B-лимфоциты (B-клетки, от bursa fabricii птиц, где впервые были обнаружены) - функциональный тип лимфоцитов, играющих важную роль в обеспечении гуморального иммунитета. При контакте с антигеном или стимуляции со стороны T-клеток некоторые B-лимфоциты трансформируются в плазматические клетки, способные к продукции антител . Другие активированные B-лимфоциты превращаются в B-клетки памяти . Помимо продукции антител, В-клетки выполняют множество других функций: выступают в качестве антигенпрезентирующих клеток, продуцируют цитокины и экзосомы.
У эмбрионов человека и других млекопитающих B-лимфоциты образуются в печени и костном мозге из стволовых клеток, а у взрослых млекопитающих - только в костном мозге. Дифференцировка В-лимфоцитов проходит в несколько этапов, каждый из которых характеризуется присутствием определённых белковых маркеров и степенью генетической перестройки генов иммуноглобулинов.
Аномальная активность В-лимфоцитов может быть причиной аутоиммунных и аллергических заболеваний.
Существует несколько подтипов В- лимфоцитов. Основная функция В- клеток - эффекторное участие в гуморальных иммунных реакциях, дифференциация в результате антигенной стимуляции в плазматические клетки, продуцирующие антитела. Развитие В-лимфоцитов в течение всего постэмбрионального периода протекает в костном мозге. Под воздействием клеточного костномозгового микроокружения и гуморальных факторов костного мозга из стволовой лимфоидной клетки формируются В-лимфоциты. Ранние этапы развития В-лимфоцитов зависят от прямого контактного взаимодействия со стромальными элементами. Более поздние этапы развития В-лимфоцитов протекают под воздействием гуморальных факторов костного мозга.
Образование В- клеток у плода происходит в печени, в дальнейшем- в костном мозге. Процесс созревания В- клеток осуществляется в две стадии:
- антиген- независимую,
- антиген - зависимую.
Антиген -независимая фаза . В- лимфоцит в процессе созревания проходит стадию пре-В- лимфоцита- активно пролиферирующей клетки, имеющей цитоплазменные H- цепи типа C мю (т.е. IgM). Следующая стадия- незрелый В- лимфоцит характеризуется появлением мембранного (рецепторного) IgM на поверхности. Конечная стадия антигеннезависимой дифференцировки- образование зрелого В- лимфоцита, который может иметь два мембранных рецептора с одинаковой антигенной специфичностью (изотипа) - IgM и IgD. Зрелые В- лимфоциты покидают костный мозг и заселяют селезенку, лимфоузлы и другие скопления лимфоидной ткани, где их развитие задерживается до встречи со “своим” антигеном, т.е. до осуществления антиген- зависимой дифференцировки.
Антиген- зависимая дифференцировка включает:
- активацию,
- пролиферацию,
- дифференцировку В- клеток в плазматические клетки и В- клетки памяти.
Активация осуществляется различными путями, что зависит от свойств антигенов и участия других клеток (макрофагов, Т- хелперов). Большинство антигенов, индуцирующих синтез антител, для индукции иммунного ответа требуют участия Т- клеток- тимус- зависимые антигены. Тимус- независимые антигены (ЛПС, высокомолекулярные синтетические полимеры) способны стимулировать синтез антител без помощи Т- лимфоцитов.
В- лимфоцит с помощью своих иммуноглобулиновых рецепторов распознает и связывает антиген . Одновременно с В- клеткой антиген по представлению макрофага распознается Т- хелпером (Т- хелпером 2), который активируется и начинает синтезировать факторы роста и дифференцировки . Активированный этими факторами В- лимфоцит претерпевает ряд делений и одновременно дифференцируется в плазматические клетки, продуцирующие антитела.
Пути активации В- клеток и кооперации клеток в иммунном ответе на различные антигены и с участием популяций, имеющих и не имеющих антиген Lyb5 популяций В- клеток отличаются. Активация В- лимфоцитов может осуществляться:
- Т- зависимым антигеном при участии белков МНС класса 2 Т- хелпера;
- Т- независимым антигеном, имеющим в составе митогенные компоненты;
- поликлональным активатором (ЛПС);
- анти- мю иммуноглобулинами;
Т- независимым антигеном, не имеющим митогенного компонента.
Подробности
Характеристика иммунокомпетентных клеток. Клетки иммунной системы разнообразны по фукциям, особенностям морфологии и гистогенеза. К ним относятся T и B лимфоциты, NK-клетки, макрофаги и моноциты, а также специфические тканевые иммунокомпетентные клетки.
Лимфоциты.
1. О-резервная популяция.
2. Т-лимфоциты – дифференцируются в тимусе, 70-90%, заселяют лимфатические узлы, селезенку, под влиянием антигенов образуют Т-лимфоциты и Т-клетки памяти. Для Т-лимфоцитов характерно наличие на плазмолемме особых рецепторов.
Различают Т-киллеры – клеточный иммунитет, обеспечивают лизис чужеродных и опухолевых клеток, их активация происходит под влиянием антигенов гистосовместимости на поверхности чужеродных генов;
Т-хелперы – стимулируют дифференцировку В-лимфоцитов, образование из них плазмоцитов и продукцию Ig (иммуноглобулинов), Т-хелперы имеют на поверхности рецепторы, которые связываются с белками на плазмолемме В-клеток и макрофагов, стимулируя Тх и макрофаги к пролиферации, продукции ИЛ (интерлейкинов), а В-клетки – к продукции антител;
Т-супрессоры - способны ингибировать активность Т-хелперов, В-лимфоцитов и плазмоцитов. Они участвуют в аллергических реакциях, подавляют дифференцировку В-лимфоцитов.
