Врожденный и адаптивный иммунитет

ВРОЖДЕННАЯ И АДАПТИВНАЯ ИММУННЫЕ СИСТЕМЫ

 

ВРОЖДЕННЫЙ И АДАПТИВНЫЙ ИММУНИТЕТ

СОДЕРЖАНИЕ

• I. ВРОЖДЕННЫЙ И АДАПТИВНЫЙ ИММУНИТЕТ
• Компоненты врожденного иммунитета
• Система адаптивного иммунитета
• Механизмы иммунного ответа
  
• Таблица 1. Особенности врожденного и адаптивного иммунитета
• ИНФЕКЦИОННЫЙ ИММУНИТЕТ
• Иммунитет к бактериям
• Внеклеточные бактерии
• Внутриклеточные бактерии
• Иммунитет к вирусу
• Иммунитет к паразитам
• Противогрибковый иммунитет
• II. ВРОЖДЕННЫЙ ИММУНИТЕТ
• Основные функции врожденной иммунной системы
• Воспаление
• Воспалительная реакция (симптомы)
• Система комплемента
• II. АДАПТИВНЫЙ ИММУНИТЕТ
• Функции адаптивного иммунитета
• Лимфоциты
• Презентация антигена
• Т-лимфоциты
• CD8⁺ Т-лимфоциты и цитотоксичность
• Вспомогательные Т-клетки (Т-хелеперы)
• В-лимфоциты и выработка антител
• Связывание антигена и антитела
• Иммунологическая память

Защита от микробов опосредуется ранними реакциями врожденного иммунитета и более поздними реакциями адаптивного иммунитета. (рис. 1, 2; Таблица 1)

1) Врожденный иммунитет (также называемый естественным или неспецифическим) обеспечивает раннюю линию защиты от микробов. Он состоит из клеточных и биохимических защитных механизмов, которые действуют еще до заражения и готовы быстро реагировать на инфекции. Механизмы врожденного иммунитета специфичны для структур, которые являются общими для групп родственных микробов, и могут не различать тонких различий между микробами.

По врожденному иммунитету см. также ниже ->, а также здесь -> и здесь->  

Основными компонентами врожденного иммунитета являются:

1. Физические и химические барьеры, такие как эпителий и противомикробные химические вещества, образующиеся на эпителиальных поверхностях;
2. Фагоцитарные клетки (нейтрофилы, макрофаги), дендритные клетки и естественные клетки-киллеры (NK) и другие врожденные лимфоидные клетки;
3. Белки крови, в том числе члены системы комплемента и другие медиаторы воспаления.

2) Адаптивный иммунитет (также называемый специфическим или приобретенным иммунитетом) распознает и реагирует на большое количество микробных и немикробных веществ. Определяющими характеристиками адаптивного иммунитета являются способность распознавать различные вещества (называемая специфичностью), и способность более энергично реагировать на повторное воздействие одного и того же патогена (известная как иммунная память). Уникальными компонентами адаптивного иммунитета являются клетки, называемые лимфоцитами, и их секретируемые продукты, такие как антитела. Чужеродные вещества, которые вызывают специфические иммунные реакции или распознаются лимфоцитами или антителами, называются антигенами.

По адаптивному иммунитету см. также ниже ->, а также здесь -> и здесь ->.

Рисунок 1. Механизмы иммунного ответа. Точно так же, как устойчивость к болезням может быть врожденной или приобретенной, механизмы, ее опосредующие, можно соответственно разделить на врожденные (слева) и адаптивные (справа), каждый из которых состоит как из клеточных (нижняя половина), так и из гуморальных элементов (т.е. свободно присутствующих в сыворотке крови или жидкостях организма; верхняя половина). Адаптивные механизмы, появившиеся совсем недавно, выполняют многие из своих функций, взаимодействуя с более старыми врожденными механизмами.

Врожденный иммунитет активируется, когда клетки используют специализированные наборы рецепторов (рецепторы распознавания образов, PRRs) для распознавания различных видов микроорганизмов (бактерий, вирусов и т. д.), которым удалось проникнуть в организм хозяина. Связывание с этими рецепторами активирует ограниченное число основных механизмов уничтожения микробов, таких как фагоцитоз бактерий макрофагами и нейтрофилами или высвобождение противовирусных интерферонов. Многие из механизмов врожденного иммунитета в значительной степени такие же, как те, которые ответственны за неспецифическую реакцию на повреждение тканей с развитием воспаления (закройте правую часть рисунка 1, чтобы оценить это). Однако, поскольку природа врожденного иммунного ответа зависит от типа инфекции, термин «неспецифический», хотя и часто используемый как синоним «врожденного», не совсем точен.

Адаптивный иммунитет основан на особых свойствах лимфоцитов (Т-лимфоцитов и В-лимфоцитов, внизу справа), которые могут избирательно реагировать на тысячи различных чужеродных материалов или «антигенов», что приводит к специфической памяти и необратимо измененному характеру реакции - адаптации к окружающей среде. Адаптивные механизмы могут функционировать сами по себе против определенных антигенов (закройте левую часть рисунка 1), но большинство их эффектов проявляется посредством взаимодействия антител с комплементом и фагоцитарными клетками врожденного иммунитета, а также посредством взаимодействия Т-клетки с макрофагами (пунктирные линии). За счет активации этих врожденных механизмов адаптивные реакции часто провоцируют острое или хроническое воспаление; когда это становится чувствительной помехой, это называется гиперчувствительностью.

