ГЛАВА 7 АНТИГЕНПРЕДСТАВЛЯЮЩИЕ КЛЕТКИ

Так называемые лейкоцитарные Аг HLA (произносят как «эйч эль эй», от «Human Leukocyte Antigens») - гликопротеины, кодируемые генами главного комплекса гистосовместимости - MHC (произносят как «эм эйч си», от «Major Histocompatibility Complex») определяют биологическую индивидуальность каждого человека. Эти гликопротеины в иммунной системе выполняют важнейшую функцию: они участвуют в предъявлении антигенпредставляющими клетками (АПК) пептидных Аг T-лимфоцитам.

ГЛАВНЫЙ КОМПЛЕКС ГИСТОСОВМЕСТИМОСТИ

HLA-молекулы, кодируемые генами MHC, подразделяют на гликопротеины MHC класса I (HLA-A, HLA-B и HLA-C; эти гликопротеины представлены на поверхности всех соматических клеток, исключением являются клетки ворсинчатого трофобласта и эритроциты) и MHC класса II (HLA-DP, HLA-DQ и HLA-DR; экспрессированы преимущественно на мембране АПК - ДК, активированных макрофагов и В-лимфоцитов, а также на T-хелпе- рах; неиммунокомпетентные соматические клетки в нормальных условиях не экспрессируют молекулы MHC-II. Аг-распознающие молекулы T-лимфоцитов (по крайней мере TCRαβ) способны «увидеть» и связать Аг только в комплексе с молекулами MHC-I или MHC-II, в том числе и на поверхности клеток своего организма. Таким образом, природная функция белков MHC - представление пептидных Аг T-лимфоцитам.

Гены комплекса MHC

Комплекс MHC весьма значителен по размеру, включает около 2000 аллельных вариантов генов. Расположение в геноме локусов комплекса MHC человека схематически показано на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Расположение генов MHC в хромосоме 6 человека.

•  MHC-I. Гены групп HLA-A, HLA-B и HLA-C кодируют молекулы MHC класса I.

•  MHC-II. Гены групп HLA-DP, HLA-DQ и HLA-DR кодируют молекулы MHC класса II.

•  MHC-III. Термин «MHC-III» обозначает область между MHC-I и MHC-II, здесь картированы гены, кодирующие некоторые компоненты системы комплемента (C4a и C4b, С2, фактора В), цитокинов - (TNF-α и лимфотоксина), 21-гидроксилазы (фермента, участвующего в биосинтезе стероидных гормонов) и др.

•  Неклассические гены не принадлежат ни к одному из классов MHC. Описано 6 таких генов в области расположения генов MHC-I (Е, F, G, Н, J, X), и 6 - в области MHC-II (DM, DO, CLIP, TAP, LMP, LNA).

Трансмембранные гликопротеины MHC

•  Молекула MHC-I (см. рис. 5.1A) состоит из двух полипептидных цепей - α- и β2-мик- роглобулина.

•  α-Цепь состоит примерно из 325 АК-остатков, имеет молекулярную массу около 45 кД (килоДальтон) и содержит 3 внеклеточных домена (α1, α2, α3), трансмембранный участок и цитоплазматический участок из 55 АК-остатков. Домены α1 и α2 формируют углубление в виде желоба или «корзины», составляющего 0,25x0,1x0,11 нм для связывания пептидов Аг длиной 9-11 АК, предназначенного для распознавания T-лимфоцитами.

•  С внеклеточными α-доменами нековалентно ассоциирована лёгкая полипептидная цепь с молекулярной массой 11,5 кД, называемая β2-микроглобулином (кодируется геном, расположенным вне комплекса MHC, в 15-й хромосоме).