Одной из основных функций Т-лимфоитов является продукция цитокинов , которые стимулируют или тормозят влияние на клетки, участвующие в иммунном ответе.
3. Натуральные киллеры (NK-клетки) – образуют первую линию защиты против опухолевых и инфицированных вирусом клеток. Т-киллеры образуют вторую линию защиты, В-лимфоциты – основные клетки участвующие в гуморальном иммунитете, на плазмолемме имеют Ig, рецепторы для комплимента и Fc-рецепторы. Под воздействием антигена пролиферируют, дифференцируются в плазмоциты, активно синтезирующие антитела.
Развитие Т- и В-лимфоцитов.
1.СКК- пре-Т и пре-В - стволовые тотипотентные клетки.
2.Пре Т-клетки мигрируют в тимус, где пролиферируют, трансформируются в Т-лимфоциты, несущие характерные мембранные антигены CD4+ и CD8+, Тх, Тс, Тк. Часть подвергается апоптозу.
Дифференцировка Т-лимфоцитов: CD1 – маркер ранней фазы созревания Т-клеток в тимусе, далее на поверхности тимоцитов экспрессирутся CD4 и CD8, однако впоследствии CD4 исчезает и сохраняется только на популяции, переставшей экспрессировать CD8. CD4+ Т-хелперов. CD8+ экспрессируется у Т-киллеров и Т-супрессоров.
Дифференцировка В-лимфоцитов:
из костного мозга. Способны синтезировать Ig, зрелые экспрессируют на клеточной мембране – функционируют как антигенспецифические реепторы. Дифференцированные В-лимфоциты поступают в периферические лимфоидные органы, где при действии антигенов происходят пролиферация и дальнейшая специализация В-лимфоцитов с образованием плазмоцитов и В-клеток памяти. IgM- первичный ответ, IgE и IgA – вторичный.
CD19 – маркер-антиген, присутствует на пре-В клетках в костном мозге. CD20- более поздние стадии.
Антигенезависимая пролиферация и дифференцировка – образование клеток, способных давать специфический тип иммунного ответа, благодаря наличию рецепторов на плазмолемме. Происходит в тимусе, костном мозге под влиянием спец факторов.
Антигензависимая пролиферация и дифференцировка – происходит при встрече с антигенами в периферических лимфоидных органах, при этом образуются эффекторные клетки и клетки памяти.
Взаимодействие клеток в иммунном ответе.
Клеточный иммунный ответ – при трансплантации органов и тканей, ифицировании вирусами, опухолях. Учавствуют Т-киллеры реагирующие с антигеном в комплексе с гликопротеинами MHC-I. Связывание Т-киллеров с мишенями ведет к высвобождению перфоринов (полимеризуются в плазматической мембране клетки-мишени, превращаются в трансмембранные каналы, которые делают мембрану проницаемой, что способствует гибели клетки.
Гуморальный иммунный ответ – макрофаги, Т-хелперы и В-лимфоциты. Попавший в организм антиген поглощается макрофагом. Распавшиеся фрагменты + MHC-II появляются на поверхности клетки – процесирование антигена. Далее происходит распознавание Т-хелперами комплекса антиген+молекулы MHC-II стимулирует выработку Ил-1 макрофагом. Под воздействием Ил-1 активируется и секретируется ИЛ-2 Т-хелперной клеткой. ИЛ-2- способствует пролиферации Т-хелперов и выработке В-клеток.
Активация В-лимфоцита происходит при взаимодействии антигена с Ig-рецептором на поверхности В-клетки. В-лимфоцит процессирует антиген и представляет его фрагмент в комплексе с MHC-II на клеточной поверхности. Т-хелпер узнает комплекс и секретирует Ил-2,4,5,6, под действием которых В-клетка размножается и дифференцируется с образованием плазматических клеток и клеток памяти. ИЛ-4 – активирует В-клетки, ИЛ-5- пролиферация В-клеток, ИЛ-6 – созревание В-клеток и превращение их в плазматические клетки, секретирующие антитела.
Т-супрессоры - подавляют способность лимфоцитов участвовать в выработке антител, таким образом обеспечивают иммунологическую толерантность.
Дифференцировка клеток плазматического ряда: плазмобласт (деконденсированный хроматин (эухроматин) и 1-2 ядрышка) --> проплазмоцит (хроматин в виде спиц колеса, ув АГ) --> плазмоцит (много цистерн грЭПР, заполненных Ig, не делятся и не двигаются. Синтез Ig происходи при иРНК на рибосомах грЭПР В-лимфоцитов.
Макрофаги. Естественный иммунитет: способность к фагоцитозу и синтез пищарительных ферментов (лизоцима, интерферона – передача антигена Т- и В-лимфоцитам).
1 стадия – стимулируют лимфоциты,
2- выработка антител и разрушение антигена. Фагоцитоз облегчается при антиген соединен с антителом или комплексом антигена с комлементом.
Участие тучных клеток и эозинофилов в именных реакциях. При первичном введении антигенов наблюдается повышение числа тучных клеток, их контакт с макрофагами и массовая дегрануляция (при соед антитела с IgЕ), при этом выделяются гистамин, серотонин, гепарин). Увеличивается содержание гистамина и количество эозинофилов.
