Фрейдлин И. С. - Иммунная система и ее дефекты

Мононуклеарные фагоциты

Вторую крупную популяцию клеток иммунной системы составляет система мононуклеарных фагоцитов, которая включает происходящие из единой стволовой клетки костномозговые предшественники - монобласт и промоноцит, циркулирующий в крови моноцит и зрелые тканевые макрофаги. Мононуклеарные фагоциты обеспечивают в значительной степени неспецифическую защиту организма за счет своей фагоцитарной функции. Секретируемые макрофагами молекулы выполняют эффекторные и регуляторные функции. При формировании специфического иммунного ответа макрофаги выполняют функцию представления (презентации) антигена. Для этого захваченный макрофагами антиген подвергается переработке в фаголизосомах. Образующиеся в результате ограниченного протеолиза пептидные фрагменты антигена комплексируются с молекулами антигенов главного комплекса гистосовместимости класса 2 и выставляются на мембране макрофага в форме, доступной для распознавания Тлимфоцитами. Кроме того, секретируемые макрофагами цитокины, в частности интерлейкин-1, способствуют активации Т-лимфоцитов при их ответе на антиген. Участие макрофагов в эффекторной фазе специфического иммунного ответа проявляется, в частности, их мобилизацией в очаг иммунного воспаления под влиянием лимфоцитарных продуктов. Другие цитокины лимфоцитарного происхождения, в частности интерферон-гамма, способны активировать макрофаги: повысить их микробицидность и цитотоксичность. Такие активированные макрофаги выполняют функции основных эффекторных клеток клеточно-опосредованного иммунного ответа. Макрофаги также принимают участие в эффекторной фазе гуморального иммунного ответа, захватывая и уничтожая патогенные бактерии, опсонизированные специфическими антителами и комплементом. Для этого на мембране макрофагов экспрессированы специальные рецепторы для иммуноглобулинов FcR и для комплемента - CR1 [34].

Макрофаги постоянно созревают из циркулирующих в крови моноцитов, имеющих костномозговое происхождение. Покидая кровяное русло, созревающие макрофаги мигрируют в различные ткани организма. В легких они представлены альвеолярными макрофагами. Большое количество макрофагов находится в qnedhmhrek|mni ткани, в лимфоузлах и лимфоидной ткани, ассоциированной со слизистыми, в том числе со слизистыми воздухоносных путей. Обновление тканевых макрофагов происходит в основном за счет рекрутирования моноцитов из крови [42].

Макрофаги принимают самое активное участие в неспецифической защите от патогенных микроогранизмов, в раннем воспалительном ответе на инфекцию, в «запуске» специфического иммунного ответа, в клеточно-опосредованном иммунном ответе. В очаге острого воспаления в первые часы моноциты/макрофаги составляют менее 5% инфильтрирующих клеток, значительно уступая по численности гранулоцитам, однако через 24-48 часов от начала воспаления макрофаги становятся доминирующими клетками инфильтрата, приходя на смену быстро погибающим нейтрофилам [9].

На мембране макрофагов экспрессированы различные рецепторы для захвата микроорганизмов: макрофагальный маннозный рецептор (ММR), scavenger-рецептор (MSR), рецепторы для бактериального липополисахарида (CD14). MMR опосредует захват многих микроорганизмов: Mycobacteria, Leishmania, Legionella, Pseudomonas aeruginosa и др. Через MSR идет эндоцитоз модифицированных липопротеинов при превращении макрофага в пенистую клетку. Через те же MSR мгут фагоцитироваться большинство бактерий как Грам-положительных, так и Грамотрицательных. Однако влияние бактериального липополисахарида (ЛПС) на макрофаги опосредовано специальным рецептором CD14. Экспрессия этого рецептора повышается на макрофагах при воспалении и иммунном ответе. Возможно участие CD14 в процессе адгезии моноцитов к эндотелиальным клеткам, хотя обратимая адгезия моноцитов к эндотелию при трансэндотелиальной миграции связана с другим компонентом мембраны - CD31. На моноцитах крови экспрессированы два 2-интегрина: LFA-1(CD11a) и Mac1(CD11b), а также 1-интегрин VLA-4(CD29) [34].

Таблица 3

Поверхностный фенотип моноцитов/макрофагов

Поверхн Обозн Функции остные ачения молекулы маркеров MHC 1 и CD 74 Антигены гистосовместимости 2 кл. LFA-1 CD11a Адгезионные молекулы /CD18 LFA-3 CD58 ICAM-1 CD54 ICAM-2 CD102 B7 CD80 MMR, Маннозный или маннозо-фукозный MFR рецепторы LLM или лектиноподобные поверхностные молекулы для прикрепления микроорганизмов CR1 CD35 Рецептор C3b, iC3b CR3 CD11b Рецепторы iC3b, адгезионные /CD18 молекулы CR4 CD11c /CD18 C5aR Рецептор C5a - хемоаттрактанта FcRI CD64 FcRII CD32 Рецепторы IgG FcRIII CD16 FcRII CD23 Рецептор низкоаффинных IgE IL-1R CDw12 Рецептор интерлейкина 1 1 TNFR CDw12 Рецепторы туморнекротизирующего 0a,b фактора GM-CSFR CDw11 Рецептор ростового фактора GM-CSF 6 IFNR CDw11 Рецептор гамма-интерферона 9 CD18 Рецептор липополисахарида (ЛПС) 2интегрин CD14 Рецептор ЛПС-связывающего белка сыворотки

Их лигандами на эндотелиальных клетках являются адгезионные молекулы ICAM-1, ICAM-2, VCAM-1, фибриноген, фибронектин и др. Экспрессия этих лиганд на эндотелиальных клетках возрастает под влиянием провоспалительных цитокинов (TNF, IL-1, IFN). Кроме того, на мембране макрофагов экспрессированы рецепторы для захвата опсонизированных микроорганизмов: FcR - для антител-иммуноглобулинов, соединившихся с соответствующими антигенами микроорганизма, и CR1, CR3 и CR4 - для фракций активированного комплемента [34].

Альвеолярные макрофаги ответственны за очищение от вдыхаемых чужеродных частиц различной природы. Взаимодействие альвеолярных макрофагов с удаляемыми частицами через определенные рецепторы определяет выраженность воспалительного ответа: от минимальной до активного воспаления с повреждением легочной ткани. Ответ альвеолярных макрофагов существенно различается в зависимости от рецепторов, задействованных при фагоцитозе частиц. Максимально выражен воспалительный ответ на захват опсонизированных частиц через Fc-рецепторы, от которых исходит сильнейший сигнал активации респираторного взрыва, секреции TNF и хемокинов. Опсонин-независимый фагоцитоз не сопровождается столь выраженной активацией метаболизма макрофагов. Захват неопсонизированных частиц альвеолярными макрофагами возможен через интегриновые рецепторы или через рецепторы для различных поверхностных компонентов частиц: лектиноподобные (MMR) для углеводов, рецепторы для обломков апоптотических клеток, скевенджер-рецепторы для модифицированных LDL и др. Экспрессия всех этих рецепторов регулируется провоспалительными цитокинами. Экспрессией их определяется роль альвеолярных макрофагов как барьера на пути проникновения в организм различных компонентов загрязнений воздуха (air pollutions) [33].

Таблица 4

Секреторные продукты макрофагов

Группы Продукты Лизосомные Протеазы, (дезокси) рибонуклеазы, ферменты липазы, лизоцим, миелопероксидаза Кислородные Перекись водорода, супероксид, радикалы нитроксид и др. Цитокины IL-1, IL-6, IL-10, IL-12, TNF, IFN/, CSFs, TGF, FGF, PDGF Ингибиторы IL-1 inh цитокинов Гормоны Адренокорткотропный гормон, тимозин, -эндорфин, витамин Д3 Метаболиты Простагландины, лейкотриены, арахидоновой кислоты тромбоксаны Окончание табл. 4 Группы Продукты Ингибиторы 2-макроглобулин и др. протеаз Компоненты С1 - С9 комплемента Компоненты Фибронектин, тромбоспондин, внеклеточного хондроитин сульфат матрикса Связывающие Трансферрин, авидин, аполипопротеин белки Е

Таблица 5

Антимикробные компоненты содержимого лизосом

Компоненты Функции Кислые Гидролитические ферменты с оптимумом гидролазы при низких значениях pH, расщепляют (протеиназы, макромолекулы бактерий нуклеазы) Нейтральные Расщепляют белки бактерий протеазы Лизоцим Мурамидаза, разрушает клеточную стенку бактерий Катионные Проявляют бактерицидность за счет белки повышения проницаемости клеточной стенки бактерий Дефензины Образуют поры в мембранах, вызывают одноцепочечные разрывы в молекуле ДНК у бактерий B12 - Ингибирует В12-зависимые ферменты, связывающий участвующие в синтезе ДНК у бактерий белок Лактоферрин Связывает железо, ингибирует железо- зависимые ферменты, участвующие в биологическом окислении у бактерий

Когда патогенный микроорганизм преодолевает эпителиальный барьер, в субэпителиальной соединительной ткани он встречается с макрофагом. Взаимодействие микроорганизма с макрофагом влечет за собой несколько следствий. Во-первых, микроорганизм захватывается, убивается и переваривается внутри макрофага. Этих событий может оказаться достаточно для предотвращения дальнейшего развития инфекции. Однако многие патогенные микроорганизмы в процессе эволюции паразитизма приобрели факторы стратегии, позволяющие им избегать захвата, или внутриклеточной гибели и переваривания в макрофагах. Так, например, полисахаридная капсула предохраняет пневмококков и клебсиелл от взаимодействия с рецепторами макрофагов. Инфицирующая доза микроорганизмов может быть столь велика, что макрофаги не справляются с их элиминацией. Однако взаимодействие микроорганизмов с рецепторами макрофагов имеет еще одно важное следствие - индукцию продукции и секреции провоспалительных цитокинов, обеспечивающих развитие раннего воспалительного ответа на инфекцию. Кроме того, захват и переработка макрофагами возбудителя является первой фазой индукции специфического иммунного ответа на его антигены [79]. Макрофаги относятся к профессиональным антиген-презентирующим клеткам, способным взаимодействовать с Т-лимфоцитами [42, 48].

На мембране макрофагов экспрессированы рецепторы для многих регулирующих цитокинов, главным активирующим среди которых является IFN. Созревание, дифференцировка и активация макрофагов зависят от ростовых факторов: GM-CSF и M-CSF. Альтернативным регулирующим цитокином для макрофагов является IL-10, ингибирующий все свойства и функции макрофагов, которые стимулирует IFN. Промежуточное влияние на функции макрофагов оказывают IL-4, IL-13, M-CSF и TGF [87].

Среди продуктов секреции макрофагов главное место занимают провоспалительные (IL-1, IL-6, TNF, IL-8, IL-12) и противовоспалительные (IL10, TGF) цитокины. Макрофаги продуцируют и секретируют факторы роста для аутокринной регуляции и для регуляции других клеток (фактор роста фибробластов). Среди монокинов обнаруживаются хемокины для разных клеток. Продукты макрофагов обеспечивают адгезию лейкоцитов к эндотелию сосудов и последующую трансэндотелиальную миграцию (TNF, IL-8 и др. хемокины) [37].

Макрофаги являются источником цитокинов и костимулирующих молекул, необходимых для активации Т- и В-лимфоцитов. При этом экспрессия костимулирующих молекул на мембранах макрофагов модулируется цитокинами и цитокины могут действовать в синергизме с костимулирующими молекулами. С другой стороны, продуцируемые Т-лимфоцитами цитокины влияют на макрофаги, вызывая их активацию. Основной стимулятор макрофагов - IFN стимулирует продукцию макрофагами IL-12 и костимулирующих молекул В7.1(CD80) и В7.2(CD86). Цитокины IL-6 и IL-12 в синергизме с молекулами В7 усиливают пролиферацию Т-лимфоцитов и их дифференцировку. На Т-лимфоцитах лигандами для костимулирующих молекул В7 служат молекулы CD28 и CTLA-4 [27].

IFN, кроме того, индуцирует продукцию макрофагами дополнительного ростового фактора Т-лимфоцитов - IL-15, hle~yecn многие общие свойства с IL-2. Активированные Тлимфоциты наряду с IFN продуцируют миграцию ингибирующий фактор (MIF), который в синергизме с TNF индуцирует продукцию макрофагами нитроксидных радикалов [15].

Наряду с провоспалительными цитокинами, активирующими макрофаги, существуют противовоспалительные цитокины, способные ингибировать отдельные функции макрофагов: IL-4, IL10, IL-13, TGF. IL-10, который продуцируют и макрофаги, и Тлимфоциты, угнетает многие функции мкрофагов: снижает экспрессию В7, ингибирует продукцию и активность MIF, TNF, IL12. В отличие от этого IL-4 и TGF ингибируют секрецию монокинов, но не снижают экспрессии костимулирующих молекул В7. Все противовоспалительные цитокины угнетают продукцию макрофагами нитроксидных радикалов. В роли ингибиторов могут выступать и другие цитокины, например IL-2, который может индуцировать продукцию макрофагами TGF. Последний снижает микробицидность макрофагов, ингибируя продукцию нитроксидных радикалов, ингибирует продукцию простагландина Е2, а на Тлимфоцитах снижает экспрессию рецепторов для IL-2. Ингибирующим эффектам TGF могут противостоять стимулирующие эффекты IFN и TNF, которые продуцируются параллельно с IL-2. Конечный результат активации или деактивации макрофагов во многом зависит от особенностей микроокружения. В отличие от определенного направления дифференцировки Т-лимфоцитов (в ТН1 или ТН2), активация макрофагов, как правило, не приводит к такой целенаправленной дифференцировке, а может проявиться избирательной активацией отдельных функций макрофагов [27].

Дисфункции макрофагов могут быть следствием дефектов гуморальных факторов: антител, системы комплемента, цитокинов, которые необходимы для их активации. Дисфункции макрофагов могут быть проявлениями дефектов их метаболических путей. Наиболее существенными для поддержания защитных функций фагоцитов являются метаболические пути, обеспечивающие микробицидность фагоцитов. Поэтому наиболее существенными могут оказаться дефекты таких ферментов, как миелопероксидаза, глюкоза-6-фосфат-дегидрогеназа, кислая и щелочная фосфатазы, лизосомные гидролазы, нейтральные протеазы [15].

Генетические дефекты моноцитов/макрофагов могут касаться отдельных их функций: подвижности, хемотаксиса, адгезии (при нарушении синтеза и экспрессии адгезионных молекул или их компонентов), бактерицидности (при нарушении кислородзависимых или кислород-независимых механизмов). Приобретенные иммунодефициты с дефектами функций макрофагов чаще всего развиваются как следствия перенесенных инфекций. Некоторые вирусы и простейшие способны синтезировать копии FcR, которые связывают образовавшиеся антитела через Fc-фрагменты и препятствуют активации защитных функций макрофагов: фагоцитоза и АЗКЦТ. Патогенные микобактерии содержат сульфатиды и гликолипиды, которые ингибируют слияние лизосом с фагосомами, и продуцируют ряд ферментов, нейтрализующих реактивные кислородные радикалы фагоцитов. Лейшмании секретируют протеазы, инактивирующие лизосомные ферменты, или ингибируют респираторный взрыв. Некоторые бактерии продуцируют экзотоксины, получившие название лейкоцидины, которые вызывают deghmrecp`vh~ лизосом внутри макрофагов, что ведет к разрушению клеточных органелл и к гибели клеток. Многие из внутриклеточно паразитирующих бактерий, простейших и вирусов внутри макрофагов по-разному интерферируют со сложной системой внутриклеточной трансдукции сигналов. Вызванное ими нарушение взаимосвязей между протеинкиназами, фосфолипазами и другими молекулами внутриклеточных вторичных мессенджеров приводит к деактивации макрофагов. При этом снижается переработка захваченных антигенов, экспрессия антигенов гистосовместимости MHC II класса, презентация антигенов, продукция цитокинов, страдают и защитные функции макрофагов. У людей, инфицированных плазмодиями или трипаносомами, было описано появление «супрессивных макрофагов», секретирующих цитокин, который ингибировал и секрецию IL-2 и экспрессию IL-2R на Тлимфоцитах. Такие дефектные макрофаги могут супрессировать Тлимфоциты через клеточные контакты, вовлекающие поверхностные регуляторные молекулы [35, 74].

Описан редкий приобретенный дефект макрофагов под названием «малакоплакия», при котором воспалительные гранулемы образуются в разных тканях, чаще - в эпителии мочеполового тракта. В составе таких гранулем обнаруживаются крупные мононуклеары с минерализованными агрегатами бактерий в фагосомах (тельца Michaelis-Gutman’а). Предполагается дефект деградации захваченных бактерий [15].

Дендритные клетки и клетки лангерганса

За последние 10 лет наши представления о дендритных клетках, их происхождении и функциях значительно уточнились. Доказано костно-мозговое происхождение дендритных клеток. Однако конкретный этап начала дифференцировки дендритных клеток еще нуждается в уточнении. Возможны два пути дифференцировки: из отдельной клетки-предшественника дендритной клетки или из общего предшественника миело-моноцита рной серии, который дифференцируется до стадии моноцита, а моноцит может дифференцироваться либо в тканевой макрофаг, либо в дендритную клетку. Возможно, что предшественники дендритных клеток из костного мозга через кровяное русло заселяют различные нелимфоидные ткани: эпидермис кожи, слизистые оболочки воздухоносных путей, желудочно-кишечного и урогенитального трактов, интерстициальные ткани сердца, почек и других огрганов. В эпидермисе кожи и слизистых воздухоносных путей эти клетки носят название «клетки Лангерганса». Иммиграция дендритных клеток-предшественников из периферической крови в кожу может быть связана с тем, что на них усиливается экспрессия лиганд для селектинов эндотелия. Одновременно на эндотелиальных клетках дермальных капилляров усиливается экспрессия Е-селектинов. Заселение нелимфоидных тканей дендритными клетками стимулирует ростовой фактор - GMCSF [6].

Усиленная продукция GM-CSF в легочной ткани при воспалении ведет к рекрутированию в легочную ткань клеток типа Лангерганса. Самые ранние иммигранты в очаг бактериального воспаления в легких - это дендритные клетки - предшественники, }jqopeqqhps~yhe антигены MHC 2 класса. Прибывшие клетки остаются в связи с эпителиальными и дифференцируются в типичные дендритные клетки. Дендритные клетки рекрутируются в эпителий дыхательных путей в ответ на аэрозольное введение бактериального липополисахарида (ЛПС). Тот же ЛПС, очевидно, через индукцию синтеза TNF может послужить сигналом ухода дендритных клеток из периферической ткани в дренирующий лимфоузел. В нелимфоидных тканях происходит начальная дифференцировка дендритных клеток с приобретением ими максимальной активности [71].

Провоспалительные цитокины (IL-1, TNF) вызывают ускоренное созревание дендритных клеток и их миграцию из нелимфоидных органов в кровь или в афферентную лимфу. Таким образом дендритные клетки мигрируют в лимфоузлы, где их фенотип резко меняется они превращаются в зрелые «презентирующие» клетки, экспрессирующие на мембранах костимулирующие молекулы и способные инициировать специфический ответ Т-лимфоцитов. К числу цитокинов, усиливающих дифференцировку дендритных клеток, относятся: TNF, GM-CSF, IL-4, IFN. В отличие от этого продуцируемый кератиноцитами IL-10 угнетает антигенпрезентирующие функции дендритных клеток. Дендритные клетки наряду с макрофагами и В-лимфоцитами являются профессиональными антиген-презентирующими клетками. Дендритные клетки наиболее активны в инициации первичного иммунного ответа [48].

Дендритные клетки имеют многие черты сходства с макрофагами, но имеют и существенные отличия. Фагоцитарной активностью обладают лишь незрелые дендритные клетки на ранних стадиях дифференцировки в нелимфоидных тканях, например клетки Лангерганса. Основной путь захвата антигена, свойственный дендритным клеткам, - это макропиноцитоз, в результате которого антиген поступает в вакуоль, где перерабатывается и образовавшиеся пептиды соединяются с молекулами МНС. Как правило, дендритные клетки захватывают антиген на периферии (в нелимфоидных тканях), после чего они мигрируют в лимфоузлы, где презентируют этот антиген для распознавания ТКР и активации Т-клеток [49].

Таблица 6

Характеристики профессиональных антиген-презентирующих клеток

Типы клеток Макро Дендри В- фаги тные лимфоциты клетки Экспр ++ +++ ++ ессия Конститутивн ая MHC IFN, IFN, IL-4 но не II кл. Индуцируется TNF TNF IFN Рецепторы FcR, FcR SIg, FcR, CR1 CR1 Адгезионные B7, LFA-2, B7, LFA-1, молекулы LFA-1, LFA-3, LFA-3, CD72, ICAM-1, ICAM-2 CD22, CD54 Продукция и +++ + + секреция IL-1 Способность к: фагоцитозу +++ пиноцитозу +++ +++ + Преработка антигена +++ + + Презентация + +++ +++ антигена

При этом происходит переключение функций дендритных клеток с захвата антигена на стимуляцию Т-лимфоцитов, для чего на мембране дендритных клеток начинают экспрессироваться соответствующие адгезионные (ICAM-1, LFA-3) и ко-стимулирующие (B7-1, B7-2, CD40) молекулы, а также молекулы CD44, контролирующие миграцию дендритных клеток в лимфоидные органы. Дендритные клетки могут презентировать переработанный в фаголизосомах антиген в комплексе с молекулами МНС 2 класса, а растворимые экзогенные антигены - в комплексе с молекулами МНС 1 класса. При этом захват антигена и его презентация разобщены во времени и пространстве. В отличие от макрофагов дендритные клетки не способны выполнять функции «мусорщика» с перевариванием захваченных белков до отдельных аминокислот. У дендритных клеток эндоцитоз служит лишь первым этапом презентации антигена. Они считаются наиболее активными из профессиональных антиген-презентирующих клеток, способных презентировать и собственные аутоантигенные эпитопы, и туморассоциированные антигенные эпитопы. Кроме того, дендритные клетки способны к конститутивному синтезу физиологически значимых количеств биологически активного MIP-1, который опосредует хемотаксис и миграцию Т-лимфоцитов, т.е. дендритные клетки могут участвовать в рекрутировании Т-лимфоцитов (как CD4+, так и CD8+) перед их активацией [61, 85].