содержание   ..  1  2  3   ..

Иммунная система человека состоит из центральных (тимус, костный мозг) и периферических (селезенка, л/у) органов и работает как интегрированная защитная система организма, обеспечивая элиминацию инфекционных агентов и длительный протективный иммунитет.

Микроорганизмы, окружающие человека ежедневно, у нормального здорового индивидуума только иногда могут быть причиной болезни. Большинство инфекционных агентов распознается и разрушается в течение нескольких часов благодаря защитным механизмам, которые не являются антигенспецифическими и не требуют длительного периода для их индукции.

Это механизмы врожденного иммунитета, которые действуют немедленно и являются наиболее ранним ответом на инфекцию. Эта ранняя фаза ответа на инфекцию помогает сохранять ее под контролем до тех пор, пока антигенспецифические лимфоциты активируются [89].

Кроме того, продукция цитокинов в течение этой ранней фазы играет важную роль в последующем развитии специфического иммунного ответа (Т-клеточно-опосредованного или гуморального).

В случае, если возбудители проходят эти ранние линии защиты, то запускаются механизмы адаптивного иммунного ответа с развитием антигенспецифических эффекторных клеток, специфически распознающих антиген и лимфоцитов памяти, которые длительно сохраняются в организме и предупреждают развитие инфекции, вызываемой повторным попаданием того же самого патогена. Несколько дней требуется для клональной селекции и дифференцировки нативных лимфоцитов в эффекторные Т-клетки и антитело-продуцирующие плазматические клетки. В течение нескольких дней формируется специфическая иммунологическая память, которая обеспечивает длительную защиту при ре-инфицировании тем же возбудителем [89].

В настоящее время классификация типов иммунитета включает в себя:

I. Врожденный иммунитет.

II. Приобретенный (адаптивный) иммунитет, который, в свою очередь, разделяется на:

1) естественный приобретенный, возникающий после переболевания за счет сохранения клеток памяти. При повторном заражении тем же возбудителем иммунная система быстро реагирует на него именно за счет лимфоцитов памяти, и заболевание может не развиться;

2) искусственный приобретенный, который подразделяется на:

а) пассивный – за счет введения в организм готовых антител (например, трансплацентарно от матери к ребенку или с помощью сывороток и препаратов иммуноглобулинов); этот тип защиты быстрый и эффективный, но сохранятся лишь короткое время;

б) активный – достигается с помощью безопасных и эффективных вакцин.

2.1. Виды инфекционных агентов и их локализация в организме

Все известные инфекционные агенты, вызывающие заболевания у человека, разделяются на 5 групп: вирусы, бактерии, грибы, протозойные, гельминты. Их можно обнаружить в разных участках тела. Уничтожение их происходит с помощью разных механизмов иммунологической защиты хозяина. С патогенетической точки зрения важно разделение инфекционных агентов по месту их преимущественного роста и размножения. С этих позиций выделяют 2 основные группы микроорганизмов:

1. Интрацеллюлярные (внутриклеточные).
2. Экстрацеллюлярные (внеклеточные).

Следует отметить, что фактически все патогены проходят экстрацеллюларную фазу, где они становятся уязвимы для действия антител. В то же время интрацеллюларная фаза развития микроорганизмов остается недоступной для антител и в этом случае основная роль в защите отводится атаке Т-лимфоцитов.

2.2. Виды иммунного ответа на первичную инфекцию

Протективный ответ на первичную инфекцию обеспечивается в основном за счет следующих механизмов (Таблица 2)

Таблица 2. Преимущественная локализация микроорганизмов и основные механизмы иммунитета [89]

Как видно из этих данных, механизмы протективного иммунитета различны при разных инфекционных заболеваниях, что следует учитывать не только при назначении этиотропной терапии, но и при проведении специфической профилактики, в частности, при вакцинации.

Следует подчеркнуть, что в элиминации внеклеточных, в основном пиогенных микроорганизмов (пневмококки, стафилококки, стрептококки и др.) главная роль принадлежит триаде: нейтрофилу, иммуноглобулину и комплементу, причем гибель микроба происходит в нейтрофиле, а комплемент и иммуноглобулины (опсонины) усиливают этот процесс.

В элиминации внутриклеточных возбудителей главная роль так же принадлежит триаде: Т-лимфоцитам, NK-клеткам и макрофагам, причем все эти 3 группы клеток обладают способностью синтезировать цитокины (IFN-g, ИЛ-1, ИЛ-2, ФНО-a, и др.), резко усиливающих их функциональные свойства [17].

В ответе на впервые попавшую в организм человека инфекцию выделяют 3 фазы иммунного ответа, отличающиеся как механизмами распознавания антигена, так и эффекторными механизмами.

2.2.1. Фазы иммунного ответа

При первом попадании возбудителя в организм человека включаются механизмы врожденного и адаптивного иммунного ответа (табл. 3).

Таблица 3. Фазы иммунного ответа [89]

Как видно из представленной таблицы, адаптивный иммунитет имеет место позже, т.к. антиген-специфические клетки должны подвергнуться клональной селекции, перед тем как они дифференцируются в эффекторные клетки. В соответствии со временем возникновения выделяют следующие фазы:

В случае повторного попадания того же самого возбудителя, т.е. при реинфицировании, удаление возбудителя может происходить с большей скоростью за счет сохранения протективного иммунитета и иммунологической памяти.

Протективный иммунитет – это ответ на реинфицирование путем распознавания антигена предсуществующими антителами (преформированными) и эффекторными Т-клетками с последующим удалением возбудителя.

Иммунологическая память – проявляется в том, что в ответ на реинфицирование происходит распознавание антигена с помощью В- и Т-лимфоцитов памяти. Это приводит к быстрой экспансии антигенспецифических лимфоцитов, дифференцировке их в эффекторные клетки и удаление инфекционного агента.

