Читайте также:
|
Неинкапсулированная лимфоидная ткань слизистых оболочек — представлена глоточным лимфоидным кольцом Пирогова, пейеровыми бляшками тонкой кишки, лимфоидными фолликулами аппендикса, а также лимфоидной тканью слизистых оболочек желудка и кишечника, бронхов и бронхиол, слизистых оболочек мочеполовой системы и всех остальных слизистых оболочек.
Для примера рассмотрим строение пейеровой бляшки (рис. 2.5).
Рис. 2. 5. Строение пейеровой бляшки в стенке кишки. А. Общий вид. Б. Сильно упрощенная схема. 1 — энтероциты (эпителий кишки); 2 — М–клетки; 3 — T–клеточная зона; 4 — B–клеточная зона; 5 — фолликул; 6 — серозная оболочка кишки. Масштаб между структурами не выдержан.
Пейеровы бляшки (по новой номенклатуре — групповые лимфатические фолликулы) располагаются в l. propria тонкой кишки. Каждая бляшка примыкает к эпителию кишки под так называемыми М–клетками («М» от membranous, эти клетки в отличие от энтероцитов не имеют ворсинок), являющимися «входными воротами» в пейерову бляшку. Основная масса лимфоцитов бляшки — это B–клеточный фолликул с зародышевым центром посередине. T–клеточные зоны окружают фолликул ближе к слою энтероцитов. B–лимфоциты составляют 50–70%, T–лимфоциты — 10–30% всех клеток пейеровой бляшки. Основная функциональная нагрузка пейеровых бляшек — поддержание иммуногенеза B–лимфоцитов и их дифференцировка в плазмоциты, продуцирующие АТ — иммуноглобулины секреторных классов А и Е (IgA и IgE). Продукция IgA в слизистой оболочке кишки составляет более 70% общей ежедневной продукции иммуноглобулинов в организме: у взрослого человека около 3 г IgA каждый день. Более 90% всего синтезируемого организмом IgE, оказывается, тоже экскретируется через слизистую оболочку кишки.
Организованная лимфоидная ткань слизистых оболочек, пусть даже и без капсул, это не единственное место пребывания лимфоцитов в слизистых оболочках. Есть ещё (и немало) лимфоциты, диссеминированные по одному среди эпителиальных клеток. Их назвали внутриэпителиальными лимфоцитами. Это T–лимфоциты. На их поверхности экспрессирована особая молекула, обеспечивающая адгезию этих лимфоцитов к энтероцитам — HML–1. У мышей большинство, а у человека не менее 10–50% внутриэпителиальных лимфоцитов составляют Tgd/CD8aa+.
В l. propria присутствует много диссеминированных активированных (иммунных) CD4+ T–лимфоцитов, мигрировавших сюда из мезентериальных лимфатических узлов для осуществления эффекторных реакций. Здесь много и иммунных B–лимфоцитов, и плазматических клеток, мигрировавших сюда из пейеровых бляшек и мезентериальных лимфатических узлов для осуществления массовой продукции секреторных иммуноглобулинов.
Таким образом, вполне оправдано понятие тканевой, местной иммунной подсистемы слизистых оболочек, так же, как и печени, и кожи. В каждой ткани популяции лимфоцитов имеют свои особенности. Более того, чтобы лимфоциту мигрировать в определённую ткань, ему необходимо экспрессировать на мембране определённый так называемый хоминг–Рц (от англ. home — дом, место «прописки» лимфоцита). Для внутриэпителиальных лимфоцитов слизистой оболочки кишки это HML–1, для внутриэпителиальных лимфоцитов кожи это CLA–1. Чтобы зрелому неиммунному T–лимфоциту, вышедшему из тимуса, попасть на территорию T–зависимой зоны лимфатического узла, ему необходимо экспрессировать на своей поверхности особую молекулу — L–селектин. Это важно понимать и в теоретическом аспекте, и в прикладном. В рутинных клинико–иммунологических анализах в качестве биологического материала используют периферическую кровь из вены. Так вот, если патологический процесс затронул тканевые лимфоциты и их клетки-партнёры (эндотелий, макрофаги, другие лейкоциты), то лимфоциты, циркулирующие в крови, лишь в минимальной мере могут нести на себе (или не нести совсем) признаки тканевой патологии, и неадекватность такого анализа на практике часто дискредитирует в целом то, что называют анализом иммунного статуса.
Миграция лимфоцитов между лимфоидными органами и не–лимфоидными тканями, несмотря на свою высокую интенсивность, ни в коем случае не напоминает «броуновское движение» — она строго и тонко регулируется экспрессией определённых молекул адгезии и их лигандов. В результате в каждой ткани, в каждом органе имеется свой особый субпопуляционный состав лимфоцитов и их клеток — партнёров по иммунному ответу.
· Глава 3
ДОИММУННЫЕ БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ РЕЗИСТЕНТНОСТИ К ИНФЕКЦИЯМ
Любой живой организм превращает компоненты внешней среды в «себя», в «свою индивидуальную материю» путём биохимического «пищеварения». Своими литическими ферментами (протеазами, гидролазами), а также биохимическими окислителями (перекисными и оксидазотными радикалами) особь расщепляет чужое органическое вещество до мелких метаболитов и использует их в реакциях синтеза своего органического вещества, а лишнее выводит назад во внешнюю среду. Так же протеазы, гидролазы и окислительные радикалы расщепляют и проникающие в организм инфекционные микроорганизмы. Только для трофических функций существует система пищеварения, а для расщепления и окисления инфекционных микроорганизмов у многоклеточных предназначены особые дифференцированные клетки — это фагоциты (макрофаги и нейтрофилы) и определённые растворимые белки сыворотки крови и тканевой жидкости или секретов — система комплемента, лизоцим и др.
3. 1. Рецепторы распознавания «чужого»
Каким образом организм отличает «чужое», которое надо переварить (расщепить), от своего органического вещества, которое, напротив, нельзя расщеплять, по крайней мере, в норме? Какие клетки и молекулы первыми распознают, что инфекция проникла во внутреннюю среду данного организма?
Иммунология второй половины XX в., открывшая строение и беспрецедентное молекулярное разнообразие Рц лимфоцитов для Аг, «по умолчанию» исходила из представления, что лимфоциты и есть те уникальные клетки, которые распознают чужое своими Рц для Аг. Но иммунология начала XXI в. уже располагает такими новыми данными, которые позволяют осмыслить (в том числе и «старые» наблюдения) в аспектах новой теоретической концепции. Новая концепция рассматривает защиту от инфекций более системно (в пределах индивидуального организма) и более эволюционно (в плане родства всех форм жизни на Земле). В самом конце XX в. были получены некие новые данные. Эти результаты получены в работах по «ковровым» исследованиям геномов (в том числе генома человека), в моделях на мышах с нокаутом заданных генов в комбинации с трансфекцией тоже заданных генов с индуцибельной экспрессией и работах с использованием множества других новых методов. Новые данные, однако, побуждают современных исследователей все чаще вспоминать и цитировать работы И. И. Мечникова, посвященные функциям фагоцитирующих клеток.
Давно известно, что лимфоцитарный иммунный ответ начинает бороться с инфекцией не раньше чем через 7–8 дней от момента проникновения микроба в организм. Но в течение этого начального времени микробы вовсе не размножаются беспрепятственно на территории организма. Им противостоят перечисленные нами ранее биологические механизмы доиммунной защиты от инфекций (покровные ткани, сосудистые реакции, бактерицидные и бактериосвязывающие гуморальные компоненты секретов и сыворотки, фагоциты). Следовательно, клетки-носители доиммунной защиты от инфекций и их растворимые продукты распознают факт проникновения патогена в организм первыми, задолго (дни) «до» лимфоцитов. Микробов во внешней среде бессчётное количество. Инфекционных заболеваний у млекопитающих мало по сравнению с многочисленностью окружающих микробов. Очевидно, что бoльшую часть микробов инактивируют именно доиммунные механизмы резистентности к инфекциям, не доводя процесс до развития иммунного воспаления с участием лимфоцитов. И лишь те инфекции и те дозы инфектов, с которыми не справляются доиммунные механизмы резистентности, «достаются» лимфоцитам. Причём клетки доиммунной резистентности — дендритные клетки и макрофаги — подают Аг лимфоцитам в прямом смысле «в и на» своём клеточном «теле» и секретируют ряд биологически активных веществ — цитокинов доиммунного воспаления. Среди последних крайне важны хемокины, которые сигнализируют лимфоцитам, что пора начинать иммунный ответ и какой именно характер он должен иметь. Лимфоциты не самодостаточны для начала иммунного ответа. Можно утверждать, что без процессов доиммунного воспаления правильного (а может быть, и никакого) лимфоцитарного иммунного ответа in vivo не бывает.
Относительно новой информацией являются экспериментальные факты, полученные при исследовании репертуара Рц лимфоцитов (Т и В), нормально выживающих и функционирующих в периферических тканях организма в состоянии гомеостаза лимфоидной ткани. Эти данные получены на моделях «нокауттрансгенных» мышей, без которых они были бы непостижимы. Так вот, данные показывают, что в тканях организма выживают те и только те лимфоциты, Рц (для Аг) которых распознают те или иные молекулярные структуры своих собственных тканей. При этом, что очевидно, деструктивного ответа против собственных тканей в норме лимфоциты не развивают. Следовательно, факт комплементарного взаимодействия Рц лимфоцита для Аг с лигандом ещё не достаточен для того, чтобы лимфоцит начал иммунный ответ на уничтожение. Лимфоциту необходима информация (и значительная по объёму) о патогенности лиганда, которую он получает от клеток, осуществляющих доиммунное воспаление в очаге повреждения в покровных тканях — дендритных клеток, макрофагов, клеток эндотелия, тучных клеток, покровного эпителия, фибробластов.
Какие же Рц на клетках доиммунной резистентности, или растворимые Рц, распознают патогены, и что именно они распознают? Отдельные факты по этому вопросу известны давно, но как цельный процесс явление доиммунного воспаления находится в стадии активного изучения и в настоящее время. В поле зрения попали на сегодня два типа Рц, обеспечивающих информирование организма о проникновении патогена. Первый тип — растворимые Рц для патогенов — C1q комплемента, ЛПC–связывающий протеин, связывающий маннозу лектин, C–реактивный белок (СРБ). Эти белки жидких сред организма непосредственно связывают, т.е. распознают микробные продукты. Для «хвостов» этих молекул есть специальные Рц на мембранах фагоцитов, что обеспечивает «передачу информации» о патогене из раствора в клетки доиммунного воспаления.
Второй тип Рц для патогенов — Рц, встроенные во внешнюю мембрану дендритных клеток и макрофагов. Они получили название TOLL и TOLL–подобных (TLR) Рц. Какие-то из мембранных Рц сами непосредственно связывают продукты патогенов (Рц для маннозы макрофагов, TLR2, TLR9 и другие TLR дендритных клеток). Какие-то из TOLL–подобных Рц работают в мембране кооперативно с другими Рц и только обеспечивают проведение сигналов о патогенах в клетку. Например, Рц CD14 макрофагов связывает комплексы бактериального ЛПС с ЛПC–связывающим белком сыворотки, a TLR4 вступает в кооперативное взаимодействие с оккупированным CD14 и обеспечивает конкретный путь проведения сигнала об ЛПС во внутренней среде внутрь клетки. Именно Рц, непосредственно связывающие микробов и их растворимые продукты, очевидно, являются носителями эволюционной памяти многоклеточных о том, что «не своё — чужое!». Чарльз Джанвей ввел понятие PRR (Pattern Recognition Receptors) — Рц, распознающие «узор» на поверхности патогена. На поверхности микроорганизмов (вероятно всех) присутствуют повторяющиеся молекулярные углеводные и липидные структуры. В подавляющем большинстве случаев таких структур нет на клетках организма хозяина. Следовательно, по ним и можно распознать микробные клетки. У млекопитающих известны по крайней мере 4 растворимые молекулы, являющиеся непосредственными Рц для микробных структур. Это белки сыворотки крови, синтезируемые печенью: СМЛ (связывающий маннозу лектин), CРБ (C–реактивный белок), LBP (липополисахаридсвязывающий белок), а также компонент системы комплемента C1q. СМЛ и CРБ — белки острой фазы. СМЛ и C1q — лектины, принадлежащие к семейству коллектинов. Все коллектины имеют по нескольку доменов (от 2 до 6), связывающих углеводы. СМЛ реагирует с углеводами, содержащими остатки маннозы и фукозы в определённой стереоориентации.
