Элементы адаптивного (приобретенного) иммунитета. Естественный врожденный и адаптивный иммунитет


«ЕСТЕСТВЕННЫЙ (ВРОЖДЕННЫЙ) И АДАПТИВНЫЙ ИММУНИТЕТ, АНТИГЕНЫ И ИХ СВОЙСТВА»

Поиск Лекций

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

ДЛЯ ОБУЧАЮЩИХСЯ №2

К внеаудиторной (самостоятельной) работе

По дисциплине «Иммунология»

Для специальности 060101 – Лечебное дело (очная форма обучения)

тема: «ЕСТЕСТВЕННЫЙ (ВРОЖДЕННЫЙ) И АДАПТИВНЫЙ ИММУНИТЕТ, АНТИГЕНЫ И ИХ СВОЙСТВА»

 

 

Утверждены на кафедральном заседании

протокол № 8 от «6» апреля 2012 г.

 

Заведующий кафедрой

д.м.н., профессор ____________________ Камзалакова Н.И.

 

Составитель:

ассистент ____________________ Парфенова Е.В.

 

 

Красноярск

1. Тема: Естественный (врожденный) и адаптивный иммунитет, антигены и их свойства.

 

2. Формы работы:

–Подготовка к практическим занятиям.

– Подготовка материалов по НИРС

 

Врожденный иммунитет — способность организма обезвреживать чужеродный и потенциально опасный биоматериал (микроорганизмы, трансплантат, токсины, опухолевые клетки, клетки, инфицированные вирусом), существующая изначально, до первого попадания этого биоматериала в организм.

Система врожденного иммунитета намного более эволюционно древняя, чем система приобретенного иммунитета, и присутствует у всех видов растений и животных, но подробно изучена только у позвоночных. По сравнению с системой приобретенного иммунитета система врожденного активируется при первом появлении патогена быстрее, но распознает патоген с меньшей точностью. Она реагирует не на конкретные специфические антигены, а на определенные классы антигенов, характерные для патогенных организмов (полисахариды клеточной стенки бактерий, двунитевая РНК некоторых вирусов и т.п.).

 

Факторы неспецифической резистентности организма подразделяются на:

1. МЕХАНИЧЕСКИЕ (кожа, слизистые), выступающие как барьеры на пути проникновения возбудителей заболеваний в организм и обладающие, кроме того, бактерицидными свойствами за счет наличия так называемой нормальной микрофлоры, рН, температуры, влажности.

2. Вторая, наиболее важная с точки зрения иммунологии, группа – ГУМОРАЛЬНЫЕ факторы. К ним относят нормальные антитела, комплемент, лизоцим, пропердин, бета-лизины, лейкины, интерфероны и другие вещества, постоянно присутствующие в сыворотке крови, секретах слизистых оболочек и тканях организма. Эти субстанции возникли в филогенезе после формирования клеточных форм реактивности (в частности фагоцитоза) и являются предшественниками антител.

3. Следующий фактор неспецифической резистентности организма – ВОСПАЛЕНИЕ. Этот процесс, подробно изучавшийся в курсе патофизиологии, способствует локализации внедрившейся в организм инфекции или другого чужеродного агента. В процессе воспаления происходит мобилизация сосудистых, клеточных механизмов, направленных на связывание, разрушение и выведение из организма этих чужеродных агентов.

4. ФАГОЦИТОЗ. Один из важнейших защитных факторов организма, описанный в свое время И.И.Мечниковым. Его можно отнести и к неспецифической защите и к специфическим иммунным реакциям организма. Это объясняется тем, что он выполняет роль связующего звена между неспецифической защитной реакцией организма и специфическими иммунологическими реакциями: после реализации основных стадий фагоцитоза осуществляется одна из важнейших функций макрофагов – презентация ими антигенов лимфоцитам.

Система комплемента:

Комплементом называют сложную систему белков (более 20) сыворотки крови, обладающих ферментативной активностью. Основные 13 компонентов системы комплемента обозначаются буквой С с соответствующим номером (CI, С2, СЗ и т. д.) Они образуются в печени и секретируются макрофагами. Активация системы комплемента протекает классическим и альтернативным путями в виде цепной реакции, управляемой 7-ю регуляторными белками. При этом каждый предыдущий компонент каскада активирует несколько последующих за счет их ферментативного расщепления. Активированные компоненты обозначаются сверху чертой.

Естественный ингибитор комплемента С1 (С 1-ингибитор) тормозит спонтанную активацию Clq компонента.

Классический путь активации запускается комплексом антиген-антитело в присутствии катионов Са и Mg обычно на поверхности клетки-мишени. Комплекс антиген-антитело связывается с C1q, который присоединяет C1rs, а затем активирует и расщепляет С4 на С4а и С4b. С4b присоединяется либо к С1, либо к поверхности клетки-мишени. Далее к нему присоединяется С2. Он, в свою очередь, расщепляется на С2а и С2b предыдущим компонентом. С2а остается связанным с С4b. Этот комплекс получил название конвертазы классического пути активации комплемента. Она расщепляет СЗ компонент на СЗа и СЗb. СЗb присоединяется к конвертазе классического пути и этот макромолекулярный комплекс активирует компонент С5. Он распадается на С5а и С5b. К С5b на мембране клетки-мишени последовательно присоединяются С6, С7, С8 и С9 компоненты. Комплекс С5b-С9 получил название мембраноатакующего комплекса (МАК). В механизме его литического действия много общего с перфорином. МАК встраивается в мембрану клетки-мишени за счет гидрофобных взаимодействий, образуя трансмембранный канал. Через него в клетку поступают ионы натрия и вода, а выходят ионы калия, что приводит к цитолизу.

Классический путь активации комплемента может запускаться белками А стафилококка, комплексами С-реактивного белка с микробными продуктами и др.

Альтернативный путь активации комплемента является неспецифическим. Он запускается липополисахаридами клеточной стенки бактерий (эндотоксинами), агрегированными иммуноглобулинами, лекарственными препаратами и т. д. Образующийся при этом СЗb-компонент в присутствии ионов магния связывается с фактором В сыворотки (неактивная сериновая протеаза). На комплекс СЗbВ действует фактор D - активная сывороточная протеаза. Она расщепляет фактор В на Ва и Вb. Образующийся комплекс СЗbВb представляет собой конвертазу альтернативного пути активации. В норме она неустойчива, но стабилизируется белком пропердином (белок Р). Конвертаза альтернативного пути активирует С5 компонент. Дальнейшая активация комплемента не отличается от классического пути. Таким образом, СЗ-компонент является ведущим в активации комплемента по обоим путям, определяя процессы цитолиза. В процессе активации комплемента образуются биологически активные фрагменты. Так, компоненты СЗа и C5a являются анафилатоксинами, действуют на макрофаги, гранулоциты, тучные клетки. Возникающий патологический процесс клинически проявляется аллергическими и псевдоаллергическими реакциями.

При заболеваниях, сопровождающихся образованием иммунных комплексов (аутоиммунные болезни, инфекции), уровень белков комплемента снижается - гипокомплементемия. Уровень комплемента наиболее высок у морских свинок, поэтому их сыворотка крови используется как " комплемент" в серологических реакциях.

Компоненты активированного комплемента связываются с рецепторами комплемента, имеющимися на лейкоцитах: CR1(CD35) - рецептор 1-го типа, связывает СЗb, есть на эритроцитах и лейкоцитах, он же связывает вирус Эпштейна - Барра; CR2(CD21) связывает C3d, имеется на лимфоцитах; CR3(CD11b/CD18) связывает C3bi, экспрессирован на гранулоцитах, участвует в фагоцитозе; CR4 (CD11c/CD18) для СЗа присутствует на фагоцитах.

Взаимодействуя с этими рецепторами клеток продукты активации комплемента стимулируют функции лейкоцитов, запускают воспаление; усиливают противомикробный иммунитет.

 

Антигены – это все те вещества, которые несут признаки генетической чужеродности и при введении в организм вызывают развитие специфических иммунологических реакций. Антигенными свойствами обладают белки, сложные полисахариы, липополисахариды, полипептные искусственные крупномолекулярные соединения. Не могут быть антигенами простые химические элементы, неорганические соединения.

В иммунологии существуют 4 понятия, характеризующие вещество как антиген:

ЧУЖЕРОДНОСТЬ – подразумевает наличие у вещества (или их совокупности) генетических признаков принадлежности другому организму.

АНТИГЕННОСТЬ – в большей или меньшей степени выраженная способность вызывать образование антител.

ИММУНОГЕННОСТЬ – способность создавать более или менее напряженный иммунитет. Например, бактерии из ряда шигелл, возбудители дизентерии, обладают высокой антигенностью, однако не способны вызывать выработку против них выраженного иммунитета, а брюшнотифозная вакцина является и высокоантигенным, и высокоиммуногенным препаратом, при введении которого наблюдается активная выработка антител и достигается выраженный иммунитет.

СПЕЦИФИЧНОСТЬ – этим понятием определяются те антигенные особенности, за счет которых разные антигены отличаются друг от друга.

 

3. Перечень вопросов для самоподготовки по теме практического занятия (с учетом ОК-1, ОК-5, ПК-1, ПК-3, ПК-5, ПК-31, ПК-32, знать: основные отличия между естественным и адаптивным иммунитетом; структурные единицы, формирующие неспецифическую и специфическую иммунную защиту; свойства антигенов, их особенности в иммунном ответе, уметь: анализировать проблемы и задачи, стоящие перед клинической иммунологией, делать практические выводы по оценке факторов, влияющих на физическое и психическое состояние пациента, владеть: оценкой факторов риска, влияющих на здоровье человека в современных условиях, с целью формирования групп повышенного риска по ИДС):

 

1. Факторы, определяющие естественный иммунитет.

2. Отличие адаптивного иммунитета от врожденного.

3. Функциональная структура иммунной системы.

4. Роль тимуса в функционировании иммунной системы.

5. Предназначение вторичных лимфоидных органов.

6. Свойства антигенов.

7. Неспецифические факторы защиты, участвующие в специфических иммунологических реакциях.

8. Интерфероны и их участие в противовирус­ной защите организма.

9. Классический путь активации комплемента, его отличие от альтернативного пути.

 

4. Самоконтроль по тестовым заданиям данной темы (тестовые задания с эталонами ответов):

 

1. К неспецифическим факторам защиты организма относятся все, кроме:

А. лактоферрин

Б. лизоцим

В. интерферон

Г. фагоцитоз

Д. лимфокины +

2. Хемотаксис вызывается выделением объектом фагоцитоза:

А. интерферонов

Б. ферментов лизосом

В. продуктов их жизнедеятельности +

Г. IgЕ

Д. С1-компонента комплемента

3. К периферическим органам лимфоцитопоэза относятся следующие, кроме:

А. селезенка

Б. лимфоузлы

В. тимус +

Г. пейеровы бляшки

Д. бронхо-ассоциированная лимфоидная ткань

4. Опсонизацию объекта фагоцитоза осуществляют:

А. нормальные антитела

Б. С3-компонент комплемента

В. IgG

Г. белки острой фазы

Д. все вышеперечисленные +

5. Функция телец Гассаля заключается в выработке следующих групп гормонов:

А. тиреоидных

Б. тимических +

В. глюкокортикостероидов

Г. интерлейкинов

Д. интерферонов

6. Основные свойства антигена, все, кроме:

А. чужеродность

Б. антигенность

В. иммуногенность

Г. специфичность

Д. неспецифичность +

7. Специфичность антигена определяется:

А. строением полипептидной цепи белка

Б. концевыми аминокислотами полипептидной цепи белка

В. аминокислотным составом белковой молекулы

Г. вторичной и третичной структурой белковой молекулы

Д. всем перечисленным +

8. К гуморальным факторам неспецифической защиты относятся все, кроме:

А. комплемент

Б. лизоцим

В. иммуноглобулины А, М, G +

Г. нормальные антитела

Д. интерфероны

9. Укажите, что из нижеперечисленного может быть антигеном:

А. полиэлектролиты

Б. полисахариды

В. липополисахариды

Г. белки

Д. все перечисленное +

10. Функции иммунной системы заключаются в:

А. обеспечение нормальной дифференцировки клеток кровет­ворной системы

Б. обеспечение нормальной дифференцировки клеток всего организма

В. обеспечение нормального внутриутробного развития плода

Г. обеспечение нейроиммуноэндокринных взаимодействий в организме

Д. все вышеперечисленное +

11. К функциям иммунной системы относится:

А. все нижеперечисленное +

Б. элиминация и утилизация отмирающих тканевых структур

В. отторжение донорского трансплантата

Г. защита от возбудителей инфекционных болезней

Д. противоопухолевая защита

12. Центральным органом иммунной системы является:

А. аппендикулярный отросток

Б. пейеровы бляшки

В. костный мозг +

Г. печень

Д. селезенка

13. К периферическим органам иммунной системы относятся все, кроме:

А. лимфоузлы

Б. пейеровы бляшки

В. аппендикулярный отросток

Г. костный мозг +

Д. периферическая кровь

14. К свойствам антигена относятся следующие, кроме:

А. вирулентность +

Б. чужеродность

В. антигенность

Г. специфичность

Д. иммуногенность

15. Антигенность вещества зависит, в первую очередь, от его:

А. способа попадания в организм

Б. химических свойств

В. молекулярной массы +

Г. наличия в его молекуле двухвалентных элементов

Д. степени поляризации молекулы

16. Относительная потеря массы тимуса происходит:

А. с момента рождения +

Б. с 11-15 лет

В. с 18-22 лет

Г. с 45-50 лет

Д. после 65 лет

17. Абсолютная потеря массы тимуса начинается:

А. с момента рождения

Б. с 15-17 лет +

В. с 18-22 лет

Г. с 45-50 лет

Д. после 65 лет

18. Основными функциональными звеньями иммунной системы являются все, кроме:

А. клеточное звено

Б. гуморальное звено

В. система комплемента +

Г. система макрофагальных фагоцитов

Д. натуральные киллеры

5. Самоконтроль по ситуационным задачам

6. Перечень практических умений по изучаемой теме

- анализировать проблемы и задачи, стоящие перед клинической иммунологией;

- делать практические выводы по оценке факторов, влияющих на физическое и психическое состояние пациента;

- оценивать факторы риска, влияющие на здоровье человека в современных условиях, с целью формирования групп повышенного риска по ИДС.

 

7. Рекомендации по выполнению НИРС:

1. Нобелевские лауреаты в области иммунологии.

2. Использование ксеноантигенов в лечении человека.

3. Использование препаратов интерферонов в клинической практике.

При подготовке реферативного сообщения студентам рекомендуется обращать внимание на актуальность поднимаемых вопросов по изучаемой теме, их значимость для понимания механизмов патогенеза многих заболеваний, перспектив в научной и практической деятельности, например:

"Принципы и пути использования цитокинов

в клинической практике".

1. Общая характеристика системы цитокинов.

2. Роль цитокинов в реализации воспаления и противоопухолевой резистентности.

3. Механизмы противоопухолевого действия цитокинов.

4. Локальная и системная терапия цитокинами.

5. Осложнения, вызываемые передозировкой цитокинов.

 

8. Рекомендованная литература по теме занятия:

№ п/п   Наименование Издательство Год выпуска
Обязательная
1. Хаитов, Р.М. Иммунология: учебник / Р.М. Хаитов М.: ГЭОТАР-Медиа
Дополнительная
1. Основы клинической иммунологии / Э. Чепель [и др.] М.: ГЭОТАР-Медиа
2. Аллергология и иммунология: нац. руководство / гл. ред. Р.М. Хаитов [и др.] М.: Логосфера
3. Иммунология: практикум. Клеточные, молекулярные и генетические методы исследования: учеб. пособие / ред. Г.А. Игнатьева [и др.] М.:ГЭОТАР-Медиа
Микробиология, вирусология и иммунология: учебник / В.Н. Царев М.: Практическая медицина
Микробиология, вирусология и иммунология: в 2 т.: учебник / ред. В.В. Зверев, М.Н. Бойченко М.: ГЭОТАР-Медиа
Ярилин, А.А. Иммунология: учебник / А.А. Ярилин М.: ГЭОТАР-Медиа
Земсков, А.М. Клиническая иммунология: учебник / А.М. Земсков [и др.] М.: ГЭОТАР-Медиа
Хаитов, Р.М. Иммунология. Норма и патология: учебник / Р. М. Хаитов, Г. А. Игнатьева, И. Г. Сидорович М.: Медицина
Электронные ресурсы:
1. ЭБС КрасГМУ
2. БД MedArt
3. БД Ebsco
4. БД Медицина

 

poisk-ru.ru

Элементы адаптивного (приобретенного) иммунитета

Если инфицирующий агент не уничтожается посредством неспецифических механизмов врожденного иммунитета, включается адаптивный иммунный ответ с выработкой антигенспецифичных лимфоцитов (эффекторные клетки) и клеток памяти, которые могут предотвратить повторное инфицирование тем же микроорганизмом.

Такие адаптивные ответы (иногда называемые приобретенными) развиваются долгое время (более 96 ч), поскольку редкие В- и Т-клетки, специфичные для вторгшегося микроорганизма, должны пройти через клональную экспансию (размножение клона) до того, как смогут дифференцироваться в эффекторные клетки, способствующие устранению инфекции. В отличие от врожденного иммунитета, присущего каждому живому организму, адаптивный иммунитет является более специализированной формой. Он возник на позднем этапе эволюции и существует только у позвоночных.

Различные элементы, участвующие в работе врожденного иммунитета, не отличаются специфичностью к чужеродным агентам, с которыми они сталкиваются, в то время как приобретенный иммунитет всегда обладает такой специфичностью. Как и подразумевает его название, приобретенный иммунитет является следствием встречи с инородной субстанцией. Первая встреча с определенной инородной субстанцией, проникшей в организм, запускает цепь событий, вызывающих иммунную реакцию, специфическую по отношению к данной субстанции.

Клетки и органы, вовлеченные в адаптивный иммунный ответ

Приобретенный иммунитет обычно проявляется только после первой встречи с каким-либо веществом. Таким образом, он развивается только после контакта или иммунизации таким веществом. Существуют две основные популяции лимфоцитов, являющихся элементами приобретенного иммунитета: В-лимфоциты (названные так, поскольку они происходят из костного мозга (от англ. bone marrow) и Т-лимфоциты (поскольку их дифференцировка происходит в тимусе).

Именно В- и Т-лимфоциты определяют ту специфичность, которая присуща реакциям приобретенного иммунитета. В-лимфоциты синтезируют и выделяют в кровеносное русло антитела, специфичные по отношению к чужеродной субстанции. Этот процесс называется гуморальным иммунитетом. Т-лимфоциты, которые обладают специфичностью по отношению к чужеродной субстанции, опосредованной их рецепторами (TCR), не производят антител, но осуществляют различные эффекторные функции, когда АПК доставляют антигены во вторичные лимфоидные органы.

Т-лимфоциты также взаимодействуют с В-клетками, помогая последним вырабатывать антитела; они активируют макрофаги и играют главную роль в развитии и регуляции приобретенного иммунитета. Приобретенный иммунитет, опосредованный Т-лимфоцитами, называется клеточным или клеточно-опосредованным иммунитетом. Как мы уже знаем, макрофаги являются фагоцитирующими клетками; они не проявляют специфичности по отношению к определенной субстанции, но вовлечены в процессирование и презентацию чужеродных субстанций Т-лимфоцитам, а также активацию Т-лимфоцитов.

У представителей млекопитающих циркулирующие клетки крови имеют общее происхождение из небольшого кластера клеток, которые перемешаются из примитивного желточного мешка в зародышевую печень и, наконец, в костный мозг, где находятся постоянно. Эти клетки являются гемопоэтическими стволовыми клетками, называемыми так потому, что они являются недифференцированными клетками, из которых развиваются все другие специализированные клетки крови.

Эти недифференцированные стволовые клетки характеризуются способностью пролиферировать на протяжении жизни как самообновляющийся резервуар, пополняющий пул более зрелых клеток по мере их использования в период нормальной жизнедеятельности. Эти ранние стволовые клетки считаются плюрипотентными, т.е. способными развиваться в любую более дифференцированную линию клеток под влиянием различных растворимых факторов, контролирующих как интенсивность, так и направление созревания.

Выделению и описанию этих самых первых гемопоэтических и плюрипотентных стволовых клеток способствовало недавнее обнаружение на их поверхности молекул, отнесенных к CD34. Экспрессия CD34 вполне специфична для ранних клеток-предшественников (так же как и для эндотелиальных клеток). Начав дифференцировку в каком-либо направлении, клетка становится коммитированной к продукции клеток одной линии, т.е. унипотентной, при этом экспрессия CD34 уменьшается.

Один путь дифференцировки (миелоидная дифференцировки) начинается из стволовых клеток костного мозга и порождает различные дифференцированные клетки-предшественники, а заканчивается эритроцитами, тромбоцитами и различными гранулосодержащими клетками гранулоцитарно-моноцитарной линии Другой путь дифференцировки (лимфоидная дифференцировки) ведет к образованию двух различных типов клеток, называемых Т- и В-лимфоцитами.

Лимфатические органы

Лимфатическими называются органы, в которых происходят созревание, дифференцировка и пролиферация лимфоцитов. Эти органы обычно разделяют на два вида. Первичными (центральными) лимфоидными органами являются те из них, в которых Т- и В-лимфоциты созревают в антигенраспознающие лимфоциты. Как мы увидим из следующих глав, развивающиеся Т- и В-клетки приобретают свои антигенспецифичные рецепторы в первичных лимфоидных органах.

Зрелые В- и Т-лимфоциты мигрируют из костного мозга и тимуса соответственно через кровоток к периферическим лимфоидным тканям, к которым относят лимфатические узлы, селезенку и лимфатические ткани ЖКТ, такие как миндалины. В таких вторичных (периферических) лимфоидных органах происходят антигензависимая пролиферация и дифференцировка (рис. 2.6).

Первичные лимфоидные органы

Существует два основных первичных лимфоидных органа, в одном из которых развиваются Т-клетки, а в другом — В-клетки.

Рис. 2.6. Распределение лимфоидных тканей в теле (воспроизведено с разрешения FS Rosen и RS Geha, Case Studies in Immunology, Garland Publishing)

Тимус

Клетки-предшественники из костного мозга мигрируют в первичный лимфоидный орган — тимус, в котором они дифференцируются в Т-лимфоциты. Тимус является железой, состоящей из двух долек и происходящей из энтодермы третьего и четвертого глоточных карманов (рис. 2.7). В период развития плода размер тимуса увеличивается. Рост продолжается до наступления пубертатного периода. В дальнейшем тимус постепенно атрофируется.

Тимус является лимфоэпителиальным органом и состоит из эпителиальных клеток, организующих кортикальную (наружную) и медуллярную (центральную) зоны, инфильтрированные лимфоидными клетками (тимоцитами). Кора плотно заполнена лимфоцитами разных размеров, большинство из которых являются незрелыми, и рассеянными макрофагами, участвующими в удалении апоптозных тимоцитов.

Т-лимфоциты созревают в корковом веществе и мигрируют в мозговое, в котором встречаются с макрофагами и дендритными клетками. Здесь они подвергаются тимической селекции, которая приводит к развитию зрелых функциональных Т-клеток, которые затем выходят из железы и попадают в периферический кровоток, посредством которого транспортируются во вторичные лимфоидные органы. Именно во вторичных лимфоидных органах Т-клетки контактируют с чужеродными антигенами и реагируют на них.

Созревание Т-лимфоцитов предполагает появление у данных Т-клеток способности распознавать и реагировать на определенную детерминанту или эпитоп чужеродного антигена. Подобное распознавание достигается с помощью специфичного рецептора на Т-клетке (TCR), который приобретается в период дифференцировки в тимусе. Созревшие Т-лимфоциты в мозговом веществе способны реагировать на чужеродные антигены таким же образом, как они реагировали бы во вторичных лимфоидных органах. Однако тимус считается первичным лимфоидным органом, поскольку является местом, где клетки дифференцируются, чтобы экспрессировать TCR.

