Первым исследованием всегда является подсчет лейкоцитарной формулы (см. главу «Гематологические исследования»). Оцениваются как относительные, так и абсолютные значения количества клеток периферической крови.

Определение основных популяций (Т-клетки, В-клетки, натуральные киллеры) и субпопуляций Т-лимфоцитов (Т-хелперы, Т-ЦТЛ). Для первичного исследования иммунного статуса и выявления выраженных нарушений иммунной системы ВОЗ рекомендовано определение CD3, CD4, CD8, CD19, CD16+56, соотношение CD4/CD8. Исследование позволяет определить относительное и абсолютное количество основных популяций лимфоцитов: Т-клетки – CD3, В-клетки – CD19, натуральные киллеры (NK) – CD3- CD16++56+, субпопуляции Т лимфоцитов (Т-хелперы CD3+ CD4+, Т-цитотоксические CD3+ CD8+ и их соотношение).

Метод исследования

Иммунофенотипирование лимфоцитов проводится c использованием моноклональных антител к поверхностным дифференцировочным ангинам на клетках иммунной системы, методом проточной лазерной цитофлуорометрии на проточных цитофлуориметрах.

Выбор зоны анализа лимфоцитов производится по дополнительному маркеру CD45, который представлен на поверхности всех лейкоцитов.

Условия взятия и хранения образцов

Венозная кровь, взятая из локтевой вены, утром, строго натощак, в вакуумную систему до указанной на пробирке метки. В качестве антикоагулянта используется К2ЭДТА. После взятия пробирку с образцом медленно переворачивают 8-10 раз для перемешивония крови с антикоагулянтом. Хранение и транспортировка строго при 18–23°С в вертикальном положении не более 24 ч.

Невыполнение этих условий приводит к некорректным результатам.

Интерпретация результатов

Т-лимфоциты (CD3+ клетки). Повышенное количество свидетельствует о гиперактивности иммунитета, наблюдается при острых и хронических лимфолейкозах. Увеличение относительного показателя встречается при некоторых вырусных и бактериальных инфекциях в начале заболевания, обострениях хронических заболеваний.

Снижение абсолютного количества Т-лимфоцитов свидетельствует о недостаточности клеточного иммунитета, а именно о недостаточности клеточно-эффекторного звена иммунитета. Выявляется при воспалениях разнообразной этиологии, злокачественных новообразованиях, после травмы, операций, инфаркта, при курении, приеме цитостатиков. Повышение их числа в динамике заболевания – клинически благоприятный признак.

В-лимфоциты (CD19+ клетки) Снижение наблюдается при физиологических и врожденных гипогаммаглобулинемиях и агаммаглобулинемиях, при новообразованиях иммунной системы, лечении иммунодепрессантами, острой вирусной и хронической бактериальной инфекциях, состоянии после удаления селезенки.

NK-лимфоциты с фенотипом CD3-CD16++56+ Натуральные киллеры (NK-клетки) – популяция больших гранулярных лимфоцитов. Они способны лизировать клетки-мишени, инфицированные вирусами и другими внутриклеточными антигенами, опухолевые клетки, а также другие клетки аллогенного и ксеногенного происхождения.

Увеличение количества NK-клеток связано с активацией антитрансплантационного иммунитета, в некоторых случаях отмечается при бронхиальной астме, встречается при вирусных заболеваниях, повышается при злокачественных новообразованиях и лейкозах, в периоде реконвалесценции.

Т-лимфоциты хелперы с фенотипом CD3+CD4+ Увеличение абсолютного и относительного количества наблюдается при аутоиммунных заболеваниях, может быть при аллергических реакциях, некоторых инфекционных заболеваниях. Это увеличение свидетельствует о стимуляции иммунной системы на антиген и служит подтверждением гиперреактивных синдромов.

Снижение абсолютного и относительного количества Т-клеток свидетельствует о гипореактивном синдроме с нарушением регуляторного звена иммунитета, является патогномичным признаком для ВИЧ-инфекции; встречается при хронических заболеваниях (бронхитах, пневмониях и т.д.), солидных опухолях.

Т-цитотоксические лимфоциты с фенотипом CD3+ CD8+ Повышение выявляется практически при всех хронических инфекциях, вирусных, бактериальных, протозойных инфекциях. Является характерным для ВИЧ-инфекции. Снижение наблюдается при вирусных гепатитах, герпесе, аутоиммунных заболеваниях.

Соотношение CD4+/CD8+ Исследование соотношения CD4+/CD8+ (CD3, CD4, CD8, CD4/CD8) рекомендовано только для мониторинга ВИЧ-инфекции и контроля эффективности АРВ терапии. Позволяет определить абсолютное и относительное количество Т-лимфоцитов, субпопуляций Т-хелперов, ЦТЛ и их соотношение.

Диапазон значений – 1,2–2,6. Снижение наблюдается при врожденных иммунодефицитах (синдром Ди-Джоржи, Незелофа, Вискотта-Олдрича), при вирусных и бактериальных инфекциях, хронических процессах, воздействии радиации и токсических химических веществ, множественной миеломе, стрессе, снижается с возрастом, при эндокринных заболеваниях, солидных опухолях. Является патогномичным признаком для ВИЧ-инфекции (менее 0,7).

Увеличение значения более 3 – при аутоиммунных заболеваниях, остром Т-лимфобластном лейкозе, тимоме, хроническом Т-лейкозе.

Изменение соотношения может быть связано с количеством хелперов и ЦТЛ у данного пациента. Например, снижение количества CD4+ Т-клеток при острой пневмонии в начале заболевания ведет к снижению индекса, а ЦТЛ при этом могут не измениться.

Для дополнительного исследования и выявления изменений иммунной системы при патологиях требующих оценки наличия острого или хронического воспалительного процесса и степени его активности, рекомендуется включать подсчет количества активированных Т-лимфоцитов с фенотипом CD3+HLA-DR+ и ТNK–клеток с фенотипом CD3+CD16++56+.

Т-активированные лимфоциты с фенотипом CD3+HLA-DR+ Маркер поздней активации, показатель гиперреактивности иммунитета. По экспрессии данного маркера можно судить о выраженности и силе иммунного ответа. Появляется на Т-лимфоцитах после 3-го дня острого заболевания. При благоприятном течении заболевания снижается до нормы. Увеличение экспрессии на Т-лимфоцитах может быть при многих заболеваниях, связанных с хроническим воспалением. Отмечено его повышение у пациентов с гепатитом С, пневмониями, ВИЧ-инфекцией, солидными опухолями, аутоиммунными заболеваниями.

ТNK-лимфоциты с фенотипом CD3+CD16++CD56+ Т-лимфоциты, несущие на своей поверхности маркеры CD16++ CD 56+. Эти клетки имеют свойства как Т-, так и NK-клеток. Исследование рекомендовано как дополнительный маркер при острых и хронических заболеваниях.

Снижение их в периферической крови может наблюдаться при различных органоспецифических заболеваниях и системных аутоиммунных процессах. Увеличение отмечено при воспалительных заболеваниях разной этиологии, опухолевых процессах.

Исследование ранних и поздних маркеров активации Т-лимфоцитов (CD3+CD25+, CD3-CD56+, CD95, CD8+CD38+) дополнительно назначают для оценки изменений ИС при острых и хронических заболеваниях, для диагностики, прогноза, мониторинга течения заболевания и проводимой терапии.

Т-активированные лимфоциты с фенотипом CD3+CD25+, рецeптор к ИЛ2 CD25+ – маркер ранней активации. О функциональном состоянии Т-лимфоцитов (CD3+) свидетельствует количество экспрессирующих рецепторов к ИЛ2 (CD25+). При гиперактивных синдромах количество этих клеток возрастает (острые и хронические лимфолейкозы, тимома, отторжение трансплантата), кроме того, повышение их может свидетельствовать о ранней стадии воспалительного процесса. В периферической крови их можно выявить в первые три дня болезни. Снижение числа этих клеток может наблюдаться при врожденных иммунодефицитах, аутоиммунных процессах, ВИЧ-инфекции, грибковых и бактериальных инфекциях, ионизирующей радиации, старении, отравлении тяжелыми металлами.

Т-цитотоксические лимфоциты с фенотипом CD8+CD38+ Присутствие CD38+ на ЦТЛ лимфоцитах отмечено у пациентов с разными заболеваниями. Информативный показатель при ВИЧ-инфекции, ожоговой болезни. Увеличение числа ЦТЛ с фенотипом CD8+CD38+ наблюдается при хронических воспалительных процессах, онкологических и некоторых эндокринных заболеваниях. При проведении терапии показатель снижается.

Субпопуляция натуральных киллеров с фенотипом CD3- CD56+ Молекула CD56 – адгезивная молекула, широко представленная в нервной ткани. Кроме натуральных киллеров, экспрессируется на многих типах клеток, в том число на Т-лимфоцитах.

Увеличение данного показателя свидетельствуют о расширении активности специфического клона клеток киллеров, которые имеют меньшую цитолитическую активность, чем NK-клетки с фенотипом CD3- CD16+. Количество этой популяции возрастает при гематологических опухолях (ЕК-клеточная или Т-клеточная лимфома, плазмоклеточная миелома, апластическая крупноклеточная лимфома), хронических заболеваниях, некоторых вырусных инфекциях.

Снижение отмечается при первичных иммунодефицитах, вирусных инфекциях, системных хронических заболеваниях, стрессе, лечении цитостатиками и кортикостероидами.

Рецептор CD95+ – один из рецепторов апоптоза. Апоптоз – сложный биологический процесс, необходимый для удаления из организма поврежденных, старых и инфицированных клеток. Рецептор CD95 экспрессируется на всех клетках иммунной системы. Он играет важную роль в контроле функционирования иммунной системы, так как является одним из рецепторов апоптоза. Его экспрессия на клетках определяет готовность клеток к апоптозу.

Снижение доли CD95+-лимфоцитов в крови пациентов свидетельствует о нарушении эффективности последнего этапа выбраковки дефектных и инфицированных собственных клеток, что может привести к рецидиву заболевания, хронизации патологического процесса, развитию аутоиммунных заболеваний и повышению вероятности опухолевой трансформации (к примеру, рака шейки матки при папилломотозной инфекции). Определение экспрессии CD95 имеет прогностическое значение при миело- и лимфопролифератиных заболеваниях.

Повышение интенсивности апоптоза наблюдается при вирусных заболеваниях, септических состояниях, при употреблении наркотических средств.

Активированные лимфоциты CD3+CDHLA-DR+, CD8+CD38+, CD3+CD25+, CD95. Тест отражает функциональное состояние Т-лимфоцитов и рекомендован для контроля за течением заболевания и контроля иммунотерапии при воспалительных заболеваниях разной этиологии.

Тимусе T-лимфоциты дифференцируются, приобретая Т-клеточные рецепторы (англ. TCR) и различные ко-рецепторы (поверхностные маркеры). Играют важную роль в приобретённом иммунном ответе. Обеспечивают распознавание и уничтожение клеток, несущих чужеродные антигены, усиливают действие моноцитов, NK-клеток, а также принимают участие в переключении изотипов иммуноглобулинов (в начале иммунного ответа B-клетки синтезируют IgM, позже переключаются на продукцию IgG, IgE, IgA).

• 1 Типы Т-лимфоцитов
  • 1.1 Т-хелперы
  • 1.2 Т-киллеры
  • 1.3 Т-супрессоры
• 2 Дифференциация в тимусе
  • 2.1 β-селекция
  • 2.2 Позитивная селекция
  • 2.3 Негативная селекция
• 3 Активация
• 4 Примечания

Типы Т-лимфоцитов

Т-клеточные рецепторы (англ. T-Cell Receptor (TCR)) являются основными поверхностными белковыми комплексами Т-лимфоцитов, ответственными за распознавание процессированных антигенов, связанных с молекулами главного комплекса гистосовместимости (англ. Major Histocompatibility Complex (MHC)) на поверхности антигенпрезентирующих клеток. Т-клеточный рецептор связан с другим полипептидным мембранным комплексом, CD3. функции CD3 комплекса входит передача сигналов в клетку, а также стабилизация Т-клеточного рецептора на поверхности мембраны. Т-клеточный рецептор может ассоциироваться с другими поверхностными белками, TCR корецепторами. зависимости от корецептора и выполняемых функций различают два основных типа Т клеток.

Т-хелперы

Т-хелперы (от англ. helper - помощник) - Т-лимфоциты, главной функцией которых является усиление адаптивного иммунного ответа. Активируют Т-киллеры, B-лимфоциты, моноциты, NK-клетки при прямом контакте, а также гуморально, выделяя цитокины. Основным признаком Т-хелперов служит наличие на поверхности клетки молекулы корецептора CD4. Т-хелперы распознают антигены при взаимодействии их Т-клеточного рецептора с антигеном, связанным с молекулами главного комплекса гистосовместимости II класса (англ. Major Histocompatibility Complex II (MHC-II)).

Т-киллеры

Т-хелперы и Т-киллеры образуют группу эффекторных Т-лимфоцитов , непосредственно ответственных за иммунный ответ. то же время существует другая группа клеток, регуляторные Т-лимфоциты , функция которых заключается в регулировании активности эффекторных Т-лимфоцитов. Модулируя силу и продолжительность иммунного ответа через регуляцию активности Т-эффекторных клеток, регуляторные Т-клетки поддерживают толерантность к собственным антигенам организма и предотвращают развитие аутоиммунных заболеваний. Существуют несколько механизмов супрессии: прямой, при непосредственном контакте между клетками, и дистантный, осуществляющийся на расстоянии - например, через растворимые цитокины.

Т-супрессоры

γδ Т-лимфоциты представляют собой небольшую популяцию клеток с видоизмененным Т-клеточным рецептором. отличие от большинства других Т-клеток, рецептор которых образован двумя α и β субъединицами, Т-клеточный рецептор γδ лимфоцитов образован γ и δ субъединицами. Данные субъединицы не взаимодействуют с пептидными антигенами презентированными MHC комплексами. Предполагается, что γδ Т-лимфоциты участвуют в узнавании липидных антигенов.

Дифференциация в тимусе

Все Т-клетки берут свое начало от гемопоэтических стволовых клеток красного костного мозга, которые мигрируют в тимус и дифференциируются в незрелые тимоциты . Тимус создает микросреду, необходимую для развития полностью функционального репертуара Т-клеток, который является МНС-ограниченным и толерантным к самому себе.

Дифференциация тимоцитов разделяется на разные стадии в зависимости от экспрессии различных поверхностных маркеров (антигенов). На самой ранней стадии, тимоциты не экспрессируют CD4 и CD8 корецепторов, и поэтому классифицируются как двойные негативные (англ. Double Negative (DN)) (CD4-CD8-). На следующей стадии тимоциты экспрессируют оба корецептора и называются двойными позитивными (англ. Double Positive (DP)) (СD4+CD8+). Наконец на финальной стадии происходит селекция клеток, которые экспрессируют только один из корецепторов (англ. Single Positive (SP)): или (CD4+), или (CD8+).

Раннюю стадию можно разделить на несколько подстадий. Так, на подстадии DN1 (англ. Double Negative 1), тимоциты имеют следующую комбинацию маркеров: CD44+CD25-CD117+. Клетки с данной комбинацией маркеров ещё называют ранними лимфоидными предшественниками (англ. Early Lymphoid Progenitors (ELP)). Прогрессируя в своей дифференциации, ELP клетки активно делятся и окончательно теряют способность трансформироваться в другие типы клеток (например В-лимфоциты или миелоидные клетки). Переходя на подстадию DN2 (англ. Double Negative 2), тимоциты экспрессируют CD44+CD25+CD117+ и становятся ранними Т-клеточными предшественниками (англ. Early T-cell Progenitors (ETP)). течение DN3 подстадии (англ. Double Negative 3), ETP клетки имеют комбинацию CD44-CD25+ и вступают в процесс β-селекции.

β-селекция

Гены Т-клеточного рецептора состоят из повторяющихся сегментов, принадлежащих к трем классам: V (англ. variable), D (англ. diversity) и J (англ. joining). процессе соматической рекомбинации генные сегменты, по одному из каждого класса, соединяются вместе (V(D)J рекомбинация). Объединённая последовательность сегментов V(D)J приводит к появлению уникальных последовательностей для вариабельных доменов каждой из цепей рецептора. Случайный характер образования последовательностей вариабельных доменов позволяет генерировать Т-клетки, способные распознавать большое количество различных антигенов, и, как следствие, обеспечивать более эффективную защиту против быстро эволюционироющих патогенов. Однако этот же механизм зачастую приводит к образованию нефункциональных субъединиц Т-клеточного рецептора. Гены, кодирующие TCR-β субъединицу рецептора, первыми подвергаются рекомбинации в DN3 клетках. Чтобы исключить возможность образования нефункционального пептида, TCR-β субъединица образует комплекс с инвариабельной пре-TCR-α субъединицей, формируя т. н. пре-TCR рецептор. Клетки, неспособные образовывать функциональный пре-TCR рецептор, погибают в результате апоптоза. Тимоциты, успешно прошедшие β-селекцию, переходят на подстадию DN4 (CD44-CD25-) и подвергаются процессу позитивной селекции .

Позитивная селекция

Клетки, экспрессирующие на своей поверхности пре-TCR рецептор все ещё не являются иммунокомпетентными, так как не способны связываться с молекулами главного комплекса гистосовместимости (MHC). Для узнавания молекул MHC TCR-рецептором необходимо наличие CD4 и CD8 корецепторов на поверхности тимоцитов. Образование комплекса между пре-TCR рецептором и CD3 корецептором приводит к ингибированию перестроек генов β субъединицы и в то же время вызывает активацию экспрессии генов CD4 и CD8. Таким образом тимоциты становятся двойными позитивными (DP) (CD4+CD8+). DP тимоциты активно мигрируют в корковое вещество тимуса где происходит их взаимодействие с клетками кортикального эпителия, экспрессирующими оба MHC комплекса (MHC-I и MHC-II). Клетки, неспособные взаимодействовать с MHC комплексами кортикального эпителия подвергаются апоптозу, в то время как клетки успешно прошедшие такое взаимодействие, начинают активно делиться.

Негативная селекция

Тимоциты, прошедшие позитивную селекцию, начинают мигрировать к кортико-медуллярной границе тимуса. Попадая в медуллу, тимоциты взаимодействуют с собственными антигенами организма презентированными на MHC комплексах медуллярных тимических эпителиальных клеток (мТЭК). Тимоциты, активно взаимодействующие с собственными антигенами подвергаются апоптозу. Негативная селекция предотвращает появление само-активирующихся Т-клеток способных вызывать аутоиммунные заболевания, являясь важным элементом иммунологической толерантности организма.

Активация

Т-лимфоциты, успешно прошедшие позитивную и негативную селекцию в тимусе, попавшие на периферию организма, но не имевшие контакта с антигеном называются наивными Т-клетками (англ. Naive T cells). Основной функцией наивных Т клеток является реакция на патогены, прежде не известные иммунной системе организма. После того как наивные Т клетки распознают антиген, они становятся активированными. Активированные клетки начинают активно делиться образуя множество клонов. Некоторые из этих клонов превращаются в эффекторные Т- клетки , которые выполняют функции специфичные для данного типа лимфоцита (например выделяют цитокины в случае Т-хелперов или же лизируют пораженные клетки в случае Т-киллеров). Другая половина активированных клеток трансформируется в Т-клетки памяти . Клетки памяти сохраняются в неактивной форме после первичного контакта с антигеном до тех пор, пока не наступает повторное взаимодействие с тем же антигеном. Таким образом, Т-клетки памяти хранят информацию о ранее действовавших антигенах и формируют вторичный иммунный ответ, осуществляющийся в более короткие сроки, чем первичный.

Взаимодействия Т-клеточного рецептора и корецепторов (СD4, CD8) с главным комплексом гистосовместимости важно для успешной активации наивных Т-клеток, однако само по себе не достаточно для дифференциации в эффекторные клетки. Для последующей пролиферации активированных клеток необходимо взаимодействие т. н. костимулирующих молекул. Для Т-хелперов такими молекулами являются CD28 рецептор на поверхности Т-клетки и иммуноглобулин B7 на поверхности антигенпрезентирующей клетки.

Примечания

1. Murphy K., Travers P., Walport M. Janeway"s Immunobiology. - New York: Garland Science, 2011. - 888 p. - ISBN 0-8153-4123-7.
2. Alberts B., Johnson A., Lewis J., Raff M., Roberts K., Walter P. Molecular Biology of the Cell. - New York: Garland Science, 2002. - 1367 p. - ISBN 0-8153-3218-1.
3. Holtmeier W., Kabelitz D. Gammadelta T cells link innate and adaptive immune responses // Chemical immunology and allergy. - 2005. - Vol. 86. - P. 151–83. - ISBN 978-3-8055-7862-2. - DOI:10.1159/000086659 - PMID 15976493.
4. Schwarz B. A., Bhandoola A. Trafficking from the bone marrow to the thymus: a prerequisite for thymopoiesis // Immunol. Rev.. - 2006. - Vol. 209. - P. 47–57. - DOI:10.1111/j.0105-2896.2006.00350.x - PMID 16448533.
5. Sleckman B. P. Lymphocyte antigen receptor gene assembly: multiple layers of regulation // Immunol Res. - 2005. - Vol. 32. - P. 153-8.

Кровь
Кроветворение	Костный мозг человека Эритропоэз Лейкопоэз
Компоненты	Плазма Эритроциты Гематокрит Тромбоциты Лейкоциты: Гранулоциты (Нейтрофилы Эозинофилы Базофилы) Агранулоциты (Лимфоциты (T- B- NK-) Моноцит)
Биохимия	Группа крови Резус-фактор Буферные системы (Ацидоз Алкалоз) Сыворотка Гликемия (Гипер- Гипо-)
Заболевания	Анемия Лейкоз Коагулопатия (Гемофилия Болезнь Виллебранда) Гемобластозы
См. также	Гематология Онкогематология

t лимфоциты выше, t лимфоциты норма, t лимфоциты повышены, t лимфоциты понижены

T-лимфоциты Информацию О

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Ученые объединили методы иммунотерапии, цитотерапии и генотерапии для перепрограммирования Т-лимфоцитов в потенциальных «убийц» раковых клеток. Но и этого оказалось недостаточно - следующим шагом стало создание молекулярного «выключателя», с помощью которого можно регулировать время и силу действия активированных Т-клеток. Инновационный метод закладывает основу для резкого сокращения серьезных (а иногда и смертельных) побочных эффектов, вызванных терапией с использованием модифицированных Т-клеток.

Обратите внимание!

Спонсором номинации «Лучшая статья о механизмах старения и долголетия» является фонд «Наука за продление жизни ». Спонсором приза зрительских симпатий выступила фирма Helicon .

Спонсоры конкурса: Лаборатория биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и Студия научной графики, анимации и моделирования Visual Science .

Медицина перешла на новый уровень: клетки стали живым лекарством

В последнее время в терапии опухолевых заболеваний особое внимание уделяется адоптивной иммуноцитотерапии (от англ. adoptive - приемный). При этом часть клеток иммунной системы пациента искусственно «натравливают» на опухолевые клетки. Суть метода состоит в том, чтобы отобрать у пациента необходимые иммунные клетки, обработать их - например, иммунными цитокинами (небольшими белками, выполняющими функции регуляторов деления и дифференцировки специфических иммунных клеток), - а затем вернуть в организм уже активированные клетки, которые и будут помогать бороться с опухолями* (рис. 1).

* - Эта тема является одной из самых горячих направлений клинической иммунологии - см. статью «Хороший, плохой, злой, или Как разозлить лимфоциты и уничтожить опухоль » . - Ред.

Впервые метод адоптивной иммуноцитотерапии был описан еще в 1988 году - у пациентов с метастатической меланомой (то есть раком кожи на четвертой стадии) наблюдалась регрессия заболевания при терапии с помощью их TIL-клеток (лимфоцитов, инфильтрующих опухоль) . В настоящее время терапия метастатической меланомы на основе TIL-клеток является наиболее эффективным способом лечения данного заболевания, поскольку регрессия опухоли наблюдается у половины пациентов .

Существует несколько вариантов клеток, которые используются в адоптивной иммунотерапии; из них три используются при терапии опухолевых заболеваний: уже знакомые нам TIL-клетки (лимфоциты, инфильтрующие опухоль), LAC-клетки (лимфокин-активированные киллеры) и CIK-клетки (цитокин-индуцированные киллеры). На самом деле собственные Т-клетки организма тоже стараются бороться с опухолевыми клетками, только зачастую опухолевые клетки им «не по зубам». Не то, чтобы совсем - ведь существует иммунный надзор, осуществляемый Т-клетками и естественными киллерами (NK-клетками), с помощью которых иммунная система старается защититься от опухолей, - однако это вовсе не стопроцентная защита. Однако случается, что иммунный надзор не всегда достаточно силен, чтоб предотвратить развитие опухолей: так, при длительном применении иммунодепрессантов после трансплантаций органов повышается частота развития многих опухолей .

Необходима система наведения

Несмотря на сложность получения модифицированных клеток, а также сопутствующий риск возникновения серьезных побочных эффектов, все же главной проблемой метода иммуноцитотерапии является отсутствие способов прицельной доставки вводимых модифицированных иммунных клеток в опухоль. Раковые клетки часто делаются практически «невидимыми» для иммунной системы, и они образуют микросреду, которая подавляет активность и миграцию Т-клеток . Для того, чтобы сбросить мантию-невидимку с опухолевых клеток, Т-лимфоциты надо не только активировать, но и придать им способность прицельно узнавать опухолевые клетки. Т-клетки могут быть перепрограммированы методами генной инженерии путем введения генов, кодирующих рецепторы к опухолевым антигенам (TAA, tumour-associated аntigens) - оснащения собственной «системой наведения». Также можно заодно ввести гены для придания Т-клеткам устойчивости к иммуносупрессии для увеличения выживаемости или облегчения проникновения сконструированных Т-клеток в опухоль. В итоге, могут быть получены высокоактивные «наемные убийцы» раковых клеток .

Для получения эффективных «убийц» Т-лимфоциты модифицируют путем оснащения их искусственными химерными антигенными рецепторами (CAR, chimeric antigen receptors). Рецепторы химерные, поскольку одна часть (распознающая) была «позаимствована» у моноклональных антител, а часть, передающая сигнал, - у Т-клеточного рецептора (ТCR). В качестве внеклеточной «распознающей» части обычно служат вариабельные домены тяжелой и легкой цепи иммуноглобулинов необходимой специфичности (scFv), которые образуют специфичный к опухолевым клеткам антиген-связывающий участок (рис. 2).

Рисунок 2. Структура химерного антигенного рецептора (CAR). CAR состоит из внеклеточного домена (одноцепочечного вариабельного фрагмента антитела (scFv)), соединенного с помощью цепей и трансмембранных доменов с цитоплазматической сигнальной областью. Гены, кодирующие scFv, получены из В-клеток, продуцирующих антитела, специфичные к опухолевому антигену. CAR существует в виде димера, и распознавание опухоли происходит напрямую (без участия MHC). Рисунок из .

Все новое - это хорошо забытое старое. Первые Т-клетки с химерным антигенным рецептором были получены командой ученых под руководством профессора Эсхара (Zelig Eshhar ); результаты работы были опубликованы еще в 1989 году . Эсхар понял, что, обладая данной техникой, Т-клетки можно запрограммировать на нацеленную атаку.

Однако с момента обнаружения химерных антигенных рецепторов до внедрения технологии в практику прошло больше 20 лет. За это время были улучшены химерные антигенные рецепторы - были созданы CAR 2-го поколения, в которые был внесен дополнительный сигнальный домен костимулирующей молекулы, который позволил улучшить активацию Т-клеток и их распространение. В CAR 3-го поколения был добавлен еще один сигнальный домен, что в конечном итоге повысило уровни выживания и размножения модифицированных Т-клеток (рис. 3). В конечном итоге были улучшены способность к «выслеживанию» опухолевых клеток, а также уменьшены побочные эффекты.

Рисунок 4. Бутылка с питательной средой для Т-клеток , которые после введения в них нового рецептора выращивают около 10 дней до достижения ими количества в несколько миллиардов. Тогда они могут быть введены в вены пациента. Рисунок из .

Первые клинические испытания генетически модифицированных Т-лимфоцитов, несущих химерные антигенные рецепторы, прошли в 2012 году. Они выпали на долю девочки по имени Эмили, больной острой лимфобластной лейкемией. После того, как генетически модифицированные Т-клетки были обратно введены девочке, ее состояние резко ухудшилось, и она провела несколько недель в отделении интенсивной терапии на искусственной вентиляции легких. В какой-то момент жизнь Эмили висела на волоске, но в итоге девочка поправилась, и уже три года в ее организме врачи не находят даже единичных раковых клеток .

Побочные эффекты новой терапии

Несмотря на то, что иммуноцитотерапия Т-клетками с CAR является прорывом в области лечения опухолевых заболеваний, есть еще ряд опасностей, которые могут поджидать за углом. Доктор Карл Джун (Carl June ) из университета Пенсильвании был одним из первых, кто опубликовал успешные результаты лечения модифицированными Т-клетками, сравнил то, что происходит внутри тела пациента с «серийным убийством» и «массовым убийством». Когда миллиарды Т-клеток, которые были введены в организм, поделятся, то они смогут обнаружить и убить несколько фунтов опухоли. Но в этом тоже немало риска - многие пациенты страдают от синдрома высвобождения цитокинов (цитокинового шторма) - при борьбе Т-клетки с опухолевой клеткой высвобождается большое количество молекул цитокинов, что представляет угрозу для самого организма. Так, семь пациентов умерло вследствие этого синдрома .

Побочные эффекты связаны с мощной иммунной активностью модифицированных Т-клеток. Одним из камней преткновения является риск высокой токсичности, не позволяющий ввести подобное лечение на регулярной основе. «Т-клетки - действительно мощные создания» , - говорит профессор Венделл Лим (Wendell Lim ), заведующий отделом Департамента клеточной и молекулярной фармакологии Калифорнийского университета. - «Будучи активированными, они могут вызвать смерть. Нам необходима система удаленного контроля, которая сохранит силу этих модифицированных Т-клеток, и позволит специфично „общаться“ с ними и управлять Т-клетками, находящимися в организме» .

Т-клетки взяли под контроль

Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Франциско создали молекулярный «включатель», с помощью которого можно управлять действиями генноинженерных Т-лимфоцитов. Как и обыкновенные Т-клетки, несущие CAR, новые Т-клетки с «включателем» будут взаимодействовать с опухолевыми клетками, но не будут переходить «в атаку», пока не будет введен специальный препарат. Данный препарат является своеобразным «химическим мостиком» внутри Т-клеток: он запускает иммунные реакции, «включает» их, переводя в активное состояние. Когда препарат перестает циркулировать в крови, Т-клетки снова переходят в «выключенное» состояние (рис. 5).

Рисунок 5. Титруемый контроль генноинженерных Т-клеток с помощью включаемого химерного антигенного рецептора. С обычным CAR Т-клетки активируются при соединении с клеткой-мишенью, при этом из-за очень сильного иммунного ответа есть риск высокой токсичности. «Включаемый» CAR требует небольшую стимулирующую молекулу для запуска терапевтической функции. Величину ответа (например, «убийства» клеток-мишеней) можно титровать, тем самым уменьшая токсичность при уменьшении количества небольшой стимулирующей молекулы. Рисунок из .

Внедрение «пульта управления» в Т-клетку с химерным антигенным рецептором - это пример простой и эффективной стратегии совмещения собственных и автономных решений клетки (например, обнаружение сигналов болезни) с контролируемыми пользователем из вне. Перегруппировка и расщепление основных частей CAR обеспечивает возможность «включения» и «выключения» химерных антигенных рецепторов. Данная работа также подчеркивает важность разработки оптимизированных биоинертных «пультов управления», таких как небольшие молекулы и свет, вместе с их клеточными компонентами реагирования, в целях повышения точности контролируемой терапии .

Таким образом, правильно дозируя препарат, можно управлять уровнем иммунной активности модифицированных Т-клеток. В частности, благодаря данной технологии можно снизить отрицательные последствия синдрома высвобождения цитокинов. Также иногда нормальные клетки экспрессируют небольшие количества белков, которые являются мишенью для Т-клеток с CAR. Поскольку модифицированные Т-клетки вводят в кровяное русло и они проходят через сердце и легкие, ткани этих органов могут быть повреждены прежде, чем Т-клетки достигнут своих намеченных целей в других частях тела. А с новой технологией Т-клетки будут в «выключенном» состоянии, пока не достигнут цели .

Иммунотерапия с помощью Т-клеток с CAR успешна против рака крови, но, когда дело доходит до твердых опухолей, которые образуются в толстой кишке, молочных железах, мозге и других тканях, модифицированные Т-клетки до сих пор не показывают высокой эффективности. Возможно, метод дистанционного управления Т-клетками позволит разработать более мощные версии химерных антигенных рецепторов, которые позволят Т-клеткам поражать твердые опухоли, при этом не обладая серьезными побочными эффектами.

Литература

1. Хороший, плохой, злой, или Как разозлить лимфоциты и уничтожить опухоль ;
2. Rosenberg S.A., Packard B.S., Aebersold P.M., Solomon D., Topalian S.L., Toy S.T. et al. (1988). Use of tumor-infiltrating lymphocytes and interleukin-2 in the immunotherapy of patients with metastatic melanoma. A preliminary report . ;
3. Regalado A. (2015). Biotech’s coming cancer cure . MIT Technology Review ;
4. Farley P. (2015). ‘Remote control’ of immune cells opens door to safer, more precise cancer therapies . University of California San Francisco ;
5. Wu C., Roybal K.T., Puchner E.M., Onuffer J., Lim W.A. (2015). Remote control of therapeutic T cells through a small molecule-gated chimeric receptor . Science . 350 , aab4077..

Уникальным свойством антигена, проникшего в организм, яв­ляется его способность специфически связываться с лимфоцитами и активировать их.