•  Молекулы MHC-II (см. рис. 5.1Б) - гетеродимеры из двух трансмембранных гликопротеинов: α-цепи (молекулярная масса 34 кД) и β- цепи (молекулярная масса 29 кД). Внеклеточная часть каждой цепи имеет два домена. Пептидсвязывающую щель формируют совместно α1- и β1-домены. В отличие от аналогичного углубления в составе гликопротеинов MHC-I, щель MHC-II открыта с обеих сторон, что позволяет связывать более длинные пептиды (15-30 АК).

Генетический полиморфизм

Гены комплекса MHC (в отличие от генов TCR и иммуноглобулинов) не подвергаются рекомбинации. Механизм их приспособления к неограниченному множеству потенциальных Аг заключается в их генетическом полиморфизме (кодоминантность, множественность аллелей, естественный отбор).

•  Кодоминантность. Гены MHC кодоминантны, т.е. одновременно экспрессируются гены материнской и отцовской хромосом. Генов MHC-I по 3 (А, В, С) в каждой из гомологичных хромосом, генов MHC-II - также по 3 (DP, DQ, DR); следовательно, если у матери и отца нет одинаковых аллелей, то каждый человек имеет как минимум 12 различных основных аллелей каждого гена MHC классов I и II, вместе взятых.

•  Множественность аллелей. Полиморфизм классических генов MHC (классов I и II) означает наличие в популяции множества аллелей - вариантов одноимённого гена у разных особей. Для отдельных локусов MHC известно более сотни аллельных вариантов. Каждый аллельный вариант молекулы MHC преимущественно связывает пептиды с определёнными «якорными» АК-остатками.

•  Эволюционный отбор. Каждая особь потенциально способна развить защитный иммунный ответ только на те пептиды, которые способны связать гликопротеины MHC этой особи. Конкретные варианты MHC закрепляются в эволюции естественным отбором, и каждая отдельная особь оказывается приспособленной к региональным видам и штаммам инфекционных микроорганизмов, на защиту от которых шёл отбор MHC у предков.

•  Неклассические гены MHC, видимо, не полиморфны или не столь полиморфны, как гены MHC классов I и II.

Комплексы «пептидный Аг-MHC-I» или «пептидный Аг-MHC-II)»

Формирование комплексов пептидных Аг с молекулами MHC раз-

ных классов происходит в различных клеточных компартментах.

•  MHC-I «обслуживают» зону цитозоля, сообщающегося через ядерные поры с содержимым ядра. Здесь происходит фолдинг (принятие правильной конформации) синтезированных белковых молекул. При возникновении ошибок (в том числе и при синтезе вирусных белков) белковые продукты расщепляются в мультипротеазных комплексах (протеасомы). Образующиеся при этом пептиды связываются с молекулами MHC-I. В результате молекулы MHC-I представляют T-лимфоцитам внутриклеточно образующиеся пептидные Аг. Поэтому CD8+ T-лимфоциты, которые распознают комплексы Аг с MHC-I, участвуют в первую очередь в защите от вирусных, а также внутриклеточных бактериальных инфекций.

•  MHC-II. Зона «обслуживания» MHC-II связана с внеклеточной средой, а также с клеточными органоидами (аппарат Гольджи, эндоплазматический ретикулум, лизосомы, эндосомы и фагосомы). Пептиды, образующиеся в данной зоне, имеют внеклеточное происхождение - это продукты протеолиза белков, захваченных клеткой посредством эндоцитоза или фагоцитоза. Вновь синтезированные молекулы α- и β-цепей MHC-II с помощью инвариантной полипептидной цепи Ii и кальнексина экспонируются внутрь везикул (эндосом или фаголизосом) и только здесь, связавшись с пептидным Аг, принимают необходимую конформацию для дальнейшей экспрессии на мембране клетки. Таким образом, молекулы MHC-II осуществляют представление Аг при развитии иммунных реакций на внеклеточные инфекции. Главную роль в этих реакциях играют CD4+ T-лимфоциты, распознающие Аг в комплексе с MHC-II.

