Из стволовых клеток , а у взрослых млекопитающих - только в костном мозге. Дифференцировка В-лимфоцитов проходит в несколько этапов, каждый из которых характеризуется присутствием определённых белковых маркеров и степенью генетической перестройки генов иммуноглобулинов .
Аномальная активность В-лимфоцитов может быть причиной аутоиммунных и аллергических заболеваний .
Энциклопедичный YouTube
1 / 5
✪ B-лимфоциты (B-клетки)
✪ B-лимфоциты и T-лимфоциты популяций CD4+ и CD8+
✪ Как лимфоциты убивают раковую клетку онкология
✪ Активация иммунного ответа
✪ Цитотоксические T-лимфоциты
Субтитры
Мы поговорим о гуморальном иммунитете, который связан с В-лимфоцитами. B-лимфоциты, или В-клетки, я изображу их синим. Допустим, это В-лимфоцит. В-лимфоциты представляют собой подгруппу лейкоцитов. Они образуются в костном мозге. B происходит от Фабрициевой бурсы, однако мы не будем углубляться в эти подробности. У B-лимфоцитов на поверхности содержатся белки. Приблизительно10 000. Это удивительные клетки, и скоро я объясню вам почему. У всех B-лимфоцитов на поверхности есть белки, которые выглядят приблизительно так. Изображу парочку. Вот такие белки. Вернее, белковые комплексы, состоящие из четырех отдельных белков, которые называются мембранно-связанными антителами. Мембранно-связанные антитела расположены вот здесь. Мембранно-связанные антитела. Давайте остановимся на них подробнее. Вы, вероятно, уже слышали это слово. У нас есть антитела к разным типам гриппа, а также к разным видам вирусов, и мы еще поговорим об этом. Все антитела являются белками. И часто их называют иммуноглобулинами. Преподавание биологии расширяет мой словарный запас. Антитела и иммуноглобулины. Это всё означает одно и то же и представляют собой белки, которые содержатся на поверхности мембраны В-клеток. Они мембранно-связанные. Обычно, когда говорят об антителах, имеют в виду свободные антитела, которые циркулируют в организме. И я расскажу вам подробнее о том, как они производятся. А теперь очень и очень интересный момент, касающийся мембранно-связанных антител, и В-клеток в частности. Он заключается в том, что каждая В-клетка содержит на своей мембране лишь один тип мембрано-связанных антител. Каждая В-клетка… Вот такая, давайте нарисую еще одну. Вот вторая В-клетка. У нее тоже есть антитела, однако они немного отличаются. Посмотрим, чем же. Изображу их одинаковым цветом, и затем мы разберем их различия. Итак, это одно мембранно-связанное антитело, это другое. И это две В-клетки. И обе содержат на своих мембранах антитела. У одной и второй В-клетки имеются вариабельные участки антител, которые могут принимать различную конфигурацию. Они могут выглядеть вот так и вот так. Обратите внимание на эти фрагменты. На этот и вот этот - я выделю их отдельным цветом. Вот этот фрагмент у всех неизменный, пусть он будет везде зеленым. А эти фрагменты вариабельны. То есть, изменяемы. И у этой клетки вариабельный фрагмент вот этот - отмечу его розовым. И каждое из этих антител, связанных с плазматической мембраной, обладает вот таким вариабельным фрагментом. У других В-клеток содержатся другие вариабельные фрагменты. Отмечу их другим цветом. Например, фиолетовым. То есть вариабельные фрагменты будут различными. В общей сложности их на поверхности 10 000, и у каждого из них будут одинаковые вариабельные фрагменты, однако они будут отличаться от вариабельных фрагментов этой В-клетки. То есть возможно порядка 10 миллиардов комбинаций вариабельных фрагментов. Это 10 в десятой степени, или 10 миллиардов комбинаций вариабельных фрагментов. Давайте запишем: 10 миллиардов комбинаций вариабельных фрагментов. И тут возникает первый вопрос - а я еще не говорил вам, для чего предназначены эти вариабельные фрагменты - каким образом возникает такое огромное разнообразие комбинаций? Очевидно, что эти белки - или, может быть, не столь очевидно - но все эти белки, являющиеся составными частями большинства клеток, производятся генами этой клетки. Если изобразить клеточное ядро, внутри ядра содержится ДНК. И у клетки есть ядро. Внутри ядра содержится ДНК. Если обе клетки являются В-лимфоцитами, они имеют общее происхождение, я полагаю, и, наверняка, одинаковые ДНК? Разве они не должны иметь одинаковые ДНК? Я ставлю здесь вопросительный знак. Если у них действительно общая ДНК, то почему белки, которые они синтезируют, отличаются друг от друга? Каким образом они изменяются? И вот почему я считаю В-клетки - и вы увидите, что это также справедливо и для Т-клеток, такими удивительными, потому что в процессе своего развития, в процессе гематопоэза, что означает развитие лимфоцитов, на одной из стадий их развития происходит интенсивное перемешивание тех фрагментов ДНК, которые кодируют эти фрагменты белков. Происходит интенсивное смешивание. Когда мы говорим о ДНК, то подразумеваем, что необходимо сохранить как можно больше информации, а не добиться максимального перемешивания. Однако в процессе созревания лимфоцитов, то есть В-клеток на одной из стадий их созревания происходит преднамеренное повторное перемешивание ДНК, которая кодирует этот и этот фрагменты. Именно это обуславливает разнообразие различных вариабельных фрагментов этих мембранно-связанных иммуноглобулинов. И сейчас мы узнаем, для чего необходимо это разнообразие. Существует огромное количество микроорганизмов, способных инфицировать наш организм. Вирусы мутируют и развиваются, так же как и бактерии. И неизвестно, что проникнет в организм. С помощью В-клеток, а также Т-клеток иммунная система обеспечивает защиту, создавая множество комбинаций вариабельных фрагментов, которые могут связываться с различными вредоносными организмами. Представим, что это новый вид вируса, который только что появился. Прежде подобного вируса не существовало, и вот В-клетка контактирует с этим вирусом, но она не может к нему прикрепиться. И другая В-клетка контактирует с эти вирусом, но опять ничего не получается. Возможно, несколько тысяч В-клеток контактируют с этим вирусом, и не смогут к нему прикрепиться, но у нас такое изобилие В-клеток, содержащих огромное количество различных комбинаций вариабельных фрагментов на рецепторах, что в конце концов, какая-то из В-клеток свяжется с этим вирусом. Например, эта. Или эта. И образует связь. Она сможет образовать связь с участком поверхности этого вируса. Или же с участком поверхности новой бактерии, или какого-то чужеродного белка. И участок поверхности бактерии, с которым связывается B-клетка, например, с