Согласно клонально-селекционной теории, выдвинутой в 1959 г. Бернетом, при нормальном развитии в организме возникает набор из тысяч очень небольших по объему субпопуляций лимфоцитов, имеющих на наружной мембране рецепторы лишь к одной какой-то детерминанте. Иммунный ответ оказывается специфическим в силу того, что проникший в организм антиген избирательно свя­зывается только с теми клетками, на поверхности которых имеют­ся соответствующие рецепторы. С остальными клетками этот ан­тиген не взаимодействует.

Связывание антигена индуцирует активацию лимфоцита, то есть запускает ряд процессов, приводящих к клеточному деле­нию и дифференцировке. В процессе дифференцировки лим­фоцитов происходит развитие таких эффекторных функций,

как антителообразование у В-клеток и появление цитотокси-ческой активности у части Т-клеток.

Под активацией лимфоцитов понимается достаточно слож­ный процесс перехода клетки из фазы G0 в фазу G1, вызванный взаимодействием со стимулирующим агентом (например, антиге­ном или митогеном). Термин «покоящийся лимфоцит» относится к лимфоцитам, которые находятся в фазе G0 (в этой фазе клеточ­ного цикла клетки не делятся), характеризующейся низким уров­нем метаболической активности, т. е. низкой скоростью синтеза белков и РНК при отсутствии синтеза ДНК. Реагирующие с анти­геном клетки согласно клонально-селекционной теории Бернета обычно находятся в покоящемся состоянии до получения стиму­лирующего сигнала.

При взаимодействии с антигеном в ранее «покоившихся лим­фоцитах» наряду с метаболическими изменениями, характерными для делящихся клеток, происходят процессы созревания, различ­ные в разных субпопуляциях лимфоцитов. В итоге каждая субпо­пуляция приобретает набор присущих только ей поверхностных антигенов и специфических функций.

Последовательность процессов активации лимфоцитов в об­щем виде может быть представлена следующим образом. Рецепто­ры на поверхности лимфоцита связывают стимулирующий лиганд (например, антиген) и сшиваются друг с другом, образуя неболь­шие локальные кластеры сшитых рецепторов, которые становятся наиболее эффективными в передаче активирующего сигнала.

Локальные кластеры повышают проницаемость мембраны лим­фоцита для одновалентных катионов, поступающих внутрь клет­ки, что приводит к деполяризации мембраны и локальному увели­чению концентрации Na + -, K + -АТФазы. Вследствие сшивки ре­цепторов лимфоцита активируется мембранная метилтрансфе-раза, которая катализирует образование достаточного количества монометилфосфатидилэтаноламина, повышающего текучесть мем­браны и вызывающего ее локальную перестройку. В результате этого открываются каналы, через которые ионы Са 2+ проникают (диффундируют) в лимфоцит. Вследствие такого локального уве­личения концентрации Са 2+ с внутренней стороны мембраны ак­тивируется фосфолипаза А2, катализирующая образование лизо-лецитина и арахидоновой кислоты из фосфатидилхолина. Эти ре­акции происходят в течение первых 30 мин после контакта лим­фоцита с антигеном.

Одновременно ионы Са 2+ активируют и другой цитоплазматичес-кий фермент, расщепляющий фосфатидилинозитол (по крайней мере в Т-клетках). Высвобождающаяся арахидоновая кислота при участии липоксигеназы и циклоксигеназы расщепляется с образова­нием лейкотриенов и простагландинов (одни продукты каскада ара­хидоновой кислоты регулируют синтез РНК и ДНК, другие - влия­ют на поглощение ионов Са 2+ или активность аденилатциклазы).

Лизолецитин с помощью ионов Са 2+ активирует гуанилат-циклазу, а активность аденилатциклазы уменьшается вследствие ее соседства с Ш + -К + -АТФазой, конкурирующей с ней за АТФ. Все это приводит к временному увеличению концентрации цГМФ, активирующего протеинкиназы, трансферазы жирных кислот и ферменты, увеличивающие синтез мембранных фосфолипидов. Из других протеинкиназ важное значение имеет активация проте-инкиназ, способствующих биосинтезу матричной РНК, полиами­нов и переносу метальных групп.

Поскольку транспорт глюкозы в клетку является Са-зависи-мым процессом, то поток ионов Са 2+ играет важную роль в уве­личении скорости ее транспорта, т. е. поставки исходного ма­териала для обеспечения множества энергозависимых синте­тических процессов. Повышенный транспорт аминокислот и нуклеотидов в клетку вызывает повышенное образование липо-сом, увеличение синтеза рибосомной и матричной РНК и синте­за белка в целом.

Поток ионов Са 2+ активирует сериновую эстеразу, вызываю­щую повышение клеточной подвижности благодаря изменениям в системе циклических нуклеотидов. Кроме того, сериновая эстера-за опосредованно активирует ядерную аденилатциклазу. Увеличе­ние в ядре концентрации цАМФ вызывает активацию киназ, спе­цифически фосфорилирующих кислые негистоновые белки, регу­лирующие транскрипцию и синтез ДНК. Это приводит к синтезу РНК и ДНК, начинающегося на 3-й сутки и достигающего макси­мума на 4...6-е сутки.

Среди факторов, влияющих на активацию лимфоцитов, следу­ет отметить следующие:

антигены, к которым имеются специфические рецепторы на лимфоцитах; популяцию таких лимфоцитов называют антиген-связывающими клетками;

антитела к иммуноглобулинам; сшивка поверхностных имму­ноглобулинов В-клеток с бивалентными антителами к этим имму­ноглобулинам;

интерлейкины IL-1, IL-2;

инсулин; он опосредованно, через активацию аденилатцикла­зы, активирует лимфоциты.

Ингибирующее влияние на лимфоциты оказывают следую­щие факторы:

липиды; наибольшей ингибирующей способностью из липо-протеидов обладают липопротеиды очень низкой плотности (ЛОНП), обусловливающие разобщение между потоком ионов Са 2+ в клетку и концентрацией образующихся при этом цикличес­ких нуклеотидов;

фрагменты компонентов системы комплемента СЗе, СЗс и C3d; они ингибируют пролиферацию Т-клеток и синтез антител в ответ на стимуляцию с помощью антигена.

Несмотря на то что механизмы активации лимфоцитов раз­личных популяций характеризуются определенной общностью, следует отметить и те особенности, которые наблюдаются при активации Т- и В-лимфоцитов, имеющих различные поверхност­ные маркеры, с помощью которых эти клетки взаимодействуют с внешними факторами.

Активация В-лимфоцитов. В-лимфоциты реагируют на три раз­личных типа антигенов:

2. Тимуснезависимый антиген типа 2 (например, не­которые линейные антигены, имеющие часто повторяющуюся, определенным образом организованную детерминанту, - полиме­ры D-аминокислот, поливонил-пирролидон, полисахарид пнев­мококков).

Эти антигены, длительно персистируя на поверхности спе­циализированных макрофагов краевого лимфатического узла и селезенки, специфически связываются с иммуноглобулиновыми рецепторами В-клеток. Таким образом, оба тимуснезависимых ан­тигена способны непосредственно, т. е. без участия Т-клеток, сти­мулировать В-лимфоциты и вызывать преимущественно синтез IgM. Индуцируемый ими иммунный ответ практически не сопро­вождается формированием клеток памяти.

3. Тимусзависимый антиген. Многие антигены
относятся к группе тимусзависимых. В отсутствие Т-лимфоцитов
эти антигены лишены иммуногенности - связавшись с В-клеточ-
ным рецептором, они, подобно гаптенам, не способны активиро­
вать В-клетку. Одна антигенная детерминанта тимусзависимого
антигена связывается с В-клеткой, а остальные - с Т-хелпером,
активируя его. Т-хелперы должны распознавать детерминанты но­
сителя на поверхности реагирующей В-клетки.

Антиген, связавшийся с поверхностными /gA-клетками, попа­дает в эндосомы вместе с молекулами МНС класса II, а затем возвращается на поверхность А-клетки в процессированной фор­ме. Он ассоциирован с молекулами МНС класса II и доступен для распознавания специфическими Т-хелперами. Носитель процессируется в В-клетках, запрограммированных на синтез антител к гаптену. После стимуляции Т-хелперами, распознаю­щими процессированный носитель, В-клеткам удается выпол­нить свою программу, т. е. начать производить антитела, реаги­рующие с гаптеном.

