1. 7. Иммунный ответ.

Адаптивный иммунитет использует эффекторные механизмы врожденного иммунитета, обогащая их специфичностью (с помощью антител) и повышая их эффективность (с помощью цитокинов). Внутри адаптивной системы следует четко выделять гуморальные и клеточные факторы, направленные на защиту соответственно от вне- и внутриклеточных патогенов и располагающими в связи с этим разными механизмами. Т- и В-лимфоциты представляют собой обучаемую и обладающую памятью адаптивную иммунную систему.

В течение иммунного ответа можно выделить 4 стадии (таблица 13).

Таблица 13.

Стадии иммунного ответа.

Стадии иммунного ответа	Клетки, участвующие в развитии стадии	Иммунологические процессы
1.Стадия индукции (афферентная стадия)	Макрофаги, дендритные клетки, клетки Лангерганса, антигенреактивные лимфоциты.	Процессинг и презентация антигена.
2.Иммунорегуляторная стадия (пролиферативная стадия)	Т-хелперы, цитотоксические Т-лимфоциты, В-лимфоциты	Пролиферация и дифференцировка иммуноцитов. Иммунорегуляция..
3.Эффекторная стадия (продуктивная стадия)	Т-киллеры, Т-эффекторы, плазматические клетки.	Накопление и активация эффекторных клеток, антителообразование.
4.Иммунологическая память.	Т- и В-клетки памяти.	Накопление клеток памяти.

Стадия индукции или афферентная стадия включает момент поступления антигена (АГ) в организм, процессинг АГ и его презентацию Т-клеткам.

Иммунный ответ развивается не на микроб или полипептид, а на отдельные пептиды, низкомолекулярные эпитопы возбудителя. Образование таких пептидов происходит в клетках способных к процессингу и презентации АГ, а именно, в макрофагах, дендритных клетках, клетках Лангерганса. Начальную стадию иммунного ответа можно разделить на 3 этапа: эндоцитоз АГ (фагоцитоз, пиноцитоз), его расщепление (процессинг) и представление (презентация) АГ Т-клеткам.

Процесс презентации АГ, межмолекулярные и межклеточные взаимодействия, возникающие в ходе взаимодействия АПК и Т-лимфоцитов, оказывают определяющее влияние на пути и формы иммунного ответа.

Выделяют два основных пути иммунного ответа: клеточный и гуморальный. Клеточный иммунный ответ разделяют на противовирусный, в котором CD8+клетки выступают в роли эффекторов и регуляторов, и хроническое воспаление (ГЗТ, гиперчувствительность замедленного типа), в котором в роли регуляторов выступают СD4+Тh1, а в роли эффекторов – активированные INF-γ макрофаги, а также эозинофилы. Гуморальный иммунный ответ является следствием кооперации CD4+ Тh 2 и В-лимфоцитов, превращающихся в плазматические клетки и продуцирующие антитела разных классов. Антиген-специфические антитела являются главным эффектором этого варианта иммунного ответа (таблица 14.

Таблица 14. Пути и формы иммунного ответа.

Характеристики	Клеточный иммунный ответ		Гуморальный иммунный ответ
	Противовирусный ответ	Хроническое воспаление (реакции ГЗТ)
Локализация антигена	В цитозоле, между органеллами	В фагоцитарных вакуолях	Вне клетки
Антиген-презентирующие клетки	Дендритные клетки, макрофаги, В-лимфоциты	Макрофаги, дендритные клетки, В-лимфоциты	В-лимфоциты, дендритные клетки, макрофаги,
Т-лимфоциты, вовлеченные в ответ	CD8+Т-цитотоксические	CD4+Т-хелперы, переход Тh 0 → Тh 1	CD4+Т-хелперы, переход Тh 0→ Тh 2
Медиаторы ответа	IL-2, TNF-a, INF-γ	TNF-a, INF-γ, IL-2	IL-4, IL-5, IL-6, IL-10
Клетки-эффекторы	Клон цитотоксических CD8+Т-лимфоцитов	Макрофаги, активированные INF-γ и формирующие вместе с Тh 1 гранулему	В-лимфоциты, превращающиеся в плазматические клетки и секретирующие антитела
Результат ответа	Лизис инфицированных вирусом клеток-мишеней	Переваривание антигена в гранулеме либо её осумковывание и кальцификация	Связывание антител с бактериями и токсинами, их лизис и фагоцитоз
Пример	Противогриппозный иммунный ответ	Иммунные реакции при инфицировании Mycobacteria tuberculosis	Иммунный ответ при дифтерии

Как видно из таблицы 14, в ходе противовирусного ответа основными АПК являются дендритные, что связано с их высокой способностью к микропиноцитозу и постоянной «готовностью» к инфицированию вирусами. После процессирования белков вирусного капсида формируются пептидные фрагменты длиной 6-10 амингокислот, которые загружаются в эндоплазматической сети на молекулы МНСI. Комплексы МНС пептид после прохождения через аппарат Гольджи выставляются на мембране клетки, где распознаются CD8+Т-лимфоцитами, при этом распознавании важно как взаимодействие TCR с пептидом, так и молекулы CD8 с МНСI. Кроме того, для передачи сигнала от АПК к CD8+Т-лимфоциту важно связывание костимулирующих молекул – В7.1 (CD80) или В7.2 (CD86) со стороны АПК с антигеном CD28 на поверхности Т-лимфоцита. Эти костимулирующие взаимодействия, с одной стороны, подтверждают факт передачи информации при взаимодействии TCR пептид МНС I, а с другой стороны – обеспечивают включение синтеза и секреции ИЛ-2 его рецептора в CD8+Т-лимфоците, для которого ИЛ-2 является главным ростовым фактором.

Презентация АГ через МНС II несколько отличается от описанной для МНС I. Для презентации через МНС II необходимо, чтобы АГ был предварительно фагоцитирован АПК. Только в этом случае с фагосомой сливается лизосома, которая вносит в неё ферменты, а также другие везикулы цитоплазмы, содержащие молекулы МНС II. Под действием лизосомальных ферментов происходит разрушение патогена и его молекул на пептиды длиной 20-30 аминокислот, которые и загружаются на подготовленную молекулу МНСII, после чего комплекс МНС II+ пептид выставляется на мембрану АПК. В этом случае, помимо взаимодействия TCR c комплексом МНС II +пептид, необходимо наличие молекулы CD4, которая опознаёт саму молекулу МНС II, и упомянутых выше костимуляционных молекул (CD80, CD86, CD28).

Иммунорегуляторная, или пролиферативная стадия. При активации «наивной» CD4+ Тh 0 клетки происходит ещё одно важное событие – это выбор пути дифференцировки Тh 0 в сторону Тh 1 или Тh 2. Дихотомию дифференцировки CD4+ Т-лимфоцитов в процессе развития иммунного ответа с возникновением либо Th1, либо Th2 называют иммунным отклонением (девиацией) – отклонение иммунного ответа в сторону той или иной субпопуляции - Th1 или Th2 типа.

В генетически здоровом организме отклонение иммунного ответа в сторону Th1 или Th2 зависит от внешних факторов: химических свойств антигена, его дозы, пути попадания во внутреннюю среду, сопутствующих факторов типа адьювантов или инфекций, кратности иммунизации и т. д. Эта дихотомия Т-хелперов играет важнейшую роль в формировании пути иммунного ответа, ибо превращение Th0 в Th1 приведет к реакции клеточного иммунитета, а в – Th2 к гуморальному иммунному ответу. Выбор пути специализации Th0, по современным представлениям, в большой степени зависит от медиаторного фона, складывающегося в участке презентации.

Если презентация происходит в присутствии ИЛ-12, ИЛ-18, ИЛ-21 и/или INF-γ, то Th0 превращаются в Th1, который в свою очередь продуцирует INF-γ, ИЛ-2, TNF-, TNF-, а также ИЛ-3, GM-CSF и другие цитокины. При этом источниками ИЛ-12, ИЛ-18, ИЛ-21 выступают АПК, а источником INF-γ могут быть NK-клетки.

В случае презентации АГ через молекулу МНС II в присутствии ИЛ-4 Th0 переходят в Th2, которые секретируют ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-10, а также ИЛ-3 и GM-CSF и некоторые другие медиаторы. Источниками ИЛ-4 могут быть тучные клетки, тромбоциты, активированные ранее Th2. Участие тучных клеток в этом процессе не случайно, так как проникновение АГ во внутреннюю среду организма, где лежат эти клетки, всегда сопровождается их дегрануляцией и секрецией цитокинов.

Th1 и Th2 секретируют вместе ИЛ-3 и GM-CSF. Это связано с характером данных цитокинов. ИЛ-3 влияет на стволовые кроветворные клетки (СКК) и стимулирует образование новых клеток лимфоидного ряда - как Т-, так и В-лимфоцитов. В свою очередь, GM-CSF, действую на СКК, вызывает образование и активацию новых клеток моноцитарно-макрофагального ряда и гранулоцитов. Их значение возрастает при завершении иммунного ответа, при этом в случае хронического воспаления макрофаги выступают в роли эффекторных клеток, а в случае гуморального иммунного ответа и макрофаги, и гранулоциты (главным образом, нейтрофилы) играют роль клеток-дворников, уничтожающих разрушенные микробы и структуры тканевого дендрита.

Существует еще одна субпопуляция CD4+ Т-лимфоцитов – Т-хелперы 3-го типа (Th3), которые главным образом обеспечивают синтез противовоспалительных цитокинов TGF- и ИЛ-10, подавляющих иммунный ответ, и поддержание иммунологической толерантности.

CD8+ Т-лимфоциты дифференцированы для выполнения функций цитотоксических Т-лимфоцитов (ЦТЛ). ЦТЛ сами непосредственно, своим «клеточным телом», убивают клетки, на мембране которых они распознали антиген. CD4+ и CD8+ Т--лимфоциты дифференцированы в продуцентов цитокинов, секретируемых для взаимодействия и вовлечения в процесс других клеток-партнёров по иммунному ответу. Особенности различных типов Т-лимфоцитов представлены в таблице 15.

Таблица 15.

Характеристика популяций Т-лимфоцитов.

Характеристики	Т-цито-токсические	Т-хелперы 0	Т-хелперы -1	Т-хелперы -2
Происхождение	Из клеток предшествен-ников в тимусе	Из клеток предшественников в тимусе	Из Тх0, переход Тх0→Тх1 в ходе иммунного ответа в периферических лимфоидных органах	Из Тх0, переход Тх0→Тх2 в ходе иммунного ответа в периферических лимфоидных органах
Основные секретируемые медиаторы	IL-2, а также TNF-a, INF-γ	IL-2, IL-4, INF-γ	INF-γ, TNF-a, IL-2	IL-4, IL-5, IL-6, IL-10, TGF-b
Поверхностный маркёр	СD8+	СD4+	СD4+	СD4+
Роль в иммунном ответе	Уничтожение вирус-инфицирован-ных клеток	Первичное распознавание АГ и превращение в Тх1 или Тх2	Стимуляция макрофагов при хроническом воспаление (реакция ГЗТ), торможение функций Тх2	Стимуляция В-лимфоцитов к превращению в плазматические клетки и секреция антител, торможение функций Тх1

Эффекторная, или продуктивная стадия, заключается в активации эффекторных клеток, в результате происходит выделение неспецифических эффекторных медиаторов, развитие клеточных реакций и образование циркулирующих антител.

Эффекторные механизмы иммунитета состоят в том, что распознавшие (связавшие) антиген рецепторы – TCR на поверхности Т-лимфоцита и/или иммуноглобулины в растворе физически подводят связанный антиген к таким клеткам или ферментам, которые специально предназначены для расщепления, окисления антигена до мелких метаболитов, которые организм может вывести через свои системы выделения (почки, желудочно-кишечный тракт).

Эффекторное действие Т-клеток. Прошедшая индуцированная антигеном дифференцировка Т-клеток создает пул функционально активных клеток, действующих на периферии. Основные субпопуляции Т-клеток, призванные эффективно нейтрализовать чужеродный антиген, представлены цитотоксическими Т-клетками (CD8+лимфоциты) и Т-хелперами (CD4+лимфоцитами) первого и второго типа.

Главное защитное биологическое предназначение ЦТЛ – санация организма от внутриклеточных паразитов, например вирусов. ЦТЛ являются киллерами-специалистами. Специализированный механизм киллинга локализован в ЦТЛ в гранулах. Не иммунные зрелые цитотоксические лимфоциты после выхода из тимуса имеют только программу для биосинтеза эффекторных молекул, но не сами молекулы. После вовлечения их в иммунный ответ, распознавание ими своего антигена эта программа начинает действовать: происходит синтез de novо определенных веществ, которые называются цитотоксинами. Гранулы с цитотоксинами ни в коей мере не разбросаны по клетке в беспорядке, они собраны локально в связи с TCR так, что обеспечивается возможность строго направленного киллерного удара Т-лимфоцита по клетке-мишени. Эта строгая направленность ориентирована через TCR цитотоксического Т-лимфоцита на антиген.

Непосредственно действие CD8+лимфоцитов на клетки-мишени, зараженные, например вирусом, имеет двойное проявление: либо некроз (лизис), либо апоптоз клетки-мишени. При некрозе основными эффекторными молекулами являются перфорины и фрагментины. При апоптозе к этим молекулам добавляются TNF- (лимфотоксин) и осуществляется он с помощью гранзимов.

ИНФ-γ не оказывает прямого действия на размножение вирусов, но предотвращает их проникновение в здоровые клетки .Поскольку вирусы могут размножаться только внутриклеточно –интерферон приводит к их уничтожению. Кроме того, этот цитокин активирует макрофаги, вызывая их миграцию в зону проникновения вирусных частиц. Там активированные клетки выполняют по крайней мере две функции - эффекторов, поглощающих и разрушающих вирусные частицы, и антигенпрезентирующих клеток, способствуя вступлению в реакцию дополнительных CD8+Т-лимфоцитов. Кроме того, ИНФ-γ индуцирует в клетках повышенную экспрессию молекул МНСI и II, что способствует более эффективному представлению вирусных антигенов для Т-лимфоцитов ( и для распознования, и для киллинга). И наконец, ИНФ-γ является кофактором индукции дифференцировки из CD4+ Th0-субпопуляции провоспалительных CD4+ Т-лимфоцитов - Th1. Последнее означает, что CD8+ лимфоциты вносят свой и определенный вклад в развитие других эффекторных механизмов иммунного ответа, а именно варианта с участием Th1.

Гиперчувствительность замедленного типа (ГЗТ) – это второй вариант Т-лимфоцит зависимого и антител- не зависимого эффекторного механизма иммунитета. Лимфоциты-эффекторы ГЗТ – CD4+ Th1-лимфоциты, клетки-партнёры, исполнители воспаления, макрофаги. Основным объёктом действия CD4+ Th1-лимфоцитов являются инфицированные микобактериями, грибами и другими микроорганизмами макрофаги. В результате распознавания иммуногенного комплекса на макрофагах CD4+Т-клетки воспаления экспрессируют на своей поверхности TNF- и усиливают продукцию ИНФ-. Совместное действие цитокинов обеспечивает более эффективное образование фаголизосом, накопление кислородных радикалов и окиси азота, которые обладают бактерицидными свойствами, усиление экспрессии молекул МНС-II класса, повышение продукции фактора некроза опухолей TNF-. Подобная активация макрофагов не только способствует уничтожению внутриклеточных патогенов, но и определяет дополнительное включение Т-клеток в иммунный ответ, так как активированные макрофаги продуцируют ИЛ-12, который является главным «промотором» дифференцировки Th1. Свежий очаг ГЗТ воспаления представляет собой следующее. Цитокины активированных макрофагов – TNF-, ИЛ-1 и хемокины – создают очаг воспаления в виде плотных на ощупь узелков различного размера. Если по каким-то причинам макрофаги не в состоянии фагоцитировать и расщепить внедрившийся в ткани антиген и процесс иммунного воспаления по типу ГЗТ затягивается, то в тканях формируются гранулёмы (например вызванные Mycobacterium tuberculosis).

Эффекторные механизмы В-клеток . Антителозависимые эффекторные механизмы выражаются в осуществлении механизмов гуморального иммунитета. Гуморальный иммунный ответ есть функция В-лимфоцитов, трансформирующихся в активные продуценты антител – плазмоциты (плазматические клетки). Образуемые этими клетками антитела выполняют три основные задачи:

• Во-первых, они нейтрализуют антиген. Эта способность антител особенно важна при обезвреживании бактериальных токсинов и сильных ядов (антитело при связывании нейтрализует их активность).

• Во-вторых, антитела выступают в качестве опсонинов. Взаимодействуя специфически с антигенными эпитопами бактериальной стенки, антитела создают условия для лучшего захвата патогена фагоцитирующими клетками, которые несут на своей поверхности рецепторы Fc-фрагменту иммуноглобулинов.

• в третьих, комплекс антигена с антителом активируют белки системы комплемента, которые в свою очередь выполняют несколько функций: опсонизируют антигены, формируют поры в клеточной стенке корпускулярных антигенов, определяя их гибель, выступают в качестве хемоаттрактантов, привлекая в зону проникновения патогена клетки воспаления. Комплексы антиген-антитело-компоненты комплемента в свою очередь фиксируются на эритроцитах рецепторами для комплемента, и эритроциты уносят такие комплексы в синусоиды селезенки или печени, где их фагоцитируют и расщепляют макрофаги.

Поверхностный иммуноглобулиновый рецептор В-клеток несёт двойную нагрузку в процессе созревания плазмоцитов. Во-первых, он выполняет роль антигенраспознающего рецептора, передавая сигнал о встрече с антигеном внутрь клетки. Во-вторых, служит фактором захвата антигена для его переноса внутрь клетки. После внутриклеточной переработки антигенные пептиды в комплексе с молекулами МНС II класса выносятся на клеточную поверхность. Иммуногенный комплекс распознаётся антигенспецифическими хелперными Т-клетками, которые и обеспечивают второй сигнал для В-клеточной пролиферации и дифференцировки.

По мере развития гуморального иммунного ответа от момента распознавания антигена до наиболее активной продукции антител происходят следующие важные события: переключение синтеза антител с одного изотипа на другой и повышение аффинности антител. Местом развития этих события являются вторичные фолликулы или зародышевые центры лимфоидной ткани. В-клетки, не прошедшие отбора на высокую степень аффинности антигенраспознающего рецептора, погибают. Клетки, обладающие высокой рецепторной аффинностью, дифференцируются либо в плазматические клетки, либо в клетки памяти.

Параллельно отбору на степень родства антигенраспознающих рецепторов В-лимфоцитов и под влиянием цитокинов Т-лимфоцитов хелперов, синтез антител переключается с одного изотипа на другой.

Имеются существенные различия в характере иммунного ответа (гуморального или клеточного) при первичном и повторном контакте с антигеном. При первичном ответе на 3-6 день появляются антитела IgM (после первого контакта организма с антигеном сначала удается обнаружить IgM-продуцирующие клетки), затем IgG, а на 15-21 день – антитела класса IgA. При вторичном иммунном ответе подъём уровня IgM незаметен, антителообразование начинается практически с резкого повышения концентрации IgG (рисунок 1). Эти различия иммунного ответа объясняются феноменом иммунологической памяти.

Иммунологическая память. Феномен иммунологической памяти проявляется в том, что в случае успешного иммунного ответа при первом попадании патогена в организм, при его повторных попаданиях санация наступает существенно быстрее и эффективнее и патоген не успевает вызвать патологический инфекционный процесс. Это называют протективным, т. е. защищающим от болезни иммунитетом.

Несмотря на то, что клинический феномен «иммунологическая память» был известен с древних времен, клеточные и молекулярно-генетические механизмы иммунологической памяти до настоящего времени неизвестны. Описаны особенности Т- и В-лифоцитов – «клеток памяти» (таблица 16, 17).

В основе феномена иммунологической памяти, по-видимому, лежат два явления:

1) При первом иммунном ответе произошло размножение лимфоцитов антигенспецифического клона и не все из них израсходованы в текущем иммунном ответе, не все претерпевают апоптоз. Часть лимфоцитов клона «замораживается» и персистирует в организме в течение неопределенного времени (для различных антигенов время очень разное – от нуля до пожизненного);

2)Лимфоциты памяти существенно меньше, чем не иммунные лимфоциты, нуждаются в медиаторах доиммунного воспаления и в костимуляторных сигналах, чтобы начать иммунный ответ на свой антиген, и могут начать его вне воспаления или при минимальных симптомах воспаления. Т-лимфоциты памяти отличаются от зрелых не иммунных Т-лимфоцитов по частоте встречаемости антигенспецифического клона в лимфоидной ткани (больше в 10-100 раз), и по экспрессии ряда мембранных молекул. Самое главное, что Т-лимфоциты памяти существенно меньше, чем впервые активируемые к иммунном ответу лимфоциты, нуждаются в костимулирующих воздействиях и поэтому быстрее и легче выходят в продуктивную эффекторную фазу иммунного ответа.( таблица 16.)

Таблица 16. Параметры В-лимфоцитов при первичном и вторичном иммунном ответе.

Параметр	При первичном ответе	При вторичном ответе
Частота встречаемости антигенспецифичных В-лимфоцитов в лимфоидных тканях	-4 -5 10-10	-3 10
Изотип продуцируемых антител	IgM > IgG	IgG, IgA, IgE
Аффинность антител	низкая	высокая

Сравнительная экспрессия мембранных молекул на не иммунных зрелых Т-лимфоцитах и на Т-лимфоцитах памяти приведена в таблице 17.

Вместе с тем, не известно, почему на какие-то антигены иммунологическая память остаётся надолго , а на какие-то нет. При этом длительность этой памяти варьирует от нескольких минут до всей жизни и зависит не только от антигена ,но и варьирует у разных людей. Поэтому в настоящее время прогнозы результатов вакцинации – только эмпирические и статистические, но персонально их нельзя при нынешнем уровне знаний составить разумно.

Рисунок 2. Величина первичного и вторичного иммунного ответа (усл. Ед).

1-е введение 12дн 20дн 2-е введ. АГ 60дн 64дн 80дн случайное попадание АГ

антигена Таблица 16.

Таблица 17.

Экспрессия мембранных молекул на зрелых не иммунных Т-лимфоцитах и Т-лимфоцитах памяти.

Мембранные молекулы	Относительная экспрессия на неиммунных Т-клетках	Относительная экспрессия на Т-клетках памяти	Функция
LFA-3	1	~10	Лиганд для CD2, обеспечивающий адгезию клеток и передачу сигнала
CD2	1	~3	Обеспечивает адгезию Т-клеток и их активацию
LFA-1 (CD11a/CD18)	1	~3	Обеспечивает адгезию, активацию лейкоцитов и передачу сигнала
VLA-4	1	~4-5	Хоминг Т-клеток в ткани
CD44	1	~2	Хоминг лимфоцитов в ткани
CD45RO	1	~20-50	Изоформа CD45 с низкой молекулярной массой, включена в Т-клеточный рецепторных комплекс к качестве костимулятора
CD45RA	10	~1	Основная форма CD45 с высокой молекулярной массой, экспрессируются на наивных Т-клетках
L-селектин	много	На некоторых много, на некоторых мало	Рецептор, участвующий в хоминге наивных Т-клеток в лимфоидную ткань
CD3	1	1	Входит в состав Т-клеточного антигенраспознающего комплекса

Иммунологическая толерантность. Помимо специфического иммунного ответа, организм способен развивать и иммунологическую «неотвечаемость» к антигену. Это явление врожденной или приобретенной ареактивности , по определению ВОЗ, относится к категории иммунологической толерантности. Феномен приобретенной толерантности как и феномен иммунного ответа строго специфичен и не отменяет полноценного ответа на другие антигены. Следует также различать толерантность к собственным антигенам. Формирование способности различать «свое» и «не свое» является отражением ситуации, когда все антигенные детерминанты закодированные в ДНК данного организма, воспринимаются собственной иммунной системой как «свои», а все другие –как «не свои». Однако , существует возможность «самораспознавания», в основе которой может лежать феномен антигенной мимикрии, то есть присутствие аналогичных групп молекул на своем и чужеродном антигене. Кроме того, существует механизм формирования небольшого числа аутоантител ,которые являются естественными регуляторами тканевого обмена. Нарушение физиологических механизмов толерантности может приводить к развитию аутоиммунной патологии.