Механизмы интеграции элементов иммунной системы. Эмбриональный период: желточный мешок-костный мозг (под контролем гормонов гипофиза и надпочечников). Циркуляция зависит также от взаимодействия лимфоцита с посткапиллярными венулами с высоким эндотелием. Медленный тип миграции: СКК, Т-, В-лимфоциты, заселяющие периферические лимфоидные органы. Быстрый характерен для постоянно циркулирующих клеток памяти: Т-лифмоциты. Рециркулирующие лимфоциты – при помощи рецепторов осуществляют проверку всех тканей организма.
На их долю приходится до 40% всех лейкоцитов и их подразделяют на 3 размерные группы – малые (5-6 мкм), средние и большие (> 10 мкм). Размеры зависят от функционального состояния и зрелости клеток. По функциям лимфоциты также неоднородны и подразделяются на Т-лимфоциты (70-80%), В-лимфоциты (10-20%) и большие гранулярные лимфоциты (NK, 5-10%). Они различаются совокупностью своих поверхностных рецепторов, что определяет и их разные функции в иммунных реакциях.
Вопрос 3.
Лимфоцитопоэз начинается в красном костном мозге. СКК образует полипотентную КП-лимфопоэза, которая дает начало трем унипотентным предшественникам: КП - В лимфоцитов, КП – Т лимфоцитов и КП-NK-клеток. Для Т- и В-лимфоцитов дальнейшая дифференцировка протекает очень сложно и подразделяется на два этапа : антигеннезависимую и антигензависимую.
I. Антигеннезависимая дифференцировка протекает независимо от присутствия антигенов, в центральных органах иммунных реакций. Для В-лимфоцитов это красный костный мозг , для Т-лимфоцитов – тимус (поэтому Т-лимфоциты на этой стадии развития называют еще тимоцитами) Унипотентные предшественники (пре-В-клетки или пре-Т-клетки) проходят здесь стадии:
Лимфобласт (соответствует большому лимфоциту)
незрелый-лимфоцит (средний)
зрелый лимфоцит (малый).
Главные события антигензависимой дифференцировки – приобретение лимфоцитами специфических поверхностных рецепторов.
Вопрос 4.
Мембранных рецепторов у лимфоцитов очень много и их можно разделить на 2 группы.
А) специфические рецепторы , способные распознавать свои конкретные антигены и связываться с ними.
Поскольку антигенов бесконечное множество, то и эти рецепторы бесконечно разнообразны. Согласно клонально-селекционной теории для каждого антигена образуется своя группа (клон) лимфоцитов со строго специфичным рецептором. У Т-лимфоцитов это семейство ТКР (Т-клеточные рецепторы ), у В-лимфоцитов – это молекулы иммуноглобулинов (антител), встроенные в плазмолемму. В составе всех этих рецепторов есть вариабельная область, которая позволяет создавать их бесконечное разнообразие. Это требует определенной перестройки генома в созревающих клетках, что называют реаранжировкой)
Б) добавочные рецепторы , характерные для групп (субпопуляций) лимфоцитов, выполняющих разные функции. Эти рецепторы называют также поверхностными функциональными маркерами. Они необходимы для взаимодействия между клетками, участвующими в иммунном ответе. Самые важные среди них - CD молекулы , представляющие собой мембранные гликопротеиды. На сегодняшний день их известно более 40 разновидностей и они обозначаются цифровыми символами (CD 4, CD 32 и т.д.).
В ходе антигеннезависимой дифференцировки Т-лимфоцитов на их поверхности появляются специфические Т-клеточные рецепторы, и набор CD-рецепторов, который закономерно изменяется. Зрелые Т-клетки, поступающие из тимуса относятся к 3 функционально разным видам и имеют разные СD-рецепторы.
Т х (хелперы) несут рецептор СD 4,
Т к (киллеры) и Т с (супрессоры) несут рецепторы CD 8 + .
Антигеннезависимая дифференцировка В-лимфоцитов включает экспрессию на поверхности сначала IgM (незрелый В-лимфоцит), а затем к нему добавляется IgD (зрелая клетка). В ходе созревания В-клетка также приобретает CD –рецепторы (19-23, 40).
Вопрос 5 .
Процессы антигеннезависимой дифференцировки очень сложны. Кроме деления клеток и приобретения рецепторов она включает процесс отбора лимфоцитов (селекцию ), в ходе которого значительная часть клеток до (90%) погибает. Запрограммированной гибели подвергаются те клетки, которые имеют специфические рецепторы к белкам собственного организма. Такая селекция предотвращает развитие аутоиммуных реакций.
Все процессы на этой стадии лимфопоэза регулируются клетками тимуса и красного костного мозга, которые создают необходимые для созревания лимфоцитов условия (микроокружение ). Основными факторами микроокружения являются различные цитокины (колониестимулирующий фактор КСФ, интерлейкины, тимозин, тимопоэтин и другие).
Зрелые лимфоциты, завершившие антигеннезависимую дифференцировку, готовы к встрече с антигеном, но еще не встречались с ним. Поэтому их называют наивными или девственными. Наивные лимфоциты выселяются через стенку сосудов в кровоток и таким образом мигрируют из центральных органов кроветворения в периферические органы иммунной системы (селезенку, лимфатические узлы, миндалины, аппендикс и др.). Здесь должна произойти встреча с антигеном и тогда начнется вторая стадия лимфопоэза – антигензависимая дифференцировка. Наивные лимфоциты – короткоживущие клетки, не встретив свой антиген, они погибают. Миграция лимфоцитов происходит строго направлено – не просто в перечисленные органы, но и в определенные зоны внутри этих органов (Тл – в Т-зависимые зоны, Вл – в В-зависимые). Это возможно благодаря опять-таки рецепторам. Наивные лимфоциты имеют специальные хоминг-рецепторы, которые связываются с рецепторами (адрессинами) капилляров в соответствующих зонах нужных органов.