Рисунок 2. Временная шкала врожденного и адаптивного иммунитета. Механизмы врожденного иммунитета обеспечивают первоначальную защиту от инфекций. Адаптивные иммунные реакции развиваются позже и требуют активации лимфоцитов. Кинетика врожденных и адаптивных иммунных реакций является приблизительной и может варьироваться при различных инфекциях.

Врожденный и адаптивный иммунные ответы являются компонентами интегрированной системы защиты хозяина, в которой многочисленные клетки и молекулы функционируют совместно. Механизмы врожденного иммунитета обеспечивают эффективную начальную защиту от инфекций. Однако многие патогенные микробы эволюционировали, чтобы противостоять врожденному иммунитету, и для их уничтожения требуются более мощные механизмы адаптивного иммунитета. Между врожденной и адаптивной иммунной системами существуют многочисленные связи. Врожденный иммунный ответ на микробы стимулирует адаптивные иммунные реакции и влияет на характер адаптивных реакций. И наоборот, адаптивные иммунные реакции часто работают за счет усиления защитных механизмов врожденного иммунитета, делая их более способными эффективно бороться с патогенными микробами.

Таблица 1. Особенности врожденного и адаптивного иммунитета

	Врожденный	Адаптивный
Характеристики
Специфика	Для молекул, общих для групп родственных микробов, и молекул, продуцируемых поврежденными клетками-хозяевами.	Для микробных и немикробных антигенов
Разнообразие	Ограничено; кодировка зародышевой линии	Очень большое; рецепторы образуются в результате соматической рекомбинации сегментов генов
Память (иммунная)	Нет	Да
Компоненты
Клеточные и химические барьеры	Кожа, эпителий слизистых оболочек; противомикробные молекулы	Лимфоциты в эпителии; антитела, секретируемые на эпителиальных поверхностях
Белки крови	Комплемент (белки системы комплемента), другие	Антитела
Клетки	Фагоциты (макрофаги, нейтрофилы), естественные клетки-киллеры, врожденные лимфоидные клетки	Лимфоциты

Инфекционный иммунитет

Развитие инфекционного заболевания у человека связано со сложными взаимодействиями между микробом и хозяином. Ключевые события во время инфекции включают проникновение микроба, инвазию и колонизацию тканей хозяина, уклонение от иммунитета хозяина и повреждение тканей или функциональные нарушения. Микробы вызывают заболевание, непосредственно убивая заражаемые ими клетки-хозяева или высвобождая токсины, которые могут вызывать повреждение тканей и функциональные расстройства в соседних или отдаленных клетках и тканях, которые не инфицированы.

Взаимодействие иммунной системы с инфекционными организмами представляет собой динамическое взаимодействие механизмов хозяина, направленных на устранение инфекции, и микробных стратегий, разработанных для обеспечения выживания перед лицом мощной защиты. Различные типы инфекционных агентов стимулируют разные типы иммунных реакций и развили уникальные механизмы уклонения от иммунитета. При некоторых инфекциях иммунный ответ является причиной повреждения тканей и заболевания.

Здесь мы рассмотрим основные черты иммунитета к четырем основным категориям патогенных микроорганизмов: внеклеточным и внутриклеточным бактериям, грибам, вирусам и простейшим, а также к многоклеточным паразитам.

Иммунитет к бактериям

1. Внеклеточные бактерии

Внеклеточные бактерии способны размножаться вне клеток-хозяев, например, в крови, в соединительных тканях и в тканевых пространствах, таких как просветы дыхательных путей и желудочно-кишечный тракт. Многие различные виды внеклеточных бактерий являются патогенными, и заболевание вызывается двумя основными механизмами. Во-первых, эти бактерии вызывают воспаление, которое приводит к разрушению тканей в месте заражения. Во-вторых, бактерии вырабатывают токсины, обладающие разнообразными патологическими эффектами. Токсины могут быть эндотоксинами, которые являются компонентами стенок бактериальных клеток, или экзотоксинами, которые секретируются бактериями. Эндотоксин грамотрицательных бактерий, также называемый липополисахаридом (ЛПС), является мощным активатором макрофагов, дендритных клеток и эндотелиальных клеток. Многие экзотоксины являются цитотоксическими, а другие вызывают заболевания с помощью различных механизмов. Например, токсин дифтерии подавляет синтез белка в инфицированных клетках, токсин холеры препятствует транспорту ионов и воды, токсин столбняка ингибирует нервно-мышечную передачу, а токсин сибирской язвы нарушает несколько важнейших биохимических сигнальных путей в инфицированных клетках. Другие экзотоксины нарушают нормальные клеточные функции, не убивая клетки, а третьи экзотоксины стимулируют выработку цитокинов, вызывающих заболевание.

А. Врожденный иммунитет

Основными механизмами врожденного иммунитета к внеклеточным бактериям являются активация комплемента, фагоцитоз и воспалительная реакция.

Активация комплемента: пептидогликаны в клеточных стенках грамположительных бактерий и ЛПС в грамотрицательных бактериях активируют комплемент альтернативным путем. Бактерии, которые экспрессируют маннозу на своей поверхности, могут связывать маннозо-связывающий лектин, который активирует комплемент по лектиновому пути. Одним из результатов активации комплемента является опсонизация и усиленный фагоцитоз бактерий. Кроме того, комплекс мембранной атаки, генерируемый комплементом, активирует лизис бактерий, фагоциты и воспаление: фагоциты (нейтрофилы и макрофаги) используют поверхностные рецепторы, включая рецепторы маннозы и рецепторы-мусорщики, для распознавания внеклеточных бактерий, и они используют Fc-рецепторы и рецепторы комплемента для распознавания бактерий, опсонизированных антителами и белками комплемента, соответственно. Кроме того, дендритные клетки и фагоциты, активируемые микробами, выделяют цитокины, которые индуцируют инфильтрацию лейкоцитов в очаги инфекции (воспаления). Набранные лейкоциты поглощают и уничтожают бактерии.

Б. Адаптивный иммунитет

Гуморальный иммунитет является основным защитным иммунным ответом против внеклеточных бактерий, и он функционирует для блокирования инфекции, уничтожения микробов и нейтрализации их токсинов. Реакции антител против внеклеточных бактерий направлены против антигенов клеточной стенки и секретируемых и связанных с клетками токсинов, которые могут быть полисахаридами или белками. Полисахариды являются прототипическими Т-независимыми антигенами (могут активировать В-клетки без помощи Т-клеток – ред.), а гуморальный иммунитет является основным механизмом защиты от богатых полисахаридами инкапсулированных бактерий. Эффекторные механизмы, используемые антителами для борьбы с этими инфекциями, включают нейтрализацию, опсонизацию и фагоцитоз, а также активацию комплемента классическим путем. Белковые антигены внеклеточных бактерий также активируют CD4⁺ хелперные Т-клетки, которые продуцируют цитокины, вызывающие местное воспаление, усиливают фагоцитарную и микробицидную активность макрофагов и нейтрофилов и стимулируют выработку антител (Рисунок 3).

Рисунок 3. Адаптивные иммунные ответы на внеклеточные микробы. Адаптивный иммунный ответ на внеклеточные микробы, такие как бактерии и их токсины, заключается в выработке антител и активации CD4⁺ Т-хелперов.

2. Внутриклеточные бактерии

Характерной чертой факультативных внутриклеточных бактерий является их способность выживать и даже размножаться внутри фагоцитов. Поскольку эти микробы способны найти нишу, где они недоступны для циркулирующих антител, для их устранения требуются механизмы клеточно-опосредованного иммунитета.

А. Врожденный иммунитет

Врожденный иммунный ответ на внутриклеточные бактерии опосредуется главным образом фагоцитами и естественными киллерами (NK). Внутриклеточные бактерии активируют NK-клетки, индуцируя экспрессию лигандов, активирующих NK-клетки, на инфицированных клетках и стимулируя выработку дендритными клетками и макрофагами IL-12 и IL-15, оба из которых являются цитокинами, активирующими NK-клетки. NK-клетки продуцируют IFN-γ, который, в свою очередь, активирует макрофаги и способствует уничтожению фагоцитированных бактерий. Таким образом, NK-клетки обеспечивают раннюю защиту от этих микробов, до развития адаптивного иммунитета (Рисунок 4а).

Б. Адаптивный иммунитет

Основным защитным иммунным ответом против внутриклеточных бактерий является опосредованное Т-клетками привлечение и активация фагоцитов (клеточно-опосредованный иммунитет). Фагоцитированные бактерии стимулируют ответы CD8⁺ Т-клеток, если бактериальные антигены транспортируются из фагосом в цитозоль или если бактерии выходят из фагосом и проникают в цитоплазму инфицированных клеток. В цитозоле микробы уже не восприимчивы к микробицидным механизмам фагоцитов, и для эрадикации инфекции инфицированные клетки приходится уничтожать цитотоксическим CD8⁺ Т-лимфоцитам (CTL). Таким образом, эффекторы клеточно-опосредованного иммунитета, а именно CD4⁺ Т-клетки, активирующие макрофаги, и CTLs, функционируют совместно в защите от внутриклеточных бактерий (Рисунок 4b).

Рисунок 4. Врожденный и адаптивный иммунитет к внутриклеточным бактериям.

Иммунитет к вирусу

Вирусы являются обязательными внутриклеточными микроорганизмами, которые используют компоненты синтетического механизма нуклеиновых кислот и белков хозяина для репликации и распространения. Вирусы обычно заражают различные типы клеток, используя молекулы нормальной клеточной поверхности в качестве рецепторов для проникновения в клетки. Проникнув в клетки, вирусы могут вызвать повреждение тканей и заболевание любым из нескольких механизмов. Врожденные и адаптивные иммунные реакции на вирусы направлены на блокирование инфекции и уничтожение инфицированных клеток. Инфекция предотвращается интерферонами I типа как частью врожденного иммунитета и нейтрализующими антителами, способствующими адаптивному иммунитету. Как только инфекция установлена, инфицированные клетки элиминируются NK-клетками во врожденном ответе и CTLs в адаптивном ответе.

А. Врожденный иммунитет к вирусам

Основными механизмами врожденного иммунитета против вирусов являются ингибирование инфекции интерферонами I типа и уничтожение инфицированных клеток, опосредованное NK–клетками. NK-клетки убивают другие клетки, инфицированные различными вирусами, и являются важным механизмом иммунитета против вирусов на ранних стадиях инфекции, до того, как развиваются адаптивные иммунные реакции (рис. 5а).

Б. Адаптивный иммунитет к вирусу

Адаптивный иммунитет против вирусных инфекций опосредуется антителами, которые блокируют связывание вируса и его проникновение в клетки-хозяева, а также цитотоксическими Т-лимфоцитами (CTLs), которые уничтожают инфекцию, убивая инфицированные клетки. Антитела эффективны против вирусов только на внеклеточной стадии жизни этих микробов. Вирусы могут быть внеклеточными на ранних стадиях инфекции, до того, как они заразят клетки-хозяева, или когда они высвобождаются из инфицированных клеток в результате почкования вируса, или если инфицированные клетки умирают. Противовирусные антитела связываются с антигенами вирусной оболочки или капсида и функционируют главным образом как нейтрализующие антитела для предотвращения прикрепления вируса и проникновения в клетки-хозяева. Устранение вирусов, которые находятся внутри клеток, опосредуется CTLs, которые убивают инфицированные клетки. Основной физиологической функцией CTL_S является защита от вирусной инфекции. Большинство вирусспецифичных CTLs представляют собой CD8⁺ Т-клетки, которые распознают цитозольные, обычно эндогенно синтезированные, вирусные пептиды, представленные молекулами МНС класса I (рис. 5b).

Рисунок 5. Врожденный и адаптивный иммунный ответ против вирусов.

Иммунитет к паразитам

В терминологии инфекционных заболеваний паразитарная инфекция относится к заражению паразитами животных, такими как простейшие, гельминты и эктопаразиты (например, клещи). Большинство паразитов проходят сложные жизненные циклы, часть из которых происходит у людей (или других позвоночных животных), а часть - у промежуточных хозяев, таких как мухи, улитки. Люди обычно заражаются в результате укусов инфицированных промежуточных хозяев или при совместном проживании в определенной среде обитания с промежуточным хозяином. Большинство паразитарных инфекций являются хроническими из-за слабого врожденного иммунитета и способности паразитов уклоняться или сопротивляться уничтожению с помощью адаптивных иммунных реакций. Кроме того, многие противопаразитарные препараты неэффективны при уничтожении организмов.

А. Врожденный иммунитет к паразитам

Хотя было показано, что различные простейшие и гельминтозные паразиты активируют различные механизмы врожденного иммунитета, эти организмы часто способны выживать и размножаться в своих хозяевах, потому что они хорошо приспособлены противостоять защитным силам хозяина. Основным врожденным иммунным ответом на простейших является фагоцитоз, но многие из паразитов устойчивы к фагоцитарному уничтожению и могут даже размножаться внутри макрофагов. Фагоциты могут также атаковать гельминтозных паразитов и выделять бактерицидные вещества для уничтожения организмов, которые слишком велики для фагоцитоза. Однако многие гельминты имеют толстые покровы, которые делают их устойчивыми к цитоцидным (литическим) механизмам нейтрофилов и макрофагов, и они слишком велики, чтобы быть проглоченными фагоцитами.

Б. Адаптивный иммунитет к паразитам

Различные простейшие и гельминты сильно различаются по своим структурным и биохимическим свойствам, жизненным циклам и патогенным механизмам. Поэтому неудивительно, что разные паразиты вызывают различные адаптивные иммунные реакции. Некоторые патогенные простейшие эволюционировали, чтобы выжить в клетках-хозяевах, поэтому защитный иммунитет против этих организмов обеспечивается механизмами, аналогичными тем, которые устраняют внутриклеточные бактерии и вирусы. Напротив, метазои, такие как гельминты, выживают во внеклеточных тканях, и их элиминация часто зависит от особых типов реакций антител. Основным защитным механизмом против простейших, выживающих в макрофагах, является клеточно-опосредованный иммунитет, в частности активация макрофагов цитокинами Th1-клеточного происхождения. Защита от многих глистных инфекций опосредуется активацией клеток Th2, которые приводят к выработке антител IgE и активации эозинофилов.

Противогрибковый иммунитет

Грибковые инфекции, также называемые микозами, являются важными причинами заболеваемости и смертности у людей. Некоторые грибковые инфекции являются эндемичными, и эти инфекции обычно вызываются грибками, присутствующими в окружающей среде и споры которых попадают в организм человека. Другие грибковые инфекции считаются условно-патогенными, поскольку возбудители вызывают легкие заболевания или не вызывают их вообще у здоровых людей, но могут инфицировать и вызывать тяжелые заболевания у лиц с иммунодефицитом. Нарушенный иммунитет является наиболее важным предрасполагающим фактором для клинически значимых грибковых инфекций. Различные грибы поражают человека и могут жить во внеклеточных тканях и внутри фагоцитов. Поэтому иммунный ответ на эти микробы часто представляет собой комбинацию ответов на внеклеточные и внутриклеточные бактерии. Однако о противогрибковом иммунитете известно меньше, чем об иммунитете против бактерий и вирусов.

---

II. ВРОЖДЕННЫЙ ИММУНИТЕТ

Рис. 6. Функции врожденного иммунитета. Обозначения: PAMP (Pathogen Associated Molecular Patterns) – молекулярные структуры микроорганизмов; HSP (Heat Shock Protein) – белки теплового шока; β-дефензин - антимикробный пептид; Фибронектин - гликопротеин внеклеточного матрикса; TLR (Toll-Like Receptors) – Толл-подобные рецепторы; NLR (NOD-Like Receptors) – NOD-подобные рецепторы; RLR (RIG-Like Receptors) – RIG-подобные рецепторы (внутриклеточные рецепторы, участвующие в распознавании вирусов).

Врожденная иммунная система (врожденный иммунитет) является одной из двух основных стратегий иммунитета (другой является адаптивная иммунная система) у позвоночных. Врожденная иммунная система является более старой эволюционной защитной стратегией, относительно говоря, и является доминирующим ответом иммунной системы, обнаруженным, помимо позвоночных, у растений, грибов, насекомых и примитивных многоклеточных организмов.

См. также выше->, а также здесь ->  и здесь->

Основные функции врожденной иммунной системы заключаются в следующем:

• Рекрутирование (привлечение) иммунных клеток в очаги инфекции, путем производства химических факторов, в том числе химических медиаторов, называемых цитокинами.
• Активировация белкового каскада системы комплемента для идентификации бактерий, активирования клеток и содействия удалению комплексов антител или мертвых клеток
• Выявление и удаление инородных тел, присутствующих в органах, тканях, крови и лимфе, с помощью специализированных лейкоцитов
• Активация адаптивной иммунной системы посредством презентации антигена
• Действие в качестве физического и химического барьера для инфекционных агентов, которые преодолевают физический барьер первой линии; с помощью физических мер, таких как кожа, и химических мер, таких как факторы свертывания крови, которые высвобождаются после ушиба или другой травмы.

Анатомические барьеры включают физические, химические и биологические барьеры. Эпителиальные поверхности образуют физический барьер, непроницаемый для большинства инфекционных агентов, действуя как первая линия защиты от вторгающихся организмов. Шелушение (выпадение) эпителия кожи также помогает удалить бактерии и другие инфекционные агенты, которые прилипли к поверхности эпителия. Отсутствие кровеносных сосудов, неспособность эпидермиса удерживать влагу и наличие сальных желез в дерме создают среду, непригодную для выживания микробов. В желудочно-кишечном тракте и дыхательных путях движение за счет перистальтики или ресничек, соответственно, помогает удалить инфекционные агенты. Слизь также задерживает инфекционные агенты. Кишечная флора может предотвращать колонизацию патогенных бактерий, выделяя токсичные вещества или конкурируя с патогенными бактериями за питательные вещества или места прикрепления к поверхности клеток. Промывающее действие слез и слюны помогает предотвратить инфекцию глаз и рта.

См. также: Роль фагоцитов во врожденном иммунитете

Воспаление

См. также:

• Воспалительная реакция
• Иммунологические механизмы локального воспаления

Воспаление является одним из первых ответов иммунной системы на инфекцию или раздражение. Воспаление стимулируется химическими факторами, выделяемыми поврежденными клетками. Оно создает физический барьер против распространения инфекции и способствует заживлению любых поврежденных тканей после элиминации патогенов.

Процесс острого воспаления инициируется клетками, уже присутствующими во всех тканях, в основном резидентными макрофагами, дендритными клетками, гистиоцитами, клетками Купфера и тучными клетками. Эти клетки используют рецепторы, содержащиеся на поверхности или внутри клетки, называемые рецепторами распознавания образов (PRRs), которые распознают молекулы, широко распространенные среди патогенов, но отличающиеся от молекул-хозяев, в совокупности называемые патоген-ассоциированными молекулярными узорами (PAMPs). В начале инфекции или других повреждений эти клетки активируются (один из их PRRs распознает PAMP) и высвобождают медиаторы воспаления, ответственные за клинические признаки воспаления.

Химические факторы, вырабатываемые при воспалении (гистамин, брадикинин, серотонин, лейкотриены и простагландины), сенсибилизируют болевые рецепторы, вызывают местную вазодилатацию кровеносных сосудов и привлекают фагоциты, особенно нейтрофилы. Затем нейтрофилы запускают другие части иммунной системы, высвобождая факторы, вызывающие дополнительные лейкоциты и лимфоциты. Цитокины, продуцируемые макрофагами и другими клетками врожденной иммунной системы, опосредуют воспалительную реакцию. Эти цитокины включают TNF, HMGB1 (амфотерин) и IL-1.

Воспалительная реакция характеризуется следующими симптомами:

• покраснение кожи из-за локального усиления кровообращения;
• жар, либо повышенная локальная температура, например ощущение тепла вокруг локализованной инфекции, либо системная лихорадка;
• отек пораженных тканей, например, верхних отделов глотки при простуде или пораженных ревматоидным артритом суставов;
• повышенное выделение слизи, что может вызывать такие симптомы, как насморк или продуктивный кашель;
• боль, будь то локальная боль, такая как боль в суставах или боль в горле, или боль во всем теле, такая как ломота в теле; и
• возможная дисфункция пораженных органов/тканей.

Система комплемента

См. также: Система комплемента для действия антител

Система комплемента представляет собой биохимический каскад иммунной системы, который помогает или «дополняет» способность антител уничтожать патогены или маркировать их для уничтожения другими клетками. Каскад состоит из многих белков плазмы, синтезируемых в печени, прежде всего гепатоцитами. Белки работают вместе, чтобы:

• вызвать рекрутирование воспалительных клеток
• «помечать» патогены для уничтожения другими клетками путем опсонизации или покрытия поверхности патогена
• образовывать отверстия в плазматической мембране возбудителя (патогенна), в результате чего цитолиз клетки возбудителя вызывает гибель возбудителя
• избавлять организм от нейтрализованных комплексов антиген-антитело.

Существуют три различные системы комплемента: классическая, альтернативная и лектиновая.

• Классическая: начинается, когда антитело связывается с бактерией.
• Альтернативная: запускается «спонтанно»
• Лектиновая: начинается, когда лектины связываются с маннозой на бактериях.

Изображение нормальной циркулирующей крови человека, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа. Можно увидеть эритроциты, несколько узловатых лейкоцитов, включая лимфоциты, моноциты, нейтрофилы и множество мелких дисковидных тромбоцитов.

Клетки

О работе различных клеток, действующих во врожденном иммунитете (лейкоциты, тучные клетки, макрофаги, нейтрофиды, дендритные клетки, γδ Т-клетки, базофилы и эозинофилы), имеется много доступной информации, поэтому здесь она не приводится.

---

III. АДАПТИВНЫЙ ИММУНИТЕТ

Рис. 7. Обзор процессов, участвующих в первичном иммунном ответе

Адаптивная иммунная система, также известная как приобретенная иммунная система, представляет собой подсистему иммунной системы, состоящую из специализированных системных клеток и процессов, которые устраняют патогены или предотвращают их рост. Приобретенная иммунная система является одной из двух основных стратегий иммунитета, обнаруженных у позвоночных (другой является врожденная иммунная система).

См. также выше ->, а также здесь -> и здесь->

Как и врожденная система, адаптивная иммунная система включает как компоненты гуморального иммунитета, так и компоненты клеточно-опосредованного иммунитета и уничтожает вторгшиеся патогены. В отличие от врожденной иммунной системы, которая заранее запрограммирована реагировать на распространенные широкие категории патогенов, адаптивная иммунная система очень специфична для каждого конкретного патогена, с которым сталкивается организм.

Адаптивный иммунитет создает иммунологическую память после первоначальной реакции на конкретный патоген и приводит к усилению реакции на будущие встречи с этим патогеном. Антитела являются важной частью адаптивной иммунной системы. Адаптивный иммунитет может обеспечить длительную защиту, иногда на всю жизнь человека. Например, человек, выздоровевший от кори, теперь защищен от кори на всю жизнь; в других случаях он не обеспечивает пожизненной защиты, как, например, при ветряной оспе. Этот процесс адаптивного иммунитета лежит в основе вакцинации.

Клетки, которые осуществляют адаптивный иммунный ответ, представляют собой лейкоциты, известные как лимфоциты. В-клетки и Т-клетки, два разных типа лимфоцитов, выполняют основные функции: ответы антител и клеточно-опосредованный иммунный ответ. При ответе антител В-клетки активируются для секреции антител, которые представляют собой белки, также известные как иммуноглобулины. Антитела перемещаются по кровотоку и связываются с чужеродным антигеном, вызывая его инактивацию, что не позволяет антигену связываться с хозяином. Антигены – это любые вещества, вызывающие адаптивный иммунный ответ. Иногда адаптивная система не способна отличить вредные чужеродные молекулы от безвредных; последствиями этого могут быть сенная лихорадка, астма или любая другая аллергия.

При адаптивном иммунитете патогенспецифические рецепторы «приобретаются» в течение жизни организма (тогда как при врожденном иммунитете патогенспецифические рецепторы уже закодированы в геноме). Этот приобретенный ответ называется «адаптивным», потому что он подготавливает иммунную систему организма к будущим испытаниям (хотя на самом деле он также может быть неадекватным, когда приводит к аллергии или аутоиммунитету).

Система легко адаптируется благодаря двум факторам. Во-первых, соматическая гипермутация представляет собой процесс ускоренных случайных генетических мутаций в генах, кодирующих антитела, что позволяет создавать антитела с новой специфичностью. Во-вторых, рекомбинация V(D)J случайным образом выбирает одну вариабельную (V), одну область разнообразия (D) и одну соединительную (J) область для генетической рекомбинации и отбрасывает остальные, что создает уникальную комбинацию сегментов генов антигенного рецептора в каждом лимфоците. Этот механизм позволяет небольшому количеству генетических сегментов генерировать огромное количество различных антигенных рецепторов, которые затем уникальным образом экспрессируются на каждом отдельном лимфоците. Поскольку генная перестройка приводит к необратимому изменению ДНК каждой клетки, все потомство этой клетки наследуют гены, кодирующие ту же специфичность рецептора, включая В-клетки памяти и Т-клетки памяти, которые являются ключами к долгоживущему специфическому иммунитету.

Функции адаптивного иммунитета

Адаптивный иммунитет запускается у позвоночных, когда патоген уклоняется от врожденной иммунной системы и (1) генерирует пороговый уровень антигена и (2) генерирует сигналы «незнакомца» или «опасности», активирующие дендритные клетки.

К основным функциям адаптивной иммунной системы относятся:

• Распознавание специфических «чужих» антигенов в присутствии «своих», в процессе презентации антигена.
• Генерация ответов, адаптированных для максимального устранения конкретных патогенов или инфицированных патогенами клеток.
• Развитие иммунологической памяти, при которой возбудители «запоминаются» через В-клетки памяти и Т-клетки памяти.
• У людей требуется 4-7 дней, чтобы адаптивная иммунная система выработала значительный ответ.

Лимфоциты

Изображение в сканирующем электронном микроскопе нормальной циркулирующей человеческой крови (слева). Можно увидеть эритроциты, несколько узловатых белых кровяных телец, включая лимфоциты, моноцит, нейтрофил и множество мелких тромбоцитов в форме диска. Справа фото одного человеческого лимфоцита.

Т-лимфоциты и В-лимфоциты являются клетками адаптивной иммунной системы. В организме человека насчитывается около 2 триллионов лимфоцитов, которые составляют 20–40% лейкоцитов; их общая масса примерно такая же, как у мозга или печени. Периферический кровоток содержит только 2% всех циркулирующих лимфоцитов; остальные 98% перемещаются в тканях и лимфатической системе, включая лимфатические узлы и селезенку. У людей примерно 1–2% пула лимфоцитов рециркулирует каждый час, чтобы увеличить возможность клеток столкнуться с конкретным патогеном и антигеном, на который они реагируют.

Лимфоидные органы содержат смесь В-клеток и Т-клеток как минимум на трех стадиях дифференцировки:

• Наивные В-клетки и наивные Т-клетки, которые покинули костный мозг или тимус и попали в лимфатическую систему, но еще не столкнулись с соответствующим им антигеном.
• Эффекторные клетки, которые были активированы соответствующим им антигеном и активно участвуют в элиминации патогена.
• Клетки памяти, пережившие прошлые инфекции

Презентация антигена

Рис. 8. Презентация антигена стимулирует Т-клетки становиться либо «цитотоксическими» CD8⁺ Т-клетками, либо «вспомогательными» CD4⁺ Т-клетками.

Приобретенный иммунитет зависит от способности иммунных клеток различать собственные клетки организма и нежелательные захватчики. Клетки хозяина экспрессируют «собственные» антигены. Эти антигены отличаются от антигенов на поверхности бактерий или на поверхности зараженных вирусом клеток-хозяев («чужие» антигены). Приобретенный иммунный ответ запускается путем распознавания чужеродного антигена в клеточном контексте активированной дендритной клетки.

За исключением безъядерных клеток (включая эритроциты), все клетки способны презентировать антиген посредством функции молекул главного комплекса гистосовместимости (MHC). Некоторые клетки специально приспособлены для представления антигена и для примирования наивных Т-клеток. Дендритные клетки, В-клетки и макрофаги снабжены специальными «костимулирующими» лигандами, распознаваемыми костимулирующими рецепторами на Т-клетках, и называются профессиональными антигенпрезентирующими клетками (АРС или АПК).

Профессиональные APC могут активировать несколько подгрупп Т-клеток, и каждый тип Т-клеток специально оборудован для борьбы с каждым уникальным токсином или микробным патогеном. Тип активированных Т-клеток и тип генерируемого ответа частично зависят от контекста, в котором APC впервые столкнулись с антигеном.

Экзогенные антигены

Дендритные клетки поглощают экзогенные патогены, такие как бактерии, паразиты или токсины в тканях, а затем мигрируют посредством хемотаксических сигналов в лимфатические узлы, обогащенные Т-клетками. Во время миграции дендритные клетки проходят процесс созревания, при котором они теряют большую часть своей способности поглощать другие патогены и приобретают способность связываться с Т-клетками. Дендритная клетка использует ферменты, чтобы расщепить патоген на более мелкие части, называемые антигенами. В лимфатическом узле дендритная клетка отображает эти чужеродные антигены на своей поверхности, связывая их с рецептором, называемым главным комплексом гистосовместимости, или MHC (также известным у людей как человеческий лейкоцитарный антиген (HLA)). Этот комплекс МНС-антиген распознается Т-клетками, проходящими через лимфатический узел. Экзогенные антигены обычно отображаются на молекулах MHC класса II, которые активируют хелперные CD4⁺T-клетки.

Эндогенные антигены

Эндогенные антигены вырабатываются внутриклеточными бактериями и вирусами, размножающимися внутри клетки-хозяина. Клетка-хозяин использует ферменты для переваривания вирусно ассоциированных белков и отображает эти фрагменты на своей поверхности Т-клеткам, связывая их с MHC. Эндогенные антигены обычно отображаются на молекулах MHC класса I и активируют цитотоксические CD8⁺ Т-клетки. За исключением неядерных клеток (включая эритроциты), MHC класса I экспрессируется всеми клетками-хозяевами.

Т-лимфоциты

CD8⁺ Т-лимфоциты и цитотоксичность

См. также:

• Видео: Цитотоксические T-лимфоциты
• Цитотоксические Т-клетки
• Видео. Движение Т-хелперов и Т-киллеров в лимфоузле

Цитотоксические Т-клетки (также известные как Tc, Т-клетки-киллеры или цитотоксические Т-лимфоциты (CTL)) представляют собой подгруппу Т-клеток, которые вызывают гибель клеток, инфицированных вирусами (и другими патогенами) или иным образом поврежденных или дисфункциональных.

Наивные цитотоксические Т-клетки активируются, когда их Т-клеточный рецептор (TCR) сильно взаимодействует с молекулой MHC класса I, связанной с пептидом. Это сродство зависит от типа и ориентации комплекса антиген/МНС и является тем, что удерживает CTL и инфицированную клетку связанными вместе. После активации CTL подвергается процессу, называемому клональным отбором, в ходе которого он приобретает функции и быстро делится, чтобы произвести армию «вооруженных» эффекторных клеток. Активированный CTL затем перемещается по всему организму в поисках клеток, содержащих этот уникальный пептид+MHC класса I.

При воздействии на эти инфицированные или дисфункциональные соматические клетки  эффекторные CTL высвобождают цитотоксины (см. цитотоксичность CTL), которые образуют поры в плазматической мембране клетки-мишени, позволяя ионам и воде поступать в инфицированную клетку и вызывая ее разрыв или лизис. CTL высвобождает гранзим, сериновую протеазу, инкапсулированную в гранулу, которая проникает в клетки через поры, чтобы вызвать апоптоз (гибель клеток). Чтобы ограничить обширное повреждение тканей во время инфекции, активация CTL строго контролируется и, как правило, требует очень сильного сигнала активации MHC/антигена или дополнительных сигналов активации, предоставляемых «вспомогательными» Т-клетками (Т-хелеперами).

При разрешении инфекции большинство эффекторных клеток погибает, и фагоциты удаляют их, но некоторые из этих клеток остаются в качестве клеток памяти. При более позднем столкновении с тем же антигеном эти клетки памяти быстро дифференцируются в эффекторные клетки, что значительно сокращает время, необходимое для создания эффективного ответа.

Вспомогательные Т-клетки (Т-хелеперы)

См.также: 

• Т-хелперы и их роль в общей регуляции иммунитета
• Видео. Движение Т-хелперов и Т-киллеров в лимфоузле

CD4⁺ Т-лимфоциты, также называемые «вспомогательными» Т-клетками или Т-хелеперами, являются медиаторами иммунного ответа и играют важную роль в установлении и максимизации способности приобретать иммунный ответ. Эти клетки не обладают цитотоксической или фагоцитарной активностью; и не могут убивать инфицированные клетки или очищать патогены, но, по сути, «управляют» иммунным ответом, направляя другие клетки для выполнения задач.

Вспомогательные Т-клетки экспрессируют Т-клеточные рецепторы (TCR), которые распознают антиген, связанный с молекулами MHC класса II. Активация наивной хелперной Т-клетки заставляет ее высвобождать цитокины, которые влияют на активность многих типов клеток, включая APC (антигенпрезентирующие клетки), которые ее активировали. Хелперные Т-клетки требуют гораздо более мягкого стимула для активации, чем цитотоксические Т-клетки. Т-клетки-помощники могут подавать дополнительные сигналы, которые «помогают» активировать цитотоксические Т-клетки.

Об иммунных ответах Th1-типа  и Th2-типа см. отдельно по этим же ссылкам

Кратко о В-клетках:

В-лимфоциты и выработка антител

На рисунке слева упрощенно изображен путь активации В-лимфоцитов. В-клетки функционируют для защиты хозяина, вырабатывая антитела, которые идентифицируют и нейтрализуют посторонние объекты, такие как бактерии и вирусы.

В-клетки являются основными клетками, участвующими в создании антител, циркулирующих в плазме крови и лимфе (известны, как гуморальный иммунитет).

Антитела (также известные как иммуноглобулины, Ig) представляют собой большие Y-образные белки, используемые иммунной системой для идентификации и нейтрализации чужеродных объектов (для примера см. иммуноглобулин А).

У млекопитающих различают пять типов антител: IgA, IgD, IgE, IgG и IgM, отличающиеся биологическими свойствами; каждый из них эволюционировал, чтобы обрабатывать различные виды антигенов.

При активации В-клетки вырабатывают антитела, каждое из которых распознает уникальный антиген и нейтрализует определенные патогены.

---

Связывание антигена и антитела вызовет пять различных защитных механизмов:

• Агглютинация: уменьшает количество инфекционных единиц, с которыми нужно иметь дело.
• Активация комплемента: вызывает воспаление и лизис клеток.
• Опсонизация: покрытие антигена антителом усиливает фагоцитоз.
• Антителозависимая клеточно-опосредованная цитотоксичность (ADCC): антитела, прикрепленные к клетке-мишени, вызывают разрушение макрофагами, эозинофилами и NK-клетками.
• Нейтрализация: блокирует адгезию бактерий и вирусов к слизистой оболочке.

Как и Т-клетка, В-клетки экспрессируют уникальный В-клеточный рецептор (BCR), в данном случае мембраносвязанную молекулу антитела. Все BCR любого одного клона В-клеток распознают и связываются только с одним конкретным антигеном. Критическое различие между В-клетками и Т-клетками заключается в том, как каждая клетка «видит» антиген. Т-клетки распознают свой родственный антиген в обработанной форме — как пептид в контексте молекулы MHC, тогда как В-клетки распознают антигены в их нативной форме. Как только В-клетка сталкивается со своим родственным (или специфическим) антигеном (и получает дополнительные сигналы от Т-хелперной клетки (преимущественно Th2-типа)), она далее дифференцируется в эффекторную клетку, известную как плазматическая клетка.

Иммунологическая память

См. также: 

• CD4⁺ Т-клетки памяти
• CD8⁺ Т-клетки памяти

Плазматические клетки — это короткоживущие клетки (2–3 дня), секретирующие антитела. Эти антитела связываются с антигенами, что делает их более легкими мишенями для фагоцитов и запускает каскад комплемента. Около 10% плазматических клеток выживают и становятся долгоживущими антиген-специфическими В-клетками памяти. Уже подготовленные к выработке специфических антител, эти клетки могут быть призваны быстро реагировать, если тот же патоген повторно заражает хозяина, в то время как хозяин испытывает мало симптомов, если таковые имеются.

Когда В-клетки и Т-клетки активируются, некоторые из них становятся В-клетками памяти, а некоторые — Т-клетками. На протяжении всей жизни эти клетки памяти формируют базу эффективных В- и Т-лимфоцитов. При взаимодействии с ранее встреченным антигеном происходит отбор и активация соответствующих клеток памяти. Таким образом, второе и последующие воздействия антигена вызывают более сильный и быстрый иммунный ответ. Это «адаптивно» в том смысле, что иммунная система организма готовится к будущим испытаниям, но, конечно, «неадаптивно», если рецепторы являются аутоиммунными. Иммунологическая память может быть в форме либо пассивной кратковременной памяти, либо активной долговременной памяти.

Пассивная память

Пассивная память обычно кратковременна и длится от нескольких дней до нескольких месяцев. Новорожденные младенцы ранее не подвергались воздействию микробов и особенно уязвимы для инфекции. Мать обеспечивает несколько уровней пассивной защиты. Внутриутробно материнский IgG транспортируется непосредственно через плаценту, так что при рождении человеческие младенцы имеют высокий уровень антител с тем же диапазоном специфичности к антигенам, что и их мать. Грудное молоко содержит антитела (в основном IgA), которые переносятся в кишечник младенца, защищая от бактериальных инфекций до тех пор, пока новорожденный не сможет синтезировать свои собственные антитела.

Это пассивный иммунитет, потому что плод фактически не производит никаких клеток памяти или антител: он только заимствует их. Кратковременный пассивный иммунитет также может передаваться от одного человека к другому искусственно через богатую антителами сыворотку.

Активная память

Как правило, активный иммунитет является долговременным и может быть приобретен в результате инфекции с последующей активацией В-клеток и Т-клеток или приобретен искусственно с помощью вакцин в процессе, называемом иммунизацией.

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

Будьте здоровы!