Реакции клеточного иммунитета против микробов и внутриклеточных паразитов

25.10.2015

На ранних этапах врожденного иммунитета и индукции защитных реакций организма основные функции клеточного иммунитета выполняют макрофаги и NK-клетки. Естественные киллеры эффективны против вирусов и других внутриклеточных паразитов, инфицирующих организменные клетки, макрофаги - против внеклеточных микробов. Эндоцитируя и переваривая поглощенный материал, макрофаги эффективно санируют организм от разного рода патогенов. Вместе с тем многие микробы выработали механизмы, способствующие их выживанию в фагосомах и даже размножению в фагоцитах. В этих случаях важную вспомогательную роль играют Th1-клетки, именуемые также эффекторными Thl-лимфоцитами. Th1-клетки дифференцируются из наивных лимфоцитов фенотипа CD4 под влиянием внутриклеточных микробов — микобактерий, листерий, лейшманий. Распознавая антигены внутриклеточных микробов, Th1 секретируют ИНФγ, активирующий микробицидную активность фагоцитов, направленную на внутриклеточную деструкцию фагоцитированных патогенов. Более того, ИНФγ обладает способностью активировать продукцию антител класса IgG, проявляющих опсонизирующую и комплемент-фиксирующую активность. Помимо способности связывать патогены и нейтрализовать выработку ими токсических продуктов IgG-антитела способствуют фагоцитозу микробов. Микробы поглощаются фагоцитами в очаге воспаления, но могут фагоцитироваться и в печени, куда они доставляются эритроцитами в виде комплекса антиген-антитело-комплемент. Такой комплекс фиксируется на эритроцитах в результате взаимодействия имеющихся на них рецепторов для компонентов комплемента с компонентами комплемента комплекса, доставляется в печень, фагоцитируется и расщепляется купферовскими клетками (макрофагами) печени.
Одним из первых в 50-х годах прошлого столетия обратил внимание на важную роль макрофагов в реакциях клеточного иммунитета G. Mackaness. Оказалось, что мыши, инфицированные небольшими дозами микробов (Listeria monocytogenes), были устойчивыми к последующей инъекции летальной дозы этих же листерий. Автор переносил состояние специфической противомикробной защищенности интактным мышам с помощью пула лимфоцитов, но не сыворотки, инфицированных животных. При этом значимость эффекторной функции макрофагов наглядно демонстрировалась в экспериментах in vitro — микробы разрушались выделенными от инфицированных мышей активированными макрофагами, но не лимфоцитами.
При инфицировании организма гельминтами существенную роль в формировании иммунологического антипаразитарного ответа играют вспомогательные Тh2-эффекторы, активирующие продукцию иммуноглобулинов класса IgE, способных взаимодействовать с рецепторами FcεRII эозинофилов и FcεRI тучных клеток и фиксироваться соответственно на эозинофилах и тучных клетках. Связывание гельминтов фиксированными на эозинофилах антителами в сочетании с действием на клетку ИЛ-5 (активирует эозинофилы) сопровождается развитием антителозависимой клеточной цитотоксичности (АЗКЦТ) с образованием и секрецией ряда высокотоксичных биологически активных продуктов (катионный белок, нейротоксин, большой базовый белок и др.), губительно действующих на гельминты. Сходные механизмы развиваются при взаимодействии гельминтов с антителами, фиксированными на тучных клетках. В этом случае происходит дегрануляция тучных клеток. Секретируемые продукты, в частности гистамин (у грызунов серотонин), а также ряд ферментов (катепсин G, химаза, тринтаза, карбоксипептидаза), протеогликанов (гепарин, хондроитинсульфат), липидных медиаторов (лейкотриены С4, D4, Е4, простагландины PGD2, HGE2), цитокинов (ИЛ-4, -13, ФНОа) и др. растворимых факторов индуцируют локальное расширение сосудов и повышают их проницаемость. Развивающийся отек препятствует проникновению паразита в циркулирующее русло, а индуцируемая перистальтика кишечника обеспечивает выведение гельминта наружу из полости кишки.
На более поздних этапах в случае недостаточной эффективности реакций врожденного иммунитета, развиваются реакции адаптивного иммунного ответа. Центральными эффекторами клеточных реакций адаптивного иммунитета являются цитотоксические Т-лимфоциты (ЦТЛ) фенотипа CD8. Принципиальная схема образования ЦТЛ показана на рис. 14.1.

Реакции клеточного иммунитета против микробов и внутриклеточных паразитов

В процессе формирования ЦТЛ наивные Т-клетки фенотипа CD8 взаимодействуют с потенциальными клетками-мишенями — макрофагами, инфицированными внутриклеточными паразитами или с другими инфицированными клетками, представляющими молекулы антигена и активирующими функции взаимодействующих с ними Т-клеток. В тех случаях, когда инфицированными являются клетки, неспособные представлять антиген, комплексированный с антигенами главного комплекса гистосовместимости, развивается процесс перекрестной презентации или перекрестного представления антигена. Этот эффект связан со способностью дендритных клеток поглощать инфицированные клетки и представлять CDS-T-клеткам антиген, комплексированный с молекулами МНС-I. Взаимодействие Т-лимфоцитов с клетками-мишенями сопровождается образованием иммунологического синапса с вовлечением в процесс клеточных взаимодействий молекул адгезии, корецептора CD8, распознающего MHC-I в комплексе MHC-I - антигенный пептид, костимулирующих молекул и TCR, распознающего комплекс пептиды в комплексе MHC-I - антигенный пептид (рис. 14,1). Молекулы адгезии включают интегрин LFA-I Т-лимфоцитов (Lymphocyte function-associated antigen 1 — Антиген-1, ассоциированный с функцией лимфоцитов) и антиген ICAM-I клеток-мишеней (Intracellular adhesion molecule 1 — Молекула-1 межклеточной адгезии), являющийся лигандом для антигена LFA-1. Костимулирующими молекулами являются соответственно CD28 и CD80. В ряду происходящих молекулярных взаимодействий центральным является взаимодействие T-клеточного антигенраспознающего рецептора с комплексом MHC-I - антигенный пептид. Это взаимодействие является сигналом, активирующим Т-клетки и происходит по типу эффекта двойного распознавания, сходного с тем, который имеет место при индукции выработки антител (см. главу 9). Как видно из рис. 9.4, лизис клеток-мишеней требует отличий антигенов главного комплекса гистосовместимости клеток-мишеней и LXTЛ. В случае идентичности антигенов MHC-I Т-киляеров и клеток-мишеней ЦТЛ не развивают реакции клеточного иммунитета, клетки-мишени не лизируются. В формировании ЦТЛ важным является также сигнал в виде ИЛ-12, вырабатываемый дендритными клетками. Активация лимфоцитов сопровождается экспрессией на Т-клетках рецепторов для ИЛ-2 (CD25) и выработкой активированными CDS-Т-клетками ИЛ-2, необходимого для их размножения и формирования антигенспецифического клона Т-лимфоцитов. Наконец еще один активирующий сигнал, третий, в виде секретируемых цитокинов ИЛ-2 и ИНФγ формируют Th1, активируемые в результате взаимодействия с АПК.
Вместе с тем в отдельных случаях Т-лимфоциты фенотипа CD8 могут активироваться при взаимодействии с АПК и без вспомогательной активности Т-клеток фенотипа CD4. Это происходит в тех случаях, когда профессиональные АПК, в частности дендритные клетки, непосредственно инфицируются внутриклеточными микробами, или тогда, когда эффект перекрестной презентации (см. выше) эффективен в активации СD8-Т-клеток. В связи с этим считается, что роль Т-хелперов более значима для образования CDS-Т-клеток памяти, чем для формирования первичного цитотоксического ответа.
Взаимодействие Th1-АПК, как и взаимодействие Т-лимфоцит - клетка-мишень, сопровождается формированием иммунологического синапса и вовлечением в развивающийся процесс молекул адгезии, корецептора CD4, костимулирующих молекул и TCR, распознающего комплекс MHC-II — антигенный пептид (рис. 14.1). Процесс образования клона антигенспецифических CDS-Т-клеток помимо ИЛ-2, продуцируемого активированными Thl, поддерживается также ИЛ-7, ИЛ-15 и, как уже отмечалось, ИЛ-12. До экспозиции с антигеном частота наивных Т-клеток фенотипа CD8 составляет 1 в расчете на 10в5-10в6 лимфоцитов, после активации число таких клеток в среднем увеличивается в 50000 раз и достигает I клетки в расчете на 10 лимфоидных элементов.
В целом процесс формирования эффекторов клеточного иммунитета (рис. 14.1) весьма подобен таковому образования эффекторов гуморального иммунитета. Однако наряду с общими чертами имеются и существенные различия. Основные из них включают различные антигены главного комплекса гистосовместимости, узнаваемые в процессах двойного распознавания — MHC-I в клеточном иммунитете и MHC-II — в гуморальном, а также различные типы Т-хелперов: Th2 — в гуморальном иммунитете и Th1 — в клеточном.
Выше неоднократно отмечалось, что после образования наивные Т-клетки фенотипа CD8 мигрируют в лимфоидные ткани, где заселяют Т-зависимые области и затем после активации мигрируют в очаги воспаления, где участвуют в санации организма от внутриклеточных инфекций. Активированные CD8-Т-лимфоциты разрушают инфицированные или другие генетически чужеродные клетки с помощью двух основных механизмов. Один из них осуществляется с помощью перфорин-гранзимового механизма, аналогичного тому, который развивается при цитотоксическом действии NK-клеток на клетки-мишени и включает стадии адгезии, распознавания, летального удара и независимой от ЦТЛ гибели клеток-мишеней. Другой механизм гибели клетки-мишени развивается в результате взаимодействия Fas-лиганда (CD95L), экспрессируемого на CDS-T-клетках и NK-лимфоцитах с Fas-рецептором (CD178) клетки-мишени и индуцируемым в результате этого взаимодействия апоптозом. Оба механизма формируются при образовании иммунологического синапса между клеткой-мишенью и ЦТЛ.