Суперантигены

В ходе эволюции инфекционные микроорганизмы «научились» синтезировать так называемые суперантигены, которые способны присоединяться к молекулам MHC-II без процессинга в АПК и связываться с V-областью β-цепи TCR. Такое связывание вызывает поликлональную активацию 2-20% периферических CD4⁺ T-лимфо- цитов, что ведёт, с одной стороны, к общей интоксикации организма, с другой - к быстрой гибели активированных T-лимфоцитов путём апоптоза и, следовательно, к иммунодефициту. Например, клиническая картина пищевых отравлений обусловлена главным образом действием энтеротоксинов стафилококков на T-лимфоциты.

Иммунодефицит при ВИЧ-инфекции также в значительной мере объясняется лимфотоксическим действием суперантигенов ВИЧ.

Антигенпредставляющие молекулы CD1

За пределами MHC имеются гены, кодирующие Аг-представляющие молекулы (например, гены кластера CD1: CD1a, CD1b, CD1c, CD1d, CD1e). Продукты этих генов - гетеродимеры (состоят из α-цепи и β2-микроглобулина), они способны связывать и представлять T-лимфоцитам небелковые Аг (например, миколевую кислоту и липоарабиноманнан оболочки микобактерий). Эти молекулы-гетеродимеры конститутивно экспрессированы на ДК и B-лимфоцитах, а также на тимоцитах и энтероцитах. Аг в комплексе с CD1 распознают Tγδ лимфоциты и цитотоксические Tαβ, TCR которых кодируется сегментом Va24. Их фенотип: либо CD4^-/CD8^-, либо CD8⁺.

АНТИГЕНПРЕДСТАВЛЯЮЩИЕ КЛЕТКИ

Молекулы MHC контролируют иммунный ответ. Так, Аг MHC-II участвуют в представлении Аг T-клеткам (рис. 7-2, см. также рис. 7.3) и во взаимодействии T- и B-лимфоцитов. Аг MHC-I и MHC-II связываются поверхностно-клеточными дифференцировочными

маркёрами CD (MHC-I с CD8, MHC-II с CD4).

Рис. 7.2. Распознавание антигена рецептором T-лимфоцита. Каждый Аг MHC состоит их разных цепей - α и β. При помощи рецептора T-лимфоцита T-клетка распознает Аг, но только находящийся в комплексе с молекулой MHC. В случае T- хелпера в процессе также участвует CD4, который свободным концом связывается с молекулой MHC. Распознаваемый T-клеткой Аг имеет два участка: один взаимодействует с молекулой MHC, другой (эпитоп) связывается с рецептором T-лимфоцита. Подобный же тип взаимодействия, но с участием CD8, характерен для процесса распознавания цитотоксическим T-лимфоцитом Аг, связанного с молекулой MHC класса I.

•  Профессиональные Аг-представляющие клетки. Молекулы MHCII экспрессированы только на определённых клетках, которые называют профессиональными АПК. Таких клеток у человека 3 типа: дендритные клетки костномозгового происхождения (ДК), B- лимфоциты и макрофаги. На их мембранах, помимо молекул MHCII и -I, присутствуют все корецепторные молекулы и цитокины, необходимые для активации T-лимфоцита к иммунному ответу. Эндотелий тоже выполняет функции АПК, но особого предназначения. Вероятно, экспрессия комплексов «пептидные Аг-MHC» на клетках эндотелия является тем специфическим сигналом, который привлекает иммунные лимфоциты из циркулирующей крови в очаг поражения (обеспечивает Аг-специфичный хоминг).

•  Характеристика разных АПК представлена в табл. 7.1.

Таблица 7.1. Свойства профессиональных антигенпредставляющих клеток

Дендритные клетки

Из всех клеток, имеющих определение «дендритные» (обозначающее лишь «клетки с отростками»), к профессиональным АПК относят только клетки костномозгового происхождения. Такие клетки широко распространены в организме. Их много в покровных тканях (клетки Лангерганса в коже), лимфоидных органах. Если у B-лимфоцитов и

макрофагов есть и иные (причём главные для них) функции - продукция иммуноглобулинов у B-лимфоцитов, фагоцитоз и «переваривание» у макрофагов, - то у дендритных клеток нет других функций, кроме представления Аг и подачи костимулирующих сигналов к лимфоцитам.

•  Разновидности ДК. Вероятно, имеется 2 разновидности дендритных

АПК (ДК):

♦ миелоидные (ДК₁) происходят из моноцитов. Их, вероятно, можно рассматривать как разновидность макрофагов, специализирующихся на представлении Аг T-лимфоцитам;

♦ лимфоидные (ДК₂) происходят от общей лимфоидной клеткипредшественницы, из которой развиваются также T- и B-лим- фоциты, NK.

- Маркёры предшественников лимфоидных ДК: экспрессия ИЛ-3Rα (варианта Рц для ИЛ-3) и одного из двух иммуноглобулиноподобных Рц - ILT3⁺ или ILN1^-.

- Для ДК₂ характерны маркёры лимфоцитов (CD2, CD5, CD7, мРНК α-цепи пре-TCR).

•  Эндоцитоз. ДК активно и непрерывно поглощают вещества из окружающей среды. В отсутствие патогена ДК поглощают вещества собственных тканей и представляют этот материал T-лимфоцитам без корецепторного стимула. В результате иммунное воспаление в отношении собственных тканей не развивается и поддерживается состояние иммунологической толерантности.

•  Активация. ДК активируются при проникновении в организм какого-либо патогена, ДК распознают патоген при помощи TOLL- подобных Рц.

♦ На ДК₁ (как и на макрофагах) присутствуют Рц для маннозы, Рц для ЛПС, Рц TLR2 и TLR4, распознающие продукты грамотрицательных и грамположительных бактерий.

♦ На лимфоидных ДК (ДК₂) присутствуют Рц TLR7 и TLR9 (распознают вирусную и бактериальную ДНК), а также особый лектиновый Рц (связывает, например, вирус гриппа).

•  Иммунологический синапс. Активированные патогеном ДК мигрируют из покровных тканей в региональные лимфоидные органы (в частности, в паракортикальные зоны лимфатических узлов), где и представляют T-лимфоцитам Аг вместе с корецепторными молекулами B7.1, B7.2 и CD40. Выстраивание такого межклеточного - иммунологического - синапса (рис. 7.3) - обязательное условие начала развития иммунного ответа.

Рис. 7.3. Иммунологический синапс между T-лимфоцитом и антигенпредставляющей клеткой.

Минимальный набор взаимодействий, необходимых для начала развития иммунного ответа: связь агрегированных TCR с комплексами пептид-MHC; связь корецептора CD4 (или CD8) с MHC; связь CD40 с CD40L; связь B7 с CD28; связи молекул адгезии (ICAM, LFA); взаимодействия цитокинов (IL) с Рц для цитокинов (ILR).

Взаимодействие T- и B-лимфоцитов

При первичном иммунном ответе единственные эффективные АПК для T-лимфоцитов - ДК. Но в случае активации T-лимфоцита Аг, представленным ДК, в иммунный ответ будут вовлекаться и рядом расположенные B-лимфоциты, которым тоже «найдётся», что распознать в сложившемся микроокружении. При этом возможны два варианта взаимодействия T- и B-лимфоцитов.

•  B-лимфоциты своим иммуноглобулиновым Рц связывают растворимый Аг, поглощают его эндоцитозом, подвергают внутри себя процессингу и экспонируют на поверхность фрагменты Аг в составе комплексов с молекулами MHC-II и MHC-I. TCR T- лимфоцита связывает Аг на поверхности B-лимфоцита, выступая в качестве АПК; кроме того, устанавливаются все необходимые и достаточные корецепторные взаимосвязи между T- и B-лимфоци- тами (табл. 7.2). Такое взаимодействие происходит в T-зависимых зонах периферической лимфоидной ткани в начале развития иммунного ответа.

•  B-лимфоцит распознаёт свой Аг, но недалеко окажется T-лимфо- цит, распознавший Аг на другой АПК и активированный взаимодействием с этой другой АПК. В таком случае T-B-взаимодействие может быть более «прохладным» и ограничиться взаимодействием цитокинов T-лимфоцита с Рц для этих цитокинов на B-лимфо-

ците, а взаимодействие мембранных молекул между ними может в какой-то мере наступать или не наступать (по крайней мере в первичном иммунном ответе). Но при вторичном иммунном ответе обязательно происходит взаимодействие мембранной молекулы B-лимфоцита CD40 с мембранной молекулой T-лимфоцита CD40L (кроме T-лимфоцитов, CD40L обнаружен пока только на тучных клетках), так как без этого взаимодействия, как показывает опыт, не происходит переключение класса иммуноглобулинов с IgM на другие, а вторичный ответ B2-лимфоцитов характеризуется обязательным переключением класса иммуноглобулинов с IgM на IgG, или IgE. Эти T-B-взаимодействия происходят уже на территории B-клеточных зон - в фолликулах лимфоидных органов.

Таблица 7.2. T-B-взаимодействие (при условии, что B-лимфоцит выполняет роль антигенпредставляющей клетки)

факторы, определяющие иммунное отклонение

Дендритные клетки в качестве АПК не только обеспечивают саму возможность развития лимфоцитарного иммунного ответа (или возникновение иммунологической толерантности), но и определяют направление иммунного отклонения T-лимфоцитов, а значит, и тип иммунного ответа.

Характер активации АПК зависит от биохимических характеристик и дозы патогена, его биологических свойств и путей попадания в организм. Получается следующая последовательность событий:

* Различные патогены по-разному связываются с разными АПК, по-разному процессируются в АПК и по-разному активируют АПК.

** По-разному активированные АПК продуцируют различные цитокины, предназначенные для воздействия на T-лимфоциты. Кроме того, концентрации Аг на АПК могут значительно различаться.

*** Таким образом, и Аг, и цитокиновый сигнал со стороны АПК на T-лимфоцит определяют направление дифференцировки иммунного T-лимфоцита. **** Дифференцированные иммунные T-лимфоциты по-разному индуцируют различные варианты иммунного воспаления в тканях.

Примечания. PRR (Pattern Recognition Receptors) - Рц, распознающие молекулярную мозаику («узор») на поверхности патогена; TOLL (от имени гена Toll у Drosophila melanogaster) - Рц.

Иммунное воспаление типа I

Условия развития иммунного воспаления типа I (зависимого от Th1, CD8⁺ ЦТЛ). При внутриклеточных инфекциях - вирусных и ряде бактериальных - свойства патогена (в том числе его проникающая способность) таковы, что на АПК - дендритных клетках

(ДК) - создаётся высокая концентрация патогенного материала. Связывание CD40L на мембране T-лимфоцита с CD40 на ДК является для последней сигналом к продукции некоторых интерлейкинов и интерферонов. Интерлейкин-12

•  Миелоидные ДК продуцируют ИЛ-12 (быстро, в большом количестве, но непродолжительное время - до суток) и TNFa, стимулируя T-лимфоциты к продукции ИФНу.

•  Лимфоидные ДК продуцируют ИЛ-12 в меньших количествах (в 100-1000 раз), по сравнению с миелоидными ДК, зато более продолжительное время (несколько суток).

•  Макрофаги. ИЛ-12 продуцируют также макрофаги и нейтрофилы на стадии доиммунного воспаления.

•  T-лимфоцит. На T-лимфоците, TCR которого связал Аг с высокой авидностью, устойчиво экспрессируется Рц для ИЛ-12, содержащий β2-субъединицу (экспрессия этой субъединицы специфична именно для Th1).