Созревание Т-лимфоцитов происходит в основном в период развития плода и короткое время после рождения. У мышей удаление тимуса в неонатальном периоде приводит к серьезному снижению качества и количества Т-лимфоцитов и вызывает потенциально смертельный рант-синдром (вейстинг-синдром). Удаление тимуса у взрослой особи обычно не оказывает сильного влияния на количество и качество Т-лимфоцитов, которые к этому времени уже созрели и заселили вторичные лимфоидные органы.

Однако удаление этой железы у взрослого может иногда привести к дефициту Т-клеток в случае неожиданной гибели Т-клеток, обычно населяющих вторичные лимфоидные органы (как это происходит после общего облучения организма). Без тимуса не будет существовать и механизм для повторного заполнения вторичных органов новыми Т-лимфоцитами.

Рис. 2.7. Клеточная организация тимуса (воспроизведено с разрешения FS Rosen и RS Geha, Case Studies in Immunology, Garland Publishing)

Только 5 — 10 % созревающих лимфоцитов выживают и в последующем покидают тимус; 90 — 95 % всех тимоцитов погибают в тимусе. Понятно, что погибают, а потому удаляются те лимфоциты, которые приобрели специфичность относительно собственных структур организма или не способны создать функциональные рецепторы. У выживших лимфоцитов развивается специфичность к чужеродным антигенам.

Фабрициева сумка и костный мозг

Первичный лимфоидный орган был впервые обнаружен у птиц. Созревание В-клеток у них происходит в фабрициевой сумке. Этот орган, расположенный рядом с клоакой, состоит из лимфоидных центров, содержащих эпителиальные клетки и лимфоциты. В отличие от лимфоцитов в тимусе эти лимфоциты состоят исключительно из продуцирующих антитела В-клеток.

Млекопитающие не имеют фабрициевой сумки. Поэтому чтобы выявить у них эквивалент первичного лимфоидного органа, в котором В-клетки развиваются и созревают, понадобилось много времени и сил. В настоящее время ясно, что в эмбриональный период жизни В-клетки дифференцируются из гемопоэтических стволовых клеток в печени плода.

После рождения и в течение жизни индивидуума эта функция переходит к костному мозгу — структуре, которая считается первичным лимфоидным органом с функциями, эквивалентными функциям фабрициевой сумки у птиц. Каждый зрелый В-лимфоцит несет антигенспецифичные рецепторы, которые имеют структуру и специфичность, идентичную антителу, синтезируемому позднее этой В-клеткой. Зрелые В-клетки переносятся циркулирующей кровью во вторичные лимфоидные органы, где встречаются с чужеродными антигенами и реагируют на них.

Вторичные лимфоидные органы

Вторичные лимфоидные органы состоят из определенных структур, в которых зрелые, готовые к распознаванию антигена (антигенкоммитированные) лимфоциты стимулируются антигеном, для того чтобы произошли их дальнейшие деление и дифференцировка. Основными вторичными лимфоидными органами являются селезенка и лимфатические узлы. Кроме того, вторичными лимфоидными органами считаются миндалины, аппендикс и кластеры лимфоцитов, распределенные в слизистой оболочке тонкого кишечника (пейеровы бляшки), а также лимфоидные скопления, разбросанные повсеместно в слизистой ткани.

Вторичные лимфоидные органы обнаруживаются в разных участках тела, таких как слизистая оболочка пищеварительного, респираторного и мочеполового трактов, конъюнктива и слюнные железы, где зрелые лимфоциты взаимодействуют с антигенами и подвергаются активации. Эти вторичные лимфоидные органы в слизистой оболочке получили название лимфоидной ткани, ассоциированной со слизистыми оболочками (mucosa-associated lymphoid tissue — MALT). Такие лимфоидные ткани, связанные с кишечником, называются ассоциированными с кишечником (gut-associated lymphoid tissue — GALT), а связанные с бронхиальным деревом — ассоциированными с бронхами (bronchus-associated lymphoid tissue — BALT).

Вторичные лимфоидные органы имеют две основные функции: они крайне эффективны при улавливании и концентрации чужеродных субстанций и являются основными местами продукции антител и индукции антигенспецифичных Т-лимфоцитов.

Селезенка

Селезенка является крупнейшим вторичным лимфоидным органом (рис. 2.8). Она крайне эффективна в улавливании и концентрации чужеродных субстанций, переносимых кровью. Селезенка является главным органом тела, в котором синтезируются антитела и из которого они затем высвобождаются в кровоток. Селезенка состоит из белой пульпы, богатой лимфоидными клетками, и красной пульпы, которая содержит много синусов, а также большое количество эритроцитов и макрофагов, некоторое количество лимфоцитов и несколько других типов клеток.

Рис. 2.8. Селезенка: общий вид и вид в разрезе (воспроизведено в разрешения FS Rosen и RS Geha, Case Studies in Immunology, Garland Publishing)

Вокруг небольших артериол расположены участки белой пульпы, периферические области которых богаты Т-клетками; В-клетки находятся в основном в зародышевых центрах. Примерно 50 % клеток селезенки составляют В-лимфоциты, 30 — 40 % — Т-лимфоциты. После стимулирования антигенами зародышевые центры содержат большое число В-клеток и плазматических клеток. Эти клетки синтезируют и высвобождают антитела.

Лимфатические узлы

Лимфатические узлы являются небольшими яйцевидными структурами (обычно до 1 см в диаметре), находящимися в разных регионах по всему телу (рис. 2.9). Они располагаются в местах слияний лимфатических сосудов, которые впадают в грудной проток. В свою очередь грудной проток переносит лимфу и лимфоциты в полую вену — сосуд, который несет кровь к правой стороне сердца (рис. 2.10) и из которого она затем перераспределяется по всему телу.

Лимфатические узлы состоят из мозгового вещества со многими синусами и коры, окруженной капсулой из соединительной ткани (рис. 2.9, А). Кортикальный участок содержит первичные лимфоидные фолликулы. После антигенной стимуляции эти структуры увеличиваются и образуют вторичные лимфоидные фолликулы с зародышевыми центрами, содержащими плотные популяции лимфоцитов (в основном В-клеток), подвергающихся митозу. В ответ на антигенную стимуляцию антигенспецифичные В-клетки, пролиферирующие внутри этих зародышевых центров, также вовлекаются в процесс созревания аффинности, для того чтобы произвести клоны клеток с рецепторами повышенной аффинности (антитела) для антигенных эпитопов, запустивших первичную реакцию.

Оставшиеся антиген-неспецифичные В-клетки выталкиваются наружу для формирования области мантии. Глубокая кортикальная зона или паракортикальный регион содержит Т-клетки и дендритные клетки Антигены доставляются в эти зоны дендритными клетками, которые презентируют фрагменты антигена Т-клеткам, в результате чего они активируются. Медуллярная зона лимфатического узла содержит плазматические клетки, которые секретируют антитела. Эти клетки перемещаются из коры в медуллярную область по лимфатическим сосудам.

Рис. 2.9. (А) Срез лимфатического узла. Стрелки показывают движение лимфы и лимфоцитов. (Б) Срез через лимфатический узел с демонстрацией капсулы и субкапсулярного синуса, мозгового вещества (вверху слева) и коры, содержащей зародышевые центры. Также показан (вверху справа) фолликул без зародышевого центра (х140) (с любезного разрешения д-ра AC Ender, School of Medicine, University of California at Davis)

Лимфатические сосуды высоко эффективны в улавливании антигена, поступающего через афферентные лимфатические сосуды. В узле антиген взаимодействует с макрофагами, Т-клетками и В-клетками. Это взаимодействие вызывает иммунный ответ, проявляющийся выработкой антител и антигенспецифичных Т-клеток. Лимфа, антитела и клетки покидают лимфатический узел через эфферентный лимфатический сосуд, расположенный как раз под медуллярной областью.

Рециркуляция лимфоцитов

Лимфоциты крови поступают в лимфатические узлы через посткапиллярные венулы, а покидают их через эфферентные лимфатические сосуды, которые последовательно сходятся в грудной проток. Этот проток открывается в полую вену — сосуд, который возвращает кровь сердцу, таким образом обеспечивая постоянную рециркуляцию лимфоцитов.

Рис. 2.10. Циркуляция лимфы и судьба антигена после поступления: 1) через кровоток; 2) кожу; 3) желудочно-кишечный или респираторный тракт

Сходным образом функционирует и селезенка. Лимфоциты артериальной крови поступают в нее через ворота и попадают в трабекулярную артерию, которая в дальнейшем становится узкой и разветвленной. На самых дальних ветвях трабекулярной артерии находятся капилляры, ведущие к лимфоидным узелкам. В конце концов, лимфоциты возвращаются в венозную циркуляцию через трабекулярную вену. Как и лимфатические узлы, селезенка имеет эфферентные лимфатические сосуды, откуда лимфа поступает в лимфатические протоки, по которым клетки продолжают свою рециркуляцию по организму и возвращаются обратно в афферентные сосуды.

Миграция лимфоцитов между различными лимфоидными и нелимфоидными тканями и их хоминг к определенному месту четко регулируется посредством различных адгезионных молекул клеточной поверхности (cell-surface adhesion molecules — САМ) и рецепторов к этим молекулам. Таким образом, за исключением селезенки, где маленькие артериолы заканчиваются, открывая доступ лимфоцитам крови к паренхиме, обычно лимфоциты крови должны проникать (в лимфоидную ткань) сквозь сосудистый эндотелий, выстилающий посткапиллярные участки сосудистого русла, называемые венулами с высоким эндотелием (high endotherial venules — HEV). Этот процесс называется экстравазацией.

Рециркулирующие лимфоциты избирательно связываются со специфическими рецепторами на HEV в лимфоидной ткани или на участках воспаленной ткани и, похоже, совершенно игнорируют другие участки сосудистого эндотелия. Более того, оказывается, что некоторые различные субпопуляции лимфоцитов преимущественно связываются с HEV за счет более высокой специфичности, что избирательно регулирует миграцию лимфоцитов в различные лимфоидные и нелимфоидные ткани. Рециркулирующие моноциты и гранулоциты также экспрессируют рецепторы, являющиеся молекулами адгезии, и мигрируют в ткани, используя такой же механизм.

Благодаря перемещению лимфоцитов между лимфоидными и нелимфоидными тканями при контакте антиген и лимфоциты, специфичные к данному антигену, секвестрируются в лимфоидной ткани, где лимфоциты проходят пролиферацию и дифференцировку. Клетки, подвергшиеся дифференцировке (клетки памяти), покидают лимфоидный орган и распространяются по телу для последующей концентрации в месте, где продолжает сохраняться антиген, и там проявляют свою защитную функцию.

Судьба антигена после пенетрации

Ретикулоэндотелиальная система предназначена для того, чтобы удерживать захватывать и разрушать проникшие в организм чужеродные антигены с помощью системы фагоцитирующих клеток. Кроме того, постоянное движение лимфоцитов по организму позволяет депонировать их в стратегических участках вдоль лимфатических сосудов. Система не только задерживает антигены, но и направляет их в места (вторичные лимфоидные органы), где на очень маленьком участке антиген, макрофаги, Т-клетки и В-клетки могут взаимодействовать, чтобы запустить иммунный ответ.

На рис. 2.10 показаны пути, по которым антиген проходит через физические барьеры, а также клеточные и гуморальные компоненты последующей иммунной реакции. Существуют три главных пути проникновения антигена в организм.

