Основным местом дифференцировки и онтогенеза в лимфоцитов. В- лимфоциты. ~Значение местного иммунитета в иммунном процессе

Происхождение и дифференцировка В-лимфоцитов

Дифференцировка и созревание В-лимфоцитов происходят сначала в кос­тном мозге, а затем в периферических орга­нах иммунной системы, куда они отселяют­ся на стадии предшественников. Потомками В-лимфоцитов являются клетки иммуноло­гической памяти и плазматические клетки. Основные морфологические признаки пос­ледних - обширная цитоплазма, развитый эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи с большим количеством рибосом. Активно синтезирующий плазмоцит живет недолго, не более 2-3 суток.

Функциональной активностью В-лимфоцитов управляют растворимые антигены и иммуноцитокины Т2-хелпера, макрофага и других клеток, например ИЛ-4, 5, 6.

Основные этапы дифференцировки В-лимфоцитов:

· ППСК костного мозга (полипотентная стволовая клетка)

· ЛСК – лимфоидно-стволовая клетка (общий рпедш лимфопоэза)

· Предш-к В-лимфоцитов

· В0-лимфоциты

· В1-лимфоциты

· В2-лимфоциты

Этапы антигеннезависимой (в которую происходит перестройка генов иммуноглобулинов и их экспрессия) дифференцировки в костном мозге: ППСК – ЛСК – предш-и В-лимфоцитов – В0.

Этапы антигензависимой дифференцировки (при которой происходит активация, пролиферация и дифференцировка в плазматические клетки) в тимуснезависимых зонах периферических органах иммунитета: В1-лимфоциты – В2-лимфоциты.

Родоначальником В-лимфоцитов, как и других клеток крови яв-ся ППСК костного мозга. Через стадию ЛСК – общего предшественника всех Т и В-лимфоцитов – происходит формирование предшественников В-лимфоцитов (пВ), кот затем превращаются в незрелые В0-лимфоциты. Эта диференцировка происходит в костном мозге.

В0-лимфоциты мигрируют затем через кровоток и заселяют затем тимуснезависимые зоны периф лимфоидных органов. Там происходит дальнейшее созревание и дифференцировка В-лимфоцитов. На их поверхности имеются только антигенраспознающие рецепторы, относящиеся к классу IgM.

В1-лимфоциты – это след, более зрелая стадия дифференцировки периферических В-лимфоцитов. На их поверхности также содержится рецепторный IgM, но его плотность на ед поверх клеток выше, чем на стадии В0. На их поверхности мембранный маркер CD5, который не характерен для В2-лимфоцитов.

В2-лимфоциты – это большая по численности популяция, состоящая из зрелых иммунокомпетентных клеток. На поверхности В2-л появляется иммуноглобулин D (дифференцировочный), что является признаком их зрелости. Кроме того на их поверх имеются антигенраспознающие рецепторы, относящиеся ко всем классам иммунолобулинов. Они дифферен не только в плазматические клетки, синтез-ие иммуноглобулины, но из них образуются и В-лимфоциты памяти. На их поверхности содержатся IgM, IgG, IgE, IgA.

Таким образом, при поступлени в организм любого антигена (Тзавис или Тнезавис) первым против данного антигена в процессе гуморального иммунного ответа синтез-ся IgM, а затем идет синтез всех остальных классов иммуногл - IgG, IgE, IgA, что обеспечивает эффективную защиту всех органов и тканей организма.

Основные рецепторы:

На поверхности В-лимфоцитов имеются след рецепторы:

· Иммуноглобулиновые антигенраспознающие рецепторы;

· Рецептор к эритроцитам мышей;

· C3b-рецептор (к третьему компоненту системы комплемента)

· Fc-рецепторы (к Fc-фрагментам иммуноглобулинов);

· Рецепторы к В-митогенам;

· Рецептор к вирусу Энштейна-Барра (возбудитель инфекционного мононуклеоза).

3. Методы оценки Т-системы.
А. Количественная оценка.

Определение количества Т-лимфоцитов. Метод Е-розетко-образования (Е-РОК).
Принцип метода: на первом этапе методом центрифугирования в градиенте плотности из крови выделяют лимфоциты. На втором этапе с помощью реакции розеткообразоаания с эритроцитами барана определяют процент Т-лимфоцитов от общего числа. Реакция розеткообразования основана на наличии на поверхности Т-лимфоцитов рецепторов, способных фиксировать эритроциты барана. Поэтому при добавлении к суспензии лимфоцитов эритроцитов барана последние адсорбируются Т-лимфоцитами. Образующиеся при этом структуры называются розетками. Розеткообразующей считается клетка, окруженная тремя и более эритроцитами. Общее количество лимфоцитов и количество розеток подсчитывают под микроскопом.

В-клеточная активация

Рис. 3-20. В-клеточный рецепторный комплекс.

В эмбриогенезе человека первые В-лимфоциты появляются в печени и затем в костном мозге. После рождения В-клеточный иммунопоэз проис­ходит в основном в костном мозге, где В2-лимфоциты проходят несколько последовательных стадий: лимфоидная клетка-предшественник -> ранняя про-В-клетка -> поздняя про-В-клетка большая пре-В-клетка -> малая

пре-В-клетка -» незрелая В-клетка зрелая В-клетка.

Подсчитано, что в итоге 1012 В-лимфоцитов и происходящих из них плазматических клеток у человека синтезируют около 102() молекул имму­ноглобулинов (антител) в свободной и мембанной форме и большинство из них находится в сыворотке.

