Основи імунології - Курс лекцій М. В. Скок - Київ 2002

Розділ IІ. Механізми імунної відповіді

Лекція 9. Цитокіни і регуляція імунної відповіді

Цю лекцію буде присвячено розгляду конкретних прикладів участі цитокінів в активації Т лімфоцитів і регуляції імунної відповіді. Як було зазначено у вступній лекції, Т лімфоцити, поділяють на два головні підтипи: Т-хелпери (Тх) і Т-кілери, або цитотоксичні Т лімфоцити (ЦТЛ). Тх мають на своїй мембрані корецептор CD4, що є їх специфічним маркером, впізнають антиген у комплексі з МНС ІІ і виконують регуляторну роль в імунній відповіді: активують В лімфоцити для диференціювання в плазматичні клітини і секреції антитіл і, відповідно, попередників ЦТЛ для виконання цитотоксичної дії. ЦТЛ мають корецептор CD8, впізнають антиген у комплексі з МНС І і за наявності сигналу від Тх виконують цитотоксичну ефекторну функцію - знищують інфіковані клітини. Відповідно, активація Тх і ЦТЛ потребує різних активаційних сигналів і призводить до різних метаболічних подій.

1. Активація Тх.

До зустрічі з антигеном Тх знаходяться у спокої. Це так звані малі лімфоцити, що можуть жити в організмі на протязі років. Вони експресують на своїй поверхні антиген-специфічний рецептор (Т-рецептор), фосфатазу CD45, яка знаходиться поблизу Т-рецептору, але не асоційована з ним, низький рівень CD40L і низькоафінний рецептор до ІЛ-2, що складається із субодиниць β і γ.

Після зустрічі з антигеном, представленим із білками МНС ІІ, у Т лімфоциті починається експресія гену α-субодиниці рецептору до ІЛ-2 і в результаті утворюється високоафінний рецептор. Взаємодія його із екзогенним ІЛ-2 проштовхує Т лімфоцит по клітинному циклу; він починає ділитися і утворює клон. Крім того, взаємодія з ІЛ-2 призводить до підвищення експресії CD40L. Після взаємодії такої клітини із В лімфоцитом у В лімфоциті підвищується експресія костимуляторних молекул В7.1 і В7.2. Взаємодія В7.1 із CD28 на поверхні Т лімфоциту призводить до стабілізації мРНК ІЛ-2, посилення синтезу ІЛ-2 і посилення транскрипції гену ІЛ-2. В результаті рівень секреції ІЛ-2 підвищується приблизно в 100 разів і клітина активує як сама себе (аутокринно), так і сусідні клітини (паракринно). Взаємодія Т-рецептору з антигеном призводить також до конформаційних змін в молекулі LFA-1, що зміцнює адгезивний зв’язок Т лімфоциту і клітини, що презентує антиген.

В результаті всіх цих взаємодій через 4-5 днів Т клітина переходить у стан активації. Він характеризується підвищеним рівнем експресії адгезивних і костимуляторних молекул, а також експресією іншої форми CD45 - CD45RO, що утворюється в результаті альтернативного сплайсингу мРНК. Така форма CD45 асоціює із Т-клітинним рецептором і сприяє проходженню активаційного сигналу від антигену. Тепер для відповіді на антиген для Т клітини не потрібні костимуляторні сигнали.

Таким чином, під дією антигену неактивовані Т лімфоцити спочатку починають проліферувати, а потім перетворюються на активовані клітини. Далі їх функціонування залежить від спектру цитокінів, що продукуються під дією антигену.

2. Популяції регуляторних Т лімфоцитів.

Як обговорювалось у попередніх лекціях, тип імунної відповіді: клітинний чи гуморальний, - визначається типом антигену і характером його процесингу. Однак більшість природних патогенів, бактерій, вірусів, паразитів, є комплексними антигенами, що мають як ендогенні, так і екзогенні елементи. Важливим елементом регуляції імунної відповіді, зокрема вирішення, яким шляхом, гуморальним чи клітинним піде відповідь, є участь певних типов хелперних Т клітин, так званих Т- хелперів 1 (Тх1) і Т-хелперів 2 (Тх2).

Цього висновку дійшли вивчаючи захворювання мишей, викликане протозойною інфекцією лейшманії. Виявилося, що миші двох генетичних ліній були по-різному чутливі до лейшманії: миші BALB/c хворіли, а C57B1/6 - ні. В крові цих мишей було знайдено різні рівні двох важливих цитокінів: BALB/c мали високі рівні ІЛ-4 і низькі - у-інтерферону (ІФН), а C57B1/6, навпаки, низькі рівні ІЛ-4 і високі - ІФН.

Подібну картину знайшли вивчаючи, як протікає у людей захворювання на проказу (лепру). У одних воно протікає у так званій лепроматозній формі, коли іде активне ураження тканин і виявляється багато внутрішньоклітинних паразитів; у таких людей було знайдено високі рівні ІЛ-4. У інших проказа протікає у так званій туберкулоїдній формі, коли паразитів як таких визначається мало, а ураження відбувається за рахунок імунного запалення; у таких людей було виявлено високі рівні ІФН.

При довгостроковому клонуванні CD4⁺ Т клітин в культурах було знайдено два типи клонів, що відрізнялися за спектром цитокінів: одні секретували γІФН, ІЛ-2 і, ФНПα (фактор некрозу пухлин, TNF) ; інші - ІЛ-4, 5, 6, 10, 13. Їх і було названо відповідно Тх1 і Тх2 (Рис. 18).

Виявилося, що Тх1 і Тх2 виконують різні функції. Тх1 - стимулюють мікробіцидну активність макрофагів, клітинний імунітет (ЦТЛ); не стимулюють активацію В лімфоцитів у спокої, але в активованих В клітинах сприяють секреції IgG2a, тобто функціонують у вторинній гуморальній імунній відповіді. Тх2 - стимулюють проліферацію та диференціювання В клітин, переключення із IgM на IgE, IgG1, IgG3. Функціонують як у первинній, так і у вторинній гуморальній імунній відповіді.

Отже, наявність Тх1 у мишей C57B1/6 і у людей із туберкулоїдною формою прокази сприяла знищенню внутрішньоклітинних паразитів шляхом клітинного імунітету, а у мишей BALB/c і людей із лепроматозною форми прокази наявність Тх2 сприяла гуморальній імунній відповіді без знищення уражених клітин.

Розвиток Тх1 чи Тх2 із попередника залежить від спектру цитокінів, що присутні при їх диференціюванні. Так, попередник Тх, що утворився при активації Т лімфоциту із стану спокою (CD4+, секретує ІЛ-2) диференціюється у Тх0 , що секретує як ІЛ-4, так і ІФНу. При появі антигену, що провокує секрецію тих чи інших цитокінів, спостерігається розгалуження на Тх1 і Тх2. Інфіковані макрофаги секретують ІЛ-12, який разом із ІЛ-2 сприяє утворенню Тх1 (цей процес інгибується ІЛ-4). Антиген, опсонізований антитілами, зв’язує Fc-рецептори на базофілах, тучних клітинах і СD4⁺ Т клітинах, які є джерелом IL-4, що сприяє утворенню Тх2 (ІФНγ інгибує цей процес).

Таким чином, шлях розвитку імунної відповіді, клітинний чи гуморальний, залежить від того, секрецію яких лімфокінів провокує той чи інший антиген. На молекулярному рівні це зводиться до вибіркової транскриції генів ІЛ-4 чи ІФНγ. Бактеріальні антигени активують переважно Тх1, а гельмінтозні інфекції - переважно Тх2. Як правило, інфекції провокують відповідь не чистого Тх1 чи Тх2 типу. Наприклад, вірус грипу стимулює продукцію як ІФН, так і ІЛ-10, але пригнічує продукцію ІЛ-5 та ІЛ-4. Також, вибір між Тх1 і Тх2 генетично детермінований, що видно на прикладі різних ліній мишей, інфікованих лейшманією.

