Клеточная иммунология

3.1. Доантигенный  этап дифференцировки В-лимфоцитов

Первичный (антигеннезависимый) В-лимфоцитопоэз происходит в красном костном мозге и включает несколько этапов, каждый из которых характеризуется своим клеточным типом. В целом, в процессе развития В-лимфоцитов выделяют 7 клеточных типов:

• стволовая кроветворная клетка – общий предшественник всех ростков дифференцировки миело- и лимфопоэза
• общий лимфоидный предшественник для Т- и В-клеточного пути развития. Представлен наиболее ранней лимфоидной клеткой с еще неопределившимся направлением развития в Т- или В-лимфоциты
• ранняя про-В-клетка (от англ. pro – progenitor), представляет собой предшественник последующих продвинутых в дифференцировке клеточных типов
• поздняя про-В-клетка
• пре-В-клетка (от англ. pre – precursor), представляет собой клеточный тип, окончательно вышедший на В-клеточный путь развития
• незрелая В-клетка, представляет собой клеточную форму, завершающую костномозговое развитие, активно экспрессирует рецепторный мономерный IgМ и находится в стадии отбора на способность взаимодействовать с собственными антигенами
• зрелая В-клетка, представляет собой клеточный тип периферии, способный взаимодействовать только с чужеродными антигенами строго опредленной специфичности
• плазматическая клетка – окончательно зрелая, эффекторная, антителопродуцирующая клеточная форма, которая дифференцируется из зрелой В-клетки после ее стимуляции антигеном (т.е. в результате вторичного, или антигензависимого, лимфоцитопоэза).

Доантигенный  лимфоцитопоэз В-лимфоцитов из стволовых кроветворных клеток осуществляется в красном костном мозге под прямым воздействием стромального микроокружения. Удаление стромальных элементов из клеточной культуры развивающихся В-лимфоцитов in vitro прерывает формирование В-лимфоцитов из стволовых клеток красного костного мозга; реконструкция же культуры восстанавливает процесс накопления В-клеток.

При этом участие ретикулярных клеток красного костного мозга в антигеннезависимой дифференцировке В-лимофцитов осуществляется 2-мя путями:

• прямым, происходящим на ранних этапах антигеннезависимой дифференцировки в результате непосредственного контакта ранних предшественников В-лимфоцитов с дендритными клетками стромы красного костного мозга
• опосредованным, реализующимся на поздних этапах антигеннезависимой дифференцировки В-лимфоцитов под воздействием ряда гуморальных факторов, продуцируемых стромальными элементами красного костного мозга.

Взаимодействие ранних предшественников В-клеток со стромальными клеточными элементами осуществляется с помощью адгезивных молекул. При этом первые контактные отношения между дендритными клетками и стволовой кроветворной клеткой или общим лимфоидным предшественником возникают в результате взаимодействия гиалуроновой кислоты, фиксированной на поверхности дендритных клеток, и рецептора CD44, находящегося на поверхности предшественников лимфоидных клеток. Рецептор CD44 представляет собой типичный адгезивный белок, экспрессирующийся на поверхности различных типов лейкоцитов и эритроцитов. Предполагают, что связывание рецептора CD44 предшественников В-лимфоцитов с гиалуроновой кислотой дендритных клеток не несет какой-либо прямой сигнальной функции, но стимулирует взаимодействие рецептора c-kit ранних про-В-клеток с рецептором SCF (от англ. strem-cell factor) дендртных клеток, в результате чего c-kit активируется и начинает проявлять тирозинкиназную активность, обеспечивая активацию кальцийзависимых фосфорилаз и связанное с этим фосфорилирование определенных внутриклеточных белков, в том числе ферментов репликации ДНК, что обуславливает усиление пролиферации и переход В-клеточных предшественников на более продвинутый путь дифференцировки – стадию поздних про-В-клеток. Кроме того, на стадии ранних про-В-клеток осуществляется реорганизация генов, кодирующих вариабельные домены тяжелой цепи мономерной формы IgM: начинается слияние генных сегментов D и J тяжелых цепей.

На стадии поздних про-В-клеток на их поверхности уже появляются рецепторы к интерлейкину-7, и дальнейшие этапы антигеннезависимой дифференцировки осуществляется с участием этого цитокина, продуцируемого дендритными клетками красного костного мозга. При этом активность интерлейкина-7, как ростового фактора, вполне достаточна для поддержания пролиферации и выживания развивающихся предшественников В-лимфоцитов. Зависимость же активации про-В-клеток от рецептора SCF дендритных клеток снижается и на стадии пре-В-клеток полностью прекращается. Контакт пре-В-клеток с дендритными клетками, в свою очередь, обеспечивается рецепторами адгезивного типа ICAM. На стадии поздних про-В-клеток начинается объединение реорганизованного DJ-локуса с одним из V-геном, которое завершается на этапе пре-В-клеток. На стадии пре-В-клеток, в свою очередь, происходит синтез тяжелых цепей μ-типа и их экспрессия на поверхность клетки. Выход μ-цепи на клеточную поверхность пре-В-клеток, по всей видимости, является сигналом для начала синтеза легких цепей. В случае же мутаций генов μ-цепи, делающих невозможным ее выход на клеточную поверхность, развитие заканчивается на стадии пре-В-клеток.

Реорганизация генов легких цепей иммуноглобулина начинается позднее по сравнению с таковой тяжелых цепей: происходит на стадии пре-В-клеток и завершается на заключительном этапе развития В-клеток в красном костном мозге – этапе незрелых В-клеток, в результате чего создаются условия для полноценного синтеза рецепторного IgM и его экспрессии на поверхность наивного В-лимфоцита.

В связи с тем, что реорганизация  генных сегментов тяжелых и легких цепей иммуноглобулинов носит случайный  характер, сформировавшиеся иммуноглобулиновые молекулы будут иметь широкую  вариабельность по специфичности антигенсвязывающего  участка. Но при этом в процессе реорганизации генома каждая отдельно взятая В-клетка приобретает способность синтезировать моноспецифические иммуноглобулины одной, случайносформированной специфичности. Случайность рекомбинационных процессов, обеспечивающих образование реорганизованных информационных локусов, кодирующих вариабельные домены тяжелой и легкой цепей определенной специфичности, предотвращает последующее формирование всех прочих потенциально возможных сочетаний генных сегментов, в результате чего на поверхности наивного В-лимфоцита экспрессируются молекулы рецепторного IgM строго определенной постоянной специфичности, обуславливающие его коммитированность по отношению к строго определенному антигенному эпитопу.

На заключительном этапе дифференцировки В-клеток в красном костном мозге происходит отбор тех из них, которые реагируют только на чужеродные антигены. Те же В-клетки, иммуноглобулиновые рецепторы которых способны взаимодействовать с собственными антигенами, либо погибают в результате апоптоза, либо приходят в состояние ареактивности (асинергии). При этом процесс, который разовьется в В-лимфоцитах, настроенных на собственные антигены, зависит от типа этих антигенов. В частности, при встрече наивных В-лимфоцитов с антигенами, находящимися на поверхности собственных дендритных клеток красного костного мозга (молекулами I класса МНС) развивается апоптоз, тогда как при встрече с растворимыми (гуморальными) антигенами – ареактивность (анергия) соотвествующих избирательно настроенных на эти антигены клонов В-клеток. В результате развития ареактивности В-клеток, настроенных на собственные растворимые антигены, несмотря на наличие на их поверхности антигенраспознающего рецептора, они не способны проходить антигензависимую дифференцировку под действием антигена, с которым познакомились в процессе своего развития.

Таким образом, процесс В-клеточного развития в красном костном мозге завершается формированием незрелой В-клетки, экспрессирующей поверхностный мономерный IgM определенной специфичности и подготовленной к миграции на периферию.

Оставшая  после отрицательной селекции на аутореактивность популяция реактивных незрелых В-клеток на завершающем этапе антигеннезависимой дифференцировки подвергается дальнейшему превращению в зрелые В-клетки. При этом в зрелых В-лимфоцитах, кроме поверхностного мономерного IgM, выступающего в роли антигенраспознающего рецептора и экспрессирующегося еще у незрелых В-лимфоцитов, начинает экспрессироваться и IgD, служащий для взаимодействия между лимфоцитами. Сам процесс превращения незрелых В-клеток, имеющих на своей поверхности IgM определенной специфичности в зрелые, экспрессирующие IgM и IgD, занимает несколько дней. По завершении этого процесса образуются зрелые, но еще наивные (пока еще не способные к синтезу антител на экспорт) В-лимфоциты, которые покидают красный костный мозг и мигрируют по кровеносным сосудам в периферические лимфоидные органы, формируя лимфоидные фолликулы в соединительной ткани, лимфатических узлах и селезенке. При этом в неинкапсулированных лимфоидных фолликулах слизистых оболочек полых органов концентрируются преимущественно В-клетки, которые после активации антигеном соотвествующей специфичности продуцируют секреторный IgА, тогда как в лимфатических узлах и селезенке – В-клетки, продуцирующие после активации антигеном IgM (при первичном ответе) и IgG (при вторичном и последующих контактах с данным антигеном).

Мигрирующие на периферию В-клетки не остаются на месте постоянно и по истечении определенного времени пребывания в тех или иных лимфоидных структурах в случае необнаружения антигена, возвращаются вновь в сосудистое русло (вступают в процесс рециркуляции) и заносятся в другие лимфоидные структуры, где могут встретиться с соотвествующим антигеном, пройти процесс антигензависимой дифференцировки и превратиться в неподвижные, активно продуцирующие антитела определенной специфичности "на экспорт" плазматические клетки.

Среди зрелых В-клеток, заселяющих периферические лимфоидные структуры и рециркулирующих  в сосудистом русле, имеется субпопуляция, отличающаяся от остальных наличием на своей поверхности рецептора  CD5. Эти клетки возникают в эмбриональный период и сохраняются в постнатальном периоде (в том числе и во взрослом организме) благодаря способности к самообновлению. Вместе с тем, в постнатальном периоде формирование этих В-лимфоцитов из стволовой кроветворной клетки не происходит, а их присутствие у взрослых особей является своеобразной формой "онтогенетического атавизма". Одной из наиболее важных функциональных особенностей этих клеток, в отличие от остальных В-лимфоцитов, является низкая специфичность их антигенраспознающих иммуноглобулиновых рецепторов и способность реагировать в основном с общими полисахаридными антигенами бактерий. Реакция на общие бактериальные антигены, в свою очередь, имеет значение в раннем периоде формирования иммунитета как один из способов срочной мобилизации антибактериальной защиты.

3.2. Механизм  активации наивных В-лимфоцитов  и превращения их в зрелые  антителопродуцирующие клетки

Как уже было отмечено ранее, вторичный лимфоцитопоэз В-лимфоцитов для полноценного своего развития требует стимуляции В-клетки двумя сигналами:

• специфическим антигеном, вступающим во взаимодействие с антигенраспознающим поверхностным рецептором В-лимфоцита. В качестве такого рецептора выступает мономерная форма IgМ, встроенная в мембрану наивного В-лимфоцита и ассоциированная со специальными вспомогательными белками (Igα и β)
• цитокинами, продуцируемыми CD4-Т-хелперами. При этом необходимо непосредственное взаимодействие В-лимфоцита с Т-хелпером соответствующей специфичности. Достигается такое взаимодействие между В-клеткой и Т-хелпером благодаря частичному преобразованию патогена внутри В-лимфоцита и последующей презентации его в иммуногенной форме Т-хелперу. Так, антигенраспознающий рецептор В-лимфоцита, образованный мономерным IgМ,
• с одной стороны, служит для распознавания специфического антигена и передачи сигнала о встрече с антигеном непосредственно внутрь клетки (в передаче сигнала об антигене внутрь клетки принимают участие вспомогательные белки – Igα и β, активирующие цитоплазматические тирозинкиназы),
• а, с другой, – выступает в качестве молекулярного фактора захвата антигена и переноса его в цитоплазму В-лимфоцита.

Внутри  В-лимфоцита антиген подвергается частичному расщеплению до отдельных  пептидов, которые объединяются с молекулами МНС II класса и в комплексе с ними выводятся на поверхность В-клетки. Иммуногенный комплекс «молекула МНС II класса – антигенная детерминанта» распознается специфическими рецепторами определенной наивной CD4-Т-клетки и обуславливает последующую дифференциацию этой клетки в Т-хелпер (тогда как распознавание CD4-Т-клеткой такого иммуногенного комплекса, ассоциированного с макрофагами или дендритными клетками, обуславливает ее дифференциацию в Т-клетку воспаления). Дифференцирующийся в результате стимуляции иммунным комплексом «молекула МНС II класса – антигенная детерминанта», расположенным на поверхности В-лимфоцита, Т-хелпер обеспечивает второй сигнал для активации В-клеток.

Вместе  с тем, некоторые патогены могут самостоятельно индуцировать полноценный вторичный лимфоцитопоэз наивных В-лимфоцитов без участия Т-хелперов. Такие антигены получили название тимуснезависимых (T- independing antigens, TI antigens) и отличаются от остальных наличием в своем составе: