Лекция 7. Индукция иммунного ответа (иммуногенез)

Лекция 7. Индукция иммунного ответа (иммуногенез)

 

·Понятие о наивных и активированных лимфоцитах. Селекция антигенчувствительных клонов лимфоцитов как основа индукции иммунного ответа.

·Целевая стратегия антигензависимой активации лимфоцитов. Клетки-эффекторы и клетки памяти. Экспансия клонов.

·Костимулирующие (вспомогательные) сигналы в индукции иммунного ответа. Молекулярная основа контактных и медиаторных (гуморальных) взаимодействий. Понятие об иммунном синапсе. Особенности индукции первичного и анамнестического иммунного ответа.

·Активация CD4 Т-лимфоцитов (Th): распознавание антигенов, факторы и механизмы межклеточной кооперации, итоги антигениндуцированной дифференцировки. Функциональные варианты активированных Тh (Th1 и Th2) и их участие в иммунном ответе. Т-суперантигены.

·Активация В-лимфоцитов: распознавание антигенов, факторы и механизмы межклеточной кооперации, итоги антигениндуцированной дифференцировки. В-лимфоциты как антигенпредставляющие клетки. Соматические гипермутации и аффинность антител. Особенности реакций на Т-независимые антигены.

·Активация CD8 Т-лимфоцитов: распознавание антигенов, факторы и механизмы межклеточной кооперации, итоги антигениндуцированной дифференцировки.

 

 

Лимфоциты сталкиваются с антигенами на территории периферийных лимфоидных тканей. До встречи с антигеном они пребывают здесь в виде наивных клеток, готовых к распознаванию антигенов, но не способных к реализации своих функций. Для этого они должны пройти через индуктивную фазу, т.е. подвергнуться активации, которая завершается образованием эффекторов гуморального и клеточного иммунитета (антител и сенсибилизированных Т-лимфоцитов) и клеток памяти. В основе индуктивного процесса лежит взаимодействие иммунокомпетентных клеток, инициируемое антигеном (рис. 1-7). В-лимфоциты реагируют со свободными антигенами (точнее В-эпитопами); Т-лимфоциты распознают антигены, презентируемые на поверхности антигенпредставляющих клеток (АПК) в составе молекул главного комплекса гистосовместимости – MHC(HLA) (см. лекция 4)..

 

В течение последних лет концепция об антигенпредставляющих клетках претерпела качественную эволюцию. На первый план выдвинулись дендритные клетки (ДК), получившие название в связи с характерной морфологией («клетки с отростками»). Они играют решающую роль в первичном иммунном ответе (отсюда – «первичные антигенпредставляющие клетки»). Два других типа «профессиональных» антигенпредставляющих клеток, макрофаги и В-лимфоциты, активируют преимущественно Т-клетки памяти.

ДК есть во всех тканях. Наиболее важную позицию они занимают в слизистых оболочках и коже. «Вылавливая» антигены, поступающие сюда из внешней среды, ДК переносят их в регионарную лимфоидную ткань. Это сопровождается созреванием (точнее дозреванием) ДК, которое превращает их в совершенный инструмент презентации антигенов Т-лимфоцитам. Для зрелых ДК характерна высокая экспрессия антигенов главного комплекса гистосовместимости (прежде всего HLA-DR) и костимулирующих молекул. Функциональная неоднородность ДК обеспечивает регуляцию различных типов иммунных реакций и направленности иммунного ответа. Большинство ДК имеет костномозговое происхождение. Их предшественниками служат моноциты крови, и с этой точки зрения ДК – близкие родственники макрофагов. Дифференцировочный процесс контролируется цитокинами, контактами с активированными Т-лимфоцитами, эпителиальными клетками и микробными продуктами.

 

Связывание антигена повышает чувствительность лимфоцитов к вспомогательным (вторичным) сигналам, из которых складывается молекулярная канва функционально значимой кооперации клеток. Вспомогательные сигналы, объединяемые в понятие «костимуляция», возникают внутри иммунной системы и по своей природе неоднородны (рис. 1-7). Во-первых, это межклеточные (адгезивные) контакты, которые возникают на основе взаимокомплементарных пар CD-молекул(иммунный синапс). Это не только закрепляет физическое сближение клеток, но и создает дополнительные возможности для взаимодействия между ними, расширяя число каналов по обмену костимулирующими сигналами. Второй механизм основан на цитокинах. Они продуцируются активированными клетками (прежде всего антигенпредставляющими клетками и Т-хелперами) и включаются в регуляцию ключевых этапов иммуногенеза.

 

Удивляет обилие стимулов, вовлекаемых в индукцию иммунного ответа. Возможно, таким путем иммунная система ограждает себя от ненужной работы, которую пришлось бы выполнять, реагируя на каждый «запрос». Подобно цифровому коду, мозаика стимулирующих факторов обеспечивает пароль, отсекающий ложные сигналы. Впрочем, нельзя исключить и «излишества», которое просматривается в дублировании эффектов, воспроизводимых через контактные и цитокиновые механизмы. Не исключено, что это страхует от случайных сбоев в отдельных звеньях иммунной системы или отражает тонкие различия внешне однотипных последствий активации лимфоцитов.

Спектр костимулирующих сигналов отличается при первом и повторных контактах с антигенами. В последнем случае он сокращен, но это компенсируется за счет новых, более продуктивных каналов общения. Например, на Т-клетках памяти появляется CD45-рецептор, отсутствующий у нестимулированных (наивных) Т-лимфоцитов. Маркером В-памяти служит CD27. Он транслирует сигналы, усиливающие дифференцировку В-лимфоцитов в плазматические клетки.

 

 

Рис. 1-7. Принципиальная схема индукции иммунного ответа. Антиген служит пусковым (первичным) стимулом, который обеспечивает селекцию и предактивацию наивных лимфоцитов, связываясь с их клоноспецифическими рецепторами (селекция клона). Взаимодействие с антигеном повышает чувствительность лимфоцита к костимулирующим сигналам, которые исходят от вспомогательных клеток, действуя на основе CD-зависимых контактов и цитокинов. Это вызывает пролиферацию и дифференцировку антигенчувствительного клона с образованием долгоживущих клеток памяти и «недолговечных» клеток-эффекторов (плазматические клетки, функционально зрелые Т-хелперы и цитотоксические Т-лимфоциты).

 

Активация лимфоцитов включает два основных процесса – клональную пролиферацию (экспансия клона) и дифференцировку. Их развитие определяется растормаживанием внутриклеточных медиаторов, которые транслируют сигналы с активированных (связавших лиганды) рецепторов, в главных чертах повторяя механизмы стимуляции любых клеток. Суть сводится к активации генов, кодирующих мембранные рецепторы, иммунорегуляторные и ростстимулирующие цитокины. Это ведет к образованию множества короткоживущих эффекторных клеток и «долговечных» клеток памяти, нацеленных против антигена-индуктора. Антигены, действующие «в одиночку», не только не активируют лимфоциты, но вызывают их анергию и даже гибель (апоптоз).

 

 

Индукция В-лимфоцитов

 

Антигены побуждают В-лимфоциты к дифференцировке в двух основных направлениях – образование антителопродуцирующих клеток и клеток памяти. Это сочетается с переключением (сменой) класса антител и повышением их сродства к антигену («созревание аффинности/авидности антител»).

 

Улучшение качества антител связано с гипермутацией генов, кодирующих вариабельные домены тяжелых и легких цепей2. Благодаря этому при стимуляции каждый клон наивных В-лимфоцитов дает начало множеству субклонов, которые отличаются по структуре рецепторов, обладая неодинаковым сродством к антигену. Пролиферацию и дифференцировку продолжают лимфоциты, лучше всего «притертые» к эпитопам; остальные погибают от апоптоза. Это обеспечивает многократное повышение аффиности антител по ходу иммунного ответа и их высокое качество при повторных контактах с антигеном: иммунологическую память определяют клетки, прошедшие «выбраковку».

Гипермутабельность несвойственна Т-лимфоцитам: их рецепторы сохраняют конфигурацию, полученную при внутритимусной дифференцировке. В этом есть логика: мутирование ТCR-генов на периферии может нарушить взаимодействие Т-лимфоцитов с молекулами МНС или спровоцировать их аутоагрессивность.