Существуют и мембранные PRR, например, на макрофагах есть Рц для маннозы — лектин C–типа и способен связывать ряд бактериальных клеток и вирусов, в том числе ВИЧ. Связывание Рц для маннозы влечет за собой фагоцитоз связанного лиганда. На тех же макрофагах выявлено минимум 6 вариантов так называемых Рц для мусора (scavenger receptors). Это тоже Рц фагоцитоза, и распознают они некоторые анионные полимеры, ацетилированные липопротеины низкой плотности, участки мембран клеток своего организма, утратившие экран из сиаловых кислот (по такому механизму макрофаги фагоцитируют старые эритроциты).
Есть примеры, когда микробный продукт распознаёт растворимый Рц, а их комплекс связывает другой Рц — на фагоците. Так происходит с характерным компонентом грамотрицательных бактерий — ЛПС. Его распознаёт и связывает белок сыворотки — LBP, а их комплекс (ЛПС + LBP) распознаёт и связывает Рц на макрофаге — CD14. В молекулах LBP и CD14 — в обеих — присутствуют повторяющиеся последовательности АК, богатые лейцином. Сам по себе Рц CD14 — непроводящий, несигнализирующий (во всяком случае таких данных нет). Однако как только CD14 оказывается связанным своим лигандом, с ним вступает в ассоциацию другой Рц — TOLL–подобный Рц макрофагов TLR–4. Именно он проводит внутрь клетки особый сигнал, вызывающий экспрессию в макрофагах определённых цитокинов доиммунного воспаления, обеспечивающих развитие защитных сосудистых реакций, хемотаксис нейтрофилов и моноцитов в очаг, активацию дендритных клеток и их миграцию из покровных тканей в регионарные лимфатические узлы. Это необходимый процесс для инициации развития лимфоцитарного иммунного ответа на тот случай, если доиммунное воспаление не остановит развитие инфекции.
TLR–4 открыли у мышей, генетически не реагирующих на попадание ЛПС в организм. ЛПС является причинным агентом для развития клинических симптомов септического шока. Так вот, у таких мышей не выявили дефектов ни в LBP, ни в CD14, у них оказался инактивированным ген TLR–4. Отвечаемость на ЛПС таким мышам удалось привить путём введения трансгена TLR–4. В дальнейшем выяснили, что в мембране клетки Рц TLR–4 взаимодействует с комплексом «CD14 + LBP + ЛПС» через богатый лейцином внеклеточный домен молекулы CD14. У мышей с мутацией в гене TLR–4 не развиваются болезненные симптомы септического шока, но их организм не способен защититься от ЛПC–содержащих бактерий (например, Salmonella typhimurium), и мыши погибают от сепсиса. У нескольких людей, «не справляющихся» с локализацией инфекции грамотрицательными бактериями, организм которых «допустил» бактериемию, т.е. грамотрицательный сепсис, тоже нашли мутации в гене TLR–4.