В становлении В-клеток в костном мозге главную роль играет форми­рование полноценного ВСК. В процессе развития, дифференцировки и функционирования судьба В-клетки определяется количеством и каче­ством сигналов, получаемых через ВСК. Так же, как в тимусе, в отношении Т-лимфоцитов в костном мозге после стадии общего лимфоидного пред­шественника запускается процесс перегруппировки генов иммуноглобу­линов.

Легкие и тяжелые цепи иммуноглобулинов кодируются генами, рас­положенными па разных хромосомах (см. рис. 3-23). Гены, кодирующие тяжелую цепь, находятся на хромосоме 14 и включают большую группу У-генов (с V-, В- и ]-сегментами) и С-гены (кодируют константые домены молекулы иммуноглобулина). Гены, кодирующие легкую цепь к, картиро­ваны на хромосоме 2, гены легкой цепи X картированы на хромосоме 22. Перестройка генов иммуноглобулинов происходит аналогично перестройке генов ТСК (рис. 3-22).

В стадии ранней про-В-клетки экспрессируются гены, активирующие рекомбинацию (КАС1 и КАС2), и происходит перегруппировка генов тяже­лых цепей ВСК. Эта стадия характеризуется синтезом ц-цепей и их перво­начальным появлением в цитоплазме клетки (цитоплазматическая ц-цепь), а затем на ее мембране (мембранная |х-цепь) в форме пре-В-клеточного рецептора, состоящего из полноценной р-цепи и суррогатной легкой цепи, лишенной У-региона. Суррогатная цепь состоит из двух полипепитдов, обо­значаемых как А5 (С0179Ь) и У-пре-В (С0179а). Подобного рода пре-ТСК формируется при развитии Т-лимфоцитов.

У человека выявлена мутация гена СБ179Ь, приводящая к нарушению развития В-клеток и развитию синдрома агаммаглобулинемии. При отсут­ствии Х5-цепи нарушается дифференцировка про-В-клеток до стадии пре- В-лимфоцитов. По мере созревания В-клеток экспрессия генов СБ179а и СВ179Ь заканчивается.

Рис. 3-22. Схема перегруппировки генов тяжелой и легких цепей В-клеточного рецептора [СМаре! Н„ 2006].

Важную роль в развитии и функционировании ВСК играют субъединицы 1§а (СБ79а) и 1§(3 (С079Ь). Обе субъединицы появляются на поверхности клетки до экспрессии тяжелой р-цепи.

1§а и 1§р, помимо внеклеточного и трансмембранного домена, имеют цитоплазматический домен с консерва­тивным мотивом 1ТАМ. Эти субъединицы связаны между собой дисуль- фидной связью (между цистеинами, расположенными во внеклеточных доменах) в гетеродимеры. Два таких гетеродимера осуществляют транс- дукцию сигнала.

Известны иммунодефициты, в патогенезе которых важную роль играет дефект генов, кодирующих данные субъединицы. Нулевая мутация 1§а приводит к полной блокаде дифференцировки В-лимфоцитов со стадии про-В-клеток до стадии пре-В-лимфоцитов. Важно, что последователь­ность экспрессии и сборки ВСК определяет различные стадии развития В-клеток. В отсутствие экспрессии пре-ВСК невозможен переход про-В- клеток в пре-В-клетки. Такие клетки подвергаются апоптозу. Появление пре-В-рецептора на мембране клетки сопровождается инактивацией генов ВАС и интенсивной клеточной пролиферацией.

При переходе про-В-клеток в пре-В-клетки 1§а-1§р-гетеродимер уча­ствует в запуске аллельного исключения, клонального расширения и пере­группировки генов легкой цепи. В стадии пре-В-клетки вновь экспресси­руются гены КАС1 и КАС2Ч что необходимо для перестройки генов легкой цепи и окончательного формирования ВСК.

После перестройки генов легкой цепи на В-клетке экспрессируется полноценный ВСК, содержащий легкую (к- или Х-) цепь, р-цепь и 1§а-1^р- гетеродимер. Эту стадию развития называют незрелым Б-лимфоцитом. 1§М+ В-клетки наиболее чувствительны к развитию толерантности.

В последней стадии развития В-лимфоцита появляется дополнительная экспрессия 1§Б. Перед экспрессией 1§Ю происходит выбраковка ауто­агрессивных клонов В-лимфоцитов, взаимодействующих с высоким аффиннитетом с аутоантигенами. Этот механизм называется делецией аутоагрессивных клонов. Зрелые В-лимфоциты с полноценным анти- генраспознающим ВСК покидают костный мозг и мигрируют в перифери­ческие органы иммунной системы, где распознают родственный антиген и вступают в стадию В-клеточного иммуногенеза, заканчивающегося син­тезом антител. Как таковые В-лимфоциты (подавляющее большинство) не вырабатывают антител, но они служат предшественниками плазматических клеток, выполняющих эту функцию.

Кроме ВСК, в процессе дифференцировки В-клетки экспрессируются другие молекулы, необходимые для полноценного распознавания антигена и взаимодействия с другими клетками (см. рис. 3-22).

Зрелые В-лимфоциты мигрируют в периферические лимфоидные органы (лимфатические узлы, селезенку), где формируют первичные фолликулы. В этих структурах В-лимфоциты взаимодействуют с ФДК, представляющими длительное время на своей поверхности через Рс-рецепторы комплексы «антиген-антитело», обычно содержащие также компоненты комплемента. В-лимфоциты непосредственно контактируют с ФДК и распознают анти­ген через специфический ВСК. ВСК с антигенной молекулой перемещается внутрь В-лимфоцита, подвергается процессингу, и антигенная детерминан­та, встроенная в молекулу НЬА класса II, транспортируется на клеточную мембрану. Для дальнейшей дифференцировки В-клеток необходимо взаи­модействие с Т-хелперами.

В пролиферирующих центробластах происходит дополнительный про­цесс формирования разнообразия антител в результате соматической гипермутации в уже перестроенных У-генах иммуноглобулинов. Суть соматической гипермутации заключается в возникновении точечных мута­ций в У-областях генов иммуноглобулинов. В гипермутации участвует фермент - индуцированная активацией цитидиндезаминаза, (АГО; англ. Ас1:1уа&оп-1пс1исес1 суШте Веат1пазё) - заменяющая основание цитидин на урацил в молекуле ДНК. Этот фермент экспрессируется при взаимодей­ствии СЮ40 и СЭ40Ь. При дефиците АГО нарушено переключение класса иммуноглобулинов с развитием тяжелого иммунодефицита (см. табл. 3-3, раздел 11.2). Затем центробласты мигрируют в светлую зону гермина­тивного центра, где они взаимодействуют с ФДК. Лучше выживают те В-лимфоциты, чей ВСК связывается с презентируемым ФДК антигеном с большей аффинностью. Таким образом происходит антигензависимая позитивная селекция В-лимфоцитов.

Взаимодействие В-клеток с Т-хелперами индуцирует Т-зависимое пере­ключение изотипа иммуноглобулинов (рис. 3-23). Переключение изотипов антител в наивных 1§М+1§Э~ В-клетках происходит за счет рекомбинации,

Герминативный центр

при которой УЩ-гены соединяются с другим Сн-геном. Затем проис­ходит делеция ДНК между точками рекомбинации внутри повторяющихся последовательностей, известных как $мИск (5)-регионы и вырезаемых как циркулярные ДНК. В результате этих перестроек происходит переключение выработки с 1§М-антител на 1§С-, 1§Е- или 1§А-антитела той же специфич­ности.

При мутации гена, кодирующего лиганд СБ40, переключения изотипов иммуноглобулинов в В-лимфоцитах не происходит и развивается иммуно­дефицит с повышением уровня 1§М (гипер-1§М-синдром) и отсутствием других классов иммуноглобулинов. Такие больные чувствительны к пио- генным инфекциям и требуют введения иммуноглобулинов других классов (см. раздел 11.2). Цитокины участвуют во всех этапах дифференцировки В-лимфоцитов, в том числе в переключении изотипов иммуноглобулинов (рис. 3-24).

Конечная стадия дифференцировки В-лимфоцита - плазматическая клетка. На мембране плазматической клетки не экспрессируются иммуно­глобулиновые рецепторы, НЬА класса II и другие молекулы, характерные для В-лимфоцитов. Плазмоциты активно синтезируют и секретируют

Плазматические клетки

Процесс дифференцировки В-лимфоцитов в костном мозгу состоит из ряда этапов (ранняя и поздняя про-В-клетка, пре-В-клетка, незрелая и зрелая В-клетка), включающих на их протяжении реанжировку генов цепей иммуноглобулинов (Ig), формирующих В-клеточный рецептор (BCR - В cell receptor) с коэкспрессией на клеточной мембране его двух типов - IgM и IgD; активацию генов, обеспечивающих мембранную экспрессию ряда молекулярных структур, необходимых для эффективного прохождения внутриклеточного сигнала от взаимодействующего с антигеном рецептора к ядру клетки; активацию генов для экспрессии на мембране их продуктов, обеспечивающих возможность взаимодействия В-лимфоцитов с молекулярными структурами других клеток (CD40, CD45, МНС-II, ИЛ-2R, ИЛ-7R), включая корецепторные молекулы CD19, CD20, CD21; развитие толерантности (ареактивности) к антигенам собственных тканей. Выселяющиеся из костного мозга зрелые В-лимфоциты мигрируют в лимфоидные фолликулы периферических органов системы иммунитета, где происходит их окончательное дозревание, завершающееся установлением ареактивности к антигенам собственного организма.
На стадии про-В клетки содержат нерекомбинированную (зародышевую) ДНК, иммуноглобулиновые молекулы не экспрессируют, но имеют на мембране маркерные антигены - CD43, CD19 и CD10. Помимо этого, на про-В-клетках экспрессируются рецептор (CD117) для фактора стволовых клеток SCF (Stem cell factor), рецептор для ИЛ-7 и рецептор для фактора клеток стромы SDF (Stromal cell-derived factor). Эти структуры усиливают митотическую активность и поддерживают пролиферацию предшественников В-клеток. Поздние про-В-клетки несут также белковые продукты генов, активирующих процесс рекомбинации - RAG (Recombination-activating genes), и терминальную дезоксинуклеотидилтрансферазу - TdT (Terminal deoxynucleotidyl transferase) - ключевые ферменты, участвующие в процессе формирования множественности антигенраспознающих структур В-лимфоцитов и иммуноглобулиновых молекул. На стадии про-В начинаются процессы рекомбинации генных сегментов тяжелой цепи Ig.
На следующей пре-В-стадии завершается рекомбинация генов тяжелых цепей Ig и наблюдается экспрессия на клеточной мембране пре-В-рецептора, включающего тяжелую μ-цепь Ig, два полипептида - CD79a (Igα) и CD79b (Igβ), необходимые для передачи внутриклеточного сигнала, а также два нековалентно связанных полипептида, образующих суррогатную легкую цепь. Пpe-В-клетки экспрессируют также ряд молекул адгезии, в частности VLA-4 (Very late activation antigen 4 - очень поздний активационный антиген), удерживающих их в костном мозгу в течение необходимого для дифференцировки времени, несут на мембране маркеры B220lo и антиген CD43.
Подобно реанжировке генов тяжелых цепей μ, на поздней стадии пре-В-клеток происходит реанжировка генов легких цепей. Вначале реанжируются гены к-цепей, затем цепей λ. В результате развивающегося процесса аллельного исключения (Allelic exclusion) каждый отдельный В-лимфоцит несет только цепь к или только цепь
На стадии незрелых В-клеток после интенсивной пролиферации и накопления массы клеток заканчивается реанжировка генов легких цепей Ig, завершающаяся экспрессией на незрелых В-клетках Аг-распознающего рецептора (BCR), состоящего из легкой цепи (к или λ), тяжелой цепи (μ) и двух цепей Ig (Igα и Igβ). На этой стадии В-клетки утрачивают антиген CD43, в качестве маркера стадии выступает мембранный IgMlo, происходит редактирование рецептора, клетки подвергаются негативной селекции (делеции). Стадия незрелых В-клеток является важным этапом в созревании В-лимфоцитов и в установлении толерантности к АГ собственного организма. В этот период на этапе экспрессии BCR, но до появления на мембране IgD, происходит «выбраковка» клеток, способных с высокой степенью аффинности связывать антигены, имеющиеся на территории костного мозга, и активироваться под их влиянием. Такие клетки элиминируются в результате развития их апоптотической гибели. Такой механизм установления ареактивности к «своему» называют клональной делецией (Clonal deletion), т.е. уничтожением клона клеток, реагирующих на собственные антигены.
Процессы элиминации аутореактивных клеточных клонов продолжают функционировать и на территории периферических лимфоидных тканей, как на уровне незрелых (экспрессируют BCR, но не несут IgD), так и на уровне зрелых В-клеток. В этих случаях связывание АГ-распознающего рецептора незрелых В-лимфоцитов с растворимым антигеном или зрелых В-клеток с большими дозами растворимого АГ сопровождается анергией. Клетка апоптотической гибели не подвергается, но прохождение активирующего сигнала в клетку блокируется и клетка под влиянием антигена не активируется. Однако в случае связывания незрелой В-клеткой больших доз антигена в периферических лимфоидных тканях, как и на территории костного мозга, развиваются процессы клональной делеции. Среди незрелых В-лимфоцитов как костного мозга, так и периферических лимфоидных тканей, возможен и иной механизм отмены реактивности с собственными антигенами. В небольшом числе случаев связывание IgM в составе BCR с антигеном приводит к «редакции» рецептора, т.е. к индукции процесса новой реанжировки генов, в результате которой формируется структура, не способная взаимодействовать с АГ собственного организма. Такие клетки не подвергаются апоптозу и функционируют в защитных реакциях организма. В целом, в результате процессов позитивной и негативной селекции формируются клеточные формы, толерантные к антигенам собственного организма и способные активироваться под влиянием чужеродных антигенов.
Завершение В-лимфопоэза характеризуется экспрессией IgM, а затем и IgD и эмиграцией зрелых В-лимфоцитов из костного мозга, зрелые В-клетки приобретают способность к активации (пролиферации и дифференцировке). Маркерами стадии зрелых В-клеток служат мембранные молекулы IgD, IgM и CD23.
Проведенные расчеты показывают, что в костном мозгу мышей ежедневно вступает в митоз 30-40 млн клеток. Из них больше половины (примерно 2/3) подвергается «выбраковке» и апоптотической гибели. В результате эмиграции выживших клеток ежедневно обновляется 5-10% (по некоторым оценкам 3-25%) общего числа В-клеток. Эти клетки плохо рециркулируют, вне фолликулов их продолжительность жизни не превышает 3-х дней, в фолликулах - от 3-8 нед. до нескольких месяцев. В течение этого периода времени возможны 3 исхода - клетка активируется антигеном и дифференцируется в продуцента антител, клетка подвергается антигенной стимуляции и функционирует в качестве В-клетки памяти, клетка антигеном не активируется и подвергается апоптотической гибели. Содержание В-клеток в периферической крови разных видов животных и человека, в сравнении с содержанием в крови Т-лимфоцитов, показано в табл. 1.3. Каждый В-лимфоцит несет на мембране примерно 10- молекул BCR.

Наивные Т-лимфоциты, образовавшиеся в тимусе, выходят в периферическую кровь и участвуют в рециркуляции, проходя через периферические лимфоидные органы, ткани и лимфатические сосуды. Фенотип этих клеток либо CD4 + , либо CD8 + . Лишь небольшая часть клеток (около 2%) может иметь фенотип CD4 + CD8 + – это незрелые клетки.

Циркулирующие наивные Т-клетки имеют продолжительность жизни от нескольких месяцев до нескольких лет, они постоянно замещаются за счет костномозговых предшественников, которые созревают в тимусе. Кроме того, они постоянно пролиферируют на низком уровне на периферии, замещая погибающие клетки. Этот уровень может повышаться при лимфопении, вызванной той или иной причиной. В возрасте около 60 лет у человека практически прекращается образование новых Т-лимфоцитов в тимусе (возрастная инволюция тимуса). Число циркулирующих наивных Т-лимфоцитов при этом сохраняется практически полностью за счет пролиферации существующего пула этих клеток. Такой механизм приводит к уменьшению репертуара различных по специфичности ТКР клонов Т-лимфоцитов, в том числе способных распознавать инфекцию. Это, однако, отчасти компенсируется за счет того, что с возрастом происходит накопление клеток памяти, специфичных к обычно встречающимся антигенам.