этим, - называется эпитоп. Эпитоп. И после того, как B-клетка связалась с незнакомым патогеном - а вы помните, что другим В-клеткам этого не удалось - только этой клетке, имеющей конкретную комбинацию, одну из 10 в десятой степени. Комбинаций меньше, чем 10 в десятой степени. В процессе развития исчезают все те комбинации, которые могут связываться с клетками нашего организма, на которые не должно быть иммунного ответа. Другими словами, комбинации, которые обеспечивают иммунный ответ клеткам организма, постепенно исчезают. То есть не существует 10-ти в 10-й степени на самом деле, или, другими словами, 10-ти миллиардов комбинаций этих белков, их количество меньше, оно исключает комбинации, которые могут связаться с собственными клетками, однако все равно количество комбинаций готовых к тому, чтобы связаться с фрагментом какого-либо патогена вирусной или бактериальной природы, очень много. И как только какая-то из этих В-клеток связалась с патогеном, она посылает сигнал, что она подходит для этого совершенно нового патогена. После связывания с новым патогеном происходит ее активация. После связывания с новым патогеном происходит активация. Остановимся на этом подробнее. На самом деле для активации необходимо участие Т-хелперов, но мы не будем вдаваться в детали в этом видеоролике. В данном случае нас интересует связывание B-клетки с патогеном, и допустим, это ведет к активации. Но имейте в виду, что в большинстве случаев также необходимы Т-хелперы. И мы обсудим позже, почему они так важны. Это своего рода механизм страховки нашей иммунной системы от ошибок. После того, как B-клетка активировалась, она начинает клонироваться. Она идеально подходит для вируса и начинает клонировать себя. Клонировать себя. Она делится и воспроизводит саму себя. Давайте изобразим. В результате появляется множество вариантов этой клетки. Множество ее вариантов. Изобразим их. И у всех есть рецепторы на мембране. Их также порядка десяти тысяч. Я не буду рисовать их все, а изображу по паре на каждой мембране. При делении эти клетки также дифференцируются, то есть разделяются по функциям. Существуют две основные формы дифференциации. Производятся сотни тысяч таких клеток. Некоторые из них становятся клетками памяти. Клетками памяти. Это тоже В-клетки, которые в течение длительного времени сохраняют идеальный рецептор с идеальным вариабельным фрагментом. Изобразим пару рецепторов вот здесь. Вот это клетки памяти... Вот они. Некоторые клетки становятся клетками памяти, и их количество со временем увеличивается. Если этот патоген инфицирует вас например, через 10 лет, то у вас в запасе будет больше таких клеток, то есть большая вероятность того, что они будут контактировать с ним и активироваться. Некоторые из клеток трансформируются в эффекторные клетки. Такие клетки совершают определенные действия. Клетки трансформируются и превращаются в эффекторные В-клетки или плазматические клетки. Это фабрики для производства антител. Фабрики для производства антител. Производимые антитела содержат точно такую же комбинацию, которая изначально была на плазматической мембране. Они производят антитела, которые мы обсуждали, выделяют антитела. Они производят огромное количество белков, обладающих уникальной способностью связываться с новым патогеном, с этим опасным организмом. Они обладают уникальной способностью к связыванию. Активированные эффекторные клетки производят приблизительно 2000 антител в секунду. И получается, что внезапно огромное количество антител проникает в ткани и начинает циркулировать по всему организму. Значение гуморальной системы в том, что при внезапном появлении неизвестных вирусов, инфицирующих наш организм, в ответ начинается производство антител. Они производятся эффекторными клетками, после чего специфические антитела связываются с вирусами. Я изображу это следующим образом. Специфические антитела. Специфические антитела начинают связываться с вирусами принося пользу в нескольких аспектах. Рассмотрим их. Во-первых, они «отмечают» патогены, для их последующего захвата. Чтобы активизировать фагоцитоз - этот процесс называется опсонизацией. Опсонизация. Это процесс «помечания» патогена для того, чтобы фагоцитам было проще захватить ее и поглотить; антитела сообщают фагоцитам, что этот объект уже готов для захвата, что следует захватить именно этот объект. Во-вторых, осложняется функционирование вирусов. Ведь к вирусам присоединяется довольно крупный объект. Поэтому им труднее проникать в клетки. И в-третьих, в каждом из этих антител имеются две одинаковые тяжелые цепи, и две одинаковые легкие цепи. Две легкие цепи. На каждой из этих цепей имеется специфический вариабельный фрагмент, и каждая из этих цепей может связываться с эпитопом на поверхности вируса. И что же происходит, когда один из них связывается с эпитопом одного вируса, а другой - с эпитопом другого? В результате эти вирусы как бы склеиваются между собой, и это даже эффективней. Они уже не могут выполнять свои функции. Они не смогут проникать через клеточные мембраны и при этом они помечены. Они опсонизируются, и фагоциты могут их захватить. Мы еще поговорим о В-клетках. Мне кажется удивительным факт, что создается такое большое число комбинаций, и их оказывается достаточно, чтобы распознать почти все возможные организмы существующие в жидкостях нашего организма, но мы с вами еще не ответили на вопросы, что происходит, когда патогенам удалось проникнуть в клетки, или когда мы имеем дело с раковыми клетками, и как уничтожаются уже инфицированные клетки.
Дифференцировка В-лимфоцитов
B-лимфоциты происходят от плюрипотентных гемопоэтических стволовых клеток , дающих также начало всем клеткам крови . Стволовые клетки находятся в определённом микроокружении , которое обеспечивает их выживание, самообновление или, при необходимости, дифференцировку. Микроокружение определяет, по какому пути пойдёт развитие стволовой клетки (эритроидному, миелоидному или лимфоидному) .
Дифференцировка В-лимфоцитов условно делится на две стадии - антигеннезависимую (в которую происходит перестройка генов иммуноглобулинов и их экспрессия) и антигензависимую (при которой происходит активация, пролиферация и дифференцировка в плазматические клетки). Выделяют следующие промежуточные формы созревающих В-лимфоцитов:
- Ранние предшественники В-клеток - не синтезируют тяжёлых и лёгких цепей иммуноглобулинов, содержат зародышевые IgH и IgL гены, но содержат антигенный маркер, общий со зрелыми пре-В-клетками.
- Ранние про-В-клетки - D-J перестройки в IgН генах.
- Поздние про-В-клетки - V-DJ перестройки в IgН генах.
- Большие пре-В-клетки - IgН гены VDJ-перестроены; в цитоплазме имеются тяжёлые цепи класса μ, экспрессируется пре-В-клеточный рецептор .
- Малые пре-В-клетки - V-J перестройки в IgL генах; в цитоплазме имеются тяжёлые цепи класса μ.
- Малые незрелые В-клетки - IgL гены VJ-перестроены; синтезируют тяжёлые и лёгкие цепи; на мембране экспрессируются иммуноглобулины (B-клеточный рецептор).
- Зрелые В-клетки - начало синтеза IgD .
В-клетки поступают из костного мозга во вторичные лимфоидные органы (селезёнку и лимфатические узлы), где происходит их дальнейшее созревание, презентация антигена , пролиферация и дифференцировка в плазматические клетки и В-клетки памяти.
В-клетки
Экспрессия всеми В-клетками мембранных иммуноглобулинов позволяет осуществляться клональному отбору под действием антигена. При созревании, стимулировании антигеном и пролиферации существенно меняется набор маркеров В-клеток. По мере созревания В-клетки переключаются от синтеза IgM и IgD на синтез IgG , IgA , IgE (при этом у клеток сохраняется способность синтезировать также IgM и IgD - вплоть до трёх классов одновременно). При переключении синтеза изотипов антигенная специфичность антител сохраняется. Различают следующие типы зрелых В-лимфоцитов:
- Собственно В-клетки (ещё называемые «наивными» В-лимфоцитами) - неактивированные В-лимфоциты, не контактировавшие с антигеном. Не содержат тельца Голла, в цитоплазме рассеяны монорибосомы . Полиспецифичны и имеют слабое сродство к многим антигенам.
- В-клетки памяти - активированые В-лимфоциты, вновь перешедшие в стадию малых лимфоцитов в результате кооперации с Т-клетками. Являются долгоживущим клоном В-клеток, обеспечивают быстрый иммунный ответ и выработку большого количества иммуноглобулинов при повторном введении того же антигена. Названы клетками памяти, так как позволяют иммунной системе «помнить» антиген на протяжении многих лет после прекращения его действия. В-клетки памяти обеспечивают долговременный иммунитет.
- Плазматические клетки - являются последним этапом дифференцировки активированных антигеном В-клеток. В отличие от остальных В-клеток несут мало мембранных антител и способны секретировать растворимые антитела. Являются большими клетками с эксцентрично расположенным ядром и развитым синтетическим аппаратом - шероховатый эндоплазматический ретикулум занимает почти всю цитоплазму, также развит и аппарат Гольджи . Являются короткоживущими клетками (2-3 дня) и быстро элиминируются при отсутствии антигена, вызвавшего иммунный ответ.
Маркеры В-клеток
Характерной особенностью В-клеток является наличие поверхностных мембраносвязанных антител, относящихся к классам IgM и IgD. В комплексе с другими поверхностными молекулами иммуноглобулины формируют антигенраспознающий рецептивный комплекс - B-клеточный рецептор, ответственный за узнавание антигена. Также на поверхности В-лимфоцитов расположены антигены распознаёт комплекс эпитоп-МНС II. Активированный Т-хелпер выделяет цитокины , усиливающие антигенпрезентирующую функцию, а также цитокины, активирующие В-лимфоцит - индукторы активации и пролиферации. В-лимфоциты присоединяются при помощи мембраносвязанных антител , выступающих в роли рецепторов, к "своему" антигену и в зависимости от получаемых от Т-хелпера сигналов пролиферируют и дифференцируются в плазматическую клетку, синтезирующую антитела, либо перерождаются в В-клетки памяти. При этом от качества и количества антигена будет зависеть исход взаимодействия в данной трёхклеточной системе. Описанный механизм справедлив для полипептидных антигенов, относительно неустойчивых к фагоцитарному процессингу - т. н. тимусзависимых антигенов. Для тимуснезависимых антигенов (обладающих высокой полимерностью с часто повторяющимися эпитопами, относительно устойчивых к фагоцитарному перевариванию и обладающих свойствами митогена) участия Т-хелпера не требуется - активация и пролиферация В-лимфоцитов происходит за счёт собственной митогенной активности антигена.
Роль В-лимфоцитов в презентации антигена
В-клетки способны интернализовать свои мембранные иммуноглобулины вместе со связанным с ними антигеном и затем презентировать фрагменты антигена в комплексе с молекулами МНС класса II. При низкой концентрации антигена и при вторичном иммунном ответе В-клетки могут выполнять роль основных антигенпрезентирующих клеток.
Клетки В-1 и В-2
Выделяют две субпопуляции В-клеток: В-1 и B-2. Субпопуляцию В-2 составляют обычные В-лимфоциты, к которым относится всё сказанное выше. В-1 - это относительно небольшая группа В-клеток, обнаруживаемая у человека и мышей. Они могут составлять около 5% от общей популяции B-клеток. Такие клетки появляются в течение эмбрионального периода. На своей поверхности они экспрессируют IgM и небольшое количество (или вовсе не экспрессируют) IgD. Маркером этих клеток является CD5. Однако он не является обязательным компонентом клеточной поверхности. В эмбриональном периоде В1-клетки появляются из стволовых клеток костного мозга. В течение жизни пул B-1-лимфоцитов поддерживается за счёт активности специализированных клеток–предшественников и не пополняется за счёт клеток, происходящих из костного мозга. Клетка–предшественница отселяется из кроветворной ткани на свою анатомическую нишу - в брюшную и плевральную полости - ещё в эмбриональном периоде. Итак, место обитания B-1-лимфоцитов - прибарьерные полости.