  • Антиген может поступить в организм через кровоток. В этом случае он переносится в селезенку, где взаимодействует с АПК, такими как дендритные клетки и макрофаги. В-клетки также выполняют роль АПК, хотя их основная задача — это продукция антител в ответ на антигенную стимуляцию. Антигенпрезентирующие клетки необходимы для активации антигенспецифичных Т-клеток. Взаимодействия между АПК и Т-клетками неизбежно ведет к активации В- и Т-клеток и, таким образом, к иммунной реакции. Затем антитела выходят из селезенки непосредственно в кровоток. Лимфоциты также покидают селезенку; они направляются в эфферентные лимфатические протоки, чтобы возвратиться в кровоток, пройдя через грудной проток.
  • Антиген может задержаться в эпидермисе, дерме или подкожной клетчатке, где вызовет воспалительную реакцию. Из этих тканей антиген или в свободном виде, или захваченный АПК перемещается по афферентным лимфатическим сосудам в регионарные лимфатические узлы. В лимфатическом узле антиген, макрофаги, дендритные клетки, Т-клетки и В-клетки взаимодействуют, что вызывает иммунный ответ. В последующем антигенспецифичные Т-клетки и антитела, которые были синтезированы в лимфатическом узле, поступают в кровоток и переносятся в разные ткани. Антигенспецифичные Т-клетки, В-клетки и антитела также поступают в кровоток через грудной проток.
  • Антиген может также поступать в желудочно-кишечный или респираторный тракт, где задерживается в MALT. Там он будет взаимодействовать с макрофагами и лимфоцитами. Антитела, синтезируемые в этих органах, депонируются в местных тканях. Кроме того, лимфоциты, поступающие в эфферентные лимфатические сосуды, переносятся через грудной проток в циркуляторное русло и, таким образом, перераспределяются по различным тканям.
Для индукции адаптивного иммунного ответа необходимо взаимодействие чужеродного антигена с лимфоцитами, распознающими этот специфичный антиген. Подсчитано, что у обычных (неиммунизированных) животных только один из каждых 103—105 лимфоцитов способен распознавать типичный антиген. Таким образом, вероятность того, что антиген встретит подходящие клетки, очень мала. Проблема осложняется тем, что для последующего синтеза антитела должны провзаимодействовать два различных вида лимфоцитов, а именно Т- и В-клетки, специфичные именно к этому антигену.

Рис. 2.11. Взаимодействие между врожденным и приобретенным иммунитетом

По статистике вероятность взаимодействия специфичных Т-лимфоцитов с подходящим для них антигеном, а затем и с В-лимфоцитами, специфичными к данному антигену, очень мала. Однако природа выработала простой механизм для организации контакта этих двух клеток с антигеном: он переносится по дренирующим лимфатическим протокам во вторичные лимфоидные органы. В этих органах антиген представляется на поверхности фиксирующих его специализированных клеток.

Поскольку Т- и В-лимфоциты циркулируют с относительно высокой скоростью, совершая кругооборот каждые несколько дней, некоторые из них, обладающие специфичностью по отношению к конкретному антигену, имеют возможность пройти мимо него за относительно короткое время. Когда такие лимфоциты встречаются с антигеном, к которому обладают специфичностью, они активируются, и запускается приобретенный иммунный ответ, специфический по отношению к антигену, его вызвавшему.

Взаимодействие между врожденным и приобретенным иммунитетом

Приобретенный и врожденный иммунитет как две ветви иммунной системы обладают способностью прекрасно взаимодействовать. Система взаимодействия посредством различных цитокинов и молекул клеточной адгезии позволяет компонентам врожденной и приобретенной иммунных систем согласованно функционировать, посылать друг другу сигналы, активировать друг друга и работать совместно с единой целью — уничтожить и удалить инфицирующий микроорганизм и его продукты. Взаимодействие между врожденным и приобретенным иммунитетом показано на рис. 2.11.

Р.Койко, Д.Саншайн, Э.Бенджамини

medbe.ru

Иммунитет - адаптивный или врождённый

Полноценная защита организма от инфекций многие десятилетия подряд остаётся важнейшей проблемой и даёт направление научному поиску. Новые разработки российских биохимиков в этой области убедительно доказывают, что для полёта научной мысли необходимы два крыла: фундаментальная наука и прикладная.

Что защищает нас от инфекций? Типичный ответ на этот вопрос: «Антитела, которые образуются после перенесённых болезней». Он отдаёт пальму первенства приобретённому, или адаптивному, иммунитету, который формируется и крепнет у человека после рождения по мере «встреч» с различными микробами, закрепляя опыт в виде антител.

Адаптивный иммунитет — это то, что отличает нас друг от друга, несмотря на «стандартный», общий для всех набор антигенов. У каждого есть индивидуальные отличия, которые зависят от того, встретимся мы или нет с конкретным возбудителем в течение жизни. Мы все «вооружены» по-разному.

Но каким же образом защищаются от инфекционной агрессии 98% «братьев наших меньших», ведь они лишены интеллектуального адаптивного иммунитета (как известно, он появляется только у высших позвоночных)?

Ответ нашёл русский микробиолог Илья Ильич Мечников. Он открыл явление фагоцитоза, то есть захвата и уничтожения патогенов специальными клетками, которые назвал фагоцитами (от греч. phagos — пожиратель и kytos — клетка). Именно фагоциты (клетки врождённого иммунитета) выстраивают первую линию обороны от вторжения чужеродных организмов. К фагоцитам относят, например, хорошо нам известные клетки крови, такие как нейтрофилы, моноциты, макрофаги и другие. Фагоцитоз — один из важных механизмов врождённого иммунитета.

Врождённый иммунитет — это то, что нас объединяет, идентично функционирует в каждом и не изменяется с момента рождения и до смерти.

Так какой же иммунитет главный в защите от инфекций — адаптивный или врождённый?

Точку в научном споре нобелевских лауреатов 1908 года Ильи Ильича Мечникова, открывшего фагоцитоз, и Пауля Эрлиха, доказывавшего, что главная роль в защите от бактерий принадлежит антителам, поставили революционные открытия двух последних десятилетий. В 2011 году Нобелевский комитет отметил премией по физиологии и медицине сразу трёх учёных, которые своими экспериментами подтвердили правильность воззрений И. И. Мечникова. Премия была присуждена Жюлю Хоффманну, Брюсу Бойтлеру и Ральфу Штайнману за открытие молекулярных механизмов врождённого иммунитета и переосмысление его роли в иммунологической защите.

Открытия Ж. Хоффманна, Б. Бойтлера и Р. Меджитова показали, что системы врождённого иммунитета у человека, позвоночных и беспозвоночных животных принципиально не отличаются. У мушек-дрозофил, мышей, а впоследствии и у человека были открыты и описаны однотипные рецепторы, призванные «вылавливать» и распознавать бактерии, вирусы или грибы по их структурным элементам — компонентам клеточной стенки, нуклеиновым кислотам и т.д. Именно по этим структурным элементам врождённая иммунная система идентифицирует попадание в организм «чужого».

Фактически произошёл революционный переворот в иммунологии, доказавший, что в защите от инфекций или биологической агрессии ведущую роль играет иммунитет врождённый, который руководит запуском адаптивного и его последующей работой. (Открытие взаимосвязи между врождённым и адаптивным иммунитетом — заслуга Р.Штайнмана.)

Каковы принципы работы врождённого иммунитета?

Рецепторы врождённого иммунитета - специальные белки, призванные выставлять первый заслон — «вылавливать» и распознавать все чужие и заведомо опасные молекулы, попавшие в организм. Первыми открытыми рецепторами врождённого иммунитета были так называемые Toll-подобные рецепторы (Toll-like receptors), позднее были идентифицированы другие семейства рецепторов — NOD-like и RIG-like, которые выполняют свою роль и распознают «предназначенные им» патогенные структуры.

Рецепторы врождённого иммунитета расположены на поверхности или внутри фагоцитов, профессиональных «пожирателей» всего чужеродного, основных клеток врождённой иммунной системы. Если справиться с инфекцией всё-таки не удалось, наступает очередь более тонко и долго настраиваемой второй линии защиты - адаптивного иммунитета: образуются цитотоксические лимфоциты, антитела и клетки памяти.

В свете новых знаний о ведущей роли одной из самых древних защитных систем организма уже произошло переосмысление механизмов работы некоторых хорошо известных лекарств. Но, пожалуй, самый важный итог «иммунологической революции» — изменение взглядов на вопрос лечения инфекционных болезней и роли лекарственных препаратов — активаторов врождённого иммунитета.

В 2006 году Национальная академия наук США и Комитет по новым направлениям в изучении антимикробной терапии изложили и обосновали принципиально новую концепцию стратегических подходов и научной разработки инновационных лекарственных препаратов для лечения инфекционных заболеваний — активаторов врождённого иммунитета.

Основные положения концепции:

  • лечение инфекционных заболеваний путём модулирования иммунной системы;
  • большинство антимикробных агентов, которые совершили революцию в лечении инфекционных заболеваний в последние десятилетия, получены от бактериальных продуктов;
  • иммуномодуляторы могут быть эффективны в сочетании с традиционными антибактериальными и противовирусными препаратами;
  • врождённый иммунитет, как и антибактериальная терапия, имеет быстрое начало действия (от нескольких минут до нескольких часов), после активации действует на разнообразные микроорганизмы.

Потенциальные преимущества использования модуляторов иммунного ответа:

  • иммуномодуляторы не действуют на микроорганизмы непосредственно, они могут обходить проблему развития резистентности к антибиотикам;
  • иммуномодуляторы могут расширить возможности лечения для пациентов с ослабленным иммунитетом, у которых традиционные препараты зачастую работают плохо;
  • иммуномодуляторы обладают потенциалом широкого спектра действия против вирусных и грибковых, а также бактериальныхзаболеваний.

Комитет определил круг потенциальных «молекул» — активаторов врождённого иммунитета, и это, прежде всего, агонисты Toll-рецепторов и других рецепторов врождённого иммунитета (NOD-рецепторы), включая структурную единицу пептидогликана — мурамилдипептид.

Мурамилпептиды — это название целого класса веществ, с которыми мы сталкиваемся ежедневно.

Каждая микробная клетка «надевает» на себя внешний защитный слой под названием «клеточная стенка», значительную часть которой составляет пептидогликан. Последний состоит из регулярно повторяющихся фрагментов, которые образуют каркас, придающий клетке прочность и упругость одновременно.

ГМДП (глюкозаминилмурамилдипептид), относящийся к классу мурамилпеп-тидов, и есть тот самый, множество раз повторяющийся фрагмент пептидоглика-на. Минимальной структурной субъединицей пептидогликана является ещё более мелкая структура — мурамилдипептид (МДП).

В естественных условиях ГМДП образуется при действии различных гидролитических ферментов, расщепляющих бактериальную клеточную стенку. При очень приблизительном подсчёте в пеп-тидогликане одной-единственной грам-положительной бактерии (а к грамположительным относится большинство опасных для человека возбудителей микробных инфекций) содержится более миллиона таких фрагментов.

Пептидогликан, его структурные компоненты, с одной стороны, защищают бактериальную клетку, а с другой стороны, «выдают» её принадлежность к микробному миру. Пептидогликан распознаётся Toll-рецепторами 2-го и 4-го типов, теми самыми, который открыл Ж. Хоффманн у дрозофилы, Б. Бойтлер у мышей, а Р. Меджитов — у человека. Пептидогликан «отлавливается», распознаётся рецептором и начинает «дробиться», «перевариваться» фагоцитами. После расщепления до минимальных «структурных фрагментов» последние распознаются внутриклеточным NOD-2 рецептором, который служит «оповести-телем» о несанкционированном вторжении внутрь клетки или побеге из фаголизосомы фагоцита. Своеобразная двойная защита, созданная эволюционно.

Чем так важны мурамилпептиды и почему они отмечены в ряду потенциальных лекарственных «молекул»? Мурамилпептиды - естественные активаторы врождённой иммунной системы через рецептор врождённого иммунитета NOD-2. Но, главное, это не чужеродные молекулы, с ними наш организм встречается каждый день, отражая атаки «болезнетворных» микробов и перерабатывая отработавшее своё «полезные» бактерии, несущие в своих клеточных стенках ГМДП. То есть потенциально аналоги ГМДП могут стать «молекулой» лекарственного препарата при подтверждении его безопасности путём клинического применения.

Какие же эффекты оказывают мура-милпептиды на человеческий организм? Помимо повышения функциональной активности «главных» клеток врождённой иммунной системы — фагоцитов известны и другие полезные свойства представителей этого класса — противоопухолевый и анти-метастатический эффекты, адъювантные свойства (усиление выработки антител при иммунизации, что особенно важно при введении «убитых» или «ослабленных» антигенов).

В настоящий момент в 31 стране мира, включая страны ЕС, зарегистрированы различные аналоги МДП. В России с 1995 года в качестве лекарственного препарата зарегистрирован аналог МДП с торговым названием Ликопид®.