Вопрос 6 .
Чтобы началась антигензависимая дифференцировка, лимфоциту необходима информация о структуре антигена, который необходимо уничтожить. Эта информация предоставляется специальными клетками, которые объединяют под названием антиген-представляющих клеток (АПК). К ним относят моноциты, макрофаги и дендритные АПК . Дендритные АПК это отростчатые клетки, которые встречаются в рвст и в некоторых эпителиях. Это потомки моноцитов крови. По сравнению с макрофагами активность их лизосомальных ферментов более низкая, но фагоцитарная и антигенпредставляющая способности очень высоки. Антигенпредставляющая функция свойственна также и самим В-лимфоцитам . АПК функционируют по единой схеме.
1. Они фагоцитируют антиген и разрушают (процессинг) его настолько, чтобы освободился эпитоп – короткая пептидная цепочка из 8-10 аминокислот, входящая в структуру антигена. Каждый антиген имеет свой специфичный эпитоп (или антигенную детерминанту), который распознается клетками иммунной системы как его визитная карточка.
2. АПК на своей грЭПС синтезируют МНС- молекулы главного комплекса гистосовместимости. Клетки всех высших позвоночных синтезируют набор таких молекул, которые затем включаются в плазмолемму. По ним лимфоциты определяют, своя или чужая клетка. Таков, например, механизм отторжения чужих трансплантатов. У человека они носят название HLA-рецепторы.
3. В цитоплазме АПК МНС-молекулы образуют комплекс с эпитопом, который транспортируется на поверхность клетки, где эпитоп и представляется соответствующему лимфоциту.
МНС-молекулы делят на 2 класса. Молекулы МНС I класса связываются с эпитопами тех антигенов, которые синтезированы внутри клетки (эндогенные антигены). Это, например, вирусные белки в инфицированной клетке или белки опухолевых клеток. Такие комплексы появляются на поверхности любых клеток и даже тромбоцитов и благодаря этому лимфоциты могут уничтожить любую клетку, которая заражена или подвержена опухолевому перерождению. Молекулы МНС II класса образуют комплекс с эпитопом экзогенных антигенов. Ясно, что в этом случае чужеродные частицы сначала должны быть фагоцитированы и подвержены процессингу. Такие комплексы выявляются на поверхности только АПК.
Вопрос 7.
II. Антигензависимая дифференцировка .
Взаимодействие АПК с лимфоцитом инициирует антигензависимую дифференцировку. Она начинается с того, что зрелые лимфоциты возвращаются в стадию активно делящегося бласта – иммунобласта . Этот процесс получил название вторичной бласттрансформации и он обеспечивает резкое увеличение числа именно тех лимфоцитов, которые имеют рецепторы к данному антигену.
Ход дальнейших событий зависит от природы антигена. Клеточные антигены (вирусы, бактерии, грибы, опухолевые или мутантные клетки, чужие пересаженные ткани и т.д.) вызывают реакции клеточного иммунитета. Чужеродные макромолекулы приводят к реакциям гуморального иммунитета.
Вопрос 8 .
Клеточный иммунный ответ обеспечивается Т-лимфоцитами. Для этого комплекс МНС I кл./эпитоп антигена (на поверхности АПК) должен присоединиться к специфическому ТКР и к СD 8-рецептору на поверхности наивного Т-лимфоцита. Это рецепторное взаимодействие двух клеток активирует превращение лимфоцита в Т-иммунобласт, а затем – созревание в эффекторную клетку – Т-киллер .
Т-киллеры или Т-цитотоксические лимфоциты морфологически относятся к малым лимфоцитам. В их цитоплазме содержится 30-50 крупных мембранных гранул с цитотоксическими веществами (гранзимы и перфорин) . Т-киллеры обследуют поверхность клеток в поисках нужного эпитопа, связываются с клеткой-мишенью и оказывают на нее летальное действие, образно называемое «смертельным поцелуем». Т-киллеры используют 2 механизма. 1) выбрасывают из своих гранул белки перфорины. Эти молекулы встраиваются в чужую плазмолемму и формируют в ней сквозные поры, которые постепенно увеличиваются в диаметре. Это нарушает осмотическое равновесие, клетка набухает и гибнет. 2) Через перфориновые поры Т-киллеры также впрыскивают в чужую клетку гранзимы – ферменты, которые запускают апоптоз – программируемую клеточную гибель (самоубийство).
В ходе антигензависимой дифференцировки в случае клеточного иммунитета помимо Т-киллеров образуются также Т-клетки памяти . Они имеют ТКР к тому антигену, который вызвал иммунный ответ. Они соответствуют наивным лимфоцитам, но живут гораздо дольше и их гораздо больше. Годами рециркулируя в организме, они дожидаются, когда антиген попадет в организм повторно – тогда они быстро активируются в эффекторные Т-киллеры и обеспечивают вторичный иммунный ответ.
Вопрос 9.
Антигензависимая дифференцировка В-лимфоцитов происходит в ходе гуморального иммунитета , т.е. при поступлении чужеродных макромолекул – белков, гликопротеидов и т.д. Она проходит с участием регуляторных клеток – Т-хелперов и Т-супрессоров.
Для активации В-лимфоцитов необходимо несколько условий:
1. Контакт с антигеном.