2.3. Течение острой инфекции

2.3.1. Механизмы разрушения тканей патогенами

Любая "естественная инфекция" сопровождается воздействием на клетки и ткани больного. В результате такого воздействия патогенов на организм происходит разрушение клеток и тканей, которое может осуществляться либо путем прямого воздействия, либо косвенно с привлечением факторов иммунной защиты. Рассмотрим возможные механизмы разрушения [89]:

Прямое разрушение тканей патогенами

Этот процесс происходит за счет:

а) продукции экзотоксинов. Экзотоксины, выделяемые микроорганизмами, действуют на поверхность хозяйской клетки, связываясь с соответствующими рецепторами и проникая внутрь клетки, разрушают ее. Примеры: Streptococcus pyogenes, Staphylococcus aureus, Corynebacter diphteriae, Clostridium tetani. Указанные возбудители могут вызвать различные заболевания, такие как тонзиллиты, токсический шок, дифтерию, столбняк;

б) выделение эндотоксинов. Эндотоксины, выделяемые при разрушении ряда возбудителей, являются триггерами для синтеза макрофагами цитокинов, которые в свою очередь вызывают локальные или общие симптомы. Примеры: E.coli, Haemophilis influenzae, Shigella, Pseudomonas aeruginosa, Yersinia pestis. Перечисленные возбудители являются этиологическими факторами в развитии сепсиса, менингита, тифа, инфекции органов дыхания, чумы;

в) прямого цитопатического действия. Некоторые микроорганизмы способны оказывать прямое разрушающее действие на клетки. В качестве примеров таких возбудителей можно привести: Variola, Varicella zoster, Hepat. B virus, Polio-virus, Measles virus, Influenza virus, Herpes simplex. В результате инфицирования у человека развиваются гепатит В, полиомиелит, корь, подострый склерозирующий панэнцефалит, грипп, герпетическое поражение.

Непрямое разрушение тканей патогенами

Адаптивный иммунный ответ к инфекционным агентам может сопровождаться образованием иммунных комплексов, синтезом перекрестно-реагирующих антител, которые связываются с хозяйскими тканями, а также индукцией Т-клеток, разрушающих инфицированную клетку человека. Это все приводит как к удалению возбудителя, так и к разрушению клеток хозяина. Укажем лишь некоторые примеры подобного действия (табл. 4):

Таблица 4. Некоторые механизмы повреждения тканей факторами иммунной системы [89]

Как видно из представленных примеров, переболевание так называмыми "естественными" инфекциями, часть из которых относится к вакцин-управляемым, может в ряде случаев либо вызвать, либо поддерживать патологические процессы в организме человека.

Таким образом, при рассмотрении вопроса о возможности нежелательных реакций вакцинации следует помнить, что переболевание вакцинуправляемой инфекцией несет в себе не меньшую, а значительно большую опасность в плане разрушающего воздействия на органы и ткани больного.

2.4. Врожденный иммунитет (неадаптивная защита)

Первая фаза защиты человека от инфекции, называемая врожденный иммунитет, включает [89]:

Активация комплемента альтернативным путем и захват микроорганизмов тканевыми макрофагами имеют место в ранние часы после инфицирования. Далее включаются механизмы адаптивной защиты – гуморальный и клеточно-опосредованнный иммунный ответ.

Ранний неадаптивный ответ важен по 2-м причинам. Во-первых, дает возможность контро-лировать инфекцию до развития адаптивного ответа, он развивается быстро, так как не требует клональной селекции лимфоцитов и, следовательно, не требует латентного периода, как это происходит при пролиферации лимфоцитов и дифференцировке их в эффекторные клетки. Во-вторых, ранний ответ в дальнейшем влияет на адаптивный ответ за счет выработки цитокинов макрофагами.

Таким образом, основные отличия врожденного иммунитета от адаптивного следующие:

– начинает действовать немедленно после инфицирования;
– нет иммунологической памяти;
– отсутствует специфичность.

2.4.1. Основные клетки врожденного иммунитета

К основным клеткам, реализующим механизмы врожденного иммунитета, относятся макрофаги, нейтрофилы, естественные киллеры.

Макрофаги происходят из циркулирующих в крови моноцитов. В большом количестве они находятся в соединительной ткани, селезенке, печени. Это большие фагоцитирующие клетки, которые играют ключевую роль во всех фазах защиты человека от инфекции. В отличие от моноцитов на макрофагах имеются рецепторы к маннозе, а также СД14-рецептор, который предназначен для связывания с бактериальными липополисахаридами. После связывания бактерий с рецепторами макрофагов происходит инициирование синтеза цитокинов макрофагами, а поглощенные бактерии перевариваются.

В свою очередь, медиаторы воспаления рекрутируют новые фагоцитарные клетки в места локализации инфекции. В частности, макрофаги, активированные с помощью ЛПС (липополисахариды) бактерий, после распознавания, захвата и дегрануляции Гр(–) бактерий синтезируют интерлейкины – ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-8, ИЛ-12 и TNF-a. Другие медиаторы, выделяемые макрофагами в ответ на инфекционные агенты, – это простагландины, оксид азота (NO), лейкотриены (в частности, LB4), PAF-фактор, активирующий пластины. В свою очередь, эти продукты активируют комплемент – С5а, С3а и в меньшей степени С4а. Один из компонентов комплемента, а именно С5а, – активирует тучные клетки, что приводит к выделению гистамина, серотонина и влиянию на эндотелиальные клетки в зоне воспаления. Все указанные факторы участвуют в воспалении.

Рассмотрим более подробно локальные и системные эффекты монокинов – цитокинов, выделяемых макрофагами (рис. 1).

Рис. 1. Эффекты монокинов [89]

Как уже отмечалось, макрофаги поглощают и разрушают в основном Гр(–) бактерии, при этом активируются с помощью ЛПС бактерий и вследствие этого начинают секретировать монокины – интерлейкины 1, 6, 8, 12 и TNF-a.

Монокины, выделяемые макрофагами в ответ на бактериальную инфекцию, вызывают следующие эффекты:

– индуцируют продукцию протеинов острой фазы печенью;
– усиливают адаптивный иммунный ответ;
– повышают температуру тела человека;
– индуцируют воспаление, при котором изменяется проницаемость сосудистой стенки, рекрутируются фагоциты, иммунные клетки и молекулы в зону воспаления.

Помимо макрофагов, в реализации механизмов врожденного иммунитета большую роль играют нейтрофилы. Эти клетки преобладают в раннем клеточном инфильтрате в месте воспаления. Они находятся в крови и практически отсутствуют в нормальных тканях. Нейтрофилы – это коротко живущие клетки. В среднем срок их жизни равен 3-4-м дням. При реализации врожденного иммунного ответа продуцируются разные факторы, часть из которых является хемоаттрактантами для нейтрофилов и они быстро эмигрируют из крови и входят в очаг инфекции. В очаге нейтрофилы способны элиминировать многие патогены путем фагоцитоза.

Нейтрофилы способны фагоцитировать как опсонизированные бактерии, т.е. в соединении с антителами (опсонинами), так и в отсутствии антител. Таким образом, нейтрофилы осуществляют первую линию защиты. Компоненты бактериальной клетки могут быть связаны напрямую с нейтрофилами или опосредовано через липополисахариды – LPS, которые вначале связываются с протеинами сыворотки, образуя липополисахаридсвязанный протеин – LBP. Комплексы LPS и LBP затем соединяются с СД 14 на поверхности нейтрофила. Нейтрофилы могут также фагоцитировать комплексы бактерий, соединенные с С3b компонентом комплемента. Это соединение в свою очередь инициирует альтернативный путь активации комплемента.

Нейтрофилы способны элиминировать Гр(–) и Гр(+) бактерии, грибы и даже некоторые оболочечные вирусы. В то же время многие нейтрофилы погибают в очагах воспаления. Часть микроорганизмов фагоцитируется нейтрофилами, но не убивается ими. Но даже такая секвестрация микроорганизмов важна для хозяйской защиты, так как позволяет контролировать инфекцию в ранний период, а секвестрированные частицы вновь рефагоцитируются другими нейтрофилами или макрофагами, которые аккумулируются в зоне воспаления. Из сказанного следует, что нейтрофилы – это важная составная часть врожденного иммунного ответа хозяина на инфекцию.

Естественные киллеры (NK-клетки) служат в качестве самой ранней защиты против интрацеллюлярных микроорганизмов. NK-клетки были идентифицированы по их способности убивать определенные опухолевые клетки in vitro без предварительной активации. Однако известна их роль в ранней фазе защиты от инфицирования интрацеллюлярными патогенами, особенно Herpes virus и Listeria monocytogenes.

Активность естественных киллеров увеличивается в 20-100 раз, когда на них воздействуют цитокины, в частности, IFN-a, IFN-b или IL-12. Последний называется также NK-активирующим монокином, который продуцируется в раннюю фазу инфекции. ИЛ-12 в сочетании с TNF-a могут вызвать усиление продукции IFN-g естественными киллерами.

Поскольку NK-клетки опосредуют в основном защиту человека против вирусов, они должны иметь некие механизмы для дифференцировки инфицированной и неинфицированной клетки. Окончательно этот вопрос не решен, однако установлено, что NK-клетки избирательно убивают клетки-мишени, имеющие низкий уровень молекул MHC класса 1 на своей поверхности. Это предполагает следующий механизм действия NK-клеток [89]: молекулы МНС класса 1 на нормальных клетках распознаются NK-клетками с помощью рецептора Ly49. В результате такого распознавания посылается отрицательный сигнал и происходит ингибиция активации NK-клетки. Иными словами, если рецептор Ly49 на естественных киллерах распознает молекулы МНС класса 1 на поверхности хозяйской клетки, то происходит ингибиция активации NK-клеток и последующего киллинга клетки-мишени не происходит.

Если клетки-мишени не экспрессируют молекулы МНС класса 1, то происходит киллинг их и клетка-мишень погибает. IFN-a и IFN-b усиливают экспрессию молекул МНС класса 1 на поверхности нормальных неинфицированных клеток, тем самым предотвращая атаку на них NK-клеток. Вирус-инфицированные клетки экспрессируют значительно меньшее количество молекул МНС класса 1, либо на их поверхности отсутствуют эти молекулы. В ряде случаев молекулы МНС класса 1 становятся измененными. В этих случаях рецептор Ly49 не распознает молекулы МНС класса 1 (НLA-B аллели) и нет подачи негативного сигнала. В результате NK-клетка активируется и убивает клетку-мишень.

Активация NK-клетки происходит через поверхностный рецептор NK R-P1 – это лектин-подобный рецептор, распознающий карбогидратные молекулы, являющийся триггером киллинга NK-клеток.

Таким образом, вирусинфицированные клетки могут быть подвергнуты киллингу с помощью NK-клеток двумя путями:

– если вирусы ингибируют весь синтез протеинов хозяина, и тогда а NK-клетки убивают клетку-мишень, т.к. нет подачи негативного сигнала через рецептор Ly49;
– если вирусы могут селективно нарушать экспрессию молекул МНС-класса I на поверхность клеток, что делает их чувствительными к киллингу NK-клетками.

С другой стороны, известно, что вирус-инфицированная клетка распознается NK-клеткой даже, когда МНС экспрессия не нарушена вирусом. Люди с дефицитом NK-клеток очень чувствительны к ранней фазе герпес-инфекции [89].

Подводя итоги, следует сказать, что ранний неадаптивный ответ (врожденный иммунитет) на инфекцию вовлекает широкий круг эффекторных механизмов, направленных на разные классы патогенов. Все ответы становятся возможными благодаря рецепторам, которые являются в основном неспецифичными.

2.5. Адаптивный иммунитет

Адаптивный иммунный ответ запускается, когда инфекция ускользает от механизмов вро-жденной защиты и в организме человека накапливаются пороговые дозы антигена, хотя извест-ны другие инфекции, при которых элиминация их осуществляется только за счет неадаптивной защиты. Эти инфекции вызывают незначительные симптомы или патологию.

2.5.1. Рециркуляция нативных (примитивных) Т-лимфоцитов

Первый шаг в адаптивном иммунном ответе, ведущий к протективному иммунитету, – это активация Т-клеток. Показано, что антиген, попадающий в какую-либо ткань, не влечет Т-клеточный ответ, иными словами, Т-клетки не становятся сенсибилизированными. Более того адаптивный иммунный ответ не инициируется в том месте, где патоген впервые образует фокус инфекции в периферических тканях. Т-клеточная активация инициируется, когда рециркулирующие Т-клетки встречают специфический антиген в дренирующих лимфоидных тканях. Т-клетки становятся сенсибилизированнными лишь в лимфоидных органах [89].

Антигены, попадающие в ткани, передвигаются далее в дренирующие эти ткани лимфоузлы, через которые, в свою очередь, циркулируют лимфоциты. Антигены, попадающие непосредственно в кровоток, или если они попадают в кровь из периферических тканей, захватываются антиген-презентирующими клетками (APC – antigen-presenting cell) в селезенке. В таком случае лимфоидные клетки сенсибилизируются в белой пульпе селезенки.

Таким образом, начальное взаимодействие примитивных Т-клеток с антигеном имеет место в периферических лимфоидных органах, таких как лимфоузлы и селезенка. В лимфоузлы патогены или их продукты транспортируются с лимфой, в селезенку – с кровью.

Все лимфоидные органы содержат APC, специализирующиеся на захвате антигена и активации Т-клеток. Примитивные Т-клетки циркулируют постоянно из кровотока в лимфоидные органы и обратно в кровь, осуществляя контакт с множеством APC каждый день. Это обеспечивает высокую возможность для каждой примитивной Т-клетки встретить антиген.

Примитивные Т-клетки оставляют кровеносное русло путем прохождения через стенки специальных венул, известных как высокие эндотелиальные венулы, которые отделяют кортикальный регион лимфоузла. Покидая кровеносные сосуды, Т-клетки входят в корковый слой лимфоузла, где они встречают APC (в основном дендритные клетки и макрофаги). Т-клетки, которые не встретят специфический антиген, покидают лимфоузлы через лимфатические сосуды и вновь возвращаются в циркуляцию.

Число Т-клеток, которое взаимодействует с каждой APC в лимфоузлах, очень велико. Все антигенспецифические Т-клетки могут поступить в лимфоузлы в течение 48 часов после попадания антигена в организм. Примитивные (нативные) Т-клетки мигрируют постоянно из крови через лимфоидные ткани. В коре лимфоузла антиген-специфические Т-клетки встречают большое число APC, но те Т-клетки, которые не распознают специфический антиген, покидают корковую зону лимфоузла, проходят через медулярную зону и возвращаются в лимфу.

Т-клетки, которые распознают специфический антиген на поверхности APC, связываются с APC и активируются через Т-клеточный рецептор, превращаясь в эффекторные клетки.

Таким образом, рециркулирующие лимфоциты очень активны, и при попадании антигена в организм оказывается, что все специфические Т-клетки могут пройти через регионарный лимфоузел в течение 2-х суток. Спустя 5 суток после поступления антигена активированные эффекторные Т-клетки покидают лимфоузел в большом количестве через афферентные лимфатические сосуды.

2.5.2. Адгезивные молекулы

Межклеточная адгезия и, следовательно, адгезивные молекулы играют важную роль в различных физиологических и патологических процессах, таких как эмбриогенез, рост тканей, регенерация, иммунологических реакциях.

Рециркуляция нативных Т-клеток через лимфоидные органы происходит благодаря адгезивным взаимодействиям между лимфоцитами и эндотелиальными клетками. После прохождения через высокий эндотелий венул большинство нативных Т-клеток проходит через кору лимфоузлов в медулярную зону и выходит из лимфоузла через эфферентные лимфатические сосуды в кровь. После выхода они рециркулируют через другие лимфоузлы.

Нативные Т-клетки распознают специфические пептиды – молекулы МНС – на поверхности профессиональных антиген-презентирующих клеток (АРС), что является сигналом активации адгезивных молекул LFA-1, что в свою очередь способствует связи с APC и миграции Т-клеток.

Таким образом, миграция лимфоцитов, активация их и эффекторные функции зависят от молекул клеточной адгезии. Все шаги, ведущие от рециркулирующих примитивных Т-клеток к клонам антиген-специфических эффекторных Т-клеток, включают миграцию клеток через лимфоузлы и их первоначальное взаимодействие с АРС.

Подобные взаимодействия в итоге приводят эффекторные Т-клетки в периферические ткани и играют важную роль в их взаимодействии с клетками-мишенями. Эти связывающие реакции контролируются с помощью адгезивных молекул на поверхности Т-лимфоцитов, которые распознают комплементарно множество адгезивных молекул на поверхности клеток, с которыми Т-клетки взаимодействуют.

Классификация адгезивных молекул основана на их структуре и схожести функций и представлена следующим образом: суперсемейство иммуноглобулинов, интегрины, селектины и кадгерины.

Однако, с физиологической точки зрения, адгезивные молекулы могут быть разделены на 3 группы [136]:

1. Молекулы, вовлекаемые в адгезию к эндотелию.
2. Молекулы, вовлекаемые в адгезию к экстрацеллюлярному матриксу.
3. Молекулы, вовлекаемые в межклеточную адгезию.

Многие функции иммунной системы, и регуляторная, и эффекторная, требуют клеточно-клеточных контактов, т.е., следовательно адгезии. Примерами могут служить:

Адгезивные молекулы разнообразны и имеют разные характеристики [136]:

А. Суперсемейство иммуноглобулинов

Молекулы, относящиеся к суперсемейству иммуноглобулинов, характеризуются наличием разного числа экстрацеллюлярных Ig-пободных доменов, состоящих из 90-100 аминокислотных остатков; они связывают растворимые и поверхностные клеточные лиганды и играют важную роль в презентации антигенов, клеточной активации, дифференциации и межклеточной адгезии (Таблица 5).

Таблица 5. Суперсемейство иммуноглобулинов

В число этого суперсемейства включают и антиген-специфические рецепторы, такие как Т-клеточный рецептор (TcR/CD3) и поверхностные иммуноглобулины, а также антигеннезависимые рецепторы.

Система межклеточной адгезии ICAM-1 (CD54)/LFA-1 (CD11a/CD18) играет важную роль при различных воспалительных заболеваниях. ICAM-1 экспрессируется на активированных лимфоцитах, моноцитах, эозинофилах, фибробластах, эндотелии, тимическом эпителии и других эпителиальных клетках в течение воспаления, а их экспрессия регулируется противовоспалительными цитокинами.

Лейкоцитарный интегрин LFA-1 также связывает ICAM-2 (CD102), избирательно экспрессирующиеся на эндотельных клетках и ICAM-3 (CD50), избирательно экспрессирующиеся на лейкоцитах.

Б. Суперсемейство интегринов

Интегрины составляют большое семейство молекул, которые опосредуют адгезию между клетками и клеток к экстрацеллюлярному матриксу в иммунном и воспалительном ответах. Они важны для многих аспектов организации тканей и миграции клеток в течение развития. Интегрины содержат большую a-цепь, которая нековалентно связана с меньшей b-цепью. Семейство интегринов содержат в настоящее время разделяют на 3 субсемейства, в зависимости от структурных различий b-цепей (Таблица 6) [136].

Таблица 6. Семейство интегринов

b1 (CD29) субсемейство. b1, или VLA (very late activation antigen) субсемейство включает 6 членов (VLA 1 - 6), которые широко распространены в тканях и в основном взаимодействуют с экстрацеллюлярными протеинами (фибронектин, коллаген, ламинин, витронектин). b1 интегрины играют важную роль в заживлении ран и клеточной миграции в течение эмбриогенеза.

b2 (CD18) субсемейство. b2, или субсемейство лейкоцитарных интегринов, содержат 3 члена (LFA-1, Mас1, р150, 95), которые исключительно экспрессируются на лейкоцитах. Они в основном вовлекаются в иммунную адгезию и связывают ICAM-1 с разной степенью аффинитета.

b3 (CD61) субсемейство. Это молекулы, которые экспрессируются в основном на эндотелиальных клетках и пластинах и связывают некоторые компоненты экстрацеллюлярного матрикса.

Термин "интегрин" был первоначально использован для этих рецепторов, интегрирующих сигналы от экстрацеллюлярного окружения к интрацеллюлярному цитоскелету. Все интегрины играют роль в регуляции адгезии и миграции иммунокомпетентных клеток. b1 и b3 субсемейства – наиболее важны в эмбриогенезе, регенерации и гемостазе; тогда как b2 интегрины – вовлекаются в разные феномены, зависящие от адгезии лейкоцитов, в основном воспалительных и иммунных ответах.

В. Суперсемейство селектинов

Это поверхностные молекулы, которые экспрессируются на лейкоцитах и эндотелиальных клеток и вовлекаются в лейкоцитарную адгезию, включая хоминг их к лимфоидной ткани и адгезию к эндотелию при остром воспалении (Таблица 7).

Селектины могут быть экспрессированы на лейкоцитах (L-селектины), васкулярном эндо-телии (Р-селектины, Е-селектины).

Таблица 7. Суперсемейство селектинов [136].

Взаимодействие между L-селектинами и сосудистыми кадгеринами, которые экспрессируются на васкулярном эндотелии, отвечают за специфический хоминг примитивных Т-клеток к лимфоидным органам, но не дают возможность клетке проходить через эндотелиальный барьер внутрь лимфоидной ткани. Для этого необходимы молекулы двух других семейств – интегринов и суперсемейства иммуноглобулинов.

Г. Кадгерины

Кадгерины – это протеины, которые отвечают за Са²⁺-зависимое межклеточное взаимодействие, особенно в процессе эмбриогеназа и дифференцировки тканей (Таблица 8).

Таблица 8. Кадгерины [136].

Регуляция экспрессии адгезивных молекул

Экспрессия адгезивных молекул регулируется растворимыми медиаторами и цитокинами. Наиболее важные регуляторные взаимоотношения между цитокинами и адгезивными молекулами суммированы в Таблице 9.

Таблица 9. Регуляция экспресии адгезивных молекул [136].

Адгезивные взаимодействия между Т-клетками и АРС играют ведущую роль в адаптивном иммунитете, так как первичное взаимодействие Т-клеток с АРС опосредуется молекулами клеточной адгезии. Когда Т-клетки мигрируют через кортикальный слой лимфоузлов, примитивные Т-клетки транзиторно связываются с каждой АРС, которую они встречают. Профессиональные АРС, дендритные клетки особенно, связывают примитивные Т-клетки очень эффективно благодаря взаимодействию между LFA-1 и СD 2 на Т-клетке и ICAM-1, 2, 3 и LFA-3 на поверхности АРС [89].

При специфическом распознавании антигена транзиторные адгезивные взаимодействия между Т-клетками и АРС становятся прочными. Когда Т-клетка связывается своим специфическим лигандом (TсR или T-cell receptor) с АРС, интрацеллюлярный сигнал через TсR индуцирует конформационные изменения в LFA-1, что вызывает их связывание с высокоаффинным ICAM-3 на поверхности АРС.

Стадии этого процесса [89]:

Такое соединение (ассоциация) может персистировать несколько дней до тех пор, пока примитивные Т-клетки пролиферируют и дифференцируются в эффекторные Т-клетки.

Большинство Т-клеток встречается с АРС, однако, если антиген неспецифичен, то нет распознавания антигена и Т-клетки должны быть способны отделиться от АРС. Таким образом, они смогут продолжить миграцию через лимфоузлы, покидая их через эфферентные лимфатические сосуды для повторного вхождения в кровь и продолжения циркуляции. Этот процесс носит название диссоциации и, подобно связыванию, в нем могут участвовать сигналы между Т-клетками и АРС, но об этих механизмах в настоящее время известно очень мало.

2.5.3. Клеточно-опосредованный иммунный ответ

Деление на гуморальный и клеточный иммунитет достаточно условно, т.к. в обоих случаях имеет место участие как Т-, так и В-лимфоцитов, а на вторжение инфекционного агента развиваются и гуморальный, и клеточный ответы.

Более того, как внутриклеточные, так и внеклеточные патогены при попадании в организм захватываются антигенпрезентирующими клетками (АРС), чаще всего макрофагами, перерабатываются ими ипредставляются синергичным Т-хелперам и В-лимфоцитам в виде комплексов с молекулами МНС класса I или II.

Антигенпрезентирующие клетки (APC)

Антиген является главным регулятором иммунного ответа [10], поскольку дифференцировка примитивных Т-клеток в те или иные эффекторные клетки зависит от цитокинов, секреция которых регулируется видом захваченного АРС антигена.

В периферических лимфоидных органах выделяют 3 типа специализированных АРС:
– макрофаги;
– дендритные клетки;
– В-лимфоциты.

Каждый из этих типов клеток специализируется на переработке и представлении антигенов для примитивных Т-клеток. В свою очередь макрофаги и В-клетки являются также мишенями последующих эффекторных действий Т-клеток.

Только эти 3 типа клеток экспрессируют специализированные ко-стимуляторные молекулы, которые способны затем активировать примитивные Т-клетки. Макрофаги и В-клетки экспрессируют эти молекулы только когда активируются сами вследствие инфицирования.

Макрофаги обнаруживаются во всех зонах лимфоузлов и активно захватывают микробы и другие антигены.