Ликопид® является лекарственной формой ГМДП (глюкозаминилмурамил-дипептида) — повторяющегося структурного фрагмента пептидогликана, и это, пожалуй, один из ярких примеров того, как открытие, подкреплённое многолетними фундаментальными научными исследованиями, может послужить на благо человека.

Ликопид® — один из немногих в ряду иммуномодуляторов, имеющий неоспоримое преимущество — известный и предсказуемый механизм действия. Многими зарубежными и отечественными научными исследованиями доказано, что фармакологическая активность препарата реализуется посредством связывания его действующего начала — ГМДП с рецептором врождённого иммунитета nOd-2 (Girardin S. E., 2003; Meshcherya-kova E., 2007). Воздействуя на ключевую молекулярную мишень (рецептор) в иммунной системе, Ликопид® «имитирует» естественный процесс обнаружения фрагментов пептидогликана микроорганизмов, то есть действие препарата максимально приближено к естественной иммунорегуляции.

Предысторией создания лекарства на основе ГМДП можно считать противоопухолевый препарат бластолизин. Изучение биологической активности бластолизина, определение его химической структуры в Институте биоорганический химии АН СССР привело к идентификации ГМДП и синтезу обширной серии производных мурамилдипептида.

Практически десять лет ушло на «тестирование» и исследование различных аналогов МДП, выявление одинаково эффективных и безопасных молекул. В результате в 1989 году начались работы по изучению возможности использования ГМДП в качестве лекарственного препарата. Выяснилось, что ГМДП (в дальнейшем - действующее начало лекарственного препарата Ликопид®) удачно совмещает в себе биологическую активность и хороший профиль безопасности: низкую пироген-ность (способность повышать температуру тела) и крайне низкую токсичность, что по существующим государственным отраслевым стандартам позволяет отнести вещество к классу «мало опасных». К примеру, в ходе доклинических исследований стало ясно: для того чтобы действительно попробовать навредить с помощью Лико-пида®, нужно превысить рекомендуемую для лечения и профилактики дозировку почти в десять тысяч раз.

Параллельно с процессом исследований «молекулы» шёл поиск ответов на вопрос, как же ГМДП взаимодействует с человеческим организмом. Поначалу полагали, что во взаимодействии участвует рецептор, находящийся на поверхности клетки. Но уже в 1991 году был описан внутриклеточный рецептор с полной специфичностью к мурамилпептидам. Авторы

этих работ — группа учёных под руководством профессора В. А. Несмеянова, руководителя лаборатории иммунохимии. Их открытие получило фундаментальное научное подтверждение только спустя 12 лет, когда стало ясно, что внутриклеточный рецептор, описанный В. А. Несмеяновым, и есть тот самый рецептор врождённого иммунитета NOD-2. Этот вывод позволил привести в систему целый ряд ранее полученных экспериментальных данных, касающихся ГМДП, научно обосновать существующие и открыть новые перспективы его использования в клинике.

Но чтобы стать лекарством, «молекуле» необходимо пройти долгий и тернистый путь исследований и доказать не только эффективность, но и безопасность применения не в эксперименте, а в человеческом организме. Доклинические и клинические исследования Ликопида® (ГМДП) проходили в Великобритании (Toxicol Laboratories Ltd, The Royal Masonic Hospital), Австралии (UNSW Department of Surgery and Department of Oncology, The St. George Hospital), в Латвии (Латвийский институт биооргани-ческого синтеза) и в России, где основная часть исследований велась в Институте иммунологии ФМБА РФ.

Понимание молекулярных механизмов действия Ликопида® проливает свет на полученные ранее в клинических исследованиях данные, свидетельствующие об эффективности Ликопида® в лечении атопических заболеваний (бронхиальная астма и атопический дерматит).

Другое направление перспективных научных разработок — систематизация данных экспериментальных и клинических исследований по противоопухолевому и антиметастатическому эффектам ГМДП, требующих пристального и углублённого изучения в рамках клинических исследований, а именно:

  • под действием ГМДП увеличивается количество специфических белков на опухолевых клетках, облегчающих распознавание опухоли иммунной системой;
  • повышается чувствительность опухолевых клеток к действию цитостатиков при совместном введении с ГМДП.

Всё это делает дальнейшую научную разработку названных направлений весьма перспективной.

Мурамилпептиды являются объектом фундаментальных научных исследований последние тридцать лет. Интерес к мура-милпептидам, безусловно, будет расти, так как они представляют собой модель для изучения врождённого иммунитета. 

www.goagetaway.com

Врожденный и приобретенный иммунитет

Английское слово «иммунитет», которым определяют все механизмы, используемые организмом для защиты от чужеродных агентов из окружающей среды, происходит от латинского термина «immunis», означающего «освобожденный». Эти агенты могут представлять собой микроорганизмы или их продукты, пищевые продукты, химические вещества, лекарства, пыльцу или чешуйки и шерсть животных. Иммунитет может быть врожденным или приобретенным.

Врожденный иммунитет

Врожденный иммунитет поддерживается всеми элементами, с которыми рождается человек и которые всегда присутствуют и по первому требованию доступны для защиты организма от чужеродных агрессоров. В табл. 1.1 суммируются и сравниваются некоторые свойства врожденной и адаптивной иммунных систем. Элементами врожденной системы являются оболочки тела и его внутренние компоненты, такие как кожа и слизистые оболочки, кашлевый рефлекс, которые представляют эффективный барьер для чужеродных агентов.

Эффективными химическими барьерами против проникновения многих микроорганизмов являются кислотность (рН) и выделяемые жирные кислоты. Другим неклеточным элементом врожденной иммунной системы является система комплемента.

Таблица 1.1. Основные свойства врожденной и адаптивной иммунных систем

Свойство Врожденная система Адаптивная система
Характеристики Антигеннеспецифическая Быстрый ответ (минуты) Нет памяти Антигенспецифическая Медленный ответ (дни) Память
Иммунные компоненты

Естественные барьеры (например, кожа)

Фагоциты

Растворимые медиаторы (например, комплемент)

Молекулы, распознающие структуры, характерные для патогенов

Лимфоциты

Антигенраспознающие молекулы (рецепторы В- и Т-клеток)

Секретируемые молекулы (например, антитела)

-

Существуют и другие многочисленные компоненты врожденного иммунитета: лихорадка, интерфероны, другие вещества, высвобождаемые лейкоцитами, и молекулы, распознающие структуры патогенов, которые могут связываться с разными микроорганизмами (Тоll-подобные рецепторы или TLR), а также белки сыворотки, например В-лизин, фермент лизоцим, полиамины и кинины.

Все перечисленные элементы либо непосредственно действуют на патогенный объект, либо усиливают реакцию организма на него. К другим компонентам врожденного иммунитета относятся фагоцитирующие клетки, такие как гранулоциты, макрофаги и микроглиальные клетки центральной нервной системы (ЦНС), которые участвуют в разрушении и удалении чужеродного материала, проникающего сквозь физические и химические барьеры.

Приобретенный иммунитет

Приобретенный иммунитет более специализирован, чем врожденный, и поддерживает защиту, создаваемую врожденным иммунитетом. С точки зрения эволюции приобретенный иммунитет появляется относительно поздно и имеется только у позвоночных.

Хотя индивидуум уже рождается со способностью запускать иммунный ответ на чужеродное вторжение, приобретается иммунитет только при контакте с вторгшимся объектом и специфичен именно к нему; отсюда и его название — приобретенный иммунитет.

Первоначальный контакт с чужеродным агентом (иммунизация) запускает цепь событий, которые ведут к активации лимфоцитов и других клеток, а также к синтезу белков, некоторые из которых обладают специфической реактивностью против чужеродного агента. В этом процессе индивидуум приобретает иммунитет, который позволяет противостоять последующей атаке или защищает при повторной встрече с этим же агентом.

Открытие приобретенного иммунитета определило появление многих концепций современной медицины. В течение столетий признавалось, ч го люди, которые не умирали от таких смертельно опасных заболеваний, как бубонная чума и оспа, были в последующем более устойчивы к заболеванию, чем люди, которые не встречались с ними ранее.

Окончательное открытие приобретенного иммунитета приписывают английскому врачу Э.Дженнеру (E.Jenner), который в конце XVIII в. экспериментально вызвал иммунитет к оспе. Если бы Э.Дженнер проводил свой эксперимент сегодня, его медицинская лицензия была бы аннулирована, а он сам стал бы подсудимым на сенсационном судебном процессе: он ввел маленькому мальчику гной из очага поражения у молочницы, которая болела коровьей оспой — относительно доброкачественным заболеванием, родственным оспе.

Затем он намеренно заразил мальчика оспой. Но контакт с возбудителем не вызвал заболевания! В связи с защитным эффектом введения возбудителя коровьей оспы (vaccinia от латинского слова «vacca», означающего «корова») процесс получения приобретенного иммунитетa был назван вакцинацией.

Теорию вакцинации или иммунизации развили Л. Пастер и П. Эрлих почти 100 лет спустя после эксперимента Э.Дженнера. К 1900 г. стало ясно, что иммунитет может быть вызван не только к микроорганизмам, но и к их продуктам. Сейчас мы знаем, что он может развиться против бесчисленного количества естественных и синтетических веществ, включая металлы, химические вещества с относительно низкой молекулярной массой, углеводы, белки и нуклеотиды.

Вещество, к которому возникает иммунная реакция, называется антигеном. Этот термин был создан для демонстрации способности вещества генерировать продукцию антител. Конечно, в настоящее время известно, что антигены могут генерировать реакции, опосредованные и антителами, и Т-клетками.

Активная, пассивная и адоптивная иммунизация

Приобретенный иммунитет индуцируется путем иммунизации, которая может достигаться несколькими путями.
  • Активная иммунизация — иммунизация индивидуума путем введения антигена.
  • Пассивная иммунизация — иммунизация посредством переноса специфических антител от иммунизированного к неиммунизированному индивидууму.
  • Адоптивная иммунизация — перенос иммунитета путем переноса иммунных клеток

Характеристики приобретенного иммунного ответа

Приобретенный иммунный ответ имеет несколько общих черт, характеризующих его и отличающих от других физиологических систем, таких как циркуляторная, респираторная и репродуктивная. Это следующие черты:
  • специфичность — это способность распознавать определенные молекулы среди многих других и реагировать только на них, избегая таким образом случайного недифференцированного ответа;
  • адаптивность — способность реагировать на ранее не встречавшиеся молекулы, которые в действительности могли бы и не существовать на Земле в естественной среде;
  • распознавание между «своим» и «чужим» — главное свойство специфичности иммунного ответа; способность узнавать и реагировать на чужеродные («чужие») молекулы и избегать реакции на собственные. Это распознавание и узнавание антигенов передается специализированными клетками (лимфоцитами), которые несут на своей поверхности антигенспецифические рецепторы;
  • память — способность (как и у нервной системы) вспоминать предыдущий контакт с чужеродной молекулой и реагировать на нее уже известным образом, однако с большими силой и скоростью. Для описания иммунологической памяти используют термин «анамнестический ответ».

Клетки, участвующие в приобретенном иммунном ответе

В течение многих лет иммунология оставалась эмпирической наукой, в которой эффекты введения различных веществ в живые организмы исследовались главным образом с точки зрения получаемых продуктов. Основной прогресс был достигнут с появлением количественных методов выявления этих продуктов иммунного ответа. В 1950-х гг. после открытия того, что лимфоциты являются клетками, играющими основную роль в иммунном ответе, акценты в иммунологии резко сместились и в ней выделилась новая область — клеточная иммунология.

В настоящее время установлено, что существуют три основных типа клеток, вовлеченных в приобретенный иммунный ответ, и для индукции полноценного иммунного ответа необходимо сложное взаимодействие между ними. Из них клетки двух типов имеют общую лимфоидную клетку-предшественник, но в дальнейшем их дифференцировка идет по разным направлениям. Одна линия клеток созревает в тимусе, и их относят к Т-клеткам.

Другие созревают в костном мозге и относятся к В-клеткам. Клетки В- и Т-лимфоцитарных линий различаются по многим функциональным признакам, но имеют в иммунном ответе одну важную способность, а именно: обладают специфичностью относительно антигена. Таким образом, в иммунном ответе основные функции — распознавание и реагирование — выполняют лимфоциты.