Наивные В-лимфоциты, поступающие из красного костного мозга, несут на своей поверхности молекулы Ig М, представляющие собой специфические антиген-распознающие рецепторы. Благодаря предыдущей реанжировке генома, В-лимфоциты одного организма имеют огромный репертуар этих рецепторов (10 9 вариантов). Кроме того, В-клетки несут маркеры CD 19-23, молекулы МНС I и II классов, Fc- и С3-рецепторы.
В результате дальнейшего фагоцитоза и процессинга на поверхности В-лимфоцита появляется комплекс молекулы МНС II класса/эпитоп антигена.
2. Активация Т-хелпера.
Фагоцитоз антигенов антигенпрезентирующими клетками приводит к экспрессии на их мембране комплексов МНС II класса/ антиген. Этот комплекс на поверхности АПК распознается наивными Т-хелперами посредством ТКР и CD4. При этом АПК выделяет ИЛ-1, активизирующий Т- хелпер.
3. Контакт В-лимфоцита с активированным Т-хелпером.
При контакте с комплексом МНС II класса /антиген на поверхности В-лимфоцита такой активированый Т-хелпер начинает выделять широкий набор интерлейкинов, активируя В-лимфоцит. Активации В-лимфоцитов способствует также контакт их СD 40-рецепторов с лигандом (СD 40L) на поверхности Т-хелпера.
Кроме активации В-лимфоцитов, Т-хелперы оказывают регуляторное воздействие и на другие лейкоциты. На их долю приходится 2/3 всех лимфоцитов. Снижение их числа приводит к состояниям иммунного дефицита. При СПИДе вирус поражает именно Т-хелперы.
Активированные В-лимфоциты претерпевает вторичную бласттрансформацию, пролиферацию и дифференцировку в плазматические клетки.
Вопрос 10.
Плазматическая клетка (плазмоцит) – эффекторная клетка гуморального иммунитета. Главная ее функция – выработка антител . Это неподвижная короткоживущая клетка утрачивает многие рецепторы В-лимфоцита. Ядро округлое, расположено эксцентрично, гетерохроматин распределен радиальными тяжами («спицы в колесе»). Цитоплазма заполнена грЭПС и потому базофильна, за исключением «светлого дворика» вблизи ядра, где расположен комплекс Гольджи. Секреторных гранул нет, поскольку продуцируемые антитела сразу же экзоцитируются при помощи мелких пузырьков. Каждую секунду клетка производит тысячи молекул антител. Молекулы имеет участки, которые специфически связываются с конкретным антигеном. Гены, которые кодируют этот участок, способны перестраиваться (реанжировка) и благодаря этому достигается огромное разнообразие антител. Поэтому каждый плазмоцит начинает вырабатывать иммуноглобулины, строго специфичные для того антигена, который вызвал дифференцировку. Антитела связываются с антигенами и включают разнообразные механизмы их уничтожения (опсонизация, запуск комплемента и т.д.).
Плазмоциты не циркулируют в кровотоке. Они распределяются в тканях периферических лимфоидных органов и рыхлой соединительной ткани, особенно много их в слизистых оболочках и строме экзокринных желез.
Кроме плазматических клеток образуются также долгоживущие В-клетки памяти.
Т-супрессоры угнетают активность иммунных реакций. Это происходит либо при контактном воздействии на клетки-мишени (В-лимфоциты, Т-хелперы и Т-киллеры) либо путем выработки супрессорных факторов.
Итак, все иммунокомпетентные клетки можно разделить на:
1. АПК (дендритные АПК, макрофаги и моноциты, В-лимфоциты)
2. Эффекторные клетки (Т-киллеры клеточного иммунитета, плазматические клетки гуморального иммунитета)
3. Регуляторные клетки (Т-хелперы и Т-супрессоры)
4. Клетки памяти.
Вопрос 11 .
Нулевые лимфоциты .
Это популяция лимфоцитов, которые не имеют ни Т-клеточных, ни В-клеточных рецепторов. Их маркерами служат CD16, CD56 и CD57. Большинство этих клеток относят к так называемым натуральным киллерам – NK-клеткам . Морфологически это большие лимфоциты с бобовидным смещенным ядром и азурофильными гранулами, которые по виду и составу близки гранулам Т-киллеров. Эти клетки также называют большие гранулярные лимфоциты. Клетками-мишенями для них являются опухолевые клетки, клетки, зараженные вирусами, бактериями или простейшими, а также стареющие и поврежденные клетки. Механизм уничтожения сходный с Т-киллерами, но более активный, поскольку не требует распознавания молекул МНС. NK-клетки не обладают антигенной специфичностью и не приобретают иммунологическую память. Они обеспечивают неспецифический противоинфекционный иммунитет, а также являются главным звеном противоопухолевой защиты. Повышение их числа и активности – перспективное направление онкологии.
Предшественники Т-лимфоцитов (пТ), образовавшиеся в костном мозге, мигрируют в тимус и заселяют его корковую зону .
Важную роль в этом процессе играют хемокины, выделяемые эпителиальными клетками тимуса и привлекающие пТ в этот орган. Для проникновения в тимус пТ должны преодолеть гемато-тимический барьер. Преодоление этого барьера основано на взаимном распознавании мембранных молекул пТ (протеогликан CD44, остатки гиалуроновой кислоты, β-интегрин и др.), молекул межклеточного матрикса, таких как фибронектин, и мембранных молекул барьерных клеток.
В субкапсулярной зоне коры тимуса из пТ образуются незрелые Т-лимфоциты , они проходят через несколько стадий дифференцировки прежде чем приобретут иммунокомпетентность и покинут тимус.