 

Все дифференцировочные акты зависят от вспомогательных сигналов Т(Th2)-клеток.Большинство Т-хелперов, ассистирующих В-лимфоцитам (особенно при первичном ответе), возникает в результате антигензависимого взаимодействия со своими обычными партнерами – дендритными клетками и макрофагами (см. выше). Поэтому хотя для активации В-лимфоцитов не требуется МНС-презентации антигенов (В-рецепторы связывают свободные эпитопы), зависимость от АПАК существует. Она носит опосредованный характер, преломляясь через кооперацию с Т-хелперами, для которых взаимодействие с АПК является обязательным. Впрочем и сами В-лимфоциты могут выступать в роли антигенпредставляющих клеток. В таких случаях после клоноспецифического распознавания В-эпитопов антигены подвергаются эндоцитозу, процессингу и презентации в комплексе с молекулами MHC-II. Это обеспечивает прямую кооперацию (контактную и цитокиновую) с T-хелперами на основе двунаправленного иммунного синапса.

Не нуждаясь в прямой помощи АПК, задействованных в МНС-презентации антигенов, В-лимфоциты пользуются услугами других клеток. Это делают дендроциты, входящие в состав фолликулов лимфатических узлов и селезенки (центров размножения и дифференцировки В-лимфоцитов)1. Они концентрируют на своей поверхности нативные антигены и иммунные комплексы, стабилизируя контакты с В-лимфоцитами. Это особенно важно в начале иммунного ответа, когда плотность и аффинность рецепторов на В-клетках слишком мала, чтобы уловить достаточное количество антигенных молекул.

Наиболее общие этапы и механизмы индукции В-лимфоцитов можно представить следующим образом:

1. Первичная стимуляция (предактивация) в системе BCR- рецепторного комплекса (mIgM/CD79a/CD79b):

1.1. Связывание свободных антигенов mIgM-рецепторами.

1.2. Усиление и трансляция антигенного сигнала внутрь клетки через молекулы, ассоциированные с mIgM (CD79a и CD79b).

2. Контактное взаимодействие с CD4 Т-клетками:

2.1. Реакция на основе антигенных пептидов, презентируемых В-лимфоцитами в комплексе с МНС-II. В этом случае В-лимфоцит, воспринявший антиген, выполняет функцию АПК, а костимулирующие сигналы формируются в системе CD-зависимых контактов. К ним добавляется важная в функциональном отношении пара: CD40 (В-клетки) и CD154 (СD40L) (Т- клетки). Сигнал, транслируемый через молекулу CD40, необходим, в частности, для переключения класса антител2.

2.2. Взаимодействие с Т-хелперами, активированными соседними («чужими») АПК.

3. Цитокинзависимая дифференцировка В-клеток (воздействие Th2-цитокинов, таких как ИЛ-4, 5, 6, 10).

 

Так обстоит дело с антигенами, которые относятся к категории Т-зависимых. Они построены по типу «гаптен (В-эпитоп) – носитель» и вызывают образование антител при обязательном участии Т-хелперов. Гаптен может иметь любую природу, но носитель должен быть белком, так как служит источником пептидов, презентируемых Т-лимфоцитам. И хотя В-клетки распознают эпитопы без помощи МНС, их реакция на такие антигены косвенно подчиняется МНС-рестрикции, так как зависит от МНС-II- презентации антигена (фрагментов носителя) Т-хелперам.

Гораздо реже встречаются Т-независимые антигены, индуцирующие антителогенез без помощи Т-лимфоцитов. Обычно это крупные молекулы, содержащие множество повторяющихся (идентичных) эпитопов, благодаря которым они связываются с большим числом рецепторов В-лимфоцита. Перекрестная сшивка рецепторов служит сигналом, достаточным для возбуждения синтеза антител (рис. 2--7). К такого рода полимерам относятся полисахариды (например, декстраны, капсульные антигены бактерий) и бактериальные жгутики, состоящие из повторяющихся субъединиц белка флагеллина.

 

Рис. 2-7. Активация В-лимфоцитов Т-независимыми антигенами (один из вариантов). Некоторые антигены представляют собой крупные молекулы с набором идентичных повторяющихся эпитопов. Они напрямую активируют В-клетки, перекрестно сшивая их рецепторы. Это возбуждает сигнал, достаточный для пролиферации и дифференцировки лимфоцита в IgM-продуцирующие плазматические клетки (D.M. Weir, J. Stewart. Immunology. 8^th ed. Churchill & Livingstone. 1997).