Дендритные клетки, которые в лимфоидных тканях называют интердигитальными ретикулярными клетками – присутствуют только в Т-клеточных зонах лимфоузлов.

В-клетки – присутствуют в лимфоидных фолликулах лимфоузлов и селезенки и особенно эффективны при захватывании растворимых антигенов, таких как бактериальные токсины, с которыми они связываются специфически с помощью поверхностных Ig молекул.

Все специализированные АРС способны экспрессировать оба класса МНС-молекул. АРС представляют пептидные фрагменты захваченного антигена рециркулирующим Т-клеткам.

В результате первого связывания примитивных Т-клеток с антигеном, презентируемым АРС, реализуется первичный иммунный ответ и генерируется иммунологическая память, которая обеспечивает защиту при последующем реинфицировании.

Роль эффекторных Т-клеток

Для участия в адаптивном иммунном ответе нативные (примитивные) Т-клетки должны быть активированы т.е. индуцированы к пролиферации и последующей дифференцировке в клетки, способные к удалению патогенов. Такие клетки называют эффекторными Т-клетками. Их основным свойством является способность действовать немедленно или очень быстро после связывания с МНС-пептидным комплексом на клетке-мишени.

Генерация эффекторных клеток из примитивных Т-клеток идет несколько дней. В конце этого периода эффекторные Т-клетки покидают лимфоидные органы, возвращаются в кровеносное русло и могут мигрировать в места инфекций. Активация примитивных Т-клеток при первичной встрече с антигеном на поверхности профессиональных АРС называемая праймингом, требует распознавания ими чужеродных пептидных фрагментов, связанных с собственными МНС-молекулами. Кроме того, требуется одновременное поступление ко-стимулирующего сигнала от специализированных профессиональных АРС.

Таким образом, Т-клетки, которые встретили специфический антиген, представленный АРС, активируются, пролиферируют и дифференцируются в эффекторные клетки, а эффекторные Т-клетки оставляют лимфоузлы через эфферентные лимфатические сосуды и входят в циркуляцию.

Эффекторные Т-клетки делят на 3 функциональных класса:

Однако не все клоны Т-хелперов можно разделить на Th1 и Th2. Есть клетки, которые секретируют все типы цитокинов. Эти клетки обозначают как Т-хелперы тип 0 (Th0). Они могут быть общими прекурсорами Th1 и Th2 клеток или могут быть третьей эффекторной по-пуляцией Т-хелперов.

В свою очередь, цитокины вовлекаются в регуляцию дифференцировки Th субпопуляций:

Эти факты свидетельствуют, что IFN-g и ИЛ-12 можно рассматривать в качестве иммунорегуляторов, способных вмешиваться в клональную экспансию и эффекторные функции Th2 клеток. Кроме того, при нарушении продукции ИЛ-4 Th1 клетками может происходить регуляция развития Th0 клеток в Th2, что приводит к восстановлению продукции ИЛ-4. В итоге, баланс ИЛ-4 и ИЛ-12 обеспечивает дифференцировку Th0 клеток в Th1 и Th2 [89].

Дифференцировка нативных CD4 Т-клеток в эффекторные клетки зависит от цитокинов, индукция которых регулируется главным образом антигеном [89]:

В противоположность, ингибируют генерирование воспалительных Th1 клеток цитокины ИЛ-4 и ИЛ-10, а ингибируют пролиферацию хелперных Т-клеток (Th2) – другой цитокин, а именно: IFN-g.

Клетки, на которые оказывают действие эффекторные Т-клетки, называют клетками-мишенями. Таким образом, цитокины в ранней фазе инфекции влияют на функциональную дифференцировку CD4 Т-клеток. Это главная часть адаптивного иммунного ответа, обеспечивающая в ответ на антиген либо продукцию антител, либо активацию макрофагов и Т-киллеров.

Помимо указанных молекул, все 3 класса эффекторных Т-клеток экспрессируют мембран-ассоциированные адгезивные эффекторные молекулы, которые, подобно цитокинам, индуци-руются благодаря распознаванию антигена на клетке-мишени и представлены соответственно: Fas-Ligand на CTL, CD40-Ligand на Th2, TNF на Th1.

Механизмы T-клеточно-опосредованной цитоксичности

Эффекторные функции Т-клеток опосредуются благодаря индукции экспрессии как мембран-связанных, так и секретируемых молекул. Эффекторные Т-клетки секретируют молекулы, которые разделяются на 2 больших класса:

1. Цитотоксины - которые выделяются CD8 Т-клетками и некоторыми воспалительными (Th1) CD4.

2. Цитокины - которые выделяются всеми эффекторными Т-клетками и являются медиаторами эффекторных действий CD4 Т-клеток.

Цитотоксины не являются специфическими и могут действовать на все виды клеток. Цитокины действуют благодаря специфическим рецепторам к ним на клетке-мишени, а основные эффекторные действия CD4 Т-клеток направлены именно на специализированные клетки, экспрессирующие эти рецепторы.

К цитотоксинам, секретируемым CD8 Т-клетками, относятся: перфорин-1, который создает "дыру" в мембране клетки-мишени; гранзимы, которые представлены протеазой и часто IFN-a. К мембран-связанным эффекторным молекулам на CD8 Т-клетках относят Fas-ligand, связывание которого с Fas рецептором индуцирует апоптоз клетки-мишени. Апоптоз - это генетически запрограммированная гибель клетки.

Как известно, все вирусы и некоторые бактерии размножаются в цитоплазме инфицированных клеток. Кроме того, вирусы - это патогены, которые не имеют собственных биосинтетических или метаболических аппаратов и могут реплицироваться только внутри клетки. Находясь внутри клеток, эти патогены остаются нечувствительными к антибиотикам и могут быть элиминированы только благодаря разрушению инфицированных клеток.

Таким образом, главная роль CTL - ограничение интрацеллюлярных инфекций, таких как вирусные инфекции и внутрицитоплазматические бактерии, некоторые протозойные инфекции (например токсоплазмоз).

В основе механизмов Т-клеточной цитотоксичности лежат следующие процессы (рис. 2а):

CTL убивают клетки-мишени с высокой точностью, с минимальным вредом для соседних клеток. Эта точность - гарантия минимизации разрушения тканей.

