Начиная данный раздел, следует отметить, что ключевую роль в активации клеточных и гуморальных реакций системы адаптивного иммунитета играет процесс, получивший название «презентация» (иногда «представление») антигенов (рис.26)

А) Активация «наивных» клеток, клональная экпанасия, формирование эффекторов
Б) Активация эффекторной клетки – продукция цитокинов, активация макрофагов (клеточный ответ)
В) Активация эффекторной клетки – активация В-лимфоцитов, продукция антител (гуморальный ответ)

За реализацию всех процессов, связанных с презентаций антигенов, отвечают так называемые антиген-презентирующие клетки (АПК) – гетерогенная популяция лейкоцитов с выраженными иммуностимулирующими свойствами, обладающие способностью осуществлять «процессинг» антигена и предоставлять («презентировать» его иммунокомпетентным клеткам (в первую очередь, различным популяциям Т-хелперов и цитотоксическим Т-лимфоцитам).

Процессинг антигенов – это частичный (ограниченный) протеолиз белковых антигенов (расщепление до 5–20 аминокислотных остатков), упаковка полученных фрагментов антигена на молекулы главного комплекса гистосовместимости 1 и 2 классов (МНС I и МНС II). А также последующая экспрессия образующихся комплексов на поверхность АПК – т.е. презентация антигена в иммуногенной форме (той самой форме, которая может вызвать развитие специфического иммунного ответа с последующим формирование иммунологической памяти).

Какие клетки отвечают за презентацию антигенов? Обычно выделяют «профессиональные» АПК – дендритные клетки, макрофаги и В-лимфоциты – на поверхности этих клеток молекулы МНС II класса присутствуют постоянно. Наряду с «профессиональными» АПК, некоторые типы соматических клеток (кератиноциты, тироциты, эндотелиоциты) при различных воспалительных процессах в условиях активации цитокинами также приобретают способность участвовать в презентации антигенов. Что же касается молекул МНС I класса, то они постоянно (конститутивно) представлены на поверхности большинства клеток организма (кроме клеток трофобласта), а под действием провоспалительных факторов (цитокины, патоген-ассоциированные молекулярные паттерны, молекулы клеточной опасности и т.д.) уровень их экспрессии может существенно повышаться.

Основные этапы развития специфического иммунного ответа:

1). Первичное проникновение патогена через барьерные ткани;

2). Захват патогена или его фрагментов АПК, которые могут быть локализованы в барьерных тканях (например, дендритные клетки) или в лимфе, собранной из тканей в лимфатическом узле (В-лимфоциты).

3). Процессинг и доставка антигенов в Т-зависимые зоны периферических лимфоидных органов активированными антигеном АПК (в этом случае АПК активируется и начинает экспрессировать рецепторы «хоуминга» в лимфоидную ткань и, в первую очередь, в Т-зависимые зоны, где вероятность встречи с Т-лимфоцитом максимальна, а также созданы все необходимые условия – формирование микроокружения – для презентации антигенов и клональной экспансии Т-клеток);

4). Презентация антигенов патогена Т-лимфоцитам в Т-зависимых зонах периферических лимфоидных органов;

5). Развитие специфического ответа, связанного с получением Т-клеткой трех активационных сигналов (от Т-клеточного рецептора = распознавание специфического антигена; от ко-стимулирующих молекул, которые появляются исключительно на активированной через паттерн-распознающие рецепторы АПК = подтверждение того, что Т-клеткой было распознано именно «чужое», а не «свое»; и от цитокинов, которые синтезируются активированной АПК и активированными Т-лимфоцитами), дальнейшей клональной экспансией и формированием пула эффекторных клеток, способных мигрировать в очаг проникновения патогена.

В том случае, если этапы 1–3 могут протекать как в периферических тканях (в случае макрофагов и дендритных клеток как АПК), так и в лимфоидной ткани (В-клетки как АПК), то последующие этапы (4 и 5) в норме протекают исключительно в периферических лимфоидных органах. Именно поэтому периферические органы иммунной системы расположены по регионарному принципу, что позволяет контролировать поступление антигенов из определенных частей тела и развивать иммунный ответ. Так, каждый лимфатический узел контролирует строго определенную часть тела, от которой к нему поступает лимфа; тогда как селезенка является барьером для антигенов, поступивших в кровоток. Кроме того, существуют лимфоидные органы и скопления лимфоидных клеток, непосредственно контактирующие с барьерными тканями – слизистыми оболочками и с кожей (см. Главу 2).

Реализация противовирусного и противоопухолевого иммунного ответа происходит за счет  презентация антигенов, локализованных в цитоплазме клеток, при помощи МНС I класса –Этот процесс протекает постоянно во всех клетках организма (кроме клеток трофобласта); ключевую роль в распознавание клеток, несущих в своей цитоплазме «чужие» (инфицированные вирусами или некоторыми бактериями, живущими в цитоплазме без мембранной упаковки) или собственные «измененные» (переродившиеся опухолевые клетки) антигены играют цитотоксические Т-лимфоциты с фенотипом CD3+CD8+. Именно благодаря молекуле CD8 (которая способна к специфическому взаимодействию с МНС I) эти клетки получают подтверждающие сигнал о том, что они распознали антигены, локализованные в цитозоле, и могут запустить процессы, связанные с индукцией апоптоза в этой клетки. Презентация антигенов через молекулы МНС I класса традиционно разбивается на несколько стадий (рис.27):

Cellular and Molecular Immunology by Drs. Abul K. Abbas, Andrew H. H. Lichtman, and Shiv Pillai 9th edition, 2017.
1. Синтез белков в цитоплазме клетке на свободных рибосомах;
2. Ограниченный протеолиз белков (обычно около 30%, а при активации клеток – до 70% от общего объема вновь синтезированных белков) в специальной белковой «мясорубке» – протеасоме (ее активность также зависит провоспалительных сигналов извне клетки);
3. Все полученные фрагменты белков (уже их можно называть антигенами) специфическим образом маркируются и переносятся при помощи специализированных белков-транспортеров семейства ТАР из цитозоля в полость ЭПС;
4. Загрузка пептида на МНС I
5. Перемещение комплекса «МНС I–пептид» на наружную мембрану клетки для распознавания цитотоксическим Т-клетками.

Вместе с тем многие патогены используют стратегии избегания или снижения эффективности иммунного ответа за счет нарушения презентация антигенов через МНС I. Так, способностью к снижению активности протеосомы обладают белки вирусов EBV и CMV, что снижает эффективность процессинга вирусных белков. Некоторые белки HSV способны блокировать работу белков-транспортеров семейства ТАР, что снижает эффективность доставки процессированных антигенов в ЭПС. Аденовирусы и CMV подавляют синтеза молекул МНС I в инфицированной клетке и/или нарушают его перемещение по ЭПС. Более того, CMV способствует удаление МНС I из ЭПС, тогда как CMV вызывает продукцию МНСI-подобных молекул, на которые возможность загрузки собственных пептидов резко снижена.

Презентация внеклеточных антигенов при помощи МНС II класса – реализация специфического иммунного ответа против патогеном, локализованных в межклеточном пространстве. Этот процесс протекает постоянно в профессиональных АПК (а также некоторых активированных клетках); ключевую роль в распознавание клеток, поглотивших при помощи различных типов эндоцитоза «чужие» (бактерии, грибы, гельминты, вирусы и т.д.) антигены играют Т-хелперы с фенотипом CD3+CD4+. Именно благодаря молекуле CD4 (которая способна к специфическому взаимодействию с МНС II) эти клетки получают подтверждающие сигнал о том, что они распознали антигены, поглощенные АПК из межклеточного пространства, и могут запустить процессы, связанные продукцией цитокинов, направленных на активации различных эффекторных клеток. Презентация антигенов через молекулы МНС II класса традиционно разбивается на несколько стадий (рис.28).

1. Эндоцитоз внеклеточного антигена АПК;
2. Ограниченные протеолиз поглощенного антигена в фаголизосоме/эндосоме;
3. Синтеза молекул МНС II в ЭПС с последующим их транспортом в эндомосу с процессированным антигеном (при этом сайт для связывания с антигенов на МНС II закрыт специальным белком-заглушкой – это позволяют предотвратить загрузку внутриклеточных антигенов, которые находятся в полости ЭПС, на данную молекулу);
4. Удаление белка-заглушки с МНС II и загрузка антигена на МНС II в после слияния везикул;
5. Перемещения образовавшегося комплекса «МНС II–антиген» на поверхность клетки для распознавания Т-хелперами.

Следует отметить, что подобно МНС I класса, многие патогенны – в первую очередь, бактерии и грибы – используют различные стратегии избегания или снижения эффективности презентации своих антигенов за счет нарушения данного процесса презентации через МНС II.

Например, многие бактерии нарушают процессы созревания фаголизосом, что позволяет им избежать не только собственной гибели, но и процессинга собственных антигенов. Некоторые виды Mycobacterium и Ehrlichia блокируют созревание фагосом в самом начале, тогда как сальмонеллы позволяет фагосомам немного большее созревание, а, например, Coxiella высвобождается в цитоплазму уже из зрелой фаголизосомы. На аналогичной стадии фаголизосомы способны покидать некоторые виды Listeria и Rickettsia.

Итак, патогены применяют весьма эффективные стратегии избегания презентации собственных антигенов. Именно поэтому были разработаны многочисленные фармакологические подходы, целью которых являлось повышение эффективности распознавания антигенов клетками иммунной системы. В онкологии применяются различные химиотерапевтические препараты, одним из эффектов которых является увеличение экспрессии молекул МНС I класса (например, цисплатин или гемцитабин) на клетках, включая перерожденные опухолевые клетки, организма пациента. На разных стадия клинических исследований испытаний находятся препараты на основе ингибиторов тирозинкиназ, способные усиливать экспрессию молекул МНС I и II классов. А также оказывать влияние на плотность экспрессии ко-стимулмрующих молекул CD86 и CD40. Препараты, содержащие интерфероны I и II типов, также оказывают стимулирующее действие как на соматические клетки (за счет усиления экспрессии МНСI и белков семейства ТАР), так и в случае IFNγ еще и на профессиональные АПК, на поверхности которых увеличивается уровень не только МНС II, содержащих пептиды, но и ко-стимуляционных молекул. Столь же эффективны различные препараты, содержащие в своем составе агонисты TOLL-подобных рецепторов. Например, такой агонист TLR 2/4 как БЦЖ способен повышать экспрессии на АПК как МНС-II, так и ко-стимулирующих CD80/CD86 и адгезионных ICAM молекул.

Активация Т-лимфоцитов АПК. Формирование «иммунного» синапса

Когда комплекс TcR распознает MHC-ассоциированные пептиды на АПК, то сразу несколько поверхностных и внутриклеточных сигнальных молекул T-клеток быстро собираются в месте контакта T-клетка-АПК. Эта область физического контакта между Т-клеткой и АПК формирует макромолекулярную структуру, которая называется «иммунным» синапсом или надмолекулярным активационным кластером (SMAC, от англ. «supramolecular activation cluster»).

В самом центре SMAC находятся такие молекулы как Т-клеточный рецептор в ассоциации с CD3 (все цепи, включая ζ), корецепторы CD4 или CD8 (в случае Т-хелпера или цитотоксического Т-лимфоцита, соответственно), различного рода внутриклеточные сигнальные молекулы, главной из которых является протеинкиназа θ (PKC-θ), а также адапторные белки, отвечающие за передачу сигнала на ядро активированного Т-лимфоцита. В этой области синапса, называемой также c-SMAC (центральная часть SMAC, от англ. «central SMAC»), расстояние между плазматической мембраной Т-лимфоцита и мембраной АПК составляет около 15 нм. Адгезионные молекулы, в первую очередь интегрины (LFA-1 со стороны Т-лимфоцита контактирует с иммуноглобулиновыми молекулами ICAM-1 на поверхности АПК), формируют периферическую часть «иммунного» синапса и играют ведущую роль в стабилизации сайта взаимодействия между Т-клеткой и АПК. Эта область получила название периферическая часть SMAC или p-SMAC (от англ. «peripheral SMAC»). В этой внешней части синапса мембраны контактирующих клеток разделяет расстояние в пределах 40 нм. Кроме того, по периферии со стороны Т-лимфоцита формируется дополнительное кольцо из молекул CD44 и CD45, получившие название d-SMAC (от англ. «distal SMAC»).

В покоящейся Т-клетке все эти сигнальные и адгезионные молекулы обычно располагаются диффузно в плоскости плазматической мембраны лимфоцита в составе так называемых липидными «рафтов» (от англ. «lipid rafts») или плотов, то есть фрагментов мембраны, обогащенных гликолипидами. Только после активации Т-клеточного рецептора и ко-стимуляционных молекул липидные «рафты» за счет белков цитоскелета направленно мигрируют в зону контакта с АПК и сливаются вместе, формируя иммунологический синапс. Таким образом, иммунный синапс выполняет несколько важнейших функций, связанных с активацией Т-лимфоцита (рис. 29).

Во-первых, это стабилизация области распознавания Т-клеточным рецептором антигена в ассоциации с МНС, что позволяет Т-лимфоциту провести фосфорилирование сигнальных молекул, необходимых для активации пролиферации и синтеза ряда поверхностных и растворимых молекул. На поверхности АПК комплекс МНС с антигеном (точнее, эпитопом антигена), который был распознан Т-лимфоцитом, может быть представлен всего лишь несколькими молекулами (необходимо помнить, что в ходе ограниченного протеолиза антиген разрезается на множество отдельных эпитопов, которые могут презентироваться АПК одновременно). Поэтому формирование синапса позволяет собрать вместе несколько комплексов МНС-антиген, чтобы активировать сразу несколько TcR. Более того, сродство или аффинность TcR к антигену может быть весьма низким, но длительное взаимодействие гарантирует эффективное проведение сигнала и активацию лимфоцита.

Во-вторых, именно в составе синапса происходит обмен сигналами, основанными на цитокинах, между АПК и Т-лимфоцитом. Условная изолированность внутреннего пространства синапса позволяет локально повысить концентрацию этих цитокинов, что также обеспечивает эффективное проведение сигнала и активацию Т-лимфоцита.

В-третьих, «иммунный» синапс, особенно в своей центральной части c-SMAC, также может быть важным для эффективной передачи сигнала внутрь клетки. Следует помнить о том, что после фосфорилирования и активации сигнальных молекул последние быстро убиквитинируются (посттрансляционное присоединение ферментами убиквитинлигазами одного или нескольких мономеров убиквитина с помощью ковалентной связи к боковым аминогруппам белка-мишени) и расщепляются. Эта деградация сигнальных белков способствует прекращению активации Т-клеток.

Итак, для активации Т-лимфоциты и запуска антигензависимой стадии дифференцировки в периферических лимфоидных органах необходимо три сигнала:

1. Распознавание Т-клеточным рецептором антигена в ассоциации с молекулами главного комплекса гистосовместимости I (для цитотоксических Т-лимфоцитов) или II (для Т-хелперов) класса;
2. Взаимодействие между ко-стимуляционными молекулами АПК и Т-клетки;
3. Цитокины, секретируемые АПК, необходимы для эффективной активации и клональной экспансии.

Для чего необходимы «костимулирующие» сигналы при развитии иммунного ответа (рис. 30)?

1. Костимулирующие молекулы CD80/CD86 появляются на поверхности АПК только в случае активации на ней рецепторов врожденного иммунитета (то есть исключительно в ответ на распознавание «чужого», а не случайно презентируемого «своего»);
2. Именно патогены являются индукторами экспрессии ко-стимулирующих молекул на АПК (без патогена и/или его компонентов запуск иммунного ответа невозможен – это свойство применяется, например, при создании эффективных вакцин, где лиганды TLR и других паттерн-распознающих рецепторов являются одними из важнейших компонентов);
3. Взаимодействие между CD80/CD86 и CD28 необходимо для активации Т-лимфоцита, распознавшего именно «чужеродный», а не собственный антиген;

4. Молекулы CD80/CD86 и CD28 играют ведущую роль в поддержание периферической толерантности (именно на этом свойстве основаны разработка и эффективное применение некоторых современные биологических препаратов, некоторые из которых стали, например, поводом для присуждения Джеймсу Эллисону Нобелевской премии по медицине и физиологии в 2018 году);
5. Срыв периферической толерантности лежит в основе аутоиммунных патологических состояний, поэтому ко-стимуляционные молекулы являются перспективными мишенями для терапии.

Итак, основные функции взаимодействия CD80/CD86 со стороны АПК и CD28 со стороны Т-лимфоцита. Под действием этого сигнала активированный Т-лимфоцит, распознавший своим Т-клеточным рецептором антиген в ассоциации с МНС, начинает:

— увеличивать экспрессию анти-апоптотических белков (белков, блокирующих апоптоз – так как любая активированная клетка специфического иммунитета потенциально опасна для организма, так как может распознать собственные антигены и запустить аутоиммунное воспаление) – это сигнал на выживание для Т-лимфоцита;

— синтез и секреция IL-2; увеличение экспрессии CD25 на поверхности клетки (IL-2 является важнейшим аутокринным ростовым фактором для Т-клеток, без него Т-клетки не могут пролиферировать и формировать клон эффекторных клеток; чтобы избежать потенциальных «ошибок» в активации аутореактивных клеток, способностями к синтезу IL-2 и его «восприятию» – формированию высоко-аффинного рецептора для этого цитокина за счет синтеза CD25 – обладают только Т-лимфоциты, способные к распознаванию исключительно «чужого» антигена);

— пролиферация или клональная экспансия – наработка пула клеток, обладающих Т-клеточным рецептором заданной специфичности (исходно была одна «наивная Т-клетки, которая покинула тимус с уникальным рецептором – для эффективного ответа на патоген необходимо множество таких клеток, чем их больше – тем ответ протекает быстрее и с минимальным повреждением организма, вызванного действием патогена);

— увеличение уровня экспрессии белков-циклинов, отвечающих за продвижение активированного Т-лимфоцита по клеточному циклу – выход из фазы покоя и переход к митозу (только лимфоцит, распознающий исключительно «чужеродный» антиген получает разрешение на клонирование – в этом еще одна важнейшая роль ко-стимуляции);

— в дальнейшем – дифференцировка в эффекторные клетки и клетки памяти (эффекторы должны бороться с патогеном в очаге его проникновения в организм, тогда как клетки памяти отвечают на ускоренный ответ при повторном проникновении патогена – именно формирование пула клеток памяти является главнейшей задачей при вакцинации).

Что же касается АПК, то она тоже получается сигналы от Т-лимфоцита – обмен сигналами носит взаимный характер! Так, после  взаимодействия CD80/CD86 и CD28 на поверхности активированной Т-клетки экспрессируется CD40L. Данная молекула связывается с CD40 на поверхности АПК, что приводит к усилению экспрессии CD80/CD86 и продукции цитокинов, необходимых для выживания и дифференцировки Т-клетки. Таким образом клетки стимулируют друг друга на выживание и проявление эффектов, необходимых для развития иммунного ответа.

Основные модели, описывающие дифференцировку и созревание отдельных субпопуляций Т-лимфоцитов.

В современной иммунологической литературе встречаются упоминания о четырех основных моделей, описывающих возможные пути развития зрелых эффекторных клеток из «наивных» Т-лимфоцитов. Однако большая часть этих моделей обычно рассматривается и проверяется экспериментально на примере цитотоксических Т-лимфоцитов с фенотипом CD3+CD8+. В первую очередь, следует упомянуть о модели «линейной дифференцировки» эффекторных клеток и клеток памяти от единого «наивного» предшественника. В данном случае после активации «наивных» Т-клеток происходит формирование эффекторных клеток, которые формируют как короткоживущие эффекторные клетки, элиминация избытка которых происходит путем апоптоза после завершения эффекторной фазы специфического иммунного ответа, так и эффекторные клетки памяти, способные впоследствии формировать долгоживущие клетки центральной памяти.

Альтернативой может служить модель, получившая в англоязычной литературе название «separate—precursor model», в соответствии с которой CD3+CD8+ Т-клетка, которая покидает тимус после прохождения антиген-независимой дифференцировки, уже может быть «коммитирована» к формированию преимущественно либо долгоживущих клеток памяти, либо же к развитию в эффекторные клетки. Большинство исследователей считают такой способ формирования различных популяций Т-клеток маловероятным, так как существуют данные о том, что «наивный» Т-лимфоцит является «мультипотентной» клеткой, которая способна формировать как эффекторные лимфоциты, так и дифференцироваться в сторону Т-клеток памяти, включая CM и ЕМ клетки (рис. 31А).

В качестве альтернативы описанным выше моделям дифференцировки CD3+CD8+ лимфоцитов можно рассматривать «асимметричную» или «бифуркационную» модель, впервые предложенную в 2007 году. В основе данной гипотезы находится тот факт, что после первого митотического цикла формируются две дочерние клетки, которые в ходе дальнейшей клональной экспансии дадут начало клонам эффекторов или клеткам памяти (рис. 31Б). Так, первый «дочерний» лимфоцит, который после первого раунда деления будет находиться в непосредственной близости от АПК, и будет содержать все структуры, входящие в состав иммунного синапса (первый и второй сигналы). Более того, активированная антигеном АПК синтезирует широкий спектр цитокинов, регулирующих дифференцировку Т-клеток, максимальная концентрация которых будет наблюдаться именно в близи этой АПК (третий сигнал). Таким образом, этот лимфоцит будет получать максимально сильные сигналу от АПК, что в дальнейшем приведет к формированию клона эффекторных CD3+CD8+ клеток. Тогда как вторая дочерняя клетка, оказавшаяся в результате цитокенеза на несколько большем расстоянии от активированной АПК, – не несущая на своей поверхности иммунного синапса и получающая слабые сигнал от цитокинов – будет формировать клетки памяти.

А — модель дифференцировки, получившая название «separate-precursor model»,
Б — «асимметричная» или «бифуркационная» модель;
В — модель дифференцировки, получившая название «signal-strength model»;
Г — модель «снижающегося потенциала»

В основе упомянутой выше модели находится гипотеза о том, что именно длительность («сила») трех межклеточных сигналов – от TcR (сигнал 1), от таких костимулирующих молекул как CD27 и CD28 (сигнал 2), а также синтезируемых АПК растворимых  молекул (сигнал 3) – могут определять направление дифференцировки разных типов Т-клеток. В англоязычной литературе эта модель получила название «signal—strength model», то есть модель, в рамках которой направление дифференцировки Т-клеток определяется совокупной силой трех активационных сигнала, получаемого «наивной» антиген-специфической Т-клеткой в момент ее активации в лимфоидной ткани (рис. 31В). В том случае, если все три сигнала, действующие на «наивную» Т-клетку, достаточно сильны и пролонгированы по времени (развитие воспалительной реакции на фоне большого объема патогенов, которые вызывают активацию АПК и эффективную стимуляцию клеток врожденного иммунитета, продуцирующих провоспалительные цитокины длительное время), то формируются короткоживущие или «терминально-дифференцированные» эффекторные клетки. По мере снижения уровня стимулирующих факторов в ходе дифференцировки «наивной» Т-клетки получаются ЕМ и СМ клетки, соответственно.

На предположении о том, что созревание «наивных» Т-лимфоцитов находится в прямой зависимости от силы и продолжительности указанных выше трех активирующих сигналов, построена еще одна модель (рис. 31Г), получившая в англоязычной литературе название «decreasing-potential model» или модель «снижающегося потенциала». В этом случае, созревание и дифференцировка CD3+CD8+ лимфоцитов от «наивных» клеток в сторону эффекторов рассматривается с точки зрения постепенного накопления эффекторных свойств на фоне уменьшения способности к пролиферации. Ведущая роль принадлежит «наивному» Т-лимфоциту, который в ходе антиген-зависимой дифференцировки последовательно переходит в стадию клеток центральной памяти, затем из него формируются лимфоциты, обладающие фенотипом ЕМ, и, наконец, в стадию TEMRA.

Таким образом, ключевым отличием от упомянутой выше модели, подчеркивающей ведущую роль микроокружения в формировании из «наивных» клеток более зрелых типов лимфоцитов, является постепенное приобретение эффекторных свойств через некоторые промежуточные стадии, наличие которых показано как для циркулирующей крови, так и в периферических лимфатических тканях. Косвенным подтверждением этой теории являются клинические наблюдения, основанные на применении антибиотиков и вакцин на основе дендритных клеток, предварительно нагруженных антигеном интереса.

Применение антибиотиков на фоне инфекционного процесса снижает уровень продукции провоспалительных цитокинов и сокращает объем доступного антигена, но не блокирует презентацию антигенов и развитие специфического иммунного ответа. Введение зрелых антиген-презентирующих клеток, уже успешно процессировавших антиген, в организм пациента обычно не сопровождается развитием воспаления, но способствует формированию клона антиген-специфических клеток. Оба эти подхода связаны с формированием слабого цитокинового сигнала (сигнал 3) и относительно низкой доступностью антигена. В результате формируются преимущественно Т-клетки центральной памяти, а не клоны клеток с эффекторным фенотипом. Итак, описанная выше модель дифференцировки CD3+CD8+ лимфоцитов сочетает в себе общие положения модели «линейной дифференцировки» Т-клеток и моделей, основанных на ведущей роли микроокружения в процессах регуляции созревания клеток.

Следует отметить, что в последние годны были детально охарактеризованы новые типы CD3+CD4+ и CD3+CD8+ лимфоцитов – например, клетки памяти, обладающие свойствами стволовых клеток, или тканевые «резидентных» Т-клетки памяти, обладающие выраженной способностью к самообновлению и самоподдержанию в периферических тканях, а также некоторые другие популяции, которые пока еще не нашли своего определенного места в современных классификация и моделях. Все это указывает на тот факт, что в ближайшие годы схемы созревания Т-лимфоцитов могут существенно модифицироваться.

Особенно хочется обратить внимание на то, что подавляющее большинство упомянутых выше гипотез и моделей были построены на результатах исследования цитотоксических Т-лимфоцитов, а не CD3+CD4+ клеток. Более того, значительная часть ключевых экспериментов была проведена с использованием экспериментальных моделей на лабораторных животных, а лишь незначительная часть – на человекообразных обезьянах или клетках человека в условиях in vitro. В дальнейшем полученные результаты переносятся на процессы, протекающие у человека в условиях in vivo, хотя часть данных базируется на клинических наблюдениях. Однако, большинство современных исследователей сходятся во мнение, что созревание и дифференцировка антиген-специфических Т-лимфоцитов в периферических лимфоидных органах скорее всего имеет последовательный или линейный характер – «наивные» лимфоциты, T_SMC, СМ клетки, ЕМ клетки и эффекторные клетки популяции TEMRA.

Проявление эффекторных свойств клетками адартивного иммунитета.

Т-хелперы (рис.32). Среди всех клеток систем врожденного и приобретенного иммунитета Т-хелперы (Тh) выделяются особенным разнообразием выполняемых функций, что находит свое отражение в крайне высокой гетерогенности данной популяции (табл.23). Исходно на основании продукции цитокинов среди CD3+CD4+ лимфоцитов выделяли клетки, способные к синтезу IFNγ и получившие название Т-хелперов 1 типа (Тh1), и клетки, названные Т-хелперами 2 типа (Тh2) и синтезировавшие IL-4. Далее были описаны Th17 и фолликулярные Т-хелперы (Tfh). Мы остановимся только на этих четырех типах клеток, так как их реальное существование не подвергается сомнению. Следует отметить, что с завидной регулярностью появляются работы, свидетельствующие о возможности перехода Th из одной популяции в другую в зависимости от микроокружения, типа получаемых цитокиновых сигналов метаболизма клеток и широчайшего спектра других факторов.

Основные характеристики «поляризованных» Т-хелперов, используемые для выявления отдельных субпопуляций клеток.

Для Th1 характерна продукция провоспалительных цитокинов IFNγ и TNFα, а также IL-2 и IL-15, наличие транскрипционного фактора T-bet и экспрессия на поверхностной мембране CXCR3, CCR5 и рецептора для IL-18 (IL-18R). Ключевую роль в «поляризации» Th0 в Th1 играет IL-12, синтезируемый в лимфоидной ткани активированными дендритными клетками, хотя IL-18 и IL-33 в присутствии IL-12 также способствуют появлению CD3+CD4+ клеток со свойствами Th1. Основной задачей Th1 является активация тканевых макрофагом и мигрировавших в периферические ткани моноцитов с целью повышения эффективности уничтожение поглощенных этими клетками патогенов. Основным же факторов, обеспечивающим реализацию этих функций, является IFNγ. К важнейшим свойствам данного цитокина относятся:

1). IFNγ является ключевым цитокином, вызывающим активацию макрофагов;

2). IFNγ стимулирует микробицидную активность макрофагов и их поляризацию в сторону М1;

3). IFNγ способствует переключению класса синтезируемых В-лимфоцитов антител с IgM на некоторые изотипы IgG (например, у мышей – на IgG2a или IgG2c), подавляя синтез и секрецию IgE;

4). IFNγ способствует «поляризации» «наивных» Тх в сторону Тх1, подавляя Тх2 и Тх17 программы дифференцировки;

5). IFNγ способствует увеличению интенсивности презентации антигенов через МНС II, тем самым, усиливая клеточный ответ.

При гиперфункции Th1, связанной с продукцией цитокинов (в первую очередь, IFNγ и TNFα), в организме могут формироваться очаги хронического воспаления, вызывающие повреждения окружающих тканей (как это показано при формировании гранулем). Более того, формирование клонов аутореактивных Th1 связано с развитием органно-специфических и системных аутоиммунных заболеваний.

Th2 синтезируют IL-4, IL-5, IL-6, IL-9, IL-10 и IL-13, отвечающие за регуляцию клеточного и гуморального иммунного ответа, в их цитоплазме и ядре обнаруживается транскрипционный фактор Gata3, а на своей мембране они  несут CD294, CCR3, CCR4, CCR8 и некоторые дополнительный антигены. При отсутствии IL-12 в окружающей ткани, но наличии IL-4 и IL-33, Th0 дифференцируются в Th2 клетки. Основной задачей Th2 является активация тканевых тучных клеток и мигрировавших в периферические ткани из крови базофилов и эозинофилов с целью повышения эффективности уничтожение крупных многоклеточных патогенов (в первую очередь, гельминтов) и грибов. Поэтому, помимо активации лейкоцитов цитокины Th2 влияют на функционирование глакомышечных клеток трубчатых органов, эндотелий сосудов и тканевые макрофаги. Основные эффекты цитокинов Th2:

1). IL-4 стимулирует переключение синтезируемых антител В-клетками с IgM на IgE;

2). IL-4 играет ведущую роль в формировании Th2 из «наивных» Тh и является важнейшим аутокринным ростовым факторов для дифференцировки Тh2;

3). IL-4, совместно с IL-13, отвечает за формирование и функциональную активность М2 макрофагов в очаге воспаления;

4). IL-4 (и IL-13) стимулирует перистальтику кишечника, а сам IL-13 повышает секрецию слизи эпителиальными клетками ВДП и ЖКТ;

5). IL-4 и IL-13 привлечение лейкоцитов (в первую очередь, эозинофилов) в очаг воспаления за счет активации эндотелия сосудов микроциркуляторного русла и секреции хемокинов.

6). IL-5, совместно с IL-3 и GM-CSF, действует как фактор, стимулирующий эозинофилы, причем, IL-5 стимулирует пролиферацию и дифференцировку предшественников эозинофилов, тогда как IL-3 и GM-CSF действуют на более ранних стадиях развития. IL-5 также стимулирует дифференцировку В-клеток в плазматические клетки, секретирующие IgA.

Гиперактивация Th2 и продукция ими цитокинов для активации тучных клеток и базофилов тесто связана с развитием аллергических заболеваний, что находит широкое клиническое применение – например, блокада IL-5 при помощи терапевтических антител при бронхиальной астме). Вместе с тем, именно Th2 стимулируют «поляризацию» Тканевых макрофагов в сторону М2, что способствует запуску процессов репарации ткани при гельминтозах, хотя гиперпродукция цитокинов может сопровождаться формированием очагов фиброза в тканях (рис.33).

Th17 были впервые описаны в 2005 как клетки с фенотипом CD3+CD4+, способные к синтезу и секреции IL-17A, IL-17F, IL-21 и IL-22. Формирование Th17 из «наивных» клеток у мыши и человека происходит под действием таких цитокинов как TGF-β, IL-1β, IL-6, IL-21 и IL-23. На на поверхностной мембране Th17 обнаружена высокая плотность таких антигенов как CXCR4, CCR6 и CD161. Основной задачей Th17 является активация тканевых и мигрировавших в периферические ткани из крови нейтрофилов с целью повышения эффективности уничтожение внеклеточных патогенов за счет фагоцитоза. Поэтому, помимо активации лейкоцитов цитокины Th17 влияют на функционирование клеток эпителиальных пластов с целью повышения из барьерных функций, а также на активацию клеток эндотелия сосудов, тканевых макрофагов и фибробластов. К основным эффектам цитокинов Th17 относятся (рис.34):

1). IL-17 активирует макрофаги и дендритные клетки на продукцию провоспалительных медиаторов, что способствует индукции воспаления;

2). Действуя на клетки эпителиальных пластов IL-17 (совместно с IL-22) усиливает секрецию ими слизи и антимикробных пептидов, а также хемокинов, что увеличивает защитные свойства барьерных тканей;

3). IL-17 стимулирует фибробласты соединительной ткани на продукцию провоспалительных цитокинов и хемокинов, что способствует увеличению эффективности клеточных реакций в очаге проникновения патогена;

4). Совместно с другими цитокинами IL-17 обладает рядом системных эффектов, связанных с активацией клеток микроциркуляторного русла, гепатоцитов печени, мышечных клеток сердца и скелетной мускулатуры.

В целом, Тh17 играют ведущую роль в защите от внеклеточных патогенов — бактерий и грибов – вызывая активацию нейтрофилов («нейтрофильное» воспаление) и клеток барьерных тканей. Более того, Тh17 совместно с Тh1 регулируют функциональную активность фагоцитов (нейтрофилов и моноцитов) при реализации клеточно-опосредованных реакций врожденного иммунитета. Однако, гиперактивация Тh17 может служить причинной развития широкого спектра патологических состояний, в основе которых находятся неконтролируемые воспалительные процессы в различных тканях — псориаз, воспалительное заболевание кишечника, ревматоидный артрит и рассеянный склероз. Именно поэтому Th17 являются мишенью для различных биологических препаратов, направленных на поляризующие и эффекторные цитокины (анти-IL-6, анти-IL-17, анти-IL-23, анти-TNF терапевтические моноклональные антитела).

По результатам взаимодействия между АПК и «наивным» Т-лимфоцитов, а также клональной экспансии и дифференцировки, формируется, как уже отмечалось выше несколько типов Т-хелперов, которые различаются по своим свойствам:

1. Т-лимфоциты центральной памяти:

– способны пролиферировать и быстро дифференцироваться (обычно 3-5 дней) в эффекторные клетки;

– локализуются в периферических лимфоидных органах, а, благодаря способности к «рециркуляции», регулярно посещаю («патрулируют») периферические лимфоидные органы различной локализации, живут годами – отвечают за долговременный иммунитет;

– нуждаются в презентации антигена в периферических лимфоидных органах и ко-стимуляции для проявления своих свойств и клональной экспансии;

– не обладают выраженными эффекторными свойствами.

2. Т-лимфоциты эффекторной памяти:

– постоянно находятся в периферических тканях – потенциальных участках повторного проникновения патогена;

– быстро активируются и увеличивают уровень продукции цитокинов и других эффекторных молекул;

– не нуждаются в презентации антигена в периферических лимфоидных органах и ко-стимуляции;

– обладают низкой способностью к пролиферации.

3. Эффекторные Т-лимфоциты:

– время жизни 10-20 дней;

– локализуются преимущественно в периферических тканях;

– не способны к пролиферации.

– обладают выраженными эффекторными свойства, играют ведущую роль в продукции цитокинов, необходимых для эффективного функционирования эффекторных клеток (моноцитов и макрофагов в случае Th1; тучных клеток, базофилов и эозинофилов в случае Th2; клеток соединительной ткани, эпителиальных платов и нейтрофилов в случае Th17) врожденного иммунитета.

Фолликулярные Т-хелперы. В начале 2000-ых годов впервые в составе миндалин была охарактеризована субпопуляция Т-хелперов, экспрессировавшая CXCR5 и CCR7 – хемокиновые рецепторы, отвечающие за направленную миграцию клеток в В-клеточные фолликулы (В-зависимые зоны периферических лимфоидных органов) и периферические лимфоидные ткани, соответственно. В настоящее время известно, что для «поляризации» Th0 в сторону Tfh необходим целый спектр цитокинов, к числу которых относятся IL-6, IL-21, IL-12, IL-23, IL-2, IL-7 и TGFb, запускающие экспрессию факторов транскрипции Bcl-6, STAT1, STAT3, STAT4, Batf, IRF4, с-Maf, TCF-1, а также Acl2. Основной функцией Tfh является участие в формировании и развитии специфического гуморального иммунного ответа, опосредованного В-лимфоцитами. Причем, рассматриваемая субпопуляция Th способствуем выживанию и пролиферации активированных антигеном В-клеток во вторичных лимфоидных органах, участвует в регуляции процессов переключения класса синтезируемых антител и запуске соматических гипермутаций, а также дифференцировку В-лимфоцитов в сторону плазматических клеток и долгоживущих В-клеток памяти. Итак, секретируемые Tfh цитокины влияют на следующие процессы:

1). за счет продукции цитокинов (IL-4 и BAFF) и контактных взаиомдействий (CD40L сз стороны Т-клетки и CD40 со стороны В-клетки) Tfh блокируют запуск апоптоза в активированной В-клетке;

2). при помощи взаиомдействия CD40L (со стороны Tfh) и CD40 (со стороны В-клетки) в послденей запускается пролиферация;

3). IL-21, синтезируемый Tfh, запускает дифференцировку В-клетки в плазматическую клетку;

4). под действие цитокинов (IL-4 и IL-21) в В-клетке инициируется процесс соматических гипермутаций, приводящий (после селекции полученных клонов) к увеличению аффинности В-клеточного рецептора и секретируемых антител;

5). цитокины, секретируемые Tfh (IL-4, IL-17, IL-21), стимулируют переключение класса синтезируемых В-клеткой антител с IgM на IgG, IgA или IgE;

Наличие CXCR5 на поверхности клетки позволяет направленно мигрировать в В-зависимые зоны лимфатических узлов по градиенту концентрации хемокина CXCL13, также известного как BCA-1 (от англ. «B cell–attracting chemokine 1»). Данный хемокин синтезируется клетками стромы мантийной зоны и зародышевых центров В-клеточных фолликулов в периферических лимфоидных органах, что и определяет миграцию В-клеток и фолликулярных Т-хелперов в эти области. Ключевыми поверхностными молекулами Tfh, помимо CXCR5 (CD185), являются CD40L (CD152), ICOS (CD278), SAP и PD-1 (CD279), которые необходимы для контактных взаимодействий между В-лимфоцитами и фолликулярными Т-хелперами.

Фолликулярные Т-хелперы и развитие специфического гуморального ответа.

Следует отметить, что при развитии специфического гуморального ответа ключевую роль играет взаимодействие между активированным антигенов В-лимфоцитом и антиген-специфическим фолликулярных Т-хелпером. Считается, что контакты этих клеток возможно в периферических лимфоидных органах различной локализации и имеют место на границе Т- и В-зависимых зон лимфоидной ткани. Однако, еще до специфического взаимодействия этих клеток должно произойти два ключевых события, которые тесно связаны с процессами распознавания и презентации антигенов:

1). Антиген должен быть доставлен в лимфоидную ткань дендритной клеткой из периферических тканей в Т-зависимые зоны для презентации и активации Tfh (при первичном ответе Tfh формируются впервые за счет поляризующих цитокинов, а при вторичном ответе – ключевую роль в повторном распознавание антигена играют Tfh памяти);

2). Антиген должен быть доставлен в лимфоидную ткань с током лимфа и распознан В-клеткой в В-зависимой зоне лимфоидной ткани. Более того, в дальнейшем антиген должен быть поглощен при помощи рецептор-опосредованного эндоцитоза, процессирован и презентирован активированным В-лимфоцитом, которые в данном случае выполняет роль АПК.

Следует отметить, что В-клетки, выполняя функции АПК, распознают так называемые «конформационные» антигены – то есть антигены «нативные» или не процессированные, способные обладать высокой молекулярной массой в силу того, что являются частью крупных молекул или даже целых вирусов и бактерий. В ходе дальнейших процессов, связанных с процессингом и презентацией, эти крупные «конформационные» антигены разделяются на небольшие фрагменты (отдельные эпитопы), которые можно будет загрузить на молекулы МНС II класса. Суть этого процесса сводится к тому, что исходно один «антиген», поглощенный и «разрезанный» на отдельные фрагменты В-клеткой, может быть распознан несколькими Tfh, обладающими различной специфичностью уже к отдельным эпитопам исходно большой молекулы – этот механизм, по-видимому, увеличивает вероятность встречу В- и Т-клеток в пределах лимфоидной ткани. Более того, подобно АПК в периферических тканых, В-клетка также нуждается в сигнале от паттерн-распознающих рецепторов врожденного иммунитета (например, от CD21 – рецептора для фрагментов С3 компонента каскада комплемента). Получение этого подтверждающего сигнала о том, что был распознан именно «чужеродный» антиген, является очередной защитой от потенциальной аутореактивности. И, наконец, получая эти сигналы от рецепторов врожденного иммунитета, В-лимфоцит начинает экспрессировать молекулы миграции в Т-зависимые зоны (в первую очередь, CCR7).

Таким образом, в Т-зависмой зоне имеет место активация и клональная экспансия антиген-специфических Tfh, которые начинают двигаться в сторону В-зависимых зон, тогда как в из В-зависимых зон им на встречу устремляются активированные антигеном В-лимфоциты. Считается, что встреча этих клеток происходит как раз на границе Т- и В-зависимых зон периферических лимфоидных органов, где В-клетка презентирует антиген Tfh. В случае распознавания антигена в ассоциации с МНС II класс Т-клеточным рецептором Tfh запускается процесс формирования «иммунного» синапса и обмен сигналами между клетками. Именно в это время В-лимфоцит перестает выполнять функции АПК, и в нем активируются программы, свойственные лимфоцитам, главной из которых является клональная экспансия антиген-специфического лимфоцита.

1). Ключевую роль в данном процессе играют взаимодействие CD40L-CD40 и продукция цитокинов фолликулярным Тh, про что было рассказано ранее.

2). В ходе клональной экспансии и серии последовательных циклом митоза формирование части В-клеток может происходить вне В-клеточного фолликула (формирование короткоживущих плазматических клеток, которые секретируют антитела той же специфичности, что и исходный В-лимфоцит);

3). Однако часть активированных В-клеток возвращается в В-зависимые зоны, что приводит к формированию В-клеточных фолликулов сложной морфологической структуры и клеточного состава.

Именно с формирование В-клеточного фолликула связано появление В-клеток памяти и плазматических клеток, способных к синтезу и секреции высоко-аффинных антител классов, отличных от IgM. Ключевую роль в формировании фолликула принимают фолликулярные Th, а также специализированных тип дендритных клеток, получивших название фолликулярных дендритных клеток:

– фолликулярные Th обеспечивают В-клетки необходимыми цитокинами и контактными сигнальными молекулами, необходимыми для пролиферации, активации процесса соматических гипермутаций, а также переключения класса синтезируемых антитед;

– фолликулярные дендритные клетки – в отличие от всех остальных типов ДК фолликулярные дендритных клеток способны сорбировать и сохранять на своей поверхности антигены в том виде, в котором они поступили в лимфатических узел с током лимфа, то есть, это хранилище тех самых неизменных или «нативных» «конформационных» антигенов; этот запас антигенов необходим для селекции В-клеток после того, как они изменили состав своих антиген-распознающих рецепторов после соматических гипермутаций.

Итак, в сформированном В-клеточном фолликуле протекают следующие процессы:

1. клональная экспансия (пролиферация В-клеток под действием цитокинов Tfh – все это происходит в темной зоне фолликула, которая прилежит к границе между В- и Т-зависимыми обслатями);
2. соматические гипермутации – фермента AID (от англ. «activation-induced deaminase») замещает случайным образом С на U в пределах участков CDR, где вероятность точечных мутаций крайне высока. В дальнейшем U может заменяться на Т при репликации ДНК, тем самым, в свою очередь, С тоже может заменяться на Т;
3. увеличение аффинности В-клеточного рецептора – за счет селекции вновь образовавшихся клонок В-клеток после гипермутация – только В-клетки, которые сформировали случайным образом высоко-аффинный В-клеточный рецептор могут «отнять» антиген у фолликулярной дендритной клетки, чтобы его процессировать и презентировать Tfh для получения сигнала на выживание. По большому счету, в данном случае работает принцип «естественного отбора» – сигнал на выживание получает клетка, способная антиген связать (без этого не будет «помощи» от фолликулярного Th), а так как количество антигена сильно лимитировано, то связывание будет только с самыми высоко-аффинными рецепторами, а остальные В-лимфоциты сигналов на выживание получал, и будут элиминированы при помощи апоптоза (эти процессы протекают в светлой зоне фолликула, содержание клеток в которой снижается на порядки по сравнению с темной зоной именно в следствие процессов селекции).
4. переключение класса синтезируемых антител с IgM на IgG, IgA или IgE за счет цитокинов микроокружения и Tfh. Каждый класс антител обладает своими специфическим свойствами, так IgG – 1). опсонизация внеклеточных патогенов для повышения эффективности фагоцитоза макрофагами и нейтрофилами; 2). активация каскада комплемента по классическому пути – борба с внеклеточнами патогенами, локализованными в межклеточном пространстве; 3). антитело-зависимая клеточная цитотоксичность НК-клеток по отношению к вирус-инфицированным и опухолевым клеткам; 4). возможность переноса через плаценту – формирование гуморальной защиты новорожденных. Антитела класса IgA обеспечивают мукозальный иммунитет, защиту слизистых оболочек, состав микрофлоры кишечника. Антитела класса IgE – регуляция активности тучных клеток, базофилов и эозинофилов, борьба многоклеточными патогенами и грибами.

Таким образом, в результаты взаимодействия В-лимфоцита и фолликулярного Th формируется несколько типов В-клеток, которые принципиально различаются по своим функциональным свойствам:

1. В-клетки памяти:

— способны пролиферировать и быстро дифференцироваться в плазматические клетки (обычно 3-5 дней);

— при повторном контакте с антигеном способны увеличивать аффинность антител (соматические гипермутации, переключекие класса синтезируемых антител);

— локализуются периферических лимфоидных органах, способны к «рециркуляции», живут годами, отвечают за формирование долговременной иммунологической памяти.

2. Долгоживущие плазматические клетки:

— конститутивно (на постоянной основе) синтезируют антитела только одного класса и только одной специфичности;

— быстро активируются и увеличивают уровень продукции антиген-специфических антител при повторном контакте с антигенов;

— преимущественно располагаются в пределах красного костного мозга;

— не способны к пролиферации и клональной экспансии.

3. Короткоживущие плазматические клетки:

— время жизни 10-20 дней;

— локализуются преимущественно в периферических лимфоидных органах и соединительной ткани, подстилающей барьерные ткани организма;

— не способны к пролиферации, переключению класса синтезируемых антител и запуска процесса соматических гипермутаций, то есть продукция антител только одного класса и только одной специфичности.

Плазматические клетки (как коротко- так и долгоживущие) продуцируют антитела (иммуноглобулиновые молекулы различных классов, про которые мы уже упоминали выше), выполняющие широкий спектр функций, связанных с «наведением» атаки клеточных и гуморальных факторов на патоген. В целом все многообразие функций антител можно свести в четырем основным (рис.35):

1. Нейтрализация патогенов и их токсинов (например, блокада контакта патогенов с клетками эпитеалиальных пластов слизистых оболочек – IgA; или нейтрализация различных токсинов при помощи IgM);
2. Опсонизация и усиление фагоцитоза патогенов (взаимодействие комплексов IgG-антиген и Fcγ-рецепторов на поверхности фагоцитов в очаге воспаления);
3. Антитело-зависимая клеточная цитотоксичность (вирус-специфические или опухоль-специфические IgG, связавшиеся с клеткой-мишенью, и Fcγ-рецепторы на поверхности НК-клеток);
4. Активация каскада комплемента – данная функция связана, в первую очередь, с сывороточными антителами классов IgM и IgG, которые образовали «иммунные комплексы» со специфическими антигена, которые могут находиться как в жидкой фазе, так и на поверхности клеток-мишеней. При этом можно выделить три аспекта, связанные с активаций каскада комплемента. Так как данный белкоый каскад участвует в:
а) дополнительной опсонизации патогена и усилении его поглощения при помощи фагоцитоза за счет С3 и его производных, к которым на поверхности фагоцитов имеются специфические рецепторы;
б) усилении воспаления за счет формирования анафилатоксинов С3а и С5а, привлекающих и активирующих лейкоциты в очаге проникновения патогена;
в) сборка мембранно-атакующего комплекса и лизис клеток-мишеней.

Таким образом одна из основных функций иммунной системы, если не главная, является формирование иммунитета к чему-либо, в основе которого лежит иммунный ответ со своим началом (запуском, индукцией) и своим конечным результатом в виде образования иммунокомпетентных клеток эффекторов. Вся наиболее распространенная патология человека связана с иммунным ответом. Инфекция — иммунный ответ к возбудителю; аллергия – иммунный ответ к аллергену; онкология – иммунный ответ к опухолевым антигенам; аутоиммунные заболевания – иммунный ответ к собственным, аутоантигенам; атеросклероз – по существу, это иммунный ответ к собственным антигенам, которые образуются в процессах жизнедеятельности клеток в организме.  И как всякая функция в организме, иммунный ответ находится под жестким контролем «контролирующей» системы, куда входит нейроэндокринная регуляция со своими механизмами и внутрисистемная регуляция со своими гуморально-клеточными факторами.

Гуморальная регуляция в системе адаптивного иммунитета так осуществляется за счет цитокинов. Часть цитокинов мы описали выше (см Главу 3). Цитокины, регулирующие адаптивный иммунитет представлены в таблице (табл.24).

Иммунорегуляторные цитокины

Что касается регуляторных клеток то описано более 20 разных популяций и субпопуляций клеток, обладающих супрессорной функцией в отношении активности других клеток. Однако ведущая роль в этой иерархии регуляторных клеток, по-видимому, принадлежит Т регуляторным клеткам (Treg), наиболее активным участникам любого иммунного ответа, любого иммунопатологического состояния. Однако, супрессорной активностью в отношение Т-клеток эффекторов могут, при определенных условиях, обладать такие клеточные элементы, как макрофаги, дендритные клетки, эритробласты, клетки миэлоидного происхождения и др.

Интерес к регуляторным Т-лимфоцитам как основной популяции клеток периферической крови, способной подавлять развитие воспалительных реакций, не угасает уже многие годы. Практически сразу же после появления маркеров, позволявших с высокой точностью выявлять эту популяцию в рамках Т-хелперов периферической крови, определение уровня Treg показало -свою значимость при целом спектре патологических состояний. При онкологических заболеваниях, например, увеличение относительного содержания Treg было отмечено у больных с различными видами опухолей и оказалось связанным с прогрессированием опухолевого роста – например, при раке поджелудочной железы и аденокарциноме молочной железы. Более того, уровень этих клеток в циркуляции и в окружающих опухоль тканях оказался значимым для прогноза течения заболевания и эффективности применяемой терапии. Столь же существенной оказалась роль циркулирующих Treg в подавлении иммунного ответа на внедрившийся патоген в рамках различных инфекционных процессов. Например, при инфицировании вирусным гепатитом С именно Treg подавляли пролиферативную активность антиген-специфических CD3+CD8+ клеток, нарушая формирование клонов клеток, способных к уничтожению клеток-мишеней и элиминации патогена. В периферической крови больных туберкулезом возрастал уровень Treg, тогда как

их удаление в рамках экспериментов ex vivo сопровождалось увеличением относительного содержания IFNγ-синтезирующих антиген-специфических клеток. В случае же противопаразитарных защитных реакций, на примере инвазии Plasmodium falciparum, уровень Treg в периферической крови существенно возрастал по сравнению с контролем и был связан с более высокими темпами роста паразита in vivo. Таким образом, уже на самых ранних этапах развития современных представлений о Treg на клинических примерах была доказана их роль в нарушении эффективности развития противоопухолевого и противоинфекционного иммунного ответа.

С другой стороны, у больных с различными аутоиммунными патологическими состояниями изменялась функциональная активность Treg, что вызывало нарушение толерантности к собственным антигенам организма. При анализе данных литературы по динамике Treg периферической крови при аутоиммунной патологии соединительной ткани– на примере системной красной волчанки, склеродермии, ревматоидного артрита и ювенильного идиопатического артрита – были выявлены работы, в которых данный показатель мог либо увеличиваться относительно группы контроля, либо уменьшаться, хотя также встречались исследования, в которых показатели больных достоверно не отличались от контрольных значений. Подобные результаты выявлены не только при ревматических заболеваниях, но и при аутоиммунном тиреоидите, псориазе.

В настоящее время клиническая значимость определения относительного содержания общей популяции Treg показана для пациентов с сепсисом, у которых увеличение уровня этих клеток в циркуляции тесно связано с неблагоприятным прогнозом течения данного состояния, хотя и это опровергается некоторыми авторами. В ряде исследований была проанализирована корреляция между содержанием CD4+CD25+Foxp3+ Treg в трансплантате и/или крови реципиента и последующим развитием острой или хронической реакции трансплантат-против-хозяина, причем тяжесть аллогенной трансплантат-против-хозяина обратно пропорциональна низкой экспрессии FoxP3.

Популяция Treg не является однородной, описаны как минимум две субпопуляции, циркулирующих в периферической крови и принципиально различающиеся по происхождению. Во-первых, это «тимические» или «натуральные» регуляторные Т-лимфоциты (от англ. «thymus derived» или «natural» Treg, nTregs или tTregs), дифференцирующиеся в тимусе в ходе антиген-независимой стадии созревания Т-клеток и обладающие фенотипом «наивных» – CD45RA+CD45R0–CD62L+CCR7+ – клеток периферической крови. Во-вторых, это «периферические» или «индуцибельные» или «адаптивные» Treg (от англ. «peripherally derived», «induced» или «adaptive» Treg, iTregs) – регуляторные Т-клетки, формирующиеся в процессе антиген-зависимой дифференцировки в периферических лимфоидных органах. В 2013 году была предпринята попытка стандартизировать номенклатуру Treg, когда было предложено Treg, дифференцирующиеся в тимусе, обозначать как nTreg, а Treg, формирующиеся из Th0 на периферии – в лимфатических узлах – при иммунном ответе, как pTreg, тогда как название iTreg следовало употреблять для регуляторных Т-клеток, которые были получены в ходе дифференцировки в условия in vitro (от англ. «in vitro–induced» Treg), чтобы отличать их от pTreg, формирующихся in vivo.

Принципиальным различием между nTreg и pTreg является зависимость pTregs от TGFb – ключевого цитокина, необходимого для «поляризации» «наивных» Treg в сторону регуляторных Т-клеток, тогда как для nTreg такой зависимости не выявлено. В случае «наивных» Th0 клеток, контактирующих с АПК в периферических лимфоидных органах, сигнал от TGFb вызывает активацию экспрессии как FoxP3, так и RORgt. Однако, в отсутствие IL-6 FoxP3 способен ингибировать RORgt путем прямого взаимодействия, что сопровождается «поляризацией» Th0 в сторону pTreg. В случае же воспалительных реакций, когда уровень провоспалительных цитокинов (в том числе IL-6) еще достаточно высок, запускается каскад сигнальных молекул, связанный с активацией STAT3, что приводит не только к подавлению экспрессии FoxP3, но и усилению синтеза рецептора для IL-23 (IL-23R). Все это приводит к смещению баланса в сторону преимущественного формирования из Th0 Th17, а не регуляторных Т-клеток. Помимо IL-6 сходным эффектором обладает еще и IL-21, который в присутствие TGFb способствует дифференцировке Th0 в сторону Th17. Помимо цитокинового микроокружение показана важная роль гипоксии в регуляции экспрессии FoxP3 и RORgt. Таким образом, наличие стадии созревания pTreg, способной к одновременной активации транскрипции FoxP3 и RORgt, свидетельствует о высокой «пластичности» данной популяции клеток, что создает дополнительные трудности в оценке этого типа лимфоцитов при различных патологических состояниях. Однако появление некоторых форм «атипичных» Treg, по-видимому, характерно для некоторых аутоиммунных заболевания, патогене которых до конце еще не исследован.

Эффекторные молекулы регуляторных Т-лимфоцитов (рис.36).

Основными клетками-мишенями для Treg являются иммунокомпетентные клетки врожденного (тканевые макрофаги, антиген-презентирующие клетки, натуральные киллеры) и приобретенного иммунитета (эффекторные цитотоксические Т-лимфоциты и Т-хелперы, а также В-лимфоциты). Для реализации функций Treg используют различные механизмы, которые традиционно разделяют на «бесконтактные» (опосредованные действием высвобождаемых регуляторными Т-клетками различных растворимых молекул, диффундирующих в тканевых жидкости) и «контактные» (опосредованные взаимодействием рецепторов Treg и поверхностных структур на клетке-мишени).

«Бесконтактные» механизмы супрессии Treg. Ключевыми иммунорегуляторными сывороточными молекулами Treg человека являются IL-10, TGFb и IL-35, а также внеклеточный аденозин, образование которого из АТФ протекает за счет активности поверхностных мембранно-ассоциированных ферментов CD39 и CD73, локализованных на поверхности Treg.

IL-10 является белком с молекулярной массой около 18 кДа, который, помоимо Treg, синтезируется и секретируемся различными клетками – моноцитами, дендритными клетками, нейтрофилами, различными субпопуляциями Th (например, Th17 и Th22, как уже отмечалось ранее) и В-лимфоцитами (значение этих популяций В-клеток будет рассмотрена в следующей главе данной монографии). Ключевыми функциями данного цитокина являются:

– угнетение продукции провоспалительных цитокинов и, в первую очередь, IL-12, играющего ведущую роль в «поляризации» Th0 в сторону Th1, что сопровождается снижением продукции IFNg и формированием эффекторных Th1;

– в очаге воспаления IL-10 увеличивает эффективность фагоцитоза, повышая скорость элиминации клеточного дебриса, а также, отчасти за счет блока эффектов IFNg, способствует дифференцировки тканевых макрофагов в М2, которые также являются продуцентами протиивоспалительных цитокинов – IL-10 и TGFb;

– снижение эффективность взаимодействия между АПК и антиген-презентирующими клетками, блокируя активацию PI3K/AKT пути передачи сигнала от TcR на ядро лимфоцитов (Taylor et al., 2006). В случае АПК, IL-10 снижает экспрессию как ко-стимуляционных молекул CD80 и CD86, так и плотность экспрессии комплексов антиген-MHC II, что сущесвтенно ограничивается пролиферативную активность, созревание и дифференцировку клона антиген-специфических лимфоцитов;

– для самих Treg IL-10 является мощнейшим факторов ауто- и паракринной активации, так как способствует активации транксрипционного фактора STAT3, его транслокации в ядро клетки, что сопровождается увсилением продукции противовспалительных цитокинов, включая IL-10.

TGFb является белком с молекулярной массой около 25 кДа, который секретируется в виде неактивного пептида, состоящего из собственно TGFb и пептида LAP (от англ. «Latency-Associated Peptide»). Он способен снижать пролиферативную активность активированных Т-лимфоцитов (за счет снижения уровня синтеза и секреции IL-2) и подавлять их дифференцировку в эффекторные клетки. Кроме того, TGFb оказывает существенно влияние на «поляризацию» «наивных» Th0 клеток, вызывая преимущественное формирование регуляторных Т-лимфоцитов, стимулируя экспрессию транскрипционного фактора FOXP3, а в присутствие IL-6, способствующего активации экспрессии гена транскрипционного фактора STAT3 (необходимого для индукции RORgt), еще и Th17. Более того, под действием этого цитокина снижается уровень активации тканевых макрофагов, дендритных клеток и натуральных киллеров, равно как и пролиферация активированных В-лимфоцитов.

IL-35 принадлежит к семейству IL-12 и является гетеродимерным белком, состоящим из двух субъединиц – p35 и Ebi3 (Olson et al., 2013). В отличие от остальных членов данного семейства (IL-12, IL-23 и IL-27), обладающих провоспалительными свойствами, IL-35 обладает выраженной иммуносупрессивной активностью. Основными функциями данного цитокина являются подавление пролиферативной активности «наивных» Т-лимфоцитов, а также «поляризация» Th0 в сторону Трег, обладающих выраженной супрессорной активностью за счет продукции большого количества IL-35 и получивших еще название «iTr35». Считается, что именно IL-35 является мощнейшим фактором, ограничивающим провоспалительную функциональную активность Th17, так как он способен подавлять дифференцировку Th в сторону эффекторных Th17.

Аденозин подавляет адгезию лейкоцитов к эндотелиальным клеткам микроциркуляторного русла, снижает продукцию супероксид анионов нейтрофилами и снижает синтез и секрецию провоспалительных цитокинов клетками различного происхождения. С другой стороны, аденозин способствует выходу противовоспалительного IL-10 из моноцитов, а также запускает продукцию VEGF – мощного индуктора ангиогенеза и сосудистой проницаемости. Большинство из этих эффектов реализуются через различных представителей семейства A2 рецепторов. Аденозин подавляет активность эффекторных Т-лимфоцитов, ингибирует дифференцировку Th1 и Th2 за счет снижения уровня пролиферативной активности и продукции IL-2, что выражается еще и в снижении продукции эффекторных цитокинов, свойственных Th1 и Th2 линиям дифференцировки Т-хелперов. Он также угнетает активность и других популяций Т-клеток (например, проявление цитолитических свойств или синтез цитокинов), в частности, Th17. Сходные эффекты аденозина были отмечены и в случае цитотоксических Т-лимфоцитов, когда было показано, что внесение аденозина снижало продукцию IFNg и IL-2, а также проявление цитолитических свойств в отношении клеток-мишеней. Под действием аденозина снижается экспрессия ко-стимуляционных молекул – CD2 и CD28 – активированными Т-лимфоцитами. Еще одной мишенью для аденозина являются антиген-презентирующие клетки. Например, под его действием дендритные клетки начинают повышать уровень экспрессии VEGF, IL-8, IL-6, IL-10, COX-2 и противовоспалительного TGF-beta. Появление этих молекул на поверхности АПК сопровождается снижением эффективности созревания и дифференцировки Т-лимфоцитов, что, в конечном итоге, приводит к завершению клональной экспансии. Для самих Treg аденозин является мощнейшим фактором активации для самих регуляторных Т-лимфоцитов. Причем, на поверхности Treg увеличивалась плотность таких супрессорных молекул как CTLA-4, CD39 и CD73, равно как и уровень экспрессии CD25. Также было отмечено увеличение уровня Treg после культивирования in vitro в присутствие аденозина, что указывает на активацию процессов пролиферации данной популяции клеток.

«Контактные» механизмы иммуносупрессии основаны на взаимодействии рецепторов Treg и поверхностных структур на клетке-мишени.

CTLA-4 (от англ. «Cytotoxic T-lymphocyte–associated antigen 4», или CD152) экспрессируется Treg, его главными лигандом являются ко-стимуляционные молекулы семейства В7, с которыми CTLA-4 связывается более эффективно, чем CD28 остальных Т-лимфоцитов, также являющийся лигандом семейства В7. Именно поэтому основной функцией данной молекулы является «экранирование» В7.1/В7.2 от активированных Т-клеток, а также – как результат этого взаимодействия – интернализация или трансцитоз CD80 и CD86 антиген-презентирующей клеткой, что существенно снижает эффективность презентации антигена и угнетает формирование клона антиген-специфических Т-клеток. С другой стороны, Treg регулируют созревание дендритных клеток, модулируя взаимодействие через CD80/86 и CTLA-4. Известно, что CTLA-4 экспрессируется в высокой плотности Treg клетками и ингибирует иммунный ответ. Показано, что CTLA-4 связывает молекулы CD80 (B7-1) и CD86 (B7-2) с более высокой аффинностью по сравнению с CD28, тем самым ингибируется вторичный сигнал, необходимый для активации иммунного ответа (Shevach, 2009). LAG3 (от англ. «Lymphocyte-Activation Gene 3» или CD223). Основным лигандом являются молекулы главного комплекса гистосовместимости II класса на АПК, причем аффиность взаимодействия LAG3-MHC II существенно выше такового комплекса CD4-MHC II.

Treg способны вызывать апоптоз в эффекторных клетках при помощи двух основных механизмов:

– это секреция в окружающее пространство перфорина и гранзимов, как это показано для натуральных киллеров и эффекторных цитотоксических Т-лимфоцитов. Одним из механизмом супрессорной функции Treg является цитолизис посредствам гранзима А. Известно, что Treg могут подавить иммунный ответ, вызывая апоптоз. В данном случае механизмы апоптоза используются для регуляции развития тимоцитов, формирования репертуара T-клеток, их селекции и для координации событий, ведущих к иммунному ответу в периферии. Treg могут управлять иммунным ответом при помощи перфорин/гранзимных путей. Показано, что адаптивные Treg в основном экспрессируют гранзим B и могут вызывать гибель аллогенных клеток-мишеней перфорин-зависимым механизмами. У людей активированные Treg экспрессируют гранзим A и очень небольшое количество гранзима B. Это свидетельствует в пользу того, что Treg супрессорную способность при помощи цитотоксической активности.

– экспрессия на поверхности Treg галектина-9 (Gal-9) – β-галактозидаза-связывающего белка, способного связываться с TIM-3 (от англ. «T cell immunoglobulin and mucin domain 3» или CD366) на поверхности зрелых эффекторных клеток. Результатом такого взаимодействия является индукция апоптоза в клетке-мишени за счет активации каспаз. Кроме того, за счет Gal-9 осуществляется подавление пролиферации антиген-специфических Т-клеток. С применением экспериментальных моделей на лабораторных животных было показано, что Gal-9 угнетает «поляризацию» Th клеток в сторону Th17 и способствует дифференцировке Treg. Снижение относительного содержания Gal-9+ Treg было отмечено в периферической крови пациентов с аутоиммунным гепатитом при сравнении с условно здоровыми донорами. В рамках указанной популяции Treg больных было снижено содержание клеток, способных к продукции противовспалительных цитокинов IL-10 и TGFb, тогда как Treg, синтезирующие IFNg и IL-17, были повышены относительно группы сравнения.

Иммунологическую супрессию нельзя путать с иммунологической толерантностью (неспособностью иммунного ответа).

В настоящее время существуем множество различных определений такого важнейшего иммунологического понятия как «иммунологическая толерантность», некоторые из которым приводятся ниже.

Иммунологическая толерантность — отсутствие иммунного ответа при наличии в организме антигенов (толерогенов), доступных лимфоцитам.

Иммунологическая толерантность (на уровне организма или иммунной системы) – специфическая ареактивность к какому-либо антигену, индуцированная предшествующим контактом с этим антигеном.

Иммунологическая толерантность (на уровне отдельных клонов клеток иммунной системы) – это отсутствие активации лимфоцитов (и, соответственно, продукции эффекторных молекул) при наличие специфического антигена.

Для чего так необходим процесс формирования иммунологическая толерантность, основные предпосылки:

1. В результате реаранжировки возникают уникальные Т- и В-клеточные рецепторы, способные к распознаванию широчайшего спектра антигенов – каждая клетка – Т- или В-лимфоцит – УНИКАЛЬНА – ключевое отличие от клеток врожденного иммунитета, как мы уже обсуждали это ранее;
2. В результате реаранжировки возникают уникальные Т- и В-клеточные рецепторы, способные к распознаванию широчайшего спектра антигенов, включая антигены собственного организма – то есть «аутоантигены». Именно этот процесс лежит в основе развития аутоиммунных заболеваний – «свое» по каким-то причинам распознается системой приобретенного иммунитета как «чужое»;
3. Именно поэтому необходим контроль за процессом реаранжировки Т- и В-клеточных рецепторов, так как реаранжировка, как считается, носит «случайных» характер – поэтому необходимы механизмы «селекции» при созревании Т- и В-клеток (так называемая «центральная» толерантность), а также формирование «центральной» толерантности (контроль за потенциальными «беглецами», В-клетками, которые изменяют специфичность своего рецептора в ходе развития иммунного ответа, а также АПК, презентирующими свои собственные антигены).

Центральная (иногда называет «естественная») толерантность – элиминация аутореактивных клеток в центральных органах иммунной системы. ОДНАКО, часть клеток избегает апоптоза. Механизмы: негативная селекция клеток; редактирование рецепторов (В-клетки), а также формирование «натуральных» или «тимических» Трег, способных распознавать собственные антигены и блокировать развитие иммунного ответ на них при помощи механизмов, которые детально описаны нами в разделе, посвященном данной популяции Т-лимфоцитов.

Итак, «естественная» иммунологическая толерантность — обусловлена отрицательной селекцией аутореакгивных клонов лимфоцитов. Толерантность к собственным антигенам организма развивается в процессе онтогенеза за счет уничтожения аутореакгивных клонов Т- и В-лимфоцитов. Классическим примером формирования толерантность к собственным антигенам организма является процесс «негативной» селекции тимоцитов) будущих Т-лимфоцитов) в тимусе. Так, по результатам позитивной селекции сигнал к выживанию получают клетки, распознающие молекулы главного комплекса гистосовместимости в ассоциации с собственными антигенами организма и способные, как следствие, проводить сигнал от TсR. Остальные тимоциты не получают необходимый сигнал от TcR и в дальнейшем гибнут путем апоптоза. Клетки, прошедшие положительную селекцию (то есть сформировавшие функционально-активный Т-клеточный рецептор), проходят следующий этап отбора, получившего название «негативной» селекции.

В основе этого механизма находится оценка интенсивности формируемого TcR сигнала при распознавании аутоантигенов, то есть собственных антигенов организма. Высокоаффинное связывание TcR с комплексом антиген-МНС генерирует более сильный сигнал, запускающий в тимоцитах процесс апоптоза, а слабый сигнал, свидетельствующий о низкой аффинности связывания TcR с аутоантигеном, дает возможность клетке продолжить свое развитие. В то же время «промежуточные» значения этого сигнала способствуют формированию тимических или натуральных регуляторных Т-лимфоцитов. Следует особо подчеркнуть, что тонкие механизмы негативной селекции в настоящее время слабо исследованы и носят теоретический характер. Ключевая роль в негативной селекции отводится антиген-презентирующим и эпителиальным клеткам. Медуллярные тимические эпителиальные клетки экспрессируют ядерный белок, называемый AIRE (аутоиммунный регулятор, от англ. «autoimmune regulator»), который, как считается, способен индуцировать экспрессию множетсвамножества различных генов, но на весьма низком уровне. Белковые продукты этих генов обычно экспрессируются только в определенных периферических органах и тканях (так называемые «тканеспецифичные» антигены). Их AIRE-зависимая экспрессия в тимусе делает эти «тканеспецифичные» антигены доступными для презентации и распознавания незрелыми Т-клеткам. Возможно, что именно этот механизм лежит в основе негативной селекции, удаления аутореактивных клонов и формирования пула тимических регуляторных Т-клеток, способных подавлять ответ на собственные антигены организма в периферических лимфоидных органах. Косвенным подтверждением такого механизма селекции и роли AIRE в формировании центральной толерантности является тот факт, что мутации в гене, кодирующем белок AIRE, приводят к развитию аутоиммунного полиэндокринного синдрома.

Таким образом, центральная толерантность – это совокупность механизмов, направленная на уничтожения аутореактивных клеток в центральных лимфоидных органах (тимус и красный костным мозг) в ходе их (клеток) созревания и дифференцировки. Периферическая толерантность — это совокупность механизмов, направленная на уничтожения аутореактивных клеток в периферических лимфоидных органах (лимфатические узлы, Пейеровы бляшки и т.д.) при инициации иммунного ответа.

Периферическая толерантность — элиминация «беглецов» (Т- и В-клеток) и вновь образованных аутореактивных клеток после гипермутаций рецепторов (В-клетки) в следствие нарушения процессов распознавания антигенов (со стороны системы приобретенного иммунитета) и ошибок в презентации антигенов со стороны врожденного иммунитета. Ведущую роль в регуляции механизмов поддержания периферической толерантности играют «ауто-реактивные» Треги. Например, наиболее сильно аутоиммунные реакции проявляются при генетических дефектах, затрагивающих развитие Treg-клеток – это наблюдается у больных с IPEX-синдромом (врожденные иммунодефицит, X-ассоциированная иммунная дисрегуляция, полиэндокринопатия, энтеропатия), которые развиваются в результате мутации гена FOXP3/Foxp3 и связаны с множественными аутоиммунными реакциями. Как уже нами отмечалось ранее, Foxp3 является ключевым маркером регуляторных Т-клеток, которые необходимым для формирования в тимусе и поддержания всего пула Treg на периферии, а также крайне важен для реализации супрессорных функций этих клеток.

Периферическая толерантность развиваться по следующим направлениям:

— делеция клона лимфоцитов, связавших антиген и (вместо активации) погибающие в результате сигнала на апоптоз;

— анергия клона лимфоцитов из-за отсутствия активации лимфоцитов со стороны АПК (отсутствие ко-стимуляционных молекул на АПК), связавших антиген своими Т- или В-клеточными рецепторами;

— проявление эффекторных свойств Трег (продукция противовспалительных цитокинов, образование аденозина и широкий спектр контактных взаимодействий с клетками-мишенями).