 

Результативность Т-независимой индукции значительно уступает Т-зависимым реакциям. Отсутствие Т-хелперных сигналов проявляется в незрелости иммунного ответа, который ограничен образованием IgM антител, лишен памяти и соматических гипермутаций. Эти недостатки особенно ощутимы у новорожденных, когда требуется пассивная защита со стороны материнских антител, например, против капсульных бактерий. IgM антитела не проходят через плаценту, а способность к активным реакциям на Т-независимые антигены формируется с опозданием, примерно к двухлетнему возрасту.

 

Т-независимость удается преодолеть, соединив антиген с белковым носителем. На этом основано получение конъюгированных вакцин. Примером является вакцина из капсульного антигена Haemophilus influenzae, тип b. Это конъюгат капсульного b-полисахарида со столбнячным/дифтерийным анатоксином или белками наружной мембраны менингококка. Препарат вызывает полноценный иммунный ответ уже в первые месяцы жизни и высокоэффективен для предупреждения опасных инфекций младенчества и раннего детства (менингит, эпиглоттит).

 

Индукция CD8 Т-лимфоцитов

 

Активация наивных CD8 Т-лимфоцитов завершается их превращением в клетки с биоагрессивным потенциалом – Т-киллеры, или цитотоксические Т-лимфоциты. Их цитотоксичность связана с тем, что они обретают способность к образованию факторов, вызывающих апоптоз и цитолиз клеток-мишеней (см. лекция 8).

Механизмы индукции CD8 Т-лимфоцитов (они изучены хуже, чем для В и CD4 клеток) можно представить следующим образом:

1. Первичная стимуляция (предактивация) в системе TCR-рецепторного комплекса (a-b/СD3/CD8):

1.1. Распознавание антигенных пептидов, презентируемых АПК в комплексе с молекулами MHC-I1.

1.2. Укрепление контактов c АПК на основе комплементарности между и CD8 и MHC-I.

1.3. CD3/CD8-опосредованная трансляция активирующего cигнала.

1. Формирование вспомогательных контактов (и соответственно костимулирующих сигналов) в системе взаимокомплементарных CD-молекул АПК и лимфоцита (среди прочих особую значимость имеет связка CD80/86-СD28). Важный итог – «созревание» рецепторов для ИЛ-2.
2. Цитокиновая поддержка активации клеток. Основная помощь исходит от ИЛ-2 Th1-клеток. Определенное значение имеет ИЛ-2, действующий в аутокринном режиме (т.е. секретируемый CD8 Т-лимфоцитами).

 

 

Рис. 3-7. Схема межклеточной кооперации в индукции иммунного ответа. См. объяснения в тексте. АПК – антигенпредставляющая клетка; IL – интерлейкины; МНС – молекулы главного комплекса гистосовместимости; Аг – антигенный эпитоп; TCR – Т-клеточный рецептор; BCR – В-клеточный рецептор; CD↔ CD – контактное взаимодействие между комплементарными CD-рецепторами; CD4+ -- наивный СD4 Т-лимфоцит; CD8+ -- наивный СD8 Т-лимфоцит; М – клетка памяти; Th0, Th1, Th2 – функциональные (дифференцировочные) варианты Тh (наивных CD4 Т-хелперов); Tk – Т-киллер (цитотоксический СD8 Т-лимфоцит).

ххх

 

Перефразируя начало лекции можно сделать следующее заключение. Индукция всех категорий лимфоцитов имеет ряд общих признаков. Ее основой является взаимодействие клеток иммунной системы, которому предшествует (а в случае Т-лимфоцитов сопутствует) селекция клона, подлежащего активации. Эту функцию выполняет антиген, воспринимаемый клоноспецифическими рецепторами В- и Т-лимфоцитов. Связывание антигена рождает первичный активационный сигнал, который усиливается молекулами-трансмиттерами, ассоциированными с антигенраспознающим рецептором. Это вызывает экспрессию дополнительных рецепторов (CD-молекул), которые укрепляют физическую стыковку между взаимодействующими клетками и обеспечивают обмен контактными костимулирующими сигналами. Не менее важно то, что лимфоциты обретают рецепторы для цитокинов и сами начинают их секретировать. Это определяет второй (гуморальный) канал межклеточного общения. Итогом являются пролиферация и дифференцировка антигенчувствительного клона лимфоцитов, создающие основу для реализации иммунного ответа и более качественной реакции на повторное внедрение того же антигена. Обобщающая схема межклеточной кооперации, действующей в иммуногенезе, представлена на рис. 3-7.

