А. Фагоцитирующие клетки
Гранулоциты, моноциты и дендритные клетки (ДК) обладают способностью к фагоцитозу («фаго» от греч. есть). Все эти клетки происходят от кроветворных клеток-предшественников: колониестимулирующий фактор гранулоцитов (Г-КСФ) способствует дифференцировке клеток в гранулоциты, а колониестимулирующий фактор гранулоцитов/макрофагов (ГМ-КСФ), ИЛ-4 и фактор некроза опухолей а (ФНО-а) способствуют дифференцировке моноцитов и ДК. В норме циркулирующие в крови моноциты неизбежно превращаются в тканевые фагоциты (время полужизни моноцитов в крови всего несколько часов) Макрофаги продолжают существовать в тканях до конца своей жизни (до нескольких лет). Моноциты являются более крупными клетками, чем лимфоциты. Они имеют подковообразное или странной формы ядро, окруженное широкой полосой цитоплазмы с гранулами, содержащими ферменты (пероксидазу и гидролазы). ДК представляют собой крупные, подвижные клетки с длинными цитоплазматическими выростами (некоторые превышают 10 мкм). ДК редко обнаруживаются в крови. Их предки мигрируют в кожу, где образуют эпидермальные клетки Лангерганса и дермальные ДК, или в лимфатические узлы, где дают начало интердигитальным дендритным клеткам (ИДК) в Т-клеточной зоне и дендритным клеткам зародышевого центра (ДКЗЦ). Другая линия ДК, называемых лимфоидными ДК или ДК второго типа, образуются из клеток-предшественников под действием ИЛ-3 и цитокина Flt3L. Они локализуются в паракортикальной зоне лимфатического узла. Предполагается, что они составляют популяцию ДК тимуса.
Б. Механизмы эндоцитоза
Захват мелких частиц жидкости (пиноцитоз, от греч. pinein — пить) начинается с образования углублений в мембране, осуществляемого при участии белкового комплекса, называемого клатрином. Покрытые клатрином частицы или частицы в покрытых клатрином ямках сливаются с лизосомами, где происходит разрушение антигенов. В случае макропиноцитоза клетка может проглатывать крупные капли размером до 0,5 мкм. Затем вода выталкивается сквозь каналы, называемые аквапоринами. Для образования более крупных фагоцитирующих частиц требуется полимеризация цитоскелетного белка актина. Клетки Лангерганса в коже для фагоцитоза используют гранулы Бирбека (мелкие частицы в форме теннисных ракеток). Некоторые бактерии (например, Legionella pneumophilia) интернализуются путем «спирального» фагоцитоза, при котором выросты цитоплазмы, называемые псевдоподиями, закручиваются вокруг бактерии, образуя «спиралевидную» фагосому Затем мембраны псевдоподий сливаются, и патоген оказывается внутри цитоплазмы
В. Fc-опосредованный фагоцитоз
Некоторые рецепторы могут связывать Fc-фраг- мент иммуноглобулинов (см. с. 53). Рецепторы IgG, IgA и IgE называют соответственно FcyR, FcaR и FcεR. Эти рецепторы передают сигналы с помощью рецепторных богатых тирозином активирующих мотивов (ITAM), представляющих собой цитоплазматические домены, содержащие два остатка тирозина (Y), разделенных 9-12 аминокислотными остатками. В результате связывания остатки тирозина в ITAM-доменах фосфорилируются, что приводит к задействованию Syk-тирозинкиназы, запускающей каскад различных внутриклеточных сигналов, вызывающих активацию транскрипции, перестройку цитоскелета и высвобождение медиаторов воспаления. Рецептор FcyRII-A имеет свой собственный мотив ITAM во внутриклеточной части, а в цитоплазматических доменах FcyRI и FcyRIII ІТАМ-мотива нет. Для передачи сигнала им приходится реагировать соответственно с у- и ζ-белками, содержащими ITAM.
Г. Маннозный рецептор
Макрофаги и ДК могут распознавать сахара — маннозу и фукозу — на поверхности различных патогенов с помощью маннозного рецептора. Эта молекула имеет длинный внеклеточный участок, состоящий из нескольких (по крайней мере восьми) лектиноподобных доменов. Связывание маннозного рецептора приводит к высвобождению цитокинов: ИЛ-113, ИЛ-6, ГМ-КСФ, ФНО-a и ИЛ-12.