Выживаемость наивных Т-лимфоцитов зависит по крайней мере от двух обстоятельств: во-первых, – это периодическое связывание ТКР со слабой аффинностью с комплексом «антигенный пептид - белок МНС»; во-вторых, необходимо присутствие ИЛ-7, который в организме постоянно продуцируется многими типами клеток.

В периферических органах адаптивной иммунной системы происходит встреча наивных Т-лимфоцитов с антигенами и начинается их антигензависимая дифференцировка.

Антигензависимая дифференцировка Т-лимфоцитов включает четыре основных этапа:

· распознавание антигена функционально незрелыми (наивными) Т-лимфоцитами в кооперации с АПК, которые осуществляют процессинг и представление антигена;

· их ответная реакция на антиген в виде пролиферации и дифференцировки до зрелых эффекторных клеток;

· участие в собственно эффекторной фазе иммунного ответа – нейтрализации и уничтожении антигена;

· формирование Т-клеток памяти.

Каким бы путем антиген ни попал в организм, с током лимфы он перемещается в ближайшие к месту проникновения (регионарные) лимфоузлы, где происходит его поглощение макрофагами (МФ), дендритными клетками (ДК) или В-лимфоцитами с последующей внутриклеточной переработкой (процессингом) и представлением (презентацией) в комплексе с молекулами МНС I или II класса на поверхности АПК. Антигены, образовавшиеся или локализованные в тканях (например, в очаге вирусной инфекции, опухолевого роста и др.), поглощаются незрелыми дендритными клетками (ДК), которые распознают эти антигены с помощью рецепторов врожденного иммунитета (Толл-подобных рецепторов или NOD-рецепторов), активируются, созревают и мигрируют в регионарный лимфоузел, где представляют на своей поверхности для распознавания Т-лимфоцитам процессированный антиген в комплексе с белками МНС (иммуногенный комплекс).

Первая встреча наивных Т-лимфоцитов с антигеном как раз и происходит в периферических лимфоидных органах при контакте с АПК, на поверхности которых антигенные детерминанты (Т-клеточные эпитопы, представляющие собой короткие антигенные пептиды, образованные при внутриклеточном процессинге антигена в АПК) представлены в виде иммуногенного комплекса.

Связывание антигенраспознающего рецептора (ТКР) наивных Т-лимфоцитов с иммуногенным комплексом на поверхности АПК (с участием ТКР, молекул CD3, CD4 или CD8) обеспечивает этим клеткам лишь один, первый, специфический сигнал . Однако для пролиферации и дифференцировки в зрелые эффекторные Т-лимфоциты им необходим еще и второй, костимулирующий сигнал . Этот сигнал обеспечивается ИЛ-1 и другими цитокинами, а также взаимодействием корецептора В7 на поверхности АПК с соответствующим рецептором – белком CD28 – на поверхности наивных Т-лимфоцитов. Получение этих двух сигналов обеспечивает пролиферацию клона с последующей дифференцировкой. Если же клеткой получен только один, первый сигнал, а второй отсутствует, она вступает в апоптоз и погибает.

Примированные CD4 + и CD8 + Т-лимфоциты, получившие оба сигнала, начинают экспрессировать рецепторы к ИЛ-2 и синтезировать сам ИЛ-2, который, воздействуя на ИЛ-2-рецепторы этих клеток (в том числе и аутокринно), стимулирует размножение наивных Т-лимфоцитов, которое длится минимум 5 дней, с последующей дифференцировкой в зрелые эффекторные Т-лимфоциты.

Активированные наивные Т-лимфоциты, вступившие в пролиферацию, на 5-7 день достигают пика своей численности, при этом количество CD4 + Т-клеток возрастает примерно в 10 000 раз. Количество CD8 + Т-клеток, которые размножаются еще интенсивнее, при вирусной инфекции, например, может увеличиться в 50 000 раз. Такое быстрое размножение ведет к увеличению лимфоузлов, то есть, к развитию лимфоаденопатии.

Затем размножившиеся Т-клетки дифференцируются в зрелые эффекторные лимфоциты, обладающие необходимыми для уничтожения данного патогена функциональными свойствами (например, к образованию определенных субпопуляций CD4 + Т-лимфоцитов: Тх1, Тх2, Тх17 или CD8 + ЦТЛ).

Образовавшиеся в результате пролиферации и дифференцировки наивных Т-лимфоцитов зрелые эффекторные клетки мигрируют в патологические очаги (где находятся антигены, к которым они специфичны) и непосредственно осуществляют их нейтрализацию и уничтожение (CD8 + ЦТЛ) или индуцируют фагоцитарный тип иммунного ответа (Тх1). Часть эффекторных CD4 + Т-хелперов перемещается в лимфоидные фолликулы лимфоузла, где, контактируя с В-лимфоцитами, включают и регулируют синтез антител (часть Тх1 и Тх2, которые еще иногда называют фолликулярными Т-хелперами).

Процесс миграции вышедших из периферических лимфоидных органов эффекторных Т-лимфоцитов и их проникновение из крови в периферические ткани, где находится патологический очаг, контролируется целым набором молекул адгезии (адгезинов), среди которых различают семейства селектинов, адрессинов и интегринов. Адгезины экспрессируются как на Т-лимфоцитах, так и на эндотелии кровеносных сосудов периферических тканей. В результате взаимодействия соответствующих молекул адгезии Т-лимфоциты проникают в паренхиму органа.