 

 

Тесты для самоконтроля

1. Проявления антигензависимой активации лимфоцитов:

1. Селективная пролиферация (экспансия) клонов. 2. Экспрессия молекул контактного взаимодействия. 3. Экспрессия цитокиновых рецепторов. 4. Секреция цитокинов. 5. Дифференцировка в клетки-эффекторы. 6. Дифференцировка в клетки памяти.

(1-6)

 

2. Пусковой сигнал клоноспецифической активации лимфоцитов:

1. Цитокины. 2. Молекулы контактного взаимодействия. 3. Антитела. 4. Антигены. 5. Адъюванты.

(4)

3. Факторы и механизмы, определяющие костимуляцию антигенчувствительных

лимфоцитов в системе межклеточной кооперации:

1. Цитокины. 2. Молекулы контактного взаимодействия. 3. Антитела. 4. Комплемент. 5. МНС(HLA)-презентируемые пептиды (антигенные пептиды).

(1, 2)

 

Лекция 7. Индукция иммунного ответа (иммуногенез)

 

·Понятие о наивных и активированных лимфоцитах. Селекция антигенчувствительных клонов лимфоцитов как основа индукции иммунного ответа.

·Целевая стратегия антигензависимой активации лимфоцитов. Клетки-эффекторы и клетки памяти. Экспансия клонов.

·Костимулирующие (вспомогательные) сигналы в индукции иммунного ответа. Молекулярная основа контактных и медиаторных (гуморальных) взаимодействий. Понятие об иммунном синапсе. Особенности индукции первичного и анамнестического иммунного ответа.

·Активация CD4 Т-лимфоцитов (Th): распознавание антигенов, факторы и механизмы межклеточной кооперации, итоги антигениндуцированной дифференцировки. Функциональные варианты активированных Тh (Th1 и Th2) и их участие в иммунном ответе. Т-суперантигены.

·Активация В-лимфоцитов: распознавание антигенов, факторы и механизмы межклеточной кооперации, итоги антигениндуцированной дифференцировки. В-лимфоциты как антигенпредставляющие клетки. Соматические гипермутации и аффинность антител. Особенности реакций на Т-независимые антигены.

·Активация CD8 Т-лимфоцитов: распознавание антигенов, факторы и механизмы межклеточной кооперации, итоги антигениндуцированной дифференцировки.

 

 

Лимфоциты сталкиваются с антигенами на территории периферийных лимфоидных тканей. До встречи с антигеном они пребывают здесь в виде наивных клеток, готовых к распознаванию антигенов, но не способных к реализации своих функций. Для этого они должны пройти через индуктивную фазу, т.е. подвергнуться активации, которая завершается образованием эффекторов гуморального и клеточного иммунитета (антител и сенсибилизированных Т-лимфоцитов) и клеток памяти. В основе индуктивного процесса лежит взаимодействие иммунокомпетентных клеток, инициируемое антигеном (рис. 1-7). В-лимфоциты реагируют со свободными антигенами (точнее В-эпитопами); Т-лимфоциты распознают антигены, презентируемые на поверхности антигенпредставляющих клеток (АПК) в составе молекул главного комплекса гистосовместимости – MHC(HLA) (см. лекция 4)..

 

В течение последних лет концепция об антигенпредставляющих клетках претерпела качественную эволюцию. На первый план выдвинулись дендритные клетки (ДК), получившие название в связи с характерной морфологией («клетки с отростками»). Они играют решающую роль в первичном иммунном ответе (отсюда – «первичные антигенпредставляющие клетки»). Два других типа «профессиональных» антигенпредставляющих клеток, макрофаги и В-лимфоциты, активируют преимущественно Т-клетки памяти.