Для розвитку Тх1 ІЛ-4, що продукується Тх2, є негативним сигналом. Для розвитку Тх2, навпаки, необхідний ІЛ-4, а ІФНγ, що продукується Тх1, є негативним сигналом. Це означає, що Тх1 і 2 є взаємно антагоністичними: активність Тх1 пригнічує розвиток Тх2, а Тх2 пригнічують розвиток Тх1. У зрілому стані Тх1 і 2 теж взаємно пригнічують одне одного.

Молекулярні основи такого антагонізму з’ясовані не до кінця. Відомо, наприклад, чому Тх2 пригнічуються ІФНγ, а Тх1 - ні. ІФНγ взаємодіє із специфічним рецептором, що складається із а і в ланцюгів. Взаємодія з рецептором призводить до активації тирозинових кіназ Jak1 і Jak2, які фосфорилюють Stat 1. Stat 1 димеризується, мігрує до ядра і стимулює транскрипцію гену ІФНγ. В Тх1 в-ланцюг рецептору до ІФНγ відсутній. Таким чином, Тх1 використовують модифікацію рецептору для того, щоб запобігти активації гену ІФНγ, і стають стійкими до дії цього цитокіну.

Взаємний антагонізм Тх1 і Тх2 дозволив пояснити багато феноменів, які в 70-ті роки пов’язували із діяльністю Т супресорів. За сучасними уявленнями, в залежності від ситуації, одні й ті самі Т клітини можуть бути активаторами або супресорами. Чинниками їх дії є цитокіни типу ІЛ-4 або ІФНγ.

Прикладом таких взаємодій є відповідь на інфекцію лейшманіями. Тх1 секретують ІФНγ і ФНПα, які активують макрофаги. Макрофаги синтезують закис азоту (NO), який є потужним токсичним агентом для внутрішньоклітинної інфекції. Тх2 синтезують ІЛ-4 та ІЛ-10, які пригнічують експресію NO-синтази і сприяють розвитку лейшманіозу (наприклад, у мишей BALB/c). Таким чином, у даному випадку Тх2 виступають як супресори.

Таким чином, головним фактором регуляції імунної відповіді є антиген. В залежності від способу попадання до клітин імунної системи чи клітин-мішеней (ендогенного чи екзогенного) він може бути представленим з МНС І або ІІ, що є першим визначальним моментом розвитку гуморальної чи клітинної відповіді. Характер процесингу залежить також від дози антигену: ми пам’ятаємо, що при надлишку ендогенного антигену він представляється також із МНС ІІ, а надлишок екзогенного антигену може бути представлений із МНС І.

В залежності від типу антигену, способу його попадання і дози відбувається активація тих чи інших регуляторних Т клітин, які за допомогою своїх цитокінів готують базу для гуморальної чи клітинної відповіді, що є другим визначальним моментом. Тх1 активують попередників ЦТЛ, а Тх2 - В лімфоцити. Їхні цитокіни також стимулюють появу костимуляторних молекул Т і В лімфоцитів.

Резюме.

1. Головним фактором регуляції імунної відповіді є антиген, що визначає, яким шляхом, клітинним чи гуморальним, буде розвиватися імунна реакція.

2. Головною регуляторною клітиною є CD4⁺ Т лімфоцит. В залежності від типу цитокінів, що продукуються, CD4⁺ Т лімфоцити діляться на Тх1 і Тх2. Тх1 стимулюють клітинну цитотоксичну відповідь, а Тх2 - гуморальну. Вони розвиваються у середовищі із різним вмістом цитокінів і взаємно пригнічують одне одного.

3. На клітинному рівні, регуляція означає контроль за експресією інтерлейкінів і рецепторів до них, а також костимуляторних молекул.

4. На молекулярному рівні, регуляція змінює характер передачі сигналу від поверхні клітини до ядра.