Какие клетки ответственные за распознавание патогена тест

Обновлено: 01.06.2024

Резюме В обзоре представлена роль NK-клеток во врожденном и адаптивном иммунитете. Подробно описано цитотоксическое действие NK-клеток на клетки-мишени, роль NK-клеток в противоопухолевом иммунитете, а также рассмотрены механизмы распознавания антигенов с помощью активационных и ингибиторных рецепторов.

Ключевые слова NK-клетки, активационные и ингибиторные рецепторы, противоопухолевый иммунитет, KIR-рецепторы.

Specialized subpopulation of lymphocytes (I). NK-cells.

Abstract The review is devoted to the discussion of the NK-cells role in innate and adaptive immunity. The cytotoxic effect of NK-cells, their role in antitumor immunity, and the mechanisms of antigens recognition by activation and inhibition receptors of NK-cells are considered herein too.

Keywords NK-cells, activation and inhibition receptors, antitumor immunity, KIR-receptors.
Мамандандырылған лимфоциттердің субпопуляциялары (I). NK-жасушалар.

Түйін Ғылыми шолуда арнайы лимфоциттердің субпопуляциясы – NK-жасушалардың табиғи және адаптивтті иммунитеттегі маңызы берілген. Олардың нысана-жасушаларға цитотоксикалық әсері, ісікке қарсы иммунитеттегі маңызы сипатталған. Сонымен қатар, NK-жасушаларының антигендерді активациялық және ингибиторлық рецепторлар көмегімен тану механизмі толық берілген.

Түйінді сөздер NK-жасушалар, активациялық және ингибиторлық рецепторлар, ісікке қарсы иммунитет, KIR-рецепторлар.

К специализированным лимфоцитам относятся NK-клетки, NKT-клетки и γδТ-лимфоциты, которые по целому ряду свойств скорее принадлежат к клеткам врожденного иммунитета, так как продуцируют провоспалительные цитокины и оказывают цитотоксическое действие вскоре после распознавания чужеродных клеток, осуществляя быструю защиту организма. Они имеют общие черты как с клетками врожденного иммунитета (из-за способности к быстрому осуществлению эффекторной функции), так и с клетками адаптивной иммунной системы (главным образом с Т-лимфоцитами) [1,3,10].

Несмотря на то, что эти клетки являются лимфоцитами, они не имеют клональной специфичности, пролиферация и дифференцировка не являются обязательным этапом их ответа на патогены, не происходит и формирования клеток памяти. Таким образом, специализированные лимфоциты лишены основных свойств, характеризующих клетки адаптивного иммунитета – Т- и В-лимфоциты.

Тем не менее, они обладают рядом характеристик, свойственных Т-лимфоцитам. Эти клетки могут иметь общие с Т-лимфоцитами CD-антигены, а также сходное строение антигенраспознающих рецепторов, хотя их рецепторы характеризуются гораздо меньшим разнообразием, чем рецепторы Т-лимфоцитов [2,6].

Лиганды, которые могут стимулировать рецепторы специализированных лимфоцитов, часто состоят из консервативных молекулярных структур патогенов и собственных структур организма, в том числе классических и неклассических молекул МНС (интактных или модифицированных) или подобных им по строению белков патогенов (в первую очередь вирусов). Многие из активирующих лигандов, распознаваемых специализированными лимфоцитами, являются углеводами, гликолипидами и малыми непептидными антигенами, которые не распознаются Т-лимфоцитами. Некоторые из этих лигандов могут являться собственными структурами организма, которые модифицированы воспалением или повреждениями клеток, возникающими при вирусной инфекции, при повреждениях ДНК, под воздействием провоспалительных цитокинов и т.п. Таким образом, специализированные лимфоциты могут прямо отвечать на инвазию патогенов, а также на клеточное повреждение или активацию, развивающиеся вследствие этой инфекции.

Помимо активационных рецепторов, специализированные лимфоциты обычно экспрессируют различные ингибиторные рецепторы, которые модулируют порог их активации, защищая таким образом от чрезмерной, а также от неадекватной активации в отсутствие тканевого повреждения или инвазии патогена.

По времени развития ответа на патогены популяция специализированных лимфоцитов, присутствующих в крови, лимфоидных органах и в тканях организма, находится между клетками врожденного и адаптивного иммунитета. Первые развивают защитный ответ в течение минут и часов, Т-клеточный адаптивный иммунный ответ формируется к 5-7 дню, в то время как специализированные лимфоциты осуществляют защиту против патогенов спустя несколько часов или через 1-3 дня после их распознавания [4,10].

Натуральные киллеры (NK-клетки)

NK-клетки – это большие гранулярные лимфоциты, принадлежащие к системе врожденного иммунитета. Они не относятся ни к Т-, ни к В-лимфоцитам, поэтому их еще называют нулевыми лимфоцитами. NK-клетки образуются в костном мозге из общих предшественников с Т-лимфоцитами под влиянием ИЛ-15. На поверхности NK-клеткок имеется маркерный дифференцировочный антиген CD56. Субпопуляция NK-клеткок с фенотипом CD56 + 16 + , имеющих поверхностный Fc-рецептор к IgG, участвует в осуществлении антителозависимой клеточной цитотоксичности (АЗКЦТ). Среди мембранных молекул, экспрессируемых NK-клетками, находятся молекулы CD2 (характерные для Т-лимфоцитов), а также β-цепь рецептора для ИЛ-2, однако они не экспрессируют ТКР и белок CD3. На NK-клетках отсутствуют и иммуноглобулиновые рецепторы В-лимфоцитов, а также характерные CD-маркеры этих клеток [2,6,7].

Таким образом, для большинства NK-клеток характерен фенотип: CD56 + 16 + CD2 + CD3 — . Существует две субпопуляции NK-клеток: с высоким уровнем экспрессии CD56 и с низким уровнем экспрессии CD56. Первая субпопуляция в большей степени специализирована на осуществлении цитотоксической функции, а вторая – на продукции цитокинов.

NK-клетки оказывают неспецифическое цитотоксическое действие на широкий спектр опухолевых клеток и на клетки, инфицированные многими вирусами и некоторыми внутриклеточными патогенами. В периферической крови содержание NK-клеток составляет от 5 до 10% от всех лимфоцитов периферической крови [1,4,5].

NK-клетки не проходят дифференцировку в тимусе, они выходят из костного мозга в кровь и затем мигрируют в ткани, где осуществляют врожденную иммунную защиту, называемую естественной цитотоксичностью, которая особенно важна для защиты организма от вирусов и опухолей.

Во время инфекции или опухолевого роста NK-клетки привлекаются в очаг патологии и активируются цитокинами и хемокинами, секретируемыми другими клетками врожденного иммунитета, в первую очередь гранулоцитами, или вирус-инфицированными клетками других тканей в очаге инфекции. Особенно важную роль в этом играют интерфероны I типа (IFN-α IFN-β), ИЛ-15 и ИЛ-12. IFN-ы I типа, которые продуцируются клетками многих типов в ответ на инфицирование вирусами, являются сильными активаторами NK-клеток, включая клеточно-опосредованную неспецифическую цитотоксичность и продукцию ими цитокинов.

ИЛ-15 совместно с ИЛ-12 (который продуцируют активированные дендритные клетки и макрофаги) индуцируют секрецию NK-клетками значительных количеств IFN-γ. Другие цитокины, продуцируемые в очаге инфекции макрофагами и эпителиальными стромальными клетками, такие как ИЛ-1,6,18, TNF-α и др., усиливают осуществляемый NK-клетками ответ [5,16].

В свою очередь, IFN-γ, секретируемый NK-клетками, активирует макрофаги, стимулируя их фагоцитарную и микробицидную активность и повышая продукцию провоспалительных цитокинов, и оказывает противовирусное действие в очаге инфекции. После привлечения с помощью хемокинов и воспалительных цитокинов NK-клеток в лимфоузлы выделяемый ими IFN-γ способствует дифференцировке наивных Т-клеток в сторону образования Тх1, одновременно подавляя образование Тх2 и их функции. Таким образом, продуцируя ряд иммунологически важных цитокинов, NK-клетки играют важную роль в иммунной регуляции, влияя как на врожденный, так и на адаптивный иммунный ответ.

Активированные NK-клетки синтезируют также TNF-α (индуцирующий апоптоз клеток-мишеней), ИЛ-24 (аутокринно индуцирующий синтез TNF-α и IFN-γ), ИЛ-32 (член семейства ИЛ-1, провоспалительный цитокин и индуктор синтеза TNF-α), а также ИЛ-13 и ИЛ-26 (член семейства ИЛ-10), которые являются противовоспалительными цитокинами, подавляют Тх1-ответ и стимулируют синтез IgE [5,6,14,16].

Цитотоксическое действие NK-клеток на клетки-мишени

NK-клетки оказывают цитотоксическое действие на опухолевые и инфицированные вирусами клетки с помощью механизмов, сходных с теми, которые используют CD8 + ЦТЛ.

В цитоплазме NK-клеток содержатся многочисленные гранулы, содержащие перфорин и грэнзимы. В отличие от CD8 + ЦТЛ, у которых формирование гранул происходит после их активации, NK-клетки и в покоящемся состоянии содержат в своей цитоплазме секреторные гранулы. Поэтому морфологически они представляют собой большие гранулярные лимфоциты. После прикрепления NK-клетки к клетке-мишени с помощью соответствующих рецепторов в клетку поступает достаточно сильный активационный сигнал, и она отвечает дегрануляцией. В месте межклеточного контакта выделяются перфорин и грэнзимы, которые вызывают апоптоз клетки-мишени (аналогично CD8 + ЦТЛ). В отличие от CD8 + ЦТЛ, синтезирующих TNF-β (лимфотоксин), NK-клетки продуцируют TNF-α, который также содержится в секреторных гранулах и может индуцировать апоптоз клеток-мишеней, экспрессирующих на своей поверхности рецепторы к этому цитокину.

Возможна также прямая клеточная цитотоксичность, не опосредованная действием цитокинов. Она обусловлена тем, что NK-клетки содержат на своей поверхности Fas-лиганд (мембраносвязанная форма TNF) и легко индуцируют апоптоз клеток-мишеней, экспрессирующих на своей поверхности Fas-рецепторы [2,10,14].

Необходимо отметить, что распознавание клеток-мишеней NK-клетками не рестриктировано по белкам МНС. Поэтому во многих случаях цитотоксическая активность этих клеток одинакова как по отношению к сингенным, так и к аллогенным опухолям. Кроме того, цитотоксическая активность NK-клеток не снижается при уменьшении экспрессии белков МНС I класса, характерном для некоторых опухолей [9,12].

Важность участия NK-клеток в противоопухолевом иммунитете подтверждается исследованиями больных с синдромом Чедиака-Хигасси, при котором имеет место генетический дефект, вызывающий значительное повреждение NK-клеток. У таких больных отмечено возрастание частоты определенных типов злокачественных опухолей [5,10].

Как уже упоминалось, NK-клетки с фенотипом CD56 + 16 + , имеющие на своей поверхности Fc-рецепторы к IgG, участвуют в осуществлении антителозависимой клеточной цитотоксичности (АЗКЦТ). IgG своими Fab-фрагментами связывается с антигенными детерминантами на поверхности клеток-мишеней, а с помощью Fc-фрагмента прикрепляется к Fc-рецептору на поверхности NK-клеток. В результате через Fc-рецептор стимулируется дегрануляция этих клеток. Выделяющиеся перфорин, грэнзимы и TNF-α индуцируют гибель антигенно чужеродных клеток. Показано, что большинство NK-клеток способны участвовать в АЗКЦТ.

Этот механизм сочетает в себе элементы адаптивного (участие антител) и врожденного (участие NK-клеток) иммунитета. Помимо NK-клеток, в АЗКЦТ могут участвовать и другие клетки системы врожденного иммунитета – макрофаги, нейтрофилы и эозинофилы. При дегрануляции, индуцированной через Fc-рецепторы, нейтрофилы, эозинофилы и отчасти макрофаги выделяют литические ферменты, разрушающие мембраны клеток-мишеней. Гранулы макрофагов содержат также TNF-α, индуцирующий апоптоз [3,14].

NK-клетки вовлечены в раннюю фазу иммунного ответа на инфицирование вирусами и внутриклеточными бактериями. Активность этих клеток стимулируется IFN-α, IFN-β и ИЛ-12, которые выделяются инфицированными клетками, а также активированными через Толл-подобные рецепторы макрофагами и дендритными клетками. В случае вирусной инфекции уровень этих цитокинов быстро повышается, за ним следует повышение числа NK-клеток в очаге инфекции, достигая максимума на 3-й день. Они сдерживают прогрессирование инфекции, пока не произошло образование CD8 + ЦТЛ. После того, как численность CD8+ ЦТЛ достигает максимума (на 7-10 день после инфицирования), титр вируса быстро снижается (до 0 на 11-12 день).

Это свидетельствует о том, что NK-клетки являются первой линией защиты против вирусов (убивая инфицированные клетки и подавляя их размножение с помощью IFN-γ) в течение времени, необходимого для активации, пролиферации и дифференцировки пЦТЛ в CD8 + ЦТЛ. При этом NK-клетки с помощью IFN-γ способствуют индукции адаптивного иммунного ответа, так как данный цитокин стимулирует дифференцировку Тх1, которые являются ключевыми клетками, вызывающими формирование пула эффекторных CD8 + ЦТЛ [5,6,10].

Рецепторы, с помощью которых NK-клетки детектируют

клетки-мишени

NK-клетки осуществляют распознавание потенциальных клеток-мишеней, используя специальные клеточные рецепторы, с помощью которых они опознают аномалии клеточной поверхности, такие как снижение или отсутствие экспрессии молекул МНС I класса, необычный профиль поверхностных антигенов, экспрессированных на некоторых опухолевых и инфицированных вирусами клетках, а также повышенное содержание индуцированных клеточным повреждением молекулярных мишеней на клеточной поверхности [9,12].

Детектирование клеток-мишеней NK-клетки осуществляют с помощью двух типов рецепторов – активационных и ингибиторных.

Осуществление цитотоксического действия на опухолевые и инфицированные вирусами клетки требует прямого контакта атакующих NK-клеток и клеток-мишеней. Для этого NK-клетки должны обладать механизмом, направляющим их цитотоксическое действие на аномальные клетки и защищающим нормальные. Выполнение этого двойного требования и обеспечивается двумя наборами рецепторов: ингибиторными и активационными.

Ингибиторные рецепторы подавляют цитоксическое действие NK-клеток путем связывания с белками МНС I класса или другими поверхностными молекулами, постоянно экспрессирующимися на нормальных здоровых клетках.

Активационные рецепторы, напротив, индуцируют цитотоксическое действие NK-клеток путем связывания с молекулярными структурами, которые индуцируются клеточным повреждением или кодируются встроенными в геном клетки-мишени генами вирусов или онкогенами.

У человека ингибиторные и активационные рецепторы относятся к суперсемейству иммуноглобулинов и называются KIR-рецепторами (от Killer cell-Ig-like Receptors). KIR-рецепторы NK-клеток являются разновидностью так называемых паттерн-распознающих рецепторов (ППР) врожденного иммунитета, к которым также относятся Толл-подобные рецепторы и NOD-рецепторы. KIR-рецепторы кодируются генами, расположенными в 19-й паре хромосом. В их составе содержится 2 или 3 внеклеточных домена и несколько внутриклеточных, с помощью которых (в зависимости от их структуры) KIR-рецепторы могут подавлять или активировать цитотоксичность NK-клеток. У мышей аналогом KIR-рецепторов являются лектиноподобные рецепторы [5,11].

Активация NK-клеток определяется суммарным воздействием на эти клетки активационных и ингибиторных рецепторов, величина этой активации определяется динамическим балансом активирующих и ингибирующих сигналов, обеспечиваемых через эти рецепторы.

Ингибиторные KIR-рецепторы распознают различные варианты полиморфных молекул МНС I класса, а также подобные им по строению вирусные белки. Так как практически все клетки экспрессируют молекулы МНС I класса, ингибирование цитотоксической функции NK-клеток через эти рецепторы является одним из наиболее важных механизмов для предотвращения разрушения нормальных клеток организма NK-клетками. Снижение или полное отсутствие экспрессии молекул МНС I класса (характерное для опухолевых клеток и клеток, инфицированных некоторыми вирусами, которые блокируют эту экспрессию) уменьшает или полностью отменяет ингибирующий сигнал. Это смещает баланс в сторону преобладания активационных сигналов, что стимулирует цитотоксичность NK-клеток [11,13,15].

Таким образом, активационный порог NK-клеток в конечном счете определяется уровнем экспрессии молекул МНС I класса на клетках хозяина. Клетки, экспрессирующие нормальные уровни неизмененных молекул МНС I класса, как правило, избегают всех видов цитотоксического действия NK-клеток.

Активационные KIR-рецепторы более многочисленны, чем ингибиторные. Основные активационные рецепторы NK-клеток распознают либо собственные модифицированные повреждением молекулы, либо белки, кодируемые вирусными генами или онкогенами.

Одной из важных групп индуцированных клеточным повреждением лигандов активационных KIR-рецепторов являются молекулы МНС I класса, экспрессия которых нарушена повреждением или стрессом, а также связанные с молекулами МНС I класса стресс-индуцированные белки.

Другая группа лигандов представлена вирусными белками (такими как гемагглютинины вируса гриппа), продуктами онкогенов, а также пептидами патогенов, например, M. tuberculosis. В этой роли могут также выступать МНС-подобные вирусные белки.

Дополнительные сигналы, активирующие NK-клетки, могут быть обеспечены цитокинами, в первую очередь IFN-α,β, TNF-α, ИЛ-12 и ИЛ-15. Активации NK-клеток при вирусной инфекции может способствовать также наличие TLR3 рецепторов в их цитоплазме [6,9,15].

Дефицит активационных сигналов, снижая цитотоксическую функцию NK-клеток, может способствовать развитию рака, вирусных инфекций и накоплением в организме поврежденных, нефункциональных клеток. В то же время дефекты ингибиторной сигнализации могут вести к индукции цитотоксической активности NK-клеток против нормальных клеток организма хозяина.

В генетических исследованиях установлено, что определенные комбинации KIR-рецепторов и белков МНС хозяина ассоциированы с репродуктивными нарушениями, такими как частые спонтанные выкидыши или преэклампсия. Некоторые комбинации KIR-МНС способны замедлить прогрессию определенных инфекционных заболеваний, таких, например, как СПИД и цитомегаловирусная инфекция. Установлено также, что одни комбинации KIR-МНС ускоряют прогрессию опухолей цервикального канала, индуцированных вирусом папилломы, другие, напротив, замедляют ее. Выявлены определенные комбинации KIR-МНС, способствующие прогрессии злокачественной меланомы.

Показано, что некоторые комбинации KIR-МНС коррелируют со снижением ингибиторных сигналов и ведут к более быстрому и интенсивному развитию таких аутоиммунных заболеваний, как диабет I типа и псориатический артрит [5,6,8,12,13].

Литература

10. T.J. Kindt, Goldsby R.A., Osborne B.A. Kuby Immunology, NY. 2007: 360-368

11. Lanier L.L. NK cells recognition. Ann. Rev. Immunol. 2006, 24: 257-286

12. Rajagopolan S., Long E. Understanding how combinations of HLA and KIR genes influence disease. Journ. Exp. Med. 2005, 201: 1025-1029.

13. Parham P. MHC class I moleculas and KIRs’ in human history: health and survival. Nat. Rev. Immunology, 2005, 5: 201-209

14. Russel J.H. Ley T.J. Lymphocyte-mediated cytotoxicity. Annual Review of Immunol., 2002, 20: 370-374.

15. Vilches C., Parham P. KIR: diverse, rapidly evolving, receptors of innate and adaptive immunity. Ann. Rev. Immunol. 2002, 20: 217-251

16. Wald O. et al. IFN-γ acts on T-cells to induce NK-cell mobilization and accumulation in target organs. J. Immunol. 2006, 176:4716-4729

Кожанова С.В., Шортанбаев А.А., Бижигитова Б.Б.

Кафедра общей и клинической иммунологии с курсом аллергологии

Казахский Национальный медицинский университет

им. С.Д. Асфендиярова

В недавнем прошлом существовало единственное понятие для обозначения чужеродных агентов, против которых может быть направлен иммунитет — антигены. В настоящее время ситуация коренным образом изменилась и возникла необходимость в выделении нескольких групп таких агентов.

Образы патогенности, или патогенассоциированные молекулярные пат- терны (Раthogen-associated molecular patterns - PAМР) - группы молекул, как правило, отсутствующие в организме-хозяине, но характерные для патоге- нов (вирусов, бактерий, грибов, простейших, паразитов). При этом РАМР однозначно связаны с патогенностью и поэтому могут рассматриваться как знаки опасности, наиболее универсальный сигнал о проникновении в организм не просто чужеродного, но биологически агрессивного агента. Рецепторы для РАМР (паттернраспознающие рецепторы) позволяют рас- познавать все возможные типы патогенов и представлены у всех многокле- точных, включая не только животных, но и растения. Узнавание РАМР - основа распознавания во врожденном иммунитете; в определенной степе- ни РАМР способны узнавать и клетки адаптивного иммунитета.

Антигены — высокомолекулярные соединения, способные специфичес- ки стимулировать иммунокомпетентные лимфоидные клетки и обеспе- чивать тем самым развитие иммунного ответа. Распознавание антиге- нов происходит индивидуально (а не по группам, как в случае РАМР). Антигены распознаются антигенспецифическими рецепторами, представ- ленными на клетках одного типа — лимфоцитах. Распознавание антиге- нов - позднее эволюционное приобретение, связанное с возникновени- ем адаптивного иммунитета.

Стрессорные молекулы - собственные молекулы организма, экспресси- руемые на мембране при клеточном стрессе и сигнализирующие преиму- щественно об опасности эндогенного происхождения. Они распознаются рецепторами некоторых разновидностей лимфоцитов (например, естест- венными киллерами). По своей активности эти молекулы и их рецепторы занимают промежуточное положение между врожденным и адаптивным иммунитетом. Родственную группу молекул образуют образы опасности (danger-associated molecular patterns, DAMP) – эндогенные молекулы, сигнализирующие о любом повреждающем воздействии (температурном, лучевом, инфекционном и т.д.); эти процессы не полностью контролиру- ются иммунной системой. Некоторые образы опасности (белки теплового шока) распознаются паттернраспознающими рецепторами и их можно рассматривать как эндогенные эквиваленты РАМР.

Чужеродность — не обязательное, но очень важное свойство факторов, против которых направлены реакции иммунитета. Именно поэтому должна существовать четкая граница, отделяющая внутреннюю среду организма от внешней — барьерные ткани (кожа и слизистые оболочки). Однако иногда возникает необходимость расширить или сузить границы чужеродности. Так, отнюдь не на все компоненты содержимого кишечника и других трактов развивается иммунный ответ (например, компоненты пищи, микроор-ганизмы-симбионты не рассматриваются иммунной системой как чужеродные), а некоторые участки внутренней среды организма, в силу особого рода изоляции, оказываются в значительной степени исключенными из зоны контроля со стороны адаптивного иммунитета (например, ЦНС, полость глаза) и при нарушении изоляции, становятся объектом иммунной атаки.

Молекулы трех названных выше групп распознаются тремя типами рецепторов клеток иммунной системы.

Антигенраспознающие рецепторы представлены только на В- и Т-лимфо- цитах. Важная особенность этих рецепторов — гигантская вариабель- ность их антигенраспознающих доменов (миллионы вариантов в преде- лах одного организма). Все варианты антигенраспознающих рецепторов не могут быть одновременно представлены на одной клетке. Они распре- деляются между клетками клонально, т.е. рецепторы, отличающиеся по специфичности, представлены на разных клонах лимфоцитов. Выделяют 3 разновидности антигенраспознающих рецепторов. На В-клетках представлены В-клеточные рецепторы (ВСR - В-сеll reseptors), имеющие иммуноглобулиновую природу. При дифференцировке В-лимфоцитов в плазматические клетки в ходе иммунного ответа эти рецепторы секрети- руются в растворимой форме, называемой антителами. ВСR распознают свободный и связанный с мембраной антиген, точнее, фрагмент моле- кулы антигена, называемый эпитопом. Т-клеточные рецепторы (ТСR - Т- сеll reseptors) существуют в двух вариантах. По названию входящих в их состав полипептидных цепей, эти рецепторы обозначают как αβТСR и γδТСR. Они представлены на мембране двух различных типов Т-клеток и не секретируются. αβТСК распознает не нативный антиген, а его фраг- мент (эпитоп), презентируемый в составе специализированных молекул главного комплекса гистосовместимости — МНС (Маjor histocompatibiliti сотр!ех), которые экспрессируются на поверхности клеток. Существует 2 класса молекул МНС - I и II. МНС-I присутствуют на всех клетках и связывают эндогенные пептиды, транспортируемые в эндоплазматичес- кийретикулум — место синтеза МНС — из цитозоля. МНС-II экспрес- сированы только на специализированных — антигенпрезентирующих клетках (АПК) и связывают пептиды экзогенного происхож- дения, попадающие в клетку в результате эндоцитоза. Соответственно распознавание чужеродных пептидов в составе МНС-1 сигнализирует о

• Рецепторы, распознающие стрессорные молекулы, представлены преимущественно на естественных киллерах (NК-клетках), однако их выявляют также на γδТ-клетках, реже — на других субпопуляциях Т-лимфоцитов. Выделяют несколько групп этих рецепторов - NКG2D, NСR и др. NК-клетки экспрессируют также группу рецепторов, распознающих молекулы МНС, независимо от связанного с ними антигенного пептида (NКG2, некоторые рецепторы группы К1R и др.). Однако, в отличие от рассмотренных выше, рецепторы, распознающие стрессорные молекулы, нередко генерируют не активирующий, а ингибирующий сигнал.

Иммунная система

Врожденный иммунитет реализуется клетками (преимущественно фагоцитами), практически не нуждающимися в межклеточных контактах и коммуникациях. В связи с этим отсутствует необходимость их локализации в специализированных органах иммунной системы: амебоциты беспозвоночных и миелоидные клетки позвоночных широко распределены по организму; особенно богаты ими барьерные ткани. До формирования адаптивного иммунитета (например, у беспозвоночных) специальные органы иммунной системы отсутствовали.

Адаптивный иммунный ответ основан на постоянных межклеточных контактах и кооперации между клетками. Кроме того, в связи с клональной природой ответа возникает необходимость в особых механизмах концентрации (рекрутирования) клеток конкретных клонов в определенном месте. Обеспечение диалога между клетками и их вовлечение в иммунный ответ возможно лишь в условиях органной структуры. Поскольку адаптивный иммунный ответ обеспечивается лимфоидными клетками, органы иммунной системы являются прежде всего лимфоидными органами.

Иммунная система состоит из центрального и периферического отделов. Центральный отдел содержит органы (первичные, или центральные, лимфоидные органы), в которых происходят дифференцировка и созревание лимфоцитов: костный мозг и тимус (вилочковая железа). Костный мозг — основной орган лимфо- и гемопоэза. Кроме того, он служит местом сосредоточения эффекторных клеток адаптивного иммунитета (например, плазмоцитов). Таким образом, только тимус является чисто центральным лимфоидным органом. Основная его функция — обеспечение развития Т-лимфоцитов. У птиц, некоторых рептилий, а также у жвачных млекопитающих имеется особый тип центральных лимфоидных органов или лимфоидных структур, в которых развиваются В-лимфоциты (у птиц и рептилий — сумка, или бурса Фабриция). Название центральных лимфоидных органов определило обозначение основных типов лимфоцитов: Т (тимусзави-снмые) и В (бурсазависимые). Название третьего типа лимфоидных клеток — NК-клеток — происходит от выполняемой ими функции (естественные киллеры).

Периферический отдел иммунной системы образован вторичными (периферическими) лимфоидными органами: неинкапсулироваными лимфоид-ными структурами, связанными со слизистыми оболочками, диффузно распределенными лимфоидными и миелоидными клетками и инкапсулированными (т.е. истинными, морфологически изолированными) лимфоидными органами. Лимфоидные органы взаимосвязаны путями рециркуляции лимфоцитов (лимфатическая и кровеносная системы). Выделяют 3 разновидности инкапсулированных лимфоидных органов — лимфатические узлы, селезенка и пейеровы бляшки. Все лимфоидные органы организованы сходным образом. В качестве примера можно рассмотреть структуру лимфатических узлов. В них выделяют зоны сосредоточения Т-лимфоцитов (паракортикальные зоны), В-лимфоцитов (фолликулы), а также сегменты, в которых В- и Т-клетки соседствуют друг с другом. В селезенке аналогично структурирована белая пульпа. Собственно, именно белая пульпа представляет вторичный лимфоидный орган, тогда как красная пульпа имеет иную структуру и ее функции только частично относятся к иммунитету. Аналог лимфатических узлов — пейеровы бляшки кишечника, содержащие структуры, связанных с транспортом антигенов через эпителиальный барьер; их главным компонентом являются эпителиальные М-клетки. Лимфоидные образования слизистых оболочек (миндалины, шнночные фолликулы, аппендикс) соответствуют отдельным структурным элементам лимфоидных органов, чаще всего лимфоидным фолликулам. Комплекс этих образований вместе с диффузно распределенными лимфоцитами, пейеровыми бляшками и региональными лимфатическими узлами формирует лимфоидную ткань, связанную со слизистыми оболочками (Mucosa-associated lymphoid tissue - MALT). Стромальные клетки лимфоидных органов и МАLТ способны привлекать клетки соответствующих типов и поддерживать их жизнеспособность, т.е. формируют для них нишу.

Завершив развитие в костном мозгу, миелоидные клетки поступают в кровь и некоторое время (обычно короткое) циркулируют в кровотоке. Из кровотока они мигрируют в ткани, в которых живут от нескольких суток до месяцев или лет. Кроме такого конститутивного пути миграции, существует экстренная миграция клеток (в основном миелоидных) из кровотока в места контакта с патогеном и очаг воспаления. Миелоидные клетки, участвующие в иммунных процессах, представлены моноцитами, нейтрофильными, эозинофильными и базофильными гранулоцитами. Некоторые разновидности миелоидных клеток практически не выявляются в кровотоке (хотя они тоже проходят стадию циркуляции), но присутствуют в тканях: тучные клетки и 2 типа тканевых клеток, образующихся из моноцитов — макрофаги и дендритные клетки. Последние играют роль посредника между врожденным и адаптивным иммунитетом. Миелоидные клетки экспрессируют комплекс рецепторов, распознающих РАМР.

Как уже было упомянуто, выделяют 3 основных типа лимфоцитов — Т-, В- и естественные киллеры. NК-клетки относят к клеткам врожденного иммунитета. Естественные киллеры распознают молекулы (стрессорные молекулы), отличные от распознаваемых миелоидными клетками (РАМР). Как отмечалось, В- и Т-лимфоциты распознают антигены, однако это распознавание происходит по-разному. Иммуноглобулиновый рецептор В-клеток (ВСR) дает им возможность распознавать нативный антиген как в свободной, так и в связанной с мембранами формах. Рецептор Т-клеток (ТСR) распознает только фрагменты антигена, связанные с молекулами МНС. В процессе дифференцировки в Т- и В-лимфоцитах происходит перестройка генов, кодирующих рецепторы для антигенов. В результате каждая клетка экспрессирует рецептор, уникальный по специфичности. Рецепторы такой же специфичности имеют все потомки этой клетки (клон). В процессе селекции погибает большинство опасных аутоспецифических клонов как Т-, так и В-клеток. Популяции Т- и В-лимфоцитов участвуют в иммунных реакциях клонального типа, при которых в ответ вовлекаются только клетки клонов, экспрессирующих рецепторы нужной специфичности (в отличие от естественных киллеров, не отличающихся друг от друга по специфичности).

Популяции лимфоцитов гетерогенны не только по структуре анти-генраспознающего рецептора. К естественным (т.е. формирующимся в процессе нормальной дифференцировки, не связанной с действием чужеродных антигенов) относят 3 субпопуляции В-клеток. В1-клетки локализованы в серозных полостях и барьерных тканях, несут рецептор с низкой специфичностью к антигену, спонтанно вырабатывают низкоаффинные антитела преимущественно IgМ-изотипа, в том числе к аутоантигенам. В-клетки маргинальной зоны - клетки, сходные с В1, но локализующиеся в маргинальной зоне селезенки. В2-клетки, которые мы привыкли называть обычными В-клетками, локализованы в селезенке и лимфатических узлах (в том числе в фолликулах), костном мозгу, лимфоидных тканях кишечника; эти клетки отвечают за образование высокоспецифичных и высокоаффинных антител разных изотипов.

Клетки иммунной системы существенно различаются по сроку жизни. В соответствии с этим варьирует скорость их обновления. Численность клеток каждого типа строго контролируется гомеостатическими механизмами.

В начале XX столетия впервые было сформировано понятие иммунитета, и практически сразу же его разделили на два основных типа: преформированный, или природный, иммунитет, названный врожденным, или неспецифическим, и приобретенный иммунитет, формирующийся в результате контакта с болезнетворным агентом [11]. В последующем врожденный иммунитет долгое время оставался на положении Золушки, а максимальное внимание уделялось проблеме приобретенного иммунитета, возникающего как следствие контакта организма хозяина и вакцины. В этот период были созданы вакцины против сибирской язвы, бешенства, оспы, полиомиелита, многочисленные анатоксины. Некоторые ученые уже предрекали близкий упадок иммунологии, вызванный разработкой все новых вакцин, и связанное с этим снижение интереса к иммунологии в целом. Однако создание Ф. Бернетом [34] теории иммунитета и последующее открытие Р. Медаваром (Medawar) феномена толерантности убедительно доказало, что предсказания о скорой смерти иммунологии были несколько преувеличены. Начиная со 2-й половины XX столетия, в иммунологии наблюдается быстрый прогресс, связанный с пониманием механизмов врожденного распознавания компонентов микроорганизмов и их непосредственного участия в защите организма человека или животного от инфекции. Теперь понятно, что адаптивный (приобретенный) иммунитет определяет многое, но не всё в механизме защиты от инфекции. По-настоящему революционным стало открытием того, что наличие или отсутствие определённых молекул в организме во многом определяет его способность противостоять разрушающему воздействию патогена или его продуктов, например токсинов. Важным также было осознание того факта, что каждый конкретный возбудитель бактериальной, грибковой, протозойной или вирусной природы обладает неким набором характерных признаков, образующих его молекулярный образ [204, 309].

Новый этап развития теории врожденного иммунитета берет свое начало в 1980 г., когда С. Nüsslein-Volhard [224] установила существование особого гена, ответственного за дорсовентральную дифференциацию дрозофил, причем дефект этого гена сопровождался повышенной восприимчивостью этих насекомых к грибковой инфекции. Автор назвала этот новый белок Toll-рецептором (Toll — нем. отличный, восхитительный). Через несколько лет другой исследователь, C. A. Jr. Janeway [152], высказал гипотезу, что любой патоген обладает некими структурными особенностями, которые распознаются особыми рецепторами, названными толлподобными. Отметим, что за оба открытия авторам были присуждены Нобелевские премии.

В дальнейших исследованиях было установлено, что позвоночные имеют набор из 13 TLR, из них у человека пока обнаружено 10 рецепторов [6, 204, 205]. На рис. 1 и в табл. 1 представлена упрощенная классификация TLR человека, относящихся, как известно, к рецепторам 1-го типа.

Рис. 1. Размещение TLR на клеточной мембране и эндосоме их лиганды (по личному разрешению Р. Меджитова)

Таблица 1. Димеризация и места локализации TLR

Вместе с тем, TLR — не единственные молекулярные структуры, ответственные за распознавание патоген-ассоциированных молекулярных паттернов (ПАМП). Существуют также еще RIG-I-подобные рецепторы, Nod-подобные рецепторы, AIM2-подобные рецепторы, лектиновые рецепторы C-типа и внутриклеточные сенсоры ДНК — cGAS [20]. Каждый из этих рецепторов участвует в огромном количестве внутриклеточных путей. Среди этого разнообразия рецепторов TLR были охарактеризованы первыми и изучены лучше других.

Все TLR в неактивном состоянии существуют в мономерном виде, а после активации лигандом они образуют димерные формы, причем TLR1 и 2, а также TLR2 и 6 образуют между собо гетеродимеры, а все остальные рецепторы — гомодимеры [202]. Отметим, что в своей основе все TLR имеют практически одинаковую архитектуру, представленную на рис. 2 [57]. Как видно из этой схемы, над клеточной или эндоплазматической мембраной расположена та часть рецептора, которая непосредственно контактирует с патогеном. Она представляет собой соленоидоподобную аминокислотную спираль, образованную богатыми лейцином повторами ( рис. 3). Такая форма воспринимающей части считается наиболее функциональной, поскольку позволяет связываться с несколькими лигандами [206]. Было показано, что каждый TLR проявляет специфичность к нескольким веществам (лигандам), имеющим порой весьма разнородную структуру. Из этого вытекает единственный вывод о том, что распознавание чужеродных патогенов является относительно специфичным и опирается на способность организма воспринимать определенные молекулы. Над клеточной или эндоплазматической мембраной расположена та часть рецептора, которая непосредственно контактирует с консервативными структурами патогенов ПАМП [95, 223]. По своей структуре TLR уникальны, и это, естественно, обусловливает такую же уникальность механизмов их функционирования.

Рис. 2. Принципиальная схема строения TLR (по личному разрешению Р. Меджитова)

Рис. 3. Изогнутый повтор TLR3, богатый остатками лейцина (по личному разрешению Р. Меджитова)

C момента открытия TLR началось интенсивное изучение молекулярных механизмов их действия, и к настоящему моменту они считаются самыми изученными объектами регуляторной си-стемы организма. Это, с одной стороны, позволило понять многие механизмы, лежащие в основе патогенеза различных заболеваний, а с другой — выявить возможные терапевтические мишени и создать новые фармакологические препараты.

Существуют некоторые отличия между всеми TLR, связанные, в частности, с локализацией в пределах клетки. Одна часть рецепторов локализована в цитоплазматической мембране. У человека к ним относятся TLR1, TLR2, TLR4, TLR5, TLR6, TLR10. Другая группа, в которую входят TLR3, TLR7, TLR8, TLR9, локализована во внутренних компартментах, таких как эндоплазматический ретикулум (ЭР), эндосомы, лизосомы, эндолизосомы. Такие различия в топографии рецепторов имеют глубокий биологический смысл. Так, поверхностные рецепторы распознают, преимущественно, бактериальные антигены, в том числе липиды, липопротеины, белки, компоненты клеточной стенки бактерий. Иначе говоря, поверхностные TLR распознают структуры, первично контактирующие с цитоплазматической мембраной, в то время как внутриклеточные TLR распознают одно- и двухцепочечные нуклеиновые кислоты.

Рис. 4. Пути передачи сигнала с TLR

Пояснение в тексте:

Активированный TIR-домен рекрутирует вспомогательную адаптерную молекулу TIRAP/MAL (TIRAP = TIR domain containing adaptor protein или; Mal — MyD88 adapter-like), которая активирует белок миелоидной дифференцировки 88 (Myeloid differentiation primary response gene 88 (MyD88)). В свою очередь, MyD88 привлекает комплекс киназ, семейства IRAK (IL1-receptor associated kinase), который образует сигнальный комплекс, названный миддосомой (мyddosoma). Активация семейства IRAK-киназ происходит в определенной последовательности. Так, в первую очередь активируется IRAK4, а затем IRAK1 и IRAK2, а IRAK3 выполняет функцию негативного регулятора активности IRAK4 и IRAK1 [244]. IRAK1 затем самофосфорилируется на нескольких участках молекулы, что при-водит к высвобождению MyD88 из миддосомы [63, 163]. После активации, IRAK1 взаимодействует с TRAF6 (TNF-receptor associated factor 6), запуская RING-домен (really interesting new gene) E3 убиквитинлигазы для TRAF6. В свою очередь, TRAF6 вместе с убиквитинконъюгирующими энзимами и UEV1A (Ubiquitin-conjugating enzyme E2 variant 1A) запускает связанную с K63 полиубиквитинацию самого TRAF6 и протеинкиназного комплекса TAK1 (Transforming growth factor beta-activated kinase 1) [163), который формирует комплекс c семейством регуляторных белков TAB1, TAB2 и TAB3. Основная функция двух последних — активация функции TAK1 во взаимодействии с полиубиквитиновыми цепями, генерированными TRAF6.

Активированная ТАК1, в свою очередь, может транслировать нисходящий сигнал двумя путями (см. рис. 4).

Согласно первому пути, ТАК1 активирует IKK (IκB kinases) комплекс, включающий две активных киназы IKKα и IKKβ [183], третий член семейства IKKγ (NEMO-NF-kappa-B essential modulator) выполняет функцию негативного регулятора двух других членов семейства [175]. Основная функция IKK-комплекса — быстрое фосфорилирование и последующая деградация ингибиторных белков семейства IkB (IκBα, IκBβ и IκBε), которые в нестимулированном состоянии связывают NF-κB в неактивном состоянии. В результате деградации IκB, фактор трансляции подвергается протеасомной обработке и транслоцируется в ядро, за-пуская экспрессию провоспалительных цитокинов [175, 222].

По другому пути нисходящего сигналинга, TAK1 активирует и фосфорилирует семейство митоген-активированных протеинкиназ (MARKKs — Mitogen activated protein kinases) до MARK при участии аксессорных молекул ERK (extracellular signal-regulated kinases), JNK (c-Jun N-terminal kinases) и p38, что, в свою очередь, сопровождается фосфорилированием и активацией фактора трансляции AP-1, и уже этот фактор перемещается в ядро, где он индуцирует экспрессию воспалительных цитокинов и проапоптозных белков [210].

TRAF6 рекрутирует киназу RIP1, которая взаимодействует с TAK1 комплексом, а затем с MARK-киназами с последующей активацией экспрессии воспалительных цитокинов [163]. TRAF3, в свою очередь, привлекает IKK-подобные киназы TBK1 и IKKi совместно с IKKγ для фосфорилирования IRF3 (Interferon regulatory factor 3), который димеризуется и транслоцируется в ядро, где запускает экспрессию ИФН 1-го типа [162]. Дальнейшие события между факторами трансляции и синтезом провоспалительных цитокинов остаются загадочными. Как известно, ядерная ДНК клетки существует в суперспирализованном состоянии, и для начала экспрессии необходимо перевести ее в транскрипционно активное состояние. Эту функцию выполняют две топоизомеразы 1 и 2, основное действие которых — изменение конформационного состояния суперспиральной ДНК путем ее раскручивания и сматывания во время ремоделирования хроматина, транскрипции, репликации и рекомбинации ДНК [236]. Однако остается вопрос, каким образом и что именно управляет факторами трансляции: топоизомеразы или непосредственно суперспиральная ДНК? Одним из возможных вариантов ответа является допущение существования наборов NF-κB, именуемых как REL (Release factor), которые образуют димеры, способные взаимодействовать непосредственно с молекулой ДНК [219]. Однако пока неясно, как взаимодействует топоизомераза с димерами семейства REL. В то же время, участие топоизомераз в экспрессии воспалительных цитокинов не вызывает сомнения, поскольку ингибирование топоизомеразы 1 подавляет выработку провоспалительных цитокинов и защищает организм от смерти в результате воспаления [245]. Столь же загадочны и пути передачи сигналов с других трансляционных факторов — AP1 и IRF3.

Многочисленные исследования указывают на роль TLR2 в повреждении тканей, вызванном ишемией/реперфузией и связанном с инсультом или инфарктом миокарда, или трансплантацией солидных органов [141, 311].

TLR3 — своеобразный рецептор, отличающийся от всех остальных. Он расположен внутриклеточно на поверхности эндосомы. Имея типичное для TLR строение, он способен запускать, по меньшей мере, два разных сигнала (см. рис. 4). Как и другие внутриклеточные TLR-рецепторы, он распознает нуклеиновые кислоты, в частности связывает вирусную двухспиральную РНК (дсРНК), а также два синтетических лиганда TLR3, имитирующих дсРНК, — полирибоинозиновую-полирибоцитидиловую (поли I:C) и полиадениловую-полиуридиловую (поли A:U) кислоты [94]. После связывания с TRIF, последний может рекрутировать TRAF3 или TRAF6 (см. рис. 4). В первом случае нисходящий сигнал завершается экспрессией ИФН 1-го типа, во втором — сигнал активирует TAK1-киназу с последующей активацией NF-κB и синтезом провоспалительных цитокинов. Важно отметить, что активация TLR3 приводит к примированию перекрестно-реагирующим антигеном CD8 + T-клеток посредством молекул 1-го типа главной системы гистосовместимости (major histocompatibility complex — MHC) с последующей генерацией цитотоксических лимфоцитов [34, 94]. Кроме того, TRIF-зависимый сигналинг, следующий за активацией TLR3, приводит к увеличению синтеза ИФН 1-го типа, который еще больше усиливает этот процесс [94]. Показано, что синтетический лиганд TLR3, поли I:C, при его совместном интраназальном применении с инактивированной гриппозной вакциной активирует секреторный и системный гуморальные ответы, что сопровождается комплексной защитой против гомологичных и гетерологичных вирусов, в частности вирусов гриппа, включая высокопатогенный серотип H5N1 [146, 279].

TLR4 был первым рецептором этого семейства, идентифицированным у млекопитающих, и считается наиболее изученным членом среди всех TLR [95, 203]. Это поверхностный трансмембранный рецептор, TIR-домен которого, как и у других трансмембранных TLR-рецепторов, расположен на внутренней стороне цитоплазматической мембраны. TLR4 распознает бактериальные липополисахариды (ЛПС), компоненты наружной мембраны грамнегативных бактерий, вызывающих септический шок, белки некоторых опухолей (меланома), для чего он нуждается в ML2, CD14 и ЛПС-связывающем белке [20, 162, 235, 328]. Кроме того, TLR4 участвует в распознавании слитых белков респираторно-синцитиального вируса, оболочечных белков вируса опухоли молочной железы мышей, пневмолизина Streptococcus pneumoniae и выделенного из растений цитостатического препарата паклитаксел (paclitaxel) [153].

Таким образом, TLR4 способен регулировать воспалительный ответ и интерфероногенез. Это свойство может быть использовано при разработке новых фармакологических препаратов [95].

TLR9 представляет собой внутриклеточный рецептор, вовлеченный в распознавание ДНК бактериального и вирусного происхождения, а также собственной ДНК в составе иммунных комплексов. Как и другие эндосомальные TLR, он передает нисходящий сигнал через MYD88 путь, активируя NF-κB и запуская экспрессию провоспалительных цитокинов [163]. Кроме того, он также может действовать и через IRF7-сигналинг, запуская экспрессию ИФН 1-го класса [20, 162].

TLR7 и TLR8 являются трансмембранными белками, которые структурно близки между собой и экспрессированы на эндосомах. Их основное предназначение — распознавание преимущественно вирусных нуклеиновых кислот, к числу которых относятся двуспиральная РНК из вирусов, богатых U или GU олигонуклеотидами, таких как RNA40 и U5 области ВИЧ-1 RNA, а также вирусы гриппа, Коксаки, вирус гепатита С [87, 190, 303]. Активация TLR7/8 также может достигаться синтетическими лигандами, известными как имидазолхинолины, такими как R-848 (Резихимод) или R-837 (Имихимод), имеющими некоторое структурное сходство с гуанозином ( рис. 5). Имихимод преимущественно активирует TLR7, а резихимод — TLR7 и TLR8 [132].

Рис. 5. Структурная формула гуанозина (а), имихимода (б) и резихимода (в)

TLR7 экспрессирован, в основном, в легких, мозге, желудке, плаценте и мононуклеарных клетках периферической крови, а также в дендритных клетках, моноцитах, макрофагах и В-лимфоцитах [221]. У человека TLR7 состоит из 1049 аминокислот, имеет эктодомен из двадцати семи богатых лейцином повторов (LRR — leucine-rich repeat), трансмембранный домен (TM) и цитоплазматический (TIR) домен [192, 200]. Эктодомен локализован в эндосоме и подвергается воздействию кислого pH [149]. Активация TLR7 тесно связана с протеолитическим созреванием во внутренней зоне между LLR14 и 15, в пределах нескольких предполагаемых участков протеолитического расщепления [139, 199]. Кроме того, удаление N-конца имеет важное значение для сигналинга, но не для связывания лиганда; таким образом, может произойти процесс реассоциации, аналогичный таковому на TLR8 [103, 295].

(для упрощения приведены только ключевые молекулы) [275]:

AP1 — активаторный белок 1; IKK — IκB киназы; IRAK — киназа, ассоциированная с рецептором IL-1; IRF — регулирующий фактор интерферона; ISRE — стимулированный интерфероном респонсивный элемент; MAPK — активированная митогеном протеинкиназа; MyD88 — первичный отвечающий ген 88 миелоидной дифференцировки; NF-κB — ядерный фактор-κB; TIR — Толл/IL-1-рецептор

Резюмируя общие и весьма краткие описания TLR, отметим, что открытие патогенраспознающих рецепторов послужило мощным толчком к разработке новых фармакологических средств лечения многих заболеваний. Глава эта еще далеко не закрыта, и с каждым днем появляются все новые данные, свидетельствующие о важнейшей роли этих рецепторов в поддержании гомеостаза и устойчивости организма к различным патологическим воздействиям. Одним из перспективных направлений в этом отношении является поиск новых синтетических агонистов TLR и их применение в фармакологии. Примером такого подхода явля-ется, например, синтез и изучение агониста TLR7 — имихимода, завершившееся разработкой и последующим использованием его в медицинской практике для топического применения.