Феномен специфического иммунитета обеспечивают в основном лимфоциты. Как и другие лейкоциты, в нормальной ткани они очень немногочисленны, но, в отличие от них, способны к рециркуляции, попадая с током лимфы в кровь и другие ткани, а затем вновь возвращаясь в соединительную. Такой кругооборот клеток, включающий прохождение органов иммунной системы, - необходимый элемент их жизненного цикла с его периодами созревания и «обучения» некоторым функциональным обязанностям.
У взрослого человека все лимфоциты постоянно образуются в костном мозге; общее число их в организме составляет около 2x1012 клеток. Внешне одинаковые, они по своим фенотипическим проявлениям (спектру синтезируемых белков) подразделяются на разные популяции, субпопуляции и даже «микропопуляции» (клоны). Прежде всего - на клетки гуморального иммунитета (В-лимфоциты, созревающие в костном мозге) и клетки клеточного иммунитета, обозначаемые как Т-лимфоциты, поскольку их размножение и первичная про- филизация происходят в вилочковой железе (тимус).
Активацию тех и других инициирует взаимодействие со специализированными ан- тиген-представляющими клетками. Название отражает функцию поглощения чуждого биологического материала, его избирательного расщепления протеасомами и предъявления (презентации) лимфоцитам результатов этой работы в виде антигенных детерминант. Каждая из них (эпитоп) представляет собой небольшой фрагмент исходного антигена, по размерам соответствующий примерно 10 аминокислотным остаткам. Поэтому нередко в одном объекте клетки антигенной презентации «вычленяют» несколько различающихся эпитопов, специфические антитела к каждому из которых синтезируются впоследствии разными клонами плазматических клеток (о плазмоци- тах см. ниже).
Обязательной для антиген-представляю- щих клеток является также выработка гликопротеинов главного комплекса гистосовместимости (МНС, - от англ. Major Histocompatibility Complex), иначе именуемых антигенами лейкоцитов человека (система HLA, - от англ. Human Leukocyte Antigens). Различают два главных класса МНС. Маркеры класса I (МНС-I) синтезируются всеми типами клеток (кроме спермиев) и представлены на их поверхности в виде комплексов с антигенными детерминантами собственной клетки. Вырабатывать молекулы МНС класса II способны некоторые Т-клетки и макрофаги, а также те клетки, которые называют «профессиональными» клетками антигенной презентации. К ним относятся дендритные антнген-представля- ющие клетки (происходящие от общего с макрофагами предшественника) и В-лимфоциты (возможно, и сами макрофаги тоже). На поверхности таких клеток каждая молекула МНС-? представлена в виде комплекса с той или иной антигенной детерминантой (формирование комплекса из уже готовых предшественников осуществляется в эндосомах).
Выявление чуждых организму антигенов и демонстрация их эпитопов (в комплексе с MHC-II) на поверхности антиген-представля- ющих клеток является необходимым этапом в уничтожении микроорганизмов и видоизмененных (в том числе опухолевых) клеток собственного тела.
И тимус-зависимые клетки (Т-лимфо- циты), и В-лимфоциты обладают рецепторами для распознания эпитопов, предъявляемых клетками презентации антигена. Эти рецепторы обозначаются соответственно как Т-клеточ- ные рецепторы (ТКР) и антиген-распозна- ющие рецепторы (АРР). В каждой клетке они строго комплементарны только одному эпитопу, но в целом набор как ТКР, так и АРР в популяциях Т- и В-лимфоцитов достаточен для распознавания примерно миллиарда разных антигенов. Эта «всеохватность» обеспечивается интенсивной перестройкой (реаранжировкой) соответствующих генов в процессе естественной дифференциации клеток-предшест- венниц, которая протекает еще в отсутствие антигенной стимуляции и приводит к формированию по 109 клеточных клонов как Т-, так и В -лимфоцитов.
Одно из кардинальных проявлений активирующего эффекта антиген-представляюших клеток - резкое усиление пролиферации соответствующей группы лимфоцитов (наступает экспансия клона).
Т-лимфоциты отличаются тем, что для распознавания антиген-представляющих клеток синтезируют не только ТКР, но и дополнительные рецепторы (корецепторы). Это особые белки, обозначаемые как СВ-8 и СО-4. Комплементарные белкам гистосовместимости (соответственно МНС-1 и МНС-П), они находятся на клеточной поверхности в виде комплекса с ТКР и в значительной мере предопределяют профиль деятельности Т-лимфоцитов после их активации. - быть ли им клетками-помощниками, клетками цитотоксичности или угнетающими клетками.
