6.1. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ
6.1.1. Основные понятия
Иммунитет - это общебиологический феномен, суть которого заключается в долговременном самоподдержании внутри отдельного организма баланса между генетически «своим» и «несвоим» в условиях чужеродного окружения. Иммунная система специализируется в реализации механизмов данного феномена. Чтобы понять основы науки иммунологии, необходимо изучить защитные механизмы, направленные на устранение «несвоего», и регуляторные процессы, которые формируют внутренний го-меостаз «своего» в организме. Иммунитет может быть врождённым (или неспецифическим) и адаптивным (приобретённым, специфическим). Строго говоря, об иммунитете целесообразно говорить только во втором случае; врождённый иммунитет - это скорее совокупность факторов и механизмов неспецифической резистентности. Отказ одного или нескольких компонентов иммунной системы может приводить к развитию иммунодефицитов и утрате способности к защите от инфекции. Расстройства регуляции в функционировании данной системы способствуют развитию аутоиммунных болезней, аллергий (на основе пяти типов гиперчувствительности) и росту опухолей. Важность самого существования иммунной системы иллюстрируется появлением в последние 20 лет новой болезни - СПИДа (синдром приобретённого иммунодефицита), при которой наблюдаются все возможные варианты нарушений со стороны иммунной системы.
|
|
Антиген является макромолекулой, содержащей чужеродную или собственную информацию, которая представляет собой основу для запуска специфического иммунного ответа; с другой стороны, следует иметь в виду, что любой антиген часто служит для исследователей иммунобиологическим маркером. Общее количество различных антигенов оценивается числом 1018. Молекула полного антигена состоит из информаци-
онной части (низкомолекулярные антигенные детерминанты, эпитопы, гаптены) и несущей части (макромолекулярный белок). Изолированная информационная часть сама по себе не является иммуногенной, т.е. не способна индуцировать иммунный ответ. К полным антигенам относятся белки, полисахариды, фосфолипиды.
Антитело, или иммуноглобулин, - это один из типов молекул иммунной системы. Антитела и антигенраспознающие рецепторы могут связывать соответствующие антигены.
Лимфоциты являются главными клетками иммунной системы. По существу, иммунная система - это иерархическая совокупность лимфо-идных клеток (1013). Существуют Т-, В- и NK-лимфоциты. Т-клетки дифференцируются в гимусе и играют решающую роль во всех направлениях специфического иммунного ответа. В-лимфоциты дифференцируются в костном мозге, являются предшественниками плазмоцитов - антителопродуцентов. NK-клетки (естественные киллеры) участвуют в неспецифической цитоток-сичности по отношению к внутриклеточно расположенным патогенам. Остальные клетки (макрофаги, нейтрофилы, эозинофилы, дендритные и тучные клетки и др.) также участвуют во многих иммунных процессах, но их участие скорее опосредованное, т.е. они привлекаются лимфоцитами для реализации функций иммунной (лимфоидной) системы.
|
|
Стратегической функцией иммунной системы является реализация генетической программы индивидуального развития организма от рождения до смерти в условиях чужеродного окружения. Тактическими функциями иммунной системы являются:
1. Защита от «несвоего» (инфекции, трансплантата).
2. Элиминация модифицированного «своего» (опухолей, повреждённых, стареющих клеток).
3. Регуляция роста и развития клеток и тканей.
Главными партнёрами иммунной системы выступают центральная нервная и эндокринная системы, печень, которые наиболее важны для обеспечения регуляции гомеостаза.
Функциональная организация иммунной си-Часть I. ОБЩАЯ НОЗОЛОГИЯ
стемы может быть рассмотрена на органном, клеточном и молекулярном уровнях. Существуют два типа органов иммунной системы: центральные (или первичные) и периферические (или вторичные). Костный мозг - центральный орган, в котором рождаются все клетки иммунной системы и созревают В-лимфоциты (В-лим-фопоэз, или В-коммитмент). Тимус - центральный орган, в котором дифференцируются Т-лим-фоциты (Т-лимфопоэз, или Т-коммитмент). Кроме того, он является общекоординирующим для всей иммунной системы.
В периферических органах происходит встреча лимфоцитов с антигенами и их специфическая антигензависимая дифференцировка. Этот процесс называется иммунным ответом, сутью которого является создание целой «армии» специфически реагирующих лимфоцитов и специфических антител, которые осуществляют эффек-торные реакции по уничтожению данного конкретного антигена. Существуют Т-клеточный и В-клеточный (гуморальный) пути иммунного ответа.
К периферическим органам относятся:
1. Лимфатические узлы, лимфатические протоки и селезёнка.
