Механизмы взаимодействия клеток в иммунном ответе

В ходе развития иммунного ответа разные клетки взаимодействуют друг с другом. Известно как минимум 2 механизма такого взаимодействия:

• * адгезия клеток: мембранные молекулы одной клетки комплементарно связываются с мембранными молекулами другой клетки;
• * взаимодействие при помощи медиаторов: клетка секретирует особые растворимые молекулы (медиаторы), Рц к которым присутствуют на мембранах других клеток; при связывании Рц с лигандом индуцируется тот или иной биологический эффект. Медиаторы, участвующие в развитии иммунного ответа, называют цитокинами и хемокинами.

Молекулы межклеточной адгезии

К молекулам межклеточной адгезии относятся селектины, адрессины, интегрины, вещества надсемейства иммуноглобулинов и ряд других.

• * Селектины - трансмембранные белки на поверхности лимфоцитов, лейкоцитов и эндотелиоцитов. Общим для них является наличие во внеклеточной части лектиноподобного домена, способного комплементарно связывать сахара.
• * Адрессины - муциноподобные молекулы на мембране эндотелиоцитов — лиганды для селектинов.

Селектины и адрессины обеспечивают селективную адгезию клеток у стенки сосуда, необходимую для их дальнейшего проникновения в очаг поражения.

* Интегрины — гетеродимерные белки, состоящие из крупной б-цепи и меньшей по размеру в-цепи.

LFA-1 (Lymphocyte Function-Associated antigen — Аг, ассоциированный с функцией лимфоцитов) — наиболее важный интегрин для активации любого T-лимфоцита, так как АТ к LFA-1 способны блокировать активацию как неиммунных, так и иммунных T-лимфоцитов. Однако анализ врождённых генетических дефектов молекул адгезии показывает, что другие интегрины (например, CD2) способны компенсировать отсутствие LFA-1.

* VLA (Very Late Activation antigens) — очень поздние Аг активации. Эти интегрины экспрессируются на T-лимфоцитах на 2−4-е сутки от начала активации и имеют наибольшее функциональное значение для проникновения уже иммунного T-лимфоцита в очаг воспаления, где ему надлежит организовать санацию от Аг.ICAM (Intercellular Adhesion Molecules — молекулы межклеточной адгезии) относятся к надсемейству иммуноглобулинов.

¦ Взаимодействие молекул адгезии LFA-3 и ICAM-1 на клетках эпителия тимуса с комплементарными им молекулами CD2 и LFA-1 на тимоцитах необходимо для удержания последних в тимусе на период их дифференцировки.

¦ Неиммунные T-лимфоциты в T-зависимых зонах периферических лимфоидных органов «прилипают» к АПК благодаря взаимодействиям LFA-1, CD2 и ICAM-3 на T-лимфоците с ICAM-1, ICAM-2, LFA-1 и LFA-3 на АПК. Эта связь поддерживается несколько дней, за это время происходит пролиферация клона T-лимфоцитов и дифференцировка их в лимфоцитыэффекторы.

Молекулы адгезии клеток.

Цитокины.

Взаимодействия, опосредованные цитокинами, более динамичны и оперативны, чем адгезивные.

• * Для цитокинов характерны следующие общие свойства. Разные типы клеток могут продуцировать одноимённые цитокины и экспрессировать Рц для них.
• * Действие цитокинов избыточно, «многословно», «чрезмерно».

С одной стороны, разные цитокины могут вызывать внешне одинаковые реакции клеток, с другой — каждый цитокин индуцирует в разных клетках (и даже в одной) различные биологические эффекты.

* Цитокины в подавляющем большинстве случаев — близкодействующие медиаторы локальных взаимодействий клеток в очагах тех или иных процессов в тканях.

¦ В зависимости от точки приложения выделяют аутокринные эффекты (на саму клетку, секретировавшую цитокин) и паракринные эффекты (на рядом расположенные клетки) цитокинов.

¦ Эндокринные (дистантные, или системные) эффекты, когда цитокин достигает клетки-мишени, циркулируя с кровью, выявлены только для 4 цитокинов: TNFa, ИЛ-1, ИЛ-6 и M-CSF при тяжёлой системной патологии типа септического шока. У здоровых людей в крови удаётся обнаружить только два цитокина — ТФРв и M-CSF. Физиологическое значение этих эффектов неизвестно.

• * Цитокины не депонируются в клетках, а синтезируются импульсно, «по запросу», начиная с транскрипции мРНК цитокина с соответствующего гена. Единственное известное исключение — депонирование небольших количеств TNFa в гранулах тучных клеток.
• * Матричная РНК цитокинов — короткоживущая, что объясняет транзиторный характер их продукции клеткой: они вырабатываются вскоре после получения «запроса» на их продукцию, но недолго.
• * Каскадность действия цитокинов выражается в том, что под влиянием

одного цитокина клетка может начать вырабатывать другие (или тот же самый). Это приводит к усилению биологических эффектов.

• * Каскад цитокинов саморегулируется — клетка, начавшая продуцировать активационные цитокины, через несколько часов или суток переключается на синтез супрессорных цитокинов и/или экспрессирует тормозные Рц, либо Рц для сигналов к апоптозу. По функциональному предназначению выделяют 5 основных групп цитокинов.
• 1. Гемопоэтические цитокины регулируют пролиферацию и дифференцировку всех клеток кроветворной системы. К ним относят колониестимулирующие факторы — CSF (Colony-Stimulating Factors) для гранулоцитарно/моноцитарной клетки-предшественника (GMCSF), для предшественника моноцитов (M-CSF), для предшественника гранулоцитов (G-CSF); эритропоэтин, тромбопоэтин, ИЛ-3
• (мульти-CSF), ИЛ-5 (CSF для эозинофилов), ИЛ-7 (CSF для лимфоцитов), стволовоклеточный фактор — SCF (Stem Cell Factor, его второе название «c-kit-лиганд»). К гемопоэтинам относят и ИЛ-1 под вторым названием — гемопоэтин-1, так как он поддерживает рост самых ранних клеток — предшественников кроветворения.

Негативные регуляторы гемопоэза — фактор некроза опухоли TNFa и трансформирующий фактор роста ТФРв. Хемокин MIPб ингибирует ранние клетки-предшественницы гемопоэза.

• 2. Цитокины доиммунного воспаления (первичные провоспалительные цитокины) — «трио» ИЛ-1, TNFa, ИЛ-6. Они чрезвычайно плейотропны и активируют ткани вокруг себя. Их продуцируют главным образом макрофаги и лимфоидные дендритные клетки покровных структур в очаге внедрения патогена. ИЛ-1 и TNFa действуют преимущественно локально (если нет септического заражения крови), ИЛ-6 индуцирует биосинтез белков острой фазы в печени.
• 3. Цитокины — организаторы лимфоцитарного иммунного ответа регулируют пролиферацию и дифференцировку Tи B-лимфоцитов и NK в периферических лимфоидных органах и тканях. В первую очередь их продуцируют активированные профессиональные АПК (макрофаги и ДК) и сами лимфоциты. К этой группе относят ИЛ-2 (митоген для лимфоцитов), ИЛ-4, ИЛ-12, ИЛ-15, ИФНг.
• 4. Цитокины — медиаторы иммунного воспаления являются продуктами иммунных T-лимфоцитов и вызывают активацию лейкоцитов общевоспалительного назначения: ИФНу (активатор макрофагов и NK), ИЛ-5 (индуктор и активатор эозинофилов); лимфотоксины (активаторы нейтрофилов), в частности лимфотоксин-a, обеспечивающий образование воспалительных гранулем in vivo.
• 5. Противовоспалительные (иммуносупрессорные) цитокины. К ним относят ИЛ-10 (продуцируемый макрофагами и ингибирующий макрофаги) и ТФРв (продуцируемый иммунными CD4-T-лимфоцитами и ингибирующий дальнейшую пролиферацию лимфоцитов). Кроме того, ИЛ-4 и ИЛ-13 — цитокины, оказывающие ингибирующее действие на макрофаги, также в конкретных процессах проявляют себя как противовоспалительные.