Механизм активации клеток. Связывание поверхностных рецеп­торов (IgM) В-клеток с антигеном или антителами к этим рецеп­торам вызывает совокупность последовательных реакций, анало­гичных реакциям при активации Т-клеток (поступление в В-лим-фоцит ионов Са 2+ и активация протеинкиназ) - это один меха­низм. Другой, имеющий важное значение для Т-зависимых ан-

Тигенов, - это увеличение экспрессии поверхностных молекул МНС класса II уже на самых ранних этапах активации В-клеток. С моле­кулами МНС класса II и процессированным антигеном связывается Т-хелпер, который продуцирует факторы (например, BSF-1 - от англ. B-cell stimulatory factor), обусловливающие переход В-кле­ток в фазу G-1 клеточного цикла. Как и активированная Т-клетка, стимулированный В-лимфоцит приобретает многочисленные по­верхностные рецепторы для ростовых факторов, выделяемых Т-хел-перами, в этом состоянии он готов к пролиферации - основному процессу в следующей фазе иммунного ответа.

Первыми начинают делиться Т-хелперы, на поверхности ко­торых экспрессируются высокоаффинные рецепторы к IL-2. Эти клетки пролиферируют в ответ либо на собственный IL-2, либо на IL-2, продуцируемый субпопуляцией Т-хелперов. Проли­ферацию В-клеточного клона обеспечивают Т-клеточные раство­римые факторы, в частности BSF-1 (фактор роста В-клеток, име­нуемый чаще интерлейкином-4), выделяемые активированными Т-клетками. Под влиянием других факторов (например, BCDF - от англ. B-cell differentiation factor) происходит созревание клона В-лимфобластов и ускорение их преобразования в плазматичес­кие клетки с высоким уровнем секреции IgM. Другой дифферен-цировочный фактор BCDF (также синтезируется активирован­ными Т-хелперами) переключает синтез с IgM на IgG и индуциру­ет те изменения, которые необходимы для обеспечения высокой скорости синтеза антител.

Активация Т-лимфоцитов. Для активации необходимо два сиг­нала. Роль первого сигнала может выполнять антиген (или мито-ген), связанный с молекулой МНС класса II на поверхности анти-генпрезентирующей клетки. Тройное взаимодействие между ан­тигеном, гликопротеином МНС и рецептором Т-лимфоцита гене­рирует сигнал, передаваемый через комплекс рецептора с моле­кулой CD-3 (это мембраносвязанный белковый комплекс, пред­ставляющий собой антигенспецифический Т-клеточный ре­цептор периферических Т-лимфоцитов), и одновременно обес­печивает воздействие на клетку высокой локальной концентра­ции IL-1 (второй сигнал), продуцируемого антигенпрезентирую-щей клеткой.

Активированные Т-клетки секретируют:

IL-2, стимулирующий деление клеток, имеющих рецептор к IL-2;

лимфокин BSF-1, активирующий В-клетки;

лимфокин BSF -2, стимулирующий клональную экспансию ак­тивированных В-лимфоцитов;

лимфокин BCDF -фактор дифференцировки В-клеток, спо­собствующий созреванию клеток с высокой скоростью секре­ции IgM;

лимфокин BCDF-фактор, вызывающий переключение с син­теза IgM на IgG и высокую скорость секреции последнего.

2981 0

Активация Т- и В-клеток, которые экспрессируют подходящие рецепторы, завершается пролиферацией - увеличением численности (экспансией) лимфоцитарного клона - и дальнейшей дифференцировкой в эффекторные клетки; небольшое количество размножившихся клеток станет клетками памяти. Однако эффекторные функции Т- и В-клеток совершенно различны.

Активация и дифференцировка Т-клеток приводят к синтезу и выделению ряда цитокинов, воздействующих на множество различных типов клеток, или, наоборот, к развитию эффекторных клеток, которые об ладают прямым цитотоксическим действием на клетки хозяина. Напротив, активация и дифференцировка В-клеток приводят к образованию антител. В этой главе более детально описано, как активируются и исполняют свои эффекторные функции Т- и В-клетки.

Активация СD4+-Т-клеток

СD4+-Т-клет-ки, которые играют ключевую роль при ответах почти на все белковые антигены, активируются экзогенными антигенами. Вначале рассмотрим, как эти экзогенные антигены захватываются в организме антигенпрезентирующими клетками (АПК) и как впоследствии АПК взаимодействуют с CD4+-T-клетками.

Специализированные клетки, представляющие антиген Т-клеткам

Антиген может попасть в организм разными путями. В этих участках вторжения антигена находятся специализированные, или профессиональные, АПК - особенно в дыхательных путях, ЖКТ и коже, а также в лимфоидных органах и других тканях по всему телу. Наиболее важными из них являются клетки, производные миелоидного ростка костного мозга, - дендритные клетки и макрофаги. Функциями АПК являются захват антигена, его процессинг и презентация Т-клеткам, а также обеспечение костимуляторными сигналами, которые активируют наивные Т-клетки.

Дендритные клетки - это гетерогенное семейство клеток, которые можно обнаружить во многих тканях, включая тимус. Эти клетки необходимы для инициации ответа первичных, или наивных, Т-клеток, т.е. при первой активации Т-клеток чужеродным антигеном. Для эффективного функционирования дендритных клеток в качестве АПК необходимы многие свойства: они коститутивно экспрессируют высокие уровни МНС II класса (а также и I класса).

Кроме этого дендритные клетки очень подвижны, быстро перемещаются из мест, где вошли в контакт с антигеном, в лимфатические узлы , в которых смогут взаимодействовать с Т-клетками. Более того, захват и процессинг дендритными клетками антигенов, в частности микробных возбудителей, индуцируют костимуляторные сигналы, которые необходимы для активации наивных Т-клеток. Далее эти свойства описаны более детально.

Рис. 10.1. Созревание дендритной клетки после взаимодействия с бактерией в ткани

На рис. 10.1 показано, что взаимодействие антигена с дендритной клеткой в ткани определяет ее созревание, приводящее в конечном счете к тому, что несущая антиген клетка выходит из ткани в лимфатический узел, дренирующий этот участок. Антиген, показанный на рисунке, - грамотрицательная бактерия, захватывается незрелой дендритной клеткой в ткани. Бактерия взаимодействует с Toll-подобным рецептором (TLR) , который экспрессирует дендритная клетка.

Семейство TLR является паттернраспознающими молекулами, экспрессирующимися на клетках врожденной иммунной системы. Они взаимодействуют с инфекционным микроорганизмом или его компонентами: отдельными бактериальными продуктами, такими как ДНК, липопротеин и липополисахарид. Некоторые TLR взаимодействуют с различными бактериальными компонентами, тогда как другие, как предполагается, - с вирусными продуктами. Клеточная стенка грамотрицательной бактерии содержит липополисахарид и взаимодействует с TLR-4, экспрессирующимся на дендритной клетке. Это взаимодействие, связанное с захватом бактерии в клетку, активирует феномен.

Белковые компоненты бактерии процессируются до пептидов в вакуолях с кислым содержимым по пути МНС II класса. На клеточной поверхности появляется большое количество костимулирующих молекул семейства В7 (CD80/CD86), концентрация молекул МНС II класса также возрастает. Дендритная клетка тоже синтезирует высокие концентрации хемокинов и провоспалительных цитокинов, которые являются растворимыми факторами, увеличивающими или вызывающими воспалительный ответ в тканях. К этим цитокинам относят фактор некроза опухоли (TNF) а и IL-12.

Таким образом, дендритная клетка, содержащая поцессированные пептиды, покидает ткань, в которой встретилась с антигеном, и мигрирует по лимфатическим сосудам в лимфатический узел, дренирующий эту ткань. (Миграция из ткани ассоциирована с повышением экспрессии дендритными клетками хемокинового рецептора CCR7.) В Т-клеточной области лимфатического узла уже зрелая дендритная клетка, экспрессирующая высокие уровни МНС II класса и костимулирующих молекул, презентирует пептиды наивной CD4+-T-клеткe, экспрессирующей Т-клеточный рецептор, специфичный для особой комбинации МНС и пептида.

Заметим, что при отсутствии сигнала, индуцированного антигеном, незрелые дендритные клетки экспрессируют низкие концентрации костимулирующих молекул. Таким образом, антигены, не индуцирующие высокие уровни костимулирующих функций, не активируют наивные Т-клетки. Вот почему встреча дендритной клетки с собственными молекулами в нормальной ткани не приводит к активации этой клетки или Т-клеток - поскольку не индуцируется костимулирующая функция

Сходным образом для Т-клеточного и антительного ответов на многие «безвредные» антигены (например, белок куриного яйца, введенный мыши) необходимо присутствие адъюванта - такого как полный адъювант Фрейнда - который включает бактерии или бактериальные компоненты. Бактериальные компоненты адъюванта используются для активации АПК, в особенности для экспрессии костимулирующих молекул. В отсутствие этого добавочного сигнала даже чужеродный антиген может вызвать низкий ответ или вообще его не вызвать.