B-1-лимфоциты значительно отличаются от B-2-лимфоцитов по антигенной специфичности продуцируемых антител. Антитела, синтезированные B-1-лимфоцитами, не имеют значительного разнообразия вариабельных участков молекул иммуноглобулинов, но, напротив, ограничены в репертуаре распознаваемых антигенов, и эти антигены - наиболее распространённые соединения клеточных стенок бактерий . Все B-1-лимфоциты - как бы один не слишком специализированный, но определённо ориентированный (антибактериальный) клон. Антитела, продуцируемые B-1-лимфоцитами, почти исключительно IgM, переключение классов иммуноглобулинов в B-1-лимфоцитах не «предусмотрено». Таким образом, B-1-лимфоциты - «отряд» противобактериальных «пограничников» в прибарьерных полостях, предназначенных для быстрой реакции на «просачивающиеся» через барьеры инфекционные микроорганизмы из числа широко распространённых. В сыворотке крови здорового человека преобладающая часть иммуноглобулинов - продукт синтеза как раз B-1-лимфоцитов, т.е. это относительно полиспецифичные иммуноглобулины антибактериального назначения.
Стволовая гемопоэтическая клетка, мигрирующая в тдемус, превращается (дифференцируется) под влиянием тимического микроокружения в Т-лимфоцит. Цель дифференцировки: 1) обучить распознаванию чужеродного материала, попавшего в организм, и его разрушению (т. е. осуществлению киллинг-эффекта); 2) создать толерантность по отношению к собственным (self) антигенам. Тимус играет главную роль в этих процессах, поскольку является тем органом, где происходит ан- тигеннезависимая дифференцировка Т-клеток и создание (генерирование) чрезвычайно разнообразного набора (репертуара) антиген-рас - познающих Т-клеточных рецепторов.
Вначале стволовая гемопоэтическая клетка попадает в корковую зону тимуса и превращается в ранний предшественник Т-лимфоцити. Фенотип этой клетки следующий: ТАГРР-альфа, бета +, CD3+ CD4-, CD8-, т. е. характеризуется наличием Т-клеточного распознающего рецептора, в составе которого имеются альфа- и бета-цепи, CD3 структура, но отсутствуют молекулы CD4 и CD8.
Далее, здесь же в корковой зоне тимуса, под влиянием тимического микроокружения, гормонов тимуса и, особенно, ИЛ-7 ранний предшественник Т-лимфоцита превращается в незрелый Т-лимфоцит, фенотип которого следующий: ТАГРР-альфа, бета +, CD3 + , CD4+, CD8 + . Набор таких мембранных структур говорит о том, что данная клетка способна: 1) распознать любой антиген с помощью ТАГРР-альфа, бета; 2) после распознавания передать сигнал внутрь клетки для ее активации с помощью CD3 структуры; 3) превратиться как в CD4+ (хелпер), так и в CD8+ (киллер) клетки при развитии эффекторного звена иммунного ответа.
На следующем этапе дифференцировки незрелый предшественник Т-лимфоцита переходит в мозговое вещество тимуса, где завершается тимический этап созревания. При этом происходят два важнейших события: 1) индуцируется толерантность к аутоантигенам; таким образом минимизируется возможность развития аутоиммунного заболевания; 2) происходит разделение Т-лимфоцитов на две субпопуляции: CD4+CD8- (хелперы) и CD4-CD8+ (киллеры) (не нужно забывать, что на их мембране сохраняются молекулы ТАГРР-альфа, бета и CD3). Этот этап также реализуется при важном участии ИЛ-7.
Покидая тимус, зрелые покоящиеся Т-лимфоциты, которые находятся в G(O) стадии клеточного цикла, расселяются в Т-зоны периферических лимфоидных органов. Такие Т-лимфоциты характеризуется следующими свойствами: 1) способностью распознавать чужеродные антигены, которые презентируются ему в виде пептида с помощью молекул ГКГ класса I и класса II, и развивать эфферентную часть иммунного ответа; 2) неспособностью распознавать большинство аутологичных антигенов, как в растворимой форме, так и в виде молекул на мембране клеток. Это главное препятствие на пути к развитию аутоиммунного ответа.
Часть Т-лимфоцитов, покидающих тимус, все же способна распознавать аутоантигены, однако такие Т-лимфоциты (и В-лимфоциты) либо подвергаются делеции (разрушению) в периферических органах, либо находятся в состоянии анергии (неспособности к активации и реализации эфферентной части иммунного ответа).
Т-Лимфоциты-хелперы (CD4+ клетки) представлены тремя субпопуляциями: т. н. нулевыми Т-хелперами (ТхО), которые дифференцируются в Т-хелперы 1-го типа (Тх1) и 2-го типа (Тх2). В этой дифференцировке основную роль играют ИЛ-12, ИЛ-2, гамма-интерферон, ИЛ-10, ИЛ-4, ИЛ-5.
Т-Лимфоцит-хелпер (CD4+ клетка) участвует в распознавании антигенного пептида, который презентируется с помощью молекул ГКГ класса II. В этом случае для активации Т-лимфоцита необходим дополнительный, костимуляционный, сигнал. Он. воспринимается специальной молекулой - CD28-, имеющейся на поверхности Т-хелпе- ра. Для передачи костимуляционного сигнала также есть специальная молекула - CD80, расположенная на мембране АПК. Если GD4+ Т- лимфоцит не получает костимуляционного сигнала, то наступает либо анергия Т-клетки, либо ее апоптоз (программированная смерть). Следует учитывать, что некоторые цитотоксические Т-лимфоциты также имеют на мембране молекулу CD4.
Т-Лимфоциты-киллеры (CD8+ клетки) участвуют в распознавании антигенного пептида, который презентируется с помощью молекул ГКГ класса I. В альфа-3-домене ГКГ класса I имеется специальное место (сайт) для связывания с молекулой CD8. Цитоплазматическая часть молекулы CD8 связана с тирозинкиназой (р56 (lck)). Связывание молекулы CD8, имеющейся на распознающей CD8+ клетке, является дополнительным, костимуляционным, сигналом, приводящим к активации CD8+ Т-клеток и превращению (дифференцировке) в цитотоксический Т-лимфоцит. Следует помнить, что основным активационным сигналом в любом Т-клеточном распознавании является контакт между ТАГРР и пептидом.