Клетки-помощники (Т-хелперы, — Тк) обладают корецептором СО-4. Поэтому они могут узнавать «свой» эпитоп антигена только на «профессиональных» клетках антигенной презентации, у которых эта антигенная детерминанта состоит в комплексе с МНС-П. Непосредственный контакт с такими клетками переводит соответствующий клон хелперов в активное состояние. Оно проявляется быстрой пролиферацией клеток этого клона, а главное - их участием в трансформации покоящихся В-лимфоцитов в клетки, энергично вырабатывающие антитела.
Цитотоксичные Т-лимфоциты (Т-киллеры,
Тк) синтезируют СЕ)-8, в комплексе с которым ТКР распознает «свой» эпитоп антигена на тех клетках, где он ассоциирован с МНС-1. Обычно это клетки опухолей, трансплантата либо клетки, инфицированные вирусами, грибами, некоторыми бактериями. Вступив в контакт с клеткой-мишенью, Тк оказывает на нее летальное воздействие, после чего отсоединяется от гибнущей клетки и отправляется на поиски очередной жертвы. Цитотоксический эффект реализуется строго прицельно и без повреждения соседних клеток, - по принципу «смертельного поцелуя». В основе лежит целенаправленный выброс из гранул Тк особых белков - перфоринов. Встраиваясь в плазмо- лемму мишени, эти белки быстро формируют в ней агрегаты в виде трансмембранных пор, приводящих к утечке клеточного содержимого. Возможен также экзоцитоз ряда факторов, которые через перфориновые поры проникают в клетку-мишень и индуцируют в ней процесс апоптоза (генетически запрограммированный механизм гибели клетки). Наряду с контактным умерщвлением, Тк способны оказывать и гуморальное цитотоксическое действие. Оно осуществляется путем секреции в окружающую среду активных форм кислорода, а также простагландина Е2
Угнетающие клетки {Т-супрессоры, - Тс) похожи на Тк способностью синтезировать CD-8 и, следовательно, распознавать те из «своих» антигенов, которые комплексированы с маркерами класса МНС-I. Однако, в отличие от киллеров, супрессоры могут взаимодействовать не с любыми клетками, обладающими указанными признаками;, а лишь с теми, которые относятся к числу В-лимфоцитов, Т-хелперов или Т-киллеров. Супрессоры подавляют функциональную активность названных клеток-мишеней при непосредственном контакте с ними либо путем секреции угнетающих факторов. Молекулярные механизмы такого действия пока не установлены, равно как и причины избирательности лишь к некоторым носителям МНС-1.
В-лимфоциты - это клетки, специализированные на выработке индивидуальных антител (иммуноглобулинов) и обеспечивающие тем самым механизмы гуморального иммунитета. Главную особенность этих клеток составляет наличие высокоспецифичного антиген- распознающего рецептора (АРР) на их поверхности. Клетка содержит очень много таких рецепторов одинакового строения - до 100 ООО. Каждый представляет собой молекулу иммуноглобулина класса М (IgM), вариабельная часть которого образует около миллиарда различных модификаций, экспрессируемых В-лимфоцитами разных клонов.
К другим элементам рецепторного аппарата В-лимфоцитов относятся маркеры гистосовместимости обоих классов (МНС-I и МНС-П), а также рецепторы к Fc-участку иммуноглобулинов и к СЗ-компоненту комплемента.
Покоящиеся В-лимфоциты соответствующего клона, обнаружив антиген своим АРР, подвергают его эидоцитозу и далее - ограниченному протеолизу. После этого антигенный эпитоп «выставляется» на поверхность клетки в виде комплексов с МНС-IL Именно они распознаются комплементарными им рецепторными структурами (TKP/CD4) Т-хелперов, предварительно подготовленных («обученных») антиген-представляющими клетками. Такой контакт с Тх - вполне достаточный стимул, побуждающий В-лимфоциты к пролиферации и преобразованию в плазматические клетки. Его эффект усиливается ассоциацией рецепторного белка С040 на плазмолемме В-лимфоцита с комплементарным ему лигандом С040Ь, имеющимся на активированном Тх. Эти дополнительные взаимодействия нужны еще и для переключения синтетического аппарата В-лимфоцита с выработки IgM на продукцию иммуноглобулинов других изотипов.
Некоторые антигены могут стимулировать В-лимфоциты без привлечения Т-клеток. Эта небольшая группа гттус-независимых антигенов представлена веществами, в молекуле которых антигенная детерминанта повторяется многократно. К ним относятся, в частности, крупные полисахариды микроорганизмов и полимеры Б-аминокислот. Такой антиген способен связывать несколько АРР в пределах одной клетки и уже только этим вызывать активацию В-лимфоцитов (включая стимулирование их к биосинтезу антител).
