Стадии и формы иммунного ответа

8.3.1. Ранний защитный воспалительный ответ

Ранний защитный воспалительный ответ призван препятствовать внедре­нию и распространению возбудителя, по возможности быстро удалять его из организма. Ранний защитный воспалительный ответ разыгрывается в течение первых 4 сут после внедрения возбудителя. Ранний защитный от­вет против внедрившихся в организм патогенных микроорганизмов обес­печивается факторами врожденного иммунитета, к которым относятся фа­гоцитирующие клетки крови и тканей, естественные киллеры, циркули­рующие в крови белковые молекулы, обладающие защитными свойствами (компоненты системы комплемента и др.), а также межклеточные медиа­торы-цитокины. Ранний воспалительный ответ стимулирует последую­щий специфический иммунный ответ, влияет на его форму, способствуя развитию наиболее эффективного против конкретного микроорганизма специфического иммунного ответа.

Ранний воспалительный ответ начинается с привлечения лейкоцитов из кровяного русла в очаг инфекции с последующей их активацией для удале­ния возбудителя (рис. 8.6). Мобилизация лейкоцитов в очаг инфекции сти­мулируется провоспалительными цитокинами, а опосредуется адгезионными молекулами на поверхности лейкоцитов и эндотелиальных клеток, а также молекулами хемокинов и их рецепторами. Провоспалительные цитокины (туморнекротизирующий фактор—ТНФ, интерлейкин-1 — ИЛ-1) продуци­руются и секретируются макрофагами при фагоцитозе возбудителя. Под действием этих цитокинов на поверхности эндотелиальных клеток, появ­ляются адгезионные молекулы вначале для нейтрофилов, а затем для мо­ноцитов и лимфоцитов, ответственные за прилипание лейкоцитов к эндо­телию сосудов. Кроме того, активированные цитокинами эндотелиальные клетки продуцируют хемокины, достигающие высокой концентрации на уровне очага инфекции (рис. 8.7). Этим обеспечивается прочная адгезия лейкоцитов к эндотелиальным клеткам с последующей их трансэндотели-

Лейкоциты

Адгезия

Рис. 8.6. Этапы взаимодействия лейкоцитов крови с эндотелиальными клетками при воспалении: адгезия и трансэндотелиальная миграция обеспечивают выход лей­коцитов из кровяного русла и движение к очагу инфекции.

Рис. 8.7. Взаимное влияние макрофагов и эндотелиальных клеток в процессах вос­паления и иммунного ответа. Продукты активированных макрофагов — провоспа- лительные цитокины — активируют эндотелиальные клетки, индуцируя появление на поверхности эндотелиальных клеток адгезионных молекул для лейкоцитов и продукцию эндотелиальными клетками хемокинов, усиливающих процессы мигра­ции лейкоцитов.

альной миграцией и выходом в ткани в направлении очага инфекции (см. рис. 8.6).

Таким образом, ранний воспалительный ответ проявляется инфильтра­цией очага инфекции фагоцитирующими клетками, где эти клетки получа­ют дополнительные сигналы активации от микробных продуктов и компо­нентов (липополисахарид клеточной стенки бактерий), от компонентов ак­тивированной системы комплемента и от провоспалительных цитокинов, в том числе, от гамма-интерферона, продуцируемого и секретируемого акти­вированными естественными киллерами. Активированные фагоцитирую­щие клетки приобретают повышенную способность убивать захваченных микробов, что способствует удалению возбудителя. Активированные под влиянием провоспалительных цитокинов эндотелиальные клетки продуци­руют молекулы вазодилататоров, под действием которых усиливается мест­ный кровоток, повышается проницаемость сосудов для макромолекул фибриногена, который, покидая сосуды, превращается в фибрин, что спо­собствует ограничению очага инфекции. В случае попадания в организм небольшого количества низковирулентных возбудителей ранний воспали­тельный ответ подавляет очаг инфекции.

Удаление из кровяного русла попавших в кровь единичных бактериаль­ных клеток является функцией системы комплемента. Большая часть ком­понентов комплемента синтезируются гепатоцитами и мононуклеарными фагоцитами. Компоненты комплемента (Cl, С2, СЗ, С4, С5, Сб, С7, С8, С9, факторы В и D) содержатся в крови в неактивной форме. При попада­нии в кровяное русло бактерий на их поверхности каскад ферментативных реакций ведет к последовательной активации компонентов системы ком­племента («альтернативный путь активации») с формированием мембран- атакующего комплекса (С5—С9), вызывающего лизис бактерий. В процес­се активации системы комплемента накапливаются фрагменты, которые опосредуют разные биологические эффекты: привлечение лейкоцитов в очаг инфекции или воспаления (хемотаксис) — фрагмент С5а, усиление фагоцитоза (опсонизацию) — СЗЬ, индукцию синтеза и секреции медиато­ров воспаления — СЗа, С5а. (При развитии специфического иммунного от­вета и появлении в кровяном русле комплексов антиген—антитело другой каскад ферментативных реакций ведет к активации системы комплемен­та— «классический путь активации», см. раздел 8.3.5.)

8.3.2. Представление и распознавание антигена

В случае неэффективности раннего защитного ответа и факторов врожден­ного иммунитета в организме накапливаются микроорганизмы, содержа­щие чужеродные антигены. Контакт этих антигенов с клетками иммунной системы приводит к развитию специфического иммунного ответа, который начинается с этапа представления и распознавания антигена.

Растворимые антигены в нативной форме связываются антителами и антигенраспознающими иммуноглобулиновыми рецепторами В-клеток.

Т-лимфоциты своими антигенраспознающими Т-клеточными рецепто­рами связывают короткие пептидные фрагменты белковых антигенов в комплексах с собственными молекулами главного комплекса гистосовме­стимости I или II классов на мембранах антигенпредставляющих клеток.

Молекулы главного комплекса гистосовместимости на поверхности лейкоцитов человека, получили название «человеческие лейкоцитарные антигены» (Human Leukocyte Antigens — HLA). Молекулы главного ком­плекса гистосовместимости I класса присутствуют на поверхности всех ти­пов клеток, кроме эритроцитов и клеток трофобласта. Молекулы главного комплекса гистосовместимости II класса находятся на поверхности анти­генпредставляющих клеток: дендритных клеток, макрофагов, В-лимфо­цитов.

Антигенпредставляющие клетки играют важную роль на начальном (пусковом) этапе специфического иммунного ответа: 1) макрофаги, как правило, представляют антигены бактериального происхождения — про­дукты захвата и внутриклеточной переработки ими бактерий, 2) В-лимфо­циты представляют микробные антигены, антигены токсинов, связанные их поверхностными иммуноглобулиновыми рецепторами, 3) наиболее уни­версальными антигенпредставляющими клетками являются дендритные

Рис. 8.8. Взаимодействие Т-хелперов (Thl) с антигенпредставляющими дендритны­ми клетками (ДК) опосредовано цитокинами (ИЛ-12, гамма-интерферон) и кости- мулирующими молекулами (CD40, CD40L).

В центре «иммунологического синапса» находятся: Т-клеточный антиген распознающий ре­цептор (1) и распознаваемый им комплекс антигенного пептида с молекулой главного ком­плекса гистосовместимости (2).

клетки, которые необходимы для запуска первичного иммунного ответа, представляют многие, в том числе опухолевые, антигены.

После захвата чужеродного белка — антигена этими клетками и его раз­ложения до коротких пептидов внутри клеток происходит комплексирова- ние отдельных молекул главного комплекса гистосовместимости с кон­кретными пептидами. Такие комплексы транспортируются на поверхность антигенпредставляющих клеток (рис. 8.8).

При встрече антигенпредставляющей клетки с Т-лимфоцитом, несущим на своей поверхности подходящий по структуре антигенраспознающий ре­цептор, замыкается лиганд-рецепторная связь, т. е. происходит распозна­вание антигена.

CD4⁺ Т-лимфоциты способны распознавать антигенные пептиды в ком­плексах с собственными молекулами главного комплекса гистосовмести­мости II класса, a CD8⁺ Т-лимфоциты — в комплексах с собственными мо­лекулами главного комплекса гистосовместимости I класса. Связывание антигена Т-клеточным рецептором служит сигналом усиления пролифера­ции данного Т-лимфоцита с последующей ускоренной дифференцировкой и активацией его клеток-потомков. В результате формируется клон Т-лим­фоцитов, способных при встрече с тем же антигеном быстро активировать­ся для участия в удалении патогенного агента.

8.3.3. Активация Т- и В-лимфоцитов в иммунном ответе

Передача сигнала активации от антигенраспознающего рецептора в ядро клетки приводит к активации конкретных генов, ответственных за митоти­ческую активность клеток, контролирующих продукцию клеткой биологи­чески активных молекул, участвующих в антимикробной защите (антитела, цитокины).

В-лимфоцит получает одновременно два сигнала активации: от анти­генраспознающего рецептора при его соединении с антигеном и от связы­вания его поверхностных костимулирующих молекул с соответствующими лигандами на Т-лимфоцитах. После этого В-лимфоцит пролиферирует и потомки его превращаются в зрелые антителопродуцирующие плазматиче­ские клетки.

Рис. 8.9. Основные формы специфического иммунного ответа.

В зависимости от направления дифференцировки ThO в сторону ТЫили Th2 развивается, со­ответственно, клеточный или гуморальный иммунный ответ с активацией либо макрофагов, либо В-лимфоцитов под влиянием указанных цитокинов. Как Т-, так и В-лимфоциты могут дать начало долгоживущим клеткам, обеспечивающим поддержание «иммунологической па­мяти».

Т-лимфоцит в ответ на контакт с антигеном начинает пролиферировать, потомки его приобретают способность продуцировать определенные цито­кины или превращаются в зрелые цитотоксические клетки. В зависимости от того, какие дополнительные сигналы активации (цитокины, костимули- рующие молекулы) получает Т-лимфоцит в момент контакта с антигеном, его потомки дифференцируются в двух разных направлениях, превращаясь в Т-хелперы, продуцирующие гамма-интерферон (Thl), или в Т-хелперы, продуцирующие интерлейкины-4, -5, -6, -10, -13 (Th2). Количественное преобладание Thl над Th2 является условием развития клеточного (кле­точно-опосредованного) иммунного ответа. В случае преобладания Th2 развивается гуморальный иммунный ответ, проявляющийся продукцией специфических антител (рис. 8.9).

8.3.4. Клеточный иммунный ответ

Клеточный иммунный ответ направлен против внутриклеточно паразити­рующих микроорганизмов, основная защитная роль в нем принадлежит активированным макрофагам и цитотоксическим лимфоцитам (CD8⁺ CTL).

Макрофаги, инфицированные микроорганизмами, получают от Thl в качестве сигналов активации цитокины: гамма-интерферон и туморнекро- тизирующий фактор (ТНФ), которые действуют через свои рецепторы, вы­зывая усиленную продукцию макрофагами супероксидных и нитроксид- ных радикалов, убивающих внутриклеточные паразиты.

Цитотоксические CD8⁺ CTL способны убивать зараженные вирусами клетки при непосредственном контакте с ними. В месте контакта из CTL в мембрану клетки-мишени проникают порообразующие белки — перфори­ны, формирующие в мембране микроканалы, через которые в клетку-ми­шень проникают ферменты — фрагментины, вызывающие разрушение яд­ра клетки и ее гибель.

8.3.5. Гуморальный иммунный ответ

Гуморальный иммунный ответ защищает преимущественно против внекле- точно паразитирующих микроорганизмов, которые доступны действию специфических антител. Продуцентами антител (иммуноглобулинов) явля­ются потомки активированных В-лимфоцитов — плазматические клетки.

В-лимфоцит получает сигнал активации при соединении его антиген- распознающего рецептора с антигеном. Для активной пролиферации и дифференцировки в плазматические клетки потомки В-лимфоцита получа­ют дополнительные сигналы активации — продуцируемые Th2 цитокины: интерлейкины-4, -5, -6, -10, -13. Те же цитокины усиливают продукцию и секрецию специфических для данного антигена антител зрелыми плазма­тическими клетками.

Специфические антитела — иммуноглобулины против конкретных ан­тигенов бактерий (стафилококки, стрептококки, возбудители дифтерии, кишечных инфекций, клостридии и др.), связываясь с бактериальными токсинами, вызывают их нейтрализацию, т. е. утрату токсического дейст­вия на организм. Сами бактерии, связавшиеся со специфическими антите­лами, быстрее и легче захватываются и убиваются фагоцитирующими клетками или лизируются активированной системой комплемента.

Иммуноглобулины делятся на пять классов (изотипов): IgG, IgM, IgA, IgE, IgD. В нормальной сыворотке крови 80 % всех иммуноглобулинов со­ставляют IgG, на долю IgM приходится 6 %, на долю IgA — 13 %, а на до­лю IgE и IgD — сотые или тысячные доли процента. Главными защитными иммуноглобулинами являются IgG. У иммуноглобулинов разных изотипов различаются защитные свойства (табл. 8.5).

Иммуноглобулин G (IgG) — мономер, доминирующий среди других изо­типов иммуноглобулинов у взрослых в кровяном русле, легко диффунди­рующий из крови в ткани, единственный из иммуноглобулинов способен преодолевать плацентарный барьер и обеспечивать гуморальный иммуни­тет новорожденных первых месяцев жизни. Дополнительные порции мате­ринского, содержащегося в молозиве IgG, поступают в кровоток новорож­денного через слизистую оболочку кишечника. IgG составляют основную массу антител при иммунном ответе на повторную встречу с тем же анти-

Таблица 8.5. Защитные функции иммуноглобулинов (антител) разных изотипов

геном. IgG обеспечивает наиболее эффективную антибактериальную и ан­титоксическую защиту организма, действуя и в крови, и в тканях.

Иммуноглобулин М (IgM) — пентамер, состоящий из пяти четырехцепо­чечных структур, (называют еще макроглобулином из-за высокой молеку­лярной массы). IgM синтезируется раньше других классов в онтогенезе, может продуцироваться в организме плода в ответ на внутриутробную ин­фекцию. К этому классу иммуноглобулинов относятся так называемые нормальные антитела — изогемагглютинины групп крови: анти-А, анти-В. У взрослых иммуноглобулины этого изотипа первыми появляются на са­мых ранних стадиях гуморального иммунного ответа на инфекцию. Из-за больших размеров молекулы IgM обычно не покидают кровяного русла, но играют ведущую роль в антибактериальной защите кровяного русла от по­падающих туда бактерий.

Иммуноглобулин A (IgA) циркулирует в сыворотке крови в виде моно­меров или димеров. Димер IgA может связываться с полиглобулиновым рецептором на базолатеральной поверхности эпителиальных клеток и в комплексе с этим рецептором проникать в эпителиальные клетки. ВнуТри эпителиальной клетки такой комплекс подвергается протеолизу и через апикальную поверхность эпителиальной клетки секретируется образовав­шийся комплекс димера IgA с фрагментом полиглобулинового рецептора, который получил название «секреторный компонент». Основными места­ми синтеза и секреции IgA являются: эпителий желудочно-кишечного тракта, респираторного тракта, лактирующие молочные железы, слюнные и слезные железы. В организм ребенка IgA попадают с молоком матери при грудном вскармливании. В составе секретов оболочек слизистых сек­реторный IgA — SIgA обеспечивает местный иммунитет слизистых оболо­чек. Защитное действие SIgA от проникновения через слизистые оболочки бактерий и вирусов зависит от его способности связывать микроорганизмы и препятствовать их адгезии или адсорбции на рецепторах слизистой обо­лочки.

В сыворотке крови здоровых людей иммуноглобулин Е (IgE), как прави­ло, не содержится.

Защитное действие специфических антител реализуется с помощью не­скольких механизмов: 1) усиление фагоцитоза бактерий, 2) нейтрализация бактериальных экзотоксинов и вирусов; 3) активация системы комплемен­та с последующим бактериолитическим действием ее мембранатакующего комплекса, 4) препятствие колонизации слизистых оболочек патогенными бактериями и адсорбции вирусов.

В результате гуморального иммунного ответа на бактериальную инфек­цию в сыворотке крови накапливаются специфические антитела классов IgG и IgM. При взаимодействии этих антител с антигенами на поверхно­сти бактерий создаются условия активации системы комплемента по клас­сическому пути, результатом которого становится лизис бактерий (бакте­риолиз). Классический путь активации системы комплемента начинается со стадии соединения Clq с определенным участком молекулы иммуно­глобулина, который становится доступным только после взаимодействия иммуноглобулина — антитела со своим антигеном. Clq при этом активиру­ется, приобретая активность сериновой протеиназы (эстеразы), которая за­пускает каскадный процесс расщепления и присоединения последующих фракций: С4, С2, СЗ. После активации СЗ запускается дальнейший каскад формирования мембранатакующего комплекса (С5—С9), что ведет к лизи­су бактерий. Некоторые защитные функции активированных компонентов системы комплемента были описаны выше (см. раздел-8.3.1).

8.3.6. Иммунологическая память как форма специфического иммунного ответа

После первой встречи организма с чужеродным антигеном в лимфоидных органах сохраняются долгоживущие потомки Т- и В-лимфоцитов, проли­ферировавших в ответ на сигнал активации, полученный от антигенрас- познающих рецепторов. На мембране этих клеток-потомков сохраняются специфические для данного антигена рецепторы, способные связаться с ним при его повторном попадании в организм.

Способность иммунной системы организма ускоренно и усиленно отве­чать активацией на повторную встречу с тем же антигеном характеризуется как «иммунологическая память».

Особенностями долгоживущих В-клеток памяти являются: 1) способ­ность быстро отвечать пролиферацией и дифференцировкой в плазматиче­ские клетки на повторную встречу с антигеном, 2) способность быстро пе­реключаться с синтеза IgM на синтез IgG и IgA, 3) способность быстро продуцировать и секретировать большое количество специфических анти­тел с выраженными защитными свойствами.

Некоторые из ответивших пролиферацией на контакт с антигеном Т-лим- фоцитов не претерпевают дальнейшей дифференцировки, а после несколь­ких делений превращаются в клетки, способные сохраняться в органах им­мунной системы более 20 лет и поддерживать состояние иммунологической памяти в отношении конкретного антигена. Особенностями Т-клеток памя­ти являются: 1) повышенная активность связывания антигена антигенрас- познающими рецепторами, 2) повышенное количество рецепторов интер­лейкина-2, 3) готовность быстро ответить на повторный контакт с антигеном активацией, пролиферацией и дифференцировкой в клетки-эффекторы.

8.3.7. Иммунологическая толерантность

Иммунологической толерантностью называют отсутствие специфического иммунного ответа на собственные антигены организма (аутоантигены).

В период внутриутробного развития фрагменты аутоантигенов могут за­носиться в тимус с током крови. В тимусе происходит встреча функцио­нально незрелых тимоцитов, уже имеющих антигенраспознающие рецеп­торы, с антигенпредставляющими клетками, несущими на поверхности ау­тологичные пептиды. Для незрелого тимоцита связывание его антигенрас- познающего рецептора с аутологичным пептидом служит сигналом апо­птоза (гибели) или превращения в «анергичную» клетку, не способную в дальнейшем активироваться при контакте с данным антигеном. Приобре­тенная во внутриутробный период развития организма иммунологическая толерантность сохраняется на протяжении всей жизни.