Как уже упоминалось, при взаимодействии CD4+ клетки и молекул ГКГ класса II АПК необходим дополнительный, костимуляционный, сигнал, который реализуется взаимодействием молекул CD28 (Т-клетка) и CD80 (АПК). При этом происходит взаимодействие еще нескольких адгезивных молекул, которые усиливают активацию клеток: 1) ICAM-1 (АПК) и LFA-1 (Т-клетка), в результате чего усиливается продукция ИЛ-1, гамма-интерферона и ОНФ; 2) LFA-3 (АПК) и CD2 (Т-клетка). CD2 известен как рецептор к эритроцитам барана, наличие которого на мембране Т-лимфоцита используется для постановки метода розеткообразования и подсчета, таким образом, количества Т-лимфоцитов. Его связывание с LFA-3 играет вспомогательную роль для реализации функций при связывании пары молекул LFA-1/ICAM-1.
Происхождение и дифференцировка В-лимфоцитов
Дифференцировка и созревание В-лимфоцитов происходят сначала в костном мозге, а затем в периферических органах иммунной системы, куда они отселяются на стадии предшественников. Потомками В-лимфоцитов являются клетки иммунологической памяти и плазматические клетки. Основные морфологические признаки последних - обширная цитоплазма, развитый эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи с большим количеством рибосом. Активно синтезирующий плазмоцит живет недолго, не более 2-3 суток.
Функциональной активностью В-лимфоцитов управляют растворимые антигены и иммуноцитокины Т2-хелпера, макрофага и других клеток, например ИЛ-4, 5, 6.
Основные этапы дифференцировки В-лимфоцитов:
· ППСК костного мозга (полипотентная стволовая клетка)
· ЛСК – лимфоидно-стволовая клетка (общий рпедш лимфопоэза)
· Предш-к В-лимфоцитов
· В0-лимфоциты
· В1-лимфоциты
· В2-лимфоциты
Этапы антигеннезависимой (в которую происходит перестройка генов иммуноглобулинов и их экспрессия) дифференцировки в костном мозге: ППСК – ЛСК – предш-и В-лимфоцитов – В0.
Этапы антигензависимой дифференцировки (при которой происходит активация, пролиферация и дифференцировка в плазматические клетки) в тимуснезависимых зонах периферических органах иммунитета: В1-лимфоциты – В2-лимфоциты.
Родоначальником В-лимфоцитов, как и других клеток крови яв-ся ППСК костного мозга. Через стадию ЛСК – общего предшественника всех Т и В-лимфоцитов – происходит формирование предшественников В-лимфоцитов (пВ), кот затем превращаются в незрелые В0-лимфоциты. Эта диференцировка происходит в костном мозге.
В0-лимфоциты мигрируют затем через кровоток и заселяют затем тимуснезависимые зоны периф лимфоидных органов. Там происходит дальнейшее созревание и дифференцировка В-лимфоцитов. На их поверхности имеются только антигенраспознающие рецепторы, относящиеся к классу IgM.
В1-лимфоциты – это след, более зрелая стадия дифференцировки периферических В-лимфоцитов. На их поверхности также содержится рецепторный IgM, но его плотность на ед поверх клеток выше, чем на стадии В0. На их поверхности мембранный маркер CD5, который не характерен для В2-лимфоцитов.
В2-лимфоциты – это большая по численности популяция, состоящая из зрелых иммунокомпетентных клеток. На поверхности В2-л появляется иммуноглобулин D (дифференцировочный), что является признаком их зрелости. Кроме того на их поверх имеются антигенраспознающие рецепторы, относящиеся ко всем классам иммунолобулинов. Они дифферен не только в плазматические клетки, синтез-ие иммуноглобулины, но из них образуются и В-лимфоциты памяти. На их поверхности содержатся IgM, IgG, IgE, IgA.
Таким образом, при поступлени в организм любого антигена (Тзавис или Тнезавис) первым против данного антигена в процессе гуморального иммунного ответа синтез-ся IgM, а затем идет синтез всех остальных классов иммуногл - IgG, IgE, IgA, что обеспечивает эффективную защиту всех органов и тканей организма.
Основные рецепторы:
На поверхности В-лимфоцитов имеются след рецепторы:
· Иммуноглобулиновые антигенраспознающие рецепторы;
· Рецептор к эритроцитам мышей;
· C3b-рецептор (к третьему компоненту системы комплемента)
· Fc-рецепторы (к Fc-фрагментам иммуноглобулинов);
· Рецепторы к В-митогенам;
· Рецептор к вирусу Энштейна-Барра (возбудитель инфекционного мононуклеоза).
3. Методы оценки Т-системы.
А. Количественная оценка.
Определение количества Т-лимфоцитов. Метод Е-розетко-образования (Е-РОК).
Принцип метода: на первом этапе методом центрифугирования в градиенте плотности из крови выделяют лимфоциты. На втором этапе с помощью реакции розеткообразоаания с эритроцитами барана определяют процент Т-лимфоцитов от общего числа. Реакция розеткообразования основана на наличии на поверхности Т-лимфоцитов рецепторов, способных фиксировать эритроциты барана. Поэтому при добавлении к суспензии лимфоцитов эритроцитов барана последние адсорбируются Т-лимфоцитами. Образующиеся при этом структуры называются розетками. Розеткообразующей считается клетка, окруженная тремя и более эритроцитами. Общее количество лимфоцитов и количество розеток подсчитывают под микроскопом.
В процессе дифференцировки Т-лимфоцитов выделяют два основных этапа (как Вы помните, такие же два этапа выделяют в процессе дифференцировки В-лимфоцитов):
1. Антигеннезависимая дифференцировка – происходит постоянно в тимусе.
2. Антигензависимая дифференцировка – происходит в периферических органах иммунной системы только при контакте Т-лимфоцита с антигеном.
АНТИГЕННЕЗАВИСИМАЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВКА Т-ЛИМФОЦИТОВ
Родоначальной клеткой Т-лимфоцитов, как и всех клеток крови, является полипотентная стволовая гемопоэтическая клетка. Её маркером является CD 34. Справочную информацию о CD смотри в конце учебно-методической рекомендации.