ДК есть во всех тканях. Наиболее важную позицию они занимают в слизистых оболочках и коже. «Вылавливая» антигены, поступающие сюда из внешней среды, ДК переносят их в регионарную лимфоидную ткань. Это сопровождается созреванием (точнее дозреванием) ДК, которое превращает их в совершенный инструмент презентации антигенов Т-лимфоцитам. Для зрелых ДК характерна высокая экспрессия антигенов главного комплекса гистосовместимости (прежде всего HLA-DR) и костимулирующих молекул. Функциональная неоднородность ДК обеспечивает регуляцию различных типов иммунных реакций и направленности иммунного ответа. Большинство ДК имеет костномозговое происхождение. Их предшественниками служат моноциты крови, и с этой точки зрения ДК – близкие родственники макрофагов. Дифференцировочный процесс контролируется цитокинами, контактами с активированными Т-лимфоцитами, эпителиальными клетками и микробными продуктами.

 

Связывание антигена повышает чувствительность лимфоцитов к вспомогательным (вторичным) сигналам, из которых складывается молекулярная канва функционально значимой кооперации клеток. Вспомогательные сигналы, объединяемые в понятие «костимуляция», возникают внутри иммунной системы и по своей природе неоднородны (рис. 1-7). Во-первых, это межклеточные (адгезивные) контакты, которые возникают на основе взаимокомплементарных пар CD-молекул(иммунный синапс). Это не только закрепляет физическое сближение клеток, но и создает дополнительные возможности для взаимодействия между ними, расширяя число каналов по обмену костимулирующими сигналами. Второй механизм основан на цитокинах. Они продуцируются активированными клетками (прежде всего антигенпредставляющими клетками и Т-хелперами) и включаются в регуляцию ключевых этапов иммуногенеза.

 

Удивляет обилие стимулов, вовлекаемых в индукцию иммунного ответа. Возможно, таким путем иммунная система ограждает себя от ненужной работы, которую пришлось бы выполнять, реагируя на каждый «запрос». Подобно цифровому коду, мозаика стимулирующих факторов обеспечивает пароль, отсекающий ложные сигналы. Впрочем, нельзя исключить и «излишества», которое просматривается в дублировании эффектов, воспроизводимых через контактные и цитокиновые механизмы. Не исключено, что это страхует от случайных сбоев в отдельных звеньях иммунной системы или отражает тонкие различия внешне однотипных последствий активации лимфоцитов.

Спектр костимулирующих сигналов отличается при первом и повторных контактах с антигенами. В последнем случае он сокращен, но это компенсируется за счет новых, более продуктивных каналов общения. Например, на Т-клетках памяти появляется CD45-рецептор, отсутствующий у нестимулированных (наивных) Т-лимфоцитов. Маркером В-памяти служит CD27. Он транслирует сигналы, усиливающие дифференцировку В-лимфоцитов в плазматические клетки.

 

 

Рис. 1-7. Принципиальная схема индукции иммунного ответа. Антиген служит пусковым (первичным) стимулом, который обеспечивает селекцию и предактивацию наивных лимфоцитов, связываясь с их клоноспецифическими рецепторами (селекция клона). Взаимодействие с антигеном повышает чувствительность лимфоцита к костимулирующим сигналам, которые исходят от вспомогательных клеток, действуя на основе CD-зависимых контактов и цитокинов. Это вызывает пролиферацию и дифференцировку антигенчувствительного клона с образованием долгоживущих клеток памяти и «недолговечных» клеток-эффекторов (плазматические клетки, функционально зрелые Т-хелперы и цитотоксические Т-лимфоциты).

 

Активация лимфоцитов включает два основных процесса – клональную пролиферацию (экспансия клона) и дифференцировку. Их развитие определяется растормаживанием внутриклеточных медиаторов, которые транслируют сигналы с активированных (связавших лиганды) рецепторов, в главных чертах повторяя механизмы стимуляции любых клеток. Суть сводится к активации генов, кодирующих мембранные рецепторы, иммунорегуляторные и ростстимулирующие цитокины. Это ведет к образованию множества короткоживущих эффекторных клеток и «долговечных» клеток памяти, нацеленных против антигена-индуктора. Антигены, действующие «в одиночку», не только не активируют лимфоциты, но вызывают их анергию и даже гибель (апоптоз).

 

 

12Следующая ⇒

Поделиться: