Механизм активации наивных В-лимфоцитов и превращения их в зрелые антителопродуцирующие клетки

Как уже было отмечено ранее, вторичный лимфоцитопоэз В-лимфоцитов для полноценного своего развития требует стимуляции В-клетки двумя сигналами:

ü специфическим антигеном, вступающим во взаимодействие с антигенраспознающим поверхностным рецептором В-лимфоцита. В качестве такого рецептора выступает мономерная форма IgМ, встроенная в мембрану наивного В-лимфоцита и ассоциированная со специальными вспомогательными белками (Igα и β)

ü цитокинами, продуцируемыми CD4-Т-хелперами. При этом необходимо непосредственное взаимодействие В-лимфоцитас Т-хелпером соответствующей специфичности. Достигается такое взаимодействие между В-клеткой и Т-хелпером благодаря частичному преобразованию патогена внутри В-лимфоцита и последующей презентации его в иммуногенной форме Т-хелперу. Так, антигенраспознающий рецептор В-лимфоцита, образованный мономерным IgМ,

· с одной стороны, служит для распознавания специфического антигена и передачи сигнала о встрече с антигеном непосредственно внутрь клетки (в передаче сигнала об антигене внутрь клетки принимают участие вспомогательные белки – Igα и β, активирующие цитоплазматические тирозинкиназы),

· а, с другой, – выступает в качестве молекулярного фактора захвата антигена и переноса его в цитоплазму В-лимфоцита.

Внутри В-лимфоцита антиген подвергается частичному расщеплению до отдельных пептидов, которые объединяются с молекулами МНС II класса и в комплексе с ними выводятся на поверхность В-клетки. Иммуногенный комплекс «молекула МНС II класса – антигенная детерминанта» распознается специфическими рецепторами определенной наивной CD4-Т-клетки и обуславливает последующую дифференциацию этой клетки в Т-хелпер (тогда как распознавание CD4-Т-клеткой такого иммуногенного комплекса, ассоциированного с макрофагами или дендритными клетками, обуславливает ее дифференциацию в Т-клетку воспаления). Дифференцирующийся в результате стимуляции иммунным комплексом «молекула МНС II класса – антигенная детерминанта», расположенным на поверхности В-лимфоцита, Т-хелпер обеспечивает второй сигнал для активации В-клеток.

Вместе с тем, некоторые патогены могут самостоятельно индуцировать полноценный вторичный лимфоцитопоэз наивных В-лимфоцитов без участия Т-хелперов. Такие антигены получили название тимуснезависимых (T- independing antigens, TI antigens) и отличаются от остальных наличием в своем составе:

ü либо специального митогенного участка, заменяющего сигнал от Т-хелперов,

ü либо многократно повторяющихся одинаковой специфичности эпитопов, способных в результате многократного связывания с антигенраспознающими рецепторами наивного В-лимфоцита (многоточечного взаимодействия антигена с антигенраспознающими рецепторами наивного В-лимфоцита соответствующей специфичности) самостоятельно индуцировать его антигензависимый лимфоцитопоэз.

Тимуснезависимые антигены, в свою очередь, подразделяются на 2 класса, каждый из которых активирует В-клетки определенным «своим» способом. В частности, тимуснезависимые антигены первого класса имеют в своем составе митогенный участок, заменяющий сигнал от Т-хелперов, благодаря чему они способны непосредственно стимулировать пролиферацию В-клеток. Причем в случае высокой их концентрации в организме они индуцируют пролиферацию и дифференцировку всех В-клеток, независимо от специфичности их антигенраспознающих рецепторов. В связи с этим тимуснезависимые антигены первого класса получили название поликлональных активаторов, или В-клеточных митогенов. Примером таких антигенов могут служить липополисахариды бактерий. В случае высоких их концентраций в зараженном организме, когда не возникает конкуренции за специфическое взаимодействие между рецепторным IgМ и специфическим эпитопом TI-антигенов первого класса, наблюдается поликлональный ответ. В условиях, когда концентрация антигена незначительна, преимущество остается за клетками, способными к двойному распознаванию – как митогенного участка, так и антигенного эпитопа, что обуславливает клональную экспансию антигенспецифических наивных В-клеток. В случае обычного инфекционного процесса концентрация TI-антигенов первого класса незначительна, что обуславливает активацию только лишь тех наивных В-лимфоцитов, антигенраспознающие рецепторы которых проявляют специфичность в отношении эпитопных участков данных антигенов. В результате продуцируемые потомками таких В-лимфоцитов антитела будут взаимодействовать только с TI-антигеном первого класса. Такой ответ развивается к ряду внеклеточных инфекционных агентов, и формируется он быстрее, чем Т-зависимый иммунный ответ, поскольку не требует времени на созревание антигенспецифических Т-хелперов. Большая скорость такого ответа сопряжена с некоторым его несовершенством: он напоминает «скорую помощь» в самом начале развития инфекции. Несовершенство такого ответа, прежде всего, состоит в том, что TI-антигены первого класса, действуя самостоятельно, не способны индуцировать переключение синтеза антител с одного изотипа на другой, не оказывают влияния на повышение аффинности антител к антигенам, не создают клеток памяти, поскольку все эти процессы требуют участия Т-хелперов.

Тимуснезависимые антигены второго классапредставлены молекулами, имеющими часто повторяющиеся идентичные эпитопные участки. К этому классу антигенов относятся полисахариды бактериальной стенки, высокополимерные высокомолекулярные белки (например, гемоцианин). Механизм активации наивных В-клеток такими антигенами связан с перекрестным сшиванием между повторяющимися эпитопами одинаковой специфичности и поверхностными рецепторными IgМ лимфоцита. До настоящего времени точно не выяснено является ли ответ наивных В-лимфоцитов на тимуснезависимые антигены второго класса полностью независимым от Т-хелперов. Вместе с тем, показано, что удаление из культуры клеток in vitro всех Т-клеток приводит к подавлению ответа на данные антигены, тогда как введение незначительного количества Т-клеток значительно усиливает иммунный ответ к данным антигенам. Вероятнее всего, наиболее ранний ответ к тимуснезависимым антигенам второго класса, проявляющийся в синтезе IgМ, формируется без помощи Т-хелперов, тогда как более поздний, характеризующийся переключением на синтез IgG, требует включения Т-хелперов.

Большинство антигенов относятся к категории тимусзависимых, т.е. для полноценной активации наивных В-лимфоцитов требуют участия Т-хелперов и непосредственного взаимодействия Т-хелперас В-лимфоцитом. При этом В и Т-лимфоцит, совместно участвующие в реакции на определенный антиген, как правило, распознают разные его эпитопные участки. Явление распознавания В и Т-лимфоцитами разных эпитопов одного и того же антигена получило название сцепленного распознавания. Первоначально, В-лимфоцит своим антигенраспознающим рецептором (поверхностным IgМ) вступает во взаимодействие с нативным эпитопом, выходящим на поверхность антигена. После захвата антигена В-лимфоцитом и частичного расщепления высвобождаются какие-то пептидные фрагменты (эпитопы «линейного типа»), которые объединяются с собственными молекулами МНС II класса, выходят на поверхность В-лимфоцита и представляются для распознавания и антигензависимой активации наивных CD4-Т-клеток, дифференцирующихся в Т-хелперы. При этом секретируемые плазматической клеткой антитела будут проявлять специфичность только в отношении того «конформационного типа» эпитопа антигена, с которыми взаимодействуют антигенраспознающие рецепторы наивного В-лимфоцита, но не по отношению к эпитопам, распознаваемым Т-хелпером. Образующиеся антитела будут оказывать как нейтрализующее, так и опсонизирующее действие: с одной стороны, связываясь с антигеном, они экранируют его от проникновения в собственные клетки организма, а, следовательно, предотвращают дальнейшее заражение клеток, а, с другой, – путем присоединения к Fc-рецепторам фагоцитов облегчают фагоцитоз антигенов.

Мембранные и гуморальные активаторы для В-клеток, продуцируемые Т-хелперами. Т-хелперы, распознавшие комплекс антигенного пептида с молекулой МНС II класса на поверхности В-лимфоцита, активируют его к пролиферации и дифференцировке в зрелые антителопродуценты – плазматические клетки. При этом Т-хелперы после взаимодействия с В-лимфоцитом начинают экспрессировать мембранносвязанные и секреторные формы молекулярных активаторов. Наиболее важными эффекторными молекулами Т-хелперов на ранней стадии активации В-клеток является лиганд CD40,относящийся к семейству цитокинов ФНО (факторов некроза опухоли). Этот лиганд связывается с поверхностной молекулой В-лимфоцитов, аналогичной рецепторам к ФНО-α на поверхности макрофага. Вторым стимулирующим В-клетки фактором является интерлейкин-4, секретируемый Т-хелперами только после вступления их в контакт с В-лимфоцитами. Таким образом, подобно макрофагам, требующим для своей активации действия двух молекулярных сигналов, продуцируемых Т-клетками воспаления (поверхностного ФНО-α и интерферона g), для активации наивных В-клеток, кроме антигенной стимуляции, необходимо еще 2 стимулятора – CD40-лигандна поверхности Т-хелперов и продуцируемый ими интерлейкин 4. Вместе с тем, если активация инфицированных макрофагов приводит к быстрому проявлению эффекторного их действия – разрушению патогенов, то начальный этап активации наивных В-клеток связан с рядом подготовительных процессов, и, в первую очередь, с клональной экспансией специфичных В-лимфоцитов, что обуславливает накопление клеток антигенспецифического клона, которые после завершения пролиферации переходят к дифференцировке в плазматические клетки, секретирующие антитела данной специфичности. При этом на заключительном этапе антигензависимой дифференцировки В-клеток определенный вклад в этот процесс вносят два дополнительных цитокина – интерлейкин-5 и интерлейкин-6, вырабатываемые Т-хелперами.

Переключение синтеза изотипов антител определенной специфичности при гуморальном иммунном ответе. По мере развития гуморального иммунного ответа синтез антител переключается с одного изотипа на другой при сохранении их исходной специфичности. Так, на ранних стадиях иммунного ответа доминирующим изотипом является IgМ, и в очень незначительном количестве представлен IgD. Позднее, по мере развития антителогенеза происходит замена синтеза IgМ на IgG, IgА и IgЕ. Замечено, что описанное переключение в синтезе изотипов антител не возможно при дефекте экспрессии CD40-лиганда,принимающего участие в контактном взаимодействии Т-хелперов с В-лимфоцитами. При подобной форме иммунодефицита наблюдается необычно высокое содержание IgМ в сыворотке крови на фоне отсутствия продукции иммуноглобулинов других изотипов. Активная продукция IgМ при недостаточной помощи Т-хелперов (вследствие дефицита CD40) может быть связана с ответом В-клеток на тимуснезависимые антигены. Таким образом, для сбалансированной продукции различных классов антител необходимо включение в антигензависимую активацию В-клеток Т-хелперов. При этом участие Т-хелперов в процессах переключения синтеза одних изотипов антител на другие такой же специфичности заключается в продукции ими определенных цитокинов, влияющих на данный процесс. Так, интерлейкин-4 способствует переключению синтеза IgМ на IgG1, ФНОβ – на IgG2b и IgА, интерлейкин-5 усиливает продукцию IgА, когда переключение в геноме для синтеза данного изотипа уже произошло под влиянием ФНОβ. Наряду с Т-хелперами, определенное участие в переключении синтеза изотипов антител принимают и Т-клетки воспаления посредством вырабатываемого ними интерферона g, который преимущественно индуцирует синтез IgG2а и IgG3. При этом, в отличие от Т-хелперов, Т-клетки воспаления оказывают гораздо более слабое стимулирующее влияние на количественную продукцию антител плазматическими клетками.

Таким образом, участие Т-хелперов в гуморальном иммунном ответе имеет двойное проявление:

ü во-первых, они инициируют пролиферацию и дифференцировку распознавших антиген В-лимфоцитов,

ü во-вторых, Т-хелперы оказывают прямое действие на переключение синтеза антител с одного изотипа на другой.

Повышение аффинности антител в процессе формирования иммунного ответа. По мере развития иммунного ответа происходит не только переключение синтеза антител с одного изотипа на другой, но и повышается (в 2-3 раза) их аффинность (сродство) к антигенному эпитопу, индуцирующему их образование, а также снижается степень их гетерогенности. Одной из гипотез, пытающейся объяснить такой феномен, является гипотеза о гипермутабельности генов, контролирующих вариабельные домены иммуноглобулинов. Известно, что мутационный уровень для всех соматических клеток составляет замену одной из 10¹² пар азотистых оснований ДНК при одном клеточном делении. Согласно гипермутационной теории частота замен азотистых оснований в генах, кодирующих вариабельные домены цепей иммуноглобулинов, составляет одну замену на 10³ пар оснований при одном делении. При этом гипермутабельность не затрагивает гены, контролирующие константные регионы. Вместе с тем, такая гипотеза кажется умозрительной и не укладывается в современные концепции молекулярной генетики. Более вероятным выглядит представление о селекции антигенспецифических В-клонов. Согласно этому представлению на начальных этапах антигензависимого лимфоцитопоэза в реакцию распознавания антигена вступают клетки нескольких клонов, имеющих иммунноглобулиновые рецепторы, проявляющие сродство к данному антигенному эпитопу, но при этом несколько отличающиеся друг от друга строением антигенсвязывающего центра. В связи с этим пул специфических антител к данному антигенному эпитопу на ранних этапах иммунного ответа будет весьма гетерогенным. В последующем, клон В-лимфоцитов, проявляющий наиболее высокое сродство к антигенному эпитопу, будет обладать селективным преимуществом в размножении за счет большей энергии связи с антигеном, что и обеспечит ускоренное накопление высокоаффинных антител. Именно в этом клоне вступят в работу механизмы переключения синтеза IgМ на IgG и формирования клеток памяти. В связи с этим по мере развития антигензависимого В-лимфоцитопоэза увеличивается как аффинность антител к антигену, так и происходит преимущественное переключение на синтез IgG.

Образование активных антителопродуцирующих клеток. В-лимфоциты в местах своей активации антигеном, происходящей с участием Т-хелперов, образуют светлые центры размножения, представляющие собой места пролиферации, трансформации и селекции В-клеточных клонов. При этом В-лимфоциты, активированные Т-хелперами в тимусзависимой зоне лимфоидных органов (в паракортикальной зоне лимфатических узлов, периартериальных влагалищах селезенки, на периферии лимфоидных фолликулов) либо сразу дифференцируются в плазматические клетки, продуцирующие ранние, суммарно низкоаффинные антитела, либо перемещаются в лимфоидные фолликулы и образуют в них светлые центры размножения. Внутри лимфоидного фолликула они, во-первых, подвергаются селекции на наличие высокоаффинных антигенраспознающих иммуноглобулиновых рецепторов и, во-вторых, завершают дифференцировку в плазмоциты, продуцирующие антитела высокой аффинности по отношению к антигенам. При этом часть В-клеток с высокоаффинными рецепторами трансформируется в В-клетки памяти.

Сам лимфоидный фолликул, характеризующийся преобладанием В-лимфоцитов над Т-клетками, а, следовательно, участвующий преимущественно в гуморальных иммунных реакциях, содержит покоящиеся В-клетки, плотно упакованные вокруг специализированных клеточных типов, называемых фолликулярными дендритными клетками. Дендритные клетки фолликула отличаются от дендритных клеток, активирующих Т-лимфоциты, по крайней мере, двумя признаками:

ü они представляют на своей поверхности нативный чужеродный антиген и способны длительное время его сохранять

ü они экспрессируют специализированную молекулу CD23, выступающую в роли лиганда для молекулы CR2, находящейся на поверхности В-лимфоцита. Взаимодействие между CD23 фолликулярных дендритных клеток и CR2 В-лимфоцитов принимает участие в селекции высокоаффинных В-клеток.

Проникшие в первичный (покоящийся) лимфоидный фолликул активированные В-клетки начинают интенсивно делиться, образуя бластные формы (т.н. центробласты). Собственно первичный лимфоидный фоликул, накопивший центробласты, гистологически определяется как центр размножения, или вторичный фолликул. Центробласты дифференцируются в центроциты, представляющие собой те же В-клетки, но прошедшие активацию Т-хелперами и бластную стадию развития. При этом присутствующий на поверхности фолликулярных дендритных клеток антиген выступает в качестве фактора отбора центроцитов на наличие у них высокоаффинных антигенраспознающих рецепторов; этот специфический отбор закрепляется формированием связи между молекулами CD23 фолликулярных дендритных клеток и CR2 В-лимфоцитов. В-клетки, не прошедшие отбор на высокое сродство к антигену, погибают (в связи с этим в активных лимфоидных фолликулах обнаруживаются и апоптические клетки). В-лимфоциты, прошедшие отбор на аффинность к антигену, начинают экспрессировать ген bcl-2⁺, продукт которого защищает их от апоптоза, и постепенно перемещаются на периферию центра размножения, где они дифференцируются либо в плазмоциты, активно продуцирующие антитела, либо в В-клетки памяти. Фактор, от которого зависит дифференцировка В-лимфоцитов либо в плазматические клетки, либо в В-клетки памяти окончательно не ясен. Вместе с тем, существует предположение, согласно которому взаимодействие только между CR2 В-лимфоцитов и лигандом CD23 дендритных клеток приводит к превращению центроцитов в плазмоциты, тогда как одновременный контакт с Т-хелперами, осуществляемый путем взаимодействия рецептора CD40 В-лимфоцита с CD40L Т-клетки, приводит к трансформации центроцитов в В-клетки памяти.