При образовании синапса между ЦТЛ и клеткой-мишенью (стадия адгезии) и распознавании с помощью TCR генетической чужеродности клетки-мишени происходит дегрануляция ЦТЛ (стадия летального удара). CDS-Т-лимфоциты секретируют молекулы гликопротеинов — перфорины, которые проникают в мембрану клетки-мишени и полимеризуясь образуют в ней поры, представляющие собой агрегированные молекулы в форме трубчатых структур, именуемых мембраноатакующими комплексами. Перфорины имеют сходство с компонентами системы комплемента (С9), атакующими мембрану клетки-мишени, и также именуемыми мембраноатакующими комплексами. Одновременно с перфоринами ЦТЛ секретируют гранзимы — сериновые эстеразы (составляют примерно 90% от общего содержимого гранул клети-киллера), которые проникают в клетку-мишень через перфориновые поры, активируют каспазу 3 и индуцируют апоптоз клетки-мишени. Гранзимы могут проникать в клетку-мишень и посредством опосредованного рецепторными структурами эндоцитоза. Последующие стадии гибели клетки-мишени независимы от ЦТЛ, а ЦТЛ может начать атаку против другой клетки-мишени.
Таким образом, клетка-мишень разрушается по 2 причинам — вследствие осмотических явлений, индуцируемых образованием пор перфоринами, и по причине апоптоза, индуцируемого гранзимами.
Перфорин существует в 2-х формах — P1 и Р2. Перфорин P1 секретируют СD8-Т-лимфоциты и образует поры в мембране клетки-мишени диаметром около 17 нм, тогда как Р2 секретирует NK-лимфоциты и образует поры в мембране клетки-мишени диаметром 5-7 нм. Активность перфорина в ЦТЛ существенно усиливается ИЛ-2, -3, -4, -6, в меньшей степени — ФНОα и ИНФγ.
Способом, подобным CD95L, по-видимому действует на клетки-мишени LTα (лимфотоксин-a, синоним ФНОβ), вырабатываемый отдельными стимулированными антигеном ЦТЛ. Считается, что или LTa образует в клеточной мембране гетеродимерный комплекс, убивающий при контакте клетку-мишень, или LTa секретируется ЦТЛ и связываясь с рецептором для ФНОβ на клетке-мишени, индуцирует ее апоптотическую гибель. При действии LTa структурные изменения клеток-мишеней определяются через 2-3 часа, через 16 часов погибает более 90% клеток-мишеней.
Гранулы ЦТЛ и NK-клеток содержат гранулизин (Granulysin), который секретируется после их активации и способен убивать не только инфицированные клетки-мишени, но также внеклеточные патогенные бактерии, грибы, паразиты. Особенность действия гранулизина заключается в том, что внутриклеточные паразиты разрушаемых им инфицированных клеток-мишеней становятся неспособными инфицировать здоровые клетки (живые бактерии, например, из разрушенных клеток-мишеней могут инфицировать здоровые клетки).
Антибактериальный пептид — гранулизин гомологичен другим белковым молекулам — сапосинам (Saposins), воздействующим на клеточную мембрану. Сапосины не являются порообразующими белками, однако они способны активировать ферментные системы, в частности сфингомиелиназы, действующие на липидный бислой клеточной мембраны и разрушающие его. В результате действия сапосинов повышается также уровень церамидов, индуцирующих развитие апоптоза.
Как отмечалось ранее, ЦТЛ неоднородны и подразделяются на Tс1, Тс2 и Tс0. Tс1 продуцируют ИЛ-2 и ИНФγ, но не ИЛ-4, тогда как Тс2 вырабатывают ИЛ-4 и ИЛ-5, но не ИНФу. Как Tс1, так и Тс2 секретируют ИЛ-3 и ГМ-КСФ. Тс2 продуцируют в больших количествах ИЛ-6 и ИЛ-10, Тс1 — в небольших. По продукции цитокинов Tс0 не отличается от Tс1 и Тс2. Считается, что CD8-T-клеткам более свойственна функция Tс1 по сравнению с Тс2.
Помимо CDS-Т-клеток цитотоксическую активность проявляют двойные негативные клетки фенотипа CD4 CD8. Однако первые из них разрушают как макрофаги, инфицированные туберкулезными микобактериями, так и сами микобактерии. Вторые разрушают макрофаги, по не микобактерии.
Цитотоксической активностью характеризуется также фракция фенотипа γδТ-клеток.