Плазматические клетки (плазмоциты) представляют собой конечный этап развития В-лимфоцитов. В ходе дифференцировки, инициированной описанными выше стимулами, они лишаются мембранных иммуноглобулинов, рецепторов к СЗ-компоненту комплемента, антигенов гистосовместимости системы МНС и некоторых других маркеров. В основном плазмоциты сосредоточены на биосинтезе антител: одна клетка вырабатывает тысячи иммуноглобулиновых молекул за 1 секунду (порядка 10 миллионов молекул в час). Этим объясняют неспособность этих клеток к дальнейшему росту и делению; погибают они после нескольких дней интенсивной выработки антител. Синтезируемые иммуноглобулины не накапливаются в секреторных гранулах, а постоянно выделяются в среду мелкими порциями механизмом экзоцитоза.
Отмеченное выше переключение биосинтеза иммуноглобулинов с одного изотипа на другой плазмоциты осуществляют без изменения их антиген-связывающего участка. Чаще всего исходная выработка ^М сменяется на продукцию изотипов класса или 1§А, причем, клетка может синтезировать до трех классов иммуноглобулинов одновременно.
Тучиые клетки занимают несколько особое место в механизмах защиты. Обильно представленные в рыхлой соединительной ткани (до 10% клеточного состава), они располагаются преимущественно около мелких сосудов и живут сравнительно долго (до нескольких месяцев), сохраняя при этом готовность к делению. Способны к миграции, устанавливают многочисленные контакты с коллагеновыми волокнами и иными белками межклеточного вещества, а также с эндотелием мелких сосудов и с нервными волокнами. Но главная особенность тучных клеток обусловлена тем, что их цитоплазма очень богата разными гранулами, в которых аккумулированы многие ферменты, ряд гликопротеинов и протеогликанов, фосфолипиды. Из депонированных в гранулах веществ наиболее высокой биологической активностью обладают такие, как гистамин, дофамин. гепарин, хемоаттрактанты нейтрофилов и эозинофилов.
В обычных условиях происходит медленная дегранупяция тучных клеток механизмом микровезикулярного экзоцитоза. Малые дозы секретируемых эффекторов обеспечивают повседневную локальную регуляцию, главным образом, сосудистого тонуса и проницаемости капилляров. Значительное усиление дегрануляции могут стимулировать ряд бактериальных продуктов; анафилатоксины СЗа и С5а системы комплемента; некоторые цитокины. Эта активизация секреторной функции является составной частью ответных реакций на повреждение ткани.
Гораздо интенсивнее протекает дегрануляция в сенсибилизированных клетках. Она реализуется в течение нескольких минут, а процесс восстановления клеток {регрануляция) требует затем не менее 1-2 дней.
Способность к сенсибилизации обусловлена наличием у тучных клеток, как и у базо- филов, множества рецепторов (до 100 тысяч на клетку) с очень высоким сродством к Рс-участку иммуноглобулинов класса Е (1§Е). Последние могут вырабатываться только у людей с генетически обусловленной чувствительностью к определенному антигену, который получил специальное название - аллерген (нередко наблюдается индивидуальная восприимчивость к нескольким аллергенам). Первый же контакт с экзогенными молекулами, обладающими признаками аллергена, ведет к синтезу иммуноглобулинов класса IgE, который происходит в соответствующих клонах плазматических клеток. Антитела, поступающие затем в межклеточное пространство, легко улавливаются и прочно фиксируются рецепторами тучных клеток. В этом и заключается их сенсибилизация. Для разных людей в качестве аллергена могут выступать компоненты цветочной пыльцы, домашней пыли, перхоти животных, пчелиного яда, некоторых пищевых продуктов и т.д.
При повторном попадании в организм аллерген сорбируется своими антигенными детерминантами на Еаь-участках фиксированных IgE. Обладая поливалентностью, аллерген связывается с двумя-тремя молекулами 1?Е на одной клетке. Это и служит сигналом к массивной дегрануляции тучных клеток (анафилактическая дегрануляция), реализуемой при участии вторичных посредников. Выброшенные в среду высокоактивные компоненты гранул вызывают спазм гладких мышц, расширение сосудов (с падением кровяного давления), повышение проницаемости капилляров, способствуют развитию отеков и других повреждений ткани. Эти эффекты сопровождаются активированием в тучных клетках липоксигеназного и циклооксигеназного путей метаболизма арахи- доновой кислоты, которое приводит к усилению продукции целого спектра сигнальных молекул в виде лейкотриенов (см. рис. 5-53) и простаноидов (см. рис. 5-54). Проявления массивной дегрануляции тучных клеток могут бьггь локальными (крапивница, пищевая аллергия, аллергический ринит и т.п.) либо генерализованными (анафилактический шок).