В дальнейшем выжившие Т-лимфоциты опускаются в мозговой слой тиму-са, где проходят этап отрицательной (негативной) селекции. При этом они вза-имодействуют с тимическими дендритными клетками , экспрессирующими комплексы молекул гистосовместимости с пептидами, полученными из разно-образных молекул собственного организма. В результате подобного взаимо-действия выживают только те Т-лимфоциты, чей антигенраспознающий ре-цептор не способен распознавать указанные комплексы, а остальные гибнут путем индуцированного апоптоза что достигается за счет продукции глюкокор-тикоидов. За счет механизма отрицательной селекции осуществляется профи-лактика аутоиммунных заболеваний .
В целом выживает лишь около 2-5% всех клеток, прибывших в тимус для дифференцировки, что свидетельствует о чрезвычайно жестком отборе Т-лимфоцитов и высокой степени надежности механизма формирования централь-ной иммунной толерантности . Однако все же в тимусе представлены не все имеющиеся аутоантигены, поэтому необходимо осуществление механизмов поддержания толерантности на периферии.
Суть клонально-селекционной теории Ф.Бернета заключается в том, что в процессе созревания лимфоцитов происходит строгая выбраковка клеток по следующим признакам:
Неспособность к распознаванию рецепторов МНС 1 и МНС 2 клеток собственного организма;
Способность к распознаванию собственных антигенов, презентируемых на МНС 1 и МНС 2.
Клетки, имеющие вышеперечисленные признаки, подлежат уничтожению. Остальные лимфоциты продолжают дифференцировку и становятся родоночальниками клонов – групп лимфоцитов, имеющих антигенраспознающий рецептор одинаковой специфичности.
Селекция т-лимфоцитов
Незрелые T-лимфоциты мигрируют из костного мозга в кору тимуса и начинают интенсивно делиться. В коре тимуса в процессе контакта с эпителиальными клетками тимуса, которые экспрессируют и MHC I и MHC II молекулы осуществляется позитивная селекция. Лимфоциты, способные взаимодействовать с молекулами МНС, получают позитивный стимул - сигнал к размножению, а клетки неспособные взаимодействовать с МНС получают негативный сигнал к самоликвидации (апоптозу).
Далее прошедшие позитивную селекцию лимфоциты мигрируют в мозговое вещество тимуса и на границе коры и мозгового вещества происходит негативная селекция Т-лимфоцитов. Негативная селекция осуществляется в процессе их взаимодействия с дендритными клетками и макрофагами, которые презентируют собственные антигены организма.
Аутоагрессивные Т-лимфоциты получают сигнал к самоликвидации (негативная селекция), аутотолерантные – продолжают размножаться и покидают мозговое вещество тимуса, расселяются по периферическим органам иммунной системы. Было показано, что в процессе селекции не проходит отбор и погибает около 95% Т-лимфоцитов.
Лимфоциты, располагающиеся в корковом слое тимуса вначале имеют на мембране как CD4, так и CD8 – рецепторы. Далее клетки, распознающие MHC I теряют CD4 и становятся CD8+ , т.е. превращаются в ЦТЛ, а клетки, распознающие MHC II – наоборот, теряют CD8 и превращаются в CD4+, т.е. в Т-хелперы.
Т-лимфоциты, прошедшие дифференцировку и отбор в тимусе называются «наивные» Т-лимфоциты. После встречи с соответствующим антигеном они превращаются в примированные или эффекторные Т-лимфоцитами, готовые воспринимать цитокиновые сигналы к активации.
Селекция в-лимфоцитов
В костном мозге незрелые B-лимфоциты, проходят негативную селекцию. Лимфоциты, способные связывать собственные антигены своим поверхностным антигенраспознающим рецептором IgM, получают сигнал к самоликвидации (апоптозу) и погибают. Прошедшие негативный отбор В-лимфоциты делятся, причем, каждый из них образует группу потомков, клон, обладающих одинаковой специфичностью. Зрелые В-лимфоциты выходят из костного мозга в кровоток и заселяют лимфоидные органы.
Лекция 6. Нарушения иммунитета
К нарушениям иммунитета относятся:
Реакции гиперчувствительности;
Аутоиммунные реакции;
Иммунодефицитные состояния.
Реакции гиперчувствительности. Классификация Джелла и Кумбса – 4 типа реакций гиперчувствительности.
РГЧ 1-го типа.
Астма, сенная лихорадка, экзема, крапивница, пищевая аллергия.
Аллергены: лекарственные вещества, гетерологичная сыворотка, пыльца растений, фекалии микроклещей пыли, пищевые продукты (яйца, молоко, крабы, рыба и др).
Факторы, способствующие проникновению аллергенов в слизистую оболочку являются частицы дизельных выхлопов (ЧДВ), содержащиеся в городской атмосфере.
Наследственная предрасположенность к аллергическим реакциям 1-го типа связана с аллелями HLA-B8 иDR3.
Диагностика: постановка кожных проб.
Лечение: гипосенсибилизация – подкожное введение возрастающих доз аллергена, в результате происходит переключение на преимущественный синтез IgG.
Профилактика: исключение контакта с аллергеном; при необходимости введения гетерологичной лечебной сыворотки – дробное введение по Безредке. Назначение антигистаминных препаратов.
РГЧ 2-го типа – цитотоксические реакции с участием IgGи комплемента. Наблюдаются в случае, если антитела реагируют с антигеном, находящимся на клеточной мембране. При этом к образовавшемуся комплексу присоединяется комплемент, последние фракции которого (С5-С9) называются перфоринами. Белковые молекулы этих фракций встраиваются в клеточную мембрану, образуя крупную пору, через которую в клетку поступает вода. В результате происходит лизис клетки. Этот тип гиперчувствительности может развиться при длительном применении лекарственных преператов, способных адсорбироваться на эритроцитах; пример-антиаритмический препарат квинидин. Примером РГЧ 2-го типа является гемолитическая болезнь новорожденных при резус-конфликте (ретикулоцитоз). Другой пример- тромбоцитопеническая пурпура.
РГЧ 3-го типа связаны с образованием большого количества иммунных комплексов при поступлении в организм большого количества чужеродного белка без предварительной сенсибилизации, например при введении лечебных или профилактических гетерологичных антисывороток. В результате временного дефицита комплемента происходит отложение малых иммунных комплексов в стенках сосудов, суставах, почечных клубочках. После восполнения дефицита комплемента он фиксируется на малых иммунных комплексах (МИК), находящихся в тканях. К образовавшимся большим иммунным комплексам (БИК) мигрируют макрофаги, которые поглощают БИК и выделяют цитокины, вызывающие воспалительную реакцию. Результатом РГЧ 3-го типа является развитие сывороточной болезнм, проявлениями которой являются васкулит, артрит и гломерулонефрит.
РГЧ 3-го типа может проявляться в форме так называемого феномена Артюса. В отличие от сывороточной болезни, феномен Артюса – это бурная местная воспалительная реакция, которая сопровождается некрозом тканей в месте введения антигена. Обязательным условием для развития реакции Артюса является предварительная сенсибилизация организма данным антигеном (чужеродным белком) и наличие в сыворотке крови высокой концентрации антител к этому антигену.
РГЧ 4-го типа происходят с участием цитотоксических лимфоцитов.
Существуют 3 вида РГЧ 3-го типа: контактная, туберкулиновая и гранулематозная.
Контактная гиперчувствительность характеризуется экзематозной реакцией в месте воздействия антигена. Сенсибилизация организма происходит, как правило соединениями никеля, хрома, веществами, входящими в состав моющих средств, т.е гаптенами. Основными АПК при контактной гиперчувствительности являются дендритные клетки кожи – клетки Лангерганса. Реакция контактной гиперчувствительности протекает в 2 стадии: сенсибилизации и проявления. Период сенсибилизации длится около 2-х недель. Гаптен, проникнув в кожу, соединяется с белком. Этот комплекс поглощают дендритные клетки, которые впоследствии презентируют гаптен-белковый комплекс Т-лимфоцитам. В сенсибилизированном организме после повторного контакта с антигеном в течение 48-72 часов происходит миграция Т-лимфоцитов к месту контакта с антигеном и развивается местная воспалительная реакция.
Гиперчувствительность туберкулинового типа. Туберкулин – это фильтрат убитой культуры туберкулезной палочки, содержащий бактериальные антигены. Впервые был получен Р.Кохом.
Реакция гиперчувствительности на туберкулин возникает только у лиц, в организме которых присутствуют живые возбудители туберкулеза. После внутрикожного введения туберкулина к месту введения мигрируют моноциты и сенсибилизированные Т-лимфоциты, которые выделяют цитокины (ФНО-альфа и бета). Цитокины повышают проницаемость сосудистой стенки и в месте введения туберкулина образуется воспалительный инфильтрат, который достигает максимальных размеров через 48 часов.
Гранулематозная гиперчувствительность. Гранулематозные реакции развиваются в тех случаях, когда инфекционный агент остается жизнеспособным в макрофагах, например, при туберкулезе и проказе. Активированный макрофаг, внутри которого находятся живые возбудители, трансформируется в эпителиоидную клетку, которая активно продуцирует цитокины - ФНО. Эпителиоидные клетки сливаются друг с другом, образуя гигантские клетки Лангганса. В центре гранулемы располагаются эпителиоидные клетки, клетки Лангганса и макрофаги. Центр гранулемы окружают Т-лимфоциты. Кнаружи от Т-лимфоцитов находится зона пролиферирующих фибробластов, которые отграничивают зону воспаления от здоровых тканей.
В вилочковой железе элиминируются лимфоциты, способные узнавать антигены собственного организма, т.е. происходит селекция лимфоцитов. В тимусе вырабатываются также гуморальные факторы иммунной системы.
ФУНКЦИЯ
Мозговой слой
Тимоциты из коркового слоя поступают в мозговой слой и дифференцируются в CD4 + и CD8 + лимфоциты. Зрелые T–клетки выходят из мозгового слоя по венулам и выносящим лимфатическим сосудам. Только 3–5% клеток, продуцируемых в тимуcе, покидает этот орган. Оcтальные клетки погибают. В мозговом слое присутствуют макрофаги, уничтожающие погибшие или обречённые на гибель тимоциты. Дегенерирующие эпителиальные клетки мозгового слоя, богатые высокомолекулярным цитокератином, образуют слоистые эпителиальные тельца. Зрелые тимоциты мозгового слоя экспрессируют молекулу CD44, которая связывается с гиалуроновой кислотой и другими компонентами соединительнотканного матрикса, отсутствует в тимоцитах коркового слоя, оседлых клетках и характерна для мигрирующих клеток.
Присутствующие в мозговом слое дендритные клетки фенотипически и функционально гетерогенны. Среди них различают типичные дендритные клетки и так называемые плазмацитоидные. Большая часть субпопуляции типичных дендритных клеток развивается из предшественников непосредственно в тимусе, а их минорная часть образована мигрантами. Типичные дендритные клетки тимуса представляют собственные антигены тимоцитам и играют важную роль в процессе негативной селекции. Плазмацитоидные клетки так названы потому, что по структуре сходны с Ig-продуцирующими плазматическими клетками. Они присутствуют не только в тимусе, но и в тимус-зависимых зонах периферических лимфоидных органов, а также в периферической крови. Плазмацитоидные клетки имеют фенотип CD11c – CD4 + CD123 + CD45RA + HLA-DR + и при вирусной стимуляции обладают уникальной способностью в больших количествах секретировать a-ИФН. Конкретная функция этих клеток в тимусе остаётся неясной.
Молекулы рецепторов в клеточной мембране тимоцита взаимодействуют с комплексом «MHC–аутоантиген» в мембране эпителиальной клетки. Клоны тех тимоцитов, рецепторы которых узнают комплекс «MHC–аутоантиген», уничтожаются. Таким образом, нормально функционирующая иммунная система удаляет в вилочковой железе лимфоциты, запрограммированные активироваться антигенами собственного организма. Перед тем, как покинуть тимус, T–клетки подвергаются отбору. Если T–клетки не участвуют в этом процессе, то они погибают в тимусе течение 3–4 дней. Различают позитивную и негативную селекцию. Выбор между ними зависит от аффинности взаимодействия T–клеточного рецептора с комплексом «MHC-аутоантиген» (рис. 11-14). Взаимодействия с высокой аффинностью приводят к гибели тимоцитов. При взаимодействии с очень низкой аффинностью клетки не получают необходимый для их дифференцировки сигнал и также гибнут. Только в условиях промежуточной аффинности взаимодействия T–клеточного рецептора с комплексом «MHC-аутоантиген» CD4 + CD8 + тимоциты выживают и дифференцируются в CD4 + и CD8 + лимфоциты. Как видно, MHCиграет ключевую роль в отборе T–клеток. Молекулы MHC определяют пептиды (аутоантигены), которые будут представлены T–клеткам и силу действия сигнала на T–клеточный рецептор. В итоге, репертуар отобранных в тимусе T–клеток определяется гаплотипами MHC.
Рис. 11-14. Характер селекции T–лимфоцитов в тимусе определяется аффинностью взаимодействия T–клеточного рецептора с комплексом «MHC-аутоантиген». При высокой аффинности наблюдается негативная селекция и гибель клеток, при промежуточной аффинности клетки размножаются и протекает позитивная селекция. Взаимодействие с низкой аффинностью исключает размножение предшественников и их селекцию, что приводит к гибели клеток.
Центральными органами иммунной системы являются костный мозг и вилочковая железа (тимус). Это органы воспроизведения и селекции клеток иммунной системы. Здесь происходит лимфопоэз - рождение, размножение (пролиферация) и дифференцировка лимфоцитов до стадии предшественников или зрелых неиммунных (наивных) клеток, а также их
«обучение». Внутри тела человека эти органы имеют как бы центральное расположение.
У птиц к центральным органам иммунной системы относят сумку Фабрициуса (bursa Fabricii), локализованную в области клоаки. В этом органе происходит созревание и размножение популяции лимфоцитов - продуцентов антител, вследствие чего они получили название В-лимфоциты У млекопитающих этого анатомического образования нет, и его функции в полной мере выполняет костный мозг. Однако традиционное название «В-лимфоциты» сохранилось.
Костный мозг локализуется в губчатом веществе костей (эпифизы трубчатых костей, грудина, ребра и др.). В костном мозге находятся полипотентные стволовые клетки, которые являются родоначальницами всех форменных элементов крови и, соответственно, иммунокомпетентных клеток. В строме костного мозга происходит дифференцировка и размножение популяции В-лимфоцитов, которые затем разносятся по всему организму кровотоком. Здесь же образуются предшественники лимфоцитов , которые впоследствии мигрируют в тимус, - это популяция Т-лимфоцитов. Фагоциты и некоторые дендритные клетки также образуются в костном мозге. В нем можно обнаружить и плазматические клетки . Они образуются на периферии в результате терминальной дифференцировки В-лимфоцитов, а затем мигрируют назад, в костный мозг.
Вилочковая железа, или тимус , или зобная железа, располагается в верхней части загрудинного пространства. Этот орган отличает особая динамика морфогенеза. Тимус появляется в период внутриутробного развития. К моменту рождения человека его масса составляет 10-15 г, окончательно он созревает к пятилетнему возрасту, а максимального размера достигает к 10-12 годам жизни (масса 30-40 г). После периода полового созревания начинается инволюция органа - происходит замещение лимфоидной ткани жировой и соединительной.
Тимус имеет дольчатое строение. В его структуре различают мозговой и корковый слои.
В строме коркового слоя
находится большое количество эпителиальных клеток коры, названных «клетки-няньки», которые своими отростками образуют мелкоячеистую сеть, где располагаются «созревающие» лимфоциты. В пограничном, корково-мозговом слое располагаются дендритные клетки тимуса,
а в мозговом - эпителиальные клетки Предшественники Т-лимфоцитов, которые образовались из стволовой клетки в костноммозге, поступают в корковый слой тимуса.
Здесь под влиянием тимических факторов они активно размножаются и дифференцируются (превращаются) в зрелые Т-лимфоциты, а
также «учатся» распознавать чужеродные антигенные детерминанты.
Процесс «обучения» состоит из двух этапов, разделенных по месту и времени, и ивиочает «положительную» и «отрицательную » селекцию.
Положительная селекция . Суть ее заключается в «поддержке» клонов Т-лимфоцитов, рецепторы которых эффективно связались с экспрессированными на эпителиальных клетках собственными молекулами МНС, независимо от структуры инкорпорированных собственных олигопептидов. Активировавшиеся в результате контакта клетки получают от эпителиоцитов коры сигнал на выживание и размножение (ростовые факторы тимуса), а нежизнеспособные или ареактивные клетки погибают.
«Отрицательную» селекцию осуществляют дендритные клетки в пограничной, корково-мозговой зоне тимуса. Ее основная цель - «выбраковка» аутореактивных клонов Т-лимфоцитов. Клетки, позитивно реагирующие на комплекс МНС-аутологичный пептид, подвергаются уничтожению путем индукции у них апоптоза.
Итоги селекционной работы в тимусе весьма драматичны: более 99 % Т-лимфоцитов не выдерживают испытаний и погибают. Лишь менее 1 % клеток превращается в зрелые не-иммунные формы, способные распознать в комплексе с аутологичными МНС только чужеродные биополимеры. Ежесуточно около 10 6 зрелых «обученных» Т-лимфоцитов покидают тимус с крово- и лимфотоком и мигрируют в различные органы и ткани.
Созревание и «обучение» Т-лимфоцитов в тимусе имеют важное значение для формирования иммунитета. Отмечено, что эссенциальное отсутствие или недоразвитие тимуса ведет к резкому снижению эффективности иммунной защиты макроорганизма. Такое явление наблюдается при врожденном дефекте развития вилочковой железы - аплазии или гипоплазии
Исходная стадия
субкапсулярная зона коркового вещества тимуса
Пре-т-клетки
малодифференцированные лимфобласты , мигрирующие из красного костного мозга
(ЛИШЕНЫ основных поверхностных маркеров дифференцировки Т-лимфоцитов:
С D 4 и CD 8-корецепторов, «двойные негативы» )
в результате взаимодействия с эпителиоретикулоцитами субкапсулярной области
активно пролиферируют и экспрессируют определенные белки
синтезированная -цепь ТКР индуцирует реорганизационные события в генах, кодирующих α-цепь
формируются "двойные позитивы"
положительная селекция Т-лимфоцитов
Сохраняются только те
Т-лимфоциты , ТКР которых обладают некоторым сродством к молекулам МНС I или II класса
уничтожаются макрофагами, поскольку
не проявляют сродства к молекулам МНС I или II класса
(нереакционноспособны)
в зависимости от того, к каким молекулам МНС проявляют сродство
к МНС II класса
к МНС I класса
формируются "одинарные позитивы"
Отрицательная селекция т-лимфоцитов
сохраняются только те , чтоне проявляют сродства к собственным молекулам
уничтожаются те , чтопроявляют сродство к собственным молекулам , ассоциированным с молекулами МНС
Наивные специфичные т-лимфоциты
превратится в Т-хелпер, а при взаимодействии с антигенным комплексом, представленным на поверхности макрофага, – в Т-клетку воспаления.
Кроме того, в корково-медуллярной зоне на стадии «двойных позитивов» происходит иотрицательная селекция Т-лимфоцитов, заключающаяся в элиминации Т-лимфоцитов, проявляющих сродство к собственным молекулам, ассоциированным с молекулами МНС. Фенотип Т-лимфоцитов, не прошедших отбор на специфичность (положительную или отрицательную селекцию), соотвествует двойным позитивам (С D 4 CD 8 ) и указывает на незавершенность дифференцировки.
Таким образом, Т-лимфоциты, погибающие в тимусе, не выдерживают два условия положительной селекции (проявляют либо очень высокую аффинность ТКР к молекулам МНС, либо вообще ее не проявляют), либо проявляют реакции на собственные антигены, в результате чего элиминируются отрицательной селекцией. Меньшая же часть популяции Т-лимфоцитов, прошедших жесткие условия отбора на специфичность, покидает тимус и расселяется в периферических органах иммунной системы. Весь путь доантигенного развития Т-лимфоцитов создает потенциал для возможной в будущем (в периферических органах иммунной системы) встречи с различными чужеродными антигенами, но при этом исключает выход в циркуляции наивных Т-лимфоцитов, настроенных на собственные антигены и тех клеток, которые не проявляют сродства к молекулам МНС, в результате чего окажутся неспособными взаимодействовать с комплексами «антигенная детерминанта-молекула МНС» на поверхности антигенпрезентирующих клеток, а, значит, и неспособными пройти антигензависимую дифференцировку, превратится в зрелые и развить иммунный ответ.