Интерфероны

•  Лимфоидные ДК сразу после распознавания патогена (ещё до попадания в лимфатический узел) начинают активно продуцировать ИФН типа I (ИФНа и β), которые, с одной стороны, аутокринно стимулируют созревание ДК, с другой -индуцируют продукцию T-лимфоцитами ИФНу и ИЛ-10 (а не одного только ИФНу, как ИЛ-12 миелоидных Дк).

•  ИФНу и ИФНа - кофакторы для дифференцировки Th1, индуцируемой ИЛ-12. Его источником, помимо Th1, являются активированные CD8+ T-лимфоциты, т.е. лимфоциты CD8+ вносят свой вклад в дифференцировку CD4+ T-лимфоцитов в Th1.

•  ИЛ-10 ингибирует дифференцировку и подавляет активность Th1 (возможно, не прямо, а через подавление активности макрофагов и соответственно из-за недостатка ИЛ-12).

Таким образом, большая доза Аг и достаточные количества ИЛ-12 - два необходимых и, возможно, достаточных условия для индукции дифференцировки T-лимфоцитов в продуцентов ИФНу, т.е. CD4+ Th1.

Иммунное воспаление типа II

Условия развития иммунного воспаления типа II (Th2-зависимого).

Такой вариант иммунного ответа направлен на «перехват» растворимых компонентов патогенов (токсинов, аллергенов, химиопрепаратов), а также крупных инвазивных патогенов - гельминтов,

которые не могут быть фагоцитированы макрофагами из-за своих размеров. Растворимые патогены в низких концентрациях могут быть связаны только растворимыми же контрреагентами - АТ, поэтому в качестве АПК выступают B-лимфоциты и лимфоидные ДК. При этом внутри АПК патогены не преумножаются и экспрессируются на мембрану в комплексах Аг+MHC в малых количествах. Интерлейкин-4

•  Т4-лимфоциты, не получившие стимула от ИЛ-12, экспрессируют молекулу OX40. Лигандом для неё является OX40L на мембране активированных ДК и B-лимфоцитов.

•  Взаимодействие OX40-OX40L индуцирует продукцию в T-лимфо- ците ИЛ-4 и экспрессию на этой клетке Рц для особого хемокина blr-1, который обеспечивает миграцию данного лимфоцита на территорию лимфоидных фолликулов внутри лимфатического узла (т.е. в B-клеточную зону, где анатомически локализованы дальнейшие Т-B-взаимодействия).

•  Возможно, лимфоидные ДК и B-лимфоциты и сами способны к продукции ИЛ-4.

•  ИЛ-4 (и, возможно, его «дублёр» ИЛ-13) аутокринно стимулирует дифференцировку CD4+ T-лимфоцитов в Th2. Интерлейкин-5

•  При физиологически «правильном», т.е. потенциально защитном иммунном ответе на гельминтов (помимо CD4+ T-лимфоцитов - продуцентов ИЛ-4 [Th2]) дифференцируется субпопуляция CD4+ T-лимфоцитов, продуцирующих ИЛ-5.

•  ИЛ-5 поддерживает эозинофилопоэз и активирует зрелые эозинофилы. Это единственный известный эффекторный механизм, убивающий гельминтов, которые проникали в ткани внутренней среды организма.

Гистамин. Кишечных гельминтов организм «изгоняет» также с участием IgE, индуцирующим дегрануляцию тучных клеток в слизистой оболочке кишки. Выбрасываемый в ткани гистамин инициирует констрикцию гладких мышц стенки кишки, т.е. активную перистальтику и выброс гельминтов.

Апоптоз. Для Th2 характерна экспрессия ещё одной мембранной молекулы - CD30. Взаимодействие её с лигандом CD30L, экспрессированным на B-лимфоцитах, эозинофилах, эпителии мозговой зоны тимуса и клетках-предшественницах миелопоэза в костном мозге, сначала активирует жизнедеятельность T-лимфоцита, а затем индуцирует его апоптоз.