Ранние предшественники Т-лимфоцитов мигрируют из костного мозга в тимус, где происходит антигеннезависимая дифференцировка Т-клеток под влиянием «клеток нянек», эпителиальных клеток тимуса, а так же гормонов тимуса (α- и β-тимозины, тимулин /сывороточный фактор тимуса/, тимопоэтин, тимический гуморальный фактор). Самыми ранними маркерами тимоцитов являются CD7, CD2. В тимусе Т-лимфоциты дифференцируются в иммунокомпетентные клетки и приобретают важную способность к распознаванию антигена. На их наружной мембране появляется (экспрессируется) особый рецептор - Т- клеточный рецептор (ТКР, англ. - TcR, T-cell receptor) для антигена. Причем для каждого антигена (эпитопа) в организме предназначен отдельный лимфоцит или его клональные дочерние лимфоциты-потомки, которые имеют специфичный антигену TcR. Тимоциты одновременно с TcR в процессе дифференцировки приобретают CD3, который тесно связан с Т-клеточным рецептором. CD3 необходим для передачи сигнала от ТКР в цитоплазму. На поверхности тимоцитов появляются также молекулы CD8 и CD4. Это двойные позитивные клетки, т.е. их фенотип (ТКР+, CD3+, CD4+, CD8+) и они
Место связывания антигенаКафедра клинической иммунологии с аллергологией являются молодыми тимоцитами.
По своему строению молекулы TcR (ТКР) напоминают иммуноглобулины (Fab-фрагмент) и состоят из альфа- и бета- цепей (TcR αβ их подавляющее большинство) или гамма- и дельта- цепей (TcR γδ). αβ- и γδ – формы TcR весьма сходны по структуре. Каждая цепь ТКР состоит из двух областей (доменов): наружный вариабельный (V) , второй – константный (С). Отдельные гены кодирующие всю вариабельную область (V) α и
β цепей TcR отсутствуют. Фрагменты вариабельных доменов кодируются тремя группами генов обозначаемых V, D, J. В клеточном геноме гены, кодирующие V-, J- и D-сегменты вариабельной области, представлены в виде многочисленных вариантов. Именно различные сочетания V-, J- и D-сегментов V области, образующиеся
в процессе генной перестройки, называемой реаранжировкой, обеспечивают разнообразие молекул ТКР.
Таким образом, ограниченное число генов (около 400) может кодировать рецепторы для почти бесконечного числа антигенов (многих миллионов). Причем различные комбинации генов V, D, J –сегментов - это только один из способов достижения многообразия антигенных рецепторов Т-лимфоцитов.
Основная функция зрелых Т-лимфоцитов – распознавание чужеродных антигенных пептидов в комплексе с собственными антигенами главного комплекса гистосовместимости (ГКГС) на поверхности антигенпрезентирующих клеток или на поверхности любых клеток-мишеней организма. Для выполнения этой функции Т-лимфоциты должны быть способны распознавать собственные антигены ГКГС. В то же время, Т- клетки не должны распознавать аутоантигены самого организма, связанные с собственными антигенами ГКГС.
В связи с этим в тимусе молодые тимоциты проходят селекцию («отбор»), TcR которых соответствует вышеуказанным условиям.
Суть позитивной и негативной селекции состоит в следующем (см. рисунок на титульном листе):
Позитивная селекция. Т-лимфоциты, ТКР которых обладает способностью распознавать HLA (молекулы ГКГС) стромальных клеток тимуса, выживают, а если нет – то гибнут путем апоптоза. Позитивная селекция – поддержка избирательной выживаемости. Таким образом, выживают только лимфоциты способные
распознавать собственные HLA! И эта способность в последующем является важной в функционировании Т- клеток.
Кроме этого в тимусе погибают путем апоптоза аутореактивные лимфоциты (лимфоциты имеющие ТКР к антигенным детерминантам собственных тканей). Важно, что при контакте с эпителиоидными клетками тимуса Т-лимфоциты, реагирующие на «своё», разрушаются путем запуска апоптоза (запрограммированной
клеточной смерти при активации через CD95 – Fas рецептор). Это отрицательная селекция. В итоге, исчезают аутореактивные клоны клеток и возникает толерантность (неотвечаемость) к «своему». В тимусе около 95 – 97% лимфоцитов погибают в результате процесса селекции.
В последующем одна из молекул CD4 или CD8 утрачивается и клетки становятся зрелыми. Клетки сохранившие CD4 являются Т-хелперами (Тh) и их ТКР распознает HLA II класса, а сохранившие CD8 – цитотоксическими Т-лимфоцитами и их ТКР обладает способностью распознавать HLA I класса. Из тимуса
На одном Т-лимфоците только один вариант рецептора и только к одному антигену.
TcR прочно связан с CD3.Кафедра клинической иммунологии с аллергологией, они мигрируют в периферические лимфоидные органы, где заселяют преимущественно Т-зависимые зоны. В частности в лимфоузлах – паракортикальную. Зрелые лимфоциты рециркулируют.
Таким образом, АНТИГЕННЕЗАВИСИМАЯ дифференцировка Т-лимфоцитов включает в себя пролиферацию, приобретение специфических маркеров Т-лимфоцитами и образование дифференцированных, зрелых субпопуляций, способных осуществлять характерные для той или иной субпопуляции функции
(индукция иммунного ответа, его регуляция, цитотоксичность). В процессе антигеннезависимой дифференцировки образуются лимфоциты, которые генетически детерминированы к взаимодействию с определенным антигеном и иммунному ответу на этот антиген.
АНТИГЕНЗАВИСИМАЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВКА Т-ЛИМФОЦИТОВ
Антигензависмая дифференцировка происходит в периферических органах иммунной системы, если Т- лимфоцит провзаимодействовал с антигеном. Начинается она с момента распознавания антигена и заканчивается образованием клона лимфоцитов, способных оказывать специфическое действие как по отношению к антигену, так и к другим иммунокомпетентным клеткам, вступившим во взаимодействие с антигеном. Причем хелперы и цитотоксические лимфоциты распознают антиген по разному. Так,
ХЕЛПЕРЫ (CD4–клетки) распознают АНТИГЕН в комплексе с HLA II КЛАССА, КИЛЛЕРЫ
(CD8-клетки) - в комплексе антиген с HLA 1 КЛАССА. Распознавание антигена Т-хелпером является центральным процессом, как в гуморальном иммунном ответе, так и в усилении клеточной формы иммунного ответа.
Специфическими МАРКЕРАМИ для ВСЕЙ ПОПУЛЯЦИИ Т-ЛИМФОЦИТОВ являются имеющиеся на наружной мембране этих клеток антигены CD 3. (Раньше использовался маркер CD 2 - рецептор для эритроцитов барана, что не совсем корректно. Параметры CD антигенов смотри в приложении.)
Маркер Т-лимфоцитов - структура, которая свойственна только Т-лимфоцитам (всем
субпопуляциям Т-лимфоцитов) – CD3.
