Основную роль в реализации иммунных функций играют следующие клетки: 1) макрофаги, а также другие антигенпредставляющие, или вспомогательные, или А-клетки (англ. accessory – вспомогательный); 2) популяции В-лимфоцитов; 3) популяции Т-лимфоцитов; 4) популяции лимфоцитов, обладающих естественными цитотоксическими свойствами – способностью разрушать опухолевые клетки, вирусинфицированные клетки, клетки трансплантата и т. п.: NK-клетки, Pit-клетки, нулевые клетки.

По морфологическим свойствам Т– и В-лимфоциты не отличаются друг от друга. Однако они существенным образом различаются по вкладу в реакции иммунитета, по многим другим свойствам, в том числе структуре и функции рецепторов и по антигенной специфичности (табл. 14).

Таблица 14

Характеристика Т– и В-лимфоцитов

Самый ответственный момент в процессе иммунного ответа – это распознавание химического маркера, свойственного «чужому» агенту и отличающегося от «своего». Эту роль выполняют макрофаги, антитела, Т– и В-лимфоциты. Антитела распознают антиген с помощью своих активных центров, а макрофаги, Т– и В-лимфоциты – благодаря имеющимся на их мембранах особым рецепторам.

Экспериментальное обоснование предположения о наличии у клеток лимфоидной системы специфических рецепторов было получено в 60-е гг. ХХ в. после обнаружения двух важных феноменов: цитопатического действия лимфоцитов и розеткообразования (иммуного прилипания).

Способность сенсибилизированных лимфоцитов распознавать трансплантационный антиген и активно прикрепляться к клеткам-мишеням послужила прямым указанием на наличие у лимфоцитов рецепторов, подобных по структурной специфичности антителам.

Феномен розеткообразования состоит в том, что если к культуре нормальных или иммунных лимфоцитов добавить какой-либо антиген, например чужеродные эритроциты, то последние, прикрепляясь к лимфоцитам, образуют структуру типа розетки. Это явление высоко специфично: удаление лимфоцитов, образовавших розетки с эритроцитами данного вида животных, лишает популяцию лимфоцитов способности образовывать розетки из этих клеток.

Этот феномен не только свидетельствует о наличии у лимфоцитов особых рецепторов, но и говорит о том, что популяция лимфоидных клеток представлена клонами лимфоцитов, различающимися по специфичности этих рецепторов.

Первоначально Т-лимфоциты по своим функциям были разделены на три субкласса:

1) Т-хелперы, или Т-помощники (англ. help – помогать);

2) Т-киллеры (англ. kill – убивать), или Т-цитотоксические лимфоциты;

3) Т-супрессоры (англ. suppress – подавлять).

Т-хелперы необходимы для превращения В-лимфоцитов в антителообразующие клетки и клетки памяти. Т-киллеры разрушают клетки трансплантата, опухолевые клетки и клетки, инфицированные вирусными, бактериальными и другими антигенами. Т-супрессоры подавляют функции определенных эффекторных Т– и В-клеток и обеспечивают иммунологическую толерантность.

Особенность Т-лимфоцитов состоит в том, что их рецепторы, в отличие от антител и рецепторов В-лимфоцитов, не распознают свободно циркулирующих антигенов. Они распознают только те чужеродные вещества, точнее их пептидные фрагменты, которые представляются им клетками организма через посредство антигенов МНС класса I или класса II. Разные Т-лимфоциты распознают разные собственные антигены (белки МНС). Т-цитотоксические лимфоциты распознают клетки, несущие антигены МНС класса I и чужеродные антигены, представляемые ими. Основное назначение Т-цитотоксических лимфоцитов – обеспечение противовирусного, противоопухолевого и трансплантационного иммунитета. Т-киллеры с помощью своих специфических рецепторов распознают чужеродные антигены, ассоциированные на мембранах клеток с их антигеном МНС класса I, они атакуют такие клетки и уничтожают их.

T-хелперы распознают клетки, имеющие антигены МНС класса II (макрофаги, B-лимфоциты и некоторые другие), и представляемые ими чужеродные антигены. Белки МНС класса II связывают чужеродный антиген в макрофагах в ходе процессинга, выносят его на поверхность мембраны макрофага, и в таком виде этот антиген представляется T-хелперам. Последние также распознают его с помощью своих рецепторов и при участии своих белков МНС класса II. В свою очередь, B-лимфоциты также представляют чужеродные антигены Т-хелперам, используя собственные белки МНС класса II.

Таким образом, T-хелперы осуществляют регуляцию иммунного ответа, стимулируя В-лимфоциты, а также другие T-клетки, специализированные к данному антигену.

В настоящее время Т-лимфоциты подразделяют на 7 основных субклассов, объединенных в следующие три группы (табл. 15).

1. Т-помощники, или активаторы: индукторы Т-хелперов, индукторы Т-супрессоров, Т-хелперы 1, Т-хелперы 2.

2. Т-эффекторы – Т-цитотоксические лимфоциты. 3. Т-регуляторы: Т-супрессоры, Т-контрсупрессоры.

Кроме того, существуют различные варианты Т-клеток иммунной памяти.

Т-лимфоциты различаются по своим рецепторам. Каждый из субклассов выполняет специфические функции. Для активации Т-клеток требуется контакт их рецептора с комплексом чужеродного антигена с собственным белком МНС класса I или класса II. Через 16 – 20 ч после установления контакта возникают индукторы Т-хелперов. Последние, реагируя на представляемый А-клеткой процессированный антиген, быстро секретируют медиаторы, которые способствуют образованию молекул МНС класса II на поверхности макрофагов и продукции ими IL-1. Индукторы Т-хелперов отличаются от эффекторных Т-хелперов тем, что они имеют особый рецептор CD29, который может быть заблокирован моноклональными антителами, не влияющими на активность Т-хелперов. Только после исполнения функции индукторов данный антиген связывается с белком МНС класса II и возникает комплекс, который узнается рецепторами Т-хелпера. В результате этого на мембране Т-хелпера образуются рецепторы к IL-1. Присоединение к нему интерлейкина-1 приводит ко второму этапу активирования Т-хелпера: он начинает синтезировать и секретировать различные варианты лимфокинов. Существуют две категории Т-хелперов: Т-хелперы 1 (T_h1) и Т-хелперы 2 (T_h2), которые имеют одинаковые рецепторы CD4 и 4В4, но различаются по другим, а именно: Т-хелперы 1 имеют рецепторы CD45 и CD44, а Т-хелперы 2 – CD28. Их функции различны: Т-хелперы 1 секретируют IL-2, IL-3, фактор некроза опухолей, γ-интерферон и другие цитокины, которые способствуют созреванию Т-цитотоксических лимфоцитов после их взаимодействия с комплексом чужеродный антиген + молекула МНС класса I. Таким образом, Т-хелперы 1 обеспечивают дифференцировку и пролиферацию эффекторных Т-киллеров, способных распознавать и уничтожать как клетки аллотрансплантата, так и свои собственные, если на их поверхности содержатся антигены вирусов, других патогенов или опухолей. Кроме того, Т-хелперы 1 активируют Т-хелперы 2 и способствуют цитотоксической функции макрофагов.

Таблица 15

Субклассы Т-лимфоцитов, их функции и специфические рецепторы

Т-хелперы 2 секретируют IL-4, IL-5, IL-6 и вводят их в цитоплазму В-лимфоцитов путем прямого контакта своих рецепторов с определенными рецепторами на мембране В-лимфоцитов. Таким образом, Т-хелперы 2 вызывают пролиферацию и дифференциацию В-лимфоцитов в антителообразующие клетки и тормозят функцию Т-хелперов 1. Т-хелперы 1 и Т-хелперы 2 различаются по чувствительности к IL-2 и IL-4; кроме того, Т-хелперы 1 устойчивы к радиоактивному облучению, а Т-хелперы 2 – чувствительны.

Активированные Т-супрессоры играют важную роль в регуляции иммунитета. Они способны непосредственно контактировать с рецепторами Т-хелпера, а также синтезировать и секретировать свои медиаторы. Благодаря этому Т-супрессоры могут подавлять функции Т-хелперов. Последние обладают высокой чувствительностью к Т-супрессорам и их медиаторам. Взаимодействуя с мембраной Т-хелпера, Т-супрессоры угнетают секрецию ими интерлейкинов, синтез рецепторов к IL-1, IL-2 и другие иммунобиологические функции Т-хелперов, в результате чего подавляется пролиферация и дифференциация эффекторных Т-клеток, а также формирование антителообразующих клеток против данного антигена. Иначе говоря, Т-супрессоры подавляют временно или постоянно образование клонов иммунокомпетентных Т– и В-клеток против определенного антигена. Особо важную роль Т-супрессоры выполняют в эмбриональном периоде и в течение первой недели жизни новорожденного: они способствуют возникновению толерантности к собственным белкам и подавляют действие проникающих в организм новорожденного Т-цитотоксических лимфоцитов матери на аллоантигены самогmо развивающегося ребенка. Функция Т-супрессоров через неделю после рождения блокируется возникающей к этому времени особой популяцией Т-клеток – Т-контрсупрессорами, которые продуцируют собственный лимфокин. Этот лимфокин взаимодействует с Т-хелперами, они приобретают резистентность к Т-супрессорам и их лимфокинам. Т-контрсупрессоры отличаются от Т-супрессоров по своим специфическим рецепторам, в частности, они содержат отсутствующий у Т-супрессоров рецептор к лектину Vicia villosa. Этот рецептор способствует выполнению функций Т-контрсупрессорами.

Т-лимфоциты распознают чужеродные антигены, предсталяемые им молекулами МНС класса I или класса II, с помощью особого Т-клеточного рецептора (ТКР). В результате взаимодействия этих структур образуется тримолекулярный комплекс: молекула МНС + антиген + ТКР (см. рис. 63, в). Биосинтез ТКР, как и антител, кодируется комплексом генов: V, D, J, C, однако они отличаются от генов Ig, это самостоятельное семейство генов. Число возможных вариантов их объединения составляет 10¹⁶, что обеспечивает большое разнообразие антигенсвязывающих центров ТКР. Все субпопуляции Т-клеток используют ТКР непосредственно для распознавания антигена.

Структура ТКР во многом напоминает структуру молекулы антитела. ТКР состоит из двух цепей – α и β (редко встречается вариант γ/δ). Каждая цепь содержит V– и С-домены, обладающие высокой степенью гомологии с V– и С-доменами Ig. За С-доменами, около мембраны, располагается шарнирная область – место образования дисульфидной связи между цепями. Каждая цепь заякорена в мембране своим гидрофобным участком. Антигенсвязывающий центр ТКР формируется тремя гипервариабельными участками каждой цепи и имеет форму щели, структура которой соответствует пространственной структуре представляемого антигена.

Каждый Т-лимфоцит несет ТКР, распознающий свой антиген только в комплексе с молекулой МНС (рис. 68А). Последняя имеет два участка связывания: гистотоп для ТКР и дезотоп – для пептида. Связь с пептидом осуществляется с помощью вариабельных аминокислотных остатков, обращенных внутрь антигенсвязывающего центра молекулы МНС.

Передача сигнала к ядру Т-клетки происходит по пути, общему для различных сигналов (факторы роста, деления, дифференцировки, антигены и др.). Трансмембранные рецепторы, воспринимающие эти сигналы, обладают (или приобретают ее, например, в случае присоединения к ТКР антигена) протеинтирозинкиназной активностью и регулируют так называемые Ras-зависимые сигнальные пути, в которых ключевую роль играет продукт протоонкогена ras – белок Ras. От него расходятся многие пути. Те трансмембранные белки-рецепторы, которые лишены протеинкиназной активности, приобретают ее, образуя после активации лигандом прочный комплекс с цитоплазматическими протеинтирозинкиназами Src-семейства. Именно через эти протеинкиназы цитокины осуществляют регуляторные функции, стимулируя Ras-зависимые и Ras-независимые сигнальные пути. Конечное звено всех сигнальных путей, регулирующих рост, деление и дифференцировку клеток, – образование фактора транскрипции и связывание его со специфическим цис-регуляторным элементом гена-мишени. Факторами транскрипции служат фосфорилированные белки – продукты протоонкогенов c-myc, c-fos, c-jun, c-myb и генов-супрессоров клетки. Цис-регуляторные элементы – это сравнительно короткие олигонуклеотиды, богатые гуанином и цитозином. Они образуют вилки («палиндромы»). Взаимодействие их с промоторами генов активирует или подавляет транскрипцию. Сигнальные белки узнают партнеров с помощьью особых некаталитических доменов SH2 (100 – 150 аминокислотных остатков) или SH3 (50 – 80 аминокислотных остатков), названных так из-за расположения рядом с каталитическим доменом Src-киназы SH1. За короткое время SH2– и SH3-домены были обнаружены не только в цитоплазматических протеинтирозинкиназах, но и во многих других сигнальных белках (липидкиназах, фосфолипазах, факторах транскрипции и т. д.). Каждый SH2-домен узнает своего партнера по определенной последовательности 3 – 5 аминокислот, расположенных сразу же после фосфотирозина, а SH3-домен – по участкам, богатым пролином. Такая специфичность взаимодействия позволяет связать звенья одного сигнального пути в единую цепь и обеспечить безошибочное проведение сигнала к месту назначения. В некоторых сигнальных белках обнаружены домены с избирательным сродством к мембранным фосфолипидам. Они названы плекстриновыми доменами (PH). Мишенью для сигнала, воспринятого ТКР и переданного в ядро, служит ген, кодирующий синтез ИЛ-2. Активация этого гена приводит к синтезу и секреции ИЛ-2, который стимулирует пролиферацию и дифференцировку В-лимфоцитов.

Рис. 68. Взаимодействие антигенов (А) и суперантигенов (В) с Т-лимфоцитами (по: Д. Бернс-Пайзеру, 1992):

Обычные антигены (слева) вначале поглощаются какой-либо из клеток, представляющих антигены (а), подвергаются в ней процессингу (б), и их антигенный пептид представляется в комплексе с молекулой МНС класса II Т-лимфоциту, который с помощью своих молекул МНС класса II распознает его и связывается с ним (в). Обе цепи рецептора (α и β) контактируют с антигеном (в рамке). Суперантигены (справа) прямо связываются с наружной стороной молекул МНС (а и б), а затем с Т-клеточным рецептором (в), присоединяясь к вариабельной (V_β) части β-цепи (в рамке). Связывание с V_β обусловливает мощное воздействие суперантигенов на Т-лимфоциты

Существует полная взаимосвязь между фенотипом Т-лимфоцитов (CD4/CD8) и молекулами МНС, которые определяют Т-клеточный ответ: все без исключения Т-киллеры (CD8⁺) несут молекулы МНС класса I, а все Т-хелперы (CD4⁺) – молекулы МНС класса II.

Предполагается, что гены Ir, открытые Бенасеррафом в 1967 г., каким-то образом определяют силу иммунного ответа на конкретный антиген через тримолекулярный комплекс.

Суперантигены отличаются от обычных антигенов очень большой силой иммунного ответа. Предполагается, что необычная сила ответа на суперантиген обусловлена по крайней мере двумя обстоятельствами: 1) суперантиген связывается с молекулой MHC без предварительного процессинга и 2) суперантиген присоединяется к наружному участку молекулы MHC. Поэтому он и распознается не внутренней поверхностью антигенсвязывающего центра ТКР (как обычный антиген), а той частью вариабельного участка b-цепи, которая находится с наружной стороны цепи (см. рис. 68Б). Обычный антиген распознается только Т-специфическим лимфоцитом, вызывает его пролиферацию и адекватный иммунный ответ (рис. 69). Суперантиген может распознаваться и связываться разными Т-лимфоцитами, у которых β-цепь ТКР содержит определенные типы вариабельных доменов (у человека таких типов около 30). Связываясь с ними, суперантиген оказывает сильное воздействие на Т-лимфоциты. Результат этого – суперпродукция ИЛ-2, отравляющего организм и вызывающего СТШ (рис. 70). Свойствами суперантигенов обладают некоторые бактериальные экзотоксины, а также различные компоненты самой бактериальной клетки. Наличие суперантигенов у бактерий влияет на клиническую картину вызываемых ими заболеваний.

Рис. 69. Иммунный ответ на обычные антигены (по: Д. Бернс-Пайзер, 1992):

1. С данным антигеном связываются только те клетки, которые имеют специфичный к нему рецептор (≈ 0,01 % Т-хелперных лимфоцитов).

2. Связавшие антиген клетки секретируют интерлейкин-2.

3. Интерлейкин-2 вызывает пролиферацию антиген-специфических Т-лимфоцитов. Иммунная система распознает и разрушает зараженные любым патогеном клетки, не причиняя вреда нормальным клеткам

Рис. 70. Иммунный ответ на суперантигены (по: Д. Бернс-Пайзер, 1992):

1. С суперантигеном связывается около 20 % Т-лимфоцитов, несущих на своей поверхности в области V_β рецепторы для различных антигенных пептидов.

2. Связавшие суперантигены Т-лимфоциты секретируют интерлейкин-2, что приводит к аномально высокой концентрации его.

3. Т-лимфоциты размножаются, образуется огромное множество таких клеток. Следствием суперпродукции интерлейкина-2 могут быть лихорадка и другие симптомы интоксикации, а образование избыточного количества антиген-специфических Т-лимфоцитов может стать причиной аутоиммунных реакций (активация и размножение немногочисленных Т-лимфоцитов, реагирующих на «свои» антигены, приводят к атаке нормальных тканей) или привести к подавлению иммунной системы, так как Т-лимфоциты, стимулированные суперантигеном, могут после активации погибнуть