Развитие клеток врожденного иммунитета

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

1. Развитие клеток врожденного иммунитета

1.1 Миелоидные клетки

1.2 Развитие нейтрофилов

1.3 Развитие моноцитов

1.4 Развитие антигенпрезентирующих клеток (АПК)

2. Развитие лимфоидных Т- и В-клеток

2.1 Т-клетки

2.2 В-клетки

3. Т- и В-звенья иммунитета в эмбриогенезе человека

4. Роль молекул адгезии и цитокинов в созревании тимоцитов

5. Разнообразие специфичности антител

5.1 Антигенраспознающие рецепторы

5.2 Toll-подобные рецепторы

6. Разнообразие классов антител

7. Образование В-клеток иммунологической памяти

Заключение

Список используемой литературы

1. Развитие клеток врожденного иммунитета

Врожденный иммунитет - филогенетически наиболее древняя защитная система организма, оберегающая его от разных патогенов (вирусы, бактерии, грибы). Эта система особенно важна для раннего развития, когда механизмы адаптивного иммунитета еще не развиты.

Согласно современным представлениям, распознающими рецепторами при врожденном иммунитете являются эволюционно консервативные Toll-подобные (like) рецепторы или TLR, которые не меняют своего функционального назначения в ходе онтогенеза (всегда стабильны), контролируются генами раннего развития и передаются из поколения в поколение через клетки зародышевой линии (см. ниже).

TLR были открыты у млекопитающих в конце 90-х годов XX в. Эти рецепторы экспрессируются моноцитами, макрофагами, NK-клетками, незрелыми дендритными клетками, клетками эпителия и эндотелия. Они инициируют врожденный иммунитет, распознавая паттерны (образцы) молекул патогенов, отсутствующие у человека.

Ранее считалось, что ключевую роль во врожденном иммунитете играет система комплемента, о которой в последние годы говорят все меньше и меньше. Однако старое название по-прежнему актуально.

В систему комплемента входят около 30 белков плазмы крови, из которых 9 - это собственно белки комплемента (С 1-С 9), а остальные - это его факторы (B, D, P, H и др.).

Некоторые белки комплемента являются проферментами и активизируются только после диссоциации на отдельные фрагменты.

Многие белки комплемента представляют собой "мозаику" из продуктов экзонов, относящихся к генам разных суперсемейств. Например, Os - фермент классического пути - имеет участки аминокислотной последовательности, состоящей из сериновой эстеразы и рецептора для липопротеинов низкой плотности, а также короткий общий повтор, встречающийся в суперсемействе регуляторных белков комплемента. Сходным образом устроены белки С 6-С 9, относящиеся к лизирующему мембрану комплексу, имеющему общие свойства с перфорином цитотоксических Т-лимфоцитов и катионным белком эозинофилов.

Белки комплемента способны отличать "свое" от "чужого". Эта способность в нормальном организме обеспечивается за счет регуляторных молекул, находящихся на поверхности собственных клеток и подавляющих активацию комплемента.

Активация белков комплемента происходит по классическому и альтернативному пути. В нормальном состоянии поверхностные регуляторные молекулы клеток и тканей организма блокируют действие основного белка - С 3, что подавляет активацию других белков комплемента. В случае проникновения в организм чужеродных структур, лишенных регуляторных белков, начинается активация молекулы белка С 3а. Например, такая активация происходит при попадании в ткани и кровь (либо образовании в них) разных активаторов (грамположительные и грамотрицательные бактерии, вирусы, микроорганизмы, иммунные комплексы). С началом активации происходит каскадное взаимодействие белков комплемента и образование промежуточных продуктов, повреждающих мембраны чужеродных клеток мишеней. При классической активации происходит связывание чужеродных иммунных комплексов с белком С 3, что объединяет приобретенный иммунитет (образование антител) с врожденным иммунитетом (система комплемента).

В плазме крови постоянно происходит "холостая" активация С 3, приводящая к фиксации небольшого числа его молекул на поверхности как "своего", так и "чужого". Активаторами альтернативного пути служат компоненты микроорганизмов. Участниками этого пути являются факторы В, D и др. Основные события происходят после расщепления белка С 3. При этом формируется мембрано-атакующий комплекс (МАК), состоящий из белков С 5-С 9. Кульминацией событий является присоединение молекулы С 9 к мембране клеткимишени и последующее изменение конформации адсорбированного на ней макромолекулярного комплекса с образованием воронкообразного отверстия, после чего наступает лизис клетки. В результате работы белков комплемента появляются анафилотоксины (освобождают гистамин из базофилов и тучных клеток), хемотаксины (вызывают миграцию клеток в место работы комплемента) и модуляторы иммунного ответа (С 3а подавляет, а С 5а усиливает продукцию антител). В случае затяжного инфекционного процесса в организме образуется стабильный иммунный комплекс "агент-антитело", который становится активатором комплемента по классическому пути.