СУБПОПУЛЯЦИИ ЛИМФОЦИТОВ:
Тh лимфоциты. Примерно половина из числа циркулирующих Т-лимфоцитов несут на своей поверхности антиген CD4 . Эти Т-лимфоциты функционируют как ХЕЛПЕРЫ, то есть помощники (от англ. To help - помогать), «включающие» популяцию В-лимфоцитов в процесс выработки антител, а Т-эффекторы – в реализацию клеточного иммунитета. Т-хелперы опосредуют свою функцию гуморальными факторами - цитокинами, которые синтезируются этими лимфоцитами в ответ на антигенный стимул.
Недостаточность хелперной функции Т-лимфоцитов, наблюдаемая при синдроме приобретенного иммунодефицита (СПИД, одной из важнейших мишеней ВИЧ являются Т-лимфоциты хелперы), приводит к «неотвечаемости» организма на антигенную стимуляцию, что, в конечном итоге, способствует персистенции в организме человека микроорганизмов, развитию злокачественных новообразований и является причиной летального исхода.
Т-хелперы (Th) – стимулируют пролиферацию и дифференцировку как Т-, так и В-лимфоцитов, выделяя цитокины. В зависимости от того, какие цитокины они продуцируют (в зависимости от цитокинового профиля) среди них различают:
Th1 (Т-хелперы первого типа), выделяют ИЛ-2 и γ-интерферон, и в итоге обеспечивают реакции Т-клеточного иммунитета – стимулируют иммунный ответ против внутриклеточных бактерий, противовирусный, противоопухолевый, трансплантационный иммунитет.
Th2 (Т-хелперы второго типа), секретируют ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-10, ИЛ-13 и стимулируют синтез антител, способствуют развитию гуморального иммунного ответа против внеклеточных бактерий, их токсинов, а также образование IgE-антител.
Между Th1 и Th2 существует антагонизм: при повышении активности одних, угнетается функция других. В итоге преобладает Т-клеточный (Th1Ø T киллеры) или В-клеточный (Th2 Ø В-лимфоциты Ø
Все Т- Лимфоциты CD3+
СD4+ - на Т-хелперах
CD8+ - на Т-цитотоксических
На активированных Т-лимфоцитах появляются рецепторы для
ИЛ-2, HLA-DR антигены, рецептор к трансферрину (CD71).
У здоровых людей Т-лимфоциты (CD3+) составляют
60- 80% всех лимфоцитов крови.
Дата добавления: 2014-12-12 | Просмотры: 4308 | Нарушение авторских прав
| | | | | | | | | | 11 |
Наивные Т-лимфоциты, образовавшиеся в тимусе, выходят в периферическую кровь и участвуют в рециркуляции, проходя через периферические лимфоидные органы, ткани и лимфатические сосуды. Фенотип этих клеток либо CD4 + , либо CD8 + . Лишь небольшая часть клеток (около 2%) может иметь фенотип CD4 + CD8 + – это незрелые клетки.
Циркулирующие наивные Т-клетки имеют продолжительность жизни от нескольких месяцев до нескольких лет, они постоянно замещаются за счет костномозговых предшественников, которые созревают в тимусе. Кроме того, они постоянно пролиферируют на низком уровне на периферии, замещая погибающие клетки. Этот уровень может повышаться при лимфопении, вызванной той или иной причиной. В возрасте около 60 лет у человека практически прекращается образование новых Т-лимфоцитов в тимусе (возрастная инволюция тимуса). Число циркулирующих наивных Т-лимфоцитов при этом сохраняется практически полностью за счет пролиферации существующего пула этих клеток. Такой механизм приводит к уменьшению репертуара различных по специфичности ТКР клонов Т-лимфоцитов, в том числе способных распознавать инфекцию. Это, однако, отчасти компенсируется за счет того, что с возрастом происходит накопление клеток памяти, специфичных к обычно встречающимся антигенам.
Выживаемость наивных Т-лимфоцитов зависит по крайней мере от двух обстоятельств: во-первых, – это периодическое связывание ТКР со слабой аффинностью с комплексом «антигенный пептид - белок МНС»; во-вторых, необходимо присутствие ИЛ-7, который в организме постоянно продуцируется многими типами клеток.
В периферических органах адаптивной иммунной системы происходит встреча наивных Т-лимфоцитов с антигенами и начинается их антигензависимая дифференцировка.
Антигензависимая дифференцировка Т-лимфоцитов включает четыре основных этапа:
· распознавание антигена функционально незрелыми (наивными) Т-лимфоцитами в кооперации с АПК, которые осуществляют процессинг и представление антигена;
· их ответная реакция на антиген в виде пролиферации и дифференцировки до зрелых эффекторных клеток;
· участие в собственно эффекторной фазе иммунного ответа – нейтрализации и уничтожении антигена;
· формирование Т-клеток памяти.
Каким бы путем антиген ни попал в организм, с током лимфы он перемещается в ближайшие к месту проникновения (регионарные) лимфоузлы, где происходит его поглощение макрофагами (МФ), дендритными клетками (ДК) или В-лимфоцитами с последующей внутриклеточной переработкой (процессингом) и представлением (презентацией) в комплексе с молекулами МНС I или II класса на поверхности АПК. Антигены, образовавшиеся или локализованные в тканях (например, в очаге вирусной инфекции, опухолевого роста и др.), поглощаются незрелыми дендритными клетками (ДК), которые распознают эти антигены с помощью рецепторов врожденного иммунитета (Толл-подобных рецепторов или NOD-рецепторов), активируются, созревают и мигрируют в регионарный лимфоузел, где представляют на своей поверхности для распознавания Т-лимфоцитам процессированный антиген в комплексе с белками МНС (иммуногенный комплекс).
Первая встреча наивных Т-лимфоцитов с антигеном как раз и происходит в периферических лимфоидных органах при контакте с АПК, на поверхности которых антигенные детерминанты (Т-клеточные эпитопы, представляющие собой короткие антигенные пептиды, образованные при внутриклеточном процессинге антигена в АПК) представлены в виде иммуногенного комплекса.