Д. Фагоцитоз, опосредованный рецепторами комплемента
Белки комплемента покрывают (опсонизируют) измененные эритроциты или клетки бактерий. На моноцитах и макрофагах есть рецепторы комплемента CR1, CR3 и CR4. Рецептор CR1 связывается с фрагментами комплемента С3b, С4b и С3bi. Рецепторы CR3 и CR4 (см. с. 53) специфически связывают СЗЫ Покрытые комплементом частицы (старые эритроциты) напрямую погружаются в клетку фагоцита, практически без образования псевдоподий. В этом процессе задействованы белки винкулин, паксиллин и F-актин. При этом провоспалительные цитокины не образуются.
Система фагоцитов
А. Действие моноцитов и макрофагов
Моноциты и макрофаги являются важными вспомогательными клетками для формирования специфичного иммунного ответа в системе приобретенного иммунитета, но, кроме того, играют ключевую роль в качестве медиаторов в системе врожденного иммунитета. Они также могут активироваться при действии цитокинов (например, у-интерферона), вырабатываемых Т-клетками. Активация моноцитов и макрофагов приводит к секреции различных цитокинов, таких как ИЛ-1, ФНО-а и ИЛ-6, ответственных за системное (генерализованное) действие. В уничтожении бактерий путем фагоцитоза и образовании цитокинов принимает участие окись азота (N0) — продукт клеточного метаболизма, обладающий широким спектром действия. Цитокины ИЛ-1, ФНО-а и ИЛ-6 заставляют печень вырабатывать белки острой фазы, такие как С-реактивный белок и маннан-связывающий лектин, опсонизирующие патогены и облегчающие их уничтожение. Эти же цитокины действуют и на гипоталамус, вызывая жар и приводя к перемещению нейтрофилов из костного мозга в кровь (лейкоцитоз). Цитокины ИЛ-1 и ФНО-а повышают проницаемость сосудов, облегчая миграцию клеток в ткани. ИЛ-8 опосредует хемотаксис, что вместе с повышенной сосудистой проницаемостью способствует привлечению гранулоцитов и вызывает воспаление в тканях. Гранулоциты и макрофаги кооперируются при фагоцитозе патогенов и удалении поврежденных тканей (функция мусорщиков), осуществляя протеолитическое расщепление и последующее восстановление ткани, облегчаемое образованием новых сосудов (ангиогенез). Действуя в синергизме, ФНО-а и у- ИНФ индуцируют синтез реактивного азотсодержащего метаболита N0, ответственного за некоторые эффекторные функции моноцитов и макрофагов, в частности, уничтожение внутриклеточных бактерий и опухолевых клеток. В этом процессе участвуют и другие активные продукты (радикалы N0, N0~ и N0+), а также протеазы. Моноциты играют важную роль в презентации антигена Т-клетке (см. с. 46). Выделяя цитокины ИЛ-10 и ИЛ- 12, они действуют как ключевые регуляторы Т-клеточного ответа в модуляции ответов Тн1 против Тн2.
Б. Антигены моноцитов и дендритных клеток
Моноциты имеют три важных рецептора адгезии: лимфоцитассоциированный антиген 1 (LFA-1) и рецепторы комплемента 3 и 4 (CR3 и CR4). Данные антигены являются членами семейства интегринов — большого семейства молекул, состоящих из двух нековалентно связанных полипептидных субъединиц (а- и β-цепей). Антигены LFA-1, CR3 и CR4 имеют одинаковую 95-кДа β-цепь, распознаваемую анти-С018 антителами. Соответствующие a-цепи представляют собой большие по размеру молекулы: 180 кДа (CDIIa), 170 кДа (CDIIb) и 150 кДа (CDIIc)
Генетическое нарушение, связанное с отсутствием синтеза p-цепи, приводит к дефекту адгезии лейкоцитов, проявляющемуся в чрезвычайно высокой чувствительности к инфекциям.
CD14 экспрессируется на моноцитах в периферической крови, a CD68 — на тканевых макрофагах. CD14 является рецептором комплекса липополисахаридов (ЛПС) и ЛПС-связывающих белков. Бактериальные ЛПС представляют собой сильные митогены, приводящие к повышенному синтезу медиаторов воспаления и повышенной бактерицидной активности. CD68 является лизосомальным/эндосомальным гликопротеином.