2. Лимфоидная ткань, ассоциированная со слизистыми оболочками (Mucous-Associated Lymphoid Tissue - MALT), которая расположена на пяти уровнях. Первые два уровня - евстахиева труба (Tube-Associated Lymphoid Tissue - TALT) и носоглотка (Nasal-Associated Lymphoid Tissue - NALT) - представлены различными миндалинами; следующий уровень - бронхи (Bronchus-Associated Lymphoid Tissue - BALT) и грудные железы (у женщин); четвёртый уровень - верхние отделы желудочно-кишечного тракта (Gut-Associated Lymphoid Tissue - GALT) - содержат лимфоидную ткань желудка и пейеровы бляшки тонкого кишечника; пятый уровень - это нижние отделы желудочно-кишечного тракта и мочеполовая система - аппендикс, солитарные фолликулы толстого кишечника и лимфоидная ткань мочеполовой системы.
3. Лимфоидная ткань, ассоциированная с кожей (Skin-Associated Lymphoid Tissue - SALT).
Большой вклад в развитие иммунологии от Edward Jenner до наших дней внесли L. Pasteur, И.И. Мечников, P. Ehrlich, Н.Ф. Гамалея, F. Мер. Burnet, N.K. Jerne, P.В. Петров, S. Tonegawa и др.
6.1.2. Клетки иммунной системы
Все клетки, относящиеся к иммунной системе и привлекаемые ею для обеспечения эффек-торных реакций, в функциональном отношении можно разделить на четыре группы:
1. Антигенпрезентирующие клетки: макрофаги; дендритные клетки типов 1 и 2; В-лимфоциты.
2. Регуляторные клетки: Т-индукторы; Т-хел-перы типов 1, 2 и 3; Т-регуляторы типа 1.
3. Эффекторные клетки: плазматические клетки (дифференцирующиеся из В-лимфоци-тов); цитотоксические Т-клетки с фенотипом CD8+ (или Т-киллеры); эффекторные Т-клетки воспаления с фенотипом CD4+ (или Т-лимфоци-ты, ответственные за гиперчувствительность замедленного типа); нейтрофилы, эозинофилы, базофилы, тучные клетки, натуральные киллеры (NK-клетки), макрофаги.
|
|
4. Клетки памяти: Т-клетки памяти с фенотипом CD8+; Т-клетки памяти с фенотипом CD4+; долгоживующие плазматические клетки; В-клетки памяти.
Номенклатура CD («Cluster of Differentiation») основана на моноклональной технологии, которая была разработана лауреатами Нобелевской премии (1984) G.J.F. КбЫег (Швейцария) и C.Milstein (Аргентина/Великобритания). Она позволяет идентифицировать клетки в зависимости от их происхождения, стадии дифферен-цировки, функционального состояния и т.д. (табл.22). Данная технология, без сомнения, оказалась революционной в иммунологических и смежных областях исследований.
Лимфоциты как главные клетки иммунной системы имеют отличительные особенности:
1. Постоянная «патрульная» рециркуляция по кровотоку, лимфотоку, межтканевым пространствам и секретам.
2. Способность распознавать, т.е. взаимодействовать со «своим» и «несвоим» по принципу «лиганд - рецептор».
3. Клональная организация (F.McF. Burnet) и способность формировать сетевые элементы (N.K. Jerne).
4. Способность к непрерывным реаранжиров-кам в своём геноме в любом возрасте в связи с потребностями формирования специфического ответа на патоген.
5. Умение запоминать о факте встречи с ка-
Глава б / РОЛЬ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ В ПАТОЛОГИИ
Таблица 22 Главные идентификационные CD-маркеры клеток иммунной системы
ким-либо антигеном и обеспечивать в будущем экспрессный высокоэффективный ответ на него. Клон - это группа лимфоцитов, коммитиро-ванная к определённому антигену. До встречи с этим антигеном каждый лимфоцит клона называют наивным. По-видимому, в человеческом организме исходно существуют десятки миллионов клонов Т- и В-лимфоцитов. После встречи с соответствующим антигеном и в результате иммунного ответа коммитированный лимфоцит становится праймированным.
6.1.3. Молекулы иммунной системы
Для осуществления необходимых функций клетки иммунной системы имеют сложную молекулярную организацию своих рецепторов и способны к выработке целого ряда молекул.
|
|
1. Антигенпредставляющие, антигенраспоз-
нающие и антигенсвязывающие молекулы.
Набор этих молекул уникален для каждого орга
низма, для каждого лимфоцитарного клона и для
каждого специфического иммунного ответа. К
ним относятся:
- антигенраспознающие иммуноглобулиновые рецепторы В-клеток (В cellular receptors - BCR);
- свободные иммуноглобулины: IgM, IgG, IgA, IgE, IgD;
- антигенраспознающие рецепторы Т-клеток (T cellular receptors - TCR);
- антигенпредставляющие молекулы: лейкоцитарные антигены главного комплекса гисто-совместимости (Human leukocyte antigens -HLA I и HLA II) и молекулы CD1 (a, b, c, d, e).
2. Адгезивные молекулы опосредуют взаи
модействия между клетками и лигандами при
непосредственном контакте:
- суперсемейство иммуноглобулинподобных молекул;
- интегрины;
-
-
- селектины;
- муцины;
- суперсемейство рецепторов к факторам некроза опухоли и фактору роста нервов;
- линк-семейство (компоненты экстрацеллю-лярного матрикса).
3. Иммуноцитокины являются гормонами
иммунной системы, действующими чаще с пара-
и аутокринным, реже - с эндокринным эффекта
ми:
- интерлейкины (ИЛ);
- колониестимулирующие факторы (КСФ);
- интерфероны (ИФН);
- факторы некроза опухоли (ФИО);
- хемокины и др.
4. Сборная группа различных медиаторов
иммунного воспаления включает белки комп
лемента, «острой фазы», простаноиды и лейко-
триены, протеолитические ферменты и др.
Иммуноглобулины М, G, А, Е и D - это эф-фекторные молекулы гуморального иммунного ответа. Молекула иммуноглобулина является гликопротеином; белковые цепи включают сотни аминокислотных последовательностей; углеводный компонент составляет 12 %. Молекула IgG (рис. 36) состоит из двух идентичных лёгких (light - L) и двух идентичных тяжёлых (heavy - Н) цепей. Лёгкие цепи бывают двух типов: х и X, а тяжёлые - пяти (ц, у, а, е и 8). Лёгкие и тяжёлые цепи содержат повторяющиеся гомологичные последовательности и образуют своеобразные «клубки» (домены). Существуют константные (constant) (CL, CHI, CH2 и СНЗ) и вариабельные (variable) домены (VL и VH). Гипервариабельные области вариабельных доменов формируют антигенсвязывающие сайты, или активные центры. Молекула иммуноглобулина может быть также разделена на Fc-фрагмент (а fragment crystalline), который ответствен за не-
Часть I. ОБЩАЯ НОЗОЛОГИЯ
специфическую эффекторную активность, и 2 Fab-фрагмента (fragment antigen-binding), которые содержат антигенсвязывающие сайты. Химическая природа антител была подробно изучена лауреатами Нобелевской премии (1972) G.M. Edelman (США) и R.R. Porter (Великобритания).
Каждый В-лимфоцит экспрессирует В-клеточ-ный антигенраспознающий рецептор (BCR), который состоит из мономерных иммуноглобулинов М и D, имеет клональную гетерогенность и ассоциирован с молекулами CD79a и CD79P, необходимыми для проведения сигнала внутрь клетки. Наряду с этими молекулами имеется также корецепторный комплекс (CD19, CD21(CR2), CD81), предназначенный для распознавания HLA П.
Каждый Т-лимфоцит экспрессирует Т-кле-точный антигенраспознающий рецептор (аР TCR), который состоит из двух цепей (а и Р) и ассоциирован с одним из корецепторов - CD4 (у Т-хелперов) или CD8 (у цитотоксических Т-лим-фоцитов). Эти инвариантные корецепторы CD4 и CD8 необходимы для распознавания соответственно HLA II или HLA I. Каждая цепь TCR подобно молекуле иммуноглобулина имеет вариабельный и константный домены, что обеспечивает клональную гетерогенность антигенраспоз-нающих рецепторов. Ещё одна молекула (CD3) тесно ассоциирована с TCR и служит для проведения сигнала внутрь клетки. CD3 состоит из 5 инвариантных белков (е,у,5,^ч)- Другой тип ан-тигенраспознающего рецептора - y5TCR - эксп-рессируется на небольшой субпопуляции Т-кле-ток. Эти у5Т-клетки, роль которых пока до конца не исследована, по-видимому, функционируют подобно NK-клеткам, однако они тоже имеют определённую клональную гетерогенность.
Молекулы гистосовместимости были открыты лауреатами Нобелевской премии (1980) В. Benacerraf (США), J. Dausset (Франция) и G.D. Snell (США). Эти молекулы играют решающую роль во многих иммунных процессах, включая загрузку антигенных пептидов и их презентацию. Молекулы HLA разделяются на класс I (А, В, С, Е, F, G) и класс II (DR, DP, DQ) в зависимости от их структуры и функции. Экспрессия HLA I имеет место почти на всех клетках (за исключением синцитиотрофобласта), выполняя функцию взаимной информации клеток внутри организма об аутологичности; экспрессия HLA II наблюдается почти исключительно на клет-
ках иммунной системы: В-лимфоцитах, макрофагах, эндотелиоцитах, активированных Т-клет-ках и др.
Fc-фрагмент |
Молекула HLA I (рис.37) состоит из трехдо-менной сс-цепи и Р2-микроглобулина, связь между которыми стабилизируется калнексином. Между доменами а, и а2 имеется желобок, предназначенный для нагрузки антигена. Моею того как антиген загружается, происходит высвобождение Р2-микроглобулина, возможно, за счёт кон-формационных изменений. Имеется около 180 генов с более чем 500 аллелями (на хромосоме
Тяжелая цепь
Рис. 36. Структура молекулы IgG. Молекула IgG состоит их двух идентичных легких и двух идентичных тяжелых цепей, которые образуют три фрагмента: два Fab (антисвязывающие сайты) и один Fc (неспецифические эффекторные функции). Цепи укладываются таким образом, что возникают «клубки» - домены, которые могут быть вариабельными или константными
Тапази |
HLA I |
Кальретикулин
Рис. 37. Структура белков гистосовместимости (HLA I и HLA II) и шапероны. Молекула HLA I состоит из а-цепи (три домена) и Р2-микроглобулина (Р2-мг). Молекула HLA II содержит две цепи: а (два домена) и р (тоже два домена). Шапероны (кальретикулин, тапазин, Ii-цепь и др.) - это белки, ответственные за правильную укладку белковых молекул; в частности, шапероны обеспечивают протекцию «желобков» молекул HLA до момента загрузки на них антигенных пептидов
Глава б / РОЛЬ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ В ПАТОЛОГИИ
б), кодирующих синтез молекул HLA I, что обеспечивает их видоспецифический и индивидуальный полиморфизм. Молекула HLA II состоит из двух димеров - а и р. Вариабельные домены -а, и р, - формируют желобок для загрузки антигена. В целом Р-цепи HLA-DR, DP, DQ характеризуются меньшей гетерогенностью; известно более 300 аллельных продуктов HLA II (более 20 генов, кодирующих HLA II, также находятся на хромосоме 6). Для контроля укладки при синтезе, протекции, транспорте и загрузке антигенных пептидов на HLA служат особые молекулы - шапероны (калнексин, кальретикулин, инвариантная цепь И и др.).
He-HLA молекулы CD1 (а, Ь, с, d, e), которые состоят по аналогии с HLA I из сс-цепи и Р2-микроглобулина, также вовлечены в процессы загрузки антигенов, но небелковой природы (фос-фолипиды, липополисахариды).
Имеется связь между наследованием некоторых генов HLA и высоким риском развития определённых болезней. Например, более 90% пациентов с анкилозирующим спондилоартритом, тяжёлой аутоиммунной патологией позвоночника имеют ген HLA-B27.
Поскольку HLA определяет гистосовмести-мость, необходимо, чтобы у донора и реципиента при трансплантации органа или ткани было соответствие по HLA. Карта пациента по HLA называется «full house» («полный дом») и включает данные относительно двух аллелей каждого вида молекул (например, HLA-A, HLA-B, HLA-DR и др.). Сенсибилизация белками HLA в прошлом (при гемотрансфузиях, трансплантациях или беременности) может приводить к острому отторжению пересаживаемого трансплантата или тромбоцитопении при переливании крови, поэтому необходимо обязательное тестирование на наличие антител против HLA. Типирование HLA может служить дополнительным критерием для диагностики таких болезней, как анки-лозирующий спондилоартрит, диабет, целиакия, гемохроматоз, псориаз и нарколепсия, при которых известна высокая степень связи с определёнными гаплотипами HLA.
6.2. ИММУННЫЙ ОТВЕТ
6.2.1. Стадии иммунного ответа
Иммунный ответ - это процесс взаимодей-
ствия клеток иммунной системы, который индуцируется антигеном и приводит к образованию эффекторных клеток и молекул, уничтожающих данный антиген. Иммунный ответ является всегда специфическим, но не изолированным процессом, который протекает только в периферических органах иммунной системы. Как правило, он сопровождается такими неспецифическими реакциями, как фагоцитоз, активация комплемента, NK-клеток и т.д.
В начальных стадиях иммунного ответа участвуют по крайней мере три вида клеток: макрофаг (а также дендритная клетка), Т- и В-лим-фоциты. В целом все клетки, вовлечённые в этот процесс, могут быть разделены, как указывалось выше, на антигенпредставляющие, регулятор-ные, эффекторные и клетки памяти. Имеются два магистральных пути иммунного ответа: