Реакции клеточного иммунитета

РЕФЕРАТ

На тему

Реакции клеточного иммунитета

ВВЕДЕНИЕ

Термин клеточный иммунитет первоначально служил для обозначения местных реакций, осуществляемых лимфоцитами и фагоцитами без участия антител -- эффекторов гуморального иммунитета. Теперь этот термин часто используют в более широком смысле, для описания такого противоинфекционного или противоопухолевого иммунного ответа, в котором антителам принадлежит не ведущая, а вспомогательная роль.

Однако полностью разделить клеточный иммунитет и гуморальный невозможно: в инициации образования антител участвуют клетки, а в некоторых реакциях клеточного иммунитета важную связующую функцию выполняют антитела. Более того, не существует, по-видимому, клеточного иммунитета без образования антител, которые способны различными путями модифицировать опосредованный клетками иммунный ответ. Так, комплексы антиген--антитело вызывают высвобождение хемотаксических фрагментов комплемента, усиленно привлекающих лейкоциты в очаг воспаления, и, кроме того, благодаря Fc-рецепторам антитела могут принимать участие в связывании антигенов с клетками и тем самым влиять на реакции клеточного иммунитета, в частности обеспечивать прикрепление фагоцитов и цитотоксических Т-клеток к клеткам-мишеням. Вообще, при скоординированном иммунном ответе происходит многосторонний обеими сигналами между различными типами вступающих в него лейкоцитов и тканевыми клетками.

Межклеточная сигнализация в иммунной системе осуществляется путем непосредственного контактного взаимодействия клеток, в котором, участвуют их поверхностные молекулы, или с помощью цитокинов, называемых «белками связи». Эти белки действуют как растворимые медиаторы межклеточных взаимодействий. Вместе с гормонами и нейромедиаторами они составляют основу языка химической сигнализации, путем которой в многоклеточном организме регулируется морфогенез, регенерация тканей и иммунный ответ. Наряду с сигналами, возникающими при взаимодействии клеток с антигеном или друг с другом, существует цитокиновая сигнальная сеть, регулирующая реакции врожденного и приобретенного иммунитета, в том числе воспаление, противовирусную защиту, клональную пролиферацию антигенспецифичных Т- и В-клеток и их функции.

ЦИТОКИНЫ И ИХ КЛЕТОЧНЫЕ РЕЦЕПТОРЫ

Цитокины -- это небольшие белки, действующие аутокринно или паракринно. Образование и высвобождение этих высокоактивных молекул обычно происходят кратковременно и жестко регулируются. К настоящему времени у человека идентифицировано уже более ста различных цитокинов, и постоянно появляются сообщения об открытии новых. Цитокины воздействуют на клетку, связываясь со специфическими рецепторами на цитоплазматической мембране и вызывая этим каскадную реакцию, ведущую к индукции, усилению или подавлению активности ряда регулируемых ими генов.

Многие цитокины имеют по несколько названий. Это связано с тем, что они были независимо открыты в различных областях исследований -- иммунологии, вирусологии, гематологии, клеточной биологии и онкологии. К цитокинам относятся интерлейкины, обозначаемые сейчас номерами от ИЛ-1 до ИЛ-18, интерфероны, колониестимулирующие факторы, факторы некроза опухолей, факторы роста и хемокины. Причина многих недоразумений в номенклатуре цитокинов состоит в том, что они, по крайней мере in vitro, проявляют многообразные активности; примером может служить ИЛ-6, эффекты которого очень разнообразны. Кроме того, в ряде случаев один и тот же цитокин был выделен независимо в нескольких лабораториях при использовании совершенно разных экспериментальных систем. Путаницу с названиями усугубляет еще и частичное совпадение активностей у ряда цитокинов, создающее впечатление некоторой избыточности их функций. Дополнительные трудности в изучении цитокинов возникают из-за того, что эти медиаторы редко образуются по отдельности и редко действуют поодиночке. Одним словом, для цитокинов характерен сложный сетевой характер функционирования, при котором продукция одного из них влияет на образование или проявление активности ряда других. In vivo отдельная клетка организма редко становится мишенью какого-либо одного цитокина. Гораздо чаще отдельные цитокины служат как бы буквами некоего алфавита, образующими целое цитокиновое «слово», и реакция клетки возникает в результате воздействия на ее поверхность именно такого «слова».

Наиболее важные функции цитокинов и их рецепторов в иммунном ответе будут рассмотрены ниже; вначале необходимо остановиться на основных аспектах молекулярной биологии этих белков.

Цитокины и их рецепторы подразделяются на ряд семейств

Между индивидуальными цитокинами или их группами существует лишь небольшое сходство на уровне ДНК и аминокислотной последовательности, но все же они распределяются по гомологии на несколько больших семейств. Из них наиболее значительны три семейства: первое состоит из не менее чем 15 б-интерферонов, второе из более чем 50 хемокинов и третье включает цитокины, которые связываются с рецепторами для ФНО. Гораздо легче, однако, сгруппировать цитокины не по функциям, а по характеру их трехмерной структуры, и такое подразделение четко отражает внутригрупповое сходство клеточных цитокиновых рецепторов. Наиболее крупное семейство -- суперсемейство -- цитокиновых рецепторов характеризуется наличием в составе молекул внеклеточных участков с гомологичной последовательностью длиной примерно 200 аминокислотных остатков. К этому суперсемейству относятся рецепторы к ИЛ-2, ИЛ-3, ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-7, ИЛ-9, ИЛ-12, гранулоцитарному колониестимулируюшему фактору и гранулоцитарно-макрофагальному колониестимулирующему фактору. В него же входят рецепторы для гуморальных факторов, действующих преимущественно вне иммунной системы, -- гормона роста и пролактина. Второе по величине семейство объединяет рецепторы к интерферонам всех типов, а также рецепторы к ИЛ-Йб, ИЛ-Йв и макрофагальному колониестимулирующему фактору. Это семейство входит как составная часть в суперсемейство иммуноглобулин-подобных молекул.

Цитокиновые рецепторы третьего семейства связывают ФНОа и ЦЗПв, лимфотоксин и ряд родственных цитокинов, в том числе фактор роста нервов. К этому же рецепторному семейству относится молекула Fas, связывание которой с лигандом FasL служит сигналом клеточной гибели.

Большинство цитокиновых рецепторов -- это мембранные гликопротеины 1 типа, состоящие из одного-единственного трансмембранного домена. Однако действительно функциональные рецепторы, как правило, состоят из двух или большего числа субъединиц, которые могут иметь одинаковую структуру даже у различных по специфичности рецепторных комплексов. Обычно рецептор содержит «частную» высокоспецифичную субъединицу, способную связывать определенный цитокин, и «общую» субъединицу, которая встречается в рецепторах для других цитокинов. Например, рецепторный комплекс для ИЛ-2 состоит из трех субъединиц. Субъединица КР-2Св встречается также в рецепторе для ИЛ-15, а ИЛ-2Ру -- в рецепторах для ИЛ-4, ИЛ-7 и ИЛ-9. Подобным же образом ИЛ-ьСв содержится в качестве субъединицы в рецепторах для таких цитокинов, как LIF, онкостатин М и ИЛ-11. Сходная функциональная активность некоторых цитокинов отчасти объясняется, возможно, наличием одинаковых субъединиц в их клеточных рецепторах. Поэтому, видимо, ИЛ-6, ИЛ-11 и онкостатин М одинаково действуют на гепатоциты, мегакариоциты и остеокласты, а дублирующий эффект ИЛ-2 и ИЛ-4 в качестве факторов роста Т-клеток обусловлен, по всей вероятности, присутствием в рецепторах для того и другого цитокина идентичной ИЛ-2Ру-це-пи. В то же время благодаря дифференциальной экспрессии частных рецепторных субъединиц каждый цитокин обладает и уникальной активностью в отношении клеток определенного типа. Например, LIF может задерживать дифференцировку эмбриональных стволовых клеток, тогда как ИЛ-6 такой активностью не обладает, поскольку эти клетки не экспрессируют соответствующего рецептора.

Все хемокины связываются рецепторами отдельного класса, объединенными на основе их уникальной структуры под общим названием семь трансмембранных гликопротеинов. Некоторые из них настолько специфичны, что связывают только один определенный хемокин, тогда как другие обладают сродством к ряду хемокинов. Существует также один рецептор, который «без разбора» связывает многие хемокины и, вероятно, принимает участие в ликвидации образующегося в очаге воспаления избытка этих медиаторов. Хемокины связываются также с в-адренорецепторами. Это еще одно свидетельство перекрывания системы цитокинов и других сетевых сигнальных систем, образуемых растворимыми медиаторами.

Связывание цитокиновых рецепторов активирует механизм внутриклеточной передачи сигналов

Современные представления о биологической роли цитокинов основаны на данных структурного анализа их молекул и изучении механизмов внутриклеточной передачи вызываемых ими сигналов. Благодаря таким исследованиям сейчас можно уже довольно детально проследить эту цепь последовательных событий белок-белкового распознавания, от момента связывания цитокина с клеточной поверхностью до мобилизации различных факторов транскрипции в ядре клетки. Как известно, первая стадия цитокиновой сигнализации -- это вызванная присоединением цитокина агрегация субъединиц рецептора. Цитоплазматические «хвосты» этих субъединиц, взаимодействуя между собой, запускают нисходящий каскад сигнализации. В самом простом случае одинаковые субъединицы рецепторной молекулы, связавшись с цитокином, образуют гомодимер, в другом случае «частная» субъединица после присоединения цитокина вызывает гетеро- или гомодимеризацию «общих» субъединиц, передающих сигнал внутрь клетки.

Все цитокиновые рецепторы, относящиеся к первому семейству, как и представители некоторых других рецепторных семейств, ассоциированы с молекулами, названными Янускиназами. Активация цитокиновых рецепторов вызывает активацию Jaks, в частности киназ, фосфорилирующих тирозин. Большая часть функции цитокиновых рецепторов осуществляются с обязательной активацией Jaks. Выполняя свою главную функцию, т. е. агрегируя субъединицы рецептора, цитокин одновременно вызывает агрегацию Jaks. Затем под действием этих Янус-киназ происходит сопряженное с присоединением цитокина фосфорилирование остатков тирозина в составе различных сигнальных белков, в том числе переносчиков сигнала и активаторов транскрипции. Димеры белков Stats перемещаются к ядру клетки и связываются непосредственно с ДНК.

Каждый цитокин индуцирует различные механизмы внутриклеточной передачи сигнала в зависимости от того, какую из активностей он проявляет -- общую с другими цитокинами или специфическую, индивидуальную. Например, в Т-клетках каждый из трех интерлейкинов -- ИЛ-2, ИЛ-4 и ИЛ-9, взаимодействуя с субъединицей ИЛ-2Ру, активирует Jakl и Jak3; в то же время ИЛ-10 вызывает активацию Jakl и Тук2, а ИЛ-12 таким же образом действует на Jak2 и Тук2. Дополнительная вариабельность ответа клеток на цитокины возникает на этапе фосфорилирования Stats, поскольку каждый цитокин активирует «свой» набор этих переносчиков сигнала и активаторов транскрипции. В ответе на цитокины, вероятно, и состоит главная функция.Stats. Другие пути сигнализации, в первую очередь с активацией Ras/MAP-киназы, ведут к пролиферации клеток под действием соответствующих цитокинов, однако некоторые цитокины могут активировать механизм сигнализации, ведущий к апоптотической гибели клетки. Функциональная гибкость сигнальных систем возрастает еще больше благодаря тому, что активировать Stats могут не только Jaks, но и киназы иного происхождения. Например, в случае цитокинов ФНОсс и ИЛ-Йв действует механизм внутриклеточной сигнализации с участием не Jaks и Stats, а МАР-киназ; в результате с ДНК связываются такие активаторы транскрипции, как АР-1, NFkB и NFIL-6. Как специфическое, так и плейотропное действие хемокинов в конечном итоге влияет на перемещение клетки, но это сложный эффект: вслед за присоединением хемокинов к рецепторам происходит передача сигнала на G-белки, затем мобилизация вторых, внутриклеточных посредников, реорганизация цитоскелета, образование ограниченных адгезивных контактов, прилипание и отлипание клеточной поверхности, вытяжение и сокращение псевдоподий -- все эти этапы необходимы для направленной миграции. Хемокины, подобные RANTES и МЙС-1б, могут также активировать Stats, образуя шунт между путями сигнализации с участием G-белков и Stats. Итак, постепенно область исследований цитокинов превращается из запутанного клубка множественных активностей во все более понятную систему белков-регуляторов со своими рецепторами и четкими путями сетевой внутриклеточной сигнализации.