В коре тимуса интенсивно идет процесс размножения лимфоцитов. В среднем у человека за сутки образуется около 5х10 8 тимоцитов, тогда как покидают тимус за это же время лишь примерно 8х10 6 клеток. Таким образом, из тимуса выходит лишь около 3% вновь образованных клеток. Биологический смысл этого явления стал понятен сравнительно недавно. Он обусловлен селекцией клонов Т-лимфоцитов, способных взаимодействовать с собственными антигенами гистосовместимости.
Этапы внутритимусной дифференцировки от пТ до более зрелых Т-лимфоцитов, покидающих тимус, характеризуются изменением экспрессии фенотипических Т-клеточных маркеров. Основными из них являются поверхностные CD-антигены (дифференцировочные антигены).
Разные CD-антигены характерны как для определенных стадий дифференцировки, так и для функционально различных субпопуляций лимфоцитов.
CD-антигены представляют собой молекулы сложных белков, гликопротеидов, встроенные в плазматическую мембрану лимфоцитов. Так, для Т-хелперов фенотипическим маркером является белок CD4, для цитотоксических Т-лимфоцитов – CD8. Оба этих белка выполняют функцию корецепторов и участвуют в процессе распознавания антигенов.
Белок CD2 , который появляется на самых ранних этапах образования кортикальных тимоцитов, является общим маркером Т-лимфоцитов и выполняет функцию рецептора для эритроцитов барана. На выявлении этого рецептора основан ранее широко применявшийся тест спонтанного розеткообразования с эритроцитами барана, позволяющий определить количество Т-лимфоцитов (Е-РОК).
Другим общим Т-лимфоцитарным маркером является белок CD3 , он играет важную роль в передаче сигнала в цитоплазму Т-лимфоцитов при контакте антигенраспознающих рецепторов Т-лимфоцитов с антигенными детерминантами.
В процессе дифференцировки Т-лимфоцитов параллельно с появлением новых CD-антигенов может происходить утрата некоторых старых. Таким образом, CD-антигены могут служить примером стадиоспецифических антигенов. Поэтому по CD-маркерам можно определять как количество Т-лимфоцитов и их субпопуляций, так и степень зрелости этих клеток.
Другим важным маркером дифференцировки Т-лимфоцитов является антигенраспознающий рецептор (ТКР) , также формирующийся на ранних стадиях дифференцировки тимоцитов в корковой зоне тимуса.
Фенотипические изменения поверхностных маркеров Т-лимфоцитов в процессе дифференцировки отражают индуцированные целым комплексом стимулов дифференцировочные изменения в клетках: перестройку и активацию определенных генов, синтетические процессы в клетках, приобретение ими определенных функциональных свойств.
К стимулам, под влиянием которых индуцируется дифференцировка Т-лимфоцитов, относятся, прежде всего, межклеточные взаимодействия тимоцитов с эпителиальными клетками тимуса, макрофагами и дендритными клетками с участием формирующихся ТКР и корецепторов, а также молекул адгезии.
Очень важную роль в этом процессе играют и гуморальные воздействия : гормоны тимуса и целый комплекс цитокинов, таких как ИЛ-7, ИЛ-3, ИЛ-1 и другие.
Предшественники Т-лимфоцитов, мигрировавшие в тимус из костного мозга, представляют собой лимфобласты, имеющие определенный набор поверхностных молекул, в частности, CD44, но лишенные маркеров дифференцировки – СD2, СД3, CD4 и СD8. Они заселяют верхнюю часть коры тимуса – субкапсулярную зону.
Взаимодействие пТ с эпителиальными клетками стромы субкапсулярной зоны приводит к экспрессии первого специфического маркера Т-клеток – белка CD2 . Тимоциты, имеющие этот маркер (CD2 +), находясь в тесном контакте с эпителиальными клетками-няньками (nurse cells), активно размножаются и начинают экспрессировать также белки CD3, CD4, CD8 и β-цепь ТКР. Их фенотип записывается следующим образом: CD2 + 3 + 4 ± 8 ± βТКР ± . Эти клетки перемещаются в более глубокие слои коры тимуса. Важную роль на этой стадии дифференцировки играют гормоны тимуса, в первую очередь тимопоэтин, а также цитокины ИЛ-3 и ИЛ-7.
В корковой зоне в результате перестройки и активации генов, кодирующих ТКР, начинается экспрессия обеих цепей ТКР. Параллельно налаживается полноценная экспрессия CD4 и CD8.
В коре тимоциты находятся в непосредственном контакте с кортикальными эпителиальными клетками, которые обладают разветвленными цитоплазматическими выростами, окружающими тимоциты. На эпителиальных клетках хорошо экспрессированы молекулы МНС I и II класса.
Эти межклеточные контакты индуцируют основные селекционные процессы, происходящие в коре тимуса . Полноценная экспрессия ТКР на поверхности кортикальных тимоцитов приводит к образованию огромного количества самых разнообразных по специфичности клонов CD4 + 8 + ТКР + Т-лимфоцитов.
Те клоны, рецепторы которых не комплементарны собственным белкам МНС (а их большинство), погибают в результате апоптоза (запрограммированная гибель клеток). Выживают только клоны, рецепторы которых комплементарны собственным белкам МНС . Эти Т-лимфоциты получают необходимые дифференцировочные сигналы, тем самым они избегают апоптоза и подвергаются дальнейшей дифференцировке. Таким образом происходит отбор клонов Т-лимфоцитов, способных работать в собственном организме (МНС-рестрикция).
Этот процесс называется положительной селекцией . После завершения положительной селекции выживает менее 5% кортикальных тимоцитов, они перемещаются в мезенхиму тимуса через кортико-медуллярную зону.