1.1 Миелоидные клетки

У человека миелопоэз начинается на 6-й неделе внутриутробного развития, в печени. Исследования in vitro показали, что первая, образующаяся из ГСК клетка-предшественница, представляет собой колониеобразующую единицу (КОЕ), которая может давать начало образованию любой клетки крови - эритроциту, моноциту, гранулоциту, мегакариоциту (КОЕ-ГЭММ). Созревание этих клеток происходит под действием различных медиаторов. Клетки стромы костного мозга продуцируют колониестимулирующие факторы (КСФ), стимулирующие гемопоэз. В свою очередь, зрелые клетки миелоидного и лимфоидного ряда синтезируют интерлейкины (ИЛ-1, -3, -4, -5, -6), которые также ускоряют созревание миелоидных клеток. Существуют так же и медиаторы, подавляющие гемопоэз (например, трансформирующий фактор роста в).[1], [2] иммунитет патоген нейтрофил

1.2 Развитие нейтрофилов

Клеткой-предшественником нейтрофилов (гранулоцитов) и мононуклеарных фагоцитов (макрофагов) служит КОЕ-ГМ. Однонаправленная дифференцировка КОЕ-ГМ в зрелые нейтрофилы обусловлена появлением у них на разной стадии развития рецепторов для специфических факторов роста и дифференцировки.

По мере созревания гранулоцитов на их поверхности последовательно происходит смена дифференцировочных маркеров. Например, дифференцирующиеся в нейтрофилы клетки КОЕ-ГМ экспрессируют молекулы главного комплекса гистосовместимости (MHC) класса II и маркер CD38, отсутствующие на зрелых нейтрофилах. К другим поверхностным молекулам, экспрессируемым в процессе дифференцировки, относятся CD13, CD14 (в небольшой концентрации), CD15, CD29 (бета 1-интегрин), лейкоцитарные интегрины, рецепторы комплемента и Fc-гамма-рецепторы (CD16).[1]

На разных этапах созревания функциональная активность гранулоцитов различна, однако полным функциональным потенциалом обладают только зрелые формы. Исследования показали, что активность нейтрофилов, определяемая по хемотаксису или фагоцитозу, у плода значительно ниже, чем у взрослого. Вероятно, это в большем мере связано с относительно низким содержанием опсонинов в сыворотке крови плода, чем с особенностями самих нейтрофилов. Для приобретения активности этим клеткам необходимо непосредственное взаимодействие с микроорганизмами или с цитокинами, образующимися при иммунном ответе на антиген в присутствии опсонинов. Известно, что взаимодействие плода с микроорганизмами минимально, и это может являться причиной снижения активности нейтрофилов на раннем этапе развития организма. Активация нейтрофилов цитокинами и хемокинами является также необходимым условием для их миграции из сосудов в ткани.[2]

1.3 Развитие моноцитов

При дифференцировке по моноцитарному пути из КОЕ-ГМ вначале образуются пролифелирующие монобласты. Они дифференцируются в промоноциты и, наконец, в зрелые моноциты крови. Считается, что циркулирующие моноциты служат возобновляемым пулом для образования макрофагов, различные формы которых составляют систему мононуклеарных фагоцитов.

Зрелые нейтрофилы и моноциты/макрофаги лишены CD34 (маркера КОЕ-ГМ) и других маркеров ранней стадии дифференцировки. Однако моноциты, в отличие от нейтрофилов, продолжают экспрессировать большое количество молекул MHC класса II, необходимых для презентации антигена T-клеткам.[2]

На стадиях дифференцировки оценка функционального состояния моноцитов затруднена, однако, изучение in vitro демонстрирует, что фагоцитарная активность и цитотоксичность, опосредованная Fc-рецептором, достигают оптимального уровня только на стадии зрелых макрофагов. У новорожденного и взрослого человека моноциты вырабатывают ИЛ-1 с равной эффективностью, но у новорожденного по сравнению с взрослым организмом эта функция проявляется слабее под воздействием интерферона гамма (ИНФг).[3]

1.4 Развитие антигенпрезентирующих клеток (АПК)

Развитие адекватного иммунного ответа невозможно без презентации антигенов иммунокомпетентным клеткам. Эту функцию выполняют макрофаги, клетки Лангерганса, фолликуло-дендритические клетки. Большинство АПК обнаруживается в организме уже при рождении. Вероятно, основная их масса образуется из стволовых клеток костного мозга. Возможно, они происходят из одной и той же клетки КОЕ-ГЭММ, дающей начало всем клеткам рядов дифференцировки ГСК, за исключением клеток лимфоидного ряда. Другая возможность состоит в том, что АПК образуются из разных стволовых клеток и по разным направлениям дифференцировки.[3]

Важное исключение составляют фолликуло-дендритические клетки (ФДК), локализованные в центрах размножения внутри вторичных лимфоидных фолликулов и происходящие, возможно, от мезенхимных клеток. В первичных фолликулах периферических лимфоидных тканей ФДК присутствуют уже к моменту рождения. В отличие от других АПК фолликуло-дендритические клетки лишены подвижности. Уже на очень ранних стадиях развития организма АПК присутствуют в тимусе, причем их участие в MHC-рестрикции и селекции T-клеток показывает, что некоторые из них к этому времени достигают полной зрелости. Однако активность АПК на ранних стадиях развития организма также снижена.[4]

2. Развитие лимфоидных Т- и В-клеток

Проведенные на мышиных моделях эксперименты показали, что общие предшественники лимфоидных клеток впервые обнаруживаются в каудальной части спланхноплевры, откуда они, вероятно, мигрируют в желточный мешок, а затем в первичные лимфоидные органы - тимус и печень плода, с последующей дифференцировкой соответственно в T- и B-клетки. Зрелые лимфоциты перемещаются затем во вторичные лимфоидные ткани, где приобретают способность реагировать на чужеродные антигены и не реагировать на антигены собственного организма.[5]

2.1 Т-клетки

Тимус - самый ранний из органов иммунной системы, возникающий в процессе зародышевого развития у позвоночных животных. Все факты ясно указывают на очень раннее становление Т-системы иммунитета, по крайней мере, по морфологическим признакам. При этом функциональная активность Т-системы выражена неполно.[4]

Строма тимуса формируется из двух зародышевых листков - экто- и эндодермы, т.е. имеет эпителиальную природу. В результате развития двух слоев энтодермальный росток постепенно окружается эктодермой жаберной щели. Образовавшаяся структура имеет название шейного пузырька. При дальнейшем развитии эктодермальный вырост полностью захватывает энтодерму глоточного кармана, происходит отщепление экто- и энтодермальных развивающихся участков от основных слоев, что приводит в результате к формированию тимусного зачатка. Эктодермальный слой дает начало эпителиальным клеткам коры тимуса, в то время как энтодерма становится источником эпителиальных клеток медуллы. Развитие тимуса представлено на схеме (рис. 1).[3], [5]



Рис. 1 Развитие тимуса

Сразу после образования зачатка тимуса начинается его колонизация клетками костного мозга. Помимо предшественников тимоцитов в орган мигрируют макрофаги и дендритические клетки, участвующие в созревании Т-лимфоцитов. Все эти клетки имеют мезенхимальное (соединительнотканное) происхождение. Таким образом, тимус как самостоятельный орган формируется из трех зародышевых листков: эктодермы, мезодермы и энтодермы.[5]

Тимус млекопитающих претерпевает по мере созревания и старения организма обратное развитие (инволюцию). У человека оно начинается в период полового развития и продолжается до конца жизни. Инволюция, прежде всего, захватывает корковую зону долей вплоть до полного ее исчезновения, при сохранности мозговой зоны. Атрофия корковой зоны обусловлена чувствительностью кортикальных тимоцитов к стероидным гормонам коры надпочечников.[6]

В медуллярной зоне тимуса наблюдаются свободные от лимфоцитов округлые скопления эпителиальных клеток, получивших название телец Гассаля. Их функциональное назначение до настоящего времени неясно. По мнению одних исследователей тельца Гассаля образуются в результате активной деструкции тимоцитов, что приводит к "обнажению" эпителиальных элементов. Другие авторы склонны видеть в тельцах Гассаля активные эпителиальные структуры, функция которых заключается в продукции регуляторных факторов, в последующем поступающих в циркуляцию.

С возрастом, как абсолютная масса органа, так и клеточный состав меняются. У новорожденных отношение коркового слоя к медуллярному смещено в сторону коры. В этот период тимус находится в наиболее активной фазе как источник периферических Т-клеток. К 15-20 годам относительные размеры коры снижаются, а медуллярной зоны увеличиваются. Количество лимфоцитов снижается как в коре, так и в медуллярной зоне. Паренхима замещается жировой тканью. После 30 лет количество лимфоцитов в органе резко снижается.[7]

Миграция стволовых клеток в тимус происходит в ответ на хемотаксические сигналы, периодически продуцируемые этим органом. Одним из хемоаттрактантов является в2-микроглобулин, компонент молекул MHC класса I. В тимусе стволовые клетки под влиянием эпителиального микроокружения начинают дифференцироваться в тимические лимфоциты (тимоциты). В настоящее время не ясно, являются ли стволовые клетки "пре-Т-клетками", т.е. начинается ли их дифференцировка в Т-клетки еще до проникновения в тимус. Хотя стволовые клетки экспрессируют CD7 (маркер клетки-предшественника естественных киллеров (НК) и Т-клеток), многие данные указывают на их полипотентность.[8]

Так, из гемопоэтических клеток-предшественниц, выделенных из тимуса, in vitro развиваются гранулоциты, АПК, НК, В-клетки и клетки миелоидного ряда. Это демонстрирует сохраняющуюся полипотентность костномозговых клеток, проникающих в зачаток тимуса. Дальнейшее созревание T-клеток происходит по мере перемещения тимоцитов из корковой зоны тимуса в медуллярную. В этих зонах присутствуют эпителиальные клетки, макрофаги и имеющие костномозговое происхождение интердигитатные клетки с высоким уровнем экспрессии MHC класса II. Для дифференцировки и созревания T-лимфоцитов необходимы клетки всех этих трех типов.

В процессе созревания T-клетки меняют свой фенотип по CD-маркерам. По мере созревания T-лимфоцитов в тимусе происходит положительная и отрицательная селекция клеток, в результате которой "выбраковываются" клетки, не способные активироваться при взаимодействии с чужеродными антигенами и не активироваться при взаимодействии с антигенами собственного организма.

Некоторые Т-лимфоциты созревают вне тимуса в периферических лимфоидных тканях. Для дифференцировки подавляющего большинства Т-клеток необходим функционирующий тимус, хотя небольшое количество клеток, несущих на себе Т-клеточные маркеры, могут быть обнаружены у бестимусных мышей. Данные этих экспериментальных исследований показывают, что костномозговые предшественники способны к заселению слизистых оболочек с последующим созреванием в функциональные Т-клетки. Значение внетимического созревания Т-клеток в настоящее время остается также неясным.