На моноцитах экспрессируются рецепторы для Fc- фрагмента IgG. Существует три типа рецепторов, характеризующихся высокой (FcyRI = CD84), средней (FcyRII = CD32) и низкой аффинностью (FcyRIII = CD16) CD64 преимущественно экспрессируется моноцитами, CD32 — гранулоцитами, a CD16 — клетками-киллерами. Гранулоциты также экспрессируют изоформу молекулы CD16, заякоренную на мембране гликозилфосфатидилинозитолом (GPI). Иммуноглобулины IgGI и lgG3 очень прочно связываются с Fc-pe- цепторами, в то время как связь, образованная lgG2 и lgG4, довольно слабая. Мышиные антитела также могут связываться с человеческими Fc-рецепторами: lgG2a и lgG3 связываются очень хорошо, a lgG1 — слабо.
Антигены CD4B, CD80 и CD86 являются костимуляторными молекулами при презентации антигена (см. с. 46). Они экспрессируются на В-лимфоцитах, моноцитах и дендритных клетках.
Антиген CD83 полезен для определения стадии созревания дендритных клеток, поскольку только зрелые ДК являются СD83-положительными. Этот антиген обнаруживается также на некоторых В-клетках зародышевого центра и на активированных Т-клетках. Возможно, он играет роль в адгезии клеток.
Антиген CD286 (маннозный рецептор) представляет собой лектин С-типа (лектин, связанный с углеводом), экспрессирующийся на макрофагах и дендритных клетках. Он проявляет высокое сродство к остаткам маннозы на поверхности многих патогенов (бактерий и вирусов). Похожая молекула CD285, обнаруженная на дендритных клетках, служит в качестве рецептора при захвате антигена.
Антиген CDIa представляет собой молекулу, напоминающую молекулы МНС класса I, и используется для презентации липидных антигенов; обычно экспрессируется на незрелых ДК и клетках Лангерганса.
Функционирование моноцитов и их антигены
Дендритные клетки (ДК) составляют менее 0,5% всех одноядерных клеток крови, но присутствуют во всех органах. ДК имеют длинные цитоплазматические выросты, всего несколько внутриклеточных органелл, но весьма большое количество митохондрий. Они довольно подвижны. Только ДК могут примировать наивные Т-клетки.
А. Популяции дендритных клеток
Дендритные клетки принадлежат к миелоидному ряду Они образуются из кроветворных клеток-предшественников в ответ на действие ФНО-а, ИЛ-4 и ГМ-КСФ. В коже ДК обнаруживаются как в эпидермисе (клетки Лангерганса, КЛ), так и в дерме. Клетки Лангерганса имеют характерные включения [гранулы Бирбека), возможно являющиеся эндосомами, участвующими в захвате антигена. После захвата антигена в коже и в ответ на выделение воспалительных цитокинов, таких как ФНО-а, КЛ начинают созревать и перемещаются в Т-клеточную область лимфоузла, где активируют антиген-специфичные Т-лимфоциты. Зрелые моноциты способны к дифференцировке в интерстициальные ДК в различных органах, причем ключевым моментом в этом процессе является взаимодействие с адгезионными молекулами и хемокинами эндотелиальных клеток при перемещении сквозь эндотелий. Образовавшиеся из моноцитов ДК и интерстициальные ДК преимущественно перемещаются в зародышевые центры лимфоузлов, где могут активировать Т- и В-клетки. Зрелые ДК редко встречаются в периферической крови, однако небольшая часть (0,1-0,5%) одноядерных клеток в кровотоке имеет морфологические и иммунологические черты незрелых ДК, а именно, небольшие цитоплазматические выросты, низкий уровень содержания молекул МНС и костимулирующих молекул, а также характерный для ДК антиген CD83. Эти клетки, называемые предшественниками дендритных клеток типа 1 (пре-ДК-1) экспрессируют миелоидные антигены CD13, CD11 с и CD1 с, а также BDCA-3. В условиях in vitro в ответ на сигнал ИЛ-4, ГМ-КСФ и ФНО-а они превращаются в типичные ДК. Эти клетки секретируют большое количество ИЛ-12 (ДК первого типа или ДК-1).