Каждая из этих клеток способна реагировать либо с белками МНС I класса, либо с белками МНС II класса. В процессе положительной селекции тимоциты, специфичные к белкам МНC I класса, сохраняют корецептор CD8 и перестают экспрессировать CD4. Эти клетки приобретают, таким образом, фенотип цитотоксических Т-лимфоцитов: CD2 + 3 + 8 + (CD8 +).
Тимоциты, специфичные к белкам МНС II класса, сохраняют корецептор CD4 и утрачивают CD8. Они приобретают фенотип Т-хелперов: CD2 + 3 + 4 + (CD4 +) . Так происходит формирование двух основных функционально различных субпопуляций Т-лимфоцитов.
В кортико-медуллярной зоне и в мезенхиме тимуса сохранившиеся в результате положительной селекции клоны Т-лимфоцитов под влиянием ряда цитокинов и тимических гормонов (в первую очередь тимозина), а также межклеточных взаимодействий проходят дальнейшие этапы созревания и подвергаются так называемой отрицательной селекции .
В норме иммунная система организма толерантна (терпима) к собственным антигенам (аутоантигенам). По современным представлениям толерантность к собственным антигенам как раз и является в значительной степени следствием процесса отрицательной селекции в тимусе.
На основании экспериментальных данных большинство исследователей пришли к выводу, что в кортико-медуллярной зоне и в мезенхиме тимуса образовавшиеся CD4 + и CD8 + Т-лимфоциты, еще недостаточно зрелые, вступают в контакт с макрофагами и дендритными клетками, которые «представляют» на своей поверхности собственные антигены организма (после фагоцитоза и пиноцитоза продуктов распада собственных клеток тимуса и попавших в тимус с кровотоком небольших аутологичных белковых молекул) в иммуногенной форме, то есть в комплексе с белками МНС I и II классов. Однако при взаимодействии Т-лимфоцитов с помощью ТКР с этими антигенами Т-клетки получают только один, специфический сигнал, в то время как для того, чтобы избежать апоптоза, они должны получить еще второй, костимулирующий сигнал. Кроме того, необходима экспрессия на поверхности тимоцитов белков Bcl-2 или Bcl-XL, которые являются продуктами соответствующих онкогенов и защищают клетки от апоптоза. Так как экспрессия этих белков и костимулирующих молекул на незрелых тимоцитах отсутствует или крайне незначительна, то имеющие высокоаффинные ксобственным антигенам ТКР клоны Т-лимфоцитов при контакте с этими антигенами, представленными в комплексе с белками МНС на поверхности АПК, подвергаются апоптозу и погибают.
Таким образом, Т-лимфоциты подвергаются апоптозу на всех этапах созревания в тимусе в результате отсутствия необходимых сигналов в виде межклеточных контактов (посредством взаимодействия с костимулирующими молекулами) или гуморальных ростовых факторов.
На этапах клональной селекции апоптоз играет важнейшую роль в устранении ненужных, не поддержанных положительной селекцией (МНС рестрикция) и аутореактивных (отрицательная селекция) клонов. В результате погибает значительное количество клонов Т-лимфоцитов, имеющих ТКР-рецепторы, высокоаффинные к собственным антигенам. Сохраняются и выходят в кровоток те клоны, ТКР-рецепторы которых обладают низкой аффинностью к собственным антигенам. В настоящее время мнение, что клональная делеция (отрицательная селекция) является ведущим механизмом формирования центральной естественной иммунологической толерантности, является общепринятым.
В конце 1990-х - начале 2000-х годов была открыта новая субпопуляция CD4 + Т-лимфоцитов, которые дифференцируются в тимусе в процессе отрицательной селекции в качестве альтернативы клональной делеции аутореактивных CD4 + Т-лимфоцитов с достаточно высокой степенью аффинности ТКР к собственным антигенам. У этих клеток при контакте с антигенами, представленными на поверхности АПК, повышается уровень фактора транскрипции FoxP3 (который регулирует транскрипцию генов, ответственных за дифференцировку Т-лимфоцитов и синтез ими цитокинов), возрастает экспрессия белка CD25 (рецептора к ИЛ-2), и они дифференцируются в регуляторные Т-лимфоциты (Трег. лимфоциты) с фенотипом CD4 + 25 + FoxP3 + . Эти клетки обладают супрессорной активностью по отношению к зрелым эффекторным Т-лимфоцитам той же специфичности, работающим на периферии (Тх1, CD8 + цитотоксическим Т-лимфоцитам).
Большинство Трег. лимфоцитов являются аутореактивными клетками, они подавляют аутоиммунные процессы, в которых участвуют эффекторные Т-лимфоциты, имеющие ТКР той же специфичности. Благодаря этому Трег. лимфоциты играют важную роль в механизмах периферической толерантности . Это доказывают результаты экспериментальных исследований на животных, которые продемонстрировали, что Т-лимфоциты с фенотипом CD4 + 25 + FoxP3 + подавляют развитие аутоиммунных заболеваний, таких как экспериментальный аллергический энцефаломиелит, экспериментальный аутоиммунный колит, эксперментальный аутоиммунный диабет.
Необходимо заметить, однако, что, по-видимому, не все аутоантигены организма попадают в тимус и участвуют в процессе отрицательной селекции. Так, в частности, не попадают в тимус многие органоспецифические антигены. Поэтому определенное количество аутореактивных клонов избегает гибели в тимусе и поступает на периферию. Работа этих клонов в норме блокируется периферическими механизмами толерантности.