Эффекторные Т-лимфоциты могут уже самостоятельно распознавать антиген и оказывать на него прямое действие и в отсутствие дополнительных костимулирующих сигналов .

Для того, чтобы пролиферация реагирующего на антиген клона не была чрезмерной, она тормозится, а затем останавливается за счет индукции экспрессии ингибиторного рецептора CTLA-4 на поверхности Т-лимфоцитов. Этот рецептор содержится в цитоплазме Т-клеток и быстро перемещается на их поверхность через 24 часа после их активации через ТКР. CTLA-4, подобно CD28, также связывается с В7, но с гораздо большей аффинностью, чем CD28. Связывание В7/CTLA-4 прерывает активационный сигнал и тормозит пролиферацию клона.

У животных, лишенных гена CTLA-4, развивается обширная лимфопролиферация, сопровождающаяся аутоиммунными поражениями и приводящая к гибели животных вскоре после рождения.

Несколько позднее, чем экспрессия CTLA-4, начинается экспрессия на Т-клетках еще одного ингибиторного рецептора – PD-1 (рецептора для индукции апоптоза – программируемой смерти). Через этот рецептор при взаимодействии его с лигандом PD-1L (который постоянно экспрессируется на низком уровне на многих типах клеток в различных тканях) ингибируется передача активирующих сигналов от ТКР и В7/CD28, и тем самым тормозится и останавливается Т-клеточный ответ.

В конечной стадии адаптивного иммунного ответа численность клона, осуществляющего ответ на данный антиген, снижается, оставляя определенное количество антигенспецифических Т-клеток памяти .

Эти клетки имеют хорошо развитый рецепторный аппарат, экспрессируют в том числе рецепторы к цитокинам и адгезины, поэтому Т-клетки памяти способны быстро реагировать непосредственно на антиген при его повторном попадании в организм. Большинство Т-клеток памяти относятся к хелперной субпопуляции, то есть имеют фенотип CD4 + . Они рестриктированы по белкам МНС II класса.

Продолжительность жизни клеток памяти варьирует от нескольких месяцев до нескольких десятков лет. Их выживаемость поддерживается за счет ИЛ-7. Для поддержания выживаемости CD8 + ЦТЛ памяти необходимы ИЛ-7 и ИЛ-15. CD8 + Т-клетки памяти являются более долгоживущими, чем CD4 + Т-клетки памяти. Например, CD8 + Т-клетки памяти, образующиеся при вакцинации против кори, могут иметь продолжительность свыше 30 лет. Продолжительность жизни клеток памяти к определенным антигенам генетически детерминирована как для вида в целом, так и для отдельных индивидуумов.

Т-клетки памяти, в частности, обеспечивают иммунитет – невосприимчивость организма к инфекции при повторном попадании инфекционных агентов в организм .

Формирование Т-клеток памяти лежит в основе механизма вакцинации против большинства вирусных инфекций.

Различают 2 типа Т-клеток памяти: центральные и эффекторные. Центральные Т-клетки памяти при повторном поступлении антигена в организм, распознав его, пролиферируют, чтобы сформировать пул новых эффекторных Т-лимфоцитов. Поэтому вторичный ответ на антиген с участием этих клеток развивается не раньше, чем на 3-4 день.

Эффекторные Т-клетки памяти после повторного контакта с антигеном способны к немедленной активации и поэтому осуществляют ответ на антиген практически сразу после его повторного попадания в организм.

Предшественники Т-лимфоцитов (пТ), образовавшиеся в костном мозге, мигрируют в тимус и заселяют его корковую зону .

Важную роль в этом процессе играют хемокины, выделяемые эпителиальными клетками тимуса и привлекающие пТ в этот орган. Для проникновения в тимус пТ должны преодолеть гемато-тимический барьер. Преодоление этого барьера основано на взаимном распознавании мембранных молекул пТ (протеогликан CD44, остатки гиалуроновой кислоты, β-интегрин и др.), молекул межклеточного матрикса, таких как фибронектин, и мембранных молекул барьерных клеток.

В субкапсулярной зоне коры тимуса из пТ образуются незрелые Т-лимфоциты , они проходят через несколько стадий дифференцировки прежде чем приобретут иммунокомпетентность и покинут тимус.

В коре тимуса интенсивно идет процесс размножения лимфоцитов. В среднем у человека за сутки образуется около 5х10 8 тимоцитов, тогда как покидают тимус за это же время лишь примерно 8х10 6 клеток. Таким образом, из тимуса выходит лишь около 3% вновь образованных клеток. Биологический смысл этого явления стал понятен сравнительно недавно. Он обусловлен селекцией клонов Т-лимфоцитов, способных взаимодействовать с собственными антигенами гистосовместимости.

Этапы внутритимусной дифференцировки от пТ до более зрелых Т-лимфоцитов, покидающих тимус, характеризуются изменением экспрессии фенотипических Т-клеточных маркеров. Основными из них являются поверхностные CD-антигены (дифференцировочные антигены).

Разные CD-антигены характерны как для определенных стадий дифференцировки, так и для функционально различных субпопуляций лимфоцитов.

CD-антигены представляют собой молекулы сложных белков, гликопротеидов, встроенные в плазматическую мембрану лимфоцитов. Так, для Т-хелперов фенотипическим маркером является белок CD4, для цитотоксических Т-лимфоцитов – CD8. Оба этих белка выполняют функцию корецепторов и участвуют в процессе распознавания антигенов.

Белок CD2 , который появляется на самых ранних этапах образования кортикальных тимоцитов, является общим маркером Т-лимфоцитов и выполняет функцию рецептора для эритроцитов барана. На выявлении этого рецептора основан ранее широко применявшийся тест спонтанного розеткообразования с эритроцитами барана, позволяющий определить количество Т-лимфоцитов (Е-РОК).

Другим общим Т-лимфоцитарным маркером является белок CD3 , он играет важную роль в передаче сигнала в цитоплазму Т-лимфоцитов при контакте антигенраспознающих рецепторов Т-лимфоцитов с антигенными детерминантами.

В процессе дифференцировки Т-лимфоцитов параллельно с появлением новых CD-антигенов может происходить утрата некоторых старых. Таким образом, CD-антигены могут служить примером стадиоспецифических антигенов. Поэтому по CD-маркерам можно определять как количество Т-лимфоцитов и их субпопуляций, так и степень зрелости этих клеток.

Другим важным маркером дифференцировки Т-лимфоцитов является антигенраспознающий рецептор (ТКР) , также формирующийся на ранних стадиях дифференцировки тимоцитов в корковой зоне тимуса.

Фенотипические изменения поверхностных маркеров Т-лимфоцитов в процессе дифференцировки отражают индуцированные целым комплексом стимулов дифференцировочные изменения в клетках: перестройку и активацию определенных генов, синтетические процессы в клетках, приобретение ими определенных функциональных свойств.

К стимулам, под влиянием которых индуцируется дифференцировка Т-лимфоцитов, относятся, прежде всего, межклеточные взаимодействия тимоцитов с эпителиальными клетками тимуса, макрофагами и дендритными клетками с участием формирующихся ТКР и корецепторов, а также молекул адгезии.

Очень важную роль в этом процессе играют и гуморальные воздействия : гормоны тимуса и целый комплекс цитокинов, таких как ИЛ-7, ИЛ-3, ИЛ-1 и другие.

Предшественники Т-лимфоцитов, мигрировавшие в тимус из костного мозга, представляют собой лимфобласты, имеющие определенный набор поверхностных молекул, в частности, CD44, но лишенные маркеров дифференцировки – СD2, СД3, CD4 и СD8. Они заселяют верхнюю часть коры тимуса – субкапсулярную зону.

Взаимодействие пТ с эпителиальными клетками стромы субкапсулярной зоны приводит к экспрессии первого специфического маркера Т-клеток – белка CD2 . Тимоциты, имеющие этот маркер (CD2 +), находясь в тесном контакте с эпителиальными клетками-няньками (nurse cells), активно размножаются и начинают экспрессировать также белки CD3, CD4, CD8 и β-цепь ТКР. Их фенотип записывается следующим образом: CD2 + 3 + 4 ± 8 ± βТКР ± . Эти клетки перемещаются в более глубокие слои коры тимуса. Важную роль на этой стадии дифференцировки играют гормоны тимуса, в первую очередь тимопоэтин, а также цитокины ИЛ-3 и ИЛ-7.

В корковой зоне в результате перестройки и активации генов, кодирующих ТКР, начинается экспрессия обеих цепей ТКР. Параллельно налаживается полноценная экспрессия CD4 и CD8.

В коре тимоциты находятся в непосредственном контакте с кортикальными эпителиальными клетками, которые обладают разветвленными цитоплазматическими выростами, окружающими тимоциты. На эпителиальных клетках хорошо экспрессированы молекулы МНС I и II класса.

Эти межклеточные контакты индуцируют основные селекционные процессы, происходящие в коре тимуса . Полноценная экспрессия ТКР на поверхности кортикальных тимоцитов приводит к образованию огромного количества самых разнообразных по специфичности клонов CD4 + 8 + ТКР + Т-лимфоцитов.

Те клоны, рецепторы которых не комплементарны собственным белкам МНС (а их большинство), погибают в результате апоптоза (запрограммированная гибель клеток). Выживают только клоны, рецепторы которых комплементарны собственным белкам МНС . Эти Т-лимфоциты получают необходимые дифференцировочные сигналы, тем самым они избегают апоптоза и подвергаются дальнейшей дифференцировке. Таким образом происходит отбор клонов Т-лимфоцитов, способных работать в собственном организме (МНС-рестрикция).

Этот процесс называется положительной селекцией . После завершения положительной селекции выживает менее 5% кортикальных тимоцитов, они перемещаются в мезенхиму тимуса через кортико-медуллярную зону.

Каждая из этих клеток способна реагировать либо с белками МНС I класса, либо с белками МНС II класса. В процессе положительной селекции тимоциты, специфичные к белкам МНC I класса, сохраняют корецептор CD8 и перестают экспрессировать CD4. Эти клетки приобретают, таким образом, фенотип цитотоксических Т-лимфоцитов: CD2 + 3 + 8 + (CD8 +).

Тимоциты, специфичные к белкам МНС II класса, сохраняют корецептор CD4 и утрачивают CD8. Они приобретают фенотип Т-хелперов: CD2 + 3 + 4 + (CD4 +) . Так происходит формирование двух основных функционально различных субпопуляций Т-лимфоцитов.

В кортико-медуллярной зоне и в мезенхиме тимуса сохранившиеся в результате положительной селекции клоны Т-лимфоцитов под влиянием ряда цитокинов и тимических гормонов (в первую очередь тимозина), а также межклеточных взаимодействий проходят дальнейшие этапы созревания и подвергаются так называемой отрицательной селекции .

В норме иммунная система организма толерантна (терпима) к собственным антигенам (аутоантигенам). По современным представлениям толерантность к собственным антигенам как раз и является в значительной степени следствием процесса отрицательной селекции в тимусе.

На основании экспериментальных данных большинство исследователей пришли к выводу, что в кортико-медуллярной зоне и в мезенхиме тимуса образовавшиеся CD4 + и CD8 + Т-лимфоциты, еще недостаточно зрелые, вступают в контакт с макрофагами и дендритными клетками, которые «представляют» на своей поверхности собственные антигены организма (после фагоцитоза и пиноцитоза продуктов распада собственных клеток тимуса и попавших в тимус с кровотоком небольших аутологичных белковых молекул) в иммуногенной форме, то есть в комплексе с белками МНС I и II классов. Однако при взаимодействии Т-лимфоцитов с помощью ТКР с этими антигенами Т-клетки получают только один, специфический сигнал, в то время как для того, чтобы избежать апоптоза, они должны получить еще второй, костимулирующий сигнал. Кроме того, необходима экспрессия на поверхности тимоцитов белков Bcl-2 или Bcl-XL, которые являются продуктами соответствующих онкогенов и защищают клетки от апоптоза. Так как экспрессия этих белков и костимулирующих молекул на незрелых тимоцитах отсутствует или крайне незначительна, то имеющие высокоаффинные ксобственным антигенам ТКР клоны Т-лимфоцитов при контакте с этими антигенами, представленными в комплексе с белками МНС на поверхности АПК, подвергаются апоптозу и погибают.

Таким образом, Т-лимфоциты подвергаются апоптозу на всех этапах созревания в тимусе в результате отсутствия необходимых сигналов в виде межклеточных контактов (посредством взаимодействия с костимулирующими молекулами) или гуморальных ростовых факторов.

На этапах клональной селекции апоптоз играет важнейшую роль в устранении ненужных, не поддержанных положительной селекцией (МНС рестрикция) и аутореактивных (отрицательная селекция) клонов. В результате погибает значительное количество клонов Т-лимфоцитов, имеющих ТКР-рецепторы, высокоаффинные к собственным антигенам. Сохраняются и выходят в кровоток те клоны, ТКР-рецепторы которых обладают низкой аффинностью к собственным антигенам. В настоящее время мнение, что клональная делеция (отрицательная селекция) является ведущим механизмом формирования центральной естественной иммунологической толерантности, является общепринятым.

В конце 1990-х - начале 2000-х годов была открыта новая субпопуляция CD4 + Т-лимфоцитов, которые дифференцируются в тимусе в процессе отрицательной селекции в качестве альтернативы клональной делеции аутореактивных CD4 + Т-лимфоцитов с достаточно высокой степенью аффинности ТКР к собственным антигенам. У этих клеток при контакте с антигенами, представленными на поверхности АПК, повышается уровень фактора транскрипции FoxP3 (который регулирует транскрипцию генов, ответственных за дифференцировку Т-лимфоцитов и синтез ими цитокинов), возрастает экспрессия белка CD25 (рецептора к ИЛ-2), и они дифференцируются в регуляторные Т-лимфоциты (Трег. лимфоциты) с фенотипом CD4 + 25 + FoxP3 + . Эти клетки обладают супрессорной активностью по отношению к зрелым эффекторным Т-лимфоцитам той же специфичности, работающим на периферии (Тх1, CD8 + цитотоксическим Т-лимфоцитам).

Большинство Трег. лимфоцитов являются аутореактивными клетками, они подавляют аутоиммунные процессы, в которых участвуют эффекторные Т-лимфоциты, имеющие ТКР той же специфичности. Благодаря этому Трег. лимфоциты играют важную роль в механизмах периферической толерантности . Это доказывают результаты экспериментальных исследований на животных, которые продемонстрировали, что Т-лимфоциты с фенотипом CD4 + 25 + FoxP3 + подавляют развитие аутоиммунных заболеваний, таких как экспериментальный аллергический энцефаломиелит, экспериментальный аутоиммунный колит, эксперментальный аутоиммунный диабет.

Необходимо заметить, однако, что, по-видимому, не все аутоантигены организма попадают в тимус и участвуют в процессе отрицательной селекции. Так, в частности, не попадают в тимус многие органоспецифические антигены. Поэтому определенное количество аутореактивных клонов избегает гибели в тимусе и поступает на периферию. Работа этих клонов в норме блокируется периферическими механизмами толерантности.

Выжившие после отрицательной селекции клоны CD4+ и CD8+ Т-лимфоцитов покидают тимус и мигрируют в периферические лимфоидные органы, где заселяют тимусзависимые зоны и подвергаются при встрече с соответствующими антигенами антигензависимой дифференцировке.

Выжившие в результате положительной и отрицательной селекции в тимусе CD4+ и CD8+ Т-лимфоциты, а также CD4 + 25 + FoxP3 Трег. лимфоциты, мигрирующие из тимуса, не являются еще функционально зрелыми клетками. Они представляют собой продукт антигеннезависимой дифференцировки в тимусе. Эти клетки, еще не встречавшиеся с антигенами, принято называть «наивными», или «непримированными », лимфоцитами, они являются предшественниками зрелых эффекторных Т-лимфоцитов.

Схема антигеннезависимой дифференцировки Т-лимфоцитов представлена на рис. 28.