Рис. 2. Индукция клеточно-опосредованного иммунного ответа:
а) роль CD8 T-лимфоцитов; б) роль CD4 (Th1)-лимфоцитов

Механизмы эффекторного действия воспалительных CD4 T-клеток (Th1)

Макрофаги активируются благодаря воспалительным CD4 Т-клеткам. Некоторые микроорганизмы, такие как микобактерии (туберкулез, лепра) - это интрацеллюлярные патогены, которые находятся в везикулах, называемых фаголизосомы, макрофагов, где они недоступны для действия как антител, так и CTL.

Эти микробы обычно сохраняют себя внутри фагоцита благодаря ингибиции слияния лизосомы с фаголизосомой, в которой они растут, или благодаря предупреждению излияния этих везикул, для чего требуется активация лизосомальных протеаз. Такие микроорганизмы элиминируются, когда происходит активация макрофагов с помощью воспалительных CD4 Т-клеток, т.е. воспалительные CD4 Т-клетки координируют ответ к интрацеллюлярным бактериям и паразитам.

Зрелые CD4 Т-клетки (Th1) координируют иммунный ответ на эти интрацеллюлярные патогены благодаря синтезу и секреции комплекса цитокинов, которые действуют как локально, так и дистанционно.

Активированные Th1 клетки выделяют следующие цитокины (рис. 2б):

Таким образом, воспалительные Т-клетки (Th1) координируют ответ макрофагов, вызывая индукцию антибактериальных механизмов в макрофагах, известную как активация макрофагов. Макрофаги требуют 2 сигнала для активации:

Активированные макрофаги подвергаются изменениям, которые значительно увеличивают их антибактериальную эффективность и усиливают иммунный ответ в ответ на интрацеллюлярные возбудители.

Экспрессия поверхностных молекул МНС класса 2 увеличивается в активированных макрофагах, которые так же экспрессируют TNF-a рецепторы и секретируют TNF-a. Этот аутокринный стимул действует синергично с INF-g, секретируемых воспалительными CD4 Т-клетками (Th1) - что приводит к увеличению антибактеральной активности макрофагов. Частично это действие усиливается за счет продукции NO и радикалов кислорода.

Таким образом, активированные макрофаги благодаря IFN-g, секретируемому зрелыми CD4 (Th1), играют главную роль в защите от патогенов, которые размножаются в везикулах макрофагов.

2.5.4. Гуморальный иммунный ответ

Многие бактерии, вызывающие заболевания у человека, размножаются в экстрацеллюлярной среде, кроме того, большинство интрацеллюлярных патогенгов могут распространяться от клетки к клетке через экстрацеллюлярные жидкости.

Гуморальный иммунный ответ опосредуется молекулами антител, которые секретируются плазматическими клетками, и ведет к разрушению экстрацеллюлярных микроорганизмов, а также предотвращает распространение интрацеллюлярных инфекций.

Имеются 3 пути реализации антителами защиты хозяина против инфекций:

1. Нейтрализация - когда антитела предупреждают прилипание патогенов к эпителию.

2. Опсонизация - когда антитела содействуют фагоцитозу бактерий. Комплексы антител с бактериями присоединяются к поверхности фагоцита за счет Fc-рецептора на поверхности фагоцита.

3. Активация комплемента.

В-лимфоциты являются предшественниками плазматических клеток.

В ранней фазе В-клеточного ответа важная роль принадлежит молекулам поверхностной мембраны Т-хелперов, относящимся к семейству TNF и известных как CD40-ligand, которые связываются с молекулами CD40 на поверхности В клеток. CD40 - это член семейства TNF-рецепторов, которые аналогичны TNF-рецептору на макрофагах и Fas-R на мишенях цитотоксических клеток. Активация T-клеток вызывает экспрессию на поверхности T-клеток молекул CD40-ligand, которые связываются с молекулой CD40 на B-клеточной поверхности. Связывание CD40-ligand с рецептором индуцирует поверхностную экспрессию B_7.1 и B_7.2, что вызывает активацию примитивных T-клеток.

Связывание CD40 с CD40-Ligand помогает переходу В-клеток в клеточный цикл и является первоначальным для В-клеточного ответа на тимус-зависимые антигены (рис. 3).

Рис. 3. Индукция гуморального иммунного ответа.

Цитокины, секретируемые Т-хелперами (IL-4, 5, 6), необходимы для активации В клеток.

Для успешного синтеза специфических антител необходим целый ряд межклеточных взаимодействий. Поверхностные иммуноглобулины на В-лимфоцитах служат в качестве рецепторов для антигена на В-лимфоцитах, а также играют важную роль в их активации, а именно:

·                     Подобно рецепторам к антигенам на Т-лимфоцитах, они связывают антиген, что является прямым сигналом для активации В-лимфоцитов.

·                     Они поставляют антиген внутрь клетки, где он разрушается и возвращается на поверхность В-клетки в виде пептидов, связанных с молекулами МНС класса II.

·                     Затем комплекс "пептиды + молекулы МНС класса II" распознается антиген-специфическими зрелыми Т-хелперами (Th2), что в свою очередь является триггерным фактором для пролиферации В-лимфоцитов и дифференцировки их в плазматические антитело-секретирующие клетки.

Антигены, которые требуют Т-клеточной помощи для активации В-лимфоцитов, называются тимус-зависимыми. У лиц, у которых тимус недоразвит, нет эффективного иммунного ответа к тимус-зависимым антигенам.

Некоторые микробные агенты, части микробной клетки, такие как бактериальные полисахариды, могут напрямую активировать В-клетки в отсутствие Th2-клеток и обеспечивать низкий уровень антител, но быстро продуцируемых, против многих важных бактериальных патогенов. Такие антигены называют тимус-независимыми. Антитела, индуцированные благодаря только одним микробным антигенам, являются менее разнообразными и менее функционально универсальными, чем индуцированные с помощью Т-клеток.

Таким образом, антительный ответ инициируется, когда В-клетки связывают антиген и есть сигнал хелперных Т-клеток (Th2) или благодаря преимущественному действию некоторых микробных антигенов на B-лимфоциты.

Общее правило адаптивного иммунитета - это то, что нативные антиген-специфические лимфоциты не могут быть активированы только одним антигеном. Нативные Т-клетки требуют ко-стимулирующего сигнала от профессиональных АРС. Нативные В-клетки требуют дополнительных сигналов, которые идут от зрелых хелперных Т-клеток (Th2) или, в некоторых случаях, напрямую - от микробных антигенов.

