CC BY
654
ШКОЛА ДЕТСКОГО АЛЛЕРГОЛОГА-ИММУНОЛОГА / SCHOOL OF THE CHILDREN'S ALLERGIST-IMMUNOLOGIST
РАЗДЕЛ XII
ДИНАМИКА ИММУННОГО ОТВЕТА
Е.Н. Супрун
Научно-клинический консультативный центр аллергологии и иммунологии, Москва
Иммунный ответ - это цепь последовательных сложных кооперативных процессов, идущих в иммунной системе в ответ на действие антигена (АГ) в организме. Различают:
1) первичный иммунный ответ (возникает при первой встрече с антигеном);
2) вторичный иммунный ответ (возникает при повторной встрече с антигеном). Иммунный ответ характеризуется:
1) специфичностью - реактивность направлена только на определенный агент, который называется антигеном;
2) потенцированием - способностью производить усиленный ответ при постоянном поступлении в организм одного и того же АГ;
3) иммунологической памятью - способностью распознавать и производить усиленный ответ против того же самого антигена при повторном его попадании в организм, даже если первое и последующие попадания происходят через большие промежутки времени [1].
ПЕРВИЧНЫЙ ИММУННЫЙ ОТВЕТ
Реакция иммунной системы на первый контакт с антигеном получила название первичного иммунного ответа.
Выделяют четыре фазы первичного иммунного ответа:
1-я фаза - латентный период - 3-5 суток -антитела к соответствующему антигену в сыворотке отсутствуют;
2-я фаза - логарифмическая - продолжительность 10-15 суток - поступление антител (АТ) в кровь. АТ, принадлежащие к разным классам иммуноглобулинов, образуются в разные сроки. Ранние антитела (^М ) обычно проявляют низкое сродство к антигену, а поздние (^О ) - высокое. Переход от синтеза ^М к синтезу ^О регулируется Т-хелперами. К Т-независимым антигенам антитела класса ^О практически не вырабатываются [2].
3-я фаза - стационарная - продолжительность 15-30 суток - титры АТ достигли пика, уровень антител остается постоянным;
4-я фаза снижения титров АТ - растягивается на месяцы (1-6 мес.) - постепенное снижение уровня антител.
Запуск адаптивного иммунного ответа базируется на ранней воспалительной реакции (реакции первой линии защиты) и включает следующие основные события:
• локальное восприятие АГ антигепрезентирую-щей клеткой (АПК) и его доставка в региональный лимфоидный орган (реже поступление в него свободного АГ и связывание АПК);
• улавливание в региональном лимфоидном органе рециркулирующих лимфоцитов, относящихся к антигенспецифическим клонам;
• обработка АГ в АПК и его презентация Т-хел-перам;
• выбор пути дифференцировки СБ4+-клеток в направлении ТЬ1- или ТЬ2-хелперов, выбор между гуморальным и клеточным ответом [3].
1. Доставка и первичное восприятие антигена
АГ может быть опознан иммунной системой и способен индуцировать развитие иммунного ответа при условии его связывания и обработки АПК, за исключением тимуснезависимых АГ. В дальнейшем информация об АГ от АПК поступает к лимфоидным клеткам. Взаимодействие этих клеток и подключение антигенспецифического звена иммунной системы может осуществиться только в специализированных органах. Соответственно, предпосылкой для развития иммунного ответа является доставка АГ в лимфатический узел или иной лимфоидный орган.
В зависимости от локализации очага проникновения чужеродного вещества, АГ может быть доставлен в лимфоидные органы с током тканевой жидкости, лимфы, крови, а также с помощью вспомогательных клеток: клеток Лангерганса.
ШКОЛА ДЕТСКОГО АЛЛЕРГОЛОГА-ИММУНОЛОГА / SCHOOL OF THE CHILDREN'S ALLERGIST-IMMUNOLOGIST
Рис. 1. Восприятие антигена клетками Лангерганса, его доставка в лимфатические узлы и презентация Т-лимфоцитам [3]
АГ
К - кератиноциты;
КЛ - клетки Лангерганса;
БМ - базальная
мембрана;
ВК - вуалевые
клетки;
ИК - интерди-
гитальные клетки;
ТЛ - Т-лимфоциты
Лимфа
АГ, связанный с белыми отростчатыми эпидер-моцитами (клетками Лангерганса), подвергается обработке (процессингу) с образованием комплекса с продуктами МНС II класса, экспрессирующе-гося на поверхности клетки. Под влиянием ГМ-КСФ, ФНО-а и других цитокинов, выделяемых активированными кератиноцитами, белые отрост-чатые эпидермоциты поступают в эфферентную лимфу и достигают регионарного лимфатического узла. В процессе перемещения они дифференцируются через стадию вуалевой клетки в зрелые дендритные (интердигитальные) клетки, экспрес-сирующие вспомогательные молекулы СБ80/86 и, следовательно, способные эффективно представлять антигенный пептид Т-хелперу и включать Т-клеточные реакции (рисунок 1). Интер-дигитальные клетки локализуются исключительно в тимусзависимых зонах (в лимфатическом узле - в паракортикальной зоне. При перемещении дендритные клетки утрачивают способность связывать АГ, поэтому описанный путь первичного восприятия и доставки АГ в лимфатический узел является основным для антигенов, воспринимаемых дендритными клетками. АГ, пассивно «занесенный» в лимфатический узел, имеет меньше шансов подвергнуться полноценной обработке находящимися здесь зрелыми дендритными клетками.
Макрофаги, фагоцитирующие микроорганизмы в месте их проникновения, не мигрируют в лим-фоидные органы, будучи активированными, расщепляют АГ до слишком мелких фрагментов.
Если АГ поступает непосредственно в лимфоидный орган, связывание и презентация антигена происходит макрофагами и В-лим-фоцитами. Макрофаги в селезенке поглощают и обрабатывают антиген в корпускулярной форме (в составе клеток, их фрагментов, молекулярных агрегатов) путем фагоцитоза и в меньшей степени пиноцитоза. Растворимая форма антигена наиболее приемлема для презентации В-лимфоцитами, так как условием проникновения антигена в эти клетки является его связывание с антигенраспознающим рецептором ВСЯ. Это происходит в наружных слоях коры лимфатических узлов, вокруг фолликулов. В результате на поверхности этих клеток вскоре появляются молекулы МНС II класса, многие из которых несут пептидные фрагменты того АГ, который клоноспе-цифически связывает ВСЯ. этих клеток.
2. Неспецифическая реакция лимфоидных органов. Улавливание клеток специфических клонов.
Через несколько минут после проникновения антигена в лимфатический узел развивается процесс, получивший название улавливание лимфоцитов. Афферентная лимфа доставляет в лимфатический узел клоны лимфоцитов, отличающиеся своей специфичностью. В случае поступления в узел антигена лимфоциты, способные его распознать, задерживаются, остальные, принадлежащие другим клонам, продолжают рециркуляцию, не задерживаясь в лимфатическом узле (рисунок 2).
Пусковым моментом для развития процесса «улавливания лимфоцитов» является поступление бактериальных компонентов (особенно эндотоксинов) с током лимфы или продуктов макрофагов, активированных при фагоцитозе корпускулярного материала. Активированные макрофаги и клетки стромы выделяют набор воспалительных цитокинов - ИЛ-1, ФНО-а, ИЛ-6, КСФ, хемокины
36
АЛЛЕРГОЛОГИЯ и ИММУНОЛОГИЯ в ПЕДИАТРИИ, № 2 (37), июнь 2014
ШКОЛА ДЕТСКОГО АЛЛЕРГОЛОГА-ИММУНОЛОГА / SCHOOL OF THE CHILDREN'S ALLERGIST-IMMUNOLOGIST
Рис. 2. Улавливание специфических клонов в региональ ном лимфатическом узле [3]
Афферентная лимфа
о#оо«о
Эфферентная лимфа
оооооо
ЛУ - лимфатический узел;
АГ - антиген.
Маленькие черные кружки антиген; большие черные кружки - лимфоциты, способные распознать антиген; белые кружки - лимфоциты, принадлежащие другим клонам.
и другие, которые повышают интенсивность кровотока через лимфатический узел и рециркуляцию через него лимфоцитов, что обусловливает развитие сосудистых и клеточных реакций, свойственных воспалению.
Вскоре под влиянием внутриклеточных сигналов, генерируемых комплексами АГ с рецепторами лимфоцитов, на несколько минут прекращается отток лимфоцитов из органа. Этот «арест» совпадает с начальным этапом активации клеток. Отток лимфоцитов скоро восстанавливается с сохранением «запрета» на эмиграцию для Т- и В-лимфоцитов, несущих специфические рецепторы для данного АГ. Описано развитие неотвечаемости на АГ после удаления регионального лимфатического узла через несколько часов после введения этого АГ: практически все клетки, способные обеспечить специфический иммунный ответ, оказались «сосредоточенными» к этому моменту в удаленном узле.
Продолжительность процесса улавливания (рекрутирования) лимфоцитов - несколько часов.
Необходимость этого процесса ясна. В любой конкретный момент вероятность нахождения в данном лимфоидном органе клеток каждого клона в количестве, достаточном для развития полноценного иммунного ответа, невелика. Кроме того, иммунный ответ развивается при условии кооперации субпопуляций лимфоцитов определенной специфичности. Такой клеточный ансамбль может быть локально создан лишь в процессе улавливания специфических клонов из рециркулирующего пула.
3. Стимуляция лимфоцитов специфических клонов. Выбор между гуморальным и клеточным ответом
Из лимфоцитов раньше других в иммунный ответ вовлекаются В-лимфоциты. Они обладают
функциями вспомогательных антиген-представляющих клеток и клеток, специфически реагирующих на антиген. На своей поверхности несут молекулы МНС II класса в комплексе с пептидными фрагментами того антигена, который распознает их рецептор. Вступают в двоякое взаимодействие с антигеном: ВСИ связывает определенный «В-клеточный» эпитоп целой молекулы, а мембранные продукты гена МНС II класса несут различные фрагменты этой молекулы - потенциальные «Т-клеточные» эпитопы.
В процессе рециркуляции (перемещении внутри лимфоидных органов) СБ4+- клетки постоянно контактируют с дендритными клетками, образуя временные обратимые связи при участии молекул адгезии. В периоды «улавливания» и локальной активации дендритные клетки могут экспрессиро-вать рецептор ГСАМ-1, связывающийся с интегри-ном ЬЕА-1. Дендритные клетки на своей поверхности содержат значительное количество комплексов МНС II класса с разнообразными пептидами. При этом на долю пептида, специфически распознаваемого рецептором (ТСИ) конкретного Т-хелпера, даже в самом оптимальном случае приходится не более 1 из 1000 пептидов, презентируемых АПК.
При распознавании антигенного комплекса в СБ4+-Т-клетке возникает сигнал, который приводит к «активации» интегрина ЬЕА-1, т.е. к повышению его сродства к лигандам, что в конечном итоге делает связь между Т-лимфоцитом и дендритной клеткой более прочной. В этих условиях между взаимодействующими клетками устанавливается еще одна межмолекулярная связь: корецептор СБ28 Т-хелпера взаимодействует с молекулами СБ80 и 86 (В7-1 и В7-2) дендритной клетки. В итоге через ТСИ и корецепторы в СБ4+-Т-клетку подается сигнал, который вызывает активацию клетки с экспрессией на ее поверхности рецептора для ИЛ-2 и других активационных антигенов. Начинается синтез ИЛ-2 Т-хелпером, обеспечивающий аутокринную (т.е. самопитающую) пролиферацию клона Т-хелперов. Размножение последних важно в связи с исходно малым числом клеток, вовлекаемых в реакцию. Только предварительно размножившись, специфические Т-хелперы могут полноценно обеспечить развитие иммунных процессов.
ШКОЛА ДЕТСКОГО АЛЛЕРГОЛОГА-ИММУНОЛОГА / SCHOOL OF THE CHILDREN'S ALLERGIST-IMMUNOLOGIST
Как уже отмечалось, активированные CD4+-лимфоциты продуцируют ИЛ-2. После нескольких делений они начинают секретировать небольшие количества других лимфокинов -такие лимфоциты называют T^-клетками. При последующей стимуляции этих клеток происходит их дифференцировка на субпопуляции ТЦ и Th2, соотношение которых определяет преимущественное направление развития иммунных процессов в сторону клеточного или гуморального ответа, а сами эти клетки называют соответственно воспалительными и иммунными Т-хел-перами. Дифференцировке в ТЦ-клетки способствуют крайние (высокие и низкие) концентрации антигена, большая плотность антигенных пептидов на поверхности АПК, презентация АГ дендритными клетками и макрофагами, микроокружение лимфатических узлов и в наибольшей степени присутствие ИЛ-12, выделяемого макрофагами или дендритными клетками, или интерферона-Y, выделяемого NK-клетками или ранее активированными Thj-клетками. Дифференцировке в ТЬ2-клетки благоприятствуют промежуточные концентрации АГ, его презентация В-лимфоцитами, микроокружение слизистых оболочек (особенно кишечных), а также присутствие трансформирующего фактора роста. К продуктам выработки ТЬ2-клеток относят ИЛ-4 и ИЛ-5, с некоторой задержкой по сравнению с ними образуется интерферон-Y Thj-клетками. In vivo максимальная выработка ИЛ-2 регистрируется на 1-3 сутки, а ИЛ-4 - на 3-8 сутки иммунного ответа.
Иммунизация с использованием в качестве адъюванта (усилителя иммунного ответа) полного адъюванта Фрейнда направляет дифференци-ровку в сторону Thj-хелперов и усиливает клеточный ответ, тогда как использование для усиления ответа алюминиевых квасцов способствует формированию ТЬ2-клеток и развитию гуморального иммунного ответа.
Описанные процессы происходят в основном в тимусзависимых зонах лимфоидных органов (в лимфатических узлах - в паракортикальных зонах) или в местах смешанного пребывания Т- и В-лимфоцитов (например, в перифолликулярных пространствах). В паракортикальных зонах формируются главным образом Thj, в зонах контакта Т- и В-клеток образуются в основном ТЬ2-клетки.
Если в организме однократно произошел перевес первого или второго типа Т-хелперов, это закрепляется и усиливается благодаря наличию механизмов взаимного антагонизма: продукт ТЦ-клеток интерферон^ подавляет развитие ТЬ2-клеток, а продукт ТЬ2-клеток ИЛ-10 подавляет развитие ТЬ[-клеток. Наблюдается также самоусиление этих форм ответа благо-даря аутокрин-ному типу поддержания роста клеток этих типов: фактором роста для ТЬ[-клеток служит ИЛ-2, для ТЬ2-клеток - ИЛ-4, ИЛ-2. Эти механизмы способствуют обособлению и поляризации клеточной и гуморальной форм иммунного ответа.
Далее иммунный ответ возможен в виде одного из трех вариантов:
1) клеточный иммунный ответ;
2) гуморальный иммунный ответ;
3) иммунологическая толерантность.
Клеточный иммунный ответ - это функция
Т-лимфоцитов. Происходит образование эффек-торных клеток - Т-киллеров, способных уничтожать клетки, имеющие антигенную структуру путем прямой цитотоксичности и путем синтеза лимфокинов, которые участвуют в процессах взаимодействия клеток (макрофагов, Т-клеток, В-клеток) при иммунном ответе. В регуляции иммунного ответа участвуют два подтипа Т-клеток: Т-хел-перы усиливают иммунный ответ, Т-супрессоры оказывают противоположное влияние.
Гуморальный иммунитет - это функция В-клеток. Т-хелперы, получившие антигенную информацию, передают ее В-лимфоцитам. В-лимфоциты формируют клон антителопродуци-рующих клеток. При этом происходит преобразование В-клеток в плазматические клетки, секре-тирующие иммуноглобулины, которые имеют специфическую активность против внедрившегося антигена. Образующиеся антитела вступают во взаимодействие с антигеном с образованием комплекса антиген-антитело, который запускает в действие неспецифические механизмы защитной реакции. Эти комплексы активируют систему комплемента. Взаимодействие комплекса антиген-антитело с тучными клетками приводит к дегрануляции и выделению медиаторов воспаления - гистамина и серотонина.
При низкой дозе антигена развивается иммунологическая толерантность. При этом антиген распознается, но в результате этого не происхо-
ШКОЛА ДЕТСКОГО АЛЛЕРГОЛОГА-ИММУНОЛОГА / SCHOOL OF THE CHILDREN'S ALLERGIST-IMMUNOLOGIST
дит ни продукции клеток, ни развития гуморального иммунного ответа.
ВТОРИЧНЫЙ ИММУННЫЙ ОТВЕТ
Смысл индивидуального распознавания антигенов сводится к тому, чтобы при повторном контакте с чужеродным веществом иммунная защита была более эффективной. Это достигается благодаря формированию клеток иммунологической памяти - основы вторичного иммунного ответа.
Вторичный ответ отличается от первичного по многим параметрам: развивается быстрее, требует меньших доз антигена, интенсивнее выражены признаки «созревания», выше специфичность гуморальных и клеточных факторов по отношению к иммуногену, обеспечивает более эффективную защиту организма.
Однако темп и интенсивность ^М-ответа при первичной и вторичной реакции на АГ одинаковы. Аффинность ^М-антител практически не изменяется, оставаясь низкой - около 10-5 М. Очевидно, это свидетельствует о том, что в популяции В-лимфоцитов, несущих мембранный ^М, практически отсутствуют клетки памяти.
Уровень ^О-ответа при вторичном ответе выше: значительно увеличиваются темп повышения титра антител, продолжительность фазы нарастания секреции антител, длительность пребывания антител в сыворотке крови. К этому необходимо добавить, что при вторичном иммунном ответе интенсивнее осуществляется мутационный процесс, обусловливающий повышение сродства антител к антигену. В результате происходит драматический рост аффинности, которая может возрастать на три порядка - от 10-6 М в начале вторичного ответа до 10-9-5*10-10 М на его высоте.
Изучение морфологических изменений на уровне лимфоидных органов показало наличие более интенсивного процесса пролиферации, резкое и более быстрое нарастание числа ^О-антите-лообразующих клеток. Высокая численность этих клеток в селезенке отмечается в течение короткого срока. С первого дня вторичного иммунного ответа В-клетки памяти интенсивно мигрируют в костный мозг, который становится основным органом сосредоточения антителообразования, особенно на поздних стадиях. Антителообразующие клетки костного мозга обусловливают продолжительность периода высокого содержания ^О-антител в
сыворотке крови. У людей пожилого возраста костный мозг становится источником до 80% антител, продуцируемых при вторичном ответе.
Более высокая эффективность свойственна также вторичному гуморальному ответу, обеспечивающему защиту слизистых оболочек. Предсуществование IgA+^леток памяти в lamina propria позволяет сократить индуктивную фазу. Индуктивная фаза включает в себя: запуск активации IgA В-лимфоцитов в групповых лимфатических фолликулах (пейеровых бляшках), миграцию в брыжеечные лимфатические узлы, а затем в lamina propria, где эти клетки дифференцируются в плазмоциты. При вторичном ответе ^А+-клетки памяти исходно присутствуют или быстро мигрируют в lamina propria кишечника, превращаются в плазмоциты и начинают секретировать IgA-анти-тела.
Четких данных, иллюстрирующих преимущества вторичного Т-клеточного ответа перед первичным, не существует. Изучение реакции на аллоантигены цитотоксических Т-клеток in vitro свидетельствует о том, что использование Т-кле-ток от предварительно иммунизированных животных существенно ускоряет ответ. При этом костимуляция не требуется, а необходимо лишь распознавание комплекса антигенного пептида с молекулой МНС I класса и присутствие ИЛ-2.
Как и при гуморальном ответе, темп нарастания числа цитотоксических клеток при вторичном ответе на вирусные антигены значительно выше, чем при первичной иммунизации. ГЗТ у предварительно сенсибилизированных животных, имеющих СБ4+-клетки памяти, протекает более бурно, сопровождается некротической реакцией, обусловленной более интенсивной выработкой цитокинов.
Хотя причины высокой эффективности вторичного иммунного ответа детально не выяснены, очевидно, что в основе этой эффективности лежат следующие факторы:
• исходно численность реагирующих клонов клеток памяти выше, чем не стимулированных лимфоцитов;
• в силу постоянной рециркуляции клетки памяти способны «патрулировать» весь организм, что позволяет им быстрее «встретить» соответствующий антиген при его поступлении в организм;
ШКОЛА ДЕТСКОГО АЛЛЕРГОЛОГА-ИММУНОЛОГА / SCHOOL OF THE CHILDREN'S ALLERGIST-IMMUNOLOGIST
• клетки памяти находятся в цикле (фаза 01), что позволяет обойти сложный этап активации, требующий участия многих клеток и гуморальных факторов;
• вероятно, клетки памяти имеют более «возбудимый» аппарат, связанный с внутриклеточной передачей сигнала (свидетельством этого являются особенности строения СБ45 на Т-клетках памяти), что также позволяет сократить число стимулов, необходимых для активации;
• при вторичном ответе отсутствует необходимость в осуществлении некоторых этапов реакции клеток (например, переключения изотипов иммуноглобулинов, ТЬ/ТЬ-2 типов Т-хелперов и т.д.), поскольку они уже реализовались при первичном ответе.
Точное знание всех факторов, повышающих эффективность вторичного иммунного ответа, чрезвычайно важно с практической точки зрения. Эти знания должны способствовать повышению результативности вакцинации для создания устойчивости к инфекционным заболеваниям и опухолям.
В 1958 году Куне использовал созданный им метод иммунологического сэндвича для исследования ответов обоих типов в лимфатических узлах. Он обнаружил, что на 4-й день первичного ответа на любом срезе узла примерно у 50 клеток имеются антитела, причем в течение следующих четырех дней их количество вовсе не увеличивалось. При вторичном ответе на второй день после введения АГ на сравнимой площади были уже сотни клеток, продуцирующих АТ. Было отмечено, что такие
Таблица. Особенности иммунного ответа [4]
клетки распределены достаточно неравномерно. Это указывает на то, что они не принадлежат одному клону, а возникли независимо. Итак, суммируем: обязательное различие между первичным и вторичным ответами (а также их связь с формированием центров размножения) состоит в том, что при первом контакте с АГ число В-лимфоцитов, детерминированных на взаимодействие с данным АГ, в фолликуле относительно невелико. Эти немногие клетки тем не менее активируются и про-лиферируют либо дифференцируясь в плазматические клетки, либо возвращаясь в состояние малых лимфоцитов (клетки памяти). Таким образом, после первичного ответа значительно больше идентичных В-лимфоцитов, однако при вторичном контакте с тем же антигеном за единицу времени будет вырабатываться значительно больше АТ (таблица). Микроскопическое доказательство этой активации, а именно образование центров размножения, указывающих на активацию большого числа В-лимфоцитов, также появляется быстрее.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шуб Г.М. Основы медицинской бактериологии, вирусологии и иммунологии: учебное пособие. -Саратов, 2001.
2. Мешкова РЯ. Руководство по вакцинопрофилак-тике для врачей: учебное руководство. Смоленск, 1998.
3. Ярилин А.А. Основы иммунологии. - М.: Медицина, 1999. - 464 с.
4. Никулин БА. Оценка и коррекция иммунного статуса. - М.:ГЭОТАР-Медиа, 2008. -376 с. ■
Механизмы Первичный Вторичный
Представление АГ Фагоцитами, дендритными клетками Иммунные лимфоциты «памяти» сами контактируют с АГ без участия фагоцитов
Персистенция АГ в крови До 5-8 дней Выводится из циркуляции за счет образования ЦИК
Накопление АТ в крови Сначала ^М, после 10-17 дня - Сразу появляется ^С, уровень ^М не меняется
Уровень Низкий или нормальный Выше, чем при первичном
Время образования АТ 10-17 дней 4-7 дней
Присутствие «клеток памяти» Нет Присутствуют
Место взаимодействия клеток с АГ Вторичные лимфоидные органы (лимфоузлы, селезенка) Третичные органы, формируемые в месте проникновения АГ
40