Хемокины

Среди цитокинов особое значение для иммуногенеза и модуляции иммунного воспаления имеют так называемые хемокины — небольшие (66−76 АК-остатков) секреторные белки, регулирующие перемещения лейкоцитов. Кроме того, большинство хемокинов поддерживает ангиогенез и продукцию коллагенов клетками соединительной ткани (регенерацию). В настоящее время идентифицировано не менее 50 хемокинов, в том числе многие факторы хемотаксиса моноцитов и ИЛ-8. Считают, что при соответствующих условиях любая клетка организма продуцирует те или иные хемокины. Хемокины обладают свойством связываться не только со своими лигандами на мембране клетки-мишени, но и с молекулами межклеточного матрикса, создавая в нём градиент концентрации по мере приближения к клетке-продуценту хемокина.

* Эти хемоаттрактанты имеют структурное сходство, в т. ч. в расположении остатков цистеина, образующих дисульфидные мостики. На основании расположения первых двух цистеиновых остатков хемокины подразделяют на 4 семейства: CC, CXC, C и CX3C.

Некоторые хемокины.

Рецепторы для цитокинов и хемокинов.

Рецепторы для цитокинов входят в состав нескольких семейств.

• * Семейство Рц для гемопоэтических цитокинов. Представлено гетеродимерными молекулами и включает Рц для интерлейкинов-3, 4, 5, 6, 7, 9 и 15; Рц для GM-CSF; Рц для эритропоэтина; Рц для гормона роста. Рц для ИЛ-2 существует в двух формах, одна из которых (ИЛ-2Rвг) является гетеродимером (как и все Рц этого семейства), другая же имеет в своём составе дополнительную пептидную цепь и обладает более высокой аффинностью.
• * Семейство для Рц интерферонов: гомодимерные трансмембранные молекулы. Помимо собственно Рц для ИФН, в семейство входит

Рц для ИЛ-10.

* Семейство Рц для фактора некроза опухоли (TNFR) включает молекулы, состоящие из одной трансмембранной полипептидной цепи — TNFR-I и II, CD40, Fas (CD95), CD30, CD27, Рц для фактора роста нервов (NGFR).

Путь проведения сигналов от Рц для цитокинов — самый короткий из известных, что соответствует физиологическим эффектам цитокинов (очень быстрым, но непродолжительным).

Проведение сигналов с рецепторов для цитокинов (схема).

• * Цитоплазматические участки Рц для цитокинов ассоциированы с киназами семейства Janus, которые способны фосфорилировать эти участки по остатку тирозина после связывания Рц с цитокином. Известно 4 члена этого семейства: Jak1, Jak2, Jak3, Tyk2. Их молекулярная масса от 110 тыс. до 140 тыс. дальтон.
• * К фосфорилированным участкам Рц могут присоединяться молекулы из семейства STAT (Signal Transducers and Activators of Transcription) — проводники сигналов и активаторы транскрипции. Описано 7 молекул STAT: 1, 2, 3, 4, 5а, 5b, 6. Их молекулярная масса составляет от 84 тыс. до 113 тыс. дальтон.

¦ Те же киназы Janus фосфорилируют молекулы STAT по остатку тирозина в N-концевом домене и димеризуют их.

¦ Образовавшиеся гомоили гетеродимеры STAT отделяются от внутриклеточных цепей Рц и мигрируют в ядро, где вступают в связь с ДНК и активируют транскрипцию.

Рецепторы для хемокинов принадлежат к семейству семичленных трансмембранных «гармошек»; в это семейство входят также Рц для анафилатоксинов комплемента (C5a, C3a, C4a), фоторецепторы (родопсин и бактериородопсин) и множество других. Рц этого семейства передают сигнал внутрь клетки через G-белки (ГТФ/ГДФсвязывающие белки).

• * Каждый G-белок состоит из трёх пептидных цепей — Ga, Gв и Gг. В покое Ga-цепь образует комплекс с ГДФ. При связывании Рц с лигандом ГДФ замещается на ГТФ и Ga-цепь диссоциирует от димера Gв + Gг (рис. 4.2).
• * Ga-цепи различных G-белков имеют разные функции: одни активируют фосфолипазу Cг, другие — аденилатциклазу, катализирующую образование циклического аденозинмонофосфата

Белок G. 1. Выключенноесостояние: б-субъединица связана с гуанозиндифосфатом (ГДФ) и не контактирует с рецептором; 2. При взаимодействии лиганда с рецептором ГДФ заменяется на ГТФ, G-белок активируется; 3. G-белок диссоциирует, несущая ГТФ б-субъединица перемещается в мембране, связывается с эффектором и активирует его; 4. б-Субъединица превращает ГТФ в ГДФ, инактивируется и объединяется с другими субъединицами G-белка.

* (цАМФ). Это приводит к разнообразным физиологическим эффектам, реализуемым посредством изменения режима функционирования ионных каналов, активации или блокирования разных биохимических реакций и так далее (рис. 4.3). Кроме того, Gб-цепь обладает ГТФ-азной активностью, что позволяет ей вновь объединиться с другими субъединицами G-белка и прекратить проведение сигнала.

Иммунологическая память

Феномен иммунологической памяти проявляется в том, что — в случае успешного иммунного ответа при первом попадании патогена в организм — при его повторных попаданиях санация наступает существенно быстрее и эффективнее, и патоген не успевает вызвать патологический инфекционный процесс. Это состояние известно как протективный иммунитет, т. е. иммунитет, защищающий от болезни.

В основе феномена иммунологической памяти находится то обстоятельство, что часть лимфоцитов (единицы процентов) Аг-специфичного клона, пролиферировавшего при первом иммунном.

Проведение сигналов с рецепторов семейства семичленной «гармошки». Роль инозиттрифосфата и диацилглицерина в реализации действия лигандов на клеткумишень. Образование комплекса лиганда с рецептором стимулирует G-белок, который активирует фосфолипазу С. Фосфолипаза С катализирует расщепление инозит-4,5-бифосфата (PIP₂) на инозит-1,4,5-трифосфат (IP₃) и диацилглицерин (DAG). Инозиттрифосфат (IP₃) вызывает высвобождение Ca²⁺ из внутриклеточных депо. Ca²⁺-зависимая протеинкиназа С, активированная диацилглицерином (DAG), фосфорилирует белки клетки.

ответе, «замораживается» и персистирует в организме в течение неопределённого времени (для различных Аг время очень разное — от нуля до пожизненного).

Какие именно молекулы и взаимодействия и на каком точно этапе иммуногенеза определяют формирование популяции лимфоцитов памяти, неизвестно. Известна только феноменология отличий разных лимфоцитов памяти от других субпопуляций тех же лимфоцитов.

* B-лимфоциты. «Иммунные В-лимфоциты памяти» отличаются от плазматических клеток (терминальная стадия дифференцировки иммунных В-лимфоцитов) по ряду признаков.

¦ Покоящиеся иммунные B-лимфоциты памяти имеют поверхностные Ig, экспрессируют молекулы MHC-II, способны к пролиферации, переключению между изотипами Ig, гипермутациям гипервариабельных участков молекулы Ig — CDR V-Ig (см. главу 5), но не способны к интенсивной продукции Ig.

* ¦ Плазматические клетки, напротив, способны к интенсивной продукции Ig, но не имеют поверхностных Ig, не экспрессируют молекулы MHC-II, не способны к пролиферации, переключению между изотипами Ig, гипермутациям CDR V-Ig. T-лимфоциты памяти отличаются от зрелых неиммунных T-лимфоцитов и по частоте встречаемости антигенспецифичного клона в лимфоидной ткани, и по экспрессии ряда мембранных молекул [LFA-3 (CD58); CD2; LFA-1 (CD11a/CD18); CD44; CD45RO] более чем в 10−100 раз. В отличие от неиммунных лимфоцитов, они существенно меньше нуждаются в медиаторах доиммунного воспаления и в костимулирующих сигналах, чтобы начать иммунный ответ на свой Аг, но могут начать его вне воспаления или при минимальных симптомах воспаления. В то же время, неиммунные T-клетки (в отличие от T-лимфоцитов памяти) экспрессируют на поверхности CD45RA и большие количества молекул L-селектина, обеспечивающие хоминг Т-лимфоцитов в лимфатические узлы.