Некоторые редкие одноядерные клетки крови реагируют на образование ИЛ-3 и Flt3L, давая начало клеточной популяции, теряющей миелоидные антигены CD13 и CD33, но экспрессирующей некоторые Т-клеточные антигены (CD2, CD5 и CD7), недавно описанные антигены BDCA-2 и BDCA-4, а также Toll-подобный рецептор 9 (TLR9). Эти клетки мигрируют в паракортикальную область лимфоузла, входя в непосредственный контакт с высокими эндотелиальными венулами. Учитывая морфологию этих клеток и выработку ими Т-клеточных антигенов, их первоначально назвали «плазмацитоидными Т-клетками», а затем «плазмацитоидными моноцитами».
Теперь их называют предшественниками дендритных клеток типа 2 (пре-ДК-2), поскольку в ответ на ИЛ-3 и на связывание CD40 они приобретают типичные морфологические признаки ДК и секретируют большие количества альфа-интерферона и ИЛ-10 (ДК второго типа, ДК-2, или интерферонпродуцирующие клетки, ИПК).
Б. Жизненный цикл дендритных клеток
Захваченные в коже антигены процессируются клетками Лангерганса, которые затем перемещаются в эфферентный лимфатический сосуд в виде вуалевидных клеток, перенося антиген к региональным лимфатическим узлам. Здесь они примируют и активируют CD4+ Т-клетки. Активированные Т-клетки вырабатывают большое количество лиганда CD40 (CD154), который связывается с CD40 на ДК. Последующая костимуляция осуществляется при помощи CD28, который взаимодействует с CD80/CD86. Активированные Т-клетки достигают участка проникновения антигена. Они секретируют цитокины ИЛ-2 и у-ИНФ, способствующие пролиферации Т-клеток и дальнейшему привлечению клеток, что в конечном итоге приводит к накоплению Т-лимфоцитов, макрофагов и других воспалительных клеток. Данная реакция (гиперчувствительность замедленного типа) может наблюдаться примерно через 48 часов после проникновения антигена и проявляется в образовании красноватых папул на коже (см. с. 76 и 101).
В. Рекрутирование предшественников дендритных клеток и миграция дендритных клеток
Эпителий миндалин и пищеварительного канала секретирует хемокин МІР-За, являющийся лигандом хемокинового рецептора CCR6 на незрелых ДК (а также на Т-клетках, проникающих в эпителий пищеварительного канала). Синтез МІР-За индуцируется при воспалительном процессе; он способствует хемотаксису незрелых ДК и клеток Лангерганса. При созревании ДК перестают экспрессировать CCR6; они избегают локального действия МІР-3а и обзаводятся хемокиновым рецептором CCR7. В результате зрелые ДК начинают реагировать на хемокины МІР-3β и SLC (хемокин вторичных лимфоидных тканей), которые выделяются и связываются лимфатическими сосудами, эндотелиальными клетками и стромальными клетками лимфоузлов. Под действием данного хемокинового градиента Т-клетки также перемещаются в лимфатические узлы. В Т-зоне лимфоузла ДК могут взаимодействовать с антиген-специфичными Т-клетками. Собственные ДК лимфоузла сами производят SLC и МІР-3β, что способствует дополнительному рекрутированию Т-клеток и дендритных клеток, приводящему к усилению иммунного ответа (рис. В2).
Популяции дендритных клеток
А. Созревание дендритных клеток: изменение фенотипа и функций
Фенотип дендритных клеток изменяется по мере их созревания. Незрелые ДК экспрессируют большое количество миелоидных антигенов CD13 и CD33, хемокиновых рецепторов CCR1, CCR5 и CCR6, а также Fc-рецепторов. Они вырабатывают немного костимулирующих молекул CD40, CD80 и CD86 и не экспрессируют антиген CD83 и мембранный белок лизосом LAMP. Некоторые незрелые ДК, в частности клетки Лангерганса в коже, характеризуются высоким уровнем экспрессии антигена CD1 а. Содержание молекул МНС класса I и класса II низкое, поскольку они с высокими скоростями возвращаются с поверхности клетки в лизосомы. В этой связи презентируемые пептиды доступны для узнавания Т-клетками лишь короткое время. Незрелые ДК обладают высокой фагоцитирующей активностью и способностью связывать антиген, однако из-за низкого уровня содержания костимуляторных молекул их антигенпрезентирующая способность невелика. Воспалительные стимулы (ФНО-а, ИЛ-1, ИЛ-6, ЛПС, бактерии и вирусы) способствуют созреванию ДК. Оборот молекул МНС класса II сокращается в 10-100 раз. В результате процессированные пептиды, образовавшиеся из захваченных антигенов, становятся доступными для узнавания Т-клетками на протяжении нескольких часов. Благодаря повышению уровня экспрессии костимулирующих молекул, ДК эффективно стимулируют Т-клетки. Повышение уровня экспрессии адгезионных молекул типа ДК-SIGN (лектин С-типа, взаимодействующий с ICAM-З на наивных Т-клетках) вносит дополнительный вклад в стимуляцию Т-лимфоцитов. Окончательное созревание индуцируется связыванием CD40, заставляющим ДК вырабатывать большие количества ИЛ-12.
Б. Регуляция дендритными клетками Т-хелперного ответа: двойственность линии против пластичности
ДК являются важными регуляторами иммунного ответа. Они могут направлять развитие иммунного ответа по пути образования клеток типа ТH1 или ТH2. В присутствии большого количества ИЛ-12 Т-клетки превращаются в клетки типа ТН1, секретирующие у-ИНФ и ИЛ-2 и способствующие преимущественному развитию Т-клеточного воспалительного ответа. Напротив, низкое содержание ИЛ-12 приводит к образованию клеток типа ТH2, секретирующих ИЛ-4 и ИЛ-10 и способствующих дифференцировке В-клеток в плазматические клетки, секретирующие IgM, lgG2 и lgG4. До сих пор не ясно, является ли высокий уровень секреции ИЛ-12 «конститутивной» характеристикой дендритных клеток миелоидного типа (ДК-1) в отличие от дендритных клеток лимфоидного типа (ДК-2), образующихся в ответ на сигнал лиганда Flt3 и ИЛ-3 (верхняя часть рис. Б). Возможно также, что оба типа ДК способны производить разное количество ИЛ-12 в зависимости от стимула: бактериальные продукты типа ЛПС и неметилированные CpG олигонуклеотиды, связывание CD40 и высокое значение отношения ДК/Г-клетки заставляют ДК секретиро- вать большие количества ИЛ-12. Напротив, в присутствии ИЛ-10, ФНО-β, простагландина Е2 и низком значении отношения ДК/Г-клетки ДК секретируют мало ИЛ-12 и иммунный ответ направляется по пути образования клеток типа Тц2 (нижняя часть рис. Б).
Обычно ДК-1 экспрессируют антиген BDCA-3, маннозные рецепторы, CD1, а также Toll-подобные рецепторы TLR2 и TLR4 Клетки типа ДК-2 или «лимфоидные» ДК экспрессируют антигены CD123 (альфа-цепь рецептора ИЛ-3), BDCA-2 и BDCA-4, а также TLR7 и TLR9. Клетки типа ДК-2 характеризуются слабой фагоцитирующей способностью, секретируют интерфероны типа I (а- и β-ИФН) и иначе называются интерферон- продуцирующими клетками (ИПК). Окончательное созревание ДК-2 индуцируется действием вирусного антигена в присутствии ИЛ-3, в то время как для созревания ДК-1 важным стимулом является наличие ЛПС и бактериального антигена. Связывание CD40 важно для развития обоих типов клеток.
В. Обратная связь в регуляции образования ДК-1 и ДК-2
Дифференцировка Т-клеток в клетки типа Тн2 индуцирует секрецию ИЛ-4. Этот цитокин важен для образования ДК-1, но ингибирует образование ДК-2 из клеток-предшественников. Таким образом, вне зависимости от исходного стимула в организме поддерживается определенный баланс между Тн1- и Тн2- клеточным ответом.
Г. Толерогенный потенциал незрелых дендритных клеток
Захват антигена незрелыми ДК в коже, слизистой и даже в опухоли может приводить к развитию антиген- специфичной толерантности, а не активации Т-клеток, если отсутствуют вещества, необходимые для их дальнейшего созревания (например, ФИО или ЛПС). В подобных условиях не происходит повышения уровня экспрессии костимуляторных молекул: вместо ИЛ-12 образуется ИЛ-10. По-видимому, при презентации антигенов в данных условиях клетки останутся толерантными. Этот механизм важен для предотвращения аутоиммунного процесса, но он также помогает раковым антигенам избежать иммунного ответа, поскольку они индуцируют толерантность.
Созревание дендритных клеток: изменение фенотипа и функций