Миграция АПК, несущих антиген в дренирующий узел, сочетается со способностью наивных Т-клеток рециркулировать по лимфатическим сосудам в лимфатические узлы. Это увеличивает вероятность того, что единичный Т-лимфоцит, экспрессирующий подходящий TCR (по приблизительной оценке это примерно один из общей популяции, составляющей 105-106 клеток), взаимодействует с АПК, несущей антиген. В самом деле, исследования свидетельствуют, что это взаимодействие происходит в организме в течение нескольких часов после введения антигена.

Взаимодействие несущих антиген АПК и Т-клеток - особенно активированных и Т-клеток памяти - может происходить в любой ткани, зараженной или поврежденной антигеном. Каскад событий, развивающихся после того, как АПК в соединении с пептидом взаимодействует с СD4+-Т-клеткой, описывается далее.

Парные взаимодействия на поверхности АПК и CD4+-T-клетки

Пептид/МНС и TCR

Взаимодействие комплекса пептид-молекула МНС II класса, экспрессированного на АПК, и вариабельных областей Vα + Vβ TCR на Т-клетке называют первым сигналом Т-клеточной активации. Это взаимодействие необходимо, но в основном недостаточно для Т-клеточной активации, особенно для активации наивных СD4+-Т-клеток, вследствие низкой склонности к взаимодействию между TCR и комплексом пептид-МНС.

Главный комплекс гистосовместимости II класса и CD4

Взаимодействие неполиморфного участка молекулы МНС II класса (т.е. вне связывающей пептид полости) с дополнительным рецептором CD4 значительно повышает способность Т-клетки отвечать на антиген. Показано, что взаимодействие CD4-МНС II класса делает клетку в 100 раз более чувствительной к антигену, чем при его отсутствии. Рецептор CD4 играет важную роль в трансдукции Т-клеточного сигнала.

Рис. 10.2. Ключевые взаимодействия клеточных поверхностей, ведущие к активации Т-клеток и секреции цитокинов. Штриховкой указана экспрессия, повышающаяся при активации

Предполагается, что после того как комплекс пептид-МНС свяжется с TCR, CD4 приближается к TCR, и цитоплазматический хвост CD4, связанный с ферментом, участвует в Т-клеточной активации; «группирование» CD4 с TCR добавляет этот фермент в комплекс, формирующийся для передачи сигнала.

Костимулирующие пары: В7 с CD28 или CD152, CD40 с CD154

Костимулятор, или второй сигнал, усиливает и поддерживает сигналы, образовавшиеся при взаимодействии МНС - пептид - TCR. Костимуляторы необходимы для активации наивных (непримированных) Т-клеток, но менее важны для активации ранее примированных Т-клеток.

Наиболее изучены костимуляторные взаимодействия между семейством молекул, названным В7, которые экспрессируются на профессиональных АПК (таких как дендритные клетки, макрофаги и активированные В-лимфоциты), и CD28, конститутивно экспрессируемыми на Т-клетках. Больше всего известно о молекулах CD80 и CD86 семейства В7 (В7.1 и В7.2 соответственно); обе связываются с CD28. В настоящее время не ясно, обладают ли CD80 и CD86 разными функциями. Они также взаимодействуют с другой молекулой на Т-клеточной поверхности - CD152 (называемой CTLA-4), которая индуцируется при Т-клеточной активации. Молекула CD152 относится к тому же семейству молекул, что и CD28, но играет в активации Т-клеток другую роль. Костимуляторные функции других молекул семейств В7 и CD28 в настоящее время уточняются.

Взаимодействие комплекса пептид-МНС с TCR также усиливает экспрессию CD154 (лиганд CD40-CD40L) на Т-клетке. Молекула CD154 взаимодействует с CD40, постоянно экспрессируемой АПК, такими как дендритные клетки и макрофаги, а также В-клетками. Взаимодействие CD40-CD154 вызывает повышение экспрессии В7 на поверхности АПК и таким образом усиливает взаимодействие В7-CD28 между АПК и Т-клеткой. Взаимодействие CD154 на активированной Т-клетке с CD40, экспрессируемой на В-клетке, играет ключевую роль во взаимодействии Т- и В-клеток.

Молекулы адгезии: CD54 с CD11a/CD18, CD58 с CD2

Две пары адгезивных взаимодействий усиливают и стабилизируют взаимодействие АПК и Т-клетки на несколько часов, которые клеткам необходимо провести в контакте для активации Т-лимфоцита. Первое взаимодействие осуществляется между CD54 (молекула межклеточной адгезии 1; intercellular adhesion molecule 1 - ICAM-1), экспрессируемой на АПК, и интегрином CD11a/CD18 (антиген, связанный с функционированием лейкоцитов 1; leukocyte function-associated antigen 1 - LFA-1), экспрессируемым на Т-клетке.

Второе взаимодействие осуществляется между CD58 (LFA-3), экспрессируемыми на АПК, и CD2, экспрессируемыми на Т-клетке. Кроме того, предполагается, что эти адгезивные взаимодействия замедляют отделение АПК от Т-клеток при первом взаимодействии; это обеспечивает необходимое время для сканирования TCR поверхности АПК в поисках подходящего комплекса МНС II класса - пептид.

Иммунологический синапс

По нынешним представлениям при взаимодействии АПК и пептида с СD4+-Т-клеткой формируется область межклеточного контакта, называемая иммунологическим синапсом. Кроме комплекса МНС-пептид и TCR, синапс формируют пары адгезионных молекул, описанные ранее, и молекулы В7-CD28 на поверхности Т-клетки и АПК. (Входит ли взаимодействие CD40 - CD154 в синапс, еще не решено.) Кроме того, со стороны Т-клетки синапс формируют сигнальные молекулы, рекрутируемые изнутри Т-клетки, и белки цитоскелета. Похоже, что синапс необходим для поддержания обмена сигналами между клетками, который продолжается, пока АПК и T-клетка не разойдутся после контакта длительностью около 8 ч.

Синапс динамично формируется и развивается; его состав и структура меняются с течением времени после первого контакта. Например, парные молекулы адгезии CD54 (ICAM-1) и CD11а/ CD18 (LFA-1) находятся в различных зонах синапса и появляются в разное время от момента первого контакта между клетками. Кроме того, другие молекулы включаются или исключаются из синапса спустя разное время от момента первого контакта.

Данные нескольких экспериментов свидетельствуют, что после активации Т-клетки реорганизуют свою структуру, как внутренний цитоскелет, так и клеточную мембрану. В мембране Т-клеток структура липидов негомогенна; они формируют так называемые микродомены, или липидные «плоты», обогащенные холестерином и гликосфинголипидами. При активации Т-клеток эти липидные «плоты», которые до этого были распределены по мембране, подтягиваются к синапсу и приносят с собой компоненты межклеточных сигналов. Это перемещение также выталкивает из зоны контакта молекулы, не вовлеченные во взаимодействие АПК с Т-клеткой.

Межклеточные события при активации СD4+-Т-клетки

Множество недавних исследований было посвящено идентификации последовательности активационных событий внутри СD4+-Т-клетки после первоначального контакта с АПК, экспрессирующей пептид, связанный с молекулой МНС II класса. Тем не менее все стадии этого сложного и взаимосвязанного процесса полностью не понятны, хотя определенно известно, что активационный каскад распространяется в определенном порядке от поверхности клетки через цитоплазму в ядро. Также известно, что некоторые события происходят за секунды, другие - через минуты, а некоторые - спустя часы после начала взаимодействия. Основные события при активации Т-клеток описаны на рис. 10.3.

Стартовый сигнал

Связывание комплекса МНС-пептид с внеклеточными вариабельными областями (Vα+Vβ) TCR приводит к передаче сигнала через плотно связанные молекулы CD3 и ξ внутрь Т-клетки. Природа передачи через мембрану в настоящее время еще не известна: возможно, она связана с агрегацией нескольких молекул TCR в мембране клетки (подобно первым шагам активации через В-клеточный рецептор, как будет описано далее) или с конформационными изменениями трансмембранной области цепей TCR.

Рис. 10.3. Внутриклеточные события при активации Т-лимфоцита. Для простоты показаны только по одной цепи CD3, ξ и один фосфорилированный ITAM. Оранжевые полукруги обозначают фосфатные группы, добавленные к активированной молекуле

Фосфорилирование киназ, сборка и активация сигнального комплекса на клеточной мембране

После связывания лиганда с TCR одним из первых событий, определяемых в Т-клетке через несколько секунд, является активация тирозиновых киназ - ферментов, которые активируют белки путем присоединения фосфатных групп к остаткам тирозина. Тирозинкиназы связаны с цитоплазматическими участками комплекса TCR и молекул CD4. (Предполагают, что мембранный белок CD45 - тирозиновая фосфатаза, активирует эти киназы, удаляя ингибирующие фосфатные группы). Тирозинкиназа, связанная с CD3 и называется Fyn, а тирозинкиназа, связанная с CD4, - Lck. Обе принадлежат к семейству тирозиновых киназ, известных Src (произносится как «сарк»).