У новорожденных большинство Т-клеток, присутствующих в крови, несут маркер CD45RA, что свидетельствует о том, что они еще не контактировали с антигеном. Кроме того, при взаимодействии с чужеродными антигенами Т-клетки новорожденных вырабатывают меньшее количество ИФг и других цитокинов, чем Т-клетки взрослого человека.[8]

2.2 В-клетки

У млекопитающих специальный орган для лимфоэпоэза B-клеток отсутствует (у птиц это "бурса", от названия которой и происходит сокращенное название клеток). В-лимфоциты развиваются непосредственно из лимфоидных стволовых клеток в гемопоэтической ткани в печени плода, у человека примерно на 8-9 неделе внутриутробной жизни. Позднее развитие B-клеток происходит уже не в печени, а в костном мозге, где и продолжается в течение всей жизни организма. Недавно было доказано, что у человека и у мыши во время внутриутробного развития предшественники В-клеток присутствуют в ткани сальника. Появляются ли они там раньше, чем в закладке печеночной ткани плода, неизвестно. Созревание B-клеток в костном мозге происходит при их тесном контакте с клетками стромы. Экспериментально (in vitro) показано, что стромальные клетки поддерживают дифференцировку B-лимфоцитов, возможно, за счет продукции ИЛ-7.[9]

Большинство созревающих в костном мозге B-клеток (>75%) не попадает в кровоток, а подобно тимоцитам подвергается селекции и погибает в результате апоптоза и поглощения костномозговыми макрофагами. Предполагается, что при взаимодействии B-клеток с клетками стромы происходит своего рода положительная селекция, которая "спасает" от запрограммированной гибели небольшую часть B-клеток с продуктивной перестройкой генов иммуноглобулинов. Отрицательная селекция аутореактивных B-лимфоцитов может происходить в костном мозге или селезенке, куда мигрирует большинство новообразованных клеток в период внутриутробного развития.[8]

Маркерами зрелых B-клеток служат, в первую очередь, иммуноглобулины (Ig). Лимфоидные стволовые клетки пролиферируют, дифференцируются и претерпевают перестройку генов Ig, при которой происходят фенотипические изменения клеток, аналогичные изменениям T-лимфоцитов: на развивающихся B-клетках обнаруживаются характерные поверхностные маркеры. До начала синтеза Ig появляются молекулы MHC класса II и такие маркеры, как CD19, CD20, CD21, CD40 и CD10. Другие маркеры обнаруживаются главным образом на активированных B-клетках.[8]

Этапы развития B-клеток зависят от ряда факторов роста и дифференцировки, для которых они экспрессируют рецепторы в зависимости от фазы развития.[9]

После миграции во вторичные лимфоидные органы и антигенной стимуляции (через T-клетки) зрелые B-лимфоциты трансформируются в антителообразующие клетки, а затем, достигая окончательной стадии дифференцировки, превращаются в плазматические клетки или клетки иммунологической памяти. Разнообразие антител создается путем перестройки генов Ig[10]

3. Т- и В-звенья иммунитета в эмбриогенезе человека

У развивающегося эмбриона стволовые кроветворные клетки впервые обнаруживаются в желточном мешке. Позднее основным депо стволовых элементов становится эмбриональная печень. Закладка костного мозга начинается на 7-8-й неделе внутриутробного развития. При этом как кроветворный орган он начинает функционировать только с 4-го месяца беременности.

Уже на 6-й неделе гестации, когда размер зародыша не превышает 12 мм, наблюдается закладка тимуса. К 7-й неделе зачаток тимуса еще свободен от лимфоцитов и представляет собой лишь ретикулоэпителиальную морфологическую структуру. На 8-й неделе гестации эпителиальный тимус заселяется лимфоцитами, появляются тельца Гассаля; паренхима органа разделяется на корковую и мозговую зоны.

Лимфоциты в органе появляются позднее - через 8 недель внутриутробной жизни. Интересно отметить, что лимфоциты, имеющие маркеры Т-клеток, обнаруживаются в печени 5-недельного плода, а на 7-й неделе эмбриогенеза они способны вступать в реакцию СКЛ (смешанная культура лимфоцитов), что указывает на способность этих клеток к распознаванию аллоантигенов. В это же время в цитоплазме таких лимфобластов обнаруживается IgM (маркер В-лимфоцитов).[10]

На 10-11-й неделе внутриутробного развития в тимусе зародыша хорошо различаются корковый и мозговой слои. Число тимоцитов на 10-й неделе беременности равно всего 15000, но уже к 13-й неделе это число увеличивается в 6 раз, а к 16-й - в 100 раз.

В дальнейшем идет постепенное функциональное совершенствование Т-системы иммунитета эмбрионов.

На 14-й неделе внутриутробного развития в корковом слое тимуса появляются лимфоциты с характерными маркерами зрелых Т-клеток - CD4 и CD8. Это созревание сопровождается отчетливой экспрессией молекул MHC I и II классов.[11]

Развивающийся тимус зародыша характеризуется интенсивной клеточной пролиферацией и последовательным увеличением массы органа. Отношение массы тимуса к массе тела достигает максимума в последнем триместре беременности, однако абсолютное увеличение веса органа продолжается до половозрелого состояния, после чего начинается его инволюция.[12]

Рис. 2 Возрастные изменения абсолютной массы и клеточного состава тимуса

Первые В-лимфоциты появляются на 5-7-й неделе эмбриогенеза в паренхиме печени. Эти клетки характеризуются наличием цитоплазматического IgM, но при этом отсутствуют как поверхностная, так и секреторная формы этого иммуноглобулина.

Полноценный синтез IgM В-клетками начинается на 10-11 неделе развития; чуть позднее - на 12-й неделе появляются В-клетки, синтезирующие IgG. На этой стадии эмбриогенеза большинство В-лимфоцитов относится к пре-В-клеткам (табл. 1 и рис. 3).

В условиях нормального развития плод не образует плазматических клеток. Однако, они возникают при инфекционных заболеваниях матери. [11]

Таблица 1 Показатели Т- и В-систем иммунитета у зародыша человека



Рис. 3 Этапы становления Т- и В-систем у зародыша человека

4. Роль молекул адгезии и цитокинов в созревании тимоцитов

Важнейший момент в дифференцировке Т-клеток - это адгезия созревающих тимоцитов к эпителиальным и вспомогательным клеткам тимуса. Она происходит за счет взаимодействия комплементарных молекул адгезии, например CD2 с LFA-3 и LFA-1 с ICAM-1.

В результате этого взаимодействия индуцируется синтез цитокинов ИЛ-1, ИЛ-3, ИЛ-6 и ГМ-КСФ, необходимых для созревания Т-клеток. На ранних стадиях созревания тимоциты экспрессируют также рецептор для ИЛ-2. Этот цитокин вместе с другими молекулами способствует пролиферации клеток, которая происходит главным образом в подкапсульном слое и наружных слоях корковой зоны тимуса.

Некоторые Т-клетки созревают вне тимуса.[12]

Отрицательная селекция может осуществляться в периферических лимфоидных тканях.

При созревании в тимусе элиминируются не все аутореактивные Т-клетки. Это, по-видимому, связано с тем, что не все аутоантигены способны проходить через тимус. Эпителиальный барьер тимуса может ограничивать также доступность некоторых антигенов из крови. Поскольку часть аутореактивных Т-клеток выживает, для предотвращения их реакции на собственные ткани организма необходим дополнительный механизм. Недавно проведенные эксперименты на трансгенных мышах позволяют предполагать, что для периферической инактивации аутореактивных Т-клеток может существовать два механизма:

* подавление экспрессии ТкР и CD8, вследствие которой такие клетки теряют способность взаимодействовать с аутоантигенами-мишенями, и

* анергия, развивающаяся при отсутствии необходимых вторых сигналов активации, источником которых служат клетки-мишени.[13]

5. Разнообразие специфичности антител

Разнообразие антител создается путем перестройки генов.

В любой соматической клетке вариабельные участки генов, включающие сегменты V, D и J, находятся в гаметной конфигурации. На ранних стадиях развития В-клеток происходит делеция промежуточных последовательностей между сегментами D и J и эти сегменты сближаются. На стадии В-клеток-предшественников происходит дальнейшая перестройка V-, D - и J-сегментов вариабельного участка генов тяжелых цепей. Рекомбинированный ген крупной пре-В-клетки экспрессируется с образованием м-цепи, локализованной в цитоплазме. Эти активно пролиферирующие В-клетки-предшественники затем перестраивают свои Ук-гены, а если такая перестройка оказывается непродуктивной, то и нл-гены. При продуктивной перестройке генов легких цепей незрелая В-клетка экспрессирует на своей поверхности м-цепи в сочетании с имеющейся легкой цепью. Клетки, в которых происходит непродуктивная перестройка генов, погибают в результате апоптоза. Этим объясняется гибель столь значительного количества пре-В-клеток в ходе их созревания. В случае появления в незрелых В-клетках после перестройки генов таких легких цепей рецепторов, которые специфичны по отношению к собственным антигенам, легкие цепи могут подвергаться дальнейшей перестройке. Экспрессия м-цепей с суррогатными легкими цепями до появления к - и л-цепей, возможно, важна для селекции В-клеток на ранних стадиях развития.[14]

Закладка ее развивается из выпячивания эндодермы задней кишки и заселяется стволовыми клетками из крови. Исследования на химерах курица/куропатка показывают, что стволовые клетки проникают в сумку только в период между 10 и 14 сутками эмбрионального развития. Пиронинофильные клетки находятся в тесном контакте с эпителиальными клетками. Пролиферирующие клетки сумки образуют корковый и мозговой слои каждого фолликула, который может заселяться одной или несколькими стволовыми клетками.[6]

Разнообразие антител формируется не совсем случайным образом.

Как только начинают продуцироваться к - или л-цепи, поверхностный IgM на незрелых В-клетках приобретает свойства функционального антигенного рецептора. Считается, что V-, D - и J-ceгменты для тяжелых цепей, как и V - и J-сегменты для легких цепей в В-клетках перестраиваются случайным образом. Однако данные, полученные на мышах, крысах и цыплятах, указывают на то, что формирование специфичностей антител происходит в запрограммированной последовательности. Продукция антител в отличие от распознавания антигенов В-клетками зависит как от Ф-клеток, так и от АПК. Механизм запрограммированного формирования специфичностей в В-клетках на молекулярном уровне остается неясным; возможно, он состоит либо в избирательном использовании сегментов V-гена, ближайших к D - и J-сегментам, с перемещением соответствующих рекомбиназ в направлении 3'-конца, либо в отрицательной селекции отдельных клонов, либо включает оба эти пути.[15]

В-лимфоциты CD5+ - отдельная субпопуляция.

Многие В-клетки, появляющиеся на ранних стадиях онтогенеза, экспрессируют CD5. Иммуноглобулины таких клеток кодируются немутировавшими или лишь минимально мутировавшими гаметными генами. Хотя В-клетки CD5+ продуцируют главным образом IgM, в них синтезируется и некоторое количество IgG и IgA. Эти так называемые естественные антитела обладают низкой авидностью, но иногда бывают полиреактивными и в сыворотке зрелых особей присутствуют в высокой концентрации. Клетки CD5+ активно реагируют на Т-независимые антигены, возможно принимают участие в процессинге и презентации антигенов В-клетками, а также, вероятно, играют определенную роль в толерантности и в развитии гуморального иммунного ответа. Предполагается, что естественные антитела формируют первую линию зашиты от микробов, очищают организм от поврежденных собственных компонентов и участвуют в формировании идиотипических сетей иммунной системы.[16]

5.1 Антигенраспознающие рецепторы

В настоящее время определены антигенраспознающие рецепторы В- и Т-лимфоцитов и причины их разнообразия. Множественность генов V-областей (Н- и L-цепи иммуноглобулинов) - одна из таких причин. Еще четыре причины - множественный аллелизм генов, а именно:

* соматический мутагенез (создает разные V-гены);

* соматическая рекомбинация между сегментами одного V-гена (создают разные белки);

* генная конверсия (ведет к копированию отдельных частей гена);

* вставки добавочных нуклеотидов (кодируют остатки V-областей).

Секретируемые В-клетками иммуноглобулины представляют собой бифункциональные молекулы. Их V-домены предназначены для связывания с антигеном, тогда как С-домен взаимодействует с рецепторами на клетках организма-хозяина или с факторами комплемента.

Что касается общей регуляции уровня антител в организме, то степень катаболизма иммуноглобулинов находится в прямой зависимости от их тотальной концентрации, тогда как синтез антител в основном регулируется с помощью антигенной стимуляции. Например, у животных, содержащихся в стерильных условиях, уровень IgG чрезвычайно низок, но он быстро повышается после возвращения животного в нормальные условия.

Распознавание антигенов В-клетками осуществляется за счет молекул мембраносвязанных иммуноглобулинов (mIg). При этом на поверхности каждого лимфоцита экспрессируются 10-100 тысяч молекул антител. Основными классами mIg, находящихся на поверхности зрелых и нестимулированных В-лимфоцитов, являются молекулы IgM и IgD. На одной В-клетке могут одновременно присутствовать обе эти молекулы. У них одинаковая специфичность, и они могут взаимодействовать между собой, осуществляя кооперативный контроль за активацией и супрессией лимфоцитов.

В ходе иммунного ответа одновременно экспрессируются другие классы иммуноглобулинов. Если рецептором В-клетки, узнающим антиген, является IgM, то мембраносвязанный IgM представляет собой, как правило, мономерный иммуноглобулин. Эта молекула имеет гидрофобную часть, расположенную на C-конце тяжелой цепи и предназначенную для фиксации молекулы на мембране. При этом mIgM кодируются тем же набором генов, что и их сывороточные аналоги.

Единственным структурным отличием является дополнительный фрагмент на С-конце, играющий роль мембранного якоря.

Цитоплазматический участок у mIg невелик и не пригоден для взаимодействия с С-белками или тирозинкиназами. Роль CD3 в случае mIgM, по-видимому, играет ассоциированный с mIgM гетеродимер, состоящий из двух соединенных дисульфидной связью (-S-S-) гликопротеинов с молекулярной массой 32-34 кДа (Ig-альфа) и 37-39 кДа (Ig-в и Ig-г). Цепи в и г являются продуктами одного гена и образуются в результате альтернативного сплайсинга. Обе цепи относятся к представителям указанного выше суперсемейства иммуноглобулинов и содержат во внеклеточной части по одному домену. Участки этих полипептидов имеют консервативную последовательность, включающую 6 аминокислот. Распознавание анти-гена Т-клетками усложнено вступлением в этот процесс антигенов ГКГ.

Захваченный фагоцитирующей Т-клеткой антиген после внутриклеточной переработки экспрессируется на клеточной поверхности в комплексе с антигенами ГКГ. Если данный комплекс включает антигены класса I, то он распознается Т-киллерами, если в комплекс входят антигены класса II, то в реакцию вступают Т-хелперы.

5.2 Toll-подобные рецепторы

Toll-подобные рецепторы или TLR относятся к филогенетически наиболее древним сигнальным рецепторам клетки. Это трансмембранные белки, содержащие в своей внеклеточной части фрагменты, состоящие из множества остатков лейцина, формирующих бета-цепи и альфа-спирали, которые непосредственно взаимодействуют с паттернами патогенов (см. выше).

У человека идентифицировано 11 типов TLR. Их экспрессия клетками иммунной системы приведена в табл. 10.

Следует отметить, что TLR 1, 2, 4-6, 10 и 11 экспрессируются в ответ на компоненты бактериальных стенок патогенов. В свою очередь, TLR3, 7-9 специфичны к нуклеиновым кислотам бактериального и вирусного происхождения, в том числе TLR3 узнает двухцепочечную РНК, TLR8 и TLR9 активируются одноцепочечными РНК, богатыми гуанином и урацилом либо РНК, содержащими poly-U мотивы; TLR7 взаимодействует с одноцепочечной РНК вируса гриппа и ВИЧ, повышает синтез альфа-интерферона и противовоспалительных цитокинов; TLR9 взаимодействует с неметилированными СрG- повторами ДНК вирусов и бактерий.

6. Разнообразие классов антител

В-клетки вырабатывают антитела пяти основных классов: IgM, IgD, IgG, IgA и IgE. Существуют также четыре подкласса IgG и два подкласса IgA. Каждая окончательно дифференцированная плазматическая клетка происходит из специфической В-клетки и продуцирует антитела лишь одного класса или подкласса.

В-клетки переключаются на синтез иммуноглобулинов другого класса за счет рекомбинации генов тяжелых цепей.[17]

Первые появляющиеся в процессе развития В-клетки несут в качестве антигенного рецептора IgM. Затем начинается экспрессия и других классов иммуноглобулинов. То, что клетки, несущие на поверхности не IgM, а иммуноглобулины других классов, являются потомками lgM-несущих клеток, доказано в опытах на цыплятах и мышах: после введения антител анти-м животные теряли способность вырабатывать антитела, принадлежащие к любому классу иммуноглобулинов. За образование классов и подклассов антител ответственны гены константной области, кодирующие различные тяжелые цепи. Эти гены группируются на З'-конце локуса тяжелых цепей иммуноглобулинов и у человека расположены в определенной последовательности в 14 хромосоме. Переключение В-клеток с продукции IgM на синтез иммуноглобулинов других классов или подклассов происходит в результате рекомбинации повторяющихся З'-участков переключения и делеции промежуточных Сн-генов. Некоторые В-клетки экспрессируют на поверхности изотипы IgM и IgD; это обеспечивается дифференциальным сплайсингом длинных ядерных РНК-транскриптов Сн-генов.[18]

Переключение изотипа происходит в процессе созревания и пролиферации В-клеток.

Переключение изотипа происходит главным образом в процессе пролиферации В-клеток. однако может иметь место и во время ранней клональной экспансии и созревания В-клеток, еще до их встречи с экзогенным антигеном. Об этом свидетельствует тот факт, что некоторые потомки незрелых В-клеток синтезируют антитела, принадлежащие к другим классам иммуноглобулинов, в том числе IgG и IgA. Дальнейшая дифференцировка В-клеток приводит к синтезу поверхностных IgD - класса антител, присутствующего почти исключительно на мембране В-клеток. Разные классы slg на одной и той же В-клетке обладают одинаковой антигенной специфичностью, т.е. представляют одну и ту же V-область генов хотя позднее, уже после переключения, в результате соматических мутаций может формироваться и дополнительное разнообразие slg в пределах одного и того же клона. Данные о том, что переключение класса иммуноглобулинов возможно и без воздействия антигена, были получены в опытах на позвоночных, развивающихся в гнотобиотеческой среде, т.е. в условиях, резко ограничивающих возможность попадания в организм экзогенных антигенов.[19]

На экспрессию изотипов может влиять тип антигена.

Некоторые антигены индуцируют выработку антител преимущественно определенного изотипа. Например, углеводы бактериальной клеточной стенки вызывают у мыши независимый от Т-клеток иммунный ответ - продукцию антител главным образом lgG3-n30Tnna, тогда как в ответ на вирусную инфекцию чаще образуются антитела lgG2a-H30Tnna. У человека среди антиполисахаридных антител преобладают антитела IgG2-H30-типа. В основе такой избирательности образования изотипов могут лежать два механизма:

* спонтанное переключение класса иммуноглобулинов до селекции клонов В-клеток и

* переключение, индуцированное de novo в результате взаимодействия с цитокинами - продуктами вспомогательныых клеток - и с Т-клетками.[20]

В настоящее время участие Т-клеток и их цитокинов в переключении изотипа de novo не вызывает сомнений. У мыши Т-клетки стимулируют продукцию IgA в слизистых оболочках. Цитокин ИЛ-4 переключает поликлонально активированные В-клетки на преимущественный синтез изотипа IgGl, одновременно подавляя экспрессию других изотипов. В аналогичной системе ИЛ-5 индуцирует 5-10-кратное возрастание продукции IgA, не влияя на выработку других изотипов, а ИФу усиливает выработку IgG2a, но подавляет продукцию всех других изотипов Ig. Примечательно, что цитокины ИЛ-4 и ИФу, реципрокно регулирующие экспрессию изотипов антител, продуцируются разными субпопуляциями Т-хел-перов. У мыши Txl-клетки выделяют ИФу, аТх 2-клетки - ИЛ-4, ИЛ-5 и ИЛ-10. Недавно аналогичные субпопуляции были обнаружены и у человека, причем, как установлено, у лиц, страдающих атопией, продуцируемый Т-клетка-ми ИЛ-4 стимулирует гиперпродукцию IgE.[21]

Последовательность появления иммуноглобулинов разных классов в ходе созревания В-клеток у человека можно проследить по характеру антител в сыворотке плода и новорожденного. До рождения синтезируется IgM, а в перинатальный период появляются IgG и IgA. Концентрация IgG в сыворотке достигает "взрослого" уровня лишь к 1-2-летнему возрасту, а концентрация IgA еще позднее.[20]

7. Образование В-клеток иммунологической памяти

При активации антигеном В-клетки либо созревают в АОК, а затем, достигая окончательной стадии дифференцировки, в плазматические клетки, либо превращаются в клетки памяти. Получены убедительные доказательства того, что важную роль в качестве места формирования В-клеток памяти играют центры размножения в различных периферических лимфоидных тканях. Здесь в В-клетках происходит активное гипермутирование генов вариабельной области антител, в результате которого одни клетки погибают, а другие выживают. Презентация антигена фолликулярными дендритными клетками внутри центров размножения обеспечивает выживание клеток, обладающих высокоаффинными рецепторами к чужеродному антигену.[20], [22]

