СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ 17 глава

Первая особенность ДК состоит в том, что в покое они активно и непрерывно поглощают вещества из окружающей среды эндоцитозом и макропиноцитозом. Если в организм не проникают патогены, ДК поглощают вещества собственных тканей и представляют этот материал T–лимфоцитам, но без корецепторного стимула. В результате иммунное воспаление в отношении собственных тканей не развивается и поддерживается активное состояние иммунологической толерантности.

Вторая особенность ДК заключается в том, что на них есть Рц «эволюционной памяти» для продуктов микроорганизмов (патогенов), так называемые «Рц, распознающие рисунок» — PRR. На макрофагах и/или ДК₁ это Рц для маннозы, Рц для ЛПС, TOLL–подобные Рц TLR2 и TLR4, способные обеспечивать реакцию активации этих клеток на продукты грамотрицательных и грамположительных бактерий. На лимфоидных ДК (ДК₂) есть PRR для вирусов и бактериальной ДНК, содержащей неметилированные последовательности нуклеозидов CpG — TLR7 и TLR9. Кроме того, на лимфоидных дендритных клетках есть свой особый лектиновый Рц (идентифицируется АТ BДКA2), связывающий, например, вирус гриппа.

Третья особенность ДК состоит в том, что в отличие от макрофагов эти клетки не оседлые. Если в покровных тканях они распознают патоген, то они активируются и начинают мигрировать по путям лимфодренажа в регионарные лимфоидные органы. Если это лимфатический узел, то ДК войдут в него по афферентным лимфатическим сосудам и пройдут к периваскулярному пространству венул с высоким эндотелием в паракортикальной зоне. Именно здесь они встретят T– и B–лимфоциты и представят Аг T–лимфоцитам. В лимфатическом узле названное место — исключительное: там может произойти инициация (начало развития) иммунного ответа. Активированные патогеном ДК, кроме комплексов пептидов–Аг с молекулами MHC, экспрессируют корецепторные молекулы для взаимодействия с T–лимфоцитом: B7.1, B7.2 и CD40. Выстраивание такого межклеточного синапса — обязательное условие начала развития иммунного ответа.

Контакт между ДК и T–лимфоцитом не однонаправлен, а взаимоактивирующий. Через сигнал от CD40L от T–лимфоцита дендритная клетка получает команду к продукции своих особенных цитокинов. Миелоидные ДК продуцируют ИЛ–12 (быстро, в большом количестве, но непродолжительное время — сутки) и TNFa. Такие ДК₁ стимулируют T–лимфоцит к продукции ИФН–g Лимфоидные ДК₂ ещё до попадания в лимфатический узел сразу после распознавания патогена начинают активно продуцировать ИФН типа I — ИФН–a и b. Как считают в настоящее время, именно лимфоидные дендритные клетки являются главным, если не единственным типом клеток, продуцирующих интерфероны типа I. ИФН–a и b аутокринно стимулируют созревание вирусактивированных ДК. Вступив во взаимодействие с T–лимфоцитом, такие ДК₂ индуцируют T–лимфоцит к продукции ИФН–g и одновременно ИЛ–10 (такая сумма отличает эту индукцию от индукции синтеза T–лимфоцитом одного только ИФН–g под влиянием ИЛ–12 из ДК₁). Лимфоидные ДК₂ тоже продуцируют ИЛ–12, но в 100–1000 раз в меньших количествах, чем миелоидные ДК₁ (или макрофаги), зато более продолжительное время (несколько суток).

Таким образом, дендритные клетки в качестве АПК не только обеспечивают саму возможность начала развития лимфоцитарного иммунного ответа (или толерантность), но и программируют направление эффекторной дифференцировки будущих иммунных T–лимфоцитов.

После того как T–лимфоцит пройдет несколько циклов пролиферации, на его мембране происходит экспрессия ещё одного лиганда для тех же молекул B–7. Это молекула CTLA–4. CTLA–4 связывает B–7 с существенно большей (примерно в 20 раз) аффинностью, чем молекула CD28, но CTLA–4 посылает в клетку негативный сигнал и тем самым останавливает пролиферацию антигенспецифичного клона. Мыши с нокаутом (knock–out) по гену CTLA–4 погибают от лимфопролиферативных процессов.

7.3.3. Цитокины

Цитокины — это разнообразные биологически активные молекулы, секретируемые клетками «с целью» воздействия через специфические Рц для каждого из цитокинов на рядом расположенную клетку (или на себя же).

Цитокины отличаются и множественностью, и разнообразием структуры, и ещё многими свойствами и от нейромедиаторов, и от гормонов внутренней секреции. В отличие от контактных взаимодействий клеток мембранными молекулами взаимодействия посредством цитокинов более динамичные и оперативные благодаря определённым особенностям синтеза, секреции и рецепции цитокинов. В отличие от гормонов внутренней секреции в норме цитокины практически не попадают в системную циркуляцию и действуют локально в тканях в месте их выработки (известно два «исключения»: в крови здоровых людей в определимых количествах циркулируют цитокины ТФР и M–CSF).

Для цитокинов характерны следующие общие свойства.

· Цитокины — это как бы «эсперанто» в межклеточном общении. Одноимённые цитокины продуцируются клетками разной тканевой дифференцировки. И Рц для одноимённых цитокинов экспрессированы на клетках различной тканевой дифференцировки. Таким образом, клетки разных тканей «говорят» друг с другом и «могут быть услышаны» друг другом. Именно посредством цитокинов в первую очередь система лимфоцитарного иммунитета сращена с другими биологическими системами резистентности к инфекциям и со всем организмом в целом. Хотя в целостной интеграции участвуют, очевидно, и нервная и эндокринная системы.

· Цитокины в подавляющем большинстве случаев — это близкодействующие медиаторы локальных взаимодействий клеток в очагах тех или иных процессов в тканях, даже пары клеток, т.е. типичное место работы цитокина — межклеточный синапс. В зависимости от известных параметров иррадиации эффектов цитокинов выделяют аутокринные эффекты (на саму клетку, секретировавшую цитокин) и паракринные эффекты (на рядом расположенные клетки). Есть и эндокринные эффекты, т.е. дистантные, их ещё называют системными, так как при этом цитокин достигает клетки–мишени, циркулируя с кровью. Но эндокринные эффекты выявлены только для 4 цитокинов (TNF–a, ИЛ–1, ИЛ–6, M–CSF) и не у здоровых организмов, а при тяжёлой системной патологии типа септического шока. У здоровых людей в крови удаётся обнаружить только два цитокина — ТФРb и M–CSF. Имеет ли это нормальное физиологическое значение и если да, то какое, неизвестно.

· Цитокины не депонируются в клетках, а синтезируются импульсно, «по запросу», начиная с транскрипции мРНК цитокина с соответствующего гена. Единственное известное исключение — депонирование небольших количеств TNF–a в гранулах тучных клеток. Но TNF–a «претендует» быть исключением и в других отношениях. Возможно ещё ИЛ–1 депонируется в некоторых количествах в кератиноцитах.

· Матричная РНК цитокинов короткоживущая, что объясняет транзиторный характер их продукции клеткой: они вырабатываются вскоре после получения «запроса» на их продукцию и недолго.

· Для цитокинов характерна каскадность действия или «сеть» (network): воздействие одного цитокина на клетку вызывает выработку этой клеткой других или того же цитокина(ов). При этом в клетке–продуценте работают, очевидно, биологические часы: в начальный период процесса клетка самостимулируется на продукцию активационных цитокинов, через несколько часов или суток та же клетка переключается на синтез супрессорных цитокинов и/или экспрессирует тормозные Рц либо Рц для апоптозных сигналов.

Наиболее изученной в настоящее время системой действия конкретного цитокина является система ИЛ–1. Природный ИЛ–1 имеет два варианта — агониста — ИЛ–1a и ИЛ–1b. Существует специальный фермент — конвертаза интерлейкина–1 — ICE (этот фермент оказался каспазой–1). Кроме этого, есть молекулярный антагонист — ингибитор ИЛ–1 (ИЛ–1Ra) — конкурент за Рц, причём в трёх изоформах (значение каждой неясно). Существуют и три варианта Рц для ИЛ–1 — типы I, II и III. Причём если Рц типов I и III проводят активационные сигналы в клетку, то Рц типа II — «тупиковая ловушка», не проводящая активационный сигнал, т.е. это ещё один внутрисистемный механизм негативной регуляции. Данный Рц типа II экспрессируется на клеточной мембране и секретируется в тканевую жидкость.

· Для действия цитокинов характерно свойство избыточности, «многословия», «чрезмерности». Данное понятие объединяет плейотропность влияния каждого единичного цитокина и взаимозаменяемость действия разных цитокинов. Это означает, что внешне одинаковые биологические эффекты могут вызывать разные цитокины, а каждый один цитокин индуцирует и в одной клетке, и тем более в разных различные биологические эффекты. Такая природная закономерность ещё более усложняет фармакологическое использование препаратов цитокинов.

Прежде чем описывать биологические свойства конкретных цитокинов, следует уточнить понятие биологического эффекта цитокина. Один и тот же цитокин может вызывать самые разные, вплоть до противоположных, эффекты в разных клетках. Вот в этом случае и надо понимать, что понятие биологического эффекта относится не к цитокину. Цитокин для клетки–мишени — это только и всего лишь внешний лиганд для её Рц. Что произойдет с клеткой после связывания этого лиганда с Рц (а это и есть биологический эффект), зависит от внутренней программы дифференцировки клетки–мишени. В дальнейшем мы тоже будем употреблять выражения типа «интерферон–g активирует макрофаги», чтобы говорить короче, но это надо понимать правильно: для конкретной системы отношений «макрофаг, имеющий Рц для интерферона–g и внеклеточного интерферона–g», известно, что наступающее биологическое последствие связи ИФН–g с Рц для ИФН–g заключается в существенной активизации внутриклеточной биохимической машины макрофага, индукции определённых ферментов и т.д.

Учитывая сказанное, рассмотрим основные функциональные группы цитокинов. По функциональному предназначению с известной долей относительности выделяют 5 групп цитокинов: (1) гематопоэтические; (2) цитокины доиммунного воспаления; (3) цитокины–организаторы лимфоцитарного иммунного ответа; (4) цитокины–медиаторы иммунного воспаления; (5) противовоспалительные (иммуносупрессорные) цитокины.

1. Гематопоэтические цитокины — регуляторы пролиферации и дифференцировки всех клеток кроветворной системы. К ним относят колониестимулирующие факторы — CSF (colony–stimulation factors) для гранулоцитарно/моноцитарной клетки–предшественницы (GM–CSF), для предшественника моноцитов (M–CSF), для предшественника гранулоцитов (G–CSF); эритропоэтин, тромбопоэтин, ИЛ–3 (мульти–CSF), ИЛ–5 (CSF для эозинофилов), ИЛ–7 (CSF для лимфоцитов), стволовоклеточный фактор — SCF (его второе название «c–kit–лиганд» — фактор роста предшественников тучных клеток). К гемопоэтинам относят и ИЛ–1 под вторым названием — гемопоэтин–1, так как он поддерживает рост самых ранних клеток — предшественников кроветворения.

Негативные регуляторы гемопоэза — фактор некроза опухоли TNFa и трансформирующий фактор роста ТФРb. Хемокин MIP–a ингибирует ранние клетки–предшественницы гемопоэза.

2. Цитокины доиммунного воспаления делят на две подгруппы.

à Первичные провоспалительные цитокины — «трио» ИЛ–1, TNFa, ИЛ–6. Они чрезвычайно плейотропны и активируют ткани вокруг себя. Их продуцируют главным образом макрофаги и лимфоидные дендритные клетки покровных структур в очаге внедрения патогена. ИЛ–1 и TNFa действуют преимущественно локально (если нет септического заражения крови), ИЛ–6 индуцирует биосинтез белков острой фазы в печени;

à Вторичные воспалительные цитокины — хемокины — большая группа (более 50) малых по размерам белков, вызывающих и обеспечивающих передвижение лейкоцитов и лимфоцитов в тканях (табл. 7.6). Кроме того, большинство хемокинов поддерживает ангиогенез и продукцию коллагенов клетками соединительной ткани (регенерацию). Считают, что при соответствующих условиях любая клетка организма продуцирует те или иные хемокины.

Таблица 7.6. Номенклатура хемокинов человека (Конференция по хемокинам, Кистоун, Колорадо, 18–23 января 1999 г.)

Примечания. SCY — small inducible cytokine (A#,B#) (малый индуцибельный цитокин); MIP — macrophage inflammatory protein (провоспалительный белок макрофагов); MCAF — monocyte chemotactic and activating factor (фактор хемотаксиса и активации моноцитов); MCP — monocyte chemotactic protein (белок хемотаксиса моноцитов); NCC — new CC chemokine; Lkn — leukotactin; TARC — thymus and activation–regulated chemokine; PARC — pulmonary and activation–regulated chemokine (лёгочный, регулируемый активацией хемокин); AMAC — alternative macrophage activation–associated CC chemokine (другой CC–хемокин активированных макрофагов); DCCK — dendritic cell chemokine (хемокин дендритных клеток); LARC — liver and activation–regulated chemokine (печёночный, регулируемый активацией хемокин); exodus — «Исход» (массовая эмиграция); согласно Ветхому Завету, массовая эмиграция евреев из Египта; SLC — secondary lymphoid tissue chemokine (хемокин вторичных лимфоидных органов); MDC — macrophage–derived chemokine (происходящий из макрофагов хемокин); MPIF — myeloid progenitor inhibitory factor (миелоидных предшественников ингибирующий фактор); eotaxin — назван в связи с накоплением эозинофилов под влиянием этого хемокина; TECK — thymus–expressed chemokine (экспрессируемый в вилочковой железе хемокин); CTACK — cutaneous T cell–attracting chemokine (привлекающий T–лимфоциты кожи хемокин); MGSA — melanoma growth stimulatory activity, alpha (стимулирующий рост меланомы фактор альфа); GRO (от growth) — стимулирующий рост; PF4 — platelet factor 4 (тромбоцитарный фактор 4); GCP — granulocyte–chemoattractant protein (хемотактический белок для гранулоцитов); NAP — neutrophil–activating peptide (активирующий нейтрофилы пептид); MDNCF — monocyte-derived neutrophil chemotactic factor (происходящий из моноцитов хемокин для нейтрофильных лейкоцитов); IP–10 — interferon–gamma–inducible protein 10 (индуцируемый ИНФ–g белок 10); Mig (Humig) — (human) monokine induced by gamma interferon (индуцируемый ИНФ–g монокин); SDF — stromal cell–derived factor (происходящий из клеток стромы фактор);

3. Цитокины — организаторы лимфоцитарного иммунного ответа — цитокины, регулирующие пролиферацию и дифференцировку T– и B–лимфоцитов и NK в периферических лимфоидных органах и тканях. Такие цитокины продуцируют в первую очередь активированные профессиональные АПК (дендритные клетки и макрофаги) и затем сами лимфоциты. К этой группе относят ИЛ–2 (митоген для лимфоцитов), ИЛ–4, 12 и 15, ИФН–g.

4. Цитокины — медиаторы иммунного воспаления — цитокины, продуцируемые иммунными T–лимфоцитами и направленные на активацию лейкоцитов общевоспалительного назначения: ИФН–g (активатор макрофагов и NK), ИЛ–5 (индуктор и активатор эозинофилов); лимфотоксины (активатор нейтрофилов), лимфотоксин–a (обеспечивает образование воспалительных гранулем in vivo).

5. Противовоспалительные (иммуносупрессорные) цитокины — ИЛ–10 (продуцируется макрофагами и ингибирует макрофаги) и ТФР–b (продуцируется иммунными CD4⁺ T–лимфоцитами и ингибирует дальнейшую пролиферацию лимфоцитов). Кроме них цитокины, оказывающие ингибирующее действие на макрофаги, также в конкретных процессах проявляют себя как противовоспалительные — интерлейкины 4 и 13.

Существует классификация цитокинов по структурному принципу. Она проста по форме, трудно применима по смыслу, но несёт в себе конкретную морфологическую информацию (табл. 7.7).

Таблица 7.7. Структурная классификация цитокинов

Приведём данные о биологических эффектах в разных клетках–мишенях наиболее охарактеризованных цитокинов T–лимфоцитов (табл. 7.8).

Таблица 7.8. Биологические эффекты цитокинов T–лимфоцитов в моделях на мышах

Хемокины

Хемокины — это цитокины специального назначения: они привлекают в очаг воспаления лимфоциты и лейкоциты из циркулирующей крови. Молекулы хемокинов невелики, состоят из 66–76 АК–остатков. Они обладают свойством связываться с молекулами межклеточного матрикса, с одной стороны, и обратимо связывать свои молекулы–лиганды на мембране клетки–мишени — с другой. Хемокин диффундирует от клетки–продуцента по межклеточному матриксу, при этом создаётся градиент его концентрации, нарастающей по мере приближения к месту продукции хемокина. Нужный лимфоцит или лейкоцит «прыгает» по молекулам хемокина, фиксированным на матриксе, как с кочки на кочку. В настоящее время идентифицировано не менее 50 хемокинов.

По особенностям химической структуры, а именно по конфигурации остатков цистеина (в однобуквенном обозначении С) в N–конце молекулы хемокины делят минимум на 6 групп (семейств):

· CC — содержат два остатка цистеина подряд;

· ELR⁺–CXC — содержат в том же месте два остатка цистеина, разделённых вариабельной АК (X), перед ними расположены остатки глутамина (Е), лейцина (L), аргинина (R) — такие хемокины являются аттрактантами для нейтрофилов;

· ELR^––CXC — содержат в том же месте два остатка цистеина, разделённых вариабельной АК (X), перед ними расположены другие АК (не Glu–Leu–Arg) — такие хемокины являются аттрактантными для лимфоцитов;

· С — содержит один остаток цистеина в гомологичном месте молекулы;

· СХХХС (или СХЗС) — содержат два остатка цистеина, разделённых какими–либо 3 АК–остатками;

· 6–цистеин–CC — содержат, кроме двух остатков цистеина, ещё один остаток цистеина в 6–м положении.

Приведём краткую характеристику нескольких хемокинов с указанием Рц для них, если они известны (табл. 7.8). Рц для хемокинов в последние годы привлекают к себе особое внимание: появились факты, свидетельствующие о том, что вирус иммунодефицита человека (по крайней мере некоторые его квазивиды) «пользуется» некоторыми указанными Рц для проникновения в клетки человека. При всем разнообразиии конкретных форм все Рц для хемокинов имеют похожую характерную структуру — «гармошку» из 7 трансмембранных слоев G–связывающих белков.

Таблица 7.9. Хемокины (некоторые) и их рецепторы

Примечания. GRO (a, b, g) — growth–related oncogene; IP–10 — interferon g inducible protein 10; MIP (1a; 1b; 3a; 3b) — macrophage inflammatory protein; RANTES — regulated on activation normal T cell expressed and secreted; SDF — stromal cell–derived factor. * Кроме этих хемокинов, в разработке находятся ещё десятки, среди которых MIP–3a, MIP–3b, MDC (macrophage–derived chemokine), TARC (thymus and activation–regulated chemokine), TECK (thymus–expressed chemokine), SLC (secondary lymphoid tissue chemokine), GCP (granulocyte–chemoattractant protein), BCA (B cell–attracting chemokine), LARC (liver and activation–regulated chemokine) exodus, он же MIP–3a. Названия этих хемокинов являются фактически краткой формулировкой наблюдаемых биологических свойств и эффектов. ** ELR — триплет глутамат—лейцин—аргинин, который присутствует (+) или не присутствует (–) перед первым инвариантным остатком цистеина.