Связывание антигенраспознающего рецептора (ТКР) наивных Т-лимфоцитов с иммуногенным комплексом на поверхности АПК (с участием ТКР, молекул CD3, CD4 или CD8) обеспечивает этим клеткам лишь один, первый, специфический сигнал . Однако для пролиферации и дифференцировки в зрелые эффекторные Т-лимфоциты им необходим еще и второй, костимулирующий сигнал . Этот сигнал обеспечивается ИЛ-1 и другими цитокинами, а также взаимодействием корецептора В7 на поверхности АПК с соответствующим рецептором – белком CD28 – на поверхности наивных Т-лимфоцитов. Получение этих двух сигналов обеспечивает пролиферацию клона с последующей дифференцировкой. Если же клеткой получен только один, первый сигнал, а второй отсутствует, она вступает в апоптоз и погибает.
Примированные CD4 + и CD8 + Т-лимфоциты, получившие оба сигнала, начинают экспрессировать рецепторы к ИЛ-2 и синтезировать сам ИЛ-2, который, воздействуя на ИЛ-2-рецепторы этих клеток (в том числе и аутокринно), стимулирует размножение наивных Т-лимфоцитов, которое длится минимум 5 дней, с последующей дифференцировкой в зрелые эффекторные Т-лимфоциты.
Активированные наивные Т-лимфоциты, вступившие в пролиферацию, на 5-7 день достигают пика своей численности, при этом количество CD4 + Т-клеток возрастает примерно в 10 000 раз. Количество CD8 + Т-клеток, которые размножаются еще интенсивнее, при вирусной инфекции, например, может увеличиться в 50 000 раз. Такое быстрое размножение ведет к увеличению лимфоузлов, то есть, к развитию лимфоаденопатии.
Затем размножившиеся Т-клетки дифференцируются в зрелые эффекторные лимфоциты, обладающие необходимыми для уничтожения данного патогена функциональными свойствами (например, к образованию определенных субпопуляций CD4 + Т-лимфоцитов: Тх1, Тх2, Тх17 или CD8 + ЦТЛ).
Образовавшиеся в результате пролиферации и дифференцировки наивных Т-лимфоцитов зрелые эффекторные клетки мигрируют в патологические очаги (где находятся антигены, к которым они специфичны) и непосредственно осуществляют их нейтрализацию и уничтожение (CD8 + ЦТЛ) или индуцируют фагоцитарный тип иммунного ответа (Тх1). Часть эффекторных CD4 + Т-хелперов перемещается в лимфоидные фолликулы лимфоузла, где, контактируя с В-лимфоцитами, включают и регулируют синтез антител (часть Тх1 и Тх2, которые еще иногда называют фолликулярными Т-хелперами).
Процесс миграции вышедших из периферических лимфоидных органов эффекторных Т-лимфоцитов и их проникновение из крови в периферические ткани, где находится патологический очаг, контролируется целым набором молекул адгезии (адгезинов), среди которых различают семейства селектинов, адрессинов и интегринов. Адгезины экспрессируются как на Т-лимфоцитах, так и на эндотелии кровеносных сосудов периферических тканей. В результате взаимодействия соответствующих молекул адгезии Т-лимфоциты проникают в паренхиму органа.
Эффекторные Т-лимфоциты могут уже самостоятельно распознавать антиген и оказывать на него прямое действие и в отсутствие дополнительных костимулирующих сигналов .
Для того, чтобы пролиферация реагирующего на антиген клона не была чрезмерной, она тормозится, а затем останавливается за счет индукции экспрессии ингибиторного рецептора CTLA-4 на поверхности Т-лимфоцитов. Этот рецептор содержится в цитоплазме Т-клеток и быстро перемещается на их поверхность через 24 часа после их активации через ТКР. CTLA-4, подобно CD28, также связывается с В7, но с гораздо большей аффинностью, чем CD28. Связывание В7/CTLA-4 прерывает активационный сигнал и тормозит пролиферацию клона.
У животных, лишенных гена CTLA-4, развивается обширная лимфопролиферация, сопровождающаяся аутоиммунными поражениями и приводящая к гибели животных вскоре после рождения.
Несколько позднее, чем экспрессия CTLA-4, начинается экспрессия на Т-клетках еще одного ингибиторного рецептора – PD-1 (рецептора для индукции апоптоза – программируемой смерти). Через этот рецептор при взаимодействии его с лигандом PD-1L (который постоянно экспрессируется на низком уровне на многих типах клеток в различных тканях) ингибируется передача активирующих сигналов от ТКР и В7/CD28, и тем самым тормозится и останавливается Т-клеточный ответ.
В конечной стадии адаптивного иммунного ответа численность клона, осуществляющего ответ на данный антиген, снижается, оставляя определенное количество антигенспецифических Т-клеток памяти .
Эти клетки имеют хорошо развитый рецепторный аппарат, экспрессируют в том числе рецепторы к цитокинам и адгезины, поэтому Т-клетки памяти способны быстро реагировать непосредственно на антиген при его повторном попадании в организм. Большинство Т-клеток памяти относятся к хелперной субпопуляции, то есть имеют фенотип CD4 + . Они рестриктированы по белкам МНС II класса.
Продолжительность жизни клеток памяти варьирует от нескольких месяцев до нескольких десятков лет. Их выживаемость поддерживается за счет ИЛ-7. Для поддержания выживаемости CD8 + ЦТЛ памяти необходимы ИЛ-7 и ИЛ-15. CD8 + Т-клетки памяти являются более долгоживущими, чем CD4 + Т-клетки памяти. Например, CD8 + Т-клетки памяти, образующиеся при вакцинации против кори, могут иметь продолжительность свыше 30 лет. Продолжительность жизни клеток памяти к определенным антигенам генетически детерминирована как для вида в целом, так и для отдельных индивидуумов.
Т-клетки памяти, в частности, обеспечивают иммунитет – невосприимчивость организма к инфекции при повторном попадании инфекционных агентов в организм .
Формирование Т-клеток памяти лежит в основе механизма вакцинации против большинства вирусных инфекций.
Различают 2 типа Т-клеток памяти: центральные и эффекторные. Центральные Т-клетки памяти при повторном поступлении антигена в организм, распознав его, пролиферируют, чтобы сформировать пул новых эффекторных Т-лимфоцитов. Поэтому вторичный ответ на антиген с участием этих клеток развивается не раньше, чем на 3-4 день.
Эффекторные Т-клетки памяти после повторного контакта с антигеном способны к немедленной активации и поэтому осуществляют ответ на антиген практически сразу после его повторного попадания в организм.
