Главными клетками иммунной системы являются Т- и В-лимфоциты. Предшественники Т-лимфоцитов (пре-Т-клетки) образуются в костном мозге и мигрируют в тимус, где созревают и дифференцируются. На ранних стадиях созревания на их поверхности появляются ТКР, кодируемые еще неперестроенными генами. Будущие Т-клетки с ТКР, состоящими из а/|3-цепей (Та/р-клетки), вступают в критическую стадию своего развития, на которой происходит элиминация аутореактивных клонов. Некоторые пре-Т-клетки экспрессируют ТКР, состоящие из цепей другого типа (Ту/б-клетки). Та/Р-клетки дифференцируются в зрелые CD4+- или СН8+-лимфоциты, мигрируют в Т-клеточные участки периферических лимфоидных органов и при активации функционируют в качестве хел- перных (Тх) или цитотоксических (Тц) клеток.
Перестройка генов а и В цепей ТКР, обеспечивающая их функциональное разнообразие
В-лимфоциты созревают и дифференцируются в костном мозге, а затем мигрируют в В-клеточные участки лимфоидных органов. Активация В-кле- ток происходит под действием факторов, продуцируемых Тх-клетками. Последние, однако, сами нуждаются в активации «профессиональными» ан- тиген-представляющими клетками (АПК), например, макрофагами. Некоторые активированные В-клетки превращаются в плазматические и начинают продуцировать иммуноглобулин М (IgM). Большинство же других превращается в В-клетки памяти. Повторная их активация сопровождается переключением синтеза классов иммуноглобулинов и гиперстимуляцией вариабельных (V) сегментов генов иммуноглобулинов, что обеспечивает дальнейшее разнообразие рецепторов и специфичность их взаимодействия с антигенами.
Активация В-клеток происходит при распознавании ими нативных антигенов, тогда как активация Т-клеток происходит только тогда, когда профессо- нальные АПК представляют им «обработанные» (подвергшиеся процессингу) антигенные пептиды, ассоциированные с молекулами главного комплекса гистосовместимости (Major Histocompatibility Complex, МНС). Поэтому Т-клеточное распознавние называют «рестиктированным по МНС».
Комплекс МНС (называемый у человека комплексом HLA) занимает относительно небольшой участок генома. Многочисленные гены этого комплекса кодируют основные гликопротеины, участвующие в представлении антигенов (рис. 3.2). Комплекс HLA расположен на коротком плече хромосомы 6, и включает гены молекул трех классов (I, II и III). «Классический» участок генов класса I содержит локусы, кодирующие молекулы HLA-A, HLA-В и HLA-С, а «неклассический» — локусы, кодирующие HLA-E, HLA-F и HLA-G, а также другие связанные с иммунитетом молекулы (например CD1). Область генов класса II (HLA-D) включает локусы HLA-DP, HLA-DQ, HLA-DR и другие гены, имеющие отношение к процессингу антигенов, их транспорту и представлению. Сюда относится, например, ген транспортера, ассоциированного с процессингом антигена (ТАР). Область класса III содержит гены факторов некроза опухолей (ФНО-а и ФНО-|3), факторов комплемента (С2, С4 и В), а также 21-гидроксилазы (одного из ферментов стероидогенеза). Гликопротеины, кодируемые генами класса I, расположенными в «классическом» участке комплекса, присутствуют на всех соматических клетках, тогда как молекулы, кодируемые генами «неклассического» участка класса I, — только на некоторых (например, HLA-F — на клетках печени плода, HLA-G — на клетках плаценты). Молекула CD1 экспрессируется на клетках Лангерганса, дендритных клетках, макрофагах и В-клетках (все они относятся к профессиональным АПК). В то же время практически все клетки, за исключением зрелых эритроцитов, в определенных условиях [например, при стимуляции интерфероном-у (ИФН-у)] способны экспрессировать молекулы HLA класса II. Как правило, молекулы HLA класса I «представляют» CD8+ Тц-клеткам пептидные продукты антигенов (например, вирусов), попадающих в цитозоль, а молекулы HLA класса II «представляют» CD4+ Тх-клеткам пептидные продукты антигенов (например, бактерий), попадающих в клеточные пузырьки путем эндоцитоза. Молекулы HLA класса II связывают также пептидные продукты многих собственных антигенов клеточной мембраны.
Организация генов комплекса HLA. Вверху - участки, кодирующие белки HLA разных классов. АРТР - кластер генов класса II, кодирующих молекулы, связанные с процессингом, транспортом и представлением антигенов. Гены класса III (кодирующие ФНО-a и ФНО-0, факторы комплемента С2, С4, В, а также 21-гидроксилазу и др.) не участвуют в представлении антигенов
Активация Т-клеток требует, по меньшей мере, двух сигналов. Первый из них возникает при взаимодействии ТКР с антигенным пептидом (в комплексе с молекулой МНС) на поверхности АПК (рис. 3.3). Второй сигнал генерируется взаимодействием костимуляторных молекул CD80 (В7.1) и CD86 (В7.2) на АПК с молекулой CD28 на Т-клетках. Оба эти сигнала совместно вызывают пролиферацию Т-клеток, продукцию ими интер- лейкина-2 (ИЛ-2) и экспрессию белка Bcl-xL, препятствующего апоптозу. Тц-клетки нуждаются также в «помощи» Тх-ьслеток. До недавнего времени считалось, что Тц- и Тх-клетки одновременно взаимодействуют с АПК, и что секретируемые Тх-клетками цитокины (в частности, ИЛ-2) необходимы для активации Тц-клеток. Однако последние данные позволяют постулировать иной механизм активации Т-клеток, а именно взаимодействие молекулы CD154 (лиганда CD40, CD40L), расположенной на Тх-клетке с молекулой CD40 на АПК. По-видимому, это взаимодействие каким-то образом «лицензирует» АПК, придавая им способность прямо стимулировать Тц-клетки (рис. 3.4). Таким образом, при контакте с АПК отпадает необходимость непосредственного взаимодействия между Тх- и Тц-клетками. Образование комплекса CD154-CD40 усиливает также экспрессию молекул CD80 и CD86 на АПК, равно как и секрецию цитокинов (ИЛ-1, -6, -8, -10, -12 и ФНО-а).
Еще одна молекула на Т-клетках, гомолог CD28 — антиген 4 цитотоксических Т-лимфоцитов (CTLA-4, или CD152), подавляет Т-клеточные ответы (см. рис. 3.3). На покоящихся Т-клетках CD 152 практически отсутствует. Связывание CD28 Т-клеток с CD80/86 АПК или ИЛ-2 усиливают экспрессию CD 152, которая обладает в 20 раз большим сродством к CD80/86C АПК, чем CD28.
Общую картину перечисленных взаимодействий можно представить следующим образом (см. рис. 3.3). После процессинга антигена в АПК он объединяется с молекулой HLA и взаимодействует с ТКР. Образующийся комплекс генерирует первый антиген-специфический сигнал для Т-клеток. Второй сигнал возникает при образованиикостимуляторного комплекса CD80/86-CD28, который индуцирует вначале экспрессию CD154, а затем — CD152. Связывание CD154 Тх-клеток с CD40 АПК усиливает экспрессию CD80/86 и придает АПК способность прямо активировать Тц-клетки. Таким же действием обладают воспалительные цитокины, липополисахариды и вирусы. Усиленная экспрессия CD80/86 на АПК и последующее связывание этих молекул с CD28 Т-клеток поддерживает активацию и пролиферацию последних. Однако молекула CD 152, появляющаяся на Т-клетках через 48-72 часа после их активации и обладающая большим сродством к CD80/86 АПК, чем CD28, вытесняет CD28 из связи с CD80/86, что приводит к инактивации Т-клеток.
Распознавание антигена Т-клетками. А. Поглощение антигена: Инкорпорация антигена (путем фагоцитоза, пиноцитоза или опосредованного Fc-рецепторами эндоцитоза иммунных комплексов). Б. Представление антигена: антиген-специфический сигнал для Т-клеток возникает при взаимодействии ТКР с представленным АПК антигенным пептидом (CD8* Тц-клетки взаимодействуют с антигенным пептидом в комплексе с молекулами МНС класса I, a CD4* Тх-клетки — с пептидом в комплексе с молекулами МНС класса II). В. Активация Т-клеток: необходимый второй сигнал возникает при взаимодействии молекул CD80/86 (В7.1; В7.2), расположенных на поверхности АПК, с поверхностной молекулой CD28 Т-клеток. Этот сигнал индуцирует вначале экспрессию Т-клетками молекулы CD154 (CD40L), а затем и CD152 (CTLA-4). Связывание CD154 с CD40 повышает экспрессию на АПК молекул CD80/86, что усиливает их связывание с CD28 Т-клеток и поддерживает активацию и пролиферацию последних. Г. Инактивация Т-клеток: молекула CD152 (экспрессирующаяся на Т-клетках через 48-72 часа после их активации) обладает большим сродством к CD80/86 и поэтому вытесняет CD28 из связи с этими молекулами, обусловливая инактивацию Т-клеток
Описанные взаимодействия, вероятно, значительно упрощают реальную картину. Так, обнаружено новое семейство рецепторов В7; одни из них обладают костимуляторной активностью, многие участвуют в подавлении иммунных реакций, а третьи выполняют двойную функцию. Многочисленность и разнообразие возможных лиганд-рецептор- ных взаимодействий затрудняет понимание регуляции активности Т-клеток.
Активация и дифференцировка В-клеток также обычно требуют двух сигналов. Наивные В-клетки активируются антигеном, но нуждаются и в дополнительных сигналах от активированных Тх-клеток. Некоторые антигены (например, липополисахариды граммотрицательных бактерий или полимерные белковые структуры) способны прямо активировать наивные В-клетки без участия Тх-клеток. Первый способ активации В-клеток, требующий участия Тх-клеток (рестриктирован- ных по МНС класса II), называют тимус-зависи- мым (ТЗ), а второй — тимус-независимым (ТН). Тх-клетки контролируют также переключение изотипов иммуноглобулинов и инициируют соматическую гипермутацию вариабельных участков генов антител в В-клетках. Взаимодействию CD154
Тх-клеток с CD40 В-клеток, а также цитокинам
Тх-клеток принадлежит важнейшая роль в клональной экспансии В-клеток в периферических лимфоидных органах. Переключение изотипов иммуноглобулинов является необходимым условием формирования функционального разнообразия гуморальных иммунных реакций, а соматическая гипермутация вариабельного участка генов иммуноглобулинов определяет повышение аффинности продуцируемых антител.
В целом, иммунный ответ представляет собой сочетание эффекторных реакций, направленных на элиминацию патогенных организмов. Различают механизмы врожденного иммунитета — фагоцитоз (осуществляемый макрофагами, нейтрофи- лами, моноцитами и дендритными клетками), а также цитотоксичность (осуществляемую натуральными киллерами, НК-клетками) и адаптивного (или приобретенного) иммунитета, которые включают антителозависимую комплемент-опо- средованную цитотоксичность (АЗКОЦ), цитотоксичность Ту/8-клеток (распознающих белки
теплового шока на клетках-мишенях) и цитотоксичность, осуществляемую CD8+ или CD4 Тц-клетками. Последние активируются при взаимодействии со специфическими антигенными пептидами, связанными с молекулами МНС I (для CD8+ Т-клеток) и МНС II класса (для CD4+ Т-кле- ток) на АПК, а также под действием ИЛ-2, продуцируемого активированными Тх-клетками. CD8+ и CD4+ Тц-клетки вызывают гибель своих мишеней, секретируя цитокины (перфорины, гранзимы) или индуцируя апоптоз путем Fas-FasL взаимодействия [киллерные клетки, несущие на своей поверхности молекулы Fas-лиганда (FasL), активируют программу гибели клеток-мишеней, экспрессирующих молекулы Fas].
Направление реакций лимфоцитов исключительно против чужеродных, а не собственных (ауто) антигенов обеспечивается многими «барьерами безопасности», которые должны формироваться еще до того, как аутореактивные лимфоциты приобретут способность к дифференцировке и пролиферации.
«Лицензированные» АПК прямо активируют Тц-клетки. Согласно традиционной схеме, Тх- и Тц-клетки одновременно распознают антиген, представляемый АПК. Это стимулирует секрецию интерлейкина-2 (ИЛ-2) Тх-клетками, который и активирует Тц-клетки. По новой же схеме (А), АПК вначале взаимодействуют с Тх-клетками. Связывание CD154 (CD40L) Тх-клеток с CD40 АПК «лицензирует» последние, придавая им способность прямо активировать Тц-клетки. Аналогичной способностью обладают и другие факторы (Б). Таким образом, «лицензированные» АПК могут активировать Тц-клетки без прямого участия Тх-клеток