Механизмы активации наивных Т-лимфоцитов

В отличие от В-системы иммунитета, которая нейтрализует антиген посредством гуморальных факторов (антител), Т-система иммунитета непосредственно уничтожает антигены, представленные на клетках, через прямое взаимодействие своих определенных эффекторных форм Т-лимфоцитов с чужеродными или измененными собственными клетками. Причем Т-лимфоциты, в отличие от В-лимфоцитов, распознают не нативные антигены, а какие-то их фрагменты (антигенные детерминанты), ассоциированные с собственными молекулами организма (молекулами МНС I или II классов) и представленные на поверхности антигенпрезентирующих клеток – макрофагов, дендритных клеток, В-лимфоцитов. Макрофаги не имеют гистологически определенного места локализации и широко представлены не только во всей лимфоидной ткани, но и в рыхлой волокнистой соединительной ткани большинства полых и неполых органов. Дендритные клетки типичны для лимфоидной ткани лимфатических узлов, лимфоидных фолликулов и селезенки. В-лимфоциты концентрируются в неинкапсулированных лимфоидных фолликулах соединительной ткани, лимфоидных фолликулах лимфатических узлов и белой пульпы селезенки, а также диффузно встречаются в рыхлой волокнистой соединительной ткани органов. Функция антигенпрезентирующих клеток заключается в придании антигену иммуногенных свойств с целью последующего его распознавания Т-лимфоцитами. В частности, антиген первоначально фагоцитируется антигенпредставляющей клеткой или проникает в нее путем пиноцитоза, после чего подвергается предварительной обработке (расщеплению) ее ферментами (ферментами лизосом в случае фагоцитоза антигенного материала или ферментами протеосомного комплекса цитоплазмы в случае пиноцитоза), а затем в комплексе с собственными молекулами МНС представляется на поверхности антигенпрезентирующей клетки.

Первичное распознавание предварительно обработанного макрофагами антигена осуществляется функционально незрелыми, наивными Т-лимфоцитами, для которых, во-первых, уже характерна специфичность (они имеют антигенраспознающий рецептор, характеризующийся определенной пространственной структурой и способный вступать в контакт со строго определенной антигенной детерминантой), а, во-вторых, внутритимусная дифференцировка Т-лимфоцитов уже обусловила их определенные свойства, а, следовательно, и принадлежность к определенной субпопуляции Т-лимфоцитов (CD4- или CD8 Т-клетки). Созревание наивных Т-лимфоцитов в зрелые, функционально активные (армированные), Т-клетки происходит в периферических органах иммунной системы. В частности, антигены, проникшие через кожу и слизистые оболочки, попадают в лимфоидные фолликулы соединительной ткани, а затем с током лимфы могут быть занесены в ближайшие лимфатические узлы. Если же антиген оказывается в кровотоке, то он, как правило, накапливается в селезенке.

Оказавшийся в лимфоидной ткани антиген провоцирует усиление рециркуляции лимфоцитов. При этом огромное количество наивных лимфоцитов, поступающих с током крови, а в лимфатический узел – и с током лимфы, в лимфоидную ткань, покидает ее, поскольку не проявляет специфичности в отношении находящихся там антигенов, в связи с чем не образует прочных контактов с макрофагами и дендритными клетками и возвращается в циркуляцию. И только очень малая доля приносимых в лимфоидную ткань лимфоцитов оказывается способной к специфическому взаимодействию с антигенными детерминантами, фиксированными на поверхности антигенпрезентирующих клеток, вступает в прочные связи с ними, подвергается антигензависимой активации и превращается в зрелые эффекторные клетки. Так, только 1 из 10⁵ наивных Т-лимфоцитов, проникающих в лимфатический узел, оказывается способным к специфическому взаимодействию и начинает активироваться после контакта с антигенной детерминантой, остальные же наивные Т-лимфоциты покидают лимфатический узел и продолжают циркулировать по организму в поисках своих специфических антигенов.

Проникновению лимфоцитов в периферические ткани, в том числе лимфоидную ткань, способствуют определенные рецепторы на поверхности эндотелиальных клеток сосудов, плотность которых особенно велика в эндотелии венул лимфоидной ткани. Благодаря этим рецепторам на уровне венул происходит взаимодействие определенных рецепторов лимфоцитов с соответствующими рецепторами эндотелия венул, что обуславливает резкое замедление движения лимфоцитов по венулам, их пристеночное расположение и облегчает последующий переход в окружающие ткани. После проникновения лимфоцитов из сосудистого русла в лимфоидную или рыхлую волокнистую соединительную ткань они начинают не специфически благодаря определенным своим рецепторам (LFA-1) вступать во взаимодействие с рецепторами макрофагов (ICAM-рецепторы), что обеспечивает некоторую задержку лимфоцитов у поверхности антигенпрезентирующих клеток. Однако, если на поверхности макрофагов в составе комплексов с молекулами МНС отсутствуют специфичные по отношению к антигенраспознающему рецептору Т-лимфоцита антигенные детерминанты, то его взаимодействие с макрофагом не приводит к активации Т-лимфоцита и является очень непродолжительным (Т-лимфоцит на очень короткий промежуток времени задерживается у поверхности макрофага, а затем покидает его и вступает во взаимодействие с другими макрофагами). В случае же, когда на поверхности макрофага имеется определенная антигенная детерминанта, стерически соответствующая антигенраспознающему рецептору присоединившегося к макрофагу Т-лимфоцита, между этими клетками возникает прочная связь в силу следующих причин:

ü во-первых, благодаря взаимодействию антигенраспознающего Т-клеточного рецептора с антигенной детерминантой на поверхности макрофага,

ü а во-вторых, вследствие повышения сродства LFA-1 Т-лимфоцита к ICAM-рецептору макрофага под действием образующегося комплекса "антигенраспознающий Т-клеточный рецептор - антигенная детерминанта".

Сам процесс распознавания Т-лимфоцитом комплекса "антигенная детерминанта - молекула МНС", представленного на поверхности макрофага, является обязательным, но недостаточным, условием для инициации развития наивных Т-клеток в зрелые эффекторы, поскольку для запуска антигензависимого лимфоцитопоэза Т-лимфоцитов необходимо также включение специальных кофакторов (костимуляторов). Именно антигенпрезентирующие клетки имеют такие кофакторы в составе своей плазматической мембраны. В частности, связывание антигенраспознающего рецептора Т-лимфоцитов с комплексом "антигенная детерминанта - молекула МНС I или II класса", фиксированном на поверхности макрофага, и последующее включение в комплексообразование корецепторов CD4 или CD8 Т-лимфоцитов обеспечивает лишь одно из условий развития наивных Т-клеток – формирование первого сигналак пролиферации и дифференцировке этих клеток. Для того чтобы наивная Т-клетка начала процесс дальнейшего развития, необходим второй сигнал от ее клеточной поверхности к геному. Костимулятором этого второго сигнала выступает молекула В7, экспрессирующаяся на поверхности антигенпрезентирующих клеток. Костимулятор В7 представляет собой белок, являющийся гомодимером и способный взаимодействовать с белком CD28, который экспрессируется на поверхности наивной Т-клетки. Взаимодействие между молекулами В7 макрофага и CD28 наивного Т-лимфоцита, которое становится возможным только после взаимодействия антигенраспознающего рецептора Т-лимфоцита с антигенной детерминантой, представленной на поверхности макрофага, обеспечивает формирование второго сигнала, являющегося необходимым условием для стимуляции деления и дифференцировки наивных Т-лимфоцитов до функционально зрелых форм. Процесс взаимодействия между молекулами В7 и CD28 усиливается белком CTLA-4 Т-лимфоцитов, обладающим высоким сродством к молекуле В7. Молекулы CD28 и CTLA-4 Т-лимфоцитов характеризуются очень высокой гомологией по последовательности аминокислотных остатков, а кодирующие их гены близко сцеплены в хромосоме. Таким образом, одна и та же антигенпрезентирующая клетка выполняет двоякую функцию в иммунном ответе. С одной стороны, она представляет антиген в иммунногенной форме Т-лимфоцитам, а с другой – экспрессирует определенные белки для костимуляции превращения наивных Т-клеток в зрелые эффекторные формы.

Показано, что процесс созревания наивных Т-лимфоцитов происходит под влиянием интерлейкина-2 (главного митогенного фактора лимфоцитов, стимулирующего процесс их пролиферации), синтезируемого самим Т-лимфоцитом после двойной его стимуляции. Так, распознавание антигенной детерминанты Т-клеточным рецептором индуцирует в наивной Т-клетке несколько транскрипционных факторов, одним из которых является ядерный фактор активации (англ. сокр. NF-AT). Этот транскрипционный фактор взаимодействует с промотором гена, кодирующего интерлейкин-2, инициируя транскрипцию этого гена. Однако дерепрессия гена, кодирующего интерлейкин-2, под влиянием одного лишь ядерного фактора активации не приводит к активной продукции этого цитокина, поскольку мРНК, кодирующая интерлейкин-2 является очень нестабильной. Для полноценного синтеза интерлейкина-2 необходимо также образование комплекса CD28-В7, сигнал от которого стабилизирует мРНК интерлейкина-2, в результате чего синтез этого цитокина возрастает в 20-30 раз. Если же распознавание антигенной детерминанты Т-лимфоцитами происходит в отсутствии костимулирующего сигнала от CD28-В7, то продукция интерлейкина-2 оказывается крайне низкой, и наивные Т-лимфоциты не могут пройти нормальное созревание и адекватно ответить на антиген.

Кроме стимуляции синтеза интерлейкина-2 в Т-лимфоцитах после их двусигнальной активации, имеет место и усиление синтеза и экспрессии на поверхности Т-лимфоцита рецепторов к этому цитокину. Интерлейкин-2, взаимодействуя с собственными рецепторами на поверхности активированных Т-лимфоцитов, стимулирует быстрое их размножение и последующую дифференцировку в зрелые эффекторные клетки.

В пользу участия интерлейкина-2 в созревании Т-лимфоцитов свидетельствует и факт ингибирования этого процесса циклоспорином А, подавляющим продукцию интерлейкина-2. Данный препарат используют в клинической практике с целью предупреждения отторжения трансплантата.

Следовательно, сложный процесс активации наивных Т-лимфоцитов после их взаимодействия с соответствующими антигенными детерминантами, расположенными на антигенпрезентирующих клетках, требует обязательного участия специальных костимулятров, присутствующих только на поверхности антгенпредставляющих клеток, что, очевидно, повышает надежность иммунологической толерантности. В частности, отрицательная селекция "запрещенных" клонов Т-лимфоцитов в тимусе, настроенных на собственные молекулы, не является абсолютно безошибочной. Определенные "запрещенные" клоны могут выйти в циркуляцию и стать потенциальной угрозой дальнейшей аутоиммунной агрессии. Однако, как правило, этой агрессии не наблюдается, поскольку сам факт распознавания антигена Т-лимфоцитами, не является единственным достаточным условием запуска дифференцировки наивных Т-лимфоцитов; необходимо также обязательное участие костимулятора, присутствующего только на антигенпрезентирующих клетках и отсутствующего в мембране других клеток организма.

Активация наивных Т-клеток при первичной их встрече с соответствующим определенным антигеном носит название примирования. В результате такой антигензависимой активации предсуществующих в организме определенных клонов Т-лимфоцитов, коммитированных на данный антиген, появляются функционально зрелые Т-клетки, которые начинают взаимодействовать с этим антигеном, проявляя свое функциональное предназначение. В ряде случаев, в частности, при формировании специфической цитотоксической реакции, обеспечиваемой Т-киллерами, антигенпрезентирующая клетка может выступать и как объект распознавания, и как объект цитолитического действия Т-киллеров.

Взаимодействие наивных Т-лимфоцитов с соответствующей по специфичности антигенной детерминантой и костимулятором В7, представленными на поверхности антигенпрезентирующей клетки, инициирует полноценный синтез и секрецию интерлейкина 2, который аутокринным способом стимулирует наивные Т-клетки к пролиферации и дифференцировке. По окончании пролиферативной фазы Т-лимфоцитов, длящейся 4-5 дней, они дифференцируются в зрелые эффекторные Т-лимфоциты, которые способны синтезировать все белки, необходимые для выполнения специализированных функций. В результате дифференцировки наивных Т-лимфоцитов в зрелые эффекторные клетки они приобретают способность непосредственно действовать на чужеродные клетки без использования каких-либо костимуляторов благодаря количественному и качественному изменению состава молекул на своей поверхности. Во-первых, завершившие дифференцировку Т-лимфоциты характеризуются усилением экспрессии на своей поверхности молекул LFA-1иCD2, которые обеспечивают более эффективное их взаимодействие с адгезивными молекулами ICAM и LFA-3, обильно представленными на поверхности антигенпрезентирующих клеток (в то же время на поверхности большинства других клеток организма выраженность таких адгезивных молекул очень низкая). Такое усиление эксперсии молекул LFA-1 и CD2 особенно важно для цитотоксических Т-лимфоцитов, нуждающихся для проявления своей активности в непосредственном контакте с клетками-мишенями (носителями антигенных детерминант). Во-вторых, в результате антигензависимой активации Т-лимфоцитов определенные изменения происходят и в самом Т-клеточном рецепторе. В частности, активированная антигенраспознающим Т-клеточным комплексом тирозинспецифическая фосфатаза (CD45) связывает Т-клеточный рецептор с корецепторами CD4 или CD8, что обеспечивает эффективное прохождение сигнала от антигенраспознающего комплекса Т-лимфоцита внутрь клетки. В-третьих, зрелые эффекторные Т-лимфоциты теряют на своей поверхности L-селектин, который был необходим наивным формам лимфоцитов для заселения периферических лимфоидных органов, но который оказывается не нужным и даже вредным при развитии иммунного ответа. В частности, L-селектин мешает миграции и концентрации зрелых Т-лимфоцитов в зоне проникновения патогена в связи с тем, что способствует их прохождению в любые периферические лимфоидные органы, а не строго в зону специфического патогена. При этом вместо L-селектина наивных Т-лимфоцитов в зрелых эффекторных клетках экспрессируется адгезин VLA-4, который позволяет им связываться с сосудами в именно зоне воспаления (с т.н. активированными сосудами, в эндотелии которых появляется специфичный к VLA-4 адгезин VCAM-1), проникать в эту зону и выполнять там свою антигеннейтрализующую функцию.