Этот процесс заслуживает более подробного описания. Антигенспецифические В-клетки, колонизирующие первичные лимфоидные фолликулы, примируются антигеном и превращаются в бласты.[23] Одна или очень немногие В-клетки-бласты проникают в первичные лимфоидные фолликулы и образуют центр размножения. Бласты пролиферируют с высокой скоростью и в течение 3-4 суток их количество достигает примерно 104. На 4 сутки они трансформируются в центробласты, лишенные поверхностных иммуноглобулинов, и мигрируют во внутреннюю область вторичного фолликула, где формируют темную зону центра размножения. Из центробластов образуются центроциты, которые вновь начинают экспрессировать на своей поверхности иммуноглобулины и занимают базальную светлую зону центра размножения. В это время происходит переключение класса иммуноглобулинов.[24] Считается, что гипермутирование генов вариабельной области антител происходит после стимуляции антигеном, презентированным фолликулярными дендритными клетками. Центроциты находятся в тесном контакте с ФДК; взаимодействие между ними происходит при участии молекул лимфоцитарной поверхности LFA-1 и VLA-4 и экспрессируемых на поверхности ФДК молекул ICAM-1 и VCAM-1. Эффективное взаимодействие центроцитов, несущих высокоаффинные рецепторы для антигена, презентируемого ФДК, приводит к образованию активированных клеток, которые покидают вторичные фолликулы либо в виде клеток иммунологической памяти, либо в виде предшественников плазматических клеток. Без взаимодействия с ФДК центроциты погибают в результате апоптоза.[25]

Заключение

Уровень иммунной реактивности развивающихся зародышей значительно уступает половозрелым особям, однако начальные этапы становления клеточного и гуморального иммунитета проявляются очень рано. Тем не менее, функциональная активность этих систем выражена недостаточно, что связано, скорее всего, не с собственными элементами систем, а с незрелостью вспомогательных, регуляторных компонентов организма.

Таким образом, эффективное функционирование иммунной системы зависит от взаимодействия многочисленных клеточных и гуморальных компонентов, которые в пре- и пост-натальный периоды созревают с различной скоростью. Большинство или даже все клетки иммунной системы происходят от недифференцированных гемопоэтических стволовых клеток (ГСК), развитие которых в дальнейшем происходит под влиянием разнообразных факторов роста, дифференцировки и микроокружения (взаимодействия с соседними клетками и присутствия растворимых или мембраносвязанных цитокинов).

Список используемой литературы

1. Белозеров Е.С., Буланьков Ю.И., Митин Ю.А. Болезни иммунной системы. - Элиста: АПП "Джангар", 2005. - Т. 2.

2. Бобова Л.П., Кузнецов С.Л., Сапрыкин В.П. Гистофизиология крови и органов кроветворения и иммуногенеза: учеб. пособие. - М.: ООО "Издательство Новая Волна", 2003.

3. Борисов Л.Б. Медицинская микробиология, вирусология, иммунология. - М.: ООО "Медицинское информационное агентство", 2001.

4. Бурместер Г.-Р. Наглядная иммунология / пер. с англ. - М.: БИНОМ, Лаборатория знаний, 2007.

5. Галактионов В.Г. Иммунология. - М.: Академия, 2004.

6. Дранник Г.Н. // Клиническая иммунология и аллергология. - Одесса: Астро Принт, 1999. - С. 294-300.

7. Корнев М.А., Петрова Т.Б. Развитие и возрастные изменения органов иммунной системы человека: учеб.-метод. пособие. - СПб.: ГПМА, 2000.

8. Лесков В.П. Клиническая иммунология для врачей. - М.: Медицина, 1997.

9. Сапин М.Р., Никитюк Д.Б. Иммунная система, стресс и иммунодефицит. - М.: АПП "Джангар", 2000.

10. Сапин М.Р., Этинген Л.Е. Иммунная система человека. - М.: Медицина, 1996.

11. Стефани Д.В., Вельтищев Ю.Е. Клиническая иммунология и иммунопатология детского возраста: руководство для врачей. - М.: Медицина, 1996.

12. Воронин Е.С., Петров А.М., Иммунология. -М.: Колос-пресс, 2002. - 408с.

13. Биофайл. Научно информационный журнал [электронный ресурс]. Веб-адрес http://biofile.ru/

14. Хаитов, Р.М., Игнатьева, Г.А., Сидорович, И.Г. Иммунология.: учебник/ Хаитов,Р.М. -М.: Медицина, 2000. - 432с.

15. Ульянкина Т.И. Зарождение иммунологии. - М.: Наука, 1994. -319с.

16. Титов Л.П. // Весцi НАН Беларусi. Сер. мед.-бiял. навук. - 2001. - № 2. - С. 68-71.

17. Титов Л.П. Иммунология: терминол. словарь. - Минск: Белорусская наyка, 2004.

18. Титов Л.П., Карпов И.А. // Мед. журнал.-2007. - № 1. -С. 4-14.

19. Хаитов Р.М. // Аллергия и клин. иммунология. - 1999. - № 1. - С. 6-20.

20.Ярилин А.А. // Rus. J. Immunol. - 1998. - Vol. 3 (2). - P. 5-20.

21. Ярилин А.А. Основы иммунологии. - М.: Медицина, 1999.

22. Иммунология для врачей и пациентов [электронный ресурс]. Веб-адрес http://immuninfo.ru/

23. Ковальчук Л.В., Ганковская Л.В., Мешкова Р.Я. Клиническая иммунология и аллергология с основами общей иммунологии.-М.: Медиа, 2011. - 640 с.

24. Фрейдлин И.С. Клеточные механизмы иммунной защиты организма. Энциклопедия современного естествознания.-М.: Наука, 1999.

25. Галактионов, В.Г. Иммунология.: учебник/ Галактионов, В.Г. - М.: Издательство МГУ, 1998. - 480с.

Размещено на Allbest.ru

...