к месту локализации инфекции. Активированные инфицированными макрофагами новые Т-клетки воспаления, во-первых, способствуют более эффективной борьбе с патогеном, а, во-вторых, ректрутируют новые макрофаги следующими путями:

• Т-клетки воспаления продуцируют интерлейкин-3 и гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор, которые индуцируют моноцитопоэз в красном костном мозге
• Т-клетки воспаления вырабатывают фактор некроза опухоли β и маркофагальный хемотаксический фактор, которые активируют сосуды в очаге воспаления и усиливают миграцию макрофагов из кровяного русла в очаг локализации инфекции. Кроме того, Т-клетки воспаления продуцируют макрофагингибирующий фактор, который способствует заякариванию проникших в инфицированный очаг макрофагов, снижая их подвижность.

Таким образом, набор продуцируемых активированными  Т-клетками воспаления цитокинов обеспечивает многопрофильное развитие клеточного иммунного ответа, при этом сами Т-клетки воспаления выступают в  качестве организаторов адекватного  иммунного ответа.

2.5. Формы клеточного иммунного ответа

Реакция гиперчувствительности замедленного типа (ГЗТ). Впервые эта реакция была воспроизведена в эксперименте немецким бактериологом Робертом Кохом в 1891 г. Он заметил, что при введении интактным морским свинкам вирулентных микобактерий туберкулеза наблюдается быстрое распространение возбудителя по организму, развитие острого инфекционного процесса, как правило, с летальным исходом. Вместе с тем, отмеченная картина изменяется в случае введения бацилл предварительно иммунизированным животным. Предварительная иммунизация животных проводится путем подкожного введения возбудителя, либо продуктов его жизнедеятельности – туберкулина (фильтрат культуральной жидкости Mycobacterium tuberculosis, содержащий белки, выделенные из культуры) или РРD (от англ. purified protein derivative). Такая предварительная иммунизация животных сопровождается развитием локального воспаления в месте введения микобактерий или продуктов их жизнедеятельности, что обуславливает локализацию возбудителя в месте инъекции и невозможность его распространения по организму, поскольку очаг воспаления не дает распространяться возбудителю в окружающие ткани. При этом на месте инъекции возникает воспалительный узелок, характеризующийся скоплением большого количества лимфоцитов и макрофагов. Макрофаги в очаге воспаления фагоцитируют возбудитель и продукты его жизнедеятельности, подвергают их предварительному расщеплению и представляют антигенные детерминанты в комплексе с молекулами МНС II класса на своей поверхности. Определенные клоны наивных (нулевых) лимфоцитов, комитированные на антигенные детерминанты бацилл туберкулеза, в очаге воспаления получают возможность взаимодействовать с этими детерминантами, представленными на поверхности макрофагов. Результатом такого взаимодействия является антигензависимая активация незрелых лимфоцитов и превращение их в окончательно зрелые эффекторные клетки. Причем преимущественно образуются Т-клетки воспаления и Т-хелперы вследствие контакта наивных CD4 Т-клеток с комплексами "антигенная детерминанта – молекула МНС II класса" на поверхности макрофагов. Такая предварительная иммунизация животных путем подкожного введения возбудителя, с одной стороны, делает невозможным распространение возбудителя по организму и его гибель, а с другой – приводит к появлению специфичных по отношению к антигенным детерминантам возбудителя Т-клеток памяти, а также зрелых эффекторных Т-клеток воспаления и Т-хелперов. После повторного контакта организма с этим же возбудителем имеющиеся уже зрелые Т-клетки воспаления обеспечивают эффективную защиту от этого возбудителя, активируя макрофаги, фагоцитировавшие патоген, к внутриклеточному его перевариванию, а также путем выработки хемоаттрактантов, привлекающих в очаг воспаления макрофаги и другие клетки воспаления из кровотока. Таким образом, организм оказывается защищенным от данного возбудителя. С целью поддержания иммунитета против микобактерий туберкулеза, а также оценки выраженности реакции против него периодически производят повторные подкожные иммунизации организма. При этом реакция гиперчувствительности после повторных иммунизаций возникает не мгновенно, а спустя 24-48 часов после введения патогена (в связи с чем и называется реакция гиперчувствительности замедленного типа). По величине образующейся гранулемы (воспалительного узелка) в месте введения антигена судят, о напряженности иммунной реакции. В частности, слишком большая гранулема (свыше 5 мм) может свидетельствовать либо в пользу слишком сильной гиперчувствительности организма по отношению к микобактерии туберкулеза, либо о наличии ее в организме.

Реакция трансплантат против хозяина (РТПХ) возникает при пересадке реципиенту аллотрансплантата, содержащего иммунокомпетентные клетки, в результате чего начинается реакция этих иммунокомпетентных клеток против антигенов реципиента. Такая реакция в клинике возникает при пересадке человеку лимфоидной или миелоидной ткани с целью компенсации врожденной или приобретенной иммунологической недостаточности. При этом иммунокомпетентные клетки пересаженного трансплантата после контакта с генетически чужеродными для них антигенами тканей реципиента начинают антигензависимую пролиферацию и дифференцировку, в результате чего возникает антигенспецифическая реакция этих клеток против тканей реципиента. В процесс этой реакции включаются преимущественно предшественники CD8 Т-клеток, дифференцирующиеся в Т-киллеры, и CD4 Т-клеток, дифференцирующихся в Т-хелперы. Результатом реакции является накопление большого количества зрелых Т-киллеров транспланатанта. При этом наряду с агрессией этих клеток против тканей реципиента, наблюдается увеличение регионарных лимфатических узлов и селезенки за счет как антигензависимой пролиферации Т-лимфоцитов транспланатата, так и за счет привлечения в зону реакции собственных клеток реципиента. Таким образом, реакция трансплантат против хозяина обеспечивается преимущественно Т-киллерами трансплантата

Реакция отторжения трансплантата возникает при пересадке каких-то тканей донора, отличающихся по генам гистосовместимости от реципиента (т.е. при аллотрансплантации). Время отторжения первичного трансплантата составляет около 14 дней, тогда как после вторичной трансплантации тканей от того же донора оно сокращается до 5-7 дней. Собственно реакция отторжения трансплантата включает два компонента:

• специфический, связанный в основном с активностью Т-киллеров (хотя определенную роль играют и Т-хелперы, Т-клетки воспаления и плазматические клетки, продуцирующие антитела)
• неспецифический, имеющий характер воспаления и обеспечиваемый участием активированных Т-клетками воспаления макрофагов, а также активированных иммунными комплексами натуральных киллеров.

Развитие  реакции отторжения трансплантата состоит из 3 этапов:

• распознавание чужеродных антигенов трансплантата иммунокомпетентными клетками реципиента. В процесс распознавания вступают предшественники цитотоксических Т-лимфоцитов (CD8 Т-клеток), предшественники хелперных и воспалительных Т-клеток (CD4 Т-клеток, Т_Н0 клетки). После распознавания антигена эти клетки мигрируют в ближайшую лимфоидную ткань (например, в регионарный лимфатический узел). Процесс распознавания иммунокомпетентными клетками антигенов трансплантата может происходить не только в зоне трансплантата, но и в регионарной лимфоидной ткани вследствие проникновения в нее антигенов трансплантата
• антигензависимый лимфоцитопоэз (созревание и накопление эффекторов противотрансплантационной реакции), происходящий в ближайшей к трансплантату лимфоидной ткани. В лимфоидной ткани антигенные детерминанты, возникающие после предварительного расщепления антигенов трансплантата в макрофагах и В-лимфоцитах, в комплексе с молекулами МНС поступают на поверхность этих клеток. Комплекс "антиген-молекула МНС II класса" на поверхности макрофага распознается предшественниками CD4 Т-клеток, которые после антигенной стимуляции дифференцируются в Т-клетки воспаления. В свою очередь, комплекс "антиген-молекула МНС I класса", также представленный на поверхности макрофага, распознается предшественниками CD8 Т-клеток, которые после созревания превращаются в зрелые эффекторные цитотоксические Т-лимфоциты (Т-киллеры). Этот же антиген, представленный на поверхности В-лимфоцитов, распознается CD4 Т-клетками, которые дифференцируются в Т-хелперы. Появление Т-хелперов способствует активации определенных, коммитированных на данный антиген, В-лимфоцитов, превращению их в плазматические клетки, что обуславливает накопление специфичных по отношению к антигену антител. Таким образом, помимо эффекторов клеточного иммунитета в лимфоидной ткани идет процесс формирования эффекторов гуморального иммунного ответа.
• разрушение трансплантата. Осуществляется под влиянием накопившихся в ближайшей к трансплантату периферической лимфоидной ткани специфических эффекторов клеточного и гуморального ответа. В частности, Т-киллеры своими антигенраспознающими рецепторами вступают в контакт с чужеродными антигенными детерминантами клеток тарнсплантанта и путем повреждения мембран этих клеток обеспечивают их лизис. Т-клетки воспаления после взаимодействия с антигенами трансплантата начинают активную секрецию хемотаксического макрофагингибирующего фактора, который привлекает в зону трансплантата макрофаги, препятствует их эмиграции из этой зоны и оказывает на макрофаги активирующее действие, усиливая их фагоцитарную активность и процессы внутриклеточного переваривания. Образующиеся вследствие антигензависимой активации В-лимфоцитов специфичные в отношении антигенов трансплантата антитела после контакта с антигенами образуют иммунные комплексы. Такие иммунные комплексы, с одной стороны, фиксируются на поверхности макрофагов, оказывая опсонизирующее фагоцитоз антигенов действие. С другой стороны, иммунные комплексы через посредство Fc-участков антител взаимодействуют с соответствующими рецепторами натуральных киллеров (особая популяция лимфоцитов, не имеющая маркеров Т- и В-клеток, через посредство антител обладает способностью взаимодействовать с любыми антигенами, подвергая их антителозависимому цитолизу, т.е. натуральные киллеры, подобно макрофагам, принимают участие в неспецифическом уничтожении антигенов). Натуральные киллеры, присоединившие иммунные комплексы, подобно Т-киллерам, вызывают повреждение мембраны антигенсодержащих чужеродных клеток, и как следствие, их гибель. Таким образом, в реакцию отторжения трансплантата включаются как специфические участники – Т-киллеры, CD4 Т-клетки воспаления, CD4 Т-хелперы, В-лимфоциты и специфические иммуноглобулины, продуцируемые потомками В-лимфоцитов – плазматическими клетками, так и неспецифические защитные факторы – активированные Т-клетками воспаления макрофаги, фагоцитирующие и переваривающие чужеродные клетки, и натуральные киллеры, осуществляющие антителозависмый лизис чужеродных клеток трансплантата.

3. Характеристика  механизмов гуморального специфического  иммунитета

Специфический гуморальный иммунный ответ обеспечивается антителами (иммуноглобулинами), продуцируемыми на экспорт (в межклеточные пространства) зрелыми плазматическими клетками, дифференцирующимися из В-лимфоцитов. Следовательно, реализация специфического гуморального иммунитета осуществляется В-системой специфической иммунной защиты.

В-система  иммунитета включает:

• красный костный мозг, в котором осуществляется первичный (доантигенный) В-лимфоцитопоэз
• В-клетки, основное назначение которых состоит в обеспечении способности к продукции специфических антител в случае антигенной агрессии
• различные классы иммуноглобулинов, причем в пределах каждого класса существует большое разнообразие антител по специфичности к антигенным детерминантам.

Центральным органом В-системы иммунитета является красный костный мозг, представляющий собой место дифференцировки из стволовых кроветворных клеток наивных, но уже коммитированных на определенный антиген, В-лимфоцитов. Клеточный состав В-системы представлен В-лимфоцитами различной степени зрелости: от про-В-клеток красного костного мозга до плазмоцитов, заселяющих периферические лимфоидные структуры и активно синтезирующих и секретирующих "на экспорт" иммуноглобулины. В процессе развития В-лимфоцитов в красном костном мозге происходит реорганизация генов, кодирующих вариабельные домены тяжелых и легких цепей иммуноглобулинов, в результате чего дифференцирующийся наивный В-лимфоцит синтезирует антитела определенной специфичности. Причем первоначально В-лимфоцит синтезирует мономерный IgМ, выступающий в качестве его антигенраспознающего рецептора. В результате, клон В-лимфоцитов, образующийся из такой клетки, несет иммуноглобулиновый рецептор, способный реагировать только на один антигенный эпитоп. При этом клоны, экспрессирующие иммуноглобулиновые рецепторы к собственным антигенам, уничтожаются на стадии доантигенной дифференцировки в красном костном мозге и не принимают участия в дальнейшем становлении В-системы. В результате этого в периферических органах иммунной системы оказываются клетки, рецепторы которых реагируют только на чужеродные антигены.

Физиологическая роль специфического гуморального иммунитета состоит в том, что он обеспечивает эффективную борьбу с возбудителями бактериальных или вирусных заболеваний и их токсинами, находящимися во внеклеточной среде. Пребывание в жидких средах организма может более длительным (в случае с внеклеточными патогенами), или более коротковременным (при поражении организма внутриклеточными бактериями или вирусами), но оно обязательно имеет место. При нормальном функционировании иммунной системы патогены и их токсины, оказавшиеся вне клеток хозяина, подвергаются действию антител – эффекторных молекул В-системы иммунитета, продуцируемых потомками В-лимфоцитов – плазматическими клетками. Участие антител в иммунном ответе проявляется в трех формах:

• нейтрализации благодаря образованию иммунных комплексов. Такой способ обезвреживания патогена антителами проявляется в:
• случае молекулярных патогенов – в их связывании с антигеном и его нейтрализации,
• случае корпускулярных патогенов – в блокаде рецепторного взаимодействия патогена с инфицируемой клеткой хозяина (т.е. антитела, связываясь с корпускулярным патогеном, препятствуют взаимодействию его лигандов с рецепторами определенных, поражаемых этим патогеном, клеток организма-хозяина)
• опсонизации – облегчения фагоцитоза молекулярных и корпускулярных антигенов нейтрофилами и макрофагами. Достигается благодаря взаимодействию Fc-фрагментов антител с определенными рецепторами макрофагов и нейтрофилов, благодаря чему патоген, связанный с антителом, фагоцитируется и подвергается дальнейшему уничтожению в фаголизосомах фагоцита. Процесс усиления фагоцитоза гуморальными факторами, вообще, и специфическими антителами, в частности, получил название опсонизации
• активации системы комплемента по классическому пути, в результате чего образуются:

• опсонизирующий фагоцитоз фактор С3b,
• медиаторы воспаления, в том числе и хемотаксические факторы, привлекающие в очаг воспаления фагоциты, лимфоциты и гуморальные защитные факторы
• литический комплекс, обеспечивающий уничтожение патогена.

Подобно клеточному специфическому иммунитету, гуморальный специфический иммунитет является индуцибельным и способным к формированию иммунологической памяти. Так, в отсутствии антигенной агрессии специфические антитела не образуются, и в крови может поддерживаться сравнительно небольшой их титр (в случае если организм контактировал с данным антигеном ранее). Фактором, индуцирующим продукцию специфических антител, служит антиген. Вместе с тем, подобно Т-клеткам, в случае В-клеток одного специфического сигнала от антигена для превращения их а антителопродуцирующие плазматические клетки зачастую не достаточно. Для реализации информации от специфического индуктора (антигена) В-клетке необходим второй сигнал, в роли которого выступают цитокины, продуцируемые CD4-Т-хелперами. Получение В-лимфоцитами, стимулированными специфическим антигеном, второго сигнала, необходимого для полноценного их антигензависимого лимфоцитопоэза, возможно при непосредственном контактном взаимодействии В-лимфоцита со специфическим, коммитированным на данный антиген, Т-хелпером.