Первой линией обороны против инфекционных агентов служат слизистые оболочки и кожа, которые совместно с клетками и молекулами иммунной системы образуют мукозо-ассоциированную лимфоидную ткань (mucosa-associated lymphoid tissue – MALT) препятствующую проникновению микроорганизмов. В ней сконцентрирована основная масса иммунной системы (на общей площади 400 м2 (100 — 120 м2 – дыхательная система, 250 — 400 м2 — желудочно-кишечный тракт, кожа — 1,5 — 2,0 м2, мочеполовая система — 1,5 — 2,0 м2), располагаются около 50% клеток иммунной системы). Структуризация МАLT зависит от анатомической локализации барьерной ткани.
Структуры мукозо-ассоциированной лимфоидной ткани (MALT)
Наименование | Анатомическая локализация | Механизмы защиты |
SALT | Кожа (дерма) | Клиренс кератоцитов, кислый рН, кожное сало |
NALT | Носовая полость, рот и ротоглотка, конъюнктива | Чихание, слюна, слезы, катионный белок, гистатины, лизоцим |
BALT | Трахея, бронхи, легкие | Кашель, катионный белок, дефенсины, гликоконъюгаты, муцин |
VALT | Половые органы | Кислый рН, катионный белок, спермин, муцин |
Пищевод, желудок, тонкий кишечник; толстый кишечник; урогенитальный тракт | Рвота, перистальтика, слизь, кислый рН, трипсин, дефензины, лизоцим и пр. Диарея, мочеиспускание, катионный белок, дефензины |
Слизистые оболочки представляют собой тонкий слой эпителиальных клеток, которые выстилают кишечник, дыхательные или мочеполовые пути. Слизистые оболочки служат входными воротами для большинства патогенных микроорганизмов. Иммунные реакции слизистых отличаются от системных иммунных реакций, которые чаще всего инициируются после взаимодействия наивных лимфоцитов с АПК в дренирующем лимфатическом узле или селезенке. В отличие от этого, адаптивный иммунитет на слизистых формируется локально, в местах первичного проникновения антигена, то есть для этого нет необходимости транспорта антигена в дренирующий лимфатический узел через афферентные лимфатические сосуды. Формирующиеся при этом эффекторные популяции лимфоцитов могут проникать в эфферентную лимфу или кровь, но затем направленно мигрируют в слизистые оболочки и кожу, для реализации эффекторных функций. Однако этим реакциям сопутствует системный иммунный ответ, при котором эффекторные клетки элиминируют тот же антиген и в других компартментах организма, потому что АПК из слизистых мигрируют в дренирующий лимфатический узел, где активируют «наивные» Т- и В- лимфоциты.
В настоящее время выделяют несколько типов слизистых оболочек, различающихся по структуре эпителия. Слизистые оболочки I типа, такие как кишечник и легкие, состоят из одного слоя цилиндрического эпителия. Слизистые оболочки II типа обнаруживаются там, где требуется более прочный барьер, например, во рту, носу и влагалище, для этих участков характерно наличие верхнего слоя однослойного плоского эпителия. Оба типа слизистых оболочек получили свое название из-за их способности генерировать слизь – вязкий раствор полисахаридов в воде, который покрывает апикальную (обращенную к просвету) мембрану эпителиальной клетки. Слизь содержит различные антитела, преимущественно sIgA в слизистых оболочках I типа и IgG в слизистых оболочках II типа, а также антимикробные молекулы, которые помогают защитить слизистые оболочки от инвазии патогенов. Эти антимикробные молекулы включают лизоцим, который разрушает компоненты клеточной стенки, и лактоферрин, который связывает железо, необходимое для роста бактерий и пр.
Защита слизистых от атаки со стороны микробов осуществляется с помощью иммунных реакций, которые реализуются в лимфоидной ткани, ассоциированной со слизистыми или MALT (от англ. «mucosa-associated lymphoid tissue»). MALT образована скоплениями АПК и лимфоцитов, которые расположены непосредственно под слизистой оболочкой. Эти клеточные популяции функционируют как независимые структуры иммунной системы, которые отвечают за иммунные реакции слизистой оболочки. МALT включает в себя несколько подсистем, связанных с разными компартментами организма – GALT (от англ. «gut-associated lymphoid tissue»), NALT (от англ. «nasopharynx-associated lymphoid tissue») и BALT (от англ. «bronchus-associated lymphoid tissue»), в зависимости от их расположения в кишечнике, носоглотке и бронхах соответственно. В MALT выделяют индукторные и эффекторные сайты или участки
Индукторный сайт – это компартмент (участок) слизистой оболочки, где происходит распознавание антигена и инициируется первичный адаптивный иммунный ответ. |
Индукторные сайты (слева). Эффекторные сайты (справа)
Индукторные сайты в GALT, в тонкой кишке — образованы такими лимфоидными структурами, как Пейеровы бляшки, аппендикс, диффузные скопления лимфоцитов и антигенпрезентирующих клеток, рассеянны внутри и непосредственно под кишечным эпителием. Индукторные сайты имеют строение, принципиально схожее со строением лимфатических узлов, в них также выделяют Т- и В-клеточные зоны, содержащие все характерные клеточные элементы. В BALT и NALT основными индукторными участками являются бронхиальный эпителий и скопление миндалин в носоглотке соответственно.
Эффекторный сайт – это специфическая область слизистой оболочки, в которую мигрируют эффекторные популяции лимфоцитов для реализации иммунного ответа. |
Среди наиболее важных эффекторных участков слизистой оболочки выделяют экзокринные железы, такие как слюнные и слезные. Эти железы вырабатывают защитные внешние секреции (такие как слюна и слезы), которые содержат антимикробные молекулы и секреторные антитела. Области МALT, ассоциированные со слизистыми оболочками I типа, более плотно заселены DCs и лимфоцитами по сравнению с МALT, ассоциированными со слизистыми оболочками II типа.
Недавние исследования показали, что в кишечнике и легких в ответ на инфекцию или травму могут возникать провизорные индукторные сайты, которые представляют собой форму третичной лимфоидной ткани, иногда определяемой как iBALT или iGALT. Формирование этих третичных лимфоидных органов регулируют те же цитокины, которые участвуют в формировании вторичных лимфоидных органов в эмбриогенезе. В частности, локальная продукция лимфотоксина (LT) и IL-17 при воспалении приводят к эктопическому развитию лимфоидных фолликулов и лимфатических сосудов. Эти цитокины также способствуют привлечению в iMALT DCs и Т- и В- лимфоцитов. Основными источниками LT и IL-17 являются Th17–лимфоциты и LTi-лимфоциты, называемые клетками-индукторами лимфоидной ткани.
После того как Т- и В-клетки слизистой оболочки активируются в индукторном участке, они мигрируют через лимфу и кровь к различным эффекторным участкам, где дифференцируются в Th-эффекторы, цитотоксические CD8+ Т-лимфоциты и плазматические клетки. Таким образом, после активации лимфоцитов в одном индукторном участке иммунная защита может формироваться во множестве разделенных эффекторных участках слизистой оболочки. Например, когда антиген захватывается в Пейеровых бляшках (индукторный участок), специфические антитела могут быть обнаружены не только в слизистой оболочке кишечника, но и в урогенитальном тракте, и в молочных железах (эффекторные участки). Таким образом, можно говорить об общей иммунной системе слизистых оболочек.
Структура лимфоидной ткани, ассоциированной с кишечником (GALT)
GALT образована кишечным эпителием, который обращен в просвет кишки и представляет собой слизистую оболочку I типа, а также лежащей под ним собственно пластинкой lamina propria, состоящей из рыхлой соединительной ткани, расположенной между базальной поверхностью эпителия и мышечным слоем. Можно выделить три основных компонента кишечного барьера: микробиота, слой слизи; эпителий с его специализированными клетками (бокаловидные клетки, клетки Панета и энтероциты) и клетки лимфоидной ткани, ассоциированные с кишечником, включая интраэпителиальные лимфоциты (рис. 86).
В целом кишечный эпителий формирует криптовые (вогнутые) и ворсинчатые (выпуклые) структуры. Исключение составляют небольшие плоские участки кишечного эпителия, называемые фолликул-ассоциированным эпителием (FAE), которые содержат М-клетки и покрывают кишечные фолликулы, межфолликулярные области и купол (dome).
Схематическое изображение кишечного барьера
AJ — адгезивное соединение, D – десмосома, TJ — узкий стык, IEL- внутриэпителиальный лимфоцит, IgA – секреторный иммуноглобулин А.
Функция кишечного эпителия состоит как в поглощении нутриентов, так и в защите от патогенов и вредных веществ. Реализация этих взаимно противоположных функций зависит от совместной работы разных типов клеток, формирующих кишечный эпителий. Энтероциты составляют большую часть однослойного эпителия, который выстилает кишечник и образует крипты и ворсинки. Основная функция энтероцитов – поглощение питательных веществ, но исследования последних нескольких лет показали их важную роль в интеграции множества экзогенных и эндогенных сигналов и координации иммунных реакций в GALT. В различных участках слизистой оболочки кишечника между энтероцитами встречаются другие типы эпителиальных клеток.
Энтероэндокринные клетки, как правило, локализуются в ворсинках, в то время как клетки Панета и бокаловидные клетки расположены в основании или по бокам кишечных крипт соответственно. Энтероэндокринные клетки продуцируют слизь и секретируют гормоноподобные молекулы, оказывающие стимулирующее воздействие на окружающие клетки. Клетки Панета продуцируют антимикробные молекулы, а бокаловидные клетки — антимикробные молекулы и слизь
Клеточные элементы эпителия кишечника
Кроме того, в составе эпителия слизистых ЖКТ и ВДП встречаются ресничные клетки (taft cells) (не показаны на рисунке). Эти редко встречающиеся секреторные клетки не вызывали сильного интереса иммунологов, пока в 2016 году не было установлено, что они тесно связаны с развитием 2-го типа воспаления в тонком кишечнике. Ресничные клетки обладают способностью
продуцировать широкий спектр участвующих в развитии аллергических реакций биологически активных молекул, таких как IL-25, эйкозаноиды (лейкотриены и простагландин D2) и нейромедиатор ацетилхолин. Внеклеточные сигналы, регулирующие функцию ресничных клеток, плохо изучены.
Апикальная поверхность эпителиоцитов кишечника защищена от патогенов несколькими врожденными барьерами. Прежде всего, любой патоген должен конкурировать за питательные вещества и жизненное пространство с триллионами комменсальных организмов (также называемых микробиотой или микрофлорой), которые обычно живут в кишечном тракте. В дополнение, некоторые из этих комменсалов выделяют токсины, которые могут серьезно ограничивать развитие патогенной микрофлоры. Микробиота также способствует формированию подлежащего слоя слизи. Таким образом, чем больше комменсальных бактерий присутствует в данной области кишечника, тем толще слизь в этой области.
Защитный слой слизи играет решающую роль в поддержании гомеостаза между организмом-хозяином и микробиотой, а также противомикробной защите организма-хозяина. Большая часть слоя кишечной слизи состоит из муцина 2, который образует гидратированный гель толщиной от 300 до 700 мкм.
Слизь продуцируют бокаловидные клетки в нижней части крипты, затем она движется вверх между ворсинками, таким образом, кончики ворсинок не всегда покрыты слизью. В тонком кишечнике слизь образует один прерывистый слой, вероятно, чтобы облегчить всасывание питательных веществ. В желудке и толстой кишке образуются два слоя слизи: наружный «рыхлый» слой, легко смываемый, и внутренний слой слизи, который прочно прикрепляется к эпителию. Большая часть бактерий обнаруживается в наружной части слизи. Таким образом, слой слизи действует как физический барьер, удерживающий местную микробиоту на расстоянии от эпителия. Поэтому бактерии редко вступают в прямой контакт с эпителием тонкого кишечника.
Слизь служит не только механическим барьером для кишечных микробов, она также связывает антимикробные пептиды, которые в большом количестве продуцируются на слизистых разными типами клеток. Практически все антимикробные пептиды в кишечнике происходят из четырех различных источников
Источники антимикробных пептидов в слизистой оболочке кишечника
A — клетки Панета: лизоцим, кишечные α- дефензины (pro-HD5 и pro-HD6) и REG3a | С – нейтрофилы: значительный запас HNPs |
В — кишечный эпителий: β-дефензины 1-6, LL37, REGa и другие лектины | D — комменсальные бактерии: широкий спектр антимикробных пептидов бактериального происхождения |
Антимикробные пептиды не диффундируют в просвет кишечника, а остаются прикрепленными к полианионным сульфатированным и сиалированным гликопротеинам муцина слизи. Концентрация антимикробных пептидов в просвете крипты может достигать 100 мг/мл.
Антимикробные пептиды формируют в слое слизи градиент от апикальной поверхности эпителия к просвету кишечника и от дна крипты (где расположены клетки Панета) к вершине ворсинки. В толстой кишке градиент антимикробного пептида усиливается за счет двух слоев слизи. Нижний слой слизи образует физический барьер для проникновения бактерий благодаря своей плотной сетчатой структуре. Он также ограничивает действие антимикробных пептидов в основном на поверхности эпителия.
Если патогену удается выжить в окружении микробиоты и проникнуть через слой слизи, он сталкивается со «щеточной каймой». Это структура образована микроворсинками, которые образуют эпителиоциты. Щеточная кайма покрыта толстым слоем гликокаликса, который несет отрицательный заряд, что отталкивает многие патогены за счет электрических взаимодействий. Кроме того, с гликокаликсом связаны несколько типов гидролитических ферментов, которые разрушают микробы и макромолекулы. Патоген, которому удается проникнуть через физические и химические барьеры, защищающие слизистую оболочку кишечника, сталкивается с клеточными факторами врожденного иммунитета.
На слизистых так же, как и в других компартментах организма, эти рецепторы являются сенсорами «чужого» или эволюционно-консервативных структур микробов. Однако особенность иммунитета слизистых состоит в том, что здесь эпителиальные клетки постоянно сталкиваются с комменсальными микробами, поэтому подвергаются постоянному воздействию PAMPs. Большинство кишечных микробов не патогенны, но экспрессируют те же эволюционно-консервативные молекулы (PAMPs=MAMPs), что и патогены ЛПС, петидогликаны, CpG DNA, флагеллин и т.д. Постоянная активация PRR может привести к развитию воспаления и даже спровоцировать аутоиммунные реакции, поэтому в кишечном эпителии выработались механизмы гипореактивности, чтобы ограничить и ослабить сигналы от PRRs. Предотвратить чрезмерную и нежелательную активацию PRRs на слизистых помогает жесткий контроль пространственной локализации и активации.
Эпителиальные клетки экспрессируют мембраносвязанные TLR в основном на своей базолатеральной поверхности. Это гарантирует, что микроорганизмы получают доступ к PRRs только после преодоления физических и химических барьеров и обеспечивают активацию PRRs только под влиянием потенциально вирулентных патогенов. В гомеостатических условиях большинство рецепторов – TLR2, TLR4 и TLR5 – локализуются на базолатеральной плазматической мембране эпителия в кишечнике и дыхательных путях, или на базальных клетках в стратифицированном эпителии в полости рта. Только после нарушения целостности эпителиального барьера патогенами, активация TLR на базолатеральных поверхностях эндотелиоцитов будет вызывать развитие воспаление.
В условиях воспаления экспрессия TLR2 и TLR4 на эпителиальных клетках может усиливаться. Их внутриклеточная локализация также может изменяться. Так, в дыхательных путях было обнаружено значительное количество TLR4 в комплексе Гольджи, и транслокация этих рецепторов на поверхность клетки происходила только после контакта с патогеном. Например, в клетках молочной железы крупного рогатого скота при воспалении большое количество TLR2 экспрессируется на апикальной стороне эпителиальных клеток молочной железы, тогда как на эпителии здоровой железы наблюдалось низкое количество TLR2. Кроме того, апикальная локализация (транслокация) TLR4 происходит при хроническом воспалении в подвздошной и толстой кишке. Наконец, эндосомальные – локализованные на мембране эндосом клетки – TLR (TLR3, TLR7, TLR8 и TLR9) осуществляют рецепцию лигандов нуклеиновых кислот от вирусов и бактерий, только если патогены проникли в клетку через эндоцитарные или фагоцитарные пути. Кроме того, если патогены или их PAMP попадают в цитоплазму без мембранной упаковки, они могут активировать цитоплазматические рецепторы, такие как NLRs (от англ. «nucleotide-binding and oligomerization domain (NOD)-like receptors») или RIG-I (от англ. «retinoic acid-inducible gene I»).
Повышенный порог чувствительности PRR кишечного эпителия снижает вероятность развития воспаления на кишечную микробиоту. |
Ограниченная экспрессия или даже полное отсутствие корецепторов, принимающих участие в сигналинге от PRR, является еще одним механизмом снижения чувствительности системы и повышения порога, необходимого для индукции воспаления. Этот механизм используется для подавления сигналов от TLR2 и TLR4 посредством ограничения взаимодействия рецепторов с их кофакторами CD36, MD2 и CD14 в эпителиальных клетках дыхательных путей. Так, последние из них регулируют активность TLR путем ассоциации с их внеклеточным доменом. Большее количество растворимых форм этих кофакторов могут секретировать резидентные макрофаги при активации и таким образом усиливать воспалительную реакцию соседних эпителиальных клеток. Регуляция воспаления также может осуществляться за счет изменения экспрессии негативных регуляторов (или ингибиторов) сигнальных путей от PRR. В настоящее время описано более 200 сигнальных белков, способных подавлять воспаление. Предполагается, что регуляция трансдукции сигнала от PRR осуществляется по-разному в разных типах клеток.
Толстый слой слизи создает градиент микробных продуктов, поступающих к эпителию. Если слой слизи хорошо сформирован, бактериальные продукты поступают к бокаловидным клеткам в низкой концентрации. Если слой слизи тонкий или нарушена его барьерная функция, высокие концентрации микробных молекул достигают поверхности бокаловидных клеток. Это приводит к их активации через TLR и Myd88 с продукцией ROS и активацией Nlrp6 инфламмасом, опосредованной активацией каспаз 1 и 11, что сопровождается быстрым экзоцитозом гранул, высвобождением слизи, гибелью бокаловидной клетки с последующим ее вытеснением из эпителия.
PRRs играют ключевую роль в поддержании целостности эпителиального барьера и в содействии формированию иммунной системы слизистой оболочки. Комменсальные бактерии через PRRs модулируют экспрессию широкого спектра генов, участвующих в поддержании целостности эпителия, воспалительных реакциях, синтезе и секреции антимикробных пептидов различными клетками. Так, у мышей с дефицитом PRRs может развиться воспаление кишечника. Взаимодействие TLR2 с консервативными структурами микробов в физиологических условиях необходимо для сохранения целостности слизистой оболочки кишечника. Безвредные инкапсулированные бактерии (капсула которых содержит полисахарид А) способны связываться с TLR2. Это индуцирует внутриклеточный сигнал, который усиливает барьерные функции эпителия. В отсутствии устойчивого сигнала от TLR2 межклеточные связи ослабляются и целостность эпителиального барьера нарушается.
TLR5, TLR9 и NOD2 – три других PRR, важная роль которых для гомеостаза кишечника была недавно раскрыта. Связывание TLR5 с флагеллином комменсальных микробов приводит к усилению экспрессии антиапоптотических генов в энтероцитах, поддерживая их жизнеспособность. TLR9, лигандом которого является CpG (короткая одноцепоченая последовательность ДНК, которая в изобилии представлена в геноме прокариот), выполняет в слизистых функцию, отличную от его роли в качестве эндосомального PRR лейкоцитов врожденного иммунитета. TLR9 экспрессируется преимущественно на базолатеральных поверхностях энтероцитов и клеток Панета. В стационарных условиях взаимодействие TLR9 с CpG комменсальных микробов подавляет воспаление и снижает высвобождение антимикробных пептидов клетками Панета. Цитозольный белок NOD2 (от англ. «nucleotide-binding oligomerization domain containing 2»), лигандом которого является бактериальный мурамил-дипептид, экспрессируется клетками Панета и необходим для продукции этими клетками антимикробных пептидов, нормального развития Пейеровых бляшек и регуляции числа М-клеток.
Большинство интраэпителиальных лимфоцитов проявляют эффекторный фенотип или фенотип клеток-памяти, который определяет их способность быстро реагировать на активирующие сигналы. |
Между эпителиальными клетками кишечника на базолатеральной стороне располагаются интраэпителиальные лимфоциты или iIELs (от англ. «intestinal intraepithelial lymphocytes»). Эпителий тонкой кишки содержит ~1 iIEL на каждые 10 эпителиальных клеток, что делает его одним из крупнейших иммунных компартментов организма. Рекрутирование iIELs в кишечный эпителий частично опосредуется хемокином CCL25, который продуцируется кишечным эпителием и распознается рецептором хемокина CCR9 на поверхности iIEL. Проникновение и удержание iIELs в эпителий дополнительно обеспечивается взаимодействием E-кадгерина на энтероцитах с aEb7-интегрином (CD103) на iIELs. В отличие от лимфоцитов в других тканях, iIEL слизистых не проникают в периферические лимфоидные органы. Большинство iIELs проявляют эффекторный фенотип или фенотип клеток-памяти, который определяет их способность быстро реагировать на активирующие сигналы в воспаленных тканях. Как и другие факторы иммунитета, iIELs играют двойственную роль – они необходимы для поддержания барьерной функции кишечного эпителия, но также участвуют в развитии воспаления в желудочно-кишечном тракте.
Интраэпителиальные лимфоциты преимущественно представлены γδ-Т-лимфоцитами. |
В норме среди iELs тонкого кишечника примерно 75% составляют CD8-позитивные αβ-Т-клетки, ~10% CD4-позитивные αβ-Т-клетки и 15% — клетки, которые являются CD4– и либо CD8–, либо CD8+. Таким образом, iIELs преимущественно представлены Т-лимфоцитами и, по сравнению с большинством других тканей, обогащены Т-клетками, экспрессирующими γδ- TCRs.
Следует напомнить, что в отличие от αβ-Т-клеток, механизм распознавания антигена в γδ-Т-клетках не ограничен распознаванием комплекса антиген-MHC. В то время как αβ-Т-клетки распознают пептидные фрагменты в составе MHC, γδ-Т-клетки могут распознавать молекулы клеточного стресса (MICA и MICB), не пептидные метаболиты биосинтеза изопреноидов, белки теплового шока и так далее. Более того, для γδ+ iIELs характерен сильно ограниченный антиген-распознающий репертуар TcR с самого рождения, в то время как антиген-распознающий репертуар αβ+ iIELs весьма разнообразен у новорожденных мышей и людей. С возрастом репертуар αβ+ iIELs становится в значительной степени ограниченным или «олигоклональным», что, по-видимому, связано с колонизацией кишки определенной микробиотой. Поэтому в настоящее время предполагают, что при физиологических условиях эти рецепторы распознают в основном антигены комменсальной микробиоты. Еще одной интересной особенностью iIELs является то, что многие клетки экспрессируют гомодимерный вариант CD8 – CD8αα, причем в отсутствии экспрессии CD8αβ. Известно, что CD8αβ функционирует как ко-рецептор Т- клеточного рецептора, усиливая взаимодействие между TcR и комплексом пептид-MHC I. Более того, на невоспаленном эпителии тонкой кишки экспрессируются молекулы BTNL2 (от англ. «Butyrophilin-like protein 2»), которые функционируют как негативный регулятор активации Т-клеток, так как мутации в гене, кодирующем этот белок, повышают риск воспалительных заболеваний кишечника (ВЗК).
В lamina propria слизистых находятся индукторные сайты, в которых происходит захват, презентация антигенов и запуск реакций адаптивного иммунитета. |
Под базолатеральной поверхностью эпителия кишки находится рыхлая соединительная ткань, содержащая lamina propria.
Состав клеток в lamina propria.
В lamina propria находятся клетки-резиденты, многочисленные макрофаги и нейтрофилы, а также в небольшом количестве NKT-клетки, тучные клетки, незрелые DC, γδ-Т-лимфоциты. В lamina propria в изобилии содержатся αβ-Т-клетки памяти (как CD4+, так и CD8+) и В-клетки памяти, а также эффекторные Th17-клетки. Многие из этих лимфоцитов распределены диффузно в lamina propria, тогда как другие находятся в составе лимфоидных фолликулов. Кишечные фолликулы могут встречаться поодиночке, которые могут быть рассеяны по всей длине кишечника или располагаться небольшими или большими группами по 30 — 40 фолликулов (как, например, в Пейеровых бляшках). Дендритные клетки – резиденты GALT и lamina propria – участвуют как в поддержании толерантности к комменсальной микробиоте и пище, так и в развитии защитных иммунных реакций против внедрившихся патогенов. Эта функциональная пластичность частично обусловлена способностью дендритных клеток воспринимать и интегрировать сигналы микроокружения и формировать последующий иммунный ответ. Распознавание антигена дендритными клетками в lamina propria приводит, в частности, к активации В-лимфоцитов и образованию зародышевых центров В-клеточных фолликулов. В результате постоянного контакта слизистой оболочки кишечника с патогенами в любой момент времени около 10-15% В-клеток lamina propria дифференцируются в плазматические клетки, подавляющее большинство из которых под действием цитокинов микроокружения синтезируют IgA. Общая секреция IgA антител этими плазматическими клетками значительно превышает выход IgA, синтезируемых плазматическими клетками селезенки, красного костного мозга и лимфатических узлов остальных частей организма.
В пределах фолликул-ассоциированного эпителия М-клетки осуществляют захват антигенов из просвета кишечника и их транспорт в lamina propria. |
Фолликулы в кишечнике лежат непосредственно под небольшими участками плоского кишечного эпителия, который называют фолликул-ассоциированным эпителием или FAE (от англ. «follicle-associated epithelium»). Его основная функция состоит в захвате антигенов из просвета кишечника
Фолликул-ассоциированный эпителий.
Подавляющее большинство клеток FAE составляют энтероциты, но 10- 20% клеток – это большие, не имеющие ресничек клетки, называемые М- клетками (от англ. «membranous» или «microfold»), которые осуществляют перенос или «трансцитоз» (в данном случае, транспорт при помощи эндосом с апикальной поверхности клетки на ее базальную или латеральную без протеолаза) антигенов из просвета кишечника в фолликулы, что позволяет доставить антиген в «нативном» или необработанном виде. М-клетки располагаются над Пейеровыми бляшками. Между фолликулами и вышележащим эпителием находится купол (или англ. «dome»), содержит B- и Т- лимфоциты, DCs и макрофаги. М-клетки участвуют в транспорте интактных микробов или микробных молекул.
Гистологическая структура кишечного фолликула напоминает таковую большинства вторичных лимфоидных органов. |
Область между М-клеткой и нижележащими кишечными фолликулами называется куполом (от англ. «dome»). Внутри купола находятся популяции антиген-презентирующих клеток, которые захватывают антигены, транспортируемые М-клеткой. Помимо ДК и макрофагов, купол содержит CD4+ и CD8+ αβ-Т-клетки, покоящиеся В-клетки и различные субпопуляции регуляторных Т-клеток. Сам кишечный фолликул (В-клеточные области) состоит из зародышевого центра, содержащего активированные В-клетки и фолликулярные дендритные клетки. Фолликулы разделены межфолликулярными областями (Т клеточные области), которые содержат большое количество зрелых αβ-Т-клеток, окружающие венулы с высоким эндотелием HEV.
Таким образом, гистологическая структура фолликула напоминает таковую большинства вторичных лимфоидных органов, но в отличие от фолликулов большинства вторичных лимфоидных органов, фолликулы кишечного эпителия лишены афферентных лимфатических сосудов. По сути, функцию афферентного лимфатического сосуда выполняют М-клетки или дендритные клетки и лимфоциты в кишечных фолликулах получают антигены путем их захвата непосредственно с поверхности слизистой. Поэтому М-клетки эволюционировали так, что они лишены компонентов эпителиального барьера, что облегчает интернализацию антигенов.
В пределах GALT выделяют две популяции дендритных клеток cDC1 и cDC2. Как и в других органах и тканях, в lamina propria кишечника обнаруживают cDC1 и cDC2. Как говорилось выше, морфологически Пейеровы бляшки разделены на три основных домена: фолликулярная область, межфолликулярная область и фолликуло-ассоциированный эпителий. Фолликул окружен субэпителиальным куполом, который содержит В-клетки, Т- клетки, макрофаги и DC. cDC1 локализуются в пределах межфолликулярной области, обогащенной Т–клетками, в то время как cDC2 присутствуют под фолликуло-ассоциированным эпителием в субэпителиальном куполе.
Однако презентация захваченных DCs антигенов происходит не только в лимфоидной ткани, ассоциированной с кишечником (или слизистыми оболочками в целом), так как часть этих клеток мигрирует с током лимфы в ближайшие лимфатические узлы, ключевыми из которых являются мезентериальные лимфатические узлы. Так, в совокупности мезентериальные лимфатические узлы, которые дренируют тонкую кишку, слепую кишку и восходящую ободочную кишку, являются самыми крупными лимфоидными скоплениями в организме. Здесь обнаруживаются как мигрирующие с периферии cDC, так и резидентные cDC. Мигрирующие cDC – это MHC-IIhi клетки со зрелым фенотипом, в то время как резидентные cDC – это MHC-II+ клетки с незрелым фенотипом. После активации cDC1 и CD103+ cDC2 тонкой кишки транспортируют люминальные антигены в мезентериальные лимфатические узлы и презентируют эти антигены «наивным» Т-клеткам, что приводит к развитию специфического иммунного ответа уже на уровне организма. В условиях воспаления cDC1 и cDC2 презентируют антигены и индуцируют разные типы адаптивного иммунного ответа, Th1 или Th2, Th17 соответственно.
Участие cDC1 и cDC2 в развитии Т–клеток
В норме при физиологических условиях большинство DCs в GALT индуцируют анергию или гибель «наивных» активированных Т-лимфоцитов, которые способны распознавать антигены комменсальных микробов или пищевые антигены, либо DCs способствуют их поляризации в регуляторные Т- клетки. Толерогенные свойства DCs формируются под влиянием микроокружения в слизистых. Например, муцин-2 – основной компонент слизи – подавляет активацию cDC под влиянием микробных факторов и способствует индукции оральной толерантности. MLN cDC1 и CD103+ cDC2 экспрессируют avb8-интегрин, который преобразует неактивный TGF-b в его активную форму. Столь же важна роль микробиоты в подавлении иммунного ответа на слизистых оболочках.
Факторы окружающей среды кишечника и микробиоты способствуют формированию cDC с толерогенными свойствами. |
Как уже отмечалось ранее, кишечный эпителий находится на переднем крае взаимодействия организма-хозяина как с комменсальными, так и с патогенными микробами. В физиологических условиях взаимодействие PRR энтероцитов с консервативными структурами микробов индуцирует продукцию молекул, которые подавляют развитие воспаления. Адаптивный иммунный ответ на безвредные микробы также предотвращаются. Взаимодействие TLR2 энтероцитов с микробиотой приводит к синтезу этими клетками TGFβ и TSLP, которые способствуют формированию толерогенных DCs, продуцирующих противовоспалительный цитокин IL-10 и индуцирующих дифференцировку iTreg. Продукция энтероцитами TSLP необходима для нормального иммунного гомеостаза кишечника, поскольку этот цитокин подавляет выработку IL-12 зрелыми DCs. Таким образом, в кишечнике любая активированная Т-клетка с большей вероятностью поляризуется в сторону Th2, а не Th1 или Th17, что способствует развитию иммунных реакций, при которых вероятность повреждения кишечного эпителия невысока.
Наиболее хорошо изученным диетическим фактором, определяющим толерогенные свойства DCs кишечника, является метаболит витамина А – ретиноевая кислота (РА). Стромальные клетки кишечника, эпителиальные клетки и DCs обладают способностью превращать витамин А в РА благодаря экспрессии ретинальдегиддегидрогеназы (RALDH). РА оказывает плейотропное действие на иммунную систему кишечника. РA поддерживает определенную функциональную программу, индуцируя как в cDC1, так и в cDC2, экспрессию RALDH и a4b7-интегрина. Продукция РА обеспечивает тропизм лимфоцитов к кишечнику, индуцируя экспрессию интегрина α4β7 и рецептора хемокина CCR9 на этих клетках. Интегрин a4b7 и хемокиновый рецептор CCR9 служат молекулами хоуминга и обеспечивают миграцию клеток в кишку. Кроме того, РA способствует доминированию в кишке cDC2, а не cDC1 популяции. В дополнение к РА стимулировать экспрессию RALDH в DCs и эпителиальных клетках кишечника способны короткоцепочечные жирные кислоты – бутираты и пропионаты, генерируемых из пищевых волокон.
Участие cDC1 и cDC2 в развитии Т–клеток.
Метаболиты микробиоты (коротко-цепочечные жирные кислоты: ацетаты, пропионат, бутират) подавляют воспаление, индуцируя продукцию TGF-β.
Под влиянием TGF-β который в изобилии продуцирует микроокружение, макрофаги и DCs приобретают уникальный фенотип, который позволяет продуцировать противоспалительные цитокины и индуцировать дифференцировку в Tregs.
Дифференцировке в Tregs также способствует локальная продукция ретиноевой кислоты CD103+ дендритными клетками и макрофагами, экспрессирую-щими ретинолдегидрогеназу. Кроме того, короткоцепочечные жирные кислоты подавляют эеспрессию HDAC (Histone deacetylase) и провоспалительные свойства макрофагов и DCs.
При развитии воспаления из-за травмы или инфекции в lamina propria привлекаются новые DCs, «не подвергнутые» толерогенным сигналам микроокружения кишечника. Распознавание этими клетками PAMPs/DAMPs приводит к их активации, созреванию и приобретению провоспалительного фенотипа. В этом случае, DCs будут презентировать процессированные антигены и экспрессировать необходимый набор ко-стимуляционных молекул на своей поверхности для активации Т-клеток слизистой оболочки. Зрелые DCs могут мигрировать из купола Пейровой бляшки в дренирующий мезентериальный лимфатический узел, где будут презентировать антигены, активировать «наивные» Т-лимфоциты с вовлечением в иммунный ответ В-клеток и развитием системных реакций на слизистых.
Особенности лимфоидной ткани, связанной с носоглоткой и бронхами (NALT и BALT).
NALT и BALT обеспечивают иммунную защиту от вредных факторов и патогенов во вдыхаемом воздухе. NALT включает в себя железы в подслизистой оболочке носа (гланды), миндалины и эпителий, выстилающий носоглотку (верхних дыхательных путей). К BALT относятся железы подслизистой оболочки бронхов, эпителий, выстилающий трахею, бронхи, легкие, а также фолликулы и диффузные скопления лимфоцитов, лежащие в основании эпителия нижних дыхательных путей. Бронхи и легкие покрыты однослойным цилиндрическим эпителием, типичным для слизистых оболочек I типа. Большую часть носоглотки защищает слизистая оболочка II типа. Волосы в носу представляют собой первый механический барьер на пути крупных вредных факторов, проникающих в NALT. Кроме того, биение ресничек на эпителиальных клетках верхних дыхательных путей и такая сложная поведенческая реакция, как кашель, также мешают проникающим в верхние дыхательные пути патогенам закрепиться на эпителии.
Эпителий носоглотки покрыт слоем слизи, содержащей sIgA, лактоферрин, лизоцим и другие антимикробные молекулы и защитные факторы, а также поддерживает развитие симбиотических микробов. В условиях стресса эпителиальные клетки носоглотки сами могут секретировать воспалительные цитокины и хемокины, которые быстро активируют и привлекают клетки врожденного иммунитета в участок проникновения патогена. Аналогичная защитная стратегия присутствует в BALT. Бронхиальные и бронхоальвеолярные эпителиальные клетки являются важными источниками IL-5, IL-6, IL-10 и TGFβ, которые способствуют дифференцировке плазматических клеток и переключению изотипов секретируемых иммуноглобулинов на IgA. Кроме того, бронхиальные и бронхоальвеолярные эпителиальные клетки секретируют коллектины – SP-A и SP-D, которые способны опсонизировать патогенные бактерии и усиливать их фагоцитоз. Связывание SP-A и SP-D с TLR на лейкоцитах также стимулирует продукцию провоспалительных цитокинов. В NALT миндалины являются наиболее важными индукторными участками. Миндалина состоит из сети ретикулярных клеток, которые поддерживают лимфоидные фолликулы и межфолликулярную ткань. Фолликулы содержат зародышевые центры, заселенные фолликулярными DCs и многочисленными В- лимфоцитами. В межфолликулярных областях содержится большое количество αβ-Т-клеток и профессиональных АПК. Интересно, что миндалины также, по-видимому, служат эффекторными сайтами в NALT, потому что высокие концентрации зрелых плазматических клеток, экспрессирующих IgG, IgM и IgA, обнаруживаются в этих структурах. Многие индукторные сайты в BALT структурно схожи с теми, что находятся в кишечнике. Группы фолликулов слизистой оболочки, напоминающие Пейеровы бляшки, и лежащие в их основании М-клетки можно обнаружить в lamina propria бронхиального эпителия.
Компоненты NALT/BALT
Иммунная защита в лимфоидных тканях, связанных с носоглоткой и бронхами, опосредована различными элементами врожденного и адаптив-ного иммунитета, включая врожденные барьерные механизмы защиты, ком-менсальные организмы и клеточные элементы врож-денного и адаптивного иммунитета, в фолликуло-ассоциированом эпителии и в миндалинах
Захват антигенов, их презентация и развитие иммунного ответа
Считается, что поглощение антигена в дыхательных путях происходит легче, чем в GALT, потому что в дыхательных путях отсутствуют ферменты и низкий уровень рН, характерный для кишечника. В слизистых оболочках дыхательных путей I типа, выстланных однослойным эпителием, забор антигена может осуществляться М-клетками. В миндалинах и областях дыхательных путей, покрытых слизистой оболочкой II типа, антигены транспортируются к индукторным сайтам DCs различных популяций, которые могут образовывать длинные отростки между эпителиальными клетками в просвет дыхательного тракта и захватывать вдыхаемые антигены. После захвата антигена DCs созревают и мигрируют в нижележащие диффузные лимфоидные ткани в lamina propria, чтобы инициировать местный иммунный ответ, или мигрируют в дренирующие лимфатические узлы, чтобы инициировать системный иммунный ответ слизистых.
Большая часть наших знаний об иммунных реакциях слизистой оболочки происходит из исследований GALT. Однако считается, что такие же принципы лежат в основе развития иммунных реакций в NALT и BALT.
Развитие иммунного ответа на патогены в MALT
Слизистая оболочка кишечника, пожалуй, самая сложная иммунологическая среда в организме человека. Кишечные эпителиальные клетки и клетки-резиденты врожденного и адаптивного иммунитета находятся в постоянном состоянии взаимодействия с триллионами кишечных микробов. Взаимодействия хозяина и микроба способствуют здоровому иммунному гомеостазу кишечника. Хотя микробиота кишечника состоит из сотен видов микробов, имеются данные, указывающие на то, что существуют ключевые штаммы бактерий, необходимые для поддержания баланса между воспалительными и противовоспалительными реакциями. Структурные компоненты бактерий (например, ЛПС, флагеллин), молекулы, высвобождаемые некротическими эпителиальными клетками хозяина (например, АТФ), а также PRRs клеток организма-хозяина и секретируемые цитокины влияют на иммунную регуляцию в кишечнике. Общее состояние кишечника определяют очень сложные и динамичные процессы, которые, с одной стороны, должны ограничивать повреждение кишечника и воспаление и, с другой стороны, быть готовым ответить воспалением и адаптивным иммунитетом в случае нападения опасного патогена.
Развитие реакций врожденного иммунитета на патогены
Врожденные лимфоциты, находящиеся в эпителиальном слое и подслизистой оболочке, являются ключевыми сенсорами сигналов нарушения эпителиального барьера.
γδ-Т-лимфоциты составляют основной компонент пула лимфоцитов кишечного эпителия. Последние данные указывают на то, что эти клетки очень подвижны и активно «сканируют» эпителий на наличие признаков клеточного стресса. Как уже отмечалось ранее, γδ-Т-клетки распознают на клетках эпителиальных пластов наличие стресс-молекул MICA и MICB, которые функционируют как триггеры цитотоксичности. Так, MICA и MICB активируют цитотоксические NK-подобные IELs и NK-клетки через NKG2D и CD94/NKG2C рецепторы. Контакт эпителиальных клеток с кишечными бактериями может индуцировать экспрессию γδ-Т-клетками антимикробных пептидов. γδ-Т-клетки могут проявлять широкую цитотоксическую активность в отношении инфицированных клеток, которая обусловлена взаимодействием FasL с FasR на клетках-мишенях и продукцией перфорина/гранзима для дестабилизации клеточной мембраны с индукцией апоптоза. γδ-Т-клетки также секретируют различные цитокины и хемокины, включая провоспалительные Th1 — цитокины, такие как IFN-γ и TNF-α, необходимые для активации DCs и Th1. Благодаря этим цитотоксическим свойствам γδ-Т-клетки, наряду с CD8+ Т- и NK-клетками, являются мощным инструментом элиминации зараженных вирусами и внутриклеточными бактериями клеток.
Активация NK- и NKT-клеток также происходит при распознавании микробов с помощью PRR и/или Т-клеточного рецептора. NK-клетки и NKT- клетки, расположенные среди энтероцитов, также играют важнейшую роль в защите первой линии, используя разнообразные эффекторные механизмы. Например, IL-15 играет ключевую роль в усилении цитолитической активности IELs за счет увеличения экспрессии на эпителии кишечника MICA и MICB. Продукция IL-15 приводит к цитотоксическому поражению эпителиальных клеток и повышению проницаемости кишечника для различных люминальных макромолекул, включая иммуногенные пептиды глютена.
Если устойчивое состояние организма-хозяина нарушается из-за травмы или атаки агрессивных патогенов или под воздействием токсинов, связывание PRRs на энтероцитах, с PAMPs/DAMPs активирует эти клетки для выработки «аларминов» (IL-1β при инфекции Candida sp., IL-33, IL-25, TSLP – при глистной инвазии или IL-12 – при вирусной инфекции), а также привлекает из циркуляции к месту инфекции DCs и другие, соответствующие каждому типу воспаления (см. в других разделах) клетки врожденного иммунитета (моноциты, нейтрофилы, эозинофилы и т.д.). Нейтрофилы, наряду с дегрануляцией и фагоцитозом, продуцируют IL-18, который в сочетании с IL-12, продуцируемым DCs, стимулирует NK-клетки к высвобождению IFNg. IFNg активирует DCs и макрофаги и усиливает выработку воспалительных цитокинов. Оксид азота, вырабатываемый активированными фагоцитами, особенно эффективен в ингибировании репликации вируса и может изменять рН микроокружения. Нейтрофилы также захватывают внеклеточные бактерии в нейтрофильные внеклеточные ловушки, которые состоят из хроматинового каркаса, связанного с антимикробными белками азурофильных и специфических гранул. Исследования реакций врожденного иммунитета в BALT показали, что большое количество нейтрофилов, рекрутированных в места бактериальной инфекции в легких, может быть столь же разрушительным, как и действие патогенов, которых они пытаются уничтожить. Хотя эти лейкоциты жизненно важны для защиты от таких видов бактерий, как Klebsiella pneumoniae и Streptococcus pneumoniae, накопление слишком большого количества нейтрофилов может привести к острому повреждению ткани легких или острому респираторному дистресс-синдрому. Избыток IL-18, высвобождаемый активированными нейтрофилами, может стимулировать другие лейкоциты для продукции про-воспалительных цитокинов. Повреждению нежной слизистой оболочки легких способствует разрушение внеклеточных бактерий в нейтрофильных ловушках, которое вызывает высвобождение большого количества микробных веществ.
Система приобретенного иммунитета при реакции на патогены.
Специфический гуморальный иммунный ответ слизистых оболочек формируют секреторные антитела класса А (sIgA). |
Большинство слизистых оболочек, особенно слизистые оболочки I типа в кишечнике и легких, по своей природе являются «хрупкими», так что они легко могут быть повреждены продуктами патогенов во время развития воспалительных реакций. По этой причине иммунитет слизистой оболочки в значительной степени формируют секреторные антитела, и в первую очередь — секреторный иммуноглобулин класса А (sIgA). Эти антитела являются ключевыми компонентами слизи и других жидкостей организма барьерных тканей, таких как слюна и слезная жидкость, и защищают от патогенных микроорганизмов. Хотя sIgM присутствует в некоторых жидкостях организма, подавляющее большинство секреторных антител – это sIgA. Мыши, не способные продуцировать sIgA из-за нарушения С альфа-экзона или дефектов синтеза J-цепи, демонстрируют повышенную восприимчивость к инфекции и неблагоприятным изменениям состава микробиоты. Секреторный IgA имеет несколько особенностей, которые делают его идеальным для защиты слизистой оболочки. Во-первых, sIgA конститутивно локализуются в слизи, для нейтрализации практически любого патогена или токсина, способного вступить в контакт с эпителием. Во-вторых, независимо от антигенной специфичности, углеводные фрагменты С-доменов молекул sIgA могут связываться с молекулами адгезии, экспрессируемыми многими патогенами. В-третьих, по крайней мере, в кишечнике около половины всех антител sIgA обладают способностью перекрестно реагировать с большим количеством эпитопов. Это означает, что более широкому спектру угроз можно противостоять с помощью меньшего количества антител. В-четвертых, sIgA не являются эффективными активаторами комплемента, что снижает вероятность активации этого каскада и инициации повреждающего воспаления при формировании комплексов антиген-антитело. В-пятых, sIgA обладает высокой устойчивостью к широкому спектру протеаз хозяина и микробов в том числе, в кишечнике млекопитающих.
Механизмы выработки sIgA слизистой оболочки
Энтероциты, взаимодействуя с комменсальными бактериями, продуцируют цитокины, которые индуцируют продукцию В-клетками sIgA.
Выработка sIgA в организме намного превышает выработку антител любого другого изотипа. В среднем в кишечнике взрослого человека ежедневно синтезируется около 2 — 3 граммов sIgA. sIgA-продуцирующие плазматические клетки присутствуют в кишке даже в отсутствие патогенов из-за влияния микробиоты на В-клетки слизистой. Постоянная продукция sIgA держит численность комменсалов под контролем, защищая слизистые оболочки и поддерживая гомеостаз.
В случае Т-зависимых реакций cDC способствуют формированию высокоаффинных IgA не только к комменсальной микробиоте, но и к патогенам и их токсинам. cDC в Пейеровых бляшках регулируют процессы переключения класса синтезируемых антител на IgA, а также экспрессию рецепторов «хоуминга» в ткани слизистых на IgA продуцирующих плазматических клетках и их предшественниках.
Энтероциты слизистых оболочек также играют важную роль в продукции sIgA (рис. 94). Когда энтероциты с помощью PRR (особенно TLR2) связываются с комменсальными бактериями, это вызывает продукцию цитокинов BAFF (от англ. «B-cell-activating factor belonging to the TNF family»), APRIL (от англ. «a proliferation inducing ligand») и IL-10, которые индуцируют в 80% активированных В-клеток lamina propria переключение изотипа иммуноглобулинов именно на IgA.
Переключение выработки sIgA.
A. Переключение на IgA происходит при связывании APRIL (DCs и эпителий) с TACI –рецептором на В-клетках. Эпителиальные клетки кишечника также продуцируют TSLP, который стимулирует продукцию APRIL дендритными клетками.
Эпителий и DCs продуцируют TGF-β. TLR лиганды, производимые комменсальными бактериями также индуцируют выработку NO, который тоже способствует выработке IgA. Наконец, выработка IgA зависит от ретиноевой кислоты, которая производится клетками эпителия и DCs, экспрессирующими ретинолдегидрогеназу RALDH.
Б. Переключению класса IgA способствуют сигналы от TLR.
Энтероциты также выделяют TSLP, который усиливает выработку BAFF, APRIL и IL-10. Кроме того, cDC2, которые находятся в куполе Пейеровых бляшек мышей, секретируют высокие уровни IL-10. Презентация DCs антигенов в присутствии IL-10 индуцирует поляризацию «наивных» Т-лимфоцитов в Tfh, регуляторные Т-клетки, секретирующие TGFβ и IL-10, и Th2-эффекторы, синтезирующие IL-4, IL-5 и IL-10. Одновременно поляризация в Th1 и продукция IFNg подавляются. При распознавании TLR5 флагеллина DCs начинают экспрессировать фермент ретинолдегидрогеназу, который конвертирует витамин А в ретиноевую кислоту. Ретиноевая кислота, TGFβ и IL- 10 направляют переключение изотипов иммуноглобулинов в активированных В-клетках в сторону IgA. В-лимфоциты циркулируют через лимфу и кровь в эффекторные сайты слизистой оболочки (например мезентериальные лимфоузлы). В этих местах активированные В-клетки завершают свою дифференцировку в зрелые IgA-продуцирующие плазматические клетки.
Плазматические клетки секретируют полимерный IgA вблизи базолатеральной поверхности эпителиальных клеток, выстилающих кишечник, а также клеток, образующих экзокринные железы. Полимерный IgA связывается с полииммуноглобулиновым рецептром или pIgR (от англ. «poly-Ig receptor»), на базальной поверхности клеток эпителия в эффекторных участках слизистой оболочки и переносится при помощи трансцитоза на апикальную поверхность клеток. При экзоцитозе pIgR расщепляется таким образом, что секреторный компонент остается прикрепленным к антителу, и это приводит к высвобождению комплекса sIgA в слизь.
Формирование sIgA
IgA транспортируются с базаль-ной на апикальную поверхность эпителия. IgA продуцируется в ламина проприа в форме димера, Fc-фрагменты мономеров, которого ковалентно связаны с J цепью. Димерный IgA транспортируется из ламина проприа в просвет кишечника. Этот транспорт осуществляется с помощью poly-Ig рецептора на базальной и апикальной поверхности эпителиальных клеток. Секреторный компонент связывается с бактериями и снижает их подвижность.
Плазматические клетки мыши продуцируют только один подкласс IgA, но у человека продуцируется IgA1 и IgA2, которые отличаются некоторыми своими свойствами. В то время как выработка IgA1 происходит как системно, так и на слизистых, IgA2 присутствует главным образом на слизистых поверхностях (особенно в дистальном отделе кишечника и урогенитальном тракте). Благодаря более короткой области шарнира IgA2 более устойчивее, чем IgA1, к деградации протеазами, что позволяет этому антителу обеспечивать устойчивую защиту в суровой биохимической среде.
Th1 тип адаптивного иммунитета имеет решающее значение для защиты от внутриклеточных патогенов. |
Адаптивный иммунный ответ, опосредованный Th1 и цитотоксическими CD8+ Т-лимфоцитами, имеет решающее значение для защиты от внутриклеточных патогенов, таких как ротавирусы, норовирусы, Listeria monocytogenes, Citrobacter rodentium, Toxoplasma gondii и Tritrichomonas musculis. Развитие Th1 ответа регулирует популяция сDC1, расположенная в межфолликулярных областях Пейеровых бляшек. Эти интерфолликулярные DCs преимущественно продуцируют IL-12, который индуцирует поляризацию Т-клетки слизистой оболочки в Th1-эффекторы и активацию CD8+ Т- лимфоцитов. Некоторые из межфолликулярных DC также могут мигрировать в дренирующий лимфатический узел и активируют наивные Т-клетки в этом месте, индуцируя системный Th1-ответ против патогена. Локальная продукция IFNg и связывание CD40 могут синергично с сигналами от PRR стимулировать продукцию IL-12. Неконтролируемые Th1-реакции в кишечнике могут приводить к значительным повреждениям собственных тканей и провоцировать развитие Th1-опосредованного колита.
В зависимости от патогена и цитокинов, которые продуцируют клетки эпителия кишечника происходит активация соответствующей популяции ILCs, продуцирующей цитокины, активирующие, соответствующие клетки – эффекторы врожденного иммунитета. В зависимости от патогена и цитокинов, которые продуцируют DCs, происходит поляризация адаптивного иммунного ответа в сторону Th1, Тh2 или Th17. Неконтролируемая активация Th может приводить к развитию патологий (пунктирные стрелочки).
Th2 тип адаптивного ответа эффективен в отношении гельминтов и развивается при аллергических заболеваниях. |
Th2 тип ответа эффективен в отношении гельминтов и развивается при аллергических заболеваниях. Было обнаружено, что преимущественно cDC2 индуцируют Th2-реакции in vivo и in vitro. В ответ на Nippostrongylus brasiliensis, Trichuris muris и Schistosoma mansoni мыши с дефицитом cDC2 демонстрируют снижение IL-4, IL-5 и IL-13 продуцирующих Th2-клеток в мезентериальных ЛУ и lamina propria кишечника. Th2-клетки, которые продуцируют IL-4, IL-5 и IL– 13, индуцируют рекомбинацию переключение продукции IgE-класса антител и эозинофильно-опосредованное воспаление. Тонкий кишечник является основным резервуаром для эозинофилов, которые контролируют активацию cDC2 и Th2 поляризацию. Недавно было установлено, что CD103+CD11b+ cDC2 индуцируют Th2-реакции в тонком кишечнике, тогда как CD103-CD11b+ cDC2 выполняют эту роль в толстой кишке. Кроме того, ILC2, которые продуцируют IL-13, способствуют миграции активированных DCs из легких в ЛУ средостения во время первичной аллергической реакции и индуцируют продукцию хемокина CCL17, привлекающего Th2 и CD103+CD11b+ cDC2. Роль ILC2 в регуляции Th2-ответа в кишечнике не исследована. Ретиноевая кислота подавляет аллергические реакции на пероральные АГ, предотвращая поляризацию Th2-клеток
Th17 тип адаптивного ответа обеспечивает защиту от внеклеточных патогенов |
Th17 тип адаптивного ответа обеспечивает защиту от внеклеточных патогенов, например, грибов Candida albicans или бактерий Salmonella typhimurium, C.rodentium и Yersinia enterocolitica. Поддержание Th17-ответа в кишечнике зависит от сигналов микробиоты, в частности сегментированных нитевидных бактерий. В исследованиях in vitro было показано, что активирован-
ные зрелые DCs GALT направляют поляризацию «наивных» активированных CD4+ Т-клеток преимущественно в сторону Th17. Недавние исследования на мышах показали, что микробиота может оказать влияние на формирование иммунитета в GALT. Например, мыши, выращенные в стерильных условиях, не имеют микробиоты в кишечнике и обладают неразвитой GALT, аномально высоким количество Th2-клеток и аномально низкими уровнями Th1- и Th17-клеток. На энтероцитах у этих животных наблюдается снижение экспрессии TLR, и их DCs не могут формировать трансэпителиальные отростки.
Эффеторные клоны Т- и В-лимфоцитов, сформировавшись в одном индукторном сайте слизистых, могут через кровь мигрировать в любые эффекторные сайты слизистых. |
Для индукции и дифференцировки клеток Th17 требуется сочетание TGF- b вместе с IL-6 или IL-21, тогда как для экспансии и поддержания Th17 ответа требуется IL-23. Как CD103+CD11b+, так и CD103–CD11b+ cDC2 могут индуцировать поляризацию «наивных» CD4+ Т-клеток в Th17. CD103+CD11b+ cDC2 cDC2 в значительной степени отвечают за дифференцировку и поддержание Th17-клеток в МЛНС и ЛП тонкого кишечника.
В ответ на распознавание антигена Th17-клетки продуцируют IL-17 и IL- 22, которые индуцируют секрецию клетками эпителия и нейтрофилами антимикробных субстанций, усиливают барьерные свойства эпителия. Как и в кишечнике, продукция IL-17 очень важна для защиты от бактерий в легких. Преобладающими источниками этого цитокина в NALT/BALT являются легочные Th17-клетки и γδ-Т-клетки, стимулированные IL-23. Th17 в GALT и NALT/BALT также продуцируют IL-22, который в сочетании с IL-17 индуцирует секрецию провоспалительных цитокинов клетками эпителия кишечника и бронхов. Микробиота не только способствует дифференцировке Th17-клеток в GALT, но и может модулировать их активность. Кишечные эпителиальные клетки в ответ на распознавание определенных компонентов комменсальных микробов, секретируют IL-25, который ингибирует продукцию IL-23 клетками в lamina propria. А без достаточного количества IL-23 пролиферация Th17-клеток блокируется. Эта регуляторная петля обратной отрицательной связи, возможно, эволюционировала, чтобы защитить кишечник от неконтролируемых Th17-реакций, которые могут привести к колиту (тяжелому воспалению кишечника).
Было замечено, что инвазия патогена в одном месте в кишечнике может привести к появлению специфических sIgA не только в кишечнике, но и в дыхательных путях, слюнных, слезных железах, глазной ткани, среднем ухе и даже в лактирующих молочных железах. Точно так же интраназальное введение антигена может привести к обнаружению антигенспецифических sIgA в слюне, миндалинах, трахее, легких и кишечнике. Эти наблюдения привели к появлению концепции, называемой общей иммунной системой слизистой оболочки (или CMIS, от англ. «common mucosal immune system»). Суть этой концепции в том, что эффеторные клоны Т- и В-лимфоцитов, сформировавшись в одном индукторном сайте слизистых (например в ЖКТ), могут через кровь мигрировать в любые эффекторные сайты слизистых, как ВНД, так и ЖКТ. В основе этого явления лежит тот факт, что миграция Т- и В-лимфоцитов из индукторного участка слизистой оболочки в эффекторные участки регулируется общими для всех слизистых рецепторами хоуминга. Эти рецепторы экспрессируют только те Т- и В-клетки, которые были «праймированы» (активированы) в индуктивных сайтах слизистых оболочек, и они отличаются от рецепторов «хоуминга», экспрессируемых Т- и В-клетками, «праймированными» в лимфатических узлах. Рецепторы «хоуминга» связываются с белками-адрессинами, экспрессируемыми исключительно в эффекторных участках слизистых оболочек. Например, обычная В-клетка, несущая рецептор «хоуминга» α4β1-интегрин, циркулирует и связывается с адрессином VCAM-1, который экспрессируется активированными эндотелиальными клетками в очагах воспаления. В отличие от этого, В-клетки слизистой оболочки экспрессируют α4β7-интегрин, лигандом которого является адгезионная молекула с MAdCAM-1, экспрессируемая только эндотелиальными клетками в слизистой оболочке. Поэтому В-клетки слизистой оболочки игнорируют участки в периферических тканях и вместо этого возвращаются в эффекторные участки слизистой оболочки, где молекулы α4β7-интегрина могут связываться с MAdCAM-1. CCR9 связывается с хемокином TECK, секретируемым эпителиальными клетками слизистой оболочки в эффекторных участках. На Т-клетках слизистой оболочки экспрессия α4β7-интегрина, а также хемокинового рецептора CCR9 индуцируется под влиянием DCs в индуктивных участках.
Иммунные реакции, индуцированные в различных участках эффекторов слизистой оболочки, развиваются с разной силой. Наиболее сильные реакции развиваются в тех участках, которые находятся ближе всего к индуктивному участку. Например, если Пейеровы бляшки в GALT являются индуктивным сайтом, сильный антительный ответ будет обнаружен в эффекторных сайтах в близлежащих слизистых оболочках в тонкой кишке (GALT), но в более отдаленных миндалинах (NALT) будет наблюдаться слабый ответ. И, наоборот, иммунный ответ, инициированный в NALT, индуцируют сильные антигенспецифические иммунные реакции в дыхательных путях, но гораздо более слабая реакция будет наблюдаться в кишечнике. Интересно, что появляется все больше доказательств того, что реакция на один патоген в одном индуктивном сайте может влиять на реакцию на совершенно другой патоген в другом индуктивном сайте. Например, у людей, инфицированных Mycobacterium tuberculosis, патогенной бактерией, вызывающей туберкулез, иммунный ответ в BALT зависит от иммунного ответа в GALT против других патогенов. В одном исследовании пациентов с инфекциями M. tuberculosis исследователи обнаружили, что у человека, который также страдал от инфекции кишечными гельминтами (вызывающий в преимущественно Th2 тип иммунного ответа), развивался слабый иммунный ответ против M. tuberculosis. Однако у человека, инфицированного M. tuberculosis и коинфицированного кишечной бактерией Helicobacter pylori (которая вызывает в основном Th1 тип ответа), наблюдался гораздо более сильный ответ против M. tuberculosis.
Различия вариантов ко-инфекции и эффективности CMIS у разных людей могут объяснить тот факт, что во всем мире более 2 миллиардов человек инфицированы M.tuberculosis, но только 20 миллионов человек страдают активным туберкулезом.