Выжившие после отрицательной селекции клоны CD4+ и CD8+ Т-лимфоцитов покидают тимус и мигрируют в периферические лимфоидные органы, где заселяют тимусзависимые зоны и подвергаются при встрече с соответствующими антигенами антигензависимой дифференцировке.
Выжившие в результате положительной и отрицательной селекции в тимусе CD4+ и CD8+ Т-лимфоциты, а также CD4 + 25 + FoxP3 Трег. лимфоциты, мигрирующие из тимуса, не являются еще функционально зрелыми клетками. Они представляют собой продукт антигеннезависимой дифференцировки в тимусе. Эти клетки, еще не встречавшиеся с антигенами, принято называть «наивными», или «непримированными », лимфоцитами, они являются предшественниками зрелых эффекторных Т-лимфоцитов.
Схема антигеннезависимой дифференцировки Т-лимфоцитов представлена на рис. 28.
Полипотентная гемопоэтическая стволовая клетка (ГСК) малодифференцированный клеточный элемент, способный к самоподдержанию, пролиферации и дифференцировке во все клетки крови.
ГСК локализуются в красном костном мозге (концентрация до 1% среди мононуклеарных клеток), печени эмбриона (до 1%), ГСК циркулируют в пуповинной крови (до 1%), периферической крови (около 0, 1% от всех ядерных клеток)
Этапы развития ГСК Полипотентная стволовая кроветворная клетка (stem cell). Родоначальная стволовая кроветворная клетка (progenitor cell) – ограничена в самоподдержании, но интенсивно пролиферирует. Имеет ограниченное число делений и ограниченный потенциал, коммитированы к дифференцировке, по крайней мере, в двух направлениях (лимфоидном и миелоидном). Клетка предшественник (precursor cell) – коммитирована только в один тип клеток крови (лимфоциты, гранулоциты, моноциты и т. д.). Зрелые клетки (Т-, В-лимфоциты, эритроциты, моноциты и т. п.).
Лимфоидная родоначальная клетка ГСК самоподдержание В-лимфоцит Предшественник В-лимфоцитов Т-лимфоцит NK Предшественник Т-лимфоцитов Миелоидная родоначальная клетка
Клональный принцип организации лимфоцитов Клон лимфоцитов – группа лимфоцитов, имеющих антигенраспознающие рецепторы одной специфичности, т. е. способные распознавать одну АГ детерминанту. 1 КЛОН = 1 АГ-распознающий РЕЦЕПТОР! В иммунной системе формируется множество клонов лимфоцитов способных распознавать огромное количество вариантов антигенных молекул, составляющих антигенный репертуар.
Молекула BCR имеет слишком короткий цитоплазматический хвост, поэтому для трансдукции (передачи) сигнала от BCR к ядру клетки используются вспомогательные молекулы, такие как CD 79 и другие (CD 19, CD 20, CD 21).
Легкие цепи, входящие в состав BCR, могут быть двух видов: κиλ Их строение кодируется генетическими локусами, расположенными во 2 и 22 хромосомах Тяжелые цепи (5 видов, соответствующие классам иммуноглобулинов: μ, γ, δ, ε, α) кодируются в едином локусе 14 хромосомы. Это - зародышевые гены иммуноглобулинов.
В общем виде каждая группа зародышевых генов состоит из 4 -х генных сегментов: ВАРИАБЕЛЬНЫЙ (V), РАЗНООБРАЗНЫЙ (D), СОЕДНИТЕЛЬНЫЙ (J) КОНСТАНТНЫЙ (С)
Для формирования многообразия вариабельных доменов (V-домены) комплементарных различным видам АГ, во время дифференцировки происходит перестройка (реаранжировка) зародышевых генов, в результате которой формируется окончательный вид генов, кодирующих белковую структуру BCR и иммуноглобулинов.
Для перегруппировки генов H- и L-цепей требуются ферменты рекомбиназы RAG-1 и RAG-2 (recombinationactivating genes). Перегруппировка представляет собой вырезание отдельных фрагментов ДНК и сшивку оставшихся частей по принципу образования петель ДНК.
Отрицательная селекция В-лимфоцитов в костном мозгу: реакции незрелых клеток на распознавание аутоантигена – индукция анергии, редактирование V-генов и апоптоз
Дифференцировка В-лимфоцита в плазматическую клетку Плазматическая клетка B-лимфоцит Утрата экспрессии генов В-клетки Блокада клеточного цикла после плазмобласта Увеличение размера, расширение цитоплазмы, развитие шероховатого ЭПР
TCR – гетеродимеры, и или и цепей (Т-клетки и Т-клетки) TCR тесно соединяется с CD 3 – комплексом полипептидных цепей, необходимых для трансдукции сигнала
Схематическая структура CD 4 (4 подобных Ig домена) и CD 8 (αβ – гетеродимер и αα- гомодимер)
В отличие от BCR, распознающего АГ в нативном виде, TCR связывает и распознает АГ только в составе молекул MHC. CD 4 и CD 8 классические корецепторы, распознающие комплекс «пептид-МНС» и участвующие в сигнальной трансдукции. Внеклеточные домены CD 4 и CD 8 связываются с консервативными МНС молекулами на АПК. CD 4 связывается с МНС класса II, а CD 8 – с МНС класса I
Т-хелперы (Th) (CD 4+) Функциональная субпопуляция Т клеток, которые способствуют генерации цитотоксических Т лимфоцитов и участвуют в межклеточной кооперации с В-клетками, активируя их в направлении синтеза антител. Th распознают антиген в ассоциации с молекулами MHC класса II (феномен двойного распознавания)