Термины «TOLL» и «TOLL–подобные Рц» появились в словаре иммунологов с 1998 г. Пионерские же исследования этих Рц были выполнены C. Nusslein-Vollhardt, K.V. Anderson и коллегами на плодовых мухах дрозофилах в 1985–1988 гг. и поначалу не имели отношения к иммунитету.
TOLL–Рц назвали некие вновь открытые молекулы клеточной мембраны, необходимые для правильного дорсовентрального морфогенеза в процессе эмбрионального развития мух Drosophila melanogaster. В дальнейшем, почти через 10 лет, нашли, что те же TOLL–Рц у взрослых мух ответственны за защиту организма от грибов и бактерий, так как сигнал с TOLL–Рц обеспечивает биосинтез антигрибковых и антибактериальных пептидов (дрозомицина). В эти же годы (1991–1995) в независимых работах обнаружили, что в цитоплазматическом участке Рц для ИЛ–1 у млекопитающих существует явная гомология с цитоплазматическими последовательностями TOLL–Рц плодовых мух. С этого момента исследования приняли уже более целенаправленный и азартный характер, так как появился намек на то, что в поле научного зрения попали молекулы (именно эти TOLL, в переводе с английского — звон колокольчика у входных дверей), имеющие прямое отношение к защите от микробных инфекций у столь филогенетически далеких многоклеточных, как плодовые мухи и млекопитающие. Гомологичные сигнальные последовательности в цитоплазматических участках интересующих Рц получили отдельное наименование — TIR (Toll/Interleukin–1 receptor).
В настоящее время TOLL–Рц понимают как древний сигнальный путь защитного назначения, имеющийся у всех многоклеточных организмов, включая растения, беспозвоночных и позвоночных животных.
У человека по завершении программы «Геном человека» нашли 10 аналогичных (или гомологичных) кодирующих последовательностей нуклеотидов и соответствующих TOLL–подобных белков. Их лиганды и значение в жизненных процессах в настоящее время активно изучают. Соответствующие Рц у млекопитающих стали называть TOLL–подобными (TLR — TOLL–like receptors). Пока что TLR у млекопитающих выявили на дендритных клетках и макрофагах. Кроме TLR–4, сигнализирующего о наличии ЛПС грамотрицательных бактерий, у млекопитающих описан ещё TLR–2, который сигнализирует о наличии ряда иных микробных продуктов, а именно протеогликанов грамположительных бактерий. Частично охарактеризованы Рц дендритных клеток TLR–7 и TLR–9. Их лиганды — вирусные продукты и бактериальная ДНК, содержащая неметилированные нуклеозиды CpG. Подробности этого распознавания в настоящее время изучают. Но уже показано, что активация дендритных клеток и макрофагов млекопитающих через TLR имеет следствием активацию в клетке определённого «древнего» фактора транскрипции — NFkB, что приводит к следующим биологическим последствиям:
· в этих клетках инициируется транскрипция с последующей экспрессией продуктов генов провоспалителъных цитокинов (TNFa, ИЛ–1, ИЛ–6, ИЛ–12 — набор и соотношения цитокинов — разные при разных патогенах) и хемокинов (ИЛ–8); TNFa обеспечивает такую активацию дендритных клеток в покровных тканях, которая необходима для осуществления их миграции в регионарную лимфоидную ткань по путям лимфодренажа;
· происходит экспрессия костимуляторных молекул B7.1 (CD80) и B7.2 (CD86), без которых дендритные клетки и макрофаги не могут выполнить функции АПК для T–лимфоцитов, т.е. возможность начала развития лимфоцитарного иммунного ответа in vivo облигатно зависит от факторов доиммунного воспаления в очаге проникновения патогена.
Кстати, задолго до получения современных молекулярно–генетических данных, иммунологи эмпирически подобрали и уже давно используют микробные продукты в качестве адъювантов — усилителей искусственно индуцируемого иммунного ответа при вакцинациях или экспериментальных иммунизациях (ЛПС, гликаны, маннаны, мурамил дипептид микобактерий).