Антигенпрезентирующие клетки (АПК), такие как макрофаги и дендритные клетки, относятся к третьему типу клеток, участвующих в приобретенном иммунном ответе. Хотя на этих клетках нет антигенспецифических рецепторов, как у лимфоцитов, они выполняют важную функцию — процессируют (перерабатывают) и презентируют антиген специфическим рецепторам (Т-клеточным рецепторам) на Т-лимфоцитах. Антигенпрезентирующие клетки имеют на своей поверхности два типа специальных молекул, участвующих в презентации антигена.

Эти молекулы, называемые молекулами главного комплекса гистосовместимости (major histocompatibility complex — МНС) I и II классов, кодируются набором генов, которые отвечают также за отторжение или приживление трансплантированной ткани. Процессированный антиген нековалентно связывается с молекулами МНС I или II класса (или обеими). Антиген, представляемый на молекулах МНС 1 класса, презентируется и участвует в активации одной из субпопуляций Т-клеток (цитотоксических Т-клеток), в то время как антиген, процессируемый и экспрессируемый на АПК в комплексе с молекулами МНС II класса, приводит к активации другой субпопуляции (Т-клетки-хелперы).

Кроме того, в иммунных ответах участвуют и клетки других типов, такие как нейтрофилы и тучные клетки. В действительности, они принимают участие как в реакциях врожденного, так и приобретенного иммунитета. В основном они вовлечены в эффекторную фазу реакции. Эти клетки не способны специфически распознавать антиген Они активируются различными субстанциями, называемыми цитокинами, которые высвобождаются другими клетками, в том числе активированными антигенспенифическими лимфоцитами.

Клонально-селекционная теория

Поворотным пунктом в иммунологии стало распространение в 1950-е гг. дарвиновской теории на клеточную основу специфичности при иммунном ответе. Это была повсеместно принятая в настоящее время клонально-селекционная теория, предложенная и развитая Ерне (Jerne) и Бернетом (Burnet) (оба лауреаты Нобелевской премии), а также Толмеджем (Talmage). Основные постулаты этой теории суммируются далее.

Специфичность иммунного ответа основывается на способности его компонентов (а именно антигенспецифичных Т- и В-лимфоцитов) распознавать определенные чужеродные молекулы (антигены) и реагировать на них, чтобы устранить. Неотъемлемой частью этой теории является необходимость клональной делеции (выбраковки, удаления) лимфоцитов, способных быть аутореактивными. При отсутствии такого механизма постоянно возникали бы аутоиммунные реакции. К счастью, лимфоциты с рецепторами, связывающимися с собственными антигенами, устраняются на ранних стадиях развития, повышая таким образом толерантность к структурам собственного организма (рис. 1.1).

Поскольку, как указано ранее, иммунная система способна распознавать огромное множество чужеродных антигенов, остается выяснить, как осуществляется реакция на какой-либо один антиген. В дополнение к уже доказанному постулату, что аутореактивные клоны лимфоцитов инактивируются, клонально-селекционная теория предполагает:

  • что Т- и В-лимфоциты, отличающиеся огромным разнообразием специфичностей, существуют еще до того, как произошел какой-либо контакт с инородным антигеном;
  • лимфоциты, участвующие в иммунном ответе, имеют антигенспецифичные рецепторы на своих поверхностных мембранах. В результате связывания антигена с лимфоцитом клетка активируется и высвобождает различные вещества. В случае В-лимфоцитов рецепторами являются молекулы (антитела), обладающие той же специфичностью, что и антитела, которые клетка в дальнейшем будет производить и секретировать. Т-клетки обладают рецепторами, называемыми Т-клеточными рецепторами (Т cell receptors — TCR). В отличие от В-клеток Т-лимфоциты продуцируют вещества, отличающиеся от их поверхностных рецепторов и являющиеся другими белковыми молекулами, называемыми цитокинами. Они участвуют в устранении антигена путем регуляции других клеток, необходимых для организации эффективной иммунной реакции;
  • каждый лимфоцит несет на своей поверхности рецепторные молекулы только одной специфичности, как показано на рис. 1.1 для В-клеток, что также справедливо для Т-клеток.

Указывается на существование широкого спектра возможных различий по специфичности, формируемых в процессе размножения и дифференцировки до того, как происходит какой-либо контакт с чужеродной субстанцией, на которую должна быть реакция.

В ответ на ведение чужеродного антигена из всех имеющихся разновидностей (специфичностей) отбираются те, которые специфичны для антигена и делают возможным его связывание (см. рис. 1.1). Схема, показанная на рис. 1.1 для В-клеток, также подходит для Т-клеток, однако Т-клетки имеют рецепторы, не являющиеся антителами, и секретируют молекулы, не являющиеся антителами.

Рис. 1.1. Теория клональной селекции В-клеток, вырабатывающих антитела

Оставшиеся постулаты клонально-селекционной теории объясняют процесс селекции антигеном клеток из всего репертуара доступных клеток.

  • Иммунокомпетентные лимфоциты соединяются с чужеродным антигеном или его частью, называемой эпитопом, посредством своих поверхностных рецепторов. В соответствующих условиях идет стимуляция их пролиферации и дифференцировки в клоны клеток с соответствующими идентичными рецепторами к определенной части антигена, называемой антигенной детерминантой или эпитопом. У В-клеточных клонов это приводит к синтезу антител, имеющих совершенно одинаковую специфичность Комплекс антител, секретируемых разными клонами, составляет поликлональную антисыворотку, способную взаимодействовать с множеством эпитопов, представленных на антигене. Т-клетки будут таким же образом отбираться соответствующими антигенами или их участками. Каждая селектированная Т-клетка будет активироваться, чтобы делиться и образовать клоны той же самой специфичности. Таким образом, в клональном ответе на антиген количество реагирующих клеток будет умножено, а образовавшиеся клетки будут высвобождать различные цитокины. Последующий контакт с тем же антигеном приведет к активации многих клеток или клонов той же специфичности. Вместо синтеза и высвобождения антител, как у В-клеток, Т-клетки синтезируют и высвобождают цитокины. Эти цитокины, являющиеся растворимыми медиаторами, осуществляют свое воздействие на другие клетки, заставляя их расти или активироваться для дальнейшего устранения антигена. Распознаваться могут несколько отделенных друг от друга участков антигена (эпитопов), соответственно для создания антител к ним будут стимулироваться несколько различных клонов В-клеток, которые в свою очередь все вместе будут создавать антигенспецифическую антисыворотку, объединяющую антитела различной специфичности (см. рис. 1.1). Все клоны Т-клеток, распознающие различные эпитопы на том же антигене, будут активироваться для выполнения своей функции.
  • Последний постулат был добавлен для объяснения способности к распознаванию собственных антигенов без возникновения реакции.
  • Циркулирующие аутоантигены, попадающие в места развития незрелых лимфоцитов до того, как начнется определенный этап их созревания, обеспечивают «выключение» тех клеток, которые будут специфически распознавать эти аутоантигены и, таким образом, предотвратят начало последующего иммунного ответа.
Сформулированная таким образом клонально-селекционная теория оказала поистине революционное воздействие на иммунологию и изменила подход к ее изучению.

Р.Койко, Д.Саншайн, Э.Бенджамини

medbe.ru

МЕХАНИЗМЫ ВРОЖДЁННОГО ИММУНИТЕТА

 МЕХАНИЗМЫ ВРОЖДЁННОГО ИММУНИТЕТА

Врождённый иммунитет - наиболее ранний защитный механизм как в эволюционном плане (он существует практически у всех многоклеточных), так и по времени ответа, развивающегося в первые часы и дни после проникновения чужеродного материала во внутреннюю среду, т.е. задолго до развития адаптивной иммунной реакции. Значительную часть патогенов инактивируют именно врождённые механизмы иммунитета, не доводя процесс до развития иммунного ответа с участием лимфоцитов. И только если механизмы врождённого иммунитета не справляются с проникающими в организм патогенами, в «игру» включаются лимфоциты. При этом адаптивный иммунный ответ невозможен без вовлечения механизмов врождённого иммунитета. Кроме того, врождённый иммунитет играет главную роль в удалении апоптотических и некротических клеток и реконструировании повреждённых органов. В механизмах врождённой защиты организма важнейшую роль играют первичные рецепторы для патогенов, система комплемента, фагоцитоз, эндогенные пептиды-антибиотики и факторы защиты от вирусов - интерфероны. Функции врождённого иммунитета схематично представлены на рис. 3-1.

РЕЦЕПТОРЫ РАСПОЗНАВАНИЯ «ЧУЖОГО»

На поверхности микроорганизмов присутствуют повторяющиеся молекулярные углеводные и липидные структуры, которые в подавляющем большинстве случаев отсутствуют на клетках организма хозяина. Особые рецепторы, распознающие этот «узор» на поверхности патогена, - PRR (Pattern Recognition Receptors –РRP-рецептор) - позволяют клеткам врождённого иммунитета обнаруживать микробные клетки. В зависимости от локализации выделяют растворимые и мембранные формы PRR.

• Циркулирующие (растворимые) рецепторы для патогенов - белки сыворотки крови, синтезируемые печенью: липополисахаридсвязывающий белок (LBP - Lipopolysaccharide Binding Protein), компонент системы комплемента C1q и белки острой фазы MBL и С-реактивный белок (СРБ). Они непосредственно связывают микробные продукты в жидких средах организма и обеспечивают возможность их поглощения фагоцитами, т.е. являются опсонинами. Кроме того, некоторые из них активируют систему комплемента.

Рис. 3-1. Функции врождённого иммунитета. Обозначения: PAMP (PathogenAssociated Molecular Patterns) - молекулярные структуры микроорганизмов, HSP (Heat Shock Proteins) - белки теплового шока, TLR (Toll-Like Receptors), NLR (NOD-Like Receptors), RLR (RIG-Like Receptors) - клеточные рецепторы

- СРБ, связывая фосфорилхолин клеточных стенок ряда бактерий и одноклеточных грибов, опсонизирует их и активирует систему комплемента по классическому пути.

- MBL принадлежит к семейству коллектинов. Имея сродство к остаткам маннозы, экспонированным на поверхности многих микробных клеток, MBL запускает лектиновый путь активации комплемента.

- Белки сурфактанта лёгких - SP-A и SP-D принадлежат к тому же молекулярному семейству коллектинов, что и MBL. Они, вероятно, имеют значение в опсонизации (связывании антител с клеточной стенкой микроорганизма) лёгочного патогена - одноклеточного грибка Pneumocystis carinii.

• Мембранные рецепторы. Эти рецепторы расположены как на наружных, так и на внутренних мембранных структурах клеток.

- TLR (Toll-Like Receptor - Toll-подобный рецептор; т.е. сходный с Toll-рецептором дрозофилы). Одни из них непосредственно связывают продукты патогенов (рецепторы для маннозы макрофагов, TLR дендритных и других клеток), другие работают совместно с иными рецепторами: например, CD14 молекула на макрофагах связывает комплексы бактериального липополисахарида (ЛПС) с LBP, а TLR-4 вступает во взаимодействие с CD14 и передаёт соответствующий сигнал внутрь клетки. Всего у млекопитающих описано 13 различных вариантов TLR (у человека пока только 10).

• Цитоплазматические рецепторы:

- NOD-рецепторы (NOD1 и NOD2) находятся в цитозоле и состоят из трёх доменов: N-концевого CARD-домена, центрального NOD-домена (NOD - Nucleotide Oligomerization Domain - домен олигомеризации нуклеотидов) и C-концевого LRR-домена. Различие между этими рецепторами заключается в количестве CARD-доменов. Рецепторы NOD1 и NOD2 распознают мурамилпептиды - вещества, образующиеся после ферментативного гидролиза пептидогликана, входящего в состав клеточной стенки всех бактерий. NOD1 распознаёт мурамилпептиды с концевой мезодиаминопимелиновой кислотой (meso-DAP), которые образуются только из пептидогликана грамотрицательных бактерий. NOD2 распознаёт мурамилдипептиды (мурамилдипептид и гликозилированный мурамилдипептид) с концевым D-изоглутамином или D-глутаминовой кислотой, являющиеся результатом гидролиза пептидогликана как грамположительных, так и грамотрицательных бактерий. Кроме того, NOD2 имеет сродство к мурамилпептидам с концевым L-лизином, которые есть только у грамположительных бактерий.

- RIG-подобные рецепторы (RLR, RIG-Like Receptors): RIG-I (Retinoic acid-Inducible Gene I), MDA5 (Melanoma Differentiation-associated Antigen 5) и LGP2 (Laboratory of Genetics and Physiology 2).

Все три рецептора, кодируемые этими генами, имеют сходную химическую структуру и локализуются в цитозоле. Рецепторы RIG-I и MDA5 распознают вирусную РНК. Роль белка LGP2 пока неясна; возможно, он выполняет роль хеликазы, связываясь с двуцепочечной вирусной РНК, модифицирует её, что облегчает последующее распознавание с помощью RIG-I. RIG-I распознаёт односпиральную РНК с 5-трифосфатом, а также относительно короткие (<2000 пар оснований) двуспиральные РНК. MDA5 различает длинные (>2000 пар оснований) двуспиральные РНК. Таких структур в цитоплазме эукариотической клетки нет. Вклад RIG-I и MDA5 в распознавание конкретных вирусов зависит от того, образуют ли данные микроорганизмы соответствующие формы РНК.

ПРОВЕДЕНИЕ СИГНАЛОВ С TOLL-ПОДОБНЫХ РЕЦЕПТОРОВ

Все TLR используют одинаковую принципиальную схему передачи активационного сигнала в ядро (рис. 3-2). После связывания с лигандом рецептор привлекает один или несколько адапторов (MyD88, TIRAP, TRAM, TRIF), которые обеспечивают передачу сигнала с рецептора на каскад серин-треониновых киназ. Последние вызывают активацию факторов транскрипции NF-kB (Nuclear Factor of к-chain B-lymphocytes), AP-1 (Activator Protein 1), IRF3, IRF5 и IRF7(Interferon Regulatory Factor), которые транслоцируются в ядро и индуцируют экспрессию геновмишеней.

Все адапторы содержат TIR-домен и связываются с TIR-доменами TOLL-подобных рецепторов (Toll/Interleukin-1 Receptor,так же как рецептора для ИЛ-1) путём гомофильного взаимодействия. Все известные TOLL-подобные рецепторы, за исключением TLR3, передают сигнал через адаптор MyD88 (MyD88-зависимый путь). Связывание MyD88 с TLR1/2/6 и TLR4 происходит при помощи дополнительного адаптора TIRAP, который не требуется в случае TLR5, TLR7 и TLR9. В передаче сигнала с TLR3 адаптор MyD88 не участвует; вместо него используется TRIF (MyD88-независимый путь). TLR4 использует как MyD88зависимый, так и MyD88-независимый пути передачи сигнала. Однако связывание TLR4 с TRIF происходит при помощи дополнительного адаптора TRAM.

Рис. 3-2. Пути передачи сигналов с Toll-подобных рецепторов (TLR). Указанные на рисунке TLR3, TLR7, TLR9 - внутриклеточные эндосомальные рецепторы; TLR4 и TLR5 - мономерные рецепторы, встроенные в цитоплазматическую мембрану. Трансмембранные димеры: TLR2 с TLR1 или TLR2 с TLR6. Тип распознаваемого димерами лиганда зависит от их состава

MyD88-зависимый путь. Адаптор MyD88 состоит из N-концевого DD-домена (Death Domain - домен смерти) и С-концевого TIRдомена, связанного с рецептором с помощью гомофильного TIR- TIR взаимодействия. MyD88 привлекает киназы IRAK-4 (Interleukin-1 Receptor-Associated Kinase-4) и IRAK-1 через взаимодействие с их аналогичными DD-доменами. Это сопровождается их последовательным фосфорилированием и активацией. После этого IRAK-4 и IRAK-1 отделяются от рецептора и связываются с адаптером TRAF6, который, в свою очередь, привлекает киназу TAK1 и убиквитин-лигазный комплекс (на рис. 3-2 не показан), что приводит к активации TAK1. TAK1 активирует две группы мишеней:

• IκB-киназу (IKK), состоящую из субъединиц IKKα, IKKβ и IKKγ. В результате фактор транскрипции NF-kB освобождается от ингибирующего его белка IκB и транслоцируется в клеточное ядро;

• каскад митоген-активируемых протеинкиназ (MAP-киназ), способствующий активации факторов транскрипции группы AP-1. Состав AP-1 варьирует и зависит от типа активирующего сигнала. Основные его формы - гомодимеры c-Jun или гетеродимеры c-Jun и c-Fos.

Результатом активации обоих каскадов является индукция экспрессии антимикробных факторов и медиаторов воспаления, в том числе фактора некроза опухолей альфа ФНОа (TNFa), который, воздействуя на клетки аутокринно, вызывает экспрессию дополнительных генов. Кроме того, AP-1 инициирует транскрипцию генов, ответственных за пролиферацию, дифференцировку и регуляцию апоптоза.

MyD88-независимый путь. Передача сигнала происходит через адаптер TRIF или TRIF:TRAM и приводит к активации киназы TBK1, которая, в свою очередь, активирует фактор транскрипции IRF3. Последний индуцирует экспрессию интерферонов I типа, которые, как и ФНОа в MyDSS-зависимом пути, воздействуют на клетки аутокринно и активируют экспрессию дополнительных генов (interferon response genes). Активация различных сигнальных путей при стимуляции TLR, вероятно, обеспечивает направленность врождённой иммунной системы на борьбу с тем или иным типом инфекции.

Сравнительная характеристика врождённых и адаптивных механизмов резистентности приведена в табл. 3-1.

Существуют субпопуляции лимфоцитов со свойствами, «промежуточными» между таковыми неклонотипных механизмов врождённого иммунитета и клонотипных лимфоцитов с большим разнообразием рецепторов для антигенов. Они не пролиферируют после связывания антигена (т.е. экспансии клонов не происходит), но в них сразу индуцируется продукция эффекторных молекул. Ответ не слишком специфичен и наступает быстрее, чем «истинно лимфоцитарный», иммунная память не формируется. К таким лимфоцитам можно отнести:

• внутриэпителиальные γδT-лимфоциты с перестроенными генами, кодирующими TCR ограниченного разнообразия, связывают лиганды типа белков теплового шока, нетипичные нуклеотиды, фосфолипиды, MHC-IB;

• B1-лимфоциты брюшной и плевральной полостей имеют перестроенные гены, кодирующие BCR ограниченного разнообразия, которые обладают широкой перекрёстной реактивностью с бактериальными антигенами.

К категории лимфоцитов с «промежуточными» свойствами относят также NK-лимфоциты, или естественные киллеры.

ЕСТЕСТВЕННЫЕ КИЛЛЕРЫ

Особая субпопуляция лимфоцитов - естественные киллеры (NKклетки, натуральные киллеры). Они дифференцируются из общей лимфоидной клетки-предшественника и in vitro способны спонтанно, т.е. без предварительной иммунизации, убивать некоторые опухолевые, а также инфицированные вирусами клетки. NK-клетки являются большими гранулярными лимфоцитами, не экспрессирующими линейных маркёров Т- и В-клеток (CD3, CD19). В циркулирующей крови нормальные киллеры составляют около 15% всех мононуклеарных клеток, а в тканях локализованы в печени (большинство), красной пульпе селезёнки, слизистых оболочках (особенно репродуктивных органов).

Большинство NK-клеток содержит в цитоплазме азурофильные гранулы, где депонированы цитотоксические белки перфорин, гранзимы и гранулизин.

Главными функциями NK-клеток являются распознавание и элиминация клеток, инфицированных микроорганизмами, изменённых в результате злокачественного роста, либо опсонизированных IgGантителами, а также синтез цитокинов ИФНу, ФНОа, GM-CSF, ИЛ-8, ИЛ-5. In vitro при культивировании с ИЛ-2 NK-клетки приобретают высокий уровень цитолитической активности по отношению к широкому спектру мишеней, превращаясь в так называемые LAK-клетки.

Общая характеристика NK-клеток представлена на рис. 3-3. Главные маркёры NK-клеток - молекулы CD56 и CD16 (FcγRIII). CD16 является рецептором для Fc-фрагмента IgG. На NK-клетках имеются рецепторы для ИЛ-15 - ростового фактора NK-клеток, а также для ИЛ-21 - цитокина, усиливающего их активацию и цитолитическую активность. Важную роль играют молекулы адгезии, обеспечивающие контакт с другими клетками и межклеточным матриксом: VLA-5 способствует прилипанию к фибронектину; CD11a/CD18 и CD11b/CD18 обеспечивают присоединение к молекулам эндотелия ICAM-1 и ICAM-2 соответственно; VLA-4 - к молекуле эндотелия VCAM-I; CD31, молекула гомофильного взаимодействия, ответственна за диапедез (выхождение через сосудистую стенку в окружающую ткань) NK-клеток через эпителий; CD2, рецептор для эритроцитов барана, является молекулой адгезии, которая

Рис. 3-3. Общая характеристика NK-клеток. IL15R и IL21R - рецепторы для ИЛ-15 и ИЛ-21 соответственно

взаимодействует с LFA-3 (CD58) и инициирует взаимодействие NKклеток с другими лимфоцитами. Помимо CD2, на NK-клетках человека выявляются и некоторые другие маркёры Т-лимфоцитов, в частности CD7 и гомодимер CD8a, но не CD3 и TCR, что отличает их от NKTлимфоцитов.

• По эффекторным функциям NK-клетки близки к T-лимфоцитам: они проявляют цитотоксическую активность в отношении клетокмишеней по тому же перфорин-гранзимовому механизму, что и ЦТЛ (см. рис. 1-4 и рис. 6-4), и продуцируют цитокины - ИФНγ, ФНО, GM-CSF, ИЛ-5, ИЛ-8.

• Отличие естественных киллеров от T-лимфоцитов состоит в том, что у них отсутствует TCR и они распознают комплекс антиген-

MHC иным (не вполне ясным) способом. NK не формируют клетки иммунной памяти.

• На NK-клетках человека есть рецепторы, относящиеся к семейству KIR (Killer-cell Immunoglobulin-like Receptors),способные связывать молекулы MHC-I собственных клеток. Однако эти рецепторы не активируют, а ингибируют киллерную функцию нормальных киллеров. Кроме того, на NK-клетках есть такие иммунорецепторы, как FcyR, и экспрессирована молекула CD8, имеющая сродство к

MHC-I.

• На уровне ДНК гены KIR не перестраиваются, но на уровне первичного транскрипта происходит альтернативный сплайсинг, что обеспечивает определённое разнообразие вариантов этих рецепторов у каждой отдельной NK-клетки. На каждом нормальном киллере экспрессировано более одного варианта KIR.

• H.G. Ljunggren и K. Karre в 1990 г. сформулировали гипотезу «missing self» («отсутствие своего»), согласно которой NK-клетки распознают и убивают клетки своего организма с пониженной или нарушенной экспрессией молекул MHC-I. Поскольку субнормальная экспрессия MHC-I возникает в клетках при патологических процессах, например при вирусной инфекции, опухолевом перерождении, NK-клетки способны убивать инфицированные вирусами или перерождённые клетки собственного организма. Гипотеза «missing self» схематично представлена на рис. 3-4.

СИСТЕМА КОМПЛЕМЕНТА

Комплемент - система сывороточных белков и нескольких белков клеточных мембран, выполняющих 3 важные функции: опсонизацию микроорганизмов для дальнейшего их фагоцитоза, инициацию сосудистых реакций воспаления и перфорацию мембран бактериальных и других клеток. Компоненты комплемента (табл. 3-2, 3-3) обозначают буквами латинского алфавита C, B и D с добавлением арабской цифры (номер компонента) и дополнительных строчных букв. Компоненты классического пути обозначают латинской буквой «С» и арабскими цифрами (C1, C2 ... C9), для субкомпонентов комплемента и продуктов расщепления к соответствующему обозначению добавляют строчные латинские буквы (C1q, C3b и т.д.). Активированные компоненты выделяют чертой над литерой, инактивированные компоненты - буквой «i» (например, iC3b).