Второй сигнал требуется для активации В-клеток при внедрении как тимус-зависимых, так и для тимус-независимых антигенов.

Итак, первый сигнал - для активации В-лимфоцитов исходит от специфического рецептора антигена, это разпознавание специфического антигена.

Второй сигнал исходит: а) в случае тимус-зависимых антигенов исходит от хелперных Th2 клеток, которые распознают фрагменты антигена, связанные с молекулами МНС класса 2 на поверхности В-лимфоцитов; б) в случае тимус-независимых антигенов исходит от самих антигенов.

В-клетки становятся мишенями для зрелых хелперных Т-клеток, когда антигены связываются с поверхностными иммуноглобулинами на В-лимфоцитах, интернализируются и возвращаются на поверхность В-лимфоцитов как пептиды, связанные с молекулами МНС-класса II.

Чтобы нативный антиген-специфический В-лимфоцит и антиген-специфический хелперный Т-лимфоцит, встретились для инициации Т-клеточно-зависимого антительного ответа, необходимо, чтобы В-клетки мигрировали через лимфоидные ткани.

Известно, что В-клетки мигрируют через периферические лимфоидные органы во многом теми же путями, что и Т-клетки, причем число антиген-специфических В-клеток увеличивается в лимфоузлах, дренирующих место инфекции. Далее происходит цепь взаимосвязанных процессов [89].

Плазматическая клетка - это терминальная стадия дифференцировки B-клеток (табл. 10). Плазматические клетки секретируют антитела с высокой скоростью. Они не могут долго взаимодействовать с T-хелперами, так как у них снижено содержание поверхностных иммуноглобулиновых рецепторов и молекул МНС класса II (табл. 11).

Таблица 10. Стадии дифференцировки B-клеток [89]

Таблица 11. Особенности, свойственные В-клеткам и плазматическим клеткам

Специальные регионы лимфоидных тканей обеспечивают микроокружение, где антиген-специфические В-клетки могут взаимодействовать со зрелыми Т-хелперами, специфичными для того же антигена.

Антителосекретирующие плазматические клетки, которые дифференцируются в лимфоидных тканях, остаются в медуллярной зоне лимфоузлов и в красной пульпе селезенки. Обе эти зоны содержат большое количество макрофагов, которые помогают ограничивать инфекционные агенты в лимфоидной ткани.

Другие пути миграции у IgА-секретирующих плазмобластов. Обычно их миграция начинается в пейеровых бляшках и через эфферентные лимфатические пути - к мезентериальным лимфоузлам и далее они переходят в кровь; с кровью они распределяются затем к Lamina propria тонкого кишечника, в пот, слезы, слюнные железы, грудное молоко.

В итоге, В-клетки, покидающие герминативные центры, дифференцированы либо в антитело-секретирующие плазматические клетки, либо в В-клетки памяти.

Который из этих 2-х путей будет иметь В-клетка - определяется благодаря сигналам от фолликулярных дендритных клеток и Т-клеток. Хотя сигнал для дифференцировки в плазматические клетки не достаточно хорошо известен, предполагается, что это CD23 на поверхности фолликулярных дендритных клеток.

Антитела

Главный вклад В-клеток в адаптивный иммунитет - это продукция антител в ответ на инфекцию. Антитела это антиген-специфические продукты В-клеток. Антитела формируют семейство протеинов плазмы, известных как иммуноглобулины.

Антитела имеют 2 разных функции:
- специфически связываются с молекулами патогенов, вызывающих иммунный ответ;
- рекрутируют другие клетки и молекулы для разрушения патогена.

Эти функции структурно различаются в молекуле антитела, когда одна часть специфически распознает антиген, тогда как другая - включает эффекторные механизмы.

Структурно антиген-связывающие регионы резко различаются у разных молекул антител и известны как вариабельные регионы. В результате формируется разнообразие молекул антител, что является результатом высокоспециализированного механизма.

Каждая молекула антител содержит тяжелые (H) и легкие (L) цепи, тяжелые цепи соединены друг с другом дисульфидными мостиками, и каждая тяжелая цепь соединена с легкой цепью дисульфидным мостиком.

Существует только 2 типа легких цепей: l и k. Соотношение 2-х видов легких цепей варьирует от вида к виду. Например, у мышей отношение k к l равно 20:1, тогда как у человека 2:1, а у котов 1:20. Нарушения этого соотношения может иногда быть использовано для обнаружения нарушений в иммунной системе. Например, увеличение l легких цепей у человека может отражать присутствие l-продуцирующей В-клеточной опухоли.

Имеется 5 основных типов тяжелых цепей: m, d, a, g, e. Это определяет изотип и функциональную активность молекул антител: это IgM, IgD, IgA, IgG, IgE. Каждый изотип имеет определенные функции в иммунном ответе и особенности, что определяется благодаря карбокситерминальной части тяжелой цепи, где они соединены с легкой цепью.

При этом тяжелые и легкие цепи составляют константный (C) и вариабельные (V) регионы молекулы антитела. Fab-фрагмент - это антигенсвязывающий участок, а Fc - это константный уча-сток молекулы антитела.

Каждая цепь имеет различную последовательность доменов, которые в свою очередь содержат 110 аминокислот. Легкие цепи имеют 2 домена, тяжелые - 4 (в частности, на примере IgG). Все домены имеют подобную последовательность аминокислот.

В ответ даже на простой антиген возникает много различных молекул антител, каждая с уникальным аффинитетом и 5-ю специфичностями. Репертуар молекул антител - это 10¹¹ различных молекул антител.

Различия иммуноглобулинов

Изотипы - различия между константными регионами молекул антител. Существует 5 изотипов антител, что соответствует 5 классам: IgA, IgM, IgG, IgD, IgE.

Аллотипы - различия в константных областях тяжелых цепей, определяют аллели одного изотипа. (IgG₁, IgG₂, IgG₃, IgG₄, IgA₁, IgA₂).

Идиотипы - различия в последовательности аминокислот VH и VL участков отдельной молекулы иммуноглобулина за счет реаранжировки генов указанных участков.

Каждый изотип Ig имеет специализированные функции (табл. 12).

Таблица 12. Сравнительная характеристика разных классов иммуноглобулинов [89]