Подробности структуры и функций лимфоцитарных Рц для патогенов будут рассмотрены в последующих главах, но здесь уместно кратко сравнить по ряду свойств «доиммунные» первичные Рц для патогенов (PRR, TOLL) и Рц лимфоцитов для Аг (TCR, BCR). Как можно понять из табл. 3.1, большинство этих свойств, как ни удивительно, взаимно противоположны. Но на самом деле эта разность свойств помогает понять эволюционную полезность сосуществования и взаимодополнения доиммунных и лимфоцитарных механизмов защиты от инфекций.
Таблица 3.1. Сравнение биологических свойств «доиммунных» и лимфоцитарных рецепторов распознавания патогенов и наступающих за распознаванием защитных процессов
| «Доиммунные» рецепторы для патогенов | Рецепторы лимфоцитов — TCR, BCR |
| Неклональны (одинаковы у всех клеток определённого гистотипа; одинаковы и растворимые Рц) | Клональны (у каждого лимфоцита и его клона — свой неповторимый Рц — клонотипные Рц) |
| Кодируются неперестроенными генами «зародышевого генома" | Кодируются генами, претерпевающими соматическую перестройку ДНК в процессе лимфопоэза |
| Распознают широкие типовые множества патогенов | Распознают огромное разнообразие (более 1018) антигенных эпитопов |
| Распознают именно «чужое, микробное», попавшее в организм | Распознают собственные клетки, повреждённые патогеном |
| Лиганды — повторяющиеся структуры углеводов и липидов | Лиганды разнообразные, преимущественно пептиды |
| После связывания патогена безотлагательно развиваются процессы, направленные на его деструкцию (быстрый ответ) | После распознавания патогена в течение 7 дней и более идут процессы пролиферации клонов лимфоцитов и выработки клетками эффекторных продуктов. Деструктивная фаза иммунного ответа отсрочена |
| Наступающие биологические последствия | |
| При повторном попадании патогена в организм ответ доиммунных механизмов резистентности может быть таким же, или ниже, чем предыдущий (в результате износа и израсходования эффекторных систем) | При повторном попадании того же патогена в организм иммунный ответ развивается быстрее и существенно сильнее (феномен иммунологической памяти). Не во всех, но в ряде случаев возможен пожизненный протективный иммунитет |
Существуют субпопуляции лимфоцитов со свойствами, «промежуточными» между таковыми неклонотипных доиммунных механизмов резистентности и клонотипных лимфоцитов с большим разнообразием Рц для Аг. Примеры таких лимфоцитов следующие:
· NK (нормальные киллеры) — лимфоциты, у которых нет Рц, кодируемых перестроенной ДНК, но есть особые Рц, распознающие Аг MHC–1 не вполне пока понятым способом. Кроме того, на NK есть такие иммунорецепторы, как FcgR;
· внутриэпителиальные лимфоциты Tgd с перестроенными генами TCR, но ограниченного разнообразия (связывают лиганды типа белков теплового шока, нетипичные нуклеотиды, фосфолипиды, MHC–IB);
· B1–лимфоциты, локализованные в брюшной и плевральной полостях, также с перестроенным BCR, но ограниченного разнообразия, с широкой перекрестной реактивностью с микробными Аг.
Названные субпопуляции лимфоцитов не пролиферируют после связывания Аг (т.е. не происходит экспансии клонов), но в них сразу индуцируется продукция эффекторных молекул. Ответ не слишком специфичен, наступает быстрее, чем «истинно лимфоцитарный», иммунологической памяти не остаётся.
Рассмотрим подробнее конкретные антибактериальные защитные системы: комплемент, белки острой фазы, фагоцитоз и противовирусную доиммунную защиту (интерфероны — ИФН). В заключение опишем в целом процесс доиммунного воспаления как необходимый пролог возможного иммунного ответа.
Дата добавления: 2015-10-28; просмотров: 118 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Лимфатические узлы | | | Система комплемента |