Когда Fyn и Lck активированы, они группируются с областями CD3 и ξ-цепями, которые содержат описанные ранее иммунорецепторные тирозинсодержащие активационные мотивы (последовательности) (ITAM), и активируют их. Эта группировка (кластер) также подтягивает CD4, находящийся в тесной ассоциации с комплексом TCR, как описано ранее. Фосфорилированные последовательности ITAM в CD3 и ξ служат местом прикрепления еще одной тирозиновой киназы ZAP-70 (она принадлежит ко второму семейству тирозиновых киназ - Syk). Эту стадию считают ключевой для активации Т-клеток, поскольку у некоторых пациентов, у которых нет ZAP-70, Т-клетки не отвечают на антиген. Так как CD3 и ξ содержат множество ITAM-последовательностей, к этому комплексу сигнальных белков присоединяется более одной молекулы ZAP-70.

Тирозинкиназа, связанная с CD4, активирует ZAP-70, когда она уже присоединена к мультимолекулярному комплексу сигнальных белков. Активированная ZAP-70 фосфорилирует множество белков внутри клетки. Среди наиболее значимых субстратов активации ZAP-70 можно назвать адаптерные молекулы. Эти белки не обладают ферментативной активностью, но содержат множество участков для связывания с другими белками. Два типа этих важных адаптерных молекул, фосфорилированных после Т-клеточной активации, - LAT и SLP-76 - показаны на рис. 10.3.

Фосфорилированные адаптеры привлекаются к клеточной мембране, увеличивая тем самым комплекс молекул для транедукции сигнала, формирующийся в иммунологическом синапсе. Таким образом, на цитоплазматической стороне Т-клеточной мембраны собирается и активируется мультимолекулярный белковый комплекс, состоящий из молекул, последовательно передающих сигнал.

Активация внутриклеточных сигнальных механизмов

Активированные адаптерные молекулы, привлеченные в иммунологический синапс, связывают ферменты и другие адаптеры, активирующие некоторые важные внутриклеточные сигнальные пути. Адаптерные молекулы связывают фосфолипазу С-γ (PLC-γ), которая после фосфорилирования ZAP-70 катализирует разрушение мембранного фосфолипида фосфотидилинозитола дифос-фата (Р1Р2).

Он разделяется на два компонента: диацилглицерол (ДАГ), который активирует ассоциированный с мембраной фермент протеин-киназу С (РКС), активирующую киназный каскад, который приводит в конечном счете к активации в цитоплазме фактора транскрипции NF-kB, и инозитолтрифосфат (IР3), увеличивающий внутриклеточную концентрацию свободного кальция, который в свою очередь активирует цитоплазматическую молекулу кальциневрина, приводя к активации фактора транскрипции NF-AT. Этот механизм является клинически значимым, поскольку иммуносупрессант циклоспорин А, используемый для предотвращения отторжения трансплантата между генетически различающимися организмами, связывается с кальциневрином и посредством этого ингибирует следующие этапы Т-клеточной активации.

Также активированные адаптерные молекулы связываются и активируют связывающие нуклеотид гуанозин белки, называемые Ras и Rac, которые в свою очередь активируют цитоплазматический каскад митогенактивируемых протеинкиназ (mitogen-activated proteinkinases - MAP), ведущий к активации фактора транскрипции АР-1.

Секреция цитокинов и пролиферация

Как показано на рис. 10.3, NF-кВ, NF-AT, АР-1 и другие активированные факторы транскрипции поступают в ядро Т-клетки и избирательно связываются с регуляторными последовательностями различных генов. В результате гены, кодирующие цитокин IL-2 и одну цепь рецептора IL-2 (IL2Ra; CD25), транскрибируются и транслируются (рис. 10.4). IL-2Ra соединяется с другими цепями рецептора, формируя высокоаффинный рецептор для IL-2 на активированной Т-клетке. В течение 24 ч клетка увеличивается в размере (становится Т-клеточным бластом) и начинает секретировать белок IL-2.

Рис. 10.4. Секреция IL-2 и его взаимодействие с высокоаффинным IL-2-рецептором, приводящее к расширению СD4+-Т-клеточного клона

Интерлейкин-2 является фактором роста Т-клеток и связывается со своим высокоаффинным рецептором на этой же самой или другой Т-клетке. Спустя примерно 48 ч синтезируется ДНК, и приблизительно еще через 24 ч активированные CD4+-T-клетки начинают пролиферировать, что ведет к увеличению их количества в этом конкретном клоне Т-клеток. Некоторые из этих активированных клеток развиваются в СD4+-клетки памяти.

Роли B7-CD28 и B7-CD152 в активации Т-клеток

Ранее подчеркивалось значение взаимодействия членов семейства В7 с CD28 для усиления и поддержки сигнала от комплекса пептид-МНС и TCR на наивной СD4+-Т-клетке. Как уже было отмечено, считается, что при отсутствии костимуляторного сигнала В7 - CD28 наивная CD4+-Т-клетка не производит IL-2 и может оставаться инактивированной (анергичной).

Как взаимодействие В7-CD28 приводит к «полной» активации Т-клеток, пока не до конца понятно, но предполагают, что при этом задействуются несколько различных механизмов. Одним из важных путей является увеличение длительности жизни некоторых иРНК, в частности иРНК IL-2, в результате активации Т-клетки через CD28. Это приводит к увеличению синтеза белка IL-2 в Т-клетках, активированных как первым, так и вторым сигналом, по сравнению с клетками, активированными только через TCR. Результаты исследований также свидетельствуют, что сигнал от CD28 увеличивает жизнеспособность Т-клеток путем индукции экспрессии белка Вс1-х, который угнетает апоптоз.

Недавно полученные данные также указывают, что взаимодействие В7-CD28 мобилизует липидные плоты внутри Т-клетки; таким способом CD28 привлекает молекулы, такие как тирозиновые киназы, которые участвуют в активации Т-клеток, находясь внутри них, в месте, где TCR контактирует с АПК. Также было показано, что взаимодействие В7-CD28 активирует киназу, называемую фосфатидилинозитол-3-киназа; активация последующих этапов этого киназного пути, вероятно, усиливает внутриклеточную передачу сигнала, проводимого через TCR.

Ранее было указано на возможность контакта лигандов на поверхности АПК из группы В7 (CD80 и CD86) с поверхностной молекулой Т-клетки, родственной CD28, CD152 (называемой CTLA-4). В отличие от CD28, которая экспрессируется на покоящихся Т-клетках, экспрессия CD152 индуцируется вследствие активации Т-клетки.

Взаимодействие В7 с CD152 передает негативный сигнал в активированную Т-клетку. Он выключает продукцию IL-2 и, таким образом, пролиферацию Т-клеток, ограничивая длительность иммунного ответа. Механизм негативного эффекта, связанного с В7-CD152, полностью не ясен; как и при взаимодействии В7-CD28. вероятно, вовлечены множество биохимических механизмов. Последние данные позволяют предположить, что CD152 действует в иммунологическом синапсе путем замещения ключевых компонентов сигнального комплекса и/или ограничения их функций.

Миграция из лимфатического узла

Спустя несколько дней после первых активационных этапов, активированные Т-клетки и клетки памяти покидают лимфатический узел и направляются в различные участки организма, в частности в те, которые подвергались воздействию или были инфицированы патогенными микроорганизмами. Миграция из лимфатического узла связана со сменой экспрессии поверхностных клеточных молекул. В основном на активированных Т-клетках снижается экспрессия CD64L (L-селектина или MEL-14), рецептора хоминга наивных Т-клеток, который позволяет клеткам войти в лимфатический узел.

Активированные Т-клетки увеличивают экспрессию других молекул клеточной поверхности, таких как интегрин CD49dCD29 (VLA-4) и CD44. Лиганды к этим молекулам экспрессируются за пределами лимфатического узла в таких тканях, как кожа, или в очагах воспаления . Результаты недавно проведенных исследований также указывают, что активированные Т-клетки отличаются от наивных по экспрессии хемокиновых рецепторов. Таким образом, вследствие этой смены экспрессии молекул хоминга и хемокиновых рецепторов активированные Т-клетки и клетки памяти выходят из лимфатического узла и направляются в ткани.

Р.Койко, Д.Саншайн, Э.Бенджамини