Т-клетки (Т-лимфоциты). Определение, понятие

Т-клетки иммунной системы (Т-лимфоциты)

Данная страница разбита на 5 частей, которые посвящены Т-клеткам (Т-лимфоцитам). Содержание частей во многом повторяет друг друга, но материал взят из различных источников. Это сделано с целью более полного освещения темы Т-клеток иммунной системы.

• Часть I. CD4⁺ Т-клетки и CD8⁺ Т-клетки
• Часть II. Т-лимфоциты (обзор)
• Часть III. Баланс Th1/Th2
• Часть IV. Дифференцировка клеток Th1-Th2
• Часть V. Иммунологические механизмы локального воспаления
• Доп. информация: Главный комплекс гистосовместимости (MHC)

Часть I

CD4⁺ T-клетки и CD8⁺ T-клетки

СОДЕРЖАНИЕ

• Т-клетки (Т-лимфоциты). Понятие, определение
• Treg, NKT, CD8+, CD4+, Th1/Th2, Th17, Tfh, Th3, Tr1
• Субпопуляции (отношения, функции)
• Таблица 1. Субпопуляции Т-клеток в периферической крови (частота, маркеры)
• Жизненный цикл Т-лимфоцитов (наивная Т-клетка)
• Развитие Т-лимфоцитов (кратко)
• Развитие и созревание Т-лимфоцитов (подробнее)
• Заселение тимуса, β-селекция, «+» отбор и «-» отбор
• Активация (Синапс) и Дифференцировка Т-клеток
• Что такое CD8⁺ Т-клетки?
• Рисунок 1. Цитотоксическая Т-клетка (CD8⁺ Т-клетка) взаимодействует с клеткой-мишенью для уничтожения
• Развитие CD8⁺ Т-клеток
• Рисунок 2. Стадии развития CD8⁺ Т-клеток
• Активация и дифференцировка CD8⁺ Т-клеток
• Рисунок 3. Активация и дифференцировка CD8⁺ Т-клеток
• Цитотоксичность, опосредованная CD8⁺ Т-клетками
• Рисунок 4. Ликвидация клеток-мишеней, опосредованная CD8⁺ Т-клетками
• Фенотипы эффекторных CD8⁺ Т-клеток (Tc1, Tc2, Tc9, Tc17, CD8⁺ Treg)
• Таблица 2. Фенотип и функция эффекторных CD8⁺ Т-клеток
• CD8⁺ Т-клетки памяти
• Что такое CD4⁺ Т-клетки
• Что такое клетки Th1?
• Развитие Т-клеток (Тимическая фаза)
• Рисунок 5. Развитие Т-клеток
• Дифференцировка в эффекторные клетки Th1
• Рисунок 6. Развитие Th1 и опосредованная IFNγ петля положительной обратной связи, способствующая экспансии Th1
• Таблица 3. Экспрессия генов и изменения цитокинов, которые стимулируют развитие Th1-клеток
• CD4⁺ Т-клетки памяти
• Рисунок 7. Факторы, влияющие на дифференцировку CD4⁺ Т-клеток памяти
• Костимулирующие молекулы и их роль в дифференцировке Th1
• Рисунок 8. Костимулирующие молекулы и их роль в дифференцировке Th1
• Таблица 4. Костимулирующие молекулы, важные для дифференцировки и функционирования Th1
• Эффекторные функции клеток Th1
• Рисунок 9. Эффекторные функции Th1
• Таблица 5. Цитокины, секретируемые Th1-клетками, и их функции
• Что такое клетки Th2?
• Дифференцировка клеток Th2
• Сигнальные пути для поляризации клеток Th2
• Th2 и врожденные лимфоидные клетки (ILCs)
• Таблица 6. Субпопуляция Th2-клеток и профиль ключевых цитокинов
• Рисунок 10. Врожденные лимфоидные клетки (ILCs) модулируют адаптивный иммунный ответ Th2
• Th2-клетки при заболевании
• Что такое Т-хелперные клетки 17 (Th17)?
• Активация и дифференцировка клеток Th17
• Рисунок 11. Обзор дифференцировки Th17
• Эффекторная функция клеток Th17
• Рисунок 12. Эффекторная функция Th17
• Клетки Th17 при заболевании
• Что такое регуляторная Т-клетка (Treg)?
• Классификация и номенклатура регуляторных Т-клеток
• Таблица 7. Свойства клеток Treg
• Регуляторные Т-клетки при заболевании

Общие сведения о Т-клетках.  Субпопуляции Т-лимфоцитов.

Определение Т-клеток (Т-лимфоцитов)

Т-клетки или Т-лимфоциты (лимфоциты тимусного происхождения) - это клетки иммунной системы, которые являются неотъемлемой частью адаптивной иммунной системы. (См. также: Основная задача T-лимфоцитов)

• Т-клетки - это клетки крови (разновидность лейкоцитов группы агранулоцитов), которые действуют, атакуя (прямо или косвенно) вторгающиеся патогены и клетки-хозяева, в зависимости от типа активированных Т-клеток.
• Т-клетки отличаются от других лимфоцитов тем, что у них есть Т-клеточный рецептор на поверхности, который отсутствует в других лимфоцитах.
• Т-клетки являются одним из важнейших факторов адаптивного иммунного ответа, поскольку рецепторы взаимодействуют с комплексами MHC на антигенпрезентирующих клетках, подвергающихся воздействию антигенов. Диапазон антигенов, которые могут активировать Т-клеточный ответ, различается у разных организмов.
• Т - клетки можно отличить от других лимфоцитов, таких как В-клетки, поскольку созревание и дифференцировка Т-клеток происходит в тимусе.
• Существуют различные подмножества Т-клеток, которые участвуют в различных функциях клеток. Эти клетки являются основной причиной иммуноопосредованной гибели клеток.
• Т-клетки вырабатываются в костном мозге каждый день в процессе, регулируемом набором Т-клеток, называемых регуляторными Т-клетками.
• Т-клетки являются частью адаптивной иммунной системы с набором случайно сгенерированных мембранных рецепторов для встречи с антигенами.
• Т-клетки также отличаются от В-клеток тем, что они не могут функционировать как антигенпрезентирующие клетки и требуют, чтобы антигены были представлены им с помощью молекул MHC.
• Т - клетки составляют около 60-70% от общего количества лимфоцитов, присутствующих в крови, но их довольно трудно выделить и определить по сравнению с В-клетками.

Т-лимфоциты (Т-клетки) занимают особое место в иммунной системе и служат главной популяцией в развитии клеточного иммунного ответа. Число естественных субпопуляций Т-лимфоцитов значительно больше, чем у В-лимфоцитов. Прежде всего, это – γδТ и αβТ-клетки, отличающиеся структурой Т-клеточного рецептора (TCR), а следовательно специфичностью распознавания и спектром функций. Общим маркером для всех разновидностей Т-лимфоцитов (отсутствует у других клеток) является молекулярный комплекс TCR-CD3. Выявление CD3 маркера применяют для идентификации Т-лимфоцитов (моноклональные анти-CD3-антитела (Anti-CD3 mAB) распознают ε-цепь этого комплекса).

Среди αβТ-лимфоцитов (подавляющее большинство) выделяют 4 естественные субпопуляции: CD4⁺Т-лимфоциты, CD8⁺Т-лимфоциты, естественные регуляторные Т-клетки и NKT.

Субпопуляция CD4⁺ Т-хелперов распознают антигенный пептид в составе МНС II, а цитотоксические CD8⁺ Т-клетки - в составе МНС I.

Treg-клетки. Естественные регуляторные Т-клетки (Treg) имеют фенотип CD4⁺/CD25^hi/CTLA-4(CD152)/FOXP3, т.е. регуляторные Т-клетки сильно экспрессируют α-цепь рецептора для IL-2 (CD25), что отличает их от активированных Т-хелперов, несущих меньшее количество молекул CD25. Их функция состоит в контроле активности аутоспецифических клонов Т-лимфоцитов, не удаленных в процессе отрицательной селекции, мигрировавших в периферический отдел иммунной системы и создающих опасность аутоагрессии. Супрессорная активность CD4⁺ регуляторных Т-клеток связана с транскрипционным фактором FOXP3 (скурфин, scurfin). Важную роль в индукции регуляторных Т-клеток играют дендритные клетки тимуса, активированные цитокином TSLP (стромальным лимфопоэтином тимуса), секретируемым эпителиальными клетками телец Гассаля. Тreg эмигрируют из тимуса в составе популяции зрелых Т-клеток. CD4⁺CD25^hi Т-лимфоциты составляют 5% от числа тимоцитов, 3-5% от числа периферических лимфоцитов (5-7% от числа CD4⁺ Т-клеток).

Помимо Treg-клеток существуют также другие Т-клетки c регуляторным функционалом, такие как Tr1 и Th3.

Естественные Т-клетки киллеры. NKT-клетки – это особая субпопуляция Т-лимфоцитов (а не NK-клеток!). Формируются в процессе Т-лимфопоэза, но на поздних этапах развития приобретающие признаки NK-клеток: на их поверхности представлены комплекс TCR-CD3 и типичные молекулы NK-клеток CD56 и CD16. NKT-клетки относят к клеткам врожденного иммунитета. Помимо цитотоксической функции они выполняют роль практически единственного источника цитокинов (в первую очередь IFNγ) на первом этапе реакции на внедрение патогенов. Кроме того, NKT-клетки способны осуществлять регуляторную функцию, ограничивая интенсивность иммунного ответа, а также аутоагрессию.

CD8⁺ Т-лимфоциты (см. здесь ->)

CD4⁺ Т-лимфоциты (см. здесь ->). Если CD8⁺Т-клетки в процессе иммунного ответа функционируют как единая субпопуляция, то среди CD4⁺Т-клеток выделяют несколько адаптивных субпопуляций. Выделяют 4 адаптивных субпопуляции Th: Th1, Th2, Th17, Treg.

Th1/Th2 дихотомию впервые описали в 1986г. Т. Мосманн и соавт. Они обнаружили, что в процессе активации эти клетки секретируют разный спектр цитокинов. Различие спектра гуморальных продуктов, прежде всего, ключевых цитокинов Th1- и Th2-клеток (соответственно IFN-γ и IL-4) определяют основную направленность иммунного ответа в направлении клеточной или гуморальной защиты.

Открытие адаптивных субпопуляций Т-хелперов создало основу для формирования представлений о различии клеточных механизмов иммунной защиты, в зависимости от локализации патогенна (внутри- или внеклеточно).

Определение мембранных маркеров редко используют для дифференцировки Th1 и Th2-лимфоцитов. К таким маркерам относят, прежде всего, хемокиновые рецепторы. Так, например, для Th1 рецепторы, реагирующие, прежде всего, на INFγ-зависимые хемокины. Однако главным подходом при разграничении Th1- и Th2-клеток служит оценка спектра секретируемых ими цитокинов.

При дифференцировке Т-хелперов происходит супрессия одних и усиление экспрессии других цитокиновых генов, прежде слабо экспрессированных в Th0-клетках.

Th1-лимфоциты продуцируют INF-γ, IL-2, TNF-α, TNF-β, IL-3, GM-CSF.

Th2-лимфоциты продуцируют IL-4, IL-13, IL-5, IL-6, IL-9, IL-11, IL-21, IL-25, IL-10, IL-3, GM-CSF.

В этих спектрах есть цитокины, общие для двух линий (например, GM-CSF). Другие цитокины более специфичны для субпопуляций. Среди них есть ключевые: для Th1 – INF-γ; для Th2 - IL-4. Через цитокины Th1- и Th2-лимфоциты способны ингибировать развитие и функционирование друг друга.

Дифференцировка Th1 и Th2 зависит от двух сигналов:

• Один из них поступает через TCR и «сообщает» о распознавании молекулы в комплексе с MHC;
• Второй сигнал осуществляют цитокины.

Установлено, что основным индуктором Th1-клеток служит IL-12. Развитию и поддержанию Th1-ответа способствуют INFγ, IL-18, IL-23 и IL-27.

Цитокином, определяющим развитие Th2-клеток, служит только IL-4. Роль второстепенных факторов при их развитии играют IL-10, IL-6, IL-2, IL-9.

Основной источник цитокинов, обеспечивающих дифференцировку клеток Th1 – дендритные клетки. Они выделяют IL-12 уже при первом контакте с CD4⁺ лимфоцитами. При взаимодействии с активированными Th0-клетками они выделяют весь спектр цитокинов, необходимых для развития Th1. Вопрос о цитокиновом обеспечении Th2 более сложен. Источник IL-4 до появления Th2 в ходе иммунного ответа не известен. Конститутивная выработка этого цитокина в той или иной степени свойственна тучным клеткам, базофилам, эозинофилам, NK- и NKT-клеткам, но четко не показано, в какой степени она реализуется при иммунном ответе in vivo и какова доступность выделяемого IL-4 для Th0-клеток.

Помимо свойств цитокинов, вырабатываемых Th1 и Th2, их функция зависит от прямых контактных взаимодействий с клетками-мишенями, выступающих в качестве эффекторных клеток при иммунном ответе. Для Th1 – это макрофаги, а для Th2 – В-лимфоциты.

Развитию Th1-клеток способствуют крайние (очень высокие и очень низкие) дозы антигена и его высокое сродство к рецептору, а развитию Th2-клеток – промежуточные дозы антигена и более низкое сродство к рецептору. Кроме того, известно значение корецептора CD4 в выборе пути дифференцировки. При нокауте гена по CD4 происходит усиление дифференцировки в направлении Th1.

Th17 - (ключевой цитокин IL-17A (из семейства IL-17), кроме того секретируют IL-21 и IL-22) дифференцируются из активированных CD4⁺ клеток независимо от Th1- и Th2-лимфоцитов. Эти клетки могут участвовать как в иммунной защите от патогенов: мобилизуя нейтрофилы, Th17-лимфоциты участвуют в защите от грамотрицательных бактерий и в то же время могут способствовать повреждению тканей при хроническом воспалении.

Tfh-клетки. По-видимому, три описанных выше типа адаптивных субпопуляций не исчерпывают всего разнообразия Т-хелперов. В качестве самостоятельной субпопуляции некоторые исследователи рассматривают фолликулярные Т-хелперы гуморального иммунного  ответа (CD4⁺ Tfh-клетки) и др.

Адаптивные Treg-клетки (охарактеризованы недостаточно). Если основная функция естественных регуляторных Т-клеток (Treg) состоит в предотвращении аутоиммунных процессов, то адаптивные регуляторные Т-клетки, главным образом, ограничивают иммунный ответ на заключительных этапах его развития. Помимо Th3- и Tr1-клеток к ним относят адаптивный вариант CD4⁺CD25^hi регуляторных Т-лимфоцитов.

• Th3-клетки представляют разновидность Т-хелперов, индуцируемую при иммунном ответе. Клетки T-хелперы 3 (Th3) представляют собой подмножество Т-лимфоцитов с иммунорегуляторными и иммуносупрессивными функциями, которые могут быть индуцированы введением чужеродного орального антигена. Клетки Th3 действуют в основном за счет секреции противовоспалительного цитокина, трансформирующего фактор роста бета (TGF-β). Th3 были описаны как у мышей, так и у человека как CD4⁺FOXP3⁻ регуляторные Т-клетки, т.е. в отличие от хорошо охарактеризованных Т-регуляторных (Treg) клеток, клетки Th3 не экспрессируют фактор транскрипции FOXP3. Клетки Th3 участвуют в иммунитете слизистой оболочки и защите слизистых оболочек в кишечнике от непатогенных чужеродных антигенов. Они опосредуют эту невоспалительную среду, секретируя TGF-β и IL-10. TGF-бета способствует переключению класса на низкие концентрации IgA, которые не являются воспалительными. IgA обычно не активирует систему комплемента и не участвует в фагоцитозе. Th3 ингибирует Th1 и Th2 клетки. Дифференцировка клеток Th3 in vitro усиливается с помощью TGF-β, IL-4 и IL-10.

• Tr1-клетки описаны в барьерных тканях, как клетки, секретирующие IL-10 и вовлеченные в формирование неотвечаемости на антигены пищи и симбиотических микроорганизмов. Допускается возможность выработки этими клетками TGF-β, а также из родство или идентичность с Th3-клетками. Регуляторные клетки типа 1 или клетки Tr1 (TR1) представляют собой класс регуляторных Т-клеток, участвующих в периферическом иммунитете в качестве подмножеств CD4⁺ Т-клеток. Клетки Tr1 регулируют толерантность к антигенам любого происхождения. Ключевая роль Tr1 заключается в индуцировании и поддержании периферической толерантности и подавлении воспаления тканей при аутоиммунных заболеваниях и заболеваниях "трансплантат против хозяина". Специфическими маркерами клеточной поверхности для клеток Tr1 у людей и мышей являются CD4⁺CD49b⁺LAG-3⁺CD226⁺, из которых незаменимы LAG-3⁺ и CD49b⁺. Tr1 характерно продуцируют высокие уровни IL-10, IFNy, IL-5, а также TGF-β, но не IL-4 и не IL-2. Выработка IL-10 также намного быстрее, чем его выработка другими типами Т-хелперных клеток. Клетки Tr1 конститутивно не экспрессируют FOXP3, а только временно, при их активации и в меньших количествах, чем CD25⁺FOXP3⁺ регуляторные Т-клетки.

См. доп.: Т-регуляторы

Субпопуляции Т-лимфоцитов (соотношения, функции)

Как часть адаптивного иммунитета, Т-клетки играют неотъемлемую роль в осуществлении и контроле иммунных реакций. Т-клетки можно отличить от других лимфоцитов, таких как В-клетки и клетки-естественные киллеры (NK), по наличию Т-клеточного рецептора на поверхности клетки. Каждое из различных подмножеств Т-клеток выполняет различные функции и способствует иммунному ответу для достижения наилучшей эффективности.

Созревая из тимоцитов, Т-клетки проходят несколько стадий развития: после отбора в тимусе они циркулируют по организму в виде наивных Т-клеток, каждая из которых обладает уникальной антигенной специфичностью. При встрече с антигеном они активируются, дифференцируются в определенный подтип, расширяются и выполняют свою роль эффекторных клеток, например, мигрируя в различные ткани и органы. Для долговременной иммунной памяти некоторые из активированных антигеном Т-клеток дифференцируются в различные подтипы Т-клеток памяти.

В периферической крови человека 15-30% всех CD45⁺ лейкоцитов являются Т-клетками, при этом CD4⁺Т-клетки составляют примерно две трети от общей популяции Т-клеток, а CD8⁺Т-клетки составляют оставшуюся треть. В изолированных  мононуклеарных клетках периферической крови (PBMCs) Т-клетки составляют 45-70% от общего числа клеток, что на сегодняшний день является наиболее распространенным типом клеток. До 60% от общего числа PBMCs составляют CD4⁺Т-клетки и до 30% - CD8⁺Т-клетки.

Табл. 1. Субпопуляции Т-клеток в периферической крови (широкая классификация)

Тип клетки или подмножество	Частота	Маркеры	Функция
Т-клетки (в целом)	15–30% of CD45+ лейкоциты в периферической крови	CD45, CD3, CD2, CD5, CD6	Регуляторы и эффекторы адаптивного иммунного ответа
CD4+ Т-хелперные клетки	9–20% of CD45+ лейкоциты в периферической крови	CD45, CD3, CD4	Регуляторы адаптивного иммунного ответа Секретируют цитокины для управления иммунологическими процессами. Стимулируют созревание В-клеток Активируют цитотоксические Т-клетки и макрофаги Дифференциация на различные подмножества (например, Th1, Th2, Th17)
CD4+CD25+ регуляторные Т-клетки (Treg)	<1% of CD45+ лейкоциты в периферической крови	CD45, CD3, CD4, CD25	Завершают иммунный ответ Подавляют аутореактивные Т-клетки Поддерживают иммунологическую толерантность FoxP3 как определяющий фактор транскрипции
CD8+ цитотоксические Т-клетки	5–10% of CD45+ лейкоциты в периферической крови	CD3, CD8	Исполнители клеточного иммунного ответа Антиген-специфическое уничтожение, например, инфицированных вирусом клеток и опухолевых клеток FAS- или гранзим-, перфорин- и гранулизин-опосредованное уничтожение
TCRγ/δ+ Т-клетки (γδ Т-клетки)	<10% всех Т-клеток в периферической крови	γ/δ TCR+, CD3, CD4+/–, CD8+/–	«Нетрадиционный» подтип Т-клеток, который проявляет антигенпредставляющие, а также цитотоксические свойства в ответ на антигены стресса. Распознавание антигенов без присутствия молекул МНС
Т-клетки натуральные киллеры (NKT-клетки)	<3% всех Т-клеток в периферической крови	CD45, CD3, CD56, CD16, NK1.1, гранзим	Гетерогенная группа «нетрадиционных» Т-клеток, которые обладают свойствами как Т-клеток, так и естественных клеток-киллеров Распознавание неполиморфной антигенпредставляющей молекулы CD1d, а не MHC (важно для распознавания, например, гликолипидов микобактерий туберкулеза)
Двойные отрицательные Т-клетки (CD3+CD4−CD8− Т-клетки, DNT)	1–3% всех периферических Т-клеток	α/β TCR+, CD3	Экспрессируют α/β TCR, но не экспрессируют CD4 или CD8, а также типичные маркеры NKT-клеток. Потенциальная роль в подавлении иммунного ответа

Диапазон функционально различных подтипов Т-клеток можно разбить на СD4⁺ Т-хелперные клетки, CD8⁺ цитотоксические Т-клетки, CD4⁺CD25⁺FoxP3⁺ регуляторные T-клетки и «нетрадиционные» подтипы Т-клеток, такие как γ/δ Т-клетки, NKT-клетки, и дважды отрицательные Т-клетки (DNT-клетки). Таким образом, Т-клетки обычно идентифицируются по их экспрессии CD3 вместе с CD4 или CD8. Дополнительные маркеры используются для дальнейшего различения подтипов.

Жизненный цикл и созревание Т-лимфоцитов

См. также доп.: Развитие Т-клеток, развитие CD8⁺ Т-клеток, развитие клеток Th1 (Тимическая фаза)

Кратко о жизненном цикле Т-лимфоцитов

Каждая Т-клетка после сборки Т-клеточного рецептора (TCR) проходит тестирование на функциональность случайно собранного рецептора (положительная селекция) и на отсутствие специфичности к собственным антигенам организма, т.е. на отсутствие очевидной аутоиммунной угрозы (отрицательная селекция). Этапы селекции происходят в вилочковой железе (в тимусе); при этом более 90% клеток-предшественников погибает, не сумев правильно собрать рецептор либо пройти селективный отбор. Выжившие Т-клетки пролиферируют и выходят из тимуса в кровоток - это наивные Т-лимфоциты, еще не встречавшиеся с антигеном. Наивная Т-клетка циркулирует в крови и периодически заходит в лимфоузлы, где в Т-клеточной зоне контактирует со специализированными клетками, которые представляют ей чужеродный антиген.

Примечание: Наивная Т-клетка - это Т-клетка, которая дифференцировалась в тимусе и успешно прошла положительные и отрицательные процессы центрального отбора в тимусе. Среди них наивные формы Т-клеток-помощников (CD4⁺), которые обозначаются ка Th0, а также наивные цитотоксические Т-клетки (CD8⁺). Наивная Т-клетка считается незрелой и, в отличие от активированных Т-клеток или клеток памяти, не столкнулась еще со своим родственным антигеном на периферии.

После встречи с антигеном в лимфоузле Т-клетка приобретает способность снова делиться - становится предшественницей Т-клеток памяти (Stem Cell Memory T cells, T_SCM). Cреди ее потомков появляются клетки центральной памяти (Central Memory T cells, T_CM) и эффекторные клетки-предшественники (Effector Memory T cells, T_EM), которые при делении дают короткоживущие эффекторные клетки, осуществляющие иммунную реакцию (T_EMRA-клетки). Все эти клетки выходят из лимфоузла и перемещаются по крови. Эффекторные клетки затем могут покинуть кровоток для осуществления иммунной реакции в периферической ткани органа, где находится патоген. Что потом — снова путешествие по крови и лимфоузлам?

Клетки стромы, т.е. основы лимфоузла, выделяют сигнальные вещества (хемокины) для того, чтобы позвать Т-клетку в лимфоузел. Распознают хемокины лимфоузлов рецепторы хоминга CCR7 и CD62L. Но на эффекторных клетках оба рецептора отсутствуют. Из-за этого долгое время было загадкой, как эффекторные клетки могут попасть из периферической ткани обратно во вторичные лимфоидные органы - селезенку и лимфоузлы.

В то же время стали накапливаться данные (о различиях в репертуарах TCR и профилях транскрипции между T_EM в крови и в других тканях), которые никак не укладывались в концепцию постоянной миграции Т-клеток между тканями и кровью. Решено было выделить новую субпопуляцию — резидентные T-клетки памяти (Resident Memory T cells, T_RM), которые населяют определенный орган и не рециркулируют (о T_RM подробнее см: здесь ->). См. также: T-лимфоциты и их циркуляция

Развитие Т-лимфоцитов

1. Краткий обзор темы развития Т-лимфоцитов

Т-лимфоциты несут на себе поражающее воображение разнообразие рецепторов, позволяющее распознавать практически любые чужеродные субстанции, с которыми может столкнуться организм. Путь от гемопоэтической стволовой клетки к 10⁷–10⁹ клонов Т-лимфоцитов с уникальными антиген-связывающими последовательностями — удивительное достижение эволюции. Многостадийное развития Т-лимфоцитов может выглядеть пугающим и запутывающим со страниц учебников. Однако, если вы дадите ему второй шанс, вы увидите, что это красивый и слаженный процесс.

Как и остальные клетки крови, Т-лимфоциты берут свое начало в костном мозге от гемопоэтической стволовой клетки. Такие клетки-предшественницы имеют мало общего со зрелыми функциональными Т-лимфоцитами: они не имеют антигенных рецепторов (TCR) и не умеют узнавать чужеродные антигены. Их ждет сложный путь развития, который осилят немногие, однако те, которые выживут, создадут армию, готовую к любой угрозе. Для развития Т-лимфоцитов в нашем теле формируется специальный орган — тимус. Создав достаточный репертуар рецепторов, тимус подвергается инволюции и практически не детектируется после пубертатного периода. Численность Т-лимфоцитов во взрослом организме в основном поддерживается делением зрелых клеток.

Для миграции в тимус клетки, чья судьба — стать Т-лимфоцитом, используют хемокиновый рецептор CCR9, лиганд для которого — CCL25 — секретируют клетки тимуса. Достигнув тимуса, предшественники Т-лимфоцитов становятся тимоцитами. Первым делом они получают сигнал от эпителиальных клеток тимуса через рецептор Notch-1, который окончательно определяет их судьбу в пользу Т-лимфоцита.

Следующая задача тимоцитов — активная пролиферация. Скорость деления тимоцитов крайне высока, поскольку 95 %–98 % этих клеток погибает. Дело в том, что судьба развивающегося Т-лимфоцита по умолчанию — апоптоз, спасти от которого его может только успешное прохождение нескольких раундов отбора. Сигнал для первого раунда деления — интерлейкин 7, который выделяют эпителиальные и другие клетки тимуса. Мутации в гене IL-7 или его рецептора приводят к тяжелым иммунодефицитам. Пролиферация приводит к созданию большого пула клеток, которые называют дважды негативными клетками (DN), поскольку они не несут на себе корецепторы CD4 и CD8. Большинство из них (90 %) дадут начало αβ Т-лимфоцитам, а 10 % — γδ Т-лимфоцитам.

Примечание: αβТ-лимфоцит и αβTCR (обычный T-лимфоцит и Т-клеточный рецептор)). αβТ-лимфоцит представляет собой так называемую αβ (альфа-бета) Т-клетку с Т-клеточным рецептором (TCR), состоящими из двух цепей гликопротеинов, называемых цепями α (альфа) и β (бета) - т.е. αβTCR. Эти αβТ-лимфоциты составляют большинство Т-клеток (90%), eсть также γδ Т-лимфоциты (см. отдельно: Т-клеточный рецептор).

После этого тимоциты приступают к перестройке генов антигенных рецепторов. Это тот самый момент, когда из небольшого количества генов возникает всё разнообразие антигенных рецепторов — миллионы и миллиарды. В ходе этого процесса участки генов антигенных рецепторов перестраиваются случайным образом. Ключевое слово здесь — случайный, поскольку процесс формирования рецепторов, способных эффективно распознавать чужеродные антигены, никак не зависит от этих антигенов и происходит задолго до встречи с ними!

До сих пор тимоциты содержали гены TCR в зародышевой конфигурации, т. е. не подвергшиеся перестройке. Такие гены не могут образовать TCR. Тимоциты начинают с перестройки генов одной из двух цепей TCR — β-цепи. После этого тимоциты проходят через первую контрольную точку. В случае успешной перестройки клетка экспрессирует β-цепь, которая вместе с инвариантной α-цепью формирует на поверхности клетки pre-TCR. Такой рецептор активируется без участия лиганда и передает в клетку сигналы для дальнейшего развития. Остальные клетки не проходят отбор: в случае неудачной перестройки pre-TCR не экпрессируется и клетка подвергается апоптозу в отсутствие сигналов к выживанию.

Активация pre-TCR поставляет в клетку важные сигналы для дальнейшего развития:

1. Останавливается перестройка локуса β-цепи во втором аллеле. Это называется аллельное исключение — зрелые Т-лимфоциты экспрессируют β-цепь TCR только с одного аллеля.
2. Начинается экспрессия двух ко-рецепторов CD4 и CD8, теперь тимоциты называются дважды позитивными.
3. Начинается второй раунд пролиферации. Через pre-TCR клетки получают мощный сигнал к делению, приводящий к еще более интенсивной экспансии, чем в первом раунде.
4. После этапа деления запускается перестройка α-цепи рецептора.

---

Дополнение по стадиям развития (ред.):

Критическим шагом в созревании Т-клеток является создание функционального Т-клеточного рецептора (TCR). Каждая зрелая Т-клетка в конечном счете будет содержать уникальный TCR, который реагирует на случайный паттерн, позволяя иммунной системе распознавать множество различных типов патогенов. TCR состоит из двух основных компонентов, альфа- и бета-цепей. Они оба содержат случайные элементы, предназначенные для создания широкого спектра различных TCR, но также должны быть протестированы, чтобы убедиться, что они вообще работают. Во-первых, Т-клетки пытаются создать функциональную бета-цепочку, протестировав ее против имитационной альфа-цепи. Затем они пытаются создать функциональную альфа-цепочку. Как только будет получен рабочий TCR, Т-клетки должны показать, что их TCR может распознавать комплекс MHC организма (положительный отбор) и что он не реагирует на собственные белки (отрицательный отбор).

На стадии DN2 (CD44⁺CD25⁺), клетки активируют гены рекомбинации Rag1 и Rag2 и перестраивают локус TCRβ, объединяя гены V(D)J-реаранжировки и константной области в попытке создать функциональную цепь TCRβ. По мере того как развивающийся тимоцит переходит на стадию DN3 (CD44⁻CD25⁺), Т-клетка экспрессирует инвариантную α-цепь, называемую pre-Tα, наряду с геном TCRβ. Если реаранжированная β-цепь успешно соединяется с инвариантной α-цепью, вырабатываются сигналы, которые прекращают перестройку β-цепи (и заглушают альтернативный аллель). Хотя эти сигналы требуют этого pre-TCR на поверхности клетки, они не зависят от связывания лиганда с pre-TCR. Если формируется pre-TCR, то клетка подавляет CD25 и называется клеткой DN4 (CD25⁻CD44⁻). Затем эти клетки проходят цикл пролиферации и начинают перестраивать локус TCRα.

---

В отличие от цепи-партнера, α-цепь может подвергаться многократной перестройке, и большинство тимоцитов успешно с ней справятся. После перестройки α-цепи тимоциты наконец экспрессируют на своей поверхности полный αβ TCR. Однако впереди главная проверка, пройти которую суждено немногим.

Задачи последнего этапа отбора:

1. Отобрать клетки, распознающие молекулы главного комплекса гистосовместимости (MHC) организма. Этот этап присутствует в развитии тимоцитов, поскольку зрелые Т-лимфоциты способны распознавать антигены только в составе МНС. Поэтому они должны знать МНС своего организма в лицо. Это называется позитивная селекция.
2. Элиминировать клетки, распознающие собственные антигены. Это называется негативная селекция.

Однако антигенпрезентирующие клетки тимуса (эпителиальные клетки тимуса, дендритные клетки и макрофаги) располагают только комплексами «свой МНС — свой антиген». И позитивная, и негативная селекция осуществляется на основании взаимодействия TCR с такими комплексами! Для объяснения была предложена гипотеза аффинности (т.е. взаимодействие лигандов с их сайтами связывания можно охарактеризовать с точки зрения сродства к связыванию. Коэффициентом, характеризующим силу сродства, является энергия связи, выделяющаяся или затрачиваемая при возникновении связи молекул, измеряемая в килоджоулях или электронвольтах). Тимоциты, чьи антигенные рецепторы проявят низкую аффинность (низкую силу связывания) к таким комплексам, продолжат развитие. Тимоциты, чьи рецепторы свяжутся с представленными антиген-МНС комплексами прочно, подвергнутся апоптозу как аутореактивные клоны (клональная делеция). Клетки, не распознающие МНС вовсе, т. е. не прошедшие позитивную селекцию, умрут особым способом, который называется «смерть от забвения» или «смерть от пренебрежения» (death by neglect). Ещё один вариант развития — среднее связывание рецептора с антигенным комплексом, такие тимоциты могут дать начало регуляторным Т-клеткам. Таким образом, регуляторные Т-клетки — единственные лимфоциты, которые взаимодействуют со своим будущим антигеном в процессе развития! Развитию этого подтипа Т-лимфоцитов сейчас посвящено много исследований.

Особую роль в негативной селекции играет белок AIRE (аутоиммунный регулятор), который заставляет клетки тимуса экспрессировать в небольших количествах антигены, в норме присутствующие только в определенных тканях. Это позволяет сформировать толерантность к тканеспецифичным антигенам, встречающимся только за пределами тимуса. Мутация в белке AIRE приводит к развитию аутоиммунного полиэндокринного синдрома. AIRE содержится в эпителиальных клетках медуллы. При этом известно, что наиболее эффективно негативная селекция осуществляется при презентации антигена дендритными клетками и макрофагами, а не стромой тимуса. В новом исследовании был показан перенос антигенов из эпителиальных клеток тимуса в дендритные клетки, которые их и презентируют!

Одновременно с позитивной и негативной селекцией осуществляется проверка, соответствует ли корецептор распознаваемому классу МНС — т. е. происходит дифференцировка в функциональные подклассы. Выживают только клетки с правильной комбинацией: CD8 + MHC I — цитотоксические Т-лимфоциты и CD4 + MHC II — Т-хелперы.

Последнее, что должен сделать лимфоцит перед тем, как покинуть тимус — это изменить тип сигналинга через антигенный рецептор. Если незрелые Т-лимфоциты с высоким родством к антигену погибают, то зрелые — активируются (молекулярные основы такой принципиальной разницы не ясны). Теперь лимфоциты готовы заселить периферические лимфоидные органы и нести оборону. Зрелые Т-лимфоциты покидают тимус, используя градиент сфингозин-1-фосфата, — липида, присутствующего в высоких концентрациях в крови и лимфе, для хемотаксиса в кровяное русло. Для хоуминга во вторичные лимфоидные ткани они используют CD62L (L-селектин).

γδ Т-лимфоциты 

γδТ-лимфоциты несут менее разнообразные антигенные рецепторы, по-видимому, не зависящие от МНС. Они не экспрессируют корецепторы CD4, CD8. γδТ-лимфоциты выступают в роли первой линии обороны против часто встречающихся бактерий в эпителиальных и слизистых тканях и скорее относятся ко врожденной иммунной системе, чем к адаптивной.

---

2. Более подробный обзор темы развития и созревания Т-клеток (Т-лимфоцитов)

См. доп. : развитие Т-клеток (Тимическая фаза), рис. 5. Развитие Т-клеток, развитие CD8⁺ Т-клеток

Развитие Т-клеток (Т-лимфоцитов)

• Т-клетки, как и все другие клетки крови, происходят из гемопоэтических стволовых клеток, присутствующих в красном костном мозге. В некоторых случаях развитие может начаться в печени плода во время эмбрионального развития.
• Затем клетки развиваются в мультипотентных предшественников, которые сохраняют способность дифференцироваться как в миелоидные, так и лимфоидные клетки.
• Дальнейшая дифференцировка приводит к образованию общего лимфоидного предшественника, который может дифференцироваться в Т -, В- или NK-клетки.
• В случае Т-клеток общие лимфоидные клетки-предшественники перемещаются в тимус через кровь, где они приживаются.
• Клетки, которые достигают тимуса, называются двойными отрицательными клетками, поскольку они не экспрессируют ни один из рецепторов CD4 или CD8 (поверхностные белки – будущие корецепторы Т-клеточного рецептора – ред.).
• Клетки, присутствующие в тимусе, не являются самообновляющимися. Тимопоэз (образование Т-клеток) зависит от непрерывного набора клеток из костного мозга.

Созревание Т-клеток (Т-лимфоцитов)

• Клетки, которые попадают в тимус, сталкиваются с эпителием тимуса, прежде чем перейти к ранним клеткам-предшественникам тимуса (ETP). Клетками на этой стадии являются CD4^-CD8^-CD44⁺CD25^-ckit⁺ клетки («+» или «-» показывает присутствие или отсутствие соответствующего клеточного компонента (белка) – ред.).
• Микроокружение в тимусе ограничивает потенциал этих клеток превращаться в миелоидные клетки и DC.
• Тимус состоит из четырех основных отделов, где каждый из них выполняет определенную функцию и регулирует различные стадии развития Т-клеток.
• Компартментами тимуса являются субкапсулярная зона, кора, мозговое вещество и кортикомедуллярный переход.
• Развитие тимоцита проходит через разные стадии в разных областях тимуса и может быть прослежено по изменениям экспрессии молекул на клеточной поверхности.
• Двойные отрицательные (DN) клетки могут быть дополнительно классифицированы на четыре различные стадии (DN1,…DN4) и идентифицированы по отсутствию у них рецепторных белков (CD4 и CD8). У DN отсутствуют соответственно оба белка  - ред.
• Клетки DN1 являются ETP, которые демонстрируют высокий уровень CD117 и составляют около 0,01% от общего пула Т-клеток тимуса. Клетки DN1 перемещаются из кортикомедуллярного соединения в более глубокую кору в направлении субкапсулярной области тимуса.
• Здесь клетки дифференцируются в тимоциты DN2 (CD24⁺CD25⁺ CD44⁺ CD117⁺ клетки). Затем тимоциты DN2 испытывают перестройку генов и секрецию цитокинов, таких как IL-7.
• Клетки далее дифференцируются в стадию DN3, где Т-клетки экспрессируют инвариантную α-цепь, называемую pre-Tα. Расположение генов вместе с инвариантной цепочкой дает сигналы для продолжения процесса созревания Т-клеток.
• На стадии DN3 клетки созревают в тип DN4, который далее активируется в клетки CD4⁺ и CD8⁺, достигая двойного положительного статуса в процессе созревания (т.е. CD4⁺ CD8⁺ клетки)
• Специфичность и сила связывания рецептора αβ Т-клеток определяют выживаемость и дифференцировку клеток.
• За этим процессом следуют два различных процесса: положительный отбор и отрицательный отбор.

Подробнее:

Итак, процесс развития и созревания Т-клеток у млекопитающих начинается с c-kit⁺ Sca1⁺ гемопоэтических стволовых (обозначаются также CD4^-CD8^-CD44⁺CD25^-ckit⁺ или CD34⁺). Они дифференцируются в мультипотентные тимоциты-предшественники. Тимоцит – это иммунная клетка, присутствующая в тимусе, прежде чем она трансформируется в Т-клетку. Тимоциты образуются в виде стволовых клеток в костном мозге и достигают тимуса через кровь (см. ниже заселение тимуса). Тимопоэз описывает процесс, который превращает тимоциты в зрелые Т-клетки в соответствии с положительным и отрицательным  отбором. Этот процесс отбора жизненно важен для формирования популяции тимоцитов в периферический пул Т-клеток, способных реагировать на чужеродные патогены при сохранении толерантности к собственным антигенам организма. Положительный отбор выбирает клетки, которые способны связывать молекулы MHC  класса I или класса II, по крайней мере, со слабым сродством. Он устраняет те Т-клетки, которые были бы нефункциональными из-за неспособности связывать MHC. Отрицательный отбор разрушает тимоциты с высоким сродством к собственным пептидам или MHC. Это устраняет клетки, которые направляли бы иммунные реакции на собственные белки на периферии. Отрицательный отбор не эффективен на 100%, и некоторые аутореактивные Т-клетки высвобождаются и попадают в кровоток. Существуют дополнительные механизмы периферической толерантности, чтобы заставить эти клетки замолчать, но если они не срабатывают, может возникнуть аутоиммунитет.

Тимоциты подразделяются на несколько различных стадий созревания на основе экспрессии маркеров клеточной поверхности (по маркерам также см. Табл. 1 ч.1).

Дополнение: Как было указано выше, у людей циркулирующие CD34⁺ гемопоэтические стволовые клетки в начале находятся в костном мозге. Они продуцируют предшественников Т-лимфоцитов, которые засевают тимус (становясь, таким образом, тимоцитами) и дифференцируются под влиянием белка Notch и его лигандов. Ранние дважды-отрицательные (DN) тимоциты экспрессируют (и могут быть идентифицированы с помощью) CD2, CD5 и CD7. Еще во время двойной отрицательной стадии экспрессия CD34 прекращается и экспрессируется CD1. Экспрессия как CD4, так и CD8 делает тимоциты дважды положительными и далее идет созревание либо в CD4⁺, либо в CD8⁺ клетки...

Продолжение

(по теме Т-лимфоцитопоэза есть повторение информации)

Заселение тимуса. Итак, тимоциты происходят из гемопоэтических клеток-предшественников костного мозга (HSC), которые достигают тимуса через кровообращение (см. рис. 5). HSC дифференцируются в мультипотентные предшественники, которые сначала сохраняют потенциал превращаться как в миелоидные, так и лимфоидные клетки. Затем процесс дифференцировки переходит к общему лимфоидному предшественнику, который может дифференцироваться только в Т-клетки, В-клетки или NK-клетки. Считается, что число предшественников, которые ежедневно попадают в вилочковую железу (тимус), чрезвычайно мало, и какие предшественники колонизируют тимус, неизвестно. Однако эти ранние лимфоидные предшественники имеют имеют родословную CD4^-CD8^-CD44⁺CD25^-CD117(c-kit)⁺. Они попадают в тимус через кортико-медуллярное соединение (см. рис. выше). Кортико-медуллярное соединение тимических долек является васкуляризованной (т.е.богатой кровеносными сосудами) границей между кортексом и медуллой. Молекулы, которые, как известно, важны для проникновения в тимус, включают P-селектин (CD62P) и хемокиновые рецепторы CCR7 и CCR9.

Стадии развития Т-клеток и бета-селекция (подробнее)

Как было отмечено ранее, самые ранние клетки, попавшие в тимус, называются дважды отрицательными (DN), поскольку они не экспрессируют ни корецептор CD4, ни корецептор CD8. Поэтому, новоприбывшие клетки-предшественники - это CD4^-CD8^-CD44⁺CD25^-CD117⁺ клетки и называются ранними клетками-предшественниками тимуса (ETP). Эти клетки затем подвергаются раунду деления и подавляют регуляцию CD117 и называются клетками стадии DN1. За этим этапом следует подстадия DN2 генерации тимоцитов, которые мигрируют от кортико-медуллярного соединения к капсуле тимуса. Тимоциты подстадии DN3 образуются в субкапсулярной зоне. Помимо пролиферации, в популяции DN-тимоцитов происходит дифференцировка и коммитирование Т-линии. Принятие или потеря потенциалов альтернативных клонов (таких как потенциалы миелоидных, B- и NK-клонов) зависит от передачи сигналов Notch и завершается на подстадии DN3. После фиксации Т-линии тимоциты DN3 подвергаются β-селекции (далее идут стадии: DN4, незрелая одиночно-положительная (ISP), дважды-положительная (DP), зрелая одиночная положительна (SP) - положительная по CD4 или CD8 ).

Прим. ред.: Коммитирование – необратимый переход клетки из стадии предшественника в специфическую линию дифференцировки, завершающуюся формированием клетки, способной проявлять ограниченный набор свойств, конститутивных и индуцируемых, при этом клетка больше не может превращаться в другую.

β-селекция. Самые ранние развивающиеся тимоциты не обладают экспрессией рецепторов CD4 и CD8 и называются двойными отрицательными (DN) клетками. Популяцию DN можно дополнительно разделить по экспрессии CD44 (молекулы адгезии) и CD25 (α-цепь рецептора интерлейкина-2), на рисунке (ниже) показана упорядоченная экспрессия этих маркеров. Клетки, которые не экспрессируют CD44, но экспрессируют CD25 (DN3), подвергаются процессу, называемому бета-селекцией. Этот процесс выбирает клетки, которые успешно перестроили свой локус цепи TCRβ. Затем эта β-цепь соединяется с суррогатной цепью, pre-Тα, и образует pre-TCR, который образует комплекс с молекулами CD3. Этот комплекс приводит к выживанию, пролиферации, остановке дальнейшей перестройки локусов β-цепи и дальнейшей дифференцировке путем повышения регуляции и экспрессии CD4 и CD8 на клетках - эти клетки называются двойными положительными (DP) клетками. Клетки, которые не подвергаются бета-селекции, погибают в результате апоптоза. Клетки DP перестраивают свои локусы цепи TCR-α, чтобы произвести αβ-TCR (т.е. зрелый рецептор TCR). Затем эти клетки подвергаются положительному отбору...

Процесс развития αβТ-клеток, показывающий различные маркеры клеточной поверхности, экспрессируемые на разных стадиях развития Т-клеток (у мыши). Здесь ISP - незрелые одиночные положительные (т.е. незрелые моноположительные тимоциты).

Как показано, бета-отбор при развитии Т-лимфоцитов имеет место на стадиях DN3 и DN4 и сопряжен со значительными изменениями экспрессии поверхностных маркеров CD44 и CD25.

---

Итак, способность Т-клеток распознавать чужеродные антигены опосредована Т-клеточным рецептором (TCR), который представляет собой поверхностный белок, способный распознавать короткие белковые последовательности (пептиды), представленные на MHC. Целью развития тимоцитов является получение зрелых Т-клеток с разнообразным набором функциональных Т-клеточных рецепторов посредством процесса перестройки гена TCR.

В отличие от большинства генов, которые имеют стабильную последовательность в каждой экспрессирующей их клетке, Т-клеточный рецептор состоит из серии альтернативных фрагментов гена. Чтобы создать функциональный рецептор Т-клеток, двойные негативные тимоциты используют серию ферментов, взаимодействующих с ДНК, для клипирования ДНК и объединения отдельных фрагментов генов. Результатом этого процесса является то, что каждый рецептор Т-клетки имеет различную последовательность из-за различного выбора фрагментов гена и ошибок, допущенных в процессе разрезания и соединения (см. V(D)J). Эволюционное преимущество наличия большого количества уникальных рецепторов Т-клеток заключается в том, что каждая Т-клетка способна распознавать разные пептиды, обеспечивая защиту от быстро развивающихся патогенов.

Итак (повторимся), перегруппировка TCR происходит в два этапа. Сначала цепь β-цепь (TCRβ) перестраивается на стадии DN3 развития Т-клеток. Цепь TCRβ соединяется с инвариантной α-цепью (pre-Тα) для создания pre-TCR (pre-TCR содержит pre-Tα, которая соединяется с любой β-цепью после успешной перестройки гена TCRβ - ред.). Клеточным недостатком процесса реаранжировки является то, что многие комбинации фрагментов гена Т-клеточного рецептора нефункциональны. Чтобы устранить тимоциты, которые создали нефункциональный Т-клеточный рецептор, только клетки, которые успешно перестроили β-цепь для производства функционального pre-TCR, могут развиваться после стадии DN3. Клетки, которые не могут продуцировать функциональный pre-TCR, удаляются путем апоптоза. Этот процесс называется контрольной точкой бета-отбора.

Успешная бета-селекция требует, чтобы было продуцирование TCRβ, была способность TCRβ соединяться с pre-Tα с образованием pre-TCR, и чтобы была возможность взаимодействия pre-TCR на клеточной поверхности с сигнальными белками TCR.

На стадии β-отбора, подобно зрелому TCR, pre-TCR также образует иммунологический синапс. Хотя взаимодействие pre-TCR и MHC, связанного с пептидом, не является существенным для развития Т-клеток, оно играет решающую роль в стимулировании предпочтительной пролиферации клеток, pre-TCR которых может связывать МНС с собственными пептидами.

После β-селекции тимоциты генерируют CD4⁺CD8⁺ двойные позитивные клетки (DP), которые затем подвергаются перестройке локусаTcrα (локуса цепи TCRα), что приводит к полностью собранному TCR - т.е. передача сигналов pre-TCR провоцирует инициацию перестройки локуса Tcrα и ингибирует экспрессию Notch и pre-Tα. Как следствие, в DP-тимоцитах  pre-Tα заменяется TCRα с образованием αβTCR (полного TCR), что позволяет проводить положительные и отрицательные события отбора, которые определяют пул CD4⁺ и CD8⁺ одиночных положительных (SP) тимоцитов. таким образом, перестройка Т-клеточного рецептора-α (TCRα) в CD4⁺CD8⁺ (двойных положительных) незрелых тимоцитах является предпосылкой для продукции αβТ-клеток и инвариантных естественных Т-киллеров. Это событие развития регулируется энхансером TCRα (Eα), который индуцирует модификацию хроматина и привлечение рекомбинационных активирующих белков Rag1 и Rag2.

---

Положительный отбор. Дважды-положительные (DN) тимоциты (CD4⁺CD8⁺) мигрируют глубоко в кору тимуса, где они представлены  самоантигенами. Эти собственные антигены (аутоантигены) экспрессируются эпителиальными клетками коры тимуса на MHC-молекулы на поверхности кортикальных (корковых) эпителиальных клеток. Только те тимоциты, которые взаимодействуют с MHC-I или MHC-II, получат жизненно важный «сигнал выживания». Те, которые недостаточно сильно взаимодействуют - погибнут без сигнала выживания. Этот процесс гарантирует, что выбранные Т-клетки будут обладать сродством к MHC, которое может выполнять полезные функции в организме (т.е. клетки должны иметь возможность взаимодействовать с MHC и пептидными комплексами, чтобы вызывать иммунные ответы). Подавляющее большинство развивающихся тимоцитов погибнет во время этого процесса. Процесс положительного отбора занимает несколько дней.

Судьба тимоцита определяется в ходе положительного отбора. Двойные положительные клетки (CD4⁺CD8⁺), которые хорошо взаимодействуют с молекулами MHC класса II, в конечном итоге станут CD4⁺ клетками, в то время как тимоциты, которые хорошо взаимодействуют с молекулами MHC класса I, созревают в CD8⁺ клетки. Клетка становится CD4⁺ клеткой, за счет подавления экспрессии своих поверхностных CD8-рецепторов. Если клетка не потеряет свой сигнал, она продолжит снижать регуляцию CD8 и станет CD4⁺, единственной положительной клеткой.

Этот процесс не удаляет тимоциты, которые могут вызывать аутоиммунитет. Потенциально аутоиммунные клетки удаляются в процессе отрицательного отбора, который происходит в мозговом веществе тимуса.

Отрицательный отбор. Отрицательный отбор удаляет тимоциты, способные прочно связываться с «собственными» пептидами MHC. Тимоциты, пережившие положительный отбор, мигрируют к границе коры и продолговатого мозга в тимусе. Находясь в продолговатом мозге, они снова представлены самоантигеном, представленным комплексом МНС медуллярных эпителиальных клеток тимуса (mTECs). mTECs должны быть AIRE⁺, чтобы правильно экспрессировать аутоантигены из всех тканей организма на их пептидах MHC класса I. Некоторые mTECs фагоцитозируются тимическими дендритными клетками; это позволяет представлять собственные антигены на молекулах MHC класса II (положительно отобранные CD4⁺ клетки должны взаимодействовать с молекулами MHC класса II, поэтому APCs, обладающие MHC класса II, должны присутствовать для отрицательного отбора CD4⁺ Т-клеток). Тимоциты, которые слишком сильно взаимодействуют с самоантигеном, получают апоптопический сигнал, который приводит к гибели клеток. Однако некоторые из этих клеток выбираются для превращения в Treg-клетки. Оставшиеся клетки выходят из тимуса в виде зрелых наивных Т-клеток. Этот процесс является важным компонентом центральной  толерантности и служит для предотвращения образования самореактивных Т-клеток, способных индуцировать аутоиммунные заболевания у хозяина.

Прим. ред.: Наивная Т-клетка представляет собой Т-клетку, которая дифференцировалась в тимусе и успешно прошла положительный и отрицательный процессы центральной селекции в тимусе. Среди них наивные формы Т-хелперов (CD4⁺) и цитотоксические Т-клетки (CD8⁺). Наивные Т-клетки считаются незрелыми и, в отличие от активированных Т-клеток или Т-клеток памяти, не сталкивались со своим родственным антигеном на периферии.

Тимический вывод.Около 98% тимоцитов погибают во время процессов развития в тимусе из-за неудач либо положительного, либо отрицательного отбора, тогда как другие 2% выживают и покидают тимус, чтобы стать зрелыми иммунокомпетентными Т-клетками. В тимусе с возрастом становится меньше клеток. Поскольку тимус сокращается примерно на 3% в год в среднем возрасте, происходит соответствующее снижение выработки тимусом наивных Т-клеток, в результате чего расширение и регенерация периферических Т-клеток играет большую роль в защите пожилых людей.

См. доп.: Развитие Т-клеток (Тимическая фаза), Рис. 5. Развитие Т-клеток, Развитие CD8⁺ Т-клеток

Активация и дифференцировка Т-клеток

Активация Т-клеток

• Зрелые наивные Т-клетки покидают тимус и попадают в кровоток, где они циркулируют до тех пор, пока не узнают свои специфические антигены на поверхности антигенпрезентирующих клеток (APC).
• Активация клеток CD4⁺ происходит в результате взаимодействия между рецептором Т-клетки и костимулирующей молекулой (CD28 или ICOS), присутствующей на Т-клетке.
• Активация клеток CD4⁺ необходима для начальной антигенной активации наивных CD8⁺ Т-клеток и Т-клеток памяти.
• Начальный сигнал обеспечивается связыванием Т-клеточного рецептора с родственным пептидом, присутствующим на МНС класса II. Подобный пептид присутствует на MHC класса I, который активирует клетки CD8⁺. (см. также иммунологический синапс)
• Второй сигнал обеспечивается в результате костимуляции, когда поверхностные рецепторы индуцируются относительно небольшим числом раздражителей, являющихся продуктами действия возбудителей (патогенов) или продуктами распада клеток.
• Наивные Т-клетки экспрессируют CD28 только в качестве костимулирующего рецептора, который взаимодействует с белками CD80 и CD86, присутствующими на APC.
• Двухэтапный процесс активации предотвращает неадекватные реакции на аутоантигены, поскольку собственные пептиды не обеспечивают подходящей совместной стимуляции.
• После двух сигналов Т-клетки также получают стимуляцию в виде цитокинов. Цитокиновый сигнал определяет судьбу Т-клеток, особенно в случае Т-хелперов.

Примечание: Иммунологический синапс. Следует отметить, что активация Т-клеток обеспечивается иммунологическим синапсом - контактом между антигенпрезентирующей клеткой и T-клеткой (примечание: в нормальных условиях активация Т-клеток не производится комплексами MHC с собственными пептидами). При этом, CD8⁺ T-клетки (Т-киллеры) образуют синапсы быстрее, чем CD4⁺ Т-клетки (Т-хелперы), потому что их предназначение состоит в быстром уничтожении патогенов. При этом для активации наивных CD8⁺ Т-клеток требуется еще стимуляция цитокинами (в частности, цитокинами активированных CD4⁺ Т-клеток -->), после чего они дифференцируются в эффекторный фенотип. Стоит отметить, что формирование синапса эффекторными цитотоксическими CD8⁺ T-клетками приводит к уничтожению их партнёров по иммунологическому синапсу за счёт секреции цитолитических ферментов (литических гранул) (см. цитотоксичность), при этом слабый или кратковременный сигнал Т-клеточого рецептора приводит к тому, что убивающий эффект отсутствует или слабый.

Дифференцировка Т-клеток

• Дифференцировка Т-клеток в различные типы Т-клеток обычно происходит в форме коммитирования клона Т-лифоцита, основанного на сродстве Т-клеточного рецептора к собственному антигену.
• Решение должно быть принято на стадии двойного положительного тимоцита, когда клетки определяют, присоединяться ли к CD8⁺ цитотоксическим Т-клеткам или CD4⁺ хелперным Т-клеткам.
• Приверженность линии (коммитирование клона) требует изменений в геномной организации и экспрессии генов, что приводит к подавлению генов и экспрессии генов, связанных с определенной функцией.
• Точный способ дифференцировки еще не совсем ясен, но самая последняя модель, объясняющая происхождение, указывает на то, что процесс основан на сродстве к одному из двух классов MHC.

См. также: Активация и дифференцировка CD8⁺ Т-клеток, Дифференцировка в эффекторные клетки Th1, Костимулирующие молекулы и их роль в дифференцировке Th1, Дифференцировка клеток Th2, Активация и дифференцировка клеток Th17

Что такое CD8⁺ Т-клетки? Цитотоксические Т-лимфоциты

Цитотоксические Т-лимфоциты (CTLs), часто называемые CD8⁺ Т-клетками (или CD8⁺ αβТ-клетками), являются важнейшим компонентом адаптивной иммунной системы и играют важную роль в иммунной защите от внутриклеточных патогенов, таких как вирусы и бактерии, а также от опухолей. CD8⁺ Т-клетки включают разные фенотипы.(Tc1, Tc2, Tc9, Tc17, а также CD8⁺ Т-регуляторы).

Подобно вспомогательным CD4⁺ Т-клеткам (например, Th1, Th2, Th9, Th17, Th22, Tfh и Treg), они образуются в тимусе и экспрессируют Т-клеточный рецептор (TCR). Однако, в отличие от CD4⁺ Т-клеток, они экспрессируют CD8 - корецептор T-клеточного рецептора на своей поверхности и реагируют на чужеродные антигены, представленные на MHC класса I. Стоит отметить, что эффекторная (цитотоксическая) функция CD8⁺ Т-лимфоцитов проявляется после активации наивных CD8⁺ Т-лимфоцитов (т.е. после контакта с антигенпрезентирующей клеткой (APC или АПК) и стимуляции цитокинами (IL-2 и др.) от эффекторной Т-хелеперной клетки (Th1)).

---

Примечание: 

Эффекторные клетки. Эффекторная функция.

Эффекторный тип клетки в организме осуществляет специфическую активность в ответ на стимуляцию. В иммунной системе эффекторные клетки представляют собой относительно короткоживущие активированные клетки, которые призваны защищать организм в иммунном ответе. Например, эффекторные В-клетки называются плазматическими клетками и секретируют антитела, а эффекторные функции антител обеспечивают реализацию врожденного иммунитета, направленного на элиминацию патогена - с помощью антител происходит нейтрализация микробов и их токсинов. Т.е. эффекторная функция заключается в устранении способности антигенов связываться с клетками-мишенями. А, например, эффекторная функция цитотоксических Т-клеток заключается в самой цитотоксичности, т.е. в уничтожении инфицированных или трансформированных клеток-мишеней. 

Т-хелперы (Th) и Т-киллеры образуют группу эффекторных Т-лимфоцитов, непосредственно ответственных за иммунный ответ. В то же время существуют другие группы Т-клеток, например, естественные регуляторные Т-лимфоциты (Treg) или клетки Tr1, функция которых заключается в регулировании активности эффекторных клеток. 

Эффекторные клетки: плазматические клетки (дифференцирующиеся из В-лимфоцитов), цитотоксические Т-клетки (с фенотипом CD8⁺); эффекторные Т-клетки с фенотипом CD4⁺ (которые активируют и/или стимулируют цитотоксические Т-клетки, NK-клетки и др., в т.ч. дифференцировку В-клеток в плазматические; относят Th1, Th2, Th17); нейтрофилы, эозинофилы, базофилы, тучные клетки, натуральные киллеры (NK-клетки), макрофаги.

См. дополнительно: Фенотипы эффекторных CD8⁺ Т-клеток, Эффекторные функции клеток Th1, Эффекторная функция клеток Th17

---

Наивные /покоящиеся CD8⁺ Т-клетки обладают поразительной способностью реагировать на патогены путем экспансии и дифференцировки в цитотоксические эффекторные клетки, которые сканируют организм, чтобы очистить инфекцию. Дефицит CD8⁺ Т-клеток препятствует противоопухолевому иммунитету и повышает восприимчивость к росту опухоли. Нарушение регуляции функции CD8⁺ Т-лимфоцитов также может способствовать чрезмерному иммунному ответу, который приводит к иммунопатологии или иммунно-опосредованному повреждению. Циркулирующие и резидентные CD8⁺ Т-клетки в лимфатических узлах классически подразделяются в соответствии с их состоянием дифференцировки на наивные Т-клетки, эффекторные Т-клетки и подмножества Т-клеток памяти.

Рисунок 1. Цитотоксическая Т-клетка (CD8⁺ Т-клетка) взаимодействует с клеткой-мишенью для уничтожения.

Развитие CD8⁺ Т-клеток

См. также: созревание Т-лимфоцитов

Развитие CD8⁺ αβT-клеток (см. αβT) начинается с лимфоидных предшественников в тимусе, которые проходят через двойную негативную (DN) (CD8^–CD4^–) фазу, за которой следует двойная положительная (DP) фаза (CD8⁺ CD4⁺), прежде чем тимоциты становятся одиночными положительными (SP) CD8⁺ или CD4⁺ тимоцитами (рис. 2). Для спецификации CD8⁺ Т-клеток DP-клетки подвергаются положительной селекции в коре тимуса посредством взаимодействия с комплексом пептид-MHC класса I, в результате чего образуются CD8⁺ SP-клетки. Затем эти SP-клетки мигрируют из коры в мозговое вещество, где они подвергаются негативной клональной селекции для удаления Т-клеток, обладающих высокоаффинным взаимодействием с собственными антигенами. Наконец, зрелые одиночные положительные CD8⁺ αβT-клетки высвобождаются в кровоток (обо всем этом см. ранее ->).

Рисунок 2. Стадии развития CD8⁺ Т-клеток. Во время лимфопоэза Т-αβ-клетки развиваются из CD34⁺ гемопоэтических стволовых клеток, которые приобретают маркеры CD2, CD5 и CD7 перед выходом из костного мозга. В тимусе эти клетки экспрессируют CD3, после чего они приобретают как CD4⁺, так и CD8⁺ (состояние DP). Затем они подвергаются положительному и отрицательному клональному отбору для высвобождения CD8⁺ αβT-клеток в циркуляцию.

Активация и дифференцировка CD8⁺ Т-клеток

Наивные CD8⁺ T-клетки распознают антигены, представленные на молекулах MHC класса I (главный комплекс гистосовместимости), и при активации становятся цитотоксическими CD8⁺ T-клетками (CTLs) (рис. 3). Антигенпрезентирующие клетки (АПК или АРС), такие как дендритные клетки (DCs), обычно представляют эндогенные пептиды в контексте MHC класса I, которые распознаются TCR и CD8⁺-корецептором на CD8⁺ Т-клетках. Таким образом, измененные пептиды, возникающие в результате вирусной инфекции или опухолевых клеток, презентируются DCs, которые затем активируют антиген-специфические CD8⁺ T-клетки за счет участия TCR.

Активация CD8⁺ T-клеток также требует дополнительных костимулирующих сигналов, таких как передача сигналов CD80/86, а также передача сигналов через цитокины, секретируемые дендритными клетками (DCs) и активированными CD4⁺ T-клетками. Активация большей части CD8⁺ Т-клеток требует, чтобы CD4⁺ Т-клетки в достаточной степени помогали активировать и усиливать костимулирующие сигналы, необходимые для оптимальной стимуляции. Независимая от CD4 активация также может происходить с некоторыми инфекционными агентами, такими как вирусы и бактерии, которые активируют DCs, стимулируя Toll-подобные рецепторы или индуцируя высвобождение IL-1 или интерферонов типа I. После активации CD8⁺ Т-клетки подвергаются клональной экспансии с образованием фенотипически и функционально гетерогенных эффекторных клеток, основной активностью которых является устранение пораженных клеток-мишеней. Основная масса эффекторных клеток недолговечна и погибает в результате апоптоза после устранения инфекции или опухолевых клеток. Небольшой процент (5–10%) выживает в виде долгоживущих клеток памяти с несколькими различными фенотипами; тканевые Т-клетки памяти (Trm), которые остаются в тканях, инициировавших первичную реакцию, центральные Т-клетки памяти (Tcm), которые циркулируют во вторичной лимфоидной ткани, и эффекторные Т-клетки памяти (Tem), которые циркулируют в нелимфоидных тканях.

Рисунок 3. Активация и дифференцировка CD8⁺ Т-клеток. Активация CD8⁺ Т-клеток антигенпрезентирующей клеткой приводит к клональной экспансии антигенспецифичных CD8⁺ Т-клеток, которые затем дифференцируются в фенотипы эффекторных клеток или клеток памяти (требуется также действие IL-2 от клетки Th1 - см. 1 вариант Th1-ответа). Эффекторные CD8⁺ Т-клетки отвечают за элиминацию инфицированных клеток-хозяев. Сокращения: TRM, тканевые Т-клетки памяти; TCM, центральные Т-клетки памяти; TEM, эффекторные Т-клетки памяти (ниже показано участие цитокинов клетки Th1 в активации CD8⁺ T-клетки; ЦТЛ - цитотоксические Т-лимфоциты; Предшественники цитотоксических клеток активируются комплексом антигена и молекул MHC класса I, размножаются и созревают под действием (!) интерлейкина-2).

 

Цитотоксичность, опосредованная CD8⁺ Т-клетками

Цитотоксичность или уничтожение клеток-мишеней цитотоксическими CD8⁺ Т-лимфоцитами (ЦТЛ или CTL) может происходить с помощью нескольких механизмов и включает тщательно спланированную последовательность событий, которая обычно завершается апоптозом и клиренсом клетки-мишени (рис. 4). Многие CTLs инициируют уничтожение своих мишеней посредством доставки проапоптотических молекул посредством высвобождения цитотоксических гранул. Связывание TCR с MHC класса I запускает синтез перфорина и гранзимов, которые хранятся в цитозоле. Гранулы высвобождаются в точке контакта, что позволяет нацеливаться на цель и ограничивать смерть посторонних. Перфорин собирается на мембранах-мишенях, обеспечивая доставку гранзимов в клетку-мишень. Гранзимы представляют собой группу сериновых протеаз, активирующих каспазы, что приводит к гибели клеток.

Прямой контакт между клетками также имеет решающее значение для функциональности. CD8⁺ Т-клетки могут индуцировать апоптоз путем лигирования рецептора Fas и лиганда Fas (Fas L), которые экспрессируются на лимфоцитах и ​​инфицированных клетках-мишенях. Активированные CD8⁺ Т-клетки также продуцируют несколько цитокинов, которые способствуют защите хозяина, включая IFNγ, TNF-α и лимфотоксин-α. IFN-γ ингибирует репликацию вируса, одновременно увеличивая экспрессию MHC класса I, повышая вероятность того, что инфицированная клетка будет распознана.

Роль в противовирусном иммунитете: в течение недели после вирусной инфекции наивные CD8⁺ Т-клетки дифференцируются в эффекторные клетки. Вирусные антигены распознаются несколькими рецепторами распознавания образов на клетках врожденного иммунитета, что приводит к выработке интерферона типа I, который, в свою очередь, опосредует развитие эффекторного ответа CD8⁺ Т-клеток. IL-12, продуцируемый макрофагами и DCs, приводит к индукции T-bet, который опосредует приобретение противовирусных цитотоксических функций. Другие цитокины, такие как TNFα, IL-15 и IL-18, дополнительно усиливают ответ CD8⁺ T-клеток.

Роль в противоопухолевом иммунитете: CD8⁺ Т-клетки считаются основными драйверами противоопухолевого иммунитета. CD8⁺ инфильтрирующие опухоль лимфоциты (TILs) опосредуют отторжение опухоли посредством распознавания опухолевых антигенов и прямого уничтожения трансформированных клеток. Эффекторные CD8⁺ T-клетки в микроокружении опухоли продуцируют IL-2, IL-12 и IFNγ, которые повышают цитотоксическую способность CD8⁺ T-клеток, что приводит к нацеливанию опухолевых клеток на уничтожение. Повышенные уровни цитотоксических CD8⁺ Т-клеток в микроокружении опухоли коррелируют с улучшенными противоопухолевыми эффектами и прогнозом при различных типах рака.

Рисунок 4. Ликвидация клеток-мишеней, опосредованная CD8⁺ Т-клетками. CD8⁺ Т-клетки (также называемые цитотоксическими Т-лимфоцитами или CTLs) функционируют путем уничтожения инфицированных или раковых клеток с помощью прямых или косвенных механизмов. (A) Прямое уничтожение, опосредованное CTLs, требует межклеточного контакта и обычно является результатом высвобождения цитолитических ферментов, таких как гранзим B. Перфорин, высвобождаемый CTLs, образует поры в мембране соседней клетки-мишени, обеспечивая пассивную диффузию гранзима B внутрь, который затем запускает апоптоз клетки-мишени. (B) Прямое уничтожение опухолевых клеток также может быть результатом взаимодействия между лигандом Fas (Fas-L), экспрессируемым CTLs, и его рецептором Fas, который экспрессируется клеткой-мишенью. Лигирование Fas/Fas-L приводит к апоптозу клеток-мишеней через каспазозависимый путь. (C) В дополнение к этим механизмам прямого уничтожения CTLs также могут вызывать непрямую или «свидетельскую» гибель опухолевых клеток путем секреции цитокинов, которые действуют на расстоянии. Секреция TNF-α, например, может индуцировать апоптоз в соседних опухолевых клетках, несущих TNF-рецептор.

Фенотипы эффекторных CD8⁺ Т-клеток

Наивный тип CD8⁺ Т-клеток может дифференцироваться во множественные эффекторные фенотипы с разными ролями. Эффекторные фенотипы характеризуются высокой цитотоксической способностью и продукцией цитокинов. Уничтожение клеток-мишеней осуществляется цитотоксическими Т-лимфоцитами (ЦТЛ или CTL), которые классифицируются как клетки Tc1. Другие основные субпопуляции CD8⁺ αβT-клеток, генерируемые различными цитокиновыми средами, включают Tc2, Tc9, Tc17 и CD8⁺ регуляторные Т-клетки. Эти клетки, также как и различные подмножества Т-хелперов, экспрессируют специфические факторы транскрипции и продуцируют характерные цитокины и эффекторные молекулы (табл. 2).

Цитотоксические клетки Tc1 образуются в присутствии IL-2 и IL-12 и приобретают способность секретировать цитокины, такие как IFNγ. Цитотоксические клетки Tc1 также продуцируют молекулы, участвующие в цитолизе, такие как гранзим B и перфорин. Факторы транскрипции, участвующие в генерации Tc1, включают T-bet, blimp-1 и IRF-4.

Клетки Tc2, напротив, индуцируются в присутствии IL-4 и продуцируют IL-5 и IL-13. Клетки Tc2 генерируются в ответ на специфичный для линии фактор транскрипции GATA3. В отличие от клеток Tc1, клетки Tc2 проявляют лишь низкий уровень цитотоксичности и, как было показано, способствуют развитию аллергии и аутоиммунитета.

Клетки Tc17 - это IL-17-секретирующие CD8⁺ Т-клетки (описаны в нескольких условиях, но мало что известно об их функциональных характеристиках). Фенотипический анализ показывает, что клетки Tc17 не экспрессируют гранзим B и не способны опосредовать лизис in vitro. Однако адоптивный перенос высокоочищенных, антиген-специфических, секретирующих IL-17 клеток Tc17 хозяевам, экспрессирующим антиген, продемонстрировал функциональную пластичность в этой подгруппе CD8⁺ T-клеток с потерей экспрессии IL-17 и приобретением экспрессии IFNγ после переноса.

Соответственно клетки Tc9 - это IL-9-секретирующие CD8⁺ Т-клетки. О них известно мало, но было замечено, что адоптивный перенос опухолереактивных клеток Tc9 вызывал более выраженные противоопухолевые реакции против крупных установленных опухолей, чем классический тип CD8⁺ Т-клеткок (Tc1), который используется в клинических протоколах.

Ргуляторные CD8⁺ Т-клетки (CD8⁺ Treg). Различные подгруппы CD8⁺ Т-лимфоцитов не только проявляют цитотоксические эффекты, но и выполняют важную регуляторную роль в иммунном ответе организма. В частности, регуляторные CD8⁺ Т-клетки (CD8⁺ Tregs), обладающие важными иммуносупрессивными функциями, способны эффективно блокировать чрезмерно реагирующий иммунный ответ и поддерживать иммунный гомеостаз организма. В последние годы исследования выявили небольшой набор специальных CD8⁺ Treg, которые могут распознавать молекулы основного комплекса гистосовместимости класса Ib (неклассическую молекулу MHC I, HLA-E у людей), и нацеливаться на аутореактивные CD4⁺ T-клетки. Эти результаты вызвали широкий резонанс в научном сообществе и вызвали всеобщий интерес к CD8⁺ Treg.

Прим.: Анергические, регуляторные или истощенные CD8⁺ T-клетки представляют собой стареющие CD8⁺CD28^- T-клетки, которые демонстрируют сниженную пролиферацию и низкий цитотоксический потенциал, секретируют IL-10 и обладают супрессорным потенциалом. Популяции CD8⁺ Tregs были идентифицированы в исследованиях рака головы, шеи и легких. Точно так же истощенные CD8⁺ Т-клетки экспрессируют рецепторы, такие как PD-1, CTLA-4, TIM3 и LAG3; они выполняют иммунодепрессивные функции и опосредуют уклонение от иммунитета. По теме CD8⁺ Treg см. здесь-> , а также здесь ->.

Таблица 2. Фенотип и функция эффекторных CD8⁺ Т-клеток

Тип	Поляризующие цитокины in vitro	Факторы транскрипции	Эффекторные молекулы	Функция
Tc1	IL-2, IL-12	T-bet, BLIMP1, Id2, IRF-4	IFNγ, TNFα, гранзим, перфорин	Иммунитет против внутриклеточных патогенов и опухолей
Tc2	IL-4	GATA-3	IL-5, IL-13, IL-4, гранзимы, перфорин	Распространение аллергии, опосредованной клетками Th2, способствует развитию артрита
Tc9	TGF-β, IL-4	IRF-4	IL-9, IL-10	Распространение аллергии, опосредованной клетками Th2, противоопухолевый ответ
Tc17	TGF-β, IL-6, IL-21	ROR-γT, RORα, IRF-4	IL-17, IL-21	Распространение аутоиммунитета, иммунитета к вирусным инфекциям, противоопухолевого ответа
CD8+ Treg	TGF-β	Foxp3	TGF-β, IL-10, гранзимы, перфорин	Регуляция Т–клеточно-опосредованных реакций

CD8⁺ Т-клетки памяти

Подмножества αβT-клеток могут быть дополнительно охарактеризованы на основе их статуса дифференцировки эффекторной памяти. CD8⁺ Т-клетки памяти характеризуются способностью к самообновлению, находятся в лимфоидных и нелимфоидных тканях и отвечают за эффекторные функции при последующем столкновении с тем же антигеном. CD8⁺ Т-клетки памяти были разделены на разные подгруппы на основе различий в степени эффекторных функций, пролиферативной способности и свойствах самонаведения в ткани:

• Центральные клетки памяти (Tcm): эти клетки ограничены в основном лимфоидными тканями и экспрессируют лимфоидные молекулы самонаведения CD62L и CCR7.
• Эффекторные клетки памяти (Tem): эти клетки являются первой линией защиты от инфекций. Они опосредуют немедленные эффекторные функции, присутствуют в кровотоке и в нелимфоидных тканях и имеют низкий уровень экспрессии лимфоидных самонаводящихся молекул CD62L и CCR7.
• Тканерезидентные клетки памяти (Trm): эти клетки расположены в местах проникновения патогенов.

Защитный ответ CD8⁺ Т-клеток достигается за счет коллективной функции всех этих эффекторных подмножеств и подмножеств памяти. Выделены маркеры, используемые для идентификации основных подгрупп CD8⁺ Т-клеток мыши и человека. Пан-маркеры для мышиных CD8⁺ Т-клеток включают CD3, CD5, CD8, CD27 и CD28; пан-маркеры для CD8⁺ Т-клеток человека включают CD2, CD3, CD5, CD8, CD25⁺⁺, CD27 и CD28 (Т-клетки обычно идентифицируются по их экспрессии CD3 вместе с CD4 или CD8. Дополнительные маркеры клеточной поверхности используются для дальнейшего различения подтипов – ред.).

Что такое CD4⁺ Т-клетки? Т-хелперные клетки

См. также клетки Th1, Th2, Th17 (наиболее известные типы CD⁺ T-клеток)

Зрелые T-лимфоциты, экспрессирующие поверхностный белок CD4, называются CD4⁺ T-клетками (Т-хелперными клетками или Th-клетками).

Т-хелперные клетки (Т-хелперы, Th-клетки) или CD4⁺ Т-клетки, классифицированные как таковые из-за белка CD4 на их поверхности, считаются «вспомогательными» Т-клетками, поскольку они не нейтрализуют инфекции, а скорее запускают реакцию организма на инфекции. В ответ, CD8⁺ Т-клетки, классифицированные как таковые из-за белка CD8 на их поверхности, играют роль «клеток-убийц», производя вещества (цитотоксины), которые в конечном итоге приводят к апоптозу инфицированных/дисфункциональных клеток-мишеней.

Т-хелперные клетки играют важную роль в иммунной системе, особенно в адаптивной иммунной системе. Как следует из их названия, они «помогают» активности других иммунных клеток, высвобождая цитокины, небольшие белковые медиаторы, которые изменяют поведение клеток-мишеней, экспрессирующих рецепторы для этих цитокинов. Эти клетки помогают поляризовать иммунный ответ в соответствующий вид в зависимости от характера иммунологического поражения (вирус vs. внеклеточная бактерия vs. внутриклеточная бактерия vs. гельминт vs. грибок vs. простейшие). Как правило, они считаются необходимыми для переключения классов антител (у В-лимфоцитов), активации кросс-презентирующих дендритных клеток, активации и роста цитотоксических Т-клеток и максимизации бактерицидной активности фагоцитов, таких как макрофаги и нейтрофилы.

CD4⁺ Т-клетки обычно рассматриваются как играющие заранее определенную роль в качестве хелперных Т-клеток в иммунной системе. Например, когда антигенпрезентирующая клетка (APC) демонстрирует пептидный антиген на MHC класса II, CD4⁺ Т-клетка будет помогать этим клеткам посредством комбинации межклеточных взаимодействий (например, CD40 (белок) и CD40L) и посредством цитокинов.

CD154, также называемый CD40-лигандом или CD40L, представляет собой белок клеточной поверхности, который опосредует функцию Т-клеток-хелперов в контактно-зависимом процессе и является членом надсемейства молекул TNF. Он связывается с CD40 на антигенпрезентирующих клетках (АРС), что приводит к множеству эффектов в зависимости от типа клеток-мишеней. CD154 действует как костимулирующая молекула и особенно важен для подмножества Т-клеток, называемых Т-фолликулярными хелперными клетками (клетки Tfh) [2]. В клетках Tfh CD154 способствует созреванию и функционированию В-клеток, взаимодействуя с CD40 на поверхности В-клеток и, таким образом, облегчая межклеточную коммуникацию. Дефект этого гена приводит к неспособности к переключению класса иммуноглобулина и связан с гипер-IgM синдромом. Отсутствие CD154 также останавливает образование зародышевых центров и, следовательно, запрещает созревание аффинности антител, важный процесс в адаптивной иммунной системе, который позволяет генерировать высокоаффинные антитела, которые защищают от будущих угроз со стороны патогенов.

Крайне важно понимать, что рассмотрение Th-клеток как монолитной иммунологической единицы ошибочно, поскольку они чрезвычайно разнообразны с точки зрения функций и их взаимодействия с клетками-партнерами. Как правило, зрелые наивные Т-клетки (те, которые прошли контрольные точки развития в тимусе, но еще не столкнулись со своим родственным антигеном) стимулируются профессиональными антигенпрезентирующими клетками для приобретения эффекторного модуля, который определяется наличием фактора транскрипции. Например, фактор транскрипции GATA3 (GATA-связывающий белок 3) имеет решающее значение для дифференцировки незафиксированных наивных Т-клеток в клетки Th2. Поэтому потеря функции, определяющей фактор транскрипции (например, дисфункция гена, кодирующего транскрипционный фактор), приводит к отсутствию соответствующего класса хелперных Т-клеток, что может иметь разрушительные последствия для здоровья хозяина. Например, обычные регуляторные Т-клетки (Treg-клетки) определяются экспрессией FoxP3, и потеря функции этого транскрипционного фактора приводит к состоянию, называемому синдромом IPEX, характеризующемуся неконтролируемыми иммунными реакциями, вызывающими тяжелое повреждение тканей. В некоторых случаях мутация с потерей функции может происходить выше транскрипционного фактора, определяющего линию клеток. Например, при гипер-IgE синдроме имеется мутация в гене STAT3, который отвечает за индукцию фактора транскрипции RORγt (в ответ на комбинацию TGF-β и IL-6, (либо IL-21)), который специфичен для клеток Th17. В результате отсутствия этих клеток у пациентов развиваются тяжелые грибковые инфекции, и они плохо реагируют на гноеродные бактериальные патогены (хотя у них также есть другие иммунологические дефекты, поскольку STAT3 также участвует в других сигнальных путях). Дефицит STAT3 также ставит под угрозу способность генерировать клетки Tfh.

Что такое клетки Th1?

CD4⁺ T-хелперы в зависмости от локализации антигена (макрофаги, B-клетки и др.) трансформируются в две субпопуляции: Тh1 и Тh2. Если наивная Т-клетка распознает антиген, презентирующийся макрофагом, то она трансформируется в Тh1-клетки воспаления. Функция таких клеток - усиление активности макрофагов, направленной на уничтожение захваченного антигена, или приведение его в иммуногенную форму.

Как следует из их названия, Т-хелперные (Th) клетки обеспечивают вспомогательные функции для других клеток иммунной системы, особенно для антигенпрезентирующих клеток (APC), таких как макрофаги, дендритные клетки и В-клетки, и важны для их активации и созревания. Существуют различные подмножества CD4⁺ Th-клеток, включая Th1, Th2, Th17 и Т-регуляторные клетки, каждая из которых активируется определенным набором цитокинов и факторов транскрипции и характеризуется цитокинами, которые они секретируют, и эффекторными функциями, которые они выполняют.

Клетки Th1 относят к провоспалительному фенотипу. Тh1 вырабатывают IFNγ, IL-2, IL-3 и GM-CSF но не IL-4, стимулируют пролиферацию цитотоксических Т-лимфоцитов и активируют макрофаги. Полагают, что в реакции гиперчувствительности замедленного типа вовлечены Th1, но не Th2 хелперы. Цитокины, выделяемые Th1, подавляют активность Th2, и наоборот.

Клетки Th1 происходят из линии альфа-бета-Т-клеток и распознают антигены, представленные молекулами главного комплекса гистосовместимости (MHC класса I или MHC класса II). Клетки Th1 играют важную роль в идентификации и уничтожении внутриклеточных патогенов, таких как вирусы и бактерии, включая Mycobacterium tuberculosis, Mycobacterium leprae и Leishmania. Эти патогены обычно находятся в фагоцитарных везикулах внутри клеток, таких как макрофаги, и часто избегают внутриклеточного уничтожения, предотвращая слияние лизосом. Клетки Th1 помогают активировать макрофаги против этих патогенов и преодолевать эти стратегии уклонения от микробов. Напротив, клетки Th2, которые представляют собой другую основную подгруппу CD4⁺ Т-клеток, помогают распознавать внеклеточные патогены, такие как гельминты и паразиты, и активировать опосредованные В-клетками ответы антител.

Развитие Т-клеток

Тимическая фаза

См. также: Развитие и созревание Т-лимфоцитов

Первая фаза развития Т-клеток происходит в тимусе (рис. 5), где коммитирование Т-клеток управляется передачей сигналов Notch1 наряду с экспрессией специфических факторов транскрипции, таких как TCF1, GATA3 и Bcl11b. Все подмножества Т-клеток альфа:бета-линии могут проследить свое развитие до общего Т-клеточного предшественника (Thp), который проходит через двойную негативную (DN) фазу (CD8^-CD4^-), за которой следует двойная позитивная (DP) фаза (CD8⁺ CD4⁺) до того, как тимоциты станут одиночными положительными (SP) CD8⁺ или CD4⁺ тимоцитами.

Молекулы MHC играют важную роль в созревании клеток SP (одиночно-положительных). CD4⁺ Т-клетки распознают антигенные пептиды, которые представлены молекулами MHC класса II, опосредованными корецептором CD4, связывающимся с инвариантными областями в цепи MHC класса II. Важность взаимодействия MHC–ко-рецептора в развитии тимоцитов подчеркивается исследованиями на трансгенных мышах, экспрессирующих гены MHC класса I или класса II. Отсутствие генов MHC класса II приводит к развитию только CD8⁺ клеток, а отсутствие генов MHC класса I приводит к развитию только CD4⁺ клеток, тем самым нарушая баланс CD4/CD8 в популяциях Т-клеток.

Клетки DP по своей природе имеют короткую продолжительность жизни 3-4 дня, если только они не будут спасены перестройками их TCR-генов. Это спасение DP-тимоцитов от апоптоза и их последующее созревание в SP-клетки известно как положительный отбор, в ходе которого Т-клетки, распознающие собственные комплексы MHC, отбираются для дальнейшего развития. Обратный процесс, называемый отрицательным отбором, происходит, когда Т-клетки, сильно распознающие комплекс «собственный пептид – собственный MHC» в тимусе, разрушаются апоптозом, предотвращая, таким образом, вредную активацию самореагирующих зрелых Т-клеток (см. гипотеза аффинности).

Рисунок 5. Развитие Т-клеток.

Дифференцировка в эффекторные клетки Th1

В конце тимической фазы некоммитированные наивные CD4⁺ T (Th0) клетки отправляются во вторичные лимфоидные органы для поиска антигена, представленного молекулами MHC класса II. После распознавания антигена наивные Т-клетки подвергаются клональной экспансии и дифференцировке в различные эффекторные подтипы, а некоторые развиваются в Т-клетки памяти. Линии дифференцировки находятся под сильным влиянием среды цитокинов, факторов транскрипции, костимулирующих сигналов и молекул адгезии.

Двумя цитокинами, которые играют критическую роль в дифференцировке Th1, являются IFNγ и IL-12. Интерлейкин IL-12, секретируемый APCs при взаимодействии с Т-клетками, управляет дифференцировкой в ​​эффекторные клетки Th1 посредством активации фактора транскрипции STAT4. STAT4 индуцирует продукцию IFNγ, который является еще одним фактором дифференцировки Th1 за счет активации факторов транскрипции STAT1 и T-bet. T-bet считается основным регулятором дифференцировки Th1, поскольку он индуцирует большую экспрессию IFNγ, что приводит к положительной обратной связи для усиления ответа Th1.

Рисунок 6. Развитие Th1 и опосредованная IFNγ петля положительной обратной связи, способствующая экспансии Th1.

Таблица 3. Экспрессия генов и изменения цитокинов, которые стимулируют развитие Th1-клеток*.

	Наивная CD4+ Т-клетка	Th1-эффекторная Т-клетка
Цитокины, стимулирующие развитие	IL2	IL-12 IFNγ
Характерные факторы транскрипции и сигнальные белки	Lck ZAP-70 LKLF	Tbet STAT1 STAT4
Маркеры поверхности клеток	CD3 CD28 CD4 CD62L CD45RA CD5 CCR7	CD3 CD28 CD4 CD45RO CD44 Fas FasL (тип 1) IL-12 R2 CD119 (IFNγR1) CD183 (CXCR3) CD186 (CXCR6) CD191 (CCR1) CD195 (CCR5) CD212 (IL-12Rβ1) CD218a (IL-18Rα) (мышь) CD254 (RANKL) CD366 (TIM3)
Цитокины, которые секретируются		IFNγ TNFα GM-CSF IL3 LTα LTβ CXCR3 CCL2 IL2 IL10
*Адаптировано из Murphy KM, Weaver C (2017). Janeway's Immunobiology (9th edition). New York: Garland Science.

CD4⁺ Т-клетки памяти

См. также: CD8⁺ Т-клетки памяти

Т-клетки иммунологической памяти – это долгоживущие лимфоциты, потомки клеток, встречавшихся с антигенами и сохраняющие к ним рецепторы. Т-лимфоциты иммунологической памяти после стимуляции антигеном способны сохранять информацию о нем до 10—15 лет и передавать ее другим клеткам. Эти клетки защищены от апоптоза. Благодаря наличию в организме Т-клеток памяти обеспечивается ускоренный иммунный ответ по вторичному типу при повторном попадании данного антигена в организм.

Распознавание антигена приводит также к образованию Th1-клеток памяти, которые экспрессируют характерный маркер CD45RO. Клетки памяти важны для надежной и быстрой иммунной реакции после последующей антигенной стимуляции. Существует три типа CD4⁺ клеток памяти: центральные Т-клетки памяти (Tcm), эффекторные Т-клетки памяти (Tem) и резидентные в тканях Т-клетки памяти (Trm). Клетки Tcm обладают высоким пролиферативным потенциалом, тогда как Тem обладают низким пролиферативным потенциалом, но высокой эффекторной функцией воспаления. Существуют разные модели дифференцировки CD4⁺ Т-клеток памяти. В одной модели предполагается, что эффекторные клетки Th1 могут давать начало клеткам памяти Tem, хотя существует некоторая пластичность в дифференцировке Т-клеток памяти. Подмножество дифференцировки Т-клеток памяти определяется цитокиновым окружением и активностью факторов транскрипции.

Рисунок 7. Факторы, влияющие на дифференцировку CD4⁺ Т-клеток памяти.

Костимулирующие молекулы и их роль в дифференцировке Th1

Костимулирующие (или коингибирующие) молекулы экспрессируются на антигенпрезентирующих клетках (APC) и взаимодействуют с молекулами на Т-клетках, усиливая или ослабляя генерируемый сигнал. Кроме того, они также могут модулировать сигнал, вызывая изменения в инициируемых программах транскрипции. Следовательно, эти молекулы играют важную роль в дифференцировке Т-клеток и в судьбе различных клонов.

Рисунок 8. Костимулирующие молекулы и их роль в дифференцировке Th1.

Таблица 4. Костимулирующие молекулы, важные для дифференцировки и функционирования Th1.

Название молекулы	Эффект стимуляции или ингибирования	Партнеры по взаимодействию на APCs	Примечание
CD28	Ко-стимулирующий /  ко-ингибирующий	B7	Костимуляция: высокая антигенная доза или высокоаффинное связывание TCR благоприятствуют линии Th1. Коингибирование: длительное взаимодействие CD28 благоприятствует линии Th2.
ICOS	Ко-стимулирующий /  ко-ингибирующий	ICOSL	Может быть костимулирующим или ингибирующим для различных инфекций. Например, костимулирующий эффект при инфекциях, вызванных Salmonella, но ингибирующий при инфекциях, вызванных Listeria.
CD226 (DNAM-1)	Ко-стимулирующий	CD155 (PVR), CD112 (нектин 2)	Участвует в активации и расширении Th1.
Tim3	Ко-ингибирующий	Галектин 9	Способствует дисбалансу Th1/Th2 при аллергической астме. Ингибирование Tim3 увеличивает Th1-цитокины.

Эффекторные функции клеток Th1

Основные эффекторные функции клеток Th1 заключаются в клеточно-опосредованном иммунитете и воспалении, включая активацию цитолитических и других эффекторных функций других иммунных клеток, таких как макрофаги, В-клетки и цитотоксические CD8⁺ Т-лимфоциты (CTL). Одним из первых этапов Th1-опосредованной активации других иммунных клеток является взаимодействие CD40-лиганда (CD40L) на поверхности клеток Th1 с CD40, экспрессируемым на поверхности макрофагов, В-клеток и дендритных клеток. Эффекторные клетки Th1 также секретируют большое количество IFNγ, который, помимо дальнейшего увеличения популяции Th1, также активирует цитолитическую активность макрофагов посредством индукции более 200 генов-мишеней. Эта повышенная цитотоксическая активность макрофагов является ключом к уничтожению внутриклеточных патогенов, таких как вирусы, внутриклеточные бактерии и простейшие. Классический пример Th1-зависимого иммунного ответа — микобактериальная инфекция. Микобактерии избегают слияния лизосом внутри макрофагов; однако пептиды, полученные из этих патогенов, экспонируемые MHC класса II на поверхности инфицированных макрофагов, приводят к активации ответов Th1, что включает цитолитические свойства макрофагов.

В дополнение к устранению внутриклеточной инфекции ответы Th1 играют решающую роль в активации CD8⁺ цитотоксических Т-лимфоцитов (CTL) для нацеливания и разрушения опухолей, а также приводят к увеличению выживаемости и памяти CTL. CD40 также активирует переключение классов в В-клетках с образованием IgG2a-антител.

Рисунок 9. Эффекторные функции Th1

Таблица 5. Цитокины, секретируемые Th1-клетками, и их функции.

Цитокины и маркеры, экспрессируемые Th1-клетками	Функции
IFNγ	Стимулирует экспансию Th1-клеток; активирует цитолитическую активность инфицированных макрофагов и дендритных клеток
TNF-α	Действует на эндотелий вместе с LTα и заставляет макрофаги проникать в очаг инфекции из местных кровеносных сосудов
GM CSF	Вместе с IL3 обеспечивает дистальные функции для активации дифференцировки макрофагов, полученных из костного мозга
IL3	Вместе с GM-CSF обеспечивает дистальные функции для активации дифференцировки макрофагов, полученных из костного мозга
CD40L	Связывает CD40, который экспрессируется на макрофагах, В-клетках и дендритных клетках, чтобы активировать эффекторные функции этих клеток. Участвует в переключении класса антител в В-клетках с образованием большего количества IgG2a, который, активируя путь комплемента, способствует опсонизации.
FASL	Активирует передачу сигналов рецептора смерти в мишенях, содержащих FAS.
LTα, LTβ	Активирует нейтрофильное уничтожение для устранения патогенов; также играет роль в воспалении
CXCR3	Облегчает миграцию Th1 и CD8+ Т-клеток и к периферическим очагам инфекции и воспаления; также обеспечивает взаимодействие Т-клеток с APCs и усиление петли Th1
CCL2	Действует как хемоаттрактант для макрофагов, накапливающихся в месте инфекции.
IL2	Активирует CD8+ CTLs для экспансии и цитолитической активности
IL10	Регулирует активацию Th1

Что такое клетки Th2?

Как следует из их названия, Т-хелперные (Th) клетки обеспечивают вспомогательные функции для других клеток иммунной системы, особенно для антигенпрезентирующих клеток (АПК или APCs), таких как макрофаги, дендритные клетки и В-клетки, и важны для их активации и созревания. Существуют различные подмножества CD4⁺ Th-клеток, включая клетки Th1, Th2, Th9, Th17, Th22, Tfh и Treg, каждая из которых активируется определенным набором цитокинов и факторов транскрипции и характеризуется цитокинами, которые они секретируют, и эффекторными функциями, которые они выполняют.

Клетки Th2 относят к противовоспалительному фенотипу. Они опосредуют активацию и поддержание гуморального (опосредованного антителами) иммунного ответа против внеклеточных паразитов, бактерий, аллергенов и токсинов. Клетки Th2 опосредуют эти функции, продуцируя различные цитокины, такие как IL-4, IL-5, IL-6, IL-9, IL-13 и IL-17E (IL-25). Эти цитокины ответственны за сильное образование антител, активацию эозинофилов и ингибирование некоторых функций макрофагов, тем самым обеспечивая независимые от фагоцитов защитные реакции. Эти цитокины также противодействуют ответам Th1, которые обеспечивают чувствительность Th2 к IL-4. Функционально цитокины Th2 оказывают влияние на многие типы клеток в организме, поскольку рецепторы цитокинов широко экспрессируются на многих типах клеток. Клетки Th2 стимулируют и рекрутируют специализированные субпопуляции иммунных клеток, таких как эозинофилы и базофилы, в очаг инфекции или в ответ на аллергены или токсины, что приводит к тканевой эозинофилии и гиперплазии тучных клеток. Они вызывают образование слизи, метаплазию бокаловидных клеток и гиперреактивность дыхательных путей. Клетки Th2 также контролируют регуляцию переключения класса В-клеток на IgE. Из-за их влияния на выработку антител и аллергические реакции чрезмерная активация клеток Th2, по-видимому, ответственна за обострение аллергии (тип 1, реакции гиперчувствительности немедленного типа), аутоиммунные реакции, такие как хроническая реакция «трансплантат против хозяина», прогрессирующие системные склероз и системную красную волчанку. Кроме того, известно, что клетки Th2 ответственны за развитие астмы и других аллергических воспалительных заболеваний. Интересно, что клетки Th2 также продуцируют эпидермальный фактор роста амфирегулин и IL-24, обладающие противоопухолевым действием.

Дифференцировка клеток Th2

Наивные CD4⁺ Т-клетки активируются путем одновременного взаимодействия рецептора Т-клеток (TCR) и ко-стимулирующей молекулы, кластера дифференцировки 28 (CD28), антигенпредставляющими клетками (APCs), экспрессирующими основной комплекс гистосовместимости (MHC класса II), такими как макрофаги, дендритные клетки и В-клетки. Сигналы активации передаются при распознавании и связывании TCR с его родственным антигенным пептидом, отображаемым на поверхности молекулы MHC класса II, и посредством множества ко-стимулирующих сигналов. После полной активации наивные CD4⁺ Т-клетки в лимфоидной ткани быстро пролиферируют, подвергаясь клональной экспансии и дифференцировке во вспомогательные Т-клетки, такие как Th1, Th2 или Th17-клетки. Окружающая цитокиновая среда приводит к поляризации наивных Т-клеток в специфические клеточные линии, где тип клеток Th2 специфически активируется интерлейкинами IL-4 и IL-2.

Сигнальные пути для поляризации клеток Th2

Стимуляция с помощью IL-4 запускает фосфорилирование преобразователей сигналов и активаторов транскрипции (STAT6) и активацию GATA-связывающего белка 3 (GATA3), ключевого фактора транскрипции для развития клеток Th2. GATA3 взаимодействует с сигналом STAT5, индуцированным IL-2, для усиления экспрессии IL-4, канонического цитокина Th2. За этим сигнальным путем следует петля положительной обратной связи, управляемая IL-4, посредством которой профиль экспрессии гена Th2 усиливается за счет продолжения передачи сигналов IL-4-STAT6-GATA3 и IL-5-STAT5.

IL-4-зависимая STAT6-активация GATA3 является каноническим путем дифференцировки клеток Th2;

однако существует ряд неклассических путей, которые, как считается, важны для поляризации Th2, которые включают различные факторы транскрипции (такие как c-Maf, NF-κB, IRF4, AP1) и цитокины (тимический стромальный лимфопоэтин (TSLP), IL-5, IL-25 и IL-33).

Th2 и врожденные лимфоидные клетки (ILCs)

Дифференцированные эффекторные Th-клетки мигрируют к участкам воспаления на периферии, где они повторно встречают родственный им антиген и секретируют эффекторные цитокины, тем самым вызывая антиген-специфический иммунный ответ. IL-5, IL-9 и IL-13 секретируются клетками Th2 только после того, как они достигают участков воспаленной ткани (рис. 10). Эпителиальные и врожденные клетки в месте воспаления также играют роль в формировании адаптивного иммунного ответа Th2. Врожденные лимфоидные клетки (ILC), макрофаги и дендритные клетки секретируют провоспалительные цитокины, включая IL-1, IL-18, IL-25, IL-33, GM-CSF, M-CSF и TSLP, которые по разным путям передают сигналы к способствуют дифференцировке Th2. Цитокиновая среда в окружающем воспалительном микроокружении управляет различной эффекторной активностью Th2. В результате существует несколько фенотипически и функционально различных подмножеств клеток памяти Th2, которые выполняют различные эффекторные роли в зависимости от влияния цитокинов. Например, было показано, что клетки Th2, продуцирующие высокие уровни IL-5, вносят вклад в патогенез аллергической астмы, в то время как клетки, продуцирующие IL-5, IL-17 и IFN-γ, в дополнение к IL-4 и IL-13, были идентифицированы как неканонические клетки памяти Th2, которые вызывают хронические аллергические воспалительные заболевания и предотвращают персистенцию вируса лимфоцитарного хориоменингита (LCMV). Клетки памяти Th2 также экспрессируют IL17RB, рецептор TSLP (TSLPR), гомологичную молекулу хемоаттрактантного рецептора (CRTh2) и CCR8 на аналогичных уровнях.

Клетки памяти Th2 можно разделить как минимум на четыре отдельные субпопуляции на основе уровней экспрессии хемокинового (мотив C-X-C) рецептора 3 (CXCR3) и CD62L. Все четыре субпопуляции обычно продуцируют большие количества IL-4 и IL-13 в ответ на антигенную повторную стимуляцию. Однако только субпопуляция CXCR3^low CD62L^low продуцирует IL-5 и считается патогенной, обозначаемой как тип клеток памяти Tpath. Стимуляция IL-33 индуцирует выработку IL-5 и IL-13 в клетках памяти Th2 и врожденных лимфоидных клетках 2-го типа (ILC2), тем самым вызывая иммунологический ответ 2-го типа. Подобно IL-33, комбинация IL-2 и IL-25 также стимулирует продукцию IL-5 в клетках памяти Th2 и ILCs [4,6]. ILCs представляют собой иммунные клетки, полученные из общих лимфоидных предшественников, и сгруппированы на основе их профилей цитокинов и факторов транскрипции, где функция ILC2 частично регулирует фенотип Th2. В то время как IL-33 может индуцировать сильный Th2-иммунитет и эозинофильное воспаление, усиливая цитокиновый ответ Th2 в тканях легких и кишечника, IL-33 оказывает незначительное влияние на субпопуляцию эффекторов Th2 и вместо этого опосредует воспаление через Tpath-клетки (тип клеток памяти). Воздействие аллергена, например, может инициировать Th2-ответ в дыхательных путях, стимулируя эпителиальные и эндотелиальные клетки к выработке IL-33, тем самым стимулируя выработку IL-5 клетками памяти Th2 и усугубляя эозинофильное воспаление.

Таблица 6. Субпопуляция Th2-клеток и профиль ключевых цитокинов.

Субпопуляция Th2-клеток памяти	Секретируемые цитокины
CXCR3low  CD62Llow	IL-5, IL-4, IL-13
CXCR3hi CD62Lhi	IL-4, IL-13, Eomes
CXCR3low CD62Lhi	IL-4, IL-13, Eomes
CXCR3hi CD62Llow	IL-4, IL-13, Eomes

iow - низкая экспрессия, hi - высокая экспрессия

---

Рисунок 10. Врожденные лимфоидные клетки (ILC) модулируют адаптивный иммунный ответ Th2. ILC представляют собой иммунные клетки, полученные из общих лимфоидных предшественников (CLP). ILC сгруппированы на основе цитокинов, которые они могут продуцировать, и факторов транскрипции, которые регулируют их развитие и функцию. Они могут быстро секретировать иммунорегуляторные цитокины, чтобы обеспечить ранний иммунный ответ на инфекцию.

Th2-клетки при заболевании

Точные механизмы, регулирующие поддержание клеток памяти Th2, остаются неясными. Было показано, что антиген-специфические Th2-клетки памяти, вызывающие аллергические реакции в легких, находятся в ткани легких и что реакция памяти Th2 зависит от IL-7 и IL-33-продуцирующих лимфатических эндотелиальных клеток (LECs), обнаруженных в локализованных структурах, называемых индуцибельной лимфоидной тканью, ассоциированной с бронхами (iBALT) [4]. Клетки Th2, продуцирующие IL-4, IL-5 и IL-13, вовлечены в ряд воспалительных заболеваний, включая астму, хронический риносинусит, атопический дерматит и эозинофильные желудочно-кишечные расстройства, такие как язвенный колит. Основной тип клеток, вызывающий хроническое воспаление дыхательных путей у мышей, был идентифицирован как CD44^hi CD62L^low CXCR3^low CCR4^hi CCR8^hi IL7R-α^hi ST2^hi T_path2-клетки памяти, тогда как CCR8^hi T_path2-клетки и CRTH2^hi CD161^hi PGDS^hi T_path2-клетки, как было показано, вызывают хронический атопический дерматит и эозинофильные желудочно-кишечные заболевания, соответственно (hi и low - показатели высокой и низкой экспрессии, соотв. - ред.). Цитокины Th2-типа управляют патогенезом моделей астмы у человека и аллергического воспаления дыхательных путей у мышей, способствуя эозинофильной инфильтрации, увеличению продукции слизи посредством метаплазии бокаловидных клеток и фиброза тканей. Моноклональные антитела, направленные против IL-5 и IL-13, успешно используются в качестве терапии астмы, а антитела против Th2-клеток демонстрируют потенциал для дальнейшего развития в терапии. Интерлейкины IL-4, IL-5 и IL-13, полученные из клеток Th2, способствуют пролиферации В-клеток и переключению класса изотипов с иммуноглобулина IgG1 на IgE, ключевое антитело, участвующее в заражении паразитарными гельминтами и некоторых аллергических заболеваниях, связанных с клетками Th2 (например, астма). Также было показано, что клетки Th2 индуцируют фенотип макрофагов с альтернативной активацией (M2), который опосредует разрешение стадии воспаления и инициирует восстановление тканей в процессах заживления ран. Эффекторные клетки Th2 опосредуют иммунные реакции на паразитарные инфекции гельминтов, яды, некоторые бактериальные инфекции и способствуют заживлению ран, индуцируя фенотип макрофагов альтернативной активации (М2).

Что такое Т-хелперные клетки 17 (Th17)?

Т-хелперные клетки 17 (Th17) представляют собой подмножество провоспалительных Т-хелперных клеток, определяемых их продукцией интерлейкина 17 (IL-17).

Th17-цитокины: Т-хелперы 17 характеризуются экспрессией интерлейкина-17 (IL-17A, IL-17F), интерлейкина-6 (IL-6), TNF-α и интерлейкина-22 (IL-22).

CD4⁺ Т-хелперные лимфоциты (Т-хелперные клетки) являются медиаторами клеточного иммунитета, которые играют критическую роль в активации других иммунных клеток, таких как В-клетки и цитотоксические Т-клетки, а также в регуляции иммунных ответов. CD4⁺ Т-хелперные клетки далее делятся на субпопуляции, характеризующиеся секрецией цитокинов и эффекторной функцией, которые дифференцируются на периферии в ответ на сигналы от клеток врожденного иммунитета. Первыми двумя описанными подмножествами были Th1 и Th2, и эта дихотомия существовала в течение нескольких десятилетий до открытия нового подмножества CD4⁺ T-хелперов, названного Th17 из-за секреции ими цитокина IL-17A (этот цитокин регулирует активность NF-kB и митоген-активируемых протеинкиназ (MAPK), может стимулировать экспрессию IL-6 и циклооксигеназы-2 (PTGS2/COX-2), а также усиливать продукцию оксида азота (NO) - ред.). Клетки Th17 играют роль в защите хозяина от внеклеточных патогенов, особенно на слизистых и эпителиальных барьерах, но аберрантная активация связана с патогенезом различных аутоиммунных заболеваний.

Активация и дифференцировка клеток Th17

Как и другие субпопуляции Т-хелперных клеток, клетки Th17 дифференцируются из наивных CD4⁺ клеток (Th0) на периферии в ответ на стимуляцию антигеном Т-клеточного рецептора (TCR) и активацию цитокинами, секретируемыми антигенпрезентирующими клетками. Хотя первоначально считалось, что дифференцировка индуцируется IL-23, позже было продемонстрировано, что развитие Th17 происходит независимо от этого цитокина. Тем не менее, IL-23 по-прежнему считается важным для поддержания и пролиферации Th17, а его рецептор (IL-23R) активируется в активированных клетках Th17. Вместо этого было идентифицировано, что критическими цитокиновыми медиаторами дифференцировки Th17 являются TGF-β в комбинации с IL-6 или IL-21. IL-6 и IL-21 управляют экспрессией регуляторов транскрипции Th17 посредством передачи сигналов STAT3, коммитируя CD4⁺ T-клетки линии Th17. Дефекты этого сигнального пути связаны со снижением экспрессии IL-23R, ключевых Th17-ассоциированных факторов транскрипции и эффекторных цитокинов, таких как IL-17A и IL-17F [7].

Кандидат на главный регулятор дифференцировки Th17 был впервые идентифицирован как RORγt, член семейства орфанных ядерных гормональных рецепторов, связанных с ретиноевой кислотой. Было обнаружено, что этот фактор транскрипции индуцирует экспрессию IL-17A и IL-17F, и его дефицит был связан со снижением, но не полным отсутствием развития и функции Th17. В более поздних исследованиях было установлено, что RORα, родственный транскрипционный фактор, также может управлять дифференцировкой Th17 и экспрессией цитокинов в ответ на STAT3 сходным образом с RORγt. RORα и RORγt действуют синергетически, способствуя фиксации Th17, а комбинированный дефицит обоих факторов приводит к полному ингибированию развития Th17.

Другими факторами транскрипции, которые играют роль в развитии Th17, являются IRF4, BATF и AHR. Считается, что IRF4 находится выше RORγt, поскольку способность наивных CD4⁺ T-клеток повышать экспрессию RORγt снижается в его отсутствие, но его точная роль в биологии Th17 до конца не изучена. AHR является ядерным фактором, общим с Т-регуляторными клетками, но экспрессируется на более высоких уровнях в клетках Th17, и хотя его дефицит не влияет на дифференцировку Th17, продукция эффекторных цитокинов, особенно IL-22, значительно снижается. Наконец, было продемонстрировано, что BATF необходим для образования клеток Th17 и экспрессии связанных с ними цитокинов, несмотря на наблюдение, что BATF не уникален для линии Th17 и что BATF-дефицитные клетки все еще способны индуцировать RORα и RORγt.

Линия Th17 демонстрирует высокую степень пластичности, и было замечено, что она трансдифференцируется в другие подтипы CD4⁺ T-хелперов в ответ на изменение сигналов окружающей среды. Т-регуляторные клетки представляют собой еще одну подгруппу Т-хелперов, дифференцировка которых зависит от TGF-β; повышение концентрации этого цитокина имеет тенденцию смещать наивные клетки в сторону экспрессии Foxp3, которая сильно ингибирует развитие Th17 и вместо этого приводит к приверженности к регуляторному фенотипу. Несмотря на это, высокие уровни IL-6 и результирующая передача сигналов STAT3 могут подавлять экспрессию Foxp3 в пользу генов, связанных с Th17, в Т-регуляторных клетках, индуцированных TGF-β, особенно в присутствии IL-1. В то время как трансдифференцировка клеток Th17 в основном наблюдалась с Th1 и T-регуляторными субпопуляциями, также существуют доказательства общих функций с клетками Th2, T-фолликулярными хелперами и TR1-клетками. Наблюдение за тем, что множественные главные регуляторы транскрипции различных подмножеств CD4⁺ Т-хелперных клеток могут быть совместно экспрессированы, еще раз подтверждает потенциал функциональной гибкости между этими линиями.

Рисунок 11. Обзор дифференцировки Th17. Наивные CD4⁺ Т-клетки начинают свою поляризацию в направлении линии Th17 после передачи сигналов STAT3 и повышения активности RORγt, индуцированной IL-6 или IL-1 в присутствии TGF-β. Продукция IL-21 поддерживает коммитацию Th17 аутокринным образом, а IL-23 из антигенпрезентирующих клеток способствует созреванию, выживанию и эффекторным функциям.

Эффекторная функция клеток Th17

Эффекторная функция CD4⁺ Т-хелперных клеток опосредована в первую очередь секретируемыми цитокинами, и специфический профиль цитокинов, продуцируемый каждым подмножеством, был одной из основных определяющих характеристик, используемых для фенотипирования каждой популяции (рис. 12). Клетки Th17 были первой подгруппой, идентифицированной как отличная от исходной парадигмы Th1/Th2, которая сохранялась в течение десятилетий и первоначально была охарактеризована на основе их экспрессии гомодимеров IL-17A в ответ на IL-23. Позднее было обнаружено, что клетки Th17 продуцируют другой гомодимерный член семейства IL-17, IL-17F, а также гетеродимерный белок IL-17AF, который состоит из одной субъединицы IL-17A и одной субъединицы IL-17F. IL-17-опосредованные ответы лучше всего охарактеризованы в эпителиальных клетках, эндотелиальных клетках и фибробластах, которые реагируют на передачу сигналов IL-17R секрецией TNFα, IL-1β, IL-6, IL-8, CXCL1, CXCL8 и G-CSF, стимулирующих рекрутирование нейтрофилов и воспалительные реакции.

Было обнаружено, что цитокин IL-22, член семейства IL-10, также секретируется клетками Th17, хотя его индукция отличается от индукции IL-17A. Экспрессия IL-22 в большей степени зависит от передачи сигналов IL-23, чем от передачи сигналов цитокинов дифференцировки Th17 - TGF-β и IL-6, что позволяет предположить, что он секретируется более полностью дифференцированными клетками Th17. Его рецептор, представляющий собой гетеродимерный комплекс (IL-22R1 и IL-10R2), который экспрессируется преимущественно на некроветворных клетках, а взаимодействие IL-22 с его клетками-мишенями способствует защите хозяина от внеклеточных патогенов, секреции антимикробных пептидов, таких как β-дефензины и стимуляции заживления ран.

Плейотропный цитокин IL-21 экспрессируется различными CD4⁺ Т-клетками, включая клетки Th17, и также было показано, что он играет критическую роль в развитии и функционировании этих клеток. В клетках Th17 он может функционировать аутокринным образом для дальнейшего усиления детерминации Th17 путем индукции экспрессии RORγt посредством передачи сигналов STAT3 аналогично IL-6. В дополнение к управлению ответами Th17, IL-21 способствует клеточному иммунитету, усиливая функцию клеток Th1, CD8⁺ цитотоксических Т-клеток и NK-клеток. Созревание, окончательная дифференцировка и функция В-клеток также зависят от передачи сигналов IL-21.

Рисунок 12. Эффекторная функция Th17. Цитокины Th17 обладают широким спектром воспалительных и тканезащитных эффектов, особенно при иммунитете слизистых оболочек. Сокращения: B, В-клетка; CD8, цитотоксические Т-клетки; NK, естественные клетки-киллеры; EpC, эпителиальная клетка; HC, печеночная клетка; EC, эндотелиальная клетка; FB, фибробласт; Mθ, макрофаг; Nθ, нейтрофил; DC, дендритная клетка; Т, Т-клетка.

Клетки Th17 при заболевании

В то время как клетки Th17 имеют решающее значение для поддержания иммунитета слизистой оболочки, их нарушение регуляции вовлечено в патогенез аутоиммунного воспаления. Именно их роль в развитии этого воспаления впервые позволила предположить наличие третьего подмножества CD4⁺ Т-хелперных клеток, отличного от классической модели Th1/Th2. В исходной модели клетки Th1 считались основными медиаторами аутоиммунитета, но было продемонстрировано, что отсутствие их основного эффекторного Th1-цитокина, IFNγ, или их активирующего цитокина, IL-12, усугубляло модели аутоиммунного воспаления, такие как экспериментальный аутоиммунный энцефаломиелит (EAE). Ось IL-23/IL-17, а не IL-12/IFNγ, была идентифицирована как основной путь, опосредующий это воспаление, а более поздние исследования охарактеризовали клетки Th17 как новую субпопуляцию CD4⁺ Т-хелперов, связанную с этой осью. С тех пор было показано, что клетки Th17 играют роль в прогрессировании других аутоиммунных заболеваний, таких как ревматоидный артрит, псориаз, рассеянный склероз и воспалительное заболевание кишечника. Цитокины Th17 IL-17A и IL-17F запускают выработку провоспалительных цитокинов в тканях-мишенях, которые не только опосредуют воспаление посредством рекрутирования врожденных иммунных клеток, таких как нейтрофилы, но также способствуют дальнейшей активации Th17 по типу положительной обратной связи. Точные сигналы окружающей среды, которые приводят к дифференцировке Th17, определяют, развиваются ли они в сторону тканезащитного или патогенного фенотипа, поскольку исследования показывают, что дифференцировка, запускаемая высокими уровнями IL-6 и IL-1β, приводит к большей провоспалительной роли. Текущие исследования продолжают изучать клетки Th17 и продукты их цитокинов в качестве терапевтических мишеней для аутоиммунитета.

Инфильтрация клеток Th17 наблюдалась в различных злокачественных опухолях по сравнению со здоровыми тканями, хотя конкретный механизм их рекрутирования неизвестен, а их влияние на общий прогноз различно. Цитокины IL-17 были связаны с более высоким ангиогенезом и, следовательно, повышенным ростом опухоли и метастазированием в некоторых моделях, и также наблюдалось, что способность клеток Th17 к трансдифференцировке в более иммуносупрессивный фенотип играет роль в уклонении опухоли от иммунного ответа. Однако показано, что способность клеток Th17 рекрутировать CD8⁺ цитотоксические Т-клетки и дендритные клетки в участки опухоли способствует клиренсу опухоли, как и их наблюдаемая способность превращаться в фенотип Th1, секретирующий IFNγ, в присутствии некоторых факторов окружающей среды. В целом роль, которую клетки Th17 играют в прогрессировании рака, по-видимому, сильно зависит от специфического микроокружения опухоли. Использование этой пластичности для манипулирования ими в направлении противоопухолевого ответа может оказаться полезной стратегией в разработке иммунотерапии рака.

Что такое регуляторная Т-клетка (Treg)?

О регуляторных Т-клетках см. также по следующим ссылкам:

• Treg-клетки
• Регуляторные Т-клетки (Treg, Th3, Tr1)

Регуляторные Т-клетки (Treg) имеют решающее значение для поддержания самотолерантности и гомеостаза иммунных клеток, что демонстрируется тяжелыми последствиями потери или нефункциональной популяции Treg, как это происходит при IPEX-синдроме. Также было обнаружено, что Treg играют важную роль в регуляции иммунных реакций, ответственных за аутоиммунные заболевания, включая диабет 1 типа, ревматоидный артрит, рассеянный склероз, системную красную волчанку (СКВ) и миастению.

Классификация и номенклатура регуляторных Т-клеток

Treg включают три основные популяции: (1) Treg, происходящие из тимуса (tTreg), ранее называвшиеся натуральными Treg, дифференцируются от двух субпопуляций одноположительных CD4-предшественников, которые характеризуются CD25⁺ Foxp3^– или CD25^– Foxp3^low. (2) Treg периферического происхождения (pTreg) индуцируются после антигенной стимуляции наивных Т-клеток в периферических лимфоидных тканях, таких как лимфоидные ткани, ассоциированные с кишечником. (3) Созданные in vitro Treg (iTreg) получают из наивных CD4⁺ T-клеток, стимулированных анти-CD3 в присутствии IL-2 и TGF-β. Хотя ни один маркер не отличает эти три подмножества, экспрессия Foxp3 необходима для их супрессивной функции.

Идентификация и характеристика Treg осложняются их способностью приобретать фенотипические и транскрипционные характеристики эффекторных Т-клеток. Например, Treg, который должен контролировать иммунный ответ в кишечнике, будет экспрессировать RORγt и CD196 (CCR6) в дополнение к Foxp3 и CD25, в то время как Treg в висцеральной жировой ткани будет экспрессировать Foxp3 и PPARγ. Такая пластичность обеспечивается цитокинами, такими как IL-6, IL-1, TNF-α, IL-23, и позволяет Treg реагировать на тканеспецифические хемоаттрактанты, мигрировать в активный центр и регулировать соответствующий иммунный ответ. Многое из того, что мы знаем о фенотипе и генных сигнатурах Treg, получено из исследований на моделях мышей. Исследования Treg у людей дополнительно осложняются тем фактом, что экспрессия Foxp3 и других поверхностных маркеров Treg может временно индуцироваться на низких уровнях на обычных Т-клетках при стимуляции Т-клеточного рецептора (TCR). Исследования эпигенетических модификаций показали, что CpG-островки, расположенные в Treg-специфической области деметилирования (TSDR) локуса Foxp3, были деметилированы в tTreg и pTreg, но метилированы в iTreg и обычных Т-клетках с низким уровнем или отсутствием экспрессии Foxp3. Таким образом, деметилирование TSDR считается надежным методом идентификации tTreg и pTreg; продолжается поиск поверхностных маркеров, которые позволят сортировать конкретные живые Treg.

Таблица 7. Свойства клеток Treg

Свойство	Treg-клетка, происходящая из тимуса (tTreg)	Периферийно полученная Treg (pTreg)	in vitro сгенерированная Treg (iTreg)
Развитие	Тимус	Периферия (в первую очередь кишечник)	In vitro
Клетка-предшественница	CD4-одиночно-положительные клетки CD25+Foxp3– или CD25–Foxp3low	Наивные CD4+ клетки	Наивные CD4+ клетки
Поверхностный фенотип	CD4+CD25hi CD127lowCD62Lhi CD44lowCD45RBlow (мышь)  CD4+CD25hiCD127low или CD4+CD25hiCD45ROhi  (человек)	CD4+CD25+ CD62LlowCD44hi	CD4+CD25+CTLA-4+CD62Llow
Статус метилирования TSDR	Деметилированный	Деметилированный	Метилированный
Факторы транскрипции	Foxp3 c-Rel EOS Helios STAT5	Foxp3 GATA-3 (подмножество) Helios (подмножество) IRF4 (подмножество) PPARγ (подмножество) RORγt (подмножество) STAT5 T-bet (подмножество)	Foxp3 Helios  (подмножество) STAT5
Другие связанные маркеры поверхности	CD31 (подмножество) CD45RA (подмножество) CD49d CD101 CD103 CD121a (активированный) CD121b (активированный) CD134 (OX-40) CD137 (4-1BB) CD152 (CTLA-4) CD197 (CCR7) CD304 (NRP1) CD357 (GITR) FR4 GARP (активированный) LAP (активированный) TIGIT	CD45RA (subset) CD49b CD194 (CCR4; подмножество) CD196 (CCR6; подмножество) CD183 (CXCR3 подмножество) CD223 (LAG3) CD226 CD278 (ICOS) CD279 (PD-1) GARP  (активированный) LAP  (активированный)	CD152 (CTLA-4) GARP  (активированный) LAP  (активированный)
Экспансия Ex vivo	Анти-CD3 и IL-2	n/a	n/a
Дифференцировка In vitro	n/a	n/a	Анти-CD3,  анти-CD28,  IL-2, и TGFβ
Low: низкий уровень экспрессии, hi: высокий уровень экспрессии, +: экспрессированный маркер присутствует в подтипе клеток, -: экспрессированный маркер отсутствует в подтипе клеток.

Регуляторные Т-клетки при заболевании

Сообщается, что Treg используют множество различных иммуносупрессивных механизмов. Зависимая от клеточного контакта супрессия может быть опосредована TIGIT, CD39, CD73 и CD152 (CTLA-4), а также цитолизом клеток-мишеней через гранзимы A и B. Хотя Treg не секретируют IL-2 при активации, они могут секретировать иммуномодулирующие цитокины, такие как IL-10, TGF-β и IL-35. Сообщалось, что истощение IL-2 из микроокружения и другие метаболические нарушения являются механизмами, используемыми Treg для подавления иммунных ответов.

Некоторые терапевтические препараты нацелены на Treg, чтобы усилить функцию Treg при аутоиммунных заболеваниях и реакции «трансплантат против хозяина» (GVHD) или блокировать функцию Treg при некоторых видах рака. Например, было показано, что антитела против TNF увеличивают популяцию Treg у пациентов с ревматоидным артритом и стабилизируют их функцию, в то время как низкие дозы IL-2 повышают экспрессию CD25 на Foxp3⁺ клетках и увеличивают популяцию Treg с многообещающими эффектами в борьбе GVHD, васкулитом, вызванным вирусом гепатита С, диабетом 1 типа, очаговой алопецией и СКВ. В дополнительных исследованиях рассматривалось использование антител против CD3, антител против CD25, комплексов IL-2/анти-IL-2, антител против рецептора IL-6 и CTLA4-Ig (белатацепт) для нацеливания на Treg при аутоиммунных заболеваниях. Изучаются также методы расширения и стабилизации Treg ex vivo для терапевтического использования.

Часть II

Т-ЛИМФОЦИТЫ

СОДЕРЖАНИЕ

• Основная задача T-лимфоцитов
• Т-клеточный рецептор (TCR)
• Рис. 1А. Схема Т-клеточного рецептора и связанных с ним молекул
• Трансмембранные цепи α и β TCR
• Комплекс CD3
• ζ-Цепи
• ITAM-последовательности
• Корецепторные молекулы CD4 и CD8
• Гены T-клеточного рецептора
• Рис. 2А. Гены α- и β-цепей антигенраспознающего рецептора T-лимфоцитов человека
• Перестройка генов
• Проведение сигнала с антигенраспознающих рецепторов лимфоцитов
• Кластеризация рецепторов
• Тирозинкиназы
• Киназы Src
• Киназы ZAP-70
• Фосфолипаза Cγ
• Ras и другие малые G-белки
• Рис. 3А. Источники и направление пусковых активационных сигналов при стимуляции Т-лимфоцитов
• Рис. 4А. Схема сигнальных путей при активации Т-клеток
• Дифференцировка T-лимфоцитов
• Рис. 5А. Развитие Т-лимфоцитов
• Рис. 6А. Механизм воздействия цитотоксического T-лимфоцита на клетку-мишень
• Субпопуляции T-хелперов
• Основные субпопуляции CD4⁺ Т-клеток (Th0, Th1, Th2, Th9, Th17, Th22, Т-регуляторы, Tfh (фолликулярный хелпер)
• Рис. 7А. Адаптивные субпопуляции CD4⁺ Т-клеток (цитокины, дифференцировочные факторы, хемокиновые рецепторы)
• Рис. 8А. Адаптивные субпопуляции Т-клеток
• γδT-лимфоциты
• NKT-лимфоциты
• Рис. 9А. Естественные субпопуляции Т-лимфоцитов и их дифференцировочные факторы

Основная задача T-лимфоцитов — распознавание чужеродных или измененных собственных антигенов в составе комплекса с молекулами MHC. Если на поверхности своих клеток будут представлены чужеродные или измененные свои молекулы, T-лимфоцит запускает их уничтожение.

• В отличие от B-лимфоцитов, T-лимфоциты не продуцируют растворимых форм антигенраспознающих молекул (AMP). Более того, большинство T-лимфоцитов не способны распознавать и связывать растворимые антигены.
• Для того чтобы T-лимфоцит «обратил свое внимание» на антиген, другие клетки должны «пропустить» антиген через себя и выставить его на своей мембране в комплексе с MHC-I или MHC-II. Это и есть феномен презентации антигена T-лимфоциту. Распознавание такого комплекса T-лимфоцитом — двойное распознавание, или MHC-рестрикция T-лимфоцитов.

Прим. ред.: MHC-рестрикция является характеристикой Т-клеток, которая позволяет им распознавать антиген только после того, как он преобразуется в пептиды определенной длины, а затем отображается в ассоциации с поверхностными молекулами MHC I или MHC II. Т-клетки не будут выполнять свою эффекторную функцию без презентации антигена молекулами MHC на антигенпрезентирующих клетках.

T-клеточный рецептор,TCR

Т-клеточный рецептор (ТКР, англ. TCR) — поверхностный белковый комплекс Т-лимфоцитов, ответственный за распознавание процессированных антигенов, связанных с молекулами главного комплекса гистосовместимости (MHC) на поверхности антигенпрезентирующих клеток (АПК, англ. APC)

Т-клеточные рецепторы (антигенраспознающие  рецепторы  T-клеток) - TCR - состоят из цепей, принадлежащих к суперсемейству иммуноглобулинов. Выступающий над поверхностью клетки антигенраспознающий участок TCR — гетеродимер, т.е. состоит из двух разных полипептидных цепей. Известны два варианта TCR, обозначаемые как αβTCR и γδTCR. Эти варианты различаются составом полипептидных цепей антигенраспознающего участка. Каждый T-лимфоцит экспрессирует только 1 вариант рецептора. αβT-клетки были открыты раньше и изучены подробнее, чем γδT-лимфоциты. В связи с этим строение антигенраспознающего рецептора T-лимфоцитов удобнее описывать на примере αβTCR. Трансмембранно расположенный комплекс TCR состоит из 8 полипептидных цепей (гетеродимера α- и β-цепей собственно TCR, двух вспомогательных цепей ζ (дзета), а также по одному гетеродимеру ε/δ- и ε/γ-цепей молекулы СD3) — рис. 1А.

Рис. 1А. Схема Т-клеточного рецептора и связанных с ним молекул

Трансмембранные цепи α и β TCR. Это 2 примерно одинаковые по размеру полипептидные цепи — α (молекулярная масса 40– 60 кДа, кислый гликопротеин) и β (молекулярная масса 40–50 кДа, нейтральный гликопротеин). Каждая из этих цепей содержит по  2 гликозилированных домена во внеклеточной части рецептора, гидрофобную (положительно заряженную за счет остатков лизина и аргинина) трансмембранную часть и короткий (из 5–12 остатков аминокислот) цитоплазматический участок. Внеклеточные части обеих цепей соединены одной дисульфидной связью.

• V-область. Наружные внеклеточные (дистальные) домены обеих цепей имеют вариабельный аминокислотный состав. Они гомологичны V-области молекул иммуноглобулинов и составляют V-область TCR. Именно V-области α- и β-цепей вступают в связь с комплексом MHC–пептид.
• C-область. Проксимальные домены обеих цепей гомологичны константным областям иммуноглобулинов; это C-области TCR.
• Короткий цитоплазматический участок (как α-, так и β-цепи) не может самостоятельно обеспечить проведение сигнала внутрь клетки. Для этого служат 6 дополнительных полипептидных цепей: γ, δ, 2 ε и 2 ζ.

Комплекс CD3. Цепи γ, δ, ε между собой образуют гетеродимеры γε и δε (вместе их называют комплекс CD3). Этот комплекс необходим для экспрессии α- и β-цепей, их стабилизации и проведения сигнала внутрь клетки. Этот комплекс состоит из внеклеточной, трансмембранной (отрицательно заряженной и потому электростатически связанной  с  трансмембранными  участками  α-  и β-цепей) и цитоплазматической частей. Важно не путать цепи комплекса CD3 с γδ-цепями димера TCR.

ζ-Цепи (дзета) соединены между собой дисульфидным мостиком. Большая часть этих цепей расположена в цитоплазме. ζ-Цепи осуществляют проведение сигнала внутрь клетки.

ITAM-последовательности. Цитоплазматические участки полипептидных цепей γ, δ, ε и ζ содержат 10 последовательностей ITAM (1 последовательность в каждой γ-, ε- и δ-цепях и 3 - в каждой ζ-цепи), взаимодействующих с Fyn - тирозинкиназой цитозоля, активация которой которой инициирует начало биохимических реакций по проведению сигнала (см. рис. 1А).

В связывании антигена участвуют ионные, водородные, ван-дер-ваальсовы и гидрофобные силы; конформация рецептора при этом существенно изменяется. Теоретически каждый TCR способен связывать порядка 105 разных антигенов, причем не только родственных по строению (перекрестно реагирующих), но и негомологичных по структуре. Однако в реальности полиспецифичность TCR ограничивается распознаванием всего лишь нескольких структурно схожих антигенных пептидов. Структурной основой этого феномена является особенность одновременного распознавания TCR комплекса МНС–пептид.

Корецепторные молекулы CD4 и CD8

Помимо самого TCR, каждый зрелый T-лимфоцит экспрессирует одну из так называемых корецепторных молекул — CD4 или CD8, которые также взаимодействуют с молекулами MHC на АПК или клетках-мишенях. Каждая из них имеет цитоплазматический участок, постоянно связанный с  тирозинкиназой  Lck,  и  вносит  свой  вклад в проведение сигнала внутрь клетки при распознавании антигена.

При связывании комплекса пептид — MHC корецепторные молекулы кластеризуются вместе с TCR и LcK фосфорилирует ITAM-последовательности CD3. Только фосфорилированные ITAM-последовательности способны рекрутировать другие тирозинкиназы и запускать проведение сигнала с TCR.

CD4 - мономерный трансмембраный гликопротеин, выполняет роль корецептора Т-клеточного рецептора (αβTCR или TCR), связывается с инвариантной частью (α2- и β2-доменами) молекулы MHC-II (принадлежит к суперсемейству иммуноглобулинов). CD4 имеет молекулярную массу 55 кДа и 4 домена во внеклеточной части. Экспрессируются на тимоцитах (80-90 %), зрелых T-лимфоцитах (65 % Т-хелперов), моноцитах, макрофагах, клетках Лангерганса, дендритных клетках, а также микроглии. Более низкая экспрессия CD4 отмечается на некоторых мононуклеарных фагоцитах и дендритных клетках. CD4 является одним из основных рецепторов, с помощью которого происходит проникновение вируса ВИЧ внутрь экспрессирующих его клеток.

CD8 - трансмембранный гликопротеин, корецептор TCR, связывается с инвариантной частью (α3-доменом) молекулы MHC-I (принадлежит к суперсемейству иммуноглобулинов). CD8 — гетеродимер цепей α и β, соединенных дисульфидной связью. В некоторых случаях обнаруживают гомодимер из двух α-цепей, который также может взаимодействовать с MHC-I. Во внеклеточной части каждая из цепей имеет по одному имуноглобулиновому домену. Корецептор CD8 преимущественно экспрессируется на поверхности цитотоксических Т-клеток, но также может быть обнаружен на естественных клетках-киллерах, кортикальных тимоцитах и дендритных клетках. Молекула CD8 является маркером цитотоксической популяции Т-клеток.

Гены T-клеточного рецептора. Гены α-, β-, γ- и δ-цепей (рис. 2А) гомологичны генам иммуноглобулинов и претерпевают при дифференцировке T-лимфоцитов рекомбинацию ДНК, что теоретически обеспечивает генерацию порядка 10¹⁶–10¹⁸ вариантов антигенсвязывающих рецепторов (реально это разнообразие ограничено числом лимфоцитов в организме до 10⁹).

• Гены α-цепи человека имеют 54 (45–47 функционирующих) V-сегмента, 61 J- и 1 C-сегмент.
• Гены β-цепи содержат ~65 (39–46 функционирующих) V-сегментов, 2 D-сегмента, 13 J-сегментов и 2 C-сегмента.
• Гены δ-цепи. Между V- и J-сегментами α-цепи расположены гены D-(3), J-(4) и C-(1) сегментов δ-цепи γδTCR. 3 V-сегмента δ-цепи «вкраплены» среди V-сегментов α-цепи.
• Гены γ-цепи γδTCR имеют 2 C-сегмента, 3 J-сегмента перед первым C-сегментом и 2 J-сегмента перед вторым C-сегментом, 12–15 V-сегментов.

Рис. 2А. Гены α- и β-цепей антигенраспознающего рецептора T-лимфоцитов человека

Перестройка генов

• Рекомбинация ДНК (а именно VDJ-рекомбинация) происходит при объединении V-, D- и J-сегментов и катализируется тем же комплексом рекомбиназ, что и при дифференцировке B-лимфоцитов.
• После перестройки VJ в генах α-цепи и VDJ в генах β-цепи, а также после присоединения некодируемых N- и P-нуклеотидов с ДНК транскрибируется РНК. Объединение с C-сегментом и удаление лишних (неиспользуемых) J-сегментов происходит при сплайсинге первичного транскрипта.
• Гены α-цепи могут перестраиваться неоднократно при уже правильно перестроенных и экспрессированных генах β-цепи. Именно поэтому есть некоторая вероятность того, что одна клетка может нести более одного варианта TCR.
• Соматическому гипермутагенезу гены TCR не подвергаются.

ПРОВЕДЕНИЕ СИГНАЛА С АНТИГЕНРАСПОЗНАЮЩИХ РЕЦЕПТОРОВ ЛИМФОЦИТОВ

TCR и BCR имеют ряд общих закономерностей регистрации и проведения в клетку активационных сигналов.

Кластеризация рецепторов. Для активации лимфоцита необходима кластеризация антигенраспознающих рецепторов и корецепторов, т.е. «сшивка» нескольких рецепторов одним антигеном.

Тирозинкиназы. В проведении сигнала играют значительную роль процессы фосфорилирования/дефосфорилирования белков по остатку тирозина под действием тирозинкиназ и тирозинфосфатаз, ведущие к активации или инактивации этих белков. Эти процессы легко обратимы и «удобны» для быстрых и гибких реакций клетки на внешние сигналы.

Киназы Src. Богатые тирозином ITAM-последовательности цитоплазматических участков иммунорецепторов подвергаются фосфорилированию под действием нерецепторных (цитоплазматических) тирозинкиназ семейства Src (Fyn, Blk, Lyn в B-лимфоцитах, Lck и Fyn — в T-лимфоцитах).

Киназы ZAP-70 (в T-лимфоцитах) или Syk (в B-лимфоцитах), связываясь с фосфорилированными аминокислотными остатками тирозина ITAM-последовательностей, активируются и начинают фосфорилировать адапторные белки: LAT (Linker for Activation of T cells) (киназой ZAP-70), SLP-76 (киназой ZAP-70) или SLP-65 (киназой Syk).

Адапторные белки рекрутируют фосфоинозитид-3-киназу (PI3K). Эта киназа, в свою очередь, активирует серин-треониновую протеинкиназу Akt, вызывая усиление белкового биосинтеза, что способствует ускоренному росту клеток.

Фосфолипаза Cγ (см. рис. 4А-8А). Киназы семейства Tec (Btk в B-лимфоцитах, Itk - в T-лимфоцитах) связывают адапторные белки и активируют фосфолипазу Cγ (PLCγ).

• PLCγ расщепляет фосфатидилинозитдифосфат (PIP₂) клеточной мембраны на инозит-1,4,5-трифосфат (IP₃) и диацилглицерин (DAG).
• DAG остается в мембране и активирует протеинкиназу С  (PKC) - серин-треониновую киназу, которая активирует эволюционно «древний» фактор транскрипции NF-κB.
• IP₃ связывается со своим рецептором в эндоплазматическом ретикулуме и высвобождает ионы кальция из депо в цитозоль.
• Свободный кальций активирует кальцийсвязывающие белки - кальмодулин, регулирующий активность ряда других белков, и кальциневрин, дефосфорилирующий и тем самым активирующий ядерный фактор активированных T-лимфоцитов NFAT (Nuclear Factor of Activated T cells).

Ras и другие малые  G-белки  в  неактивном  состоянии  связаны с ГДФ (GDP), но адапторные белки заменяют последний на ГТФ (GTP), чем переводят Ras в активное состояние.

• Ras обладает собственной ГТФазной активностью и быстро отщепляет третий фосфат, чем возвращает себя в неактивное состояние (самоинактивируется).
• В состоянии кратковременной активации Ras успевает активировать очередной каскад киназ, называемых MAPK (Mitogen-Activated Protein Kinase), которые в итоге активируют фактор транскрипции AP-1 в ядре клетки.

На рис. 3А схематично представлены основные пути передачи сигналов с TCR. Активационный сигнал включается при связывании TCR с лигандом (комплексом "молекула МНС–пептид") при участии корецептора (CD4 или CD8) и костимулирующей молекулы CD28. Все эти молекулы собираются в единый кластер, контактирующий с соответствующими лигандами на АПК, и формируется иммунный синапс. Это приводит к активации киназ Fyn и Lck. Красным цветом отмечены участки ITAM в цитоплазматических частях полипептидных цепей CD3.

Рис. 3А. Источники и направление пусковых активационных сигналов при стимуляции Т-лимфоцитов. Обозначения: ZAP-70 (ζ-associated proteinkinase, мол. масса 70 кДа) - протеинкиназа р70, связанная с ζ-цепью; PLCγ (Phospholipase Cγ) - фосфолипаза С, изоформа γ; PI3K (Phosphatidyl Inositol 3-kinase) - фосфатидилинозитол-3-киназа; Lck, Fyn - тирозинкиназы; LAT, SLP-76, Grb, GADD - адапторные белки; Vav - фактор обмена гуанин-нуклеотида

Отражена роль Src-киназ, связанных с рецептором, в фосфорилировании белков: как рецепторных, так и сигнальных. Обращает на себя внимание чрезвычайно широкий спектр эффектов киназы Lck, связанной с корецепторами; роль киназы Fyn установлена с меньшей определенностью (отражено в прерывистом характере линий). Ключевую роль в посредничестве между рецепторными киназами и адапторными молекулами и ферментами играет тирозинкиназа ZAP-70. Она активирует (через фосфорилирование) адапторные молекулы SLP-76 и LAT, а последняя передает активационный сигнал другим адапторным белкам GADD, GRB и активирует γ-изоформу фосфолипазы С (PLCγ). До этого этапа в передачу сигнала вовлекаются исключительно факторы, связанные с клеточной мембраной. Важный вклад во включение сигнальных путей вносит костимулирующая молекула CD28, реализующая свое действие через связанную с ней липидную киназу PI3K (Phosphatidyl Inositol 3-kinase). Основной мишенью киназы PI3K служит фактор Vav, связанный с цитоскелетом.

В результате формирования сигнала и передачи его от рецептора Т-клетки к ядру образуются 3 транскрипционных фактора - NFAT, AP-1 и NF-κB, индуцирующих экспрессию генов, контролирующих процесс активации Т-лимфоцитов (рис. 4А). К образованию NFAT приводит сигнальный путь, не зависящий от костимуляции, который включается благодаря активации фосфолипазы С и реализуется с участием ионов Са²⁺. Этот путь вызывает активацию кальциневрина, который, обладая активностью фосфатазы, дефосфорилирует цитозольный фактор NFAT-Р. Благодаря этому NFAT-Р приобретает способность мигрировать в ядро и связываться с промоторами активационных генов. Фактор АР-1 формируется  как  гетеродимер  из  белков  с-Fos и с-Jun, образование которых индуцируется благодаря активации соответствующих генов под влиянием факторов, образующихся в результате реализации трех компонентов МАР-каскада. Эти пути включаются при участии коротких ГТФ-связывающих белков Ras и Rac. Значительный вклад в реализацию МАР-каскада вносят сигналы, зависящие от костимуляции через молекулу CD28. Третий транскрипционный фактор, NF-κB, известен как основной транскрипционный фактор клеток врожденного иммунитета. Он активируется в результате расщепления блокирующей субъединицы IκB киназой IKK, которая в Т-клетках активируется в ходе передачи сигнала, зависимого от изоформы θ протеинкиназы С (PKCθ). Основной вклад во включение этого сигнального пути вносят костимулирующие сигналы от CD28. Сформировавшиеся транскрипционные факторы, связавшись с промоторными участками генов, индуцируют их экспрессию. Для начальных этапов реакции Т-клеток на стимуляцию особенно важна экспрессия генов IL2 и IL2R, что  обусловливает  выработку  ростового  фактора  Т-клеток  IL-2 и экспрессию его  высокоаффинного  рецептора  на  Т-лимфоцитах.  В результате IL-2 выступает как аутокринный ростовой фактор, обусловливающий пролиферативную экспансию Т-клеток клонов, вовлеченных в реакцию на антиген.

Рис. 4А. Схема сигнальных путей при активации Т-клеток. NFAT (Nuclear factor of activated T cells), AP-1 (Activation protein-1), NF-κB (nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells) — факторы транскрипции

ДИФФЕРЕНЦИРОВКА T-ЛИМФОЦИТОВ

В основе выделения этапов развития Т-лимфоцитов лежит состояние рецепторных V-генов и экспрессии TCR, а также корецепторов и других мембранных молекул. На схеме дифференцировки Т-лимфоцитов приведены ключевые характеристики фенотипа и ростовых факторов развивающихся Т-клеток. Принятые обозначения стадий развития Т-клеток определяются экспрессией корецепторов: DN (Double-Negative) - двойные отрицательные (CD4^–CD8^–), DP (Double-Positive) - двойные положительные (CD4⁺CD8⁺), SP (Single Positive) - одинарно положительные (CD4⁺CD8^– и CD4^–CD8⁺). Деление DN-тимоцитов на стадии DN1, DN2, DN3 и DN4 основывается   на характере экспрессии молекул CD44 и CD25. Другие условные обозначения: SCF (от Stem Cell Factor) - фактор стволовых клеток, lo (low; метка индекса) - низкий уровень экспрессии. Стадии перестройки генов: D–J - предварительный этап, соединение сегментов D и J (только в генах β- и δ-цепей TCR, см. рис. 2А), V–DJ - завершающий этап, соединение зародышевого V-гена с объединенным сегментом DJ

1) Тимоциты дифференцируются из общей клетки-предшественника, которая еще вне тимуса экспрессирует такие мембранные маркеры как CD7, CD2, CD34 и цитоплазматическую форму CD3.

2) Коммитированные к дифференцировке в T-лимфоциты клетки-предшественники мигрируют из костного мозга в субкапсулярную зону коры тимуса, где примерно в течение 1 нед медленно пролиферируют. На тимоцитах появляются новые мембранные молекулы CD44 и CD25.

Рис. 5А. Развитие Т-лимфоцитов

3) Затем клетки перемещаются вглубь коры тимуса, молекулы CD44 и CD25 исчезают с их мембраны. В этой стадии начинается перестройка генов β-, γ- и δ-цепей TCR. Если гены γ- и δ-цепей успевают продуктивно, т.е. без сдвига рамки считывания, перестроиться раньше, чем гены β-цепи, то лимфоцит дифференцируется далее как γδT. В противном случае происходит экспрессия β-цепи на мембране в комплексе с pTα (инвариантной суррогатной цепью, заменяющей на этом этапе настоящую α-цепь) и CD3. Это служит сигналом к прекращению перестройки генов γ- и δ-цепей. Клетки начинают пролиферировать и экспрессировать одновременно CD4 и CD8 – дважды позитивные (положительные) тимоциты. При этом накапливается масса клеток с уже готовой β-цепью, но с еще не перестроенными генами α-цепи, что вносит свой вклад в разнообразие αβ-гетеродимеров.

4) На следующем этапе клетки перестают делиться и начинают перестраивать Vα-гены, причем несколько раз в течение 3–4 сут. Перестройка генов α-цепи приводит к необратимой делеции δ-локуса, расположенного между сегментами генов α-цепи.

5) Происходят экспрессия TCR с каждым новым вариантом α-цепи и отбор (селекция) тимоцитов по силе связывания с комплексом MHC–аутопептид, представленным на мембранах определенных типов эпителиальных клеток тимуса. Тимоциты вступают в кон- такт с этими клетками в процессе миграции через различные зоны тимуса.

• Позитивная селекция: погибают дважды позитивные тимоциты, не связавшие ни одного из доступных комплексов MHC–аутопептид, представляемых на поверхности эпителиальных клеток коры тимуса (cTECs), также называемых «клетками-няньками». В результате позитивной селекции в тимусе погибает около 90% тимоцитов (death by neglect — смерть без внимания).
• В корковом слое тимуса начинается первый этап негативной селекции. Дважды позитивные тимоциты, которые реагируют с высокой аффинностью к пептидам, представляемым тимическими дендритными клетками (DCs), также гибнут.
• В результате на тимоцитах экспрессируется только одна из молекул-корецепторов: тимоциты, распознавшие аутопептид в комплексе с MHC-I, экспрессируют корецептор CD8, а с MHC-II —корецептор CD4. После этого тимоциты под воздействием хемокинов мигрируют в медуллу тимуса.
• Более широкий спектр аутопептидов представлен на поверхности медуллярных эпителиальных клеток тимуса (mTECs). Эти клетки экспрессируют большой набор белков, многие из которых обычно присущи только специализированным тканям. В результате продолжающейся негативной селекции уничтожаются клоны еще недостаточно зрелых тимоцитов, связывающих комплексы MHC–аутопептид со слишком высокой аффинностью. Негативная селекция элиминирует от 10 до 70% клеток, прошедших позитивную селекцию. Таким образом поддерживается состояние толерантности к собственным антигенам.
• Тимоциты, связавшие какой-либо из комплексов MHC–пептид с правильной, т.е. с низкой по силе аффинностью, получают сигнал к выживанию и продолжают дифференцировку. Таким образом в тимусе образуются Т-лимфоциты, специфичные к аутопептидам, но с низкой аффинностью, что не приводит к их активации. На периферии эти же клетки будут способны случайным образом распознавать чужеродные антигены, но уже с более высокой аффинностью, что будет способствовать их активации и запуску иммунного ответа.

6) На периферию выходят (в соотношении около 2:1) T-лимфоциты двух типов: CD8⁺ и CD4⁺, функции которых в предстоящих иммунных ответах различны.

• CD8⁺ T-клетки играют роль цитотоксических T-лимфоцитов (ЦТЛ или CTLs) — они распознают и непосредственно убивают клетки, модифицированные вирусом, опухолевые и другие «измененные» клетки (рис. 6А).
• CD4⁺ T-клетки. Функциональная специализация CD4⁺ T-лимфоцитов более разнообразна. Значительная часть CD4⁺ T-лимфоцитов в процессе развития иммунного ответа становится T-хелперами (помощниками), взаимодействующими с В-лимфоцитами, Т-лимфоцитами и другими клетками при прямом контакте или через растворимые факторы (цитокины). В определенных случаях из них могут развиться CD4⁺ CTLs: в частности, такие T-лимфоциты обнаружены в значительных количествах в коже больных с синдромом Лайелла. Также образуются CD4⁺ регуляторы, подавляющие активность других клеток и предотвращающие развитие аутоиммунных реакций.

Рис. 6А. Механизм воздействия цитотоксического T-лимфоцита на клетку-мишень.  В Т-киллере в ответ на увеличение концентрации Са²⁺ гранулы с перфорином (фиолетовые овалы) и гранзимами (желтые кружочки) сливаются с клеточной мембраной. Освободившийся перфорин встраивается в мембрану клетки-мишени с последующим образованием пор, проницаемых для гранзимов. После попадания в цитоплазму гранзимы запускают апоптоз клетки–мишени.

Субпопуляции T-хелперов

С конца 1980-х годов было принято выделять 2 субпопуляции T-хелперов (в зависимости от того, какой набор цитокинов они продуцируют) - Th1 и Th2. В последние годы спектр субпопуляций  CD4⁺ Т-клеток продолжает расширяться. Обнаружены такие субпопуляции как Th9, Th17, Th22, T-регуляторы, Tr1, Th3 и Tfh. Эта классификация во многом базируется на секреции определенной субпопуляцией сигнатурного цитокина и экспрессии доминантного транскрипционного фактора. Однако следует отметить, что в этой системе существует определенная гибкость, и секреция определенного цитокина не является такой уж и стабильной. Кроме того, большинство Т-хелперов способны при определенных условиях превращаться в Th1 и секретировать их «фирменный» цитокин IFN-γ.

Основные субпопуляции CD4⁺ Т-клеток

Th0 - CD4⁺ Т-лимфоциты на ранних стадиях развития иммунного ответа ("наивные Т-хелперы"), они продуцируют только IL-2 (митоген для всех лимфоцитов). См. также наивные Т-клетки.

Th1 - дифференцированная субпопуляция CD4⁺Т-лимфоцитов, специализирующаяся на продукции IFN-γ, LTα и IL-2. Эта субпопуляция осуществляет регуляцию многих реакций клеточного иммунитета, включая гиперчувствительность замедленного типа (ГЗТ) и активацию ЦТЛ (CTL). Кроме того, Th1 стимулируют продукцию В-лимфоцитами опсонизирующих антител класса IgG, запускающих каскад активации комплемента. Развитие избыточного воспаления с последующим повреждением тканей напрямую связано с активностью Th1-субпопуляции.

Th2 - дифференцированная субпопуляция CD4⁺Т-лимфоцитов, специализирующаяся на выработке IL-4, IL-5, IL-6, IL-10 и IL-13. Эта субпопуляция участвует в активации В-лимфоцитов и способствует секреции ими больших количеств антител разных классов, особенно IgE. Кроме того, Th2-субпопуляция участвует в активации эозинофилов и развитии аллергических реакций и астмы, а также в развитии воспаления, вызванного патологической ролью гуморального иммунитета (например, при системной красной волчанке). Парадоксально, но Th2-клетки обладают противовоспалительным действием за счет подавления ими функций Th1-субпопуляции. Дифференцировка и функционирование Th2-клеток большей частью проходят в близости к эпителиальным барьерам ЖКТ и легких и регулируются клетками врожденного иммунитета и эпителиоцитами.

Th9 - продуценты IL-9. По-видимому,  это  Th2,  переключившиеся на секрецию IL-9, способного вызывать пролиферацию Т-хелперных клеток при отсутствии  антигенной стимуляции, а также усиливать секрецию В-лимфоцитами IgM, IgG и IgE. Кроме того, IL-9 оказывает поддерживающее действие на Т-регуляторы (см. ниже), что усиливает их иммуносупрессивные свойства. В случае некоторых аутоиммунных заболеваний IL-9 приводит к накоплению тучных клеток, а при астме Th9 также продуцируют IL-10.

Th17 - субпопуляция CD4⁺ Т-лимфоцитов, специализирующаяся на секреции IL-17. Эти клетки осуществляют противогрибковую и антимикробную защиту эпителиальных и слизистых барьеров, а также играют ключевую роль в патологии аутоиммунных заболеваний. IL-17 вызывает рекрутирование и активацию клеток врожденного иммунитета, индукцию секреции других противо-воспалительных цитокинов (TNF, GM-CSF и IL-1β), хемокинов, противомикробных пептидов и простагландинов.

Th22 - продуценты IL-22, являются отдельной субпопуляцией, обладающей своим собственным транскрипционным профилем. IL-22 (который также продуцируется и Th17-клетками) играет важную роль в патогенезе различных аутоиммунных заболеваний (псориаз, системная красная волчанка, ревматоидный артрит, множественный склероз и др.). В норме IL-22 необходим для поддержания гомеостаза микробиоты кишечника. В случае острого воспаления IL-22 обладает защитным действием на гепатоциты, а при систем- ном воспалении, вызванном ЛПС, он индуцирует экспрессию LBP.

Т-регуляторы — CD4⁺ Т-лимфоциты, подавляющие активность других клеток иммунной системы посредством секреции иммуносупрессорных цитокинов - IL-10 (ингибитора активности макрофагов и Th1-клеток) и ТФРβ (TGF-β) — ингибитора пролиферации лимфоцитов. Ингибиторный эффект может также достигаться при непосредственном межклеточном взаимодействии, поскольку на мембране некоторых Т-регуляторов экспрессированы индукторы апоптоза активированных и «отработавших» лимфоцитов — FasL (Fas-лиганд). Существует несколько популяций CD4⁺ регуляторных Т-лимфоцитов: естественные (Treg), созревающие в тимусе (CD4⁺CD25⁺, экспрессируют фактор транскрипции Foxp3), и индуцированные — локализованные преимущественно в слизистых оболочках пищеварительного тракта и переключившиеся на образование TGF-β (Th3) или IL-10 (Tr1). Нормальное функционирование Т-регуляторов необходимо для поддержания гомеостаза иммунной системы и предотвращения развития аутоиммунных заболеваний.

Tfh (от англ. follicular helper — фолликулярный хелпер). Эта популяция  CD4⁺  Т-лимфоцитов  преимущественно  расположена  в лимфоидных фолликулах и осуществляет хелперную функцию для В-лимфоцитов зародышевых центров посредством продукции IL-21, вызывая их созревание и терминальную дифференцировку в плазматические клетки. Кроме IL-21, Tfh могут также продуцировать IL-4 и IL-10, необходимые для регуляции дифференцировки В-лимфоцитов. Нарушение функций этой популяции приводит к развитию аутоиммунных заболеваний или иммунодефицитов.

Основные субпопуляции Т-хелперов представлены на рис. 7А.

Рис. 7А. Адаптивные субпопуляции CD4⁺ Т-клеток (цитокины, дифференцировочные факторы, хемокиновые рецепторы)

На рисунке суммированы современные представления об адаптивных субпопуляциях CD4⁺ Т-клеток, т.е. субпопуляциях, формирующихся при иммунном ответе, а не в ходе естественного развития клеток. Для всех разновидностей Т-хелперов указаны цитокины-индукторы (на стрелках, ведущих к кружкам, символизирующим клетки), транскрипционные факторы (внутри кружков), хемокиновые рецепторы, направляющие миграцию (около линий, отходящих от поверхности клетки), и продуцируемые цитокины (в прямоугольниках, на которые направлены стрелки, отходящие от кружков).

Расширение семейства адаптивных субпопуляций CD4⁺ Т-клеток потребовало решения вопроса о природе клеток, с которыми взаимодействуют эти субпопуляции (кому они оказывают «помощь» в соответствии со своей функцией хелперов). Эти представления отражены на рис. 8А. Здесь же представлен уточненный взгляд на функции этих субпопуляций (участие в защите от определенных групп патогенов), а также на патологические последствия несбалансированного усиления активности этих клеток.

Рис. 8А. Адаптивные субпопуляции Т-клеток (клетки-партнеры, физиологические и патологические эффекты). Обозначения: Мф - макрофаг; Эо - эозинофил; Нф - нейтрофил; Дк - дендритная клетка; Тк - тучная клетка; Бф - базофил; Кц - кератиноцит; мФб - миофибробласт, Эп - эпителий

γδT-лимфоциты

Подавляющее большинство (99%) T-лимфоцитов, проходящих лимфопоэз в тимусе, составляют αβT-клетки; менее 1% - γδT-клетки. Последние в большинстве дифференцируются вне тимуса, в первую очередь в слизистых оболочках пищеварительного тракта. В коже, легких, пищеварительном и репродуктивном трактах они являются доминирующей субпопуляцией внутриэпителиальных лимфоцитов, составляя более 50%. В эмбриогенезе γδT-клетки появляются раньше αβT-клеток. Функции γδT-клеток еще до конца не изучены, хотя становится преобладающим мнение, что они служат одним из связующих компонентов между врожденным и приобретенным иммунитетом и являются одним из первых барьеров на пути патогенов. Кроме того, эти клетки, секретируя цитокины, играют важную иммунорегуляторную роль и способны дифференцироваться в ЦТЛ (CTLs).

• γδT-клетки не экспрессируют CD4. Молекула CD8 экспрессирована на части γδT-клеток, но не в виде αβ-гетеродимера, как на CD8⁺ αβT-клетках, а в виде гомодимера из двух α-цепей.
• Антигенраспознающие свойства: γδTCR в большей степени напоминают иммуноглобулины, чем αβTCR, т.е. способны связывать нативные антигены независимо от классических молекул MHC — для γδT-клеток не обязателен или вовсе не нужен предварительный процессинг антигена АПК (APC), т.е. они не рестриктированы по МНС.
• Разнообразие γδTCR меньше, чем αβTCR или иммуноглобулинов, хотя в целом γδT-клетки способны распознавать широкий спектр антигенов (в основном это фосфолипидные антигены микобактерий, углеводы, белки теплового шока). В периферической крови человека существует субпопуляция γδT-клеток с инвариантными цепями Vγ9 и Vδ2. Они распознают микробный метаболит HMB-PP, который отсутствует в организме человека. Таким образом, они могут распознавать разнообразные бактерии (возбудителей туберкулеза, бруцеллеза, сальмонеллеза и др.) и презентировать их антигены αβT-клеткам.
• γδT-клетки экспрессируют некоторые маркёры, свойственные NK-клеткам (NKG2D), а также АПК — CD16 и TLR.

NKT-лимфоциты

Естественные киллерные Т-клетки (NKT-клетки) представляют особую субпопуляцию лимфоцитов, занимающую промежуточное положение между клетками врожденного и адаптивного иммунитета. Они составляют всего лишь 0,1% от общего количества Т-лимфоцитов периферической крови. Эти клетки имеют черты как NK-, так и Т-лимфоцитов. NKT-клетки экспрессируют  αβTCR и характерный для NK-клеток рецептор NK1.1 (у мыши), принадлежащий к суперсемье лектиновых гликопротеинов С-типа, или CD56 (у человека). В отличие от TCR обычных Т-лимфоцитов, который обычно узнает единственный эпитоп (или очень ограниченную группу эпитопов), TCR NKT-клеток может взаимодействовать с широким спектром как чужеродных, так и собственных антигенов. Они также отличаются и от TCR «обычных» Т-клеток, которые способны распознавать только пептидные антигены и только в комплексе с МНС I или II класса (т.е. являются рестрицированными по МНС I или II класса). Вместо этого NKT-клетки распознают липиды и гликолипиды в комплексе с CD1d, молекулой, подобной МНС I класса, т.е. являются рестриктированными по молекуле CD1d. Именно эта особенность, в отличие от неравномерной экспрессии маркёров NK-клеток, и является осново- полагающей чертой NKT-клеток.

По свойствам TCR NKT-клетки подразделяются на 2 субпопуляции. У NKT-клеток I типа (iNKT) TCR-рецептор является инвариантным.  У  мышей  большинство  NKT-клеток  экспрессирует  инвариантный V-домен α-цепи, состоящий  из  сегментов  Vα14–Jα18.  У человека V-домен α-цепи состоит из сегментов Vα24–Jα18. У мышей α-цепь  инвариантного   TCR   преимущественно   комплексируется   с Vβ8.2, 7 или 2, а у человека — с Vβ11. iNKT-клетки распознают гликолипиды как микробов, так и собственного происхождения. Гликолипид α-галактозилцерамид (изолированный из морских губок) также является эффективным активатором iNKT и используется в качестве иммуностимулятора. TCR у минорной субпопуляции NKT-клеток II типа не является инвариантным, не распознает α-галактозилцерамид, но распознает спектр гликолипидов, отличных от iNKT, и также рестриктирован по CD1d. Эта субпопуляция NKT-клеток пока мало изучена, но известно, что она способна подавлять противоопухолевый иммунный ответ.

NKT-клетки играют важную роль в регуляции иммунитета. Они могут обладать как иммуностимулирующими, так и иммуносупрессорными свойствами, секретируя как Th1-, так и Th2-цитокины: IFN-γ, GM-CSF, а также IL-2, IL-4, IL-10, IL-13, IL-17, IL-21, IL-22 и TNF. У мышей и у людей с различными аутоиммунными процессами функциональная активность NKT-клеток сильно нарушена. Полной картины значимости таких нарушений в патогенезе аутоиммунных процессов нет. При некоторых аутоиммунных процессах NKT-клетки могут играть супрессорную роль.

Помимо контроля аутоиммунных и аллергических реакций, NKT-клетки участвуют в иммунном надзоре, вызывая при повышении функциональной активности отторжение опухолей. Велика их роль в противомикробной защите, особенно на ранних этапах развития инфекционного процесса. NKT-клетки вовлекаются в различные воспалительные инфекционные процессы, особенно при вирусных поражениях печени. В целом NKT-клетки - многофункциональная популяция лимфоцитов, несущая еще много научных загадок.

Рис. 9А. Естественные субпопуляции Т-лимфоцитов и их дифференцировочные факторы.

На рис. 9А обобщены данные о дифференцировке Т-лимфоцитов на функциональные субпопуляции. Представлено несколько уровней  бифуркации:  γδТ/αβТ,  далее  для  αβТ-клеток  - NKT/остальные Т-лимфоциты, для последних — CD4⁺/CD8⁺, для CD4⁺ Т-клеток - Th/Тreg, для CD8⁺ Т-лимфоцитов  -  CD8αβ/CD8αα.  Показаны  также дифференцировочные транскрипционные факторы, ответственные за все линии развития.

ЧАСТЬ III

БАЛАНС Th1 / Th2

• Вступление
• Клетки Th1
• Клетки Th2
• В чем сходство между клетками-помощниками Th1 и Th2?
• В чем разница между клетками-помощниками Th1 и Th2?
• Гипотеза Th1 / Th2
• Иммунный ответ Th-1 типа
• Цитокины Th1-типа
• Заболевания, связанные с Th1-доминированием
• Иммунный ответ Th2-типа
• Цитокины Th2-типа
• Заболевания, связанные с Th2-доминированием
• Противоречия теории Th1/Th2 (клетки Th17)

Вступление

Между Th1 и Th2 существует антагонизм: при повышении активности одних, угнетается функция других.

Иммунный ответ Th1- и Th2-типа - это два типа иммунных реакций, генерируемых Т-хелперными клетками. Оба иммунных ответа опосредуются цитокинами. Т-лимфоциты являются основным источником цитокинов. Эти клетки несут на своей клеточной поверхности антигенспецифические рецепторы, позволяющие распознавать чужеродные патогены. Они также могут распознавать нормальные ткани во время эпизодов аутоиммунных заболеваний. Существует два основных подмножества Т-лимфоцитов, отличающихся наличием молекул клеточной поверхности, известных как CD4 и CD8. Т-лимфоциты, экспрессирующие CD4, также известны как Т-клетки-помощники, и они считаются наиболее плодовитыми продуцентами цитокинов. Это подмножество может быть дополнительно подразделено на Th1 и Th2, а цитокины, которые они продуцируют, известны как цитокины Th1-типа и цитокины Th2-типа.

Клетки Th1

Клетки-помощники типа 1 (Th1) - это тип Т-клеток-помощников (Т-хелперов), которые дифференцируются от наивных Т-клеток-помощников. Клетки Th1 функционально отличаются от других Т-хелперных клеток за счет секреции различных цитокинов. Клетки Th1 секретируют интерферон-γ (IFN-γ) и фактор некроза опухоли-α (TNF-α). По секреции этого цитокина его легко отличить от клеток-помощников типа 2. Принято считать Th1-клетки провоспалительным фенотипом.

Клетки Th1 также активируют макрофаги, чтобы уничтожить микробы, попавшие в фагосомы макрофагов. Они также способствуют активации цитотоксических Т - клеток для уничтожения инфицированных клеток. Рассматривая функции Th1-клеток, становится ясно, что Th1-клетки в основном участвуют в защите организма от внутриклеточных патогенов. А также клетки Th1 стимулируют В-клетки выделять специфические антитела, такие как IgG, которые необходимы для покрытия внеклеточных микробов.

Клетки Th2

Т-клетки-помощники 2-го типа (Th2) - это еще один тип Т-клеток-помощников (Т-хелперов), которые отличаются от наивных Т-клеток-помощников. Клетки Th2 секретируют интерлейкины IL-4, IL-5, IL-10 и IL-13 и в основном участвуют в защите организма от внеклеточных патогенов. Принято считать Th2-клетки противовоспалительным фенотипом.

Th2 - клетки способны активировать В-клетки для выработки большинства антител против антигенов, включая IgE и некоторые классы IgG, которые связываются с тучными клетками, базофилами и эозинофилами. А также клетки Th2 участвуют в высвобождении местных медиаторов, которые вызывают чихание, кашель или диарею, чтобы удалить внеклеточные микроорганизмы.

В чем сходство между клетками-помощниками Th1 и Th2?

• Как Th1, так и Th2 клетки образуются, когда наивные Т-хелперные клетки становятся активными в периферической лимфоидной ткани.
• Обе клетки вырабатывают цитокины, необходимые для активации других иммунных клеток.
• И те, и другие обеспечивают основу для разработки новых вакцин.
• Обе клетки обеспечивают основу для разработки новых терапевтических путей при аллергических и аутоиммунных заболеваниях.
• Обе клетки первоначально экспрессируют CCR7 (C-C-рецептор хемокина 7).

В чем разница между клетками-помощниками Th1 и Th2?

Клетки-помощники Th1 против Th2
Th1-клетки-это тип дифференцированных Т-хелперных клеток, которые в основном участвуют в защите организма от внутриклеточных патогенов.	Th2-клетки-это тип дифференцированных Т-хелперных клеток, которые в основном участвуют в защите организма от внеклеточных патогенов.
Тип продуцируемых цитокинов
Клетки Th1 секретируют интерферон-γ (IFN-γ) и фактор некроза опухоли-α (TNF-α).	Клетки Th2 секретируют интерлейкины IL-4, IL-5, IL-10 и IL-13.
Защитный Механизм
Клетки Th1 в основном защищают организм от внутриклеточных патогенов.	Th2 - клетки в основном защищают организм от внеклеточных патогенов.
Другие Функции
Клетки Th1 активируют макрофаги для уничтожения микробов, расположенных в фагосомах макрофагов, активируют цитотоксические Т-клетки для уничтожения инфицированных клеток и стимулируют В-клетки для секреции специфических подклассов антител IgG.	Th2-клетки стимулируют В-клетки к выработке многих типов антител, включая IgE и некоторые подклассы антител IgG, и высвобождают местные медиаторы, которые вызывают чихание, кашель или диарею и помогают удалить внеклеточные микробы и крупных паразитов с эпителиальных поверхностей тела.

Гипотеза Th1 / Th2

Одна теория иммунной регуляции включает гомеостаз между активностью Т-хелперов 1 (Th1) и Т-хелперов 2 (Th2). Гипотеза Th1/Th2 возникла в результате исследования 1986 г., предполагающего, что Т-хелперные клетки мыши экспрессируют различные паттерны цитокинов. Эта гипотеза была адаптирована к иммунитету человека, при этом Th1- и Th2-хелперные клетки управляют различными путями иммунного ответа.

Т-хелперные клетки 1-го типа (Th1) и Т-хелперные клетки 2-го типа (Th2) - это два подтипа Т-хелперных клеток, которые можно отличить по типу цитокинов, которые они секретируют.

Иммунный ответ Th-1 типа

Клетки Th1 управляют путем типа 1 («клеточный иммунитет») для борьбы с вирусами и другими внутриклеточными патогенами, уничтожения раковых клеток и стимуляции кожных реакций гиперчувствительности замедленного типа (ГЗТ). Считается, что ГЗТ вызывается чрезмерной стимуляцией иммунных клеток, обычно лимфоцитов (естественных клеток-киллеров, Т-клеток) и макрофагов, что потенциально приводит к хроническому воспалению. Иммунный ответ Th1 считается провоспалительным ответом и опосредуется цитокинами Th1-типа:

Цитокины Th1-типа

Th1-лимфоциты продуцируют INFγ, IL-2, TNF-α, TNF-β, IL-3, GM-CSF.

Основное: Клетки Th1 секретируют интерферон-γ (IFNγ) и фактор некроза опухоли-α (TNF-α) и в основном защищают организм от внутриклеточных патогенов. Цитокины Th1-типа как правило, вызывают провоспалительные реакции, ответственные за уничтожение внутриклеточных паразитов и за сохранение аутоиммунных реакций. К настоящему времени установлено, что основным индуктором Th1-клеток служит IL-12, в основном выделяемый дендритными клетками (они выделяют IL-12 уже при первом контакте с CD4⁺ лимфоцитами. При взаимодействии с активированными Th0-клетками они выделяют весь спектр цитокинов, необходимых для развития Th1 – ред.). Развитию и поддержанию Th1-ответа способствуют INFγ, IL-18, IL-23 и IL-27. Гамма-интерферон (IFNγ) является основным цитокином Th1, он ингибирует выработку большинства антител IgG и IgE и увеличивает секрецию IgM. Аберрантная экспрессия IFNγ ассоциирована с рядом аутовоспалительных и аутоиммунных заболеваний заболеваний. Иными словами, чрезмерные провоспалительные реакции Th1-типа могут привести к неконтролируемому повреждению тканей, поэтому необходим механизм противодействия этому.

Помимо свойств цитокинов, вырабатываемых Th1 и Th2, их функция зависит от прямых контактных взаимодействий с клетками-мишенями, выступающих в качестве эффекторных клеток при иммунном ответе. Для Th1 – это макрофаги. Также, развитию Th1-клеток способствуют крайние (очень высокие и очень низкие) дозы антигена и его высокое сродство к рецептору. Кроме того, известно значение корецептора CD4 в выборе пути дифференцировки. При нокауте гена по CD4 происходит усиление дифференцировки в направлении Th1.

Следующее было связано с доминированием Th1 в ограниченных исследованиях:

• Отсроченная пищевая чувствительность: об этом может свидетельствовать воспаление от пищи, но последствия не обязательно немедленные [1].
• Утомляемость после еды или острой физической нагрузки в целом описывается как более тяжелая при доминировании Th1. Ученые считают, что клетки Th1 увеличивают уровень цитокина интерферона-гамма, который увеличивает уровень других цитокинов, таких как IL-1β и TNF-α. Это может вызвать усталость из-за подавления орексиновых нейронов. TNF-α также может быть повышен при доминировании Th2, поскольку он может высвобождаться IL-1 и тучными клетками, но, вероятно, он более повышен при доминировании Th1 [2, 3].
• Синдром раздраженного кишечника (СРК): несколько небольших исследований показали, что люди с СРК могут быть более склонны к доминированию Th1 (повышенный уровень IL-12), хотя результаты неубедительны. Предполагается, что интерферон снижает уровень серотонина в кишечнике и увеличивает окислительный стресс (путем активации IDO). Однако существует много несоответствий, и люди с гиперактивностью Th2 также могут иметь СРК [4, 5].
• Ревматоидный артрит [6]
• Тиреоидит Хашимото (IL-18) [7, 8]
• Эутиреоидный патологический синдром или «синдром низкого Т3». Этот синдром был связан с более высоким уровнем IL-6, INFγ, TNF-α и IL-1β. Однако для каких-либо выводов недостаточно данных [9, 10, 11, 12].
• Худоба: согласно некоторым клиническим наблюдениям, которые остаются недоказанными, большинство людей с Th1-доминированием, как правило, относительно худые [13, 14, 15, 16].
• ВЗК: может характеризоваться другой клеточной субпопуляцией: клетками Th17 и IL-18, (паттерном, слабо связанным с Th1-доминированием) [17, 18].
• Псориаз и розацеа [19, 20]
• Целиакия [21]
• Болезнь Крона [22]
• Диабет 1 типа [23]
• СПКЯ (IL-18) [24]
• Болезнь Альцгеймера (IL-18) [25, 26]
• Волчанка (также Th2) [27]
• Рассеянный склероз (также Th2) [28]
• Синдром Гийена-Барре [29]
• Постинфекционный СРК [30]
• Болезнь Бехчета [31]
• Витилиго (Th1 хемокин) [32]
• Воспаление после следующего: стрептококковые инфекции, Вирус Эпштейна — Барр (ВЭБ), ВПЧ, герпес, пневмония, H. pylori или цитомегаловирусная инфекция. Это распространенные инфекции, которые также задействуют систему Th1; у некоторых людей иммунная система остается активной после этих инфекций. В некоторых средах это могло быть преимуществом выживания [33, 34, 35, 36, 37, 38].
• Нейропатия, индуцированная химиотерапией, увеличила уровень CCL2 и IFNγ и снизила уровень IL-10 [39, 40].

Иммунный ответ Th2-типа

Клетки Th2 управляют путем типа 2 (см. «гуморальный иммунитет») - усиливают выработку антител для борьбы с внеклеточными организмами; доминированию типа 2 приписывают толерантность ксенотрансплантатов и плода во время беременности. Иммунный ответ Th2-типа считается противовоспалительным (если не считать роль в аллергии - ред.). Для примера, важной особенностью активации CD4⁺ Т-клеток при ревматоидном артрите (РА) является поляризация иммунного ответа по Th1-типу с преобладанием синтеза провоспалительных Th1-цитокинов над противовоспалительными Th2-цитокинами. При РА Th1-цитокины инициируют каскад иммунопатологических реакций, приводящих  к воспалению и костной деструкции. Между тем, иммунный ответ Th2 способствует активности IgE и эозинофильным реакциям при атопии, а также вызывает реакции, которые убивают крупных внеклеточных паразитов, таких как гельминты. Ряд исследователей рассматривают аллергию как дисбаланс, взвешенный по Th2. Иммунный Th2-ответ опосредуется цитокинами Th2-типа:

Цитокины Th2-типа

Th2-лимфоциты продуцируют IL-4, IL-13, IL-5, IL-6, IL-9, IL-11, IL-21, IL-25, IL-10, IL-3, GM-CSF.

Основное: Клетки Th2 секретируют интерлейкины IL-4, IL-5 и IL-13, которые связаны с активацией IgE и эозинофильных реакций при атопии, а также интерлейкин-10 (IL-10), который обладает большей противовоспалительной реакцией. В избытке реакции Th2 будут противодействовать опосредованному Th1 бактерицидному действию. Теория Th1/Th2 утверждает, что доминирующим цитокином при Th2-доминировании является IL-4, который приводит к продукции не только IgE, но и IgG1, а также заметно ингибирует IgM, IgG3, IgG2a и IgG2b. Цитокином, определяющим развитие Th2-клеток, служит только IL-4. Источник IL-4 до появления Th2 в ходе иммунного ответа не известен. Конститутивная выработка этого цитокина в той или иной степени свойственна тучным клеткам, базофилам, эозинофилам, NK- и NKT- клеткам, но четко не показано, в какой степени она реализуется при иммунном ответе in vivo и какова доступность выделяемого IL-4 для Th0-клеток. Роль второстепенных факторов при их развитии играют IL-10, IL-6, IL-2, IL-9.

Помимо свойств цитокинов, вырабатываемых Th1 и Th2, их функция зависит от прямых контактных взаимодействий с клетками-мишенями, выступающих в качестве эффекторных клеток при иммунном ответе. Для Th2 – это В-лимфоциты. Также, развитию Th2-клеток способствуют средние дозы антигена (не крайние высокие или низкие) и более низкое сродство к рецептору. Кроме того, известно значение корецептора CD4 в выборе пути дифференцировки. При нокауте гена CD4 происходит усиление дифференцировки в направлении Th1, а не Th2.

Прим. ред.: Многие исследователи рассматривают аллергию как дисбаланс, взвешенный по Th2, и в последнее время иммунологи изучают способы перенаправления аллергических реакций Th2 в пользу реакций Th1, чтобы попытаться снизить частоту атопии. Некоторые группы рассматривают возможность использования высоких доз воздействия аллергена для усиления реакции Th1 при установленном заболевании, а другие группы изучают использование микобактериальных вакцин в попытке вызвать более сильную реакцию Th1 в раннем возрасте.

Следующее было связано с Th2-доминированием в ограниченных исследованиях:

• Аллергии, связанные с IgE, которые проявляются немедленно и могут быть измерены с помощью кожных тестов [41].
• Сезонная аллергия
• Сужение дыхательных путей
• Астма
• Капельница в нос
• Слизь
• Экзема (дерматит)
• Сенная лихорадка (аллергический ринит)
• Повышенная кислотность желудка или ГЭРБ
• Избыток гистамина или то, что некоторые называют «непереносимостью гистамина».
• Сыпь (крапивница)
• Синдром хронической усталости [42]
• Аутизм [43]
• Увеит, болезнь Грейвса, болезнь Шегрена, красный плоский лишай, СКВ (также с преобладанием Th1) [44, 45, 46, 47]

Чрезмерная активация любого паттерна может вызвать заболевание, и любой путь может подавлять другой. Но гипотеза Th1/Th2 имеет серьезные противоречия; активности цитокинов человека редко попадают в исключительные про-Th1 или про-Th2 паттерны. Некоторые не-хелперные регуляторные Т-клетки (Treg) или антигенпрезентирующие клетки (АРСs), вероятно, также влияют на иммунитет способом, сравнимым с клетками Th1 и Th2. Многие заболевания, ранее классифицированные как Th1- или Th2-доминантные, не соответствуют установленным критериям. Экспериментально Th1-поляризация легко трансформируется в Th2-доминирование за счет истощения внутриклеточного глутатиона и наоборот. Например, ртуть истощает запасы глутатиона и поляризует Th в сторону Th2-доминирования. Некоторые питательные вещества и гормоны заметно влияют на баланс Th1/Th2, включая растительные стеролы/стеролины, мелатонин, пробиотики, прогестерон и минералы селен и цинк. Длинноцепочечные Омега-3 жирные кислоты EPA (эйкозапентаеновая кислота) и DHA (докозагексаеновая кислота) значительно улучшают различные воспалительные и аутоиммунные состояния без какого-либо специфического Th1/Th2 эффекта. Иммунотерапия на основе Th1/Th2, например, пептиды Т-клеточного рецептора (TCR) и инъекции интерлейкина-4 (IL-4), на сегодняшний день дала неоднозначные результаты.

Клетки Th17. Многие заболевания, которые ранее были классифицированы как Th1 - или Th2-доминантные, не соответствовали определенным критериям. Кроме того, доминирование Th1 может быть поляризовано на паттерны Th2, и наоборот. Основная проблема всей теории Th1/Th2, как недавно отметили некоторые ученые, заключается в том, что активность цитокинов и других иммунных мессенджеров редко укладывается в строгие схемы Th1 или Th2. Некоторые клетки, такие как регуляторные Т-клетки (Treg), подавляющие избыточный адаптивный иммунитет, могут влиять как на Th1, так и на Th2-реакции. Так называемые клетки Th17 были идентифицированы (относительно недавно, в 2005 г.), и ученые считают, что они могут заполнить недостающие пробелы и объяснить некоторые несоответствия теории Th1/Th2. Оказалось, что около трети предшественников Т-хелперных клеток - развиваются в клетки Th17, треть - в Th1 и треть - в Th2 клетки. Наивная Т-клетка может стать либо воспалительной Th17-клеткой, либо противовоспалительной Treg-клеткой. По мнению некоторых исследователей, цель воспаления состоит в том, чтобы преобразовать больше клеток Th17 в клетки Treg. Однако наука о Th17 является новой, и результаты до сих пор были неубедительными.

Часть IV

Дифференцировка клеток Th1 / Th2

 

На рисунке: Субпопуляции Th1-Th2 (по Bieber, 2008). Показано, что направление дифференцировки Th обусловлено типом дендритной клетки и микроокружением. При презентации антигена наивные Т-клетки (Th0) подвергаются воздействию либо IL-12 и IL-18, либо IL-4, которые поляризуют их в Th1 или Th2, соответственно. Th1 продуцируют IFN-γ, в то время как Th2 синтезируют IL-4, IL-5 и IL-13. Th0 клетки продуцируют цитокины Th1- и Th2-типа, возможно, в ответ на менее выраженный поляризующий сигнал. Оба типа Th имеют различную физиологическую роль, и предполагается, что баланс между этими популяциями обеспечивает нормальные условия функционирования иммунной системы. Значительное преобладание Th2 приводит к развитию патологических условий, таких как сверхпродукция IgE и аллергические заболевания. 

СОДЕРЖАНИЕ

По теме Th1/Th2 см. также здесь --> и здесь -->

В зависимости от цитокинов, которые они синтезируют и секретируют, CD4⁺ хелперные Т-клетки (Th) можно разделить на две подгруппы: хелперные Т-лимфоциты 1 типа (Th1) и хелперные Т-клетки 2 типа (Th2) [1]. Оба типа клеток дифференцируются из общего предшественника Т-клеток-хелперов (Thp). Хотя на дифференцировку Т-клеток влияет концентрация антигена или костимулирующих молекул, цитокины являются наиболее эффективными регуляторами дифференцировки Т-клеток. Кроме того, большую роль играют эффекты внеклеточного микроокружения и факторы транскрипции.

Хотя Th1 и Th2 дифференцируются от общих клеток-предшественников, между ними есть определенные различия:

Таблица 1B. Различия в клетках Th1 и Th2

Отличия	Th1	Th2
Секретируемые цитокины	IFN-γ, IL-2, IL-3, TNF-α, TNF-β	IL-4, IL-10, IL-5, IL-9, IL-13
Характеризующие цитокины	IFN-γ	IL-4
Регулирующий фактор	IFN-γ, IL-12	IL-4, IL-13, IL-5

Обычно секретируемые цитокины Th1 и Th2: GM-CSF, IL-3, TNF

2. Роль клеток Th1/Th2

Клетки Th1 и Th2 играют важную роль в иммунитете. Клетки Th1 стимулируют клеточный иммунный ответ, участвуют в активации макрофагов и стимулируют В-клетки к продукции IgM, IgG1.

Клетки Th2 стимулируют гуморальный иммунный ответ, способствует пролиферации В-клеток и индуцирует выработку антител (IL-4). Они также могут индуцировать дифференцировку и пролиферацию тучных клеток (IL-3, IL-4) и дифференцировку и пролиферацию эозинофильных лейкоцитов (IL-5).

В нормальных условиях дифференцировка клеток Thl/Th2 находится в сбалансированном состоянии, и как только баланс клеток Thl/Th2 смещается, это приводит к возникновению заболеваний [2]. Чрезмерная экспрессия Th2 может привести к неадекватному иммунному ответу, который провоцирует такие заболевания, как аллергия и астма. Сверхэкспрессия Th1 или Th17 может привести к аутоиммунным заболеваниям, таким как ревматоидный артрит и рассеянный склероз [3] [4].

3. Цитокины и транскрипционные факторы дифференцировки клеток Th1/Th2.

Рисунок 1B. Цитокины и факторы транскрипции, участвующие в дифференцировке Th1 и Th2

Дифференцировка клеток Th1 и Th2 регулируется многими факторами, и наиболее важную роль играют цитокины. Цитокины, регулирующие дифференцировку клеток Th2, были в основном IL-4 и IL-13, в то время как IFN-α, IL-12 и IFN-γ регулировали дифференцировку клеток Th1. Кроме того, недавно было обнаружено, что продукты IL-18 и T1/ST2 также участвуют в регуляции дифференцировки клеток Th1/Th2. Кроме того, недавно было обнаружено, что продукты IL-18 и T1/ST2 также участвуют в регуляции дифференцировки Th1/Th2 клеток [5].

3.1. Цитокины в дифференцировке клеток Th1

IFN-γ

IFN-γ способствует дифференцировке клеток Th1 и ингибирует дифференцировку клеток Th2. Исследования показали, что передача сигналов IFN-γ ингибирует передачу сигналов STAT6, предотвращая связывание STAT6 с рецептором IL-4, что позволяет предположить, что это один из возможных механизмов, с помощью которых IFN-γ опосредует типирование клеток Th1 [6].

Эндогенная продукция IFN-γ регулируется следующими факторами транскрипции: ядерным фактором активированных Т-клеток (NFAT), NF-kB, семейством IRF-1, ERM, YY1 и Hlx.

Путь МАРК также участвует в продукции IFN-γ.

IL-12

В целом, IL-12 является наиболее важным цитокином, который инициирует дифференцировку клеток Thl. IL-12 способствует дифференцировке Th1, активируя STAT4 и впоследствии усиливая экспрессию IFN-γ [7]. IL-12Rβ2 экспрессируется только в клетках Th1, но IL-4 может ингибировать экспрессию IL-12Rβ2, в результате чего Т-клетки не реагируют на IL-12, побуждая Т-клетки дифференцироваться в Th2 [8]. Следовательно, клетки, продуцирующие IFN-γ, которые не могут подавить потенциал продукции IL-4, разрушат Th1-иммунитет [9].

IL-18

IL-18 — недавно открытый цитокин. IL-18 и IL-12 обладают выраженным синергетическим эффектом в продукции IFN-γ, в то время как IL-18 не индуцирует дифференцировку Th-клеток, но влияет на IL-12-индуцированную дифференцировку Th1-клеток [10].

STAT4

STAT4 участвует в дифференцировке клеток Th1, регулируя передачу сигналов IL-12. Это важный регулятор сигнального пути JAK/STAT. На его активность влияет сигнал рецептора IL-12.

3.2. Цитокины в дифференцировке клеток Th2

IL-4

IL-4 может индуцировать дифференцировку Th2 через STAT6. На регуляцию его активности влияют следующие факторы: NFAT1, C-maf, Bcl-6, GATA-3 (NF-kB ингибирует экспрессию GATA-3 в развивающихся клетках Th2 [11]), IL-13, IL-6. Активаторы трансформации MHC класса II на клетках Th1 ингибируют IL-4.

IL-13

IL-13 и IL-4 имеют общую субъединицу IL-4R, индуцируя одинаковую экспрессию генов и воспалительную реакцию.

T1/ST2 (IL1RL1)

Первоначально T1 был выбран и экспрессирован на клетках Th2 как ген, индуцируемый сывороточным и опухолевым белком, принадлежащий к семейству IL-1R. Ген T1/ST2 выбран только для экспрессии на клетках Th2 и тесно связан с продукцией IL-4.

SOCS (Супрессор сигнализации цитокинов)

Белки SOCS ингибируют передачу сигналов в определенных сигнальных путях. SOCS-1 и SOCS-3 ингибируют индуцированные IFN-γ антипролиферативные и противовирусные ответы, а SOCS-1 также ингибирует передачу сигналов IL-4 в В-клетках и фибробластах. В то же время SOCS-1 потенциально ингибирует активацию JAK1 и STAT6 под действием IL-4, но его роль в различных сигналах между Th1-клетками и Th2-клетками не подтверждена [12].

 4. Факторы транскрипции

Помимо цитокинов, в дифференцировке клеток Th1 и Th2 участвуют многие факторы транскрипции.

4.1. NFAT

Члены семейства NFAT (NFAT1, NFAT2, NFAT3, NFAT4, NFAT5) имеют высококонсервативные сайты связывания ДНК и кальциневрина. NFAT фосфорилируется кальциневрином и транспортируется в ядро. Затем он связывается с AP-1 под действием протеинкиназ, таких как Ras/Raf-MEK-ERK, а образовавшийся комплекс NFAT-AP1 связывается с ДНК и опосредует транскрипцию генов.

4.2. C-maf

C-maf представляет собой фактор транскрипции, который специфически экспрессируется в клетках Th2. Активация C-maf индуцирует экспрессию IL-4 и способствует дифференцировке Th2. Исследователи обнаружили, что C-maf также способствует дифференцировке Th2 через IL-4-независимый путь. Кроме того, C-maf в значительной степени связан с экспрессией IL-4R и IL-5R, что также может быть важным фактором в регуляции C-maf экспрессии гена IL-4.

4.3. T-bet

T-bet (также известный как T-box 21) является недавно открытым Th1-специфическим транскрипционным фактором [13]. В наивных CD4⁺ Т-клетках T-bet может способствовать дифференцировке клеток Th1 главным образом следующими способами:

• T-bet стимулирует продукцию IFNγ и способствует дифференцировке клеток Th1 [14];
• T-bet также активирует цепь IL-12β2, чтобы способствовать ответу IL-12 [15].
• T-bet может быть активирован путем IFNγ-STAT1, который играет ключевую роль в стабилизации фенотипа клеток Th1.

В клетках Th2 T-bet может взаимодействовать с Runx3 для активации IFNγ. T-bet также связывается с сайленсерной областью IL-4 и ингибирует экспрессию IL-4 [16].

4.4. GATA-3

GATA-3 представляет собой транскрипционный фактор семейства GATA, который избирательно экспрессируется в Th2 и активируется во время дифференцировки Th2 [17]. Он регулирует экспрессию IL-4, IL-13 и IL-5.

Регуляция экспрессии GATA-3: Помимо передачи сигналов IL-4R/STAT6, экспрессия GATA-3 может также экспрессироваться другими членами семейства GATA (например, GATA-1, GATA-3, GATA-4). Сигнальная система TCR также важна для экспрессии GATA-3. Другие факторы, регулирующие функцию GATA-3, включают: NF-κB, FOG-1.

5. Сигнальный путь в дифференцировке Th-клеток

Многие сигнальные пути участвуют в дифференцировке Т-клеток, и основные из них следующие:

5.1. Сигнальный путь Т-клеточного рецептора

Рисунок 2B. Сигнальный путь Т-клеточного рецептора.

Передача сигналов Т-клеточного рецептора (TCR) и передача сигналов цитокинов необходимы для дифференцировки хелперных Т-клеток. Специфические факторы транскрипции TCR, такие как активированный ядерный фактор Т-клеток (NFAT), ядерный фактор транскрипции-κB (NF-κB), играют ключевую роль в дифференцировке Т-клеток.

Активация TCR может активировать несколько путей внутриклеточной передачи сигнала, таких как путь митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK), путь ядерного фактора κB (NF-κB), AP-1 (Fos-Jun) и CaN-NFAT.

Связывание Т-клеточного рецептора (TCR) с комплексом антиген/гистосовместимость (MHC II) на поверхности антигенпрезентирующих клеток (АРС) является первым сигналом, необходимым для активации Т-клеток. На этом этапе факторами, влияющими на дифференцировку Т-клеток, в основном являются интенсивность сигнала захвата Т-клеток: слабый сигнал активации TCR может активировать сигнал потока Ca²⁺ для индукции синтеза IL-4 и способствовать дифференцировке Т-клеток до Th2; Сильный сигнал активации TCR может активировать путь MAPK для индукции синтеза IFNγ и стимулировать дифференцировку Т-клеток до Th1.

Кроме того, продолжительность времени запуска TCR также влияет на дифференцировку Th-клеток: в присутствии IL-12 временный TCR запускает инициацию дифференцировки Th1, а долгосрочный триггер TCR инициирует дифференцировку Th2.

5.2. Сигнальный путь Notch

Рис. 3B. Сигнальный путь Notch

Сигнальный путь Notch. В настоящее время у млекопитающих обнаружено четыре рецептора Notch, а именно Notch-1, Notch-2, Notch-3 и Notch-4. Лиганды Notch включают семейство Jagged и семейство Delta-подобных (Delta-like) лигандов. Семейство Jagged включает Jagged-1 и Jagged-2, а семейство Delta-like включает DLL-1, DLL-3 и DLL-4 [18] [19].

Дельта-подобные и Jagged-лиганды индуцируют поляризацию Т-клеток на Th1 и Th2 соответственно, которая не зависит от IL-4/STAT6.

5.3. Сигнальный путь JAK/STAT

Рис. 4B. Сигнальный путь JAK/STAT

Сигнальный путь JAK/STAT. Протеинкиназа семейства JAK принадлежит к тирозиновой протеинкиназе и включает четыре члена JAK1, JAK2, JAK3 и TyK2. Семейство STAT включает семь членов STAT1, 2, 3, 4, 5A, 5B и 6.

JAK-STAT представляет собой основной путь передачи сигнала, опосредованный цитокиновыми рецепторами. IFNγ активирует JAK1, JAK2 и STAT1, IL-12 активирует JAK2, TYK2 и STAT4, а IL-4 активирует JAK1, JAK3 и STAT6. Блокирование любой из вышеперечисленных стадий может привести к ингибированию соответствующей дифференцировки Th-клеток.

Передача сигнала дифференцировки Th1

Опосредованная IFN-γR и IL-12R передача сигнала играет важную роль в дифференцировке Th1.

• Путь IFN-γR/STAT1

IFN-γR1 и IFN-γR2 были соответственно связаны и тетрамеризованы с IFN-γ. Затем IFN-γR1 и IFN-γR2 фосфорилируются с помощью JAK1 и JAK2, соответственно, и рекрутируется STAT1. Привлеченный STAT1 фосфорилируется и активируется, отделяется от IFN-γR, димеризуется и переносится в ядро и связывается с цис-действующим элементом GAS гена IFN-γ, способствуя тем самым транскрипции и экспрессии гена IFN-γ.

• Путь IL-12R/STAT4

IL-12R представляет собой гетеродимер, состоящий из субъединиц β1 и β2. IL-12Rβ2 специфически экспрессируется в клетках Th1. При связывании IL-12R с IL-12 активируются JAK2 и TyK2, которые, в свою очередь, фосфорилируют остатки тирозина в цитоплазме субъединиц β1 и β2. Фосфорилированные субъединицы β1 и β2 связываются со STAT4 и фосфорилируют его. Затем STAT4 образует гомодимер или гетеродимер со STAT3 и проникает в ядро, опосредуя функцию нижележащих генов.

Передача сигнала дифференцировки Th2

Во время дифференцировки Th2 путь передачи сигнала JAK1/3/STAT6 в основном опосредуется IL-4R и IL-13R.

Путь JAK1/3/STAT6

IL-4 является ключевым цитокином, который способствует развитию клеток Th2. Связывание IL-4 активирует IL-4R, и связанные с ним JAK1/3 также фосфорилируются и активируются. Связывание IL-4 активирует IL-4R, и JAK1/3, связанные с IL-4R, также фосфорилируются и активируются. Фосфорилированные JAK1/3, в свою очередь, фосфорилируют остатки тирозина на IL-4R, фосфорилированный IL-4R рекрутирует и связывается с мономером STAT6. Мономер STAT6 подвергается фосфорилированию тирозина под действием JAK1/3 и отсоединяется от IL-4R с образованием активного димера STAT6. Далее идет транслокация димера STAT6 в ядро и дальнейшая инициация транскрипции и экспрессии IL-4 и других генов [20]. Точно так же IL-13 связывается с IL-4R типа II и способствует транскрипции и экспрессии многих воспалительных генов через путь JAK1/3/STAT6.

5.4. Сигнальный путь MAPK

Путь передачи сигнала MAPK включает четыре пути: путь ERK (от "киназа, регулируемая внеклеточным сигналом"), JNK/SAPK (N-концевая киназа c-Jun/активируемая стрессом протеинкиназа), p38MAPK и ERK5/BMK1.

Рисунок 5B. Роль JNK, p38 и ERK в дифференцировке Th1/Th2.

Роль JNK в индукции дифференцировки Thl/Th2

JNK представляет собой активируемую стрессом протеинкиназу (SAPK), включая JNK1/2/3. JNK/SAPK может фосфорилировать c-Jun, ATF-2 и повышать его транскрипционную активность, а также способствовать экспрессии регуляторных генов c-Fos, c-Jun и ATF-2.

JNK1 может ингибировать дифференцировку первичных CD4⁺ Т-клеток в Th2, но не влияет на их дифференцировку в Th1; JNK2 индуцирует дифференцировку CD4⁺ Т-клеток в Th1 и способствует секреции IFNγ эффекторными клетками Th1, но не влияет на дифференцировку Th2.

p38

Роль p38 в индукции дифференцировки Th1/Th2 двунаправлена. Путь p38 MAPK может индуцировать дифференцировку клеток Th1 путем активации транскрипции IFN-γ. Р38 также может изменять иммуномодулирующую функцию DC, способствуя секреции IL-12 в DC, что индуцирует дифференцировку CD4⁺ Т-клеток в Th1 и опосредует иммунный ответ Th1-типа.

ERK

TCR-индуцированный путь ERK (Ras-ERK/MAPK) способен индуцировать дифференцировку Th2 и опосредовать иммунный ответ Th2-типа.

5.5. Сигнальный путь кальция

Рис. 6B. Сигнальный путь кальция.

Кальциневрин (CaN) представляет собой Ca²⁺/кальмодулин (CaM)-зависимую серин/треонин-фосфо-протеинфосфатазу (CaMKII), которая катализирует дефосфорилирование множества уже фосфорилированных белков. CaN играет роль в активации, дифференцировке и пролиферации Т-клеток путем активации ядерного фактора активированных Т-клеток (NFAT) [21].

В Т-клетках уровни Ca²⁺ регулируют активность CaN, который, в свою очередь, играет важную роль в активации NFAT.

Процесс регуляции Ca²⁺-CaN-NFAT в основном имеет два сигнальных пути: IP₃-Ca²⁺ и DAC-PKC.

Сигнал IP₃Ca²⁺

IP₃ связывается с IP₃-кальциевым каналом в эндоплазматическом ретикулуме, способствует увеличению концентрации цитоплазматического Ca²⁺, а затем активирует цитоплазматический CaN, который связывается с NFAT и приводит к его дефосфорилированию и активации. После перемещения активированного ядра NFAT оно объединяется с факторами транскрипции, такими как белки семейства AP-1 и другими факторами активации, с образованием комплекса для совместной регуляции экспрессии цитокинов.

Сигнал DAC-PKC

DAG активирует PKC, ингибирует гидролиз PIP₂ и активирует гидролиз IP₃, так что внутриклеточный свободный Ca²⁺ не увеличивается. В то же время PKC также активирует кальциевый насос для уменьшения внутриклеточного свободного Ca²⁺. PKC также может активировать NFAT, NF-κB, AP-1 и другие ядерные факторы и играть синергетическую роль в активации и пролиферации лимфоцитов и продукции цитокинов.

5.6. Сигнальный путь NF-κB

Рисунок 7B. Сигнальный путь NF-kB

В норме NF-κB и его ингибитор IκB-α присутствуют в цитозоле. Активация вышестоящих киназ (таких как NF-κB-индуцируемая киназа или MEKK) приводит к активации киназы IKK и фосфорилированию белка IκB-α, что отделяет и разрушает фосфорилированный белок IκB-α от NF-κB. Свободный NF-κB трансфицируется в ядро для активации гена-мишени. Роль NF-κB в дифференцировке Th-клеток только начинается. Было обнаружено, что ингибирование активности NF-κB блокирует фактор GATA-3.

Сигнальный путь Хэджхог (Hedgehog или Hh) также в некоторой степени связан с дифференцировкой Т-клеток. Обнаружено, что ключевой цитокин Th2 IL-4 является новой транскрипционной мишенью передачи Hh-сигналов в Т-клетках, обеспечивая механизм роли Hh в дифференцировке Th [22].

Часть V

Иммунологические механизмы локального воспаления

СОДЕРЖАНИЕ

• 7 положений об иммунитете
• Общая последовательность участия иммунной системы в воспалении
• Начало воспаления. Первичное узнавание «чужого» и/или «измененного своего»
• Образы (молекулярные паттерны) патогенности
• Антигены
• Рецепторы, распознающие патоген-ассоциированные молекулярные паттерны
• Таблица 1C. Специфичность Toll-подобных рецепторов
• Антигенраспознающие рецепторы
• Таблица 2C. Классификация паттерн-распознающих рецепторов
• События, обусловленные цитокинами
• Процессинг, презентация антигена. Вторичное распознавание «чужого»
• Рисунок 1C. Схема участия компонентов иммунной системы в защитно-приспособительных и патологических реакциях в очаге воспаления
• Развитие  адаптивного  иммунного ответа
• Рисунок. 2C. Схема развития субпопуляций Т-хелперов после распознавания антигенных пептидов
• Гуморальный и клеточный типы иммунного ответа
• Клеточный иммунный ответ (Th1-тип)
• Таблица 3C. Субпопуляции CD4⁺Т-хелперов, их дифференцировка и функции
• Рисунок 3C. Развитие первичного иммунного ответа по Th1-типу
• Гуморальный иммунный ответ
• Первый вариант гуморального ответа
• Рисунок 4C. Развитие первичного иммунного ответа с продукцией антител классов IgM, IgG, IGa
• Второй вариант гуморального ответа
• Рисунок 5C. Развитие первичного иммунного ответа по Th2-типу
• Третий  вариант  гуморального  иммунного ответа
• Th17-тип  иммунного  ответа
• Рисунок 6C. Участие эффекторных систем врожденного иммунитета в эффекторных реакциях приобретенного иммунитета
• Накопление иммунокомпетентных клеток и концентрация антител в очаге воспаления
• Деструкция иммунокомпетентными клетками и эффекторными молекулами антигенов и клеток, поврежденных патогеном
• Выведение продуктов распада общеорганизменными системами выделения
• Регенерация. Выздоровление
• Иммунологической память
• Законы функционирования иммунной системы
• Иммунная система как составная часть единой НЭИМ-системы
• Рисунок 7C. Структура реакции организма на патогенное воздействие

Современное состояние учения об иммунитете характеризуется 7 основными положениями:

Положение 1. Система иммунитета имеет двойственную структуру в соответствии с ее эволюционной историей. Она включает, во-первых, древний компонент – врожденный, базисный, или палеоиммунитет; во-вторых, более позднее филогенетическое приобретение – адаптивный,  приобретенный, или неоиммунитет.

Врожденному иммунитету 1,5 млрд. лет, и он присущ всем многоклеточным организмам – животным и растениям.

Адаптивному иммунитету всего лишь 500 млн. лет, т.е. он в 3 раза моложе врожденного. Адаптивный иммунитет возник в период так называемого кембрийского эволюционного взрыва во время массированной атаки патогенных микроорганизмов на позвоночных и имеется лишь у 1,5% видов животных. Впервые адаптивная иммунная система появилась у челюстных рыб в виде лимфоцитов. Предполагается, что Т- и В-лимфоцитарный иммунитет возник при внедрении генов, кодирующих ферменты RAG-1/RAG-2, ответственные за рекомбинацию генов иммуноглобулинов и Т-клеточных рецепторов, в гаметы древних челюстных рыб в результате ретровирусной инфекции. Формирование лимфоидных органов стало необходимым условием обеспечения антигеннезависимой и антигензависимой дифференцировки Т- и В-лимфоцитов, что определило выживание позвоночных животных.

Положение 2. Врожденный иммунитет – наиболее  ранний  защитный  механизм  не  только   в эволюционном плане, но и по времени ответа на чужеродный агент.

Скорость ответной реакции гуморальных и клеточных компонентов врожденного иммунитета – секунды, минуты и часы, в то время как адаптивная иммунная реакция проявляется лишь через несколько дней (начиная с 3-4 суток), так как требует пролиферации и дифференцировки клеток.

Положение 3. Адаптивная иммунная система включается лишь тогда, когда оказались неэффективными врожденные иммунные механизмы, которыми часто завершается иммунный ответ.

Положение 4. Условием включения адаптивного иммунитета является предварительная активация врожденного иммунитета, элиминация патогена приобретенным иммунитетом обеспечивается эффекторными системами палеоиммунитета.

По  концепции   опасности,   предложенной  П. Мессингер (P. Matzinger), активация дендритных клеток и продукция провоспалительных цитокинов – необходимое условие запуска реакций адаптивного, или приобретенного, иммунитета. Обладая недостаточными собственными эффекторными механизмами, он использует эффекторные механизмы врожденного иммунитета, придавая им большую прицеленность и повышая их эффективность.

Положение 5. Функционирование врожденного иммунитета основано на распознавании образов патогенности, а адаптивного – индивидуальных антигенов.

Образы патогенности – это не индивидуальные чужеродные субстанции, а общие структуры целых групп патогенных микроорганизмов, жизненно необходимые для их выживания, либо молекулы, образующиеся при повреждении собственных  клеток.  Их  удаление  обеспечивается с помощью комплекса реакций, важнейшей  из которых является фагоцитоз. Приобретенный иммунитет основан на распознавании индивидуальных субстанций (антигенов), что придает адаптивным иммунным процессам высокую избирательность, однако создает риск развития аутоиммунного повреждения.

Положение 6. Особое преимущество адаптивного иммунитета – это наличие иммунологической памяти, т.е. способности более быстро и эффективно реагировать на повторное поступление антигена.

В основе иммунологической памяти лежит увеличение численности Т-  и  В-клеток  памяти в антигенспецифических клонах в результате пролиферации. На феномене иммунологической памяти базируется современная вакцинопрофилактика инфекционных заболеваний.

Положение 7. Все активированные защитные факторы врожденного, базисного, и приобретенного, адаптивного, иммунитета в конечном итоге реализуют свою эффекторную активность в очаге воспаления.

Воспаление как основной, главный типовой патологический процесс является универсальным, генетически запрограммированным на любое флогогенное воздействие различной природы комплексом реакций на повреждение. С позиций иммунологии биологическая роль воспаления заключается в концентрации различных защитных факторов в зоне повреждения и ликвидации в ней биологически агрессивного материала, а также в восстановлении структуры и функции поврежденной ткани.

Расшифровка механизмов воспаления является фундаментальной проблемой общебиологического уровня, поскольку большинство (70-80%) заболеваний   человека   прямо ассоциированы с воспалительным процессом. Воспаление – это поле битвы агрессора и защитников организма. И, как важное сражение, оно развивается поэтапно.

Общая последовательность участия иммунной системы в воспалении:

1. Начало воспаления. Первичное узнавание
2. «чужого» и/или «измененного своего».
3. Процессинг, презентация антигена. Вторичное распознавание «чужого».
4. Развитие адаптивного иммунного ответа.
5. Накопление иммунокомпетентных клеток  и концентрация антител в очаге воспаления.
6. Деструкция иммунокомпетентными клетками и эффекторными  молекулами  антигенов  и клеток, поврежденных патогеном.
7. Выведение продуктов распада общеорганизменными системами выделения.
8. Регенерация. Выздоровление. Поствоспалительная иммуносупрессия с сохранением иммунологической памяти.

Начало воспаления. Первичное узнавание «чужого» и/или «измененного своего»

До середины 90-х гг. XX в. существовало единственное понятие для обозначения чужеродных агентов – антигены. В настоящее время возникла необходимость признать существование 2 групп таких агентов – 1) образов (молекулярных паттернов) патогенности и 2) антигенов.

1) Образы (молекулярные паттерны) патогенности – это либо общие молекулы, характерные для целых групп патогенных микроорганизмов, жизненно необходимые для их выживания, которые Ч. Джаневэй и Р. Меджитов (С. Janeway, R. Medzitov, 1996) предложили обозначать как патоген-ассоциированые молекулярные паттерны (англ. pathogen-associated molecular pattern – PAMP), либо молекулы, образующиеся при повреждении собственных клеток.

Первая подгруппа молекул в большинстве случаев связана с целыми группами микроорганизмов (вирусы, грамположительные и грамотрицательные бактерии, грибы, простейшие, паразиты) и может однозначно распознаваться как маркер «чужого».

Вторая подгруппа молекул связана с повреждением своих собственных клеток и тканей, либо образуется при клеточном стрессе и является маркером «измененного своего» (англ. damage-associated molecular pattern – DAMP). К ней относятся связанные с повреждением молекулы теплового шока (англ. heat shock proteins – HSP), фибронектин, фибриноген, олигосахариды гиалуроновой кислоты, распознаваемые преимущественно рецепторами фагоцитирующих клеток.  К этой же подгруппе относятся стрессорные молекулы (MICA, MICB, RAE-1, ULBP1, ULBP2, ULBP3), которые распознаются преимущественно рецепторами NK-клеток.

Рецепторы для PAMP и DAMP получили название паттерн-распознающих рецепторов (англ. pattern-recognition receptors, PRR). Они имеются у всех многоклеточных, включая не только животных, но и растения. Узнавание образов патогенности – основа распознавания во врожденном иммунитете. Раньше врожденный иммунитет называли неспецифическим, однако в настоящее время общепризнано, что в основе распознавания лежат специфические взаимодействия между рецептором и лигандом, пускай не столь тонкие, как при адаптивном иммунитете.

Поскольку и PAMP и DAMP часто распознаются одними и теми же паттерн-распознающими рецепторами (например, TLR-4 распознает липополисахариды грамотрицательных бактерий, а также образующиеся при повреждении собственных клеток и тканей белки теплового шока, фибронектин, фибриноген, олигосахариды гиалуроновой кислоты и др.), что приводит к одинаковым молекулярным и функциональным последствиям, границы между двумя этими подгруппами размыты. В связи с этим некоторые исследователи предлагают использование для эндогенных молекул, распознаваемых паттерн-распознающими рецепторами, термин «алармины» (англ. alarm – опасность, тревога).

2) Антигены – это продукты генетической чужеродной информации, распознаваемые индивидуально, а не в качестве группы, как в случае РАМР и DAMP. Антигены распознаются в случае отсутствия к ним иммунологической толерантности антигенспецифическими рецепторами  Т- и В-лимфоцитов (адаптивный иммунитет), сигнализируют о чужеродности материала, но не информируют напрямую о связи с патогенностью, т.е. об опасности.

Перечисленные группы молекул, способные индуцировать иммунные процессы и быть их мишенями, распознаются рецепторами клеток иммунной системы. Этим двум типам лигандов соответствуют 2 типа рецепторов:

I) Рецепторы, распознающие патоген-ассоциированные молекулярные паттерны, или паттерн-распознающие рецепторы (англ. pattern-recognition receptor – PRR).  В  1996  г.  группой  Ж. Гоффмана (J. Hoffmann) открыт иммунодефицит у мух Drosophila, связанный с дефектом Toll-рецепторов, в том же году Ч. Джаневей и Р. Меджитов (C. Janeway, R. Medzhitov) открыли аналог этих рецепторов у  млекопитающих,  названный «Toll-подобные рецепторы» (англ. Toll-like receptors – TLR). В настоящее время выделено 11 вариантов TLR. В таблице 1C представлены лиганды, распознаваемые каждым из вариантов TLR. Позже аналоги этих рецепторов  были  открыты и у растений.

Основной функцией вышеперечисленных рецепторов является запуск сигнальных путей цитокиновых генов, приводящий к повышению синтеза провоспалительных цитокинов, что обусловливает последующие развитие воспаления и активацию врожденного иммунитета. Аналогичную функцию выполняют и открытые позже NOD-рецепторы (англ. nucleotide oligomerising domains), являющиеся внутриклеточными сенсорами патогенов.

Таблица 1C. Специфичность Toll-подобных рецепторов

Рецептор	Лиганды (патоген-ассоциированные молекулярные паттерны)
TLR1	Триациллипопептиды (бактерии и микобактерии)
TLR2	Липопротеины (грамположительные бактерии), липоарабиноманан (микобактерии), липотейхоевые кислоты (грамположительные бактерии), протеиногликаны (грамположительные бактерии), зимозан (грибы), гликофосфатидилинозитол (Trypanosoma cruzi), белок теплового шока hsp70 (хозяин)
TLR3	Двухспиральные РНК (вирусы)
TLR4	Липополисахариды (грамотрицательные бактерии), таксол (растения), F-протеины (респираторно-синтициальные вирусы), белки теплового шока hsp60 и hsp70 (хозяин), фибронектин (хозяин), фибриноген (хозяин), олигосахариды гиалуроновой кислоты (хозяин)
TLR5	Флагеллин (бактерии)
TLR6	Диациллипопептиды (микоплазма), липотейхоевые кислоты (грамположительные бактерии), зимозан (грибы)
TLR7	Одноцепочечные РНК (вирусы) и некоторые противовирусные препараты
TLR8	Одноцепочечные РНК (вирусы) и некоторые противовирусные препараты
TLR9	Бактериальные ДНК с CpG-мотивом
TLR10	Лиганд неизвестен
TLR11	Уропатогенные бактерии

Другие варианты паттерн-распознающих рецепторов представлены в таблице 2C.

Рассмотренные варианты рецепторов характерны не только для фагоцитирующих клеток, но и для клеток эндотелия, эпителиальных клеток слизистых, а также составляют основу гуморальных механизмов врожденного иммунитета.

Особняком стоят паттерн-распознающие рецепторы филогенетически древней популяции лимфоцитов – NK-клеток (естественных киллеров). Отечественный иммунолог Л.Н. Фонталин назвал эти клетки палеолимфоцитами, поскольку их аналоги есть не только у позвоночных, но   и у безпозвоночных животных. На уровне NK-клеток (так же, как и в системе комплемента) реализуется стратегия распознавания, получившая название «избегание своего» (англ. missing self). Киллер-ингибирующие рецепторы NK-клеток относятся к суперсемействам иммуноглобулиноподобных (англ. killer  Ig-like  receptor  –  KIR) и лектиновых молекул С-типа. Они  распознают собственные молекулы главного комплекса гистосовместимости I класса, экспрессия которых может подавляться при вирусной инфекции или злокачественной опухолевой трансформации клеток. В случае успешного распознавания активация NK-клеток подавляется, так как происходит фосфорилирование по остаткам тирозина иммунорецепторного тирозинового ингибирующего мотива (англ. immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif – ITIM), через который на внутриклеточном уровне передается ингибирующий сигнал со всех известных к настоящему времени киллер-ингибирующих рецепторов. При отсутствии распознавания запускается программа цитолиза. В активации NK-клеток участвуют относящиеся к тем же суперсемействам киллер-активирующие рецепторы. Передача активационного сигнала у части из них  связана с фосфорилированием по остаткам тирозина иммунорецепторных тирозиновых активационных мотивов (англ. immunoreceptor tyrosine-based activation  motif  –  ITAM),  которые  содержатся в гамма- и дзета-цепях, либо в димерах DAP12. Часть киллер-активирующих рецепторов распознает молекулы, появляющиеся на клетках при стрессе. Рецепторы, распознающие стрессорные молекулы – NKG2D, представлены  преимущественно  на естественных киллерах. В отличие от других киллер-активирующих рецепторов они передают внутриклеточный активирующий сигнал через молекулы DAP10, содержащие в цитоплазматическом хвосте YINM-мотив (однобуквенный аминокислотный код), к которому после фосфорилирования остатка тирозина присоединяется фосфатидилинозитол-3-киназа,  ответственная за дальнейшую активацию клетки.

II) Антигенраспознающие рецепторы представлены только на Т- и В-лимфоцитах. Они характеризуются высоким разнообразием, и потенциальное количество их вариантов на много порядков превышает общее  число  лимфоцитов в организме. В отличие от паттерн-распознающих рецепторов, кодирующихся зародышевыми генами, рецепторы Т- и В-лимфоцитов кодируются генами, формирующимися в результате генетических рекомбинаций (V(D)J-реаранжировка) при антигеннезависимой дифференцировке Т- и В-лимфоцитов.

Продолжая рассмотрение начальных событий при воспалении, необходимо отметить, что проникновение патогенов во внутреннюю среду организма переводит работу иммунной системы в новый режим. Ключевым событием при этом служит контакт патогена с клетками врожденного иммунитета, которые присутствуют практически во всех тканях, прежде всего – в барьерных. Эти клетки реализуют первую линию защиты (рис. 1C). Наиболее важная роль во включении иммунных процессов принадлежит макрофагам.

Благодаря наличию на поверхности и в цитоплазматических гранулах макрофагов рецепторов, распознающих образы патогенности, макрофаги фиксируют факт инфицирования, активируются и выделяют провоспалительные цитокины (IL-1β и IL-1α, IL-6, TNFα и TNFβ), которые расширяют зону активации клеток врожденного иммунитета.  Секреция  цитокинов – первая реакция системы врожденного иммунитета на поступление патогенов.

Таблица 2C. Классификация паттерн-распознающих рецепторов (по R. Medzhitov, 2008)

Группа рецепторов	Представители
1. Мембранные и внутриклеточные рецепторы, участвующие в запуске сигнальных путей цитокиновых генов	Toll, TLR1-TLR11 и аналоги у растений, NOD-семейство (NBS-LRR, nucleotide-binding site leucine-rich repeat ); 2'-5'-олигоаденилатсинтаза; протеинкиназа, активируемая двухспиральной РНК
2. Паттерн-распознающие рецепторы, участвующие в фагоцитозе и эндоцитозе	Scavenger-рецепторы (рецепторы-мусорщики, SR-A, MARCO), макрофагальный маннозный рецептор, бета-глюкановые рецепторы
3. Секретируемые паттерн-распознающие рецепторные молекулы	Коллектины (маннозосвязывающий протеин, сурфактантные протеины A и D), пентраксины (С-реактивный протеин и сывороточный амилоид А), белки семейства липидных трансфераз (липополисахарид-связывающий протеин и др.), пептидогликан-распознающие протеины

Цитокины обусловливают два следующих события:

1. Вовлечение в сферу защитной реакции других клеток – эпителиальных, эндотелиальных, дендритных и т.д. – без обязательного их контакта с патогеном;
2. «Организация» процесса эмиграции лейкоцитов из кровотока в очаг воспаления.

Благодаря притоку лейкоцитов в зону воспаления реализуется полноценная местная защитная реакция силами факторов врожденного иммунитета. Сначала в очаг поступают более мобильные нейтрофилы (микрофаги), которых больше всего – до 70%, обладающие фагоцитозом (полинуклеарная стадия воспаления по И.И. Мечникову). Затем, спустя 1-2 суток мигрируют моноциты, которые дифференцируются в макрофаги (мононуклеарная стадия); вновь происходит фагоцитоз не только патогенного и разрушенного материала, но и содержащего его нейтрофилов; стимулируется пролиферация клеток.

Но эта первая линия защиты не всегда обеспечивает радикальное удаление патогена, а если и обеспечивает, то на этом реакции врожденного иммунитета и заканчиваются. Вторая линия защиты связана с началом развития адаптивного иммунного ответа (рис. 1C). Ведущую роль в запуске последнего играют дендритные клетки, макрофаги и другие профессиональные антиген-презентирующие клетки, относящиеся к подсистеме врожденного иммунитета и осуществляющие процессинг и презентацию антигена.

Процессинг, презентация антигена. Вторичное распознавание «чужого»

Параллельно с активацией факторов врожденного иммунитета миелоидные дендритные клетки, как и макрофаги, начинают поглощать патогены или их фрагменты и транспортировать их в региональный лимфатический узел. В процессе перемещения они расщепляют содержащиеся в микробных клетках антигены (процессинг), включают их фрагменты в состав собственных молекул главного комплекса гистосовместимости (англ. major histocompatibility complex – МНС) I и/или II классов и выносят образующиеся комплексы антигенных пептидов с МНС на свою поверхность, поскольку только в такой форме антиген может быть распознан Т-лимфоцитами.

В лимфатических узлах происходит взаимодействие дендритных клеток с клонами Т-лимфоцитов, распознающими антигенные пептиды в комплексе с MHC, которые несет дендритная клетка.

Процесс представления антигенного пептида Т-клеткам в составе молекул МНС называют презентаций антигена. Cреди Т-лимфоцитов обязательно находится клетка с соответствующим рецептором, комплементарным данному антигену. Этот механизм объясняется клонально-селекционной теорией Ф. Бернета (F. Burnet, 1960). Происходит селекция для дальнейшей активации соответствующих клонов  лимфоцитов  и развивается адаптивный иммунный ответ.

Рисунок 1C. Схема участия компонентов иммунной системы в защитно-приспособительных и патологических реакциях в очаге воспаления

Развитие  адаптивного  иммунного ответа

Дальнейшие события прежде всего определяются особенностями поступающего в организм антигена. Антиген захватывается дендритной клеткой, процессируется и в виде комплекса МНС (I или II классов) + пептид представляется соответствующему (специфическому) клону Т-лимфоцитов. Зрелые Т-лимфоциты помимо Т-клеточного антигенраспознающего рецепторного комплекса несут на своей мембране корецепторные молекулы CD4 (Т-хелперы, корецептор к MHC II класса) или CD8 (цитотоксические Т-лимфоциты и их предшественники, корецептор к MHC I класса).

После распознавания лиганда (антигенный пептид + MHC II класса) наивные Т-хелперы (Тh) начинают дифференцироваться в субпопуляции зрелых Th1-, Th2-, Th9-, Th17-, Tfh-клеток, т.е. активационную эстафету от дендритных клеток принимают Т-лимфоциты-хелперы (рис. 2C).

Каждый из этих типов лимфоцитов  отвечает за свой комплекс реакций,  особенно  полно он изучен для Th1 и Th2, в меньшем объеме – для Th9, Th17, Tfh. Характеристика этих клеток   и их функции представлены в таблице 3C.

Недавно открытые Th9-клетки обеспечивают противопаразитарный иммунитет,  Th17 играют центральную роль в аутоиммунных процессах, Tfh обеспечивают помощь активированным В-лимфоцитам в лимфоидных фолликулах периферических органов иммунной системы (селезенка, лимфатические узлы, лимфоидные образования слизистых). Все варианты иммунного ответа контролируются регуляторными Т-лимфоцитами (Тreg), имеющими фенотип CD4⁺CD25⁺FoxP3⁺. Выделяют две разновидности этих клеток – естественные nTreg (регулируют другие клетки без предварительной активации антигеном) и индуцибельные iTreg (активируются антигеном). Эти клетки продуцируют тормозные цитокины IL-10 и TGF-β и являются функциональным аналогом ранее описанных супрессорных лимфоцитов.

В зависимости от преимущественной активации тех или иных субпопуляций Th,  которая во многом определяется цитокиновым микроокружением, возможна поляризация иммунного ответа с преимущественной активацией разных типов вторичных эффекторных клеток.

Клеточный и Гуморальный типы иммунного ответа

I) Th1-тип иммунного ответа (клеточный)

Из представленной выше схемы видно, что Th1-тип иммунного ответа относится к клеточному типу, а Th2 - к гуморальному. Помощь от Th1-клеток при клеточном иммунном ответе состоит главным образом в снабжении цитотоксических Т-лимфоцитов ростовым цитокином IL-2 (см. здесь ->) или в активации макрофагов интерфероном-гамма (при этом стоит отметить, что Th1-клетки участвуют также и в 1-м варианте гуморального иммунного ответа).

---

1 вариант иммунного твета Th1

В первом варианте Th1-ответа (рис. 3C) активированные после повторного контакта с антигенными пептидами  в комплексе с MHC II класса (на поверхности макрофага или другой антигенпрезентирующей клетки) Th1-клетки реализуют свою активность путем взаимодействия с макрофагами, выступающими в качестве вторичных эффекторных клеток при реакции гиперчувствительности замедленного типа (ГЗТ). Th1-клетки активируют макрофаги, передавая костимулирующий сигнал через взаимодействие CD154 (на поверхности Th1-клетки) c молекулой CD40 (на мембране макрофага), а также через секретируемый ими цитокин IFNγ. Этот двунаправленный диалог приводит к мощной дополнительной активации макрофагов, усилению всех факторов микробицидности и формированию нового микробицидного агента – оксида азота. Благодаря экспрессии макрофагами индуцибельной NO-синтазы фагоцитоз становится завершенным. Помимо клеток моноцитарно-макрофагального ряда активированные Th1-клетки в качестве вторичных эффекторов используют и NK-клетки.

Таблица 3C. Субпопуляции CD4⁺ Т-хелперов, их дифференцировка и функции

Свойства	Th1	Th2	Th9	Th17	Tfh	Treg
Продукция цитокинов	IFNγ, IL-2, TNFα, TNFβ	IL-4, IL-5, IL-10, IL-13	IL-9	IL-17A, IL-17F, IL-21, IL-22, IL-25, IL-26, TNFα	IL-21	TGF-β, IL-10
Транскрипци- онные факторы	STAT-4, T-bet, Hlx	STAT6, GATA3, c-maf, IRF4, Gfi-1	GATA3, Smads, STAT6	ROR-α, ROR-γt	BCL6, MAF	FoxP3
Индуцирующие цитокины	IL-12, IL-18, IL-27, IFNγ	IL-4	TGF-β, IL-4	IL-6, TGF-β, IL-1β и/или IL-1α, IL-21, IL-23	IL-21, IL-6	TGF-β, IL-10, IL-2, TSLP
Патогены	Вирусы, внутриклеточ- ные бактерии, простейшие, грибы	Внеклеточ- ные патогены, в том числе гельминты, доступные для антител классов IgE и IgG4	Гельминты	См. текст	Внеклеточ- ные патогены, доступные для антител классов IgM, IgG, IgA	Негативная регуляция клиренса патогенов
Иммунопато- логия	Аутоиммун- ные заболе- вания, реакция трансплантат против хозяина	Аллергиче- ские реакции I типа		Аутоиммун- ные заболе- вания, аллер- гия		Поддержание иммунологи- ческой толе- рантности

2 вариант иммунного ответа Th1

Второй вариант Th1-ответа (рис. 3C) реализуется через цитотоксические Т-лимфоциты (ЦТЛ или CTL). Эти клетки предназначены для защиты от вирусов и патогенов, живущих в цитозоле. Зрелые активные ЦТЛ и их наивные предшественники несут на своей мембране корецептор CD8, что позволяет распознавать «чужие» антигенные пептиды в комплексе с MHC I, которые представлены на мембране всех ядросодержащих клеток организма (в отличие от MHC II, которые находятся на мембране только профессиональных антигенпрезентирующих клеток). Эта особенность позволяет ЦТЛ осуществлять эффективный надзор за вирусными инфекциями, опухолевой трансформацией, мутациями – процессам, которым могут быть подвержены любые ядросодержащие клетки.

Помощь от Th1-клеток состоит главным образом в снабжении цитотоксических Т-лимфоцитов ростовым цитокином IL-2, необходимым для достаточного накопления этих клеток. ЦТЛ выполняют функцию киллеров: уничтожают инфицированные клетки вместе с патогеном, а также опухолевые, участвуют в отторжении трансплантатов. При этом используется перфорин-гранзимовый механизм: из гранул ЦТЛ на мембрану клетки-мишени сначала действуют перфорины, в результате чего образуются поры диаметром 16 нм, через которые из тех же гранул внутрь клетки просачиваются гранзимы, которые инициируют программу апоптоза. При этом разрушается и сама инфицированная клетка, и вирусы в ней. Возможна и контактная форма запуска апоптоза клетки-мишени без цитолиза за счет взаимодействия находящегося на мембране ЦТЛ FasL с мембранным рецептором апоптоза клетки-мишени CD95 (Fas). Остатки погибших клеток утилизируются макрофагами.

Рисунок 3C. Развитие первичного иммунного ответа по Th1-типу

II) Гуморальный иммунный ответ

Гуморальный иммунный ответ (антителообразование), реализуется в трех вариантах:

1. Тимусзависимый иммунный ответ с последовательным переключением при участии всех типов Th-клеток класса образующихся антител с IgM на IgG и на IgA;
2. Тимусзависимый Th2-тип иммунного ответа с переключением класса синтезируемых антител на IgE и IgG4;
3. Тимуснезависимый иммунный ответ с продукцией только IgM антител.

1 вариант гуморального иммунного ответа

Первый вариант гуморального иммунного ответа развивается на большинство тимусзависимых антигенов. Для активации В-лимфоцитов помимо антигенспецифического сигнала с антиген-распознающих В-клеточных рецепторов (распознающая часть рецептора у наивных В-лимфоцитов – мембранные IgM и  IgG,  они  способны  в  отличие  от Т-клеток взаимодействовать с антигеном в нативной форме) необходимы сигналы со стороны Т-хелперов, реализуемые как за счет межклеточного контакта, так и короткодистантно при участии цитокинов. Контактные взаимодействия носят двунаправленный характер. С одной стороны, В-клетка сама выступает в роли антигенпрезентирующей клетки: поглотив антиген, обрабатывает его, встраивая антигенный пептид в состав молекулы MHC II-класса, презентирует этот комплекс T-хелперу. С другой стороны, она получает активирующий сигнал от Т-хелпера за счет взаимодействия CD40 (на мембране В-лимфоцита) с CD154 (на мембране Т-лимфоцита). В ходе контактных взаимодействий происходит максимальное сближение клеток при участии молекул клеточной  адгезии  на  расстояние  15  нм  с формированием иммунологического синапса.  В короткодистантных взаимодействиях последовательно участвуют цитокины многих субпопуляций T-хелперов (рис. 4C). Так, для образования из В-лимфоцитов плазматических клеток, продуцирующих антитела класса IgM, необходимы IL-2 (Th1-клетки), а также IL-4 и IL-5 (Th2-клетки); переключения на IgG – IFNγ (Th1-клетки), а на IgA – TGF-β (Th3-, nTreg-, iTreg-клетки). Ключевую роль в индукции пролиферации, дифференцировки в направлении плазматических клеток и переключения классов иммуноглобулинов играет IL-21, продуцирующийся Tfh-клетками. В эффекторных функциях образовавшихся антител, направленных на уничтожение прежде всего внеклеточных патогенов,  участвуют  клеточные и гуморальные системы врожденного иммунитета. Из них наиболее важную роль играют фагоцитирующие клетки и белки системы комплемента.

Рисунок 4C. Развитие первичного иммунного ответа с продукцией антител классов IgM, IgG, IGa

2 вариант гуморального иммунного ответа

Второй вариант гуморального иммунного ответа направлен на защиту от другой разновидности внеклеточных патогенов – макропаразитов (гельминтов), однако при этом защита обусловлена в наибольшей степени микрофагами – эозинофилами, которые привлекаются цитокинами IL-3, IL-5, IL-13, секретируемыми Th2-лимфоцитами, тучными клетками и базофилами. При этом эозинофилы сорбируются на поверхности паразита, выделяют из своих эозинофильных гранул высокоактивные белки, которые убивают гельминт, вызывают его деградацию, а макрофаги завершают процесс. Помимо этого в эффекторные реакции вовлечены тучные клетки и базофилы, выброс медиаторов которых запускает локальный воспалительный ответ. В условиях патологии при системном выбросе провоспалительных медиаторов тучными клетками развиваются аллергические реакции I типа. Переключение синтеза антител на классы IgE и IgG4 происходит на уровне В-лимфоцитов главным образом при участии IL-4 и IL-13. Продуцируемый Th2-клетками IL-5 способен непосредственно активировать эффекторные функции эозинофилов без участия антител класса IgE (рис. 5C).

Рисунок 5C. Развитие первичного иммунного ответа по Th2-типу

3 вариант  гуморального  иммунного ответа

Третий вариант гуморального иммунного ответа развивается на тимуснезависимые антигены без участия Т-хелперов. К тимуснезависимым антигенам относятся бактериальные гетерополисахариды, харатеризующиеся жесткой структурой и наличием часто повторяющихся антигенных детерминант (например, пневмококковый полисахарид); бактериальные липополисахариды, обладающие адъювантным действием (например, липополисахарид E. coli); некоторые синтетические антигены. В ответе на эти антигены участвуют минорные субпопуляции В-клеток: В1-лимфоциты и В-лимфоциты маргинальной зоны селезенки.

Th17-тип  иммунного  ответа

Th17-клетки  – субпопуляция Т-хелперов, открытая несколько лет назад. Свое  название  эти  клетки  получили в связи с тем, что они продуцируют IL-17A, E (или IL-25) и F, относящиеся к семейству IL-17 (которое помимо названных цитокинов включает IL-17B, C и D). Помимо этого Th17-клетки продуцируют IL-21 и IL-22. Th17-тип  иммунного  ответа  имеет  сходство  как  с  Th1-,  так  и   с Th2-ответами. Th17-клетки обеспечивают резистентность к возбудителям Listeria, Salmonella, Toxoplasma, Cryptococcus, Leishmania и Francisella. Преимущественная продукция IL-17 отмечается при инфекциях, вызванных Borrelia burgdoferi, Mycobacterium tuberculosis, Bacteroides fragilis, грибами. Существенную и специфичную роль Th17- ответ имеет в таких экспериментальных моделях у грызунов, как поражение легких Klebsiella, инфекция, развивающаяся при внутривенном введении Candida albicans, а также вызванная в кишечнике естественным патогеном Citrobacter rodentium. Кроме участия в контроле инфекций Th17-клетки играют  важную  роль  в  индукции  и прогрессировании аутоиммунных заболеваний, в частности рассеянного склероза. В качестве вторичных эффекторных клеток в реакции Th17-типа вовлекаются гранулоциты и клетки моноцитарно-макрофагального ряда.

Таким образом, в динамике адаптивного иммунного ответа помимо антител как эффекторных молекул и  цитотоксических  Т-лимфоцитов в элиминацию антигенов и клеток, несущих их, вовлекаются клеточные и гуморальные системы врожденного иммунитета. Главными клеточными эффекторами при реакциях Th1-типа выступают макрофаги и NK-клетки, при антителообразовании с продукцией IgM, IgG, IgA – нейтрофилы и макрофаги, при реакциях Th2-типа – эозинофилы, тучные клетки, базофилы и макрофаги. Основной гуморальной эффекторной системой врожденного иммунитета является система комплемента (рис. 6C).

Рисунок 6C. Участие эффекторных систем врожденного иммунитета в эффекторных реакциях приобретенного иммунитета

При сопоставлении эффекторных механизмом врожденного и адаптивного иммунитета нетрудно заметить, что в элиминации патогена используются почти идентичные механизмы. Эффекторные антигенспецифические молекулы и клетки адаптивного иммунитета придают более высокую специфичность эффекторным механизмам врожденного иммунитета и усиливают их за счет контактных межклеточных взаимодействий и стимулирующего действия цитокинов. Во всех вариантах основной эффекторной клеткой, завершающей элиминацию патогена, является макрофаг.

Накопление иммунокомпетентных клеток и концентрация антител в очаге воспаления

Основной территорией, на которой происходит активация, пролиферация, дифференцировка клеток при развитии адаптивного иммунного ответа с образованием антител и/или эффекторных субпопуляций Т-лимфоцитов, являются тимусзависимые и тимуснезависимые зоны селезенки, лимфатических узлов и лимфоидных образований слизистых. Образующиеся в этих вторичных органах иммунной системы антитела и эффекторные Т-лимфоциты через систему кровообращения поступают в очаг воспаления, где и разыгрываются главные события, связанные с элиминаций патогена. Привлечению эффекторных Т-лимфоцитов и клеток врожденного иммунитета в зону воспаления способствуют хемоаттрактанты, среди которых наибольшую роль играют хемокины, C3a- и C5a-компоненты комплемента, формилметионин-содержащие пептиды бактерий, низкомолекулярные медиаторы воспаления, а также повышение экспрессии клетками эндотелия посткапиллярных венул P- (CD62P) и E-селектинов (CD62E), ICAM-1 (CD54) и VCAM-1 (CD106). Еще раз напомним, что  по  концепции  опасности,  предложенной  П. Матсингер (P. Matzinger), ведущую роль в запуске реакций приобретенного иммунитета играют активация дендритных клеток и продукция ими провоспалительных цитокинов, включая хемокины. Дендритные клетки, как и другие антигенпрезентирующие клетки (макрофаги, клетки Лангерганса), - это, по сути, мостик между врождённым и приобретенным иммунитетом. Для  поступления  в  очаг  воспаления  антител,   а также гуморальных эффекторов врожденного иммунитета важное значение имеет повышение проницаемости капилляров и увеличение гидростатического давления, связанное с развитием венозной гиперемии.

Деструкция иммунокомпетентными клетками и эффекторными молекулами антигенов и клеток, поврежденных патогеном

Полное разрушение патогена в очаге воспаления происходит в результате реализации эффекторных механизмов, связанных с активацией белков системы комплемента и комплемент-зависимым цитолизом, опсонизацией при фагоцитозе, деструкцией фагоцитами при участии радикалов кислорода и оксида азота, NK-клетками и цитотоксическими Т-лимфоцитами клеток, несущих антигены, PAMP или DAMP.

Выведение продуктов распада общеорганизменными системами выделения

Низкомолекулярные метаболиты, образовавшиеся в предшествующей стадии удаляются из организма через системы выделения – почки и желудочно-кишечный тракт.

Регенерация. Выздоровление. Поствоспалительная иммуносупрессия с сохранением иммунологической памяти

В организме, санированном от патогена, развивается последняя, завершающая стадия – продолжается регенерация, наступает выздоровление, отмечается спад продуктивного иммунного ответа с появлением иммунологической памяти.

Иммунологическая память – это приобретенная способность иммунной системы отвечать более быстро и эффективно на повторный контакт с тем же антигеном в виде антигенспецифических гуморальных и клеточных реакций.

Благодаря клеткам памяти, которые длительное время персистируют в организме (часто на протяжении всей жизни), при повторном попадании того же антигена в организм вторичный иммунный ответ развивается значительно быстрее (сокращается продолжительность индуктивного периода) и интенсивнее, причем продукция антител детерминирована строго генетически. В ранние сроки первичного иммунного ответа до 80% антител приходится на IgM, а вторичного – до 90% приходится на IgG. При вторичном иммунном ответе нет характерного для первичного последовательного переключения с IgM на IgG, а затем на IgA. Уровень последних повышается  одновременно  с  IgM,  так  как  в организме имеются увеличенные в численности клоны В-клеток памяти, несущих мембранные IgG и IgA. Антитела классов IgG и IgA обладают значительно более высоким сродством (аффинностью) к антигенным детерминантам. Повышение аффинности – результат соматических гипермутаций генов иммуноглобулинов в зародышевых центрах лимфоидных фолликулов и антигензависимой селекции клонов В-лимфоцитов при иммунном ответе.

Общефизиологические закономерности функционирования иммунной системы

Динамика первичного и вторичного иммунного ответа демонстрирует, что реакция клеток иммунной системы подчиняется тем же физиологическим закономерностям, которые установлены проф. Н.Е. Введенским для нервно-мышечного препарата. Академик П.Ф. Здродовский (1969 г.) сформулировал следующие законы функционирования иммунной системы:

1. Закон силы.
2. Закон конкуренции.
3. Закон интервалов.
4. Закон суммации раздражений.

При исследовании действий патогена (антигена) П.В. Здродовским установлено, что иммунная система подчиняется общефизиологическим иммунологическим закономерностям специального порядка.

Закон силы: чем больше доза антигена, тем выше титр антител и больше эффекторных клеток; все это происходит в определенном диапазоне доз, которые являются иммуногенными. На сверхбольшие дозы антигена иммунный ответ не развивается, формируется приобретенная иммунологическая толерантность высокой зоны. Эта закономерность впервые описана в 1944 г. Фелтоном (иммунологический паралич Фелтон). Феномен сходен с описанным в 1920 г. Н.Е. Введенским явлением парабиоза. В условиях ежедневного длительного введения очень малых доз антигена развивается иммунологическая толерантность низкой зоны, связанная с активацией регуляторных Т-клеток.

Закон конкуренции антигенов: при одновременном воздействии нескольких антигенов иммунный ответ возникает только на тот, который является оптимальным антигенным раздражителем, на остальные антигены ответ слабее. Например, при вакцинации детей АКДС-вакциной развивающийся ответ неодинаков. При оценке уровня антител к коклюшному антигену, дифтерийному и столбнячному анатоксинам удовлетворительный ответ выявляется у 50-60% детей, слабый или отрицательный у 35-45%, а у 3-5% развивается аллергия. Увеличение количества антигенов в эксперименте на этапе доклинических испытаний приводит к полной утрате иммуногенности вакцин.

Закон интервалов: необходимо использовать оптимальные интервалы между повторными инъекциями антигена для получения наиболее высокого иммунного ответа при вакцинации, опираясь на закономерности функционирования иммунной системы. По сути, это закон ревакцинации: оптимальный вторичный иммунный ответ развивается, если интервал между инъекциями составляет не менее 3-4 недель, а лучше несколько месяцев.

Закон суммации раздражений: чем больше инъекций, тем выше титры антител, т. е. идет суммация раздражений.

Иммунная система как составная часть единой НЭИМ-системы

Иммунная система является составной частью единой гомеостатической нервно-эндокринно-иммунной (НЭИМ) системы.

Во-первых, иммунная система отвечает за сохранение генетического гомеостаза организма. Подобно органам чувств, она является своеобразным сканером поступающей в организм информации – проверяет внутри организма поступающие извне и эндогенные макромолекулы и биологические объекты на наличие опасности нарушения биологической индивидуальности организма. В случае обнаружения «чужих» или «измененных своих» антигенов она их анализирует, отвечает на их воздействие и запоминает.

Иммунная система наряду с  ЦНС  обладает  на основе приобретенного опыта свойством дополнять генетически детерминированную программу поведения организма за исключением того, что ее аналитическая деятельность протекает вне рамок нашего сознания.

Во-вторых, иммунная система, наряду с нервной и эндокринной является важнейшей регуляторной системой организма. И в условиях нормы, и особенно в условиях повреждения все 3 системы работают синхронно, кооперативно, способствуя развитию общего адаптационного синдрома, мобилизующего ресурсы организма для устранения и самого повреждающего фактора, и последствий его воздействия. При этом иммунная система, подобно центральной нервной системе формирует морфофункциональную доминанту, ядром которой выступают антигенспецифические клоны Т и В-лимфоцитов.

В процессе эволюции резко усложнились механизмы, обеспечивающие взаимосвязь трех регуляторных систем. На любые воздействия реагируют все три системы: они включаются сразу, динамично, однако вклад ответа каждой во времени различен (рис. 7C). Особую роль в их взаимодействии при этом играет цитокиновая сеть, включающаяся на всех этапах во всех системах.

Рисунок 7C. Структура реакции организма на патогенное воздействие (по M. Aller et al., 2001)

В целом во всех системах формирование единого нейро-эндокринно-иммунного комплекса стало эволюционной вершиной развития биоинформационных систем.

Подводя итог сказанному, можно дать следующее определение.

Иммунитет – это способ защиты  организма  от различных веществ, характеризующийся изменением функциональной активности иммуноцитов, обладающий выраженным регуляторным влиянием и реализующий свои эффекты преимущественно в очаге воспаления.

вспомогательная информация

Главный комплекс гистосовместимости

На рисунке: взаимодействие вспомогательных молекул между Т-клетками и антиген-презентирующей клеткой (APC) / клеткой-мишенью. Показано, что рецептор MHC II связывает Т-клеточный рецептор (TCR) CD4⁺ T-клетки, а рецептор MHC I - TCR CD8⁺ T-клетки

Человеческие лейкоцитарные антигены (HLA) или главный комплекс гистосовместимости (MHC)

Человеческие лейкоцитарные антигены (HLA, Human Leukocyte Antigens) или главный комплекс гистосовместимости (MHC) у людей – это комплекс, представленный белками клеточной поверхности (мембранными белками), ответственными за регуляцию иммунной системы (адаптивной), которые кодируются комплексом генов на 6-й хромосоме человека. Система HLA также известна как человеческая версия главного комплекса гистосовместимости (MHC, Major Histocompatibility Complex), обнаруженного у многих животных. Гены HLA являются человеческой версией генов MHC многих позвоночных.

Мутации в генах HLA могут быть связаны с аутоиммунными заболеваниями, такими как диабет I типа и целиакия. Гены HLA очень полиморфны, что означает, что они имеют много разных аллелей, что позволяет им точно настраивать адаптивную иммунную систему. Белки, кодируемые определенными генами, также известны как антигены.

MHC класса I

HLA (человеческие лейкоцитарные антигены), соответствующие MHC класса I (A, B и C), все из которых относятся к группе HLA класса 1, представляют пептиды изнутри клетки. Например, если клетка заражена вирусом, система HLA выводит фрагменты вируса на поверхность клетки, чтобы клетка могла быть уничтожена иммунной системой. Эти пептиды производятся из переваренных белков, которые расщепляются в протеасомах. Как правило, эти конкретные пептиды представляют собой небольшие полимеры длиной около 8-10 аминокислот. Чужеродные антигены, представленные МНС класса I, привлекают Т-лимфоциты, называемые Т-клетками-киллерами (также называемые CD8⁺ Т-лимфоцитами или цитотоксическими Т-клетками), которые разрушают клетки.

Молекулы MHC класса I связывают пептиды, образующиеся в основном в результате деградации цитозольных белков протеасомой. Затем комплекс MHC I:пептид встраивается через эндоплазматический ретикулум во внешнюю плазматическую мембрану клетки. Пептид-эпитоп связан с внеклеточными частями молекулы MHC класса I. Таким образом, функция MHC класса I заключается в демонстрации внутриклеточных белков цитотоксическим Т-лимфоцитами (CTLs). Однако MHC класса I могут также презентировать пептиды, полученные из экзогенных белков, в процессе, известном как перекрестная презентация.

На рис. слева. Упрощенная схема деградации цитоплазматического белка протеасомой, транспорта в эндоплазматический ретикулум с помощью комплекса TAP, нагрузки на MHC класса I и транспорта на поверхность для презентации.

Примечание: Молекулы МНС связывают пептиды, полученные из собственных белков, так же как и от чужеродных антигенов, но комплексы молекул МНС с собственными пептидами в нормальных условиях не активируют Т-клеточный ответ.

Нормальная клетка будет демонстрировать пептиды из нормального оборота клеточных белков на своем MHC класса I, и цитотоксические Т-лимфоциты (CTLs) не будут активироваться в ответ на них из-за центральных и периферических механизмов толерантности. Когда клетка экспрессирует чужеродные белки, например, после вирусной инфекции, часть MHC класса I будет отображать эти пептиды на поверхности клетки. Следовательно, CTLs, специфичные для комплекса MHC:пептид, будут распознавать и уничтожать представленные клетки.

Альтернативно, МНС класса I сам по себе может служить ингибирующим лигандом для естественных клеток-киллеров (NKs). Снижение нормальных уровней поверхностного МНС класса I, механизм, используемый некоторыми вирусами [4] и некоторыми опухолями для уклонения от ответов CTLs, активирует уничтожение NK-клеток.

Молекулы MHC класса I представляют собой гетеродимеры, состоящие из двух полипептидных цепей, α- и β2-микроглобулина (B2M). Две цепи связаны нековалентно за счет взаимодействия B2M и домена α3. Только α-цепь полиморфна и кодируется геном HLA, в то время как субъединица B2M не является полиморфной и кодируется геном микроглобулина бета-2. Домен α3 проходит через плазматическую мембрану и взаимодействует с корецептором CD8 Т-клеток. Взаимодействие α3-CD8 удерживает молекулу MHC I на месте, в то время как Т-клеточный рецептор (TCR) на поверхности цитотоксической Т-клетки связывает ее гетеродимерный лиганд α1-α2 и проверяет сопряженный пептид на антигенность. Домены α1 и α2 складываются, образуя бороздку для связывания пептидов. Молекулы MHC класса I связывают пептиды, длина которых составляет преимущественно 8-10 аминокислот, но также сообщалось о связывании более длинных пептидов.

MHC класса II

HLA (человеческие лейкоцитарные антигены), соответствующие MHC класса II (DP, DM, DO, DQ и DR), представляют антигены извне клетки Т-лимфоцитам. Эти конкретные антигены стимулируют размножение Т-хелперов (также называемых CD4⁺ Т-клетками), которые, в свою очередь, стимулируют В-клетки, продуцирующие антитела, к выработке антител к этому специфическому антигену. Собственные антигены подавляются регуляторными Т-клетками. Предсказать, какие антигены (фрагменты) будут представлены иммунной системе определенным типом HLA, сложно, но используемая технология совершенствуется.

Эти молекулы конститутивно экспрессируются в профессиональных иммунных антигенпрезентирующих клетках, но также могут индуцироваться интерфероном γ в других клетках. Они экспрессируются на эпителиальных клетках тимуса и на антигенпрезентирующих клетках (APCs) на периферии. Экспрессия MHC класса II тесно регулируется в APCs с помощью CIITA, который является трансактиватором MHC класса II. CIITA экспрессируется исключительно на профессиональных APCs, однако непрофессиональные APCs также могут регулировать активность CIITA и экспрессию MHC II. Как уже упоминалось, интерферон γ (IFN-γ) запускает экспрессию CIITA, а также отвечает за преобразование моноцитов, которые являются отрицательными клетками MHC класса II, в функциональные APCs, которые экспрессируют MHC класса II на своей поверхности.

MHC класса II также экспрессируется на врожденных лимфоидных клетках группы 3 (ILC3).

Молекулы MHC класса II, представляющие правильные пептиды, которые стабильно связаны, необходимы для общей иммунной функции.

Поскольку MHC класса II загружен внеклеточными белками, он в основном связан с присутствием внеклеточных патогенов (например, бактерий, которые могут инфицировать рану или кровь). Молекулы класса II взаимодействуют в основном с иммунными клетками, такими как Т-хелперные клетки (CD4⁺). Представленный пептид регулирует реакцию Т-клеток на инфекцию. Стабильное связывание пептида необходимо для предотвращения отсоединения и деградации пептида, что может произойти без надежного присоединения к молекуле главного комплекса гистосовместимости. Это предотвратило бы распознавание антигена Т-клетками, рекрутирование Т-клеток и надлежащий иммунный ответ. Запущенный соответствующий иммунный ответ может включать локальное воспаление и отек из-за рекрутирования фагоцитов или может привести к полному гуморальному иммунному ответу из-за активации В-клеток.

Как и молекулы MHC класса I, молекулы класса II также являются гетеродимерами, но в данном случае состоят из двух гомогенных пептидов, α- и β-цепей, оба из которых кодируются в MHC. Подобозначение α1, α2 и т. д. относится к отдельным доменам внутри гена HLA; каждый домен обычно кодируется другим экзоном внутри гена, а некоторые гены имеют дополнительные домены, которые кодируют лидерные последовательности, трансмембранные последовательности и т. д. Эти молекулы имеют как внеклеточные области, так и трансмембранную последовательность и цитоплазматический хвост. Области α1 и β1 цепей объединяются, образуя дистальный к мембране пептидсвязывающий домен, в то время как области α2 и β2, оставшиеся внеклеточные части цепей, образуют проксимальный к мембране иммуноглобулиноподобный домен. Канавка для связывания антигена, в которой связывается антиген или пептид, состоит из двух стенок α-спиралей и β-листа.

*************************

Дополнительная информация

• T-лимфоциты и их циркуляция
• Врожденный и адаптивный иммунитет
• Иммунитет, лимфоциты и дендритные клетки
• Регуляторные Т-клетки - миротворцы иммунной системы
• Развитие и поддержание регуляторных Т-клеток кишечника
• Работа клеток иммунной системы
• Врожденные лимфоидные клетки и патогенные бактерии
• Как работает иммунитет. Основные понятия
• Цитокины
• Толл-подобные рецепторы
• Арилуглеводородный рецептор AHR

К разделу: Микробиом, иммунитет, пробиотики

Будьте здоровы!