Рис. 3-4. Гипотеза «missing self» (отсутствие своего). На рисунке представлены три типа взаимодействия NK-клеток с мишенями. На NK-клетках имеется два типа распознающих рецепторов: активационные и ингибиторные. Ингибиторные рецепторы различают молекулы MHC-I и угнетают сигнал от активационных рецепторов, которые, в свою очередь, определяют либо молекулы MHC-I (но с меньшей аффинностью, чем ингибиторные рецепторы), либо MHC-подобные молекулы: а - клетка-мишень не экспрессирует активационных лигандов, и лизиса не происходит; б - клетка-мишень экспрессирует активационные лиганды, но не экспрессирует MHC-I. Такая клетка подвергается лизису; в - клеткамишень содержит как молекулы MHC-I, так и активационные лиганды. Исход взаимодействия зависит от баланса сигналов, идущих от активационных и ингибиторных рецепторов NK-клеток

• Активация комплемента (рис. 3-5). В норме, когда внутренняя среда организма «стерильна» и патологического распада собственных тканей не происходит, уровень активности системы комплемента невысок. При появлении во внутренней среде микробных продуктов происходит активация системы комплемента. Она может происходить по трём путям: альтернативному, классическому и лектиновому.

- Альтернативный путь активации. Его инициируют непосредственно поверхностные молекулы клеток микроорганизмов [факторы альтернативного пути имеют буквенное обозначение: P (пропердин), B и D].

Рис. 3-5. Активация системы комплемента и образование мембраноатакующего комплекса. Пояснения см. в тексте, а также в табл. 3-2, 3-3. Активированные компоненты, согласно международному соглашению, надчёркнуты

◊ Из всех белков системы комплемента в сыворотке крови больше всего C3 - его концентрация в норме составляет 1,2 мг/мл. При этом всегда имеется небольшой, но значимый уровень спонтанного расщепления C3 с образованием C3a и C3b. Компонент C3b - опсонин, т.е. он способен ковалентно связываться как с поверхностными молекулами микроорганизмов, так и с рецепторами на фагоцитах. Кроме того, «осев» на поверхности клеток, C3b связывает фактор В. Тот, в свою очередь, становится субстратом для сывороточной сериновой протеазы - фактора D, который расщепляет его на фрагменты Ва и Bb. C3b и Bb образуют на поверхности микроорганизма активный комплекс, стабилизируемый пропердином (фактор Р).

◊ Комплекс C3b/Bb служит С3-конвертазой и значительно повышает уровень расщепления С3 по сравнению со спонтанным. Кроме того, после связывания с C3 он расщепляет C5 до фрагментов C5a и C5b. Малые фрагменты C5a (наиболее сильный) и C3a - анафилатоксины комплемента, т.е. медиаторы воспалительной реакции. Они создают условия для миграции фагоцитов в очаг воспаления, вызывают дегрануляцию тучных клеток, сокращение гладких мышц. C5a также вызывает повышение экспрессии на фагоцитах CR1 и CR3.

◊ С C5b начинается формирование «мембраноатакующего комплекса», вызывающего перфорацию мембраны клеток микроорганизмов и их лизис. Сначала образуется комплекс C5b/C6/ C7, встраивающийся в мембрану клетки. Одна из субъединиц компонента C8 - C8b - присоединяется к комплексу и катализирует полимеризацию 10-16 молекул C9. Этот полимер и формирует неспадающуюся пору в мембране, имеющую диаметр около 10 нм. В результате клетки становятся неспособными поддерживать осмотический баланс и лизируются.

- Классический и лектиновый пути сходны друг с другом и отличаются от альтернативного способом активации C3. Главной C3конвертазой классического и лектинового пути служит комплекс C4b/C2a, в котором протеазной активностью обладает C2a, а C4b ковалентно связывается с поверхностью клеток микроорганизмов. Примечательно, что белок C2 гомологичен фактору В, даже их гены расположены рядом в локусе MHC-III.

◊ При активации по лектиновому пути один из белков острой фазы - MBL - взаимодействует с маннозой на поверхности клеток микроорганизмов, а MBL-ассоциированная сериновая протеаза (MASP - Mannose-bindingprotein-Associated Serine Protease) катализирует активационное расщепление C4 и C2.

◊ Сериновой протеазой классического пути служит C1s, одна из субъединиц комплекса C1qr2s2. Она активируется, когда по крайней мере 2 субъединицы C1q связываются с комплексом антиген-антитело. Таким образом, классический путь активации комплемента связывает врождённый и адаптивный иммунитет.

• Рецепторы компонентов комплемента. Известно 5 типов рецепторов для компонентов комплемента (CR - Complement Receptor) на различных клетках организма.

- CR1 экспрессирован на макрофагах, нейтрофилах и эритроцитах. Он связывает C3b и C4b и при наличии других стимулов к фагоцитозу (связывания комплексов антиген-антитело через FcyR или при воздействии ИФНу - продукта активированных T-лимфоцитов) оказывает пермиссивное действие на фагоциты. CR1 эритроцитов через C4b и C3b связывает растворимые иммунные комплексы и доставляет их к макрофагам селезёнки и печени, обеспечивая тем самым клиренс крови от иммунных комплексов. При нарушении этого механизма иммунные комплексы выпадают в осадок - прежде всего в базальных мембранах сосудов клубочков почек (CR1 есть и на подоцитах клубочков почек), приводя к развитию гломерулонефрита.

- CR2 B-лимфоцитов связывает продукты деградации C3 - C3d и iC3b. Это в 10 000-100 000 раз увеличивает восприимчивость B-лимфоцита к своему антигену. Эту же мембранную молекулу - CR2 - использует в качестве своего рецептора вирус Эпштейна-Барр - возбудитель инфекционного мононуклеоза.

- CR3 и CR4 также связывают iC3b, который, как и активная форма C3b, служит опсонином. В случае если CR3 уже связался с растворимыми полисахаридами типа бета-глюканов, связывания iC3b с CR3 самого по себе достаточно для стимуляции фагоцитоза.

- C5aR состоит из семи доменов, пенетрирующих мембрану клетки. Такая структура характерна для рецепторов, связанных с G-белками (белки, способные связывать гуаниновые нуклеотиды, в том числе ГТФ).

• Защита собственных клеток. Собственные клетки организма защищены от деструктивных воздействий активного комплемента благодаря так называемым регуляторным белкам системы комплемента.

- C1-ингибитор (C1inh) разрушает связь C1q с C1r2s2, тем самым ограничивая время, в течение которого C1s катализирует активационное расщепление C4 и C2. Кроме того, C1inh ограничивает спонтанную активацию C1 в плазме крови. При генетическом дефекте dinh развивается наследственный ангионевротический отёк. Его патогенез состоит в хронически повышенной спонтанной активации системы комплемента и избыточном накоплении анафилактинов (C3a и С5а), вызывающих отёки. Заболевание лечат заместительной терапией препаратом dinh.

- C4-связывающий белок - C4BP (C4-Binding Protein) связывает C4b, предотвращая взаимодействие C4b и С2а.

- DAF (Decay-Accelerating Factor - фактор, ускоряющий деградацию, CD55) ингибирует конвертазы классического и альтернативного путей активации комплемента, блокируя формирование мембраноатакующего комплекса.

- Фактор H (растворимый) вытесняет фактор В из комплекса с C3b.

- Фактор I (сывороточная протеаза) расщепляет C3b на C3dg и iC3b, а C4b - на C4c и C4d.

- Мембранный кофакторный белок MCP (Membrane Cofactor Protein, CD46) связывает C3b и C4b, делая их доступными для фактора I.

- Протектин (CD59). Связывается с C5b678 и предотвращает последующее связывание и полимеризацию С9, блокируя тем самым образование мембраноатакующего комплекса. При наследственном дефекте протектина или DAF развивается пароксизмальная ночная гемоглобинурия. У таких больных эпизодически возникают приступы внутрисосудистого лизиса собственных эритроцитов активированным комплементом и происходит экскреция гемоглобина почками.

ФАГОЦИТОЗ

Фагоцитоз - особый процесс поглощения клеткой крупных макромолекулярных комплексов или корпускулярных структур.«Профессиональные» фагоциты у млекопитающих - два типа дифференцированных клеток - нейтрофилы и макрофаги, которые созревают в костном мозге из СКК и имеют общую промежуточную клетку-предшественник. Сам термин «фагоцитоз» принадлежит И.И. Мечникову, который описал клетки, участвующие в фагоцитозе (нейтрофилы и макрофаги), и основные стадии фагоцитарного процесса: хемотаксис, поглощение, переваривание.

Нейтрофилы составляют значительную часть лейкоцитов периферической крови - 60-70%, или 2,5-7,5х109 клеток в 1 л крови. Нейтрофилы формируются в костном мозге, являясь основным продуктом миелоидного кроветворения. Они покидают костный мозг на предпоследней стадии развития - палочкоядерной форме, или на последней - сегментоядерной. Зрелый нейтрофил циркулирует 8-10 ч и поступает в ткани. Общая продолжительность жизни нейтрофила -

2-3 сут. В норме нейтрофилы не выходят из сосудов в периферические ткани, но они первыми мигрируют (т.е. подвергаются экстравазации) в очаг воспаления за счёт быстрой экспрессии молекул адгезии - VLA-4 (лиганд на эндотелии - VCAM-1) и интегрина CD11b/CD18 (лиганд на эндотелии - ICAM-1). На их наружной мембране выявлены эксклюзивные маркёры - CD66а и CD66d (раково-эмбриональные антигены). На рисунке 3-6 представлено участие нейтрофилов в фагоцитозе (миграция, поглощение, дегрануляция, внутриклеточный киллинг, деградация, экзоцитоз и апоптоз) и основные процессы, происходящие в этих клетках при активации (хемокинами, цитокинами и микробными веществами, в частности РАМР) - дегрануляция, образование активных форм кислорода и синтез цитокинов и хемокинов. Апоптоз нейрофилов и их фагоцитоз макрофагами можно рассматривать как важную составную часть воспалительного процесса, так как своевременное их удаление препятствует деструктивному действию их ферментов и различных молекул на окружающие клетки и ткани.

Рис. 3-6. Основные процессы, происходящие в нейтрофилах (НФ) при их активации и фагоцитозе

Моноциты и макрофаги. Моноциты являются «промежуточной формой», в крови их 5-10% от общего числа лейкоцитов. Их назначение - стать оседлыми макрофагами в тканях (рис. 3-7). Макрофаги локализуются в определённых участках лимфоидной ткани: медуллярных тяжах лимфатических узлов, красной и белой пульпы селезёнки. Клетки, производные моноцитов, присутствуют практически во всех нелимфоидных органах: клетки Купфера в печени, микроглия нервной системы, альвеолярные макрофаги, клетки Лангерганса кожи, остеокласты, макрофаги слизистых оболочек и серозных полостей, интерстициальной ткани сердца, поджелудочной железы, мезангиальные клетки почек (на рисунке не показаны). Макрофаги способствуют поддержанию гомеостаза, очищая организм от стареющих и апоптотических клеток, восстанавливая ткани после инфекции и травмы. Макрофаги

Рис. 3-7. Гетерогенность клеток, происходящих от моноцитов. Тканевые макрофаги (МФ) и дендритные клетки (ДК) происходят от моноцитов (МН) периферической крови

слизистых оболочек играют ведущую роль в защите организма. Для реализации этой функции они имеют набор распознающих рецепторов, кислородозависимые и кислородонезависимые механизмы киллинга микроорганизмов. Существенную роль в защите организма от инфекции играют макрофаги альвеолярные и слизистой оболочки кишечника. Первые «работают» в относительно бедной опсонинами среде, поэтому они экспрессируют большое количество паттернраспознающих рецепторов, включая скавенджер-рецепторы, маннозные рецепторы, β-глюканспецифические рецепторы, дектин-1 и др. При микробной инфекции в очаг проникновения микробов дополнительно мигрирует большое число воспалительных моноцитов, способных дифференцироваться в различные клеточные линии в зависимости от цитокинового окружения.

studfiles.net


Смотрите также