Дифференцировка Т-хелперов на субпопуляции составляет важный этап в определении эффекторных механизмов иммунного ответа

Как теперь установлено, существуют две субпопуляции Тх-клеток CD4⁺, различающихся по набору синтезируемых ими цитокинов, и от этого профиля зависит, какой из двух основных типов иммунного ответа будет реализован. У человека Txl-клетки, как правило, продуцируют ИФу, ЦЗПв и ИЛ-2 и участвуют в опосредованных клетками воспалительных реакциях. Некоторые из цитокинов, выделяемых Txl, обладают провоспалительной активностью, а также стимулируют цитотоксические клетки и Т-эффекторы гиперчувствительности замедленного типа. В противоположность Txl-клеткам клетки Тх2 синтезируют ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-9, ИЛ-10 и ИЛ-13 и усиливают образование антител, особенно класса IgE. В результате они стимулируют гиперпродукцию антител и аллергические реакции. Помимо всего прочего, цитокины, выделяемые Txl-клетками, подавляют активность Тх2-клеток, и наоборот. Таким образом, любой иммунный ответ развивается в направлении либо Txl-, либо Тх2-типа.

Недавно выявлены различия между Txl- и Тх2-клетками по маркерам поверхности. Для клеточной мембраны Txl характерно наличие LAG-3 -- антигена, относящегося к суперсемейству иммуноглобулин-подобных молекул. Клетки Тх2 экспрессируют в гораздо большем количестве по сравнению с Txl-клетками маркер CD30, относящийся к семейству рецепторов для ФНО.

Определение типа ответа -- Txl или Тх2 -- имеет принципиальное значение для развития эффективного иммунитета и, по-видимому, зависит от многих взаимодействующих между собой факторов. Среди них на характер дифференцировки Тх-клеток CD4⁺ и тем самым на профиль цитокинов, определяющих тип ответа, могут влиять следующие:

* профиль и количественное соотношение цитокинов, выделяемых под действием антигена. Например, ИЛ-12 служит мощным стимулом продукции Т- и НК-клетками г-интерферона и, следовательно, дифференцировки Тх-клеток в Txl. В то же время б-интерферон, синтезируемый в ранней фазе вирусной инфекции, способен не только индуцировать повышенную экспрессию ИЛ-12, но и переключать Тх-клетки с синтеза Тх2-набора цитокинов на Txl. Напротив, ранняя продукция ИЛ-4 способствует появлению клеток Тх2;

* доза антигена;

* антигенпрезентирующие клетки и выделяемые ими цитокины;

* генотип организма-хозяина и

* активность костимулирующих молекул и гормонов в месте взаимодействия антигена с Тх-клетками.

Из перечисленных факторов дифференцировки Тх-клеток особый интерес представляет последний. Например, глюкокортикоидные гормоны, концентрация которых нарастает в условиях физического или психологического стресса, могут направить развитие иммунного ответа по Тх2-типу. Этому эффекту противодействуют производные дегидроэпиандростерона, способствующие иммунному ответу Тх1-типа. Концентрации обоих этих гормонов надпочечника регулируются на системном уровне, а также зависят от местного метаболизма в тех органах, где происходит встреча антигена с Тх-клетками. Поэтому соотношение концентраций кортизола и ДГЭА в лимфоидной ткани или в очаге патологии может служить фактором, определяющим тип иммунного ответа.