Иммунная система. Индуцибельные факторы защиты организма (иммунная система). Главный комплекс гистосовместимости (МНС первого и второго класса). Гены MHC I и MHC II.
Иммунная система - совокупность органов, тканей и клеток, обеспечивающих структурное и генетическое постоянство клеток организма; образует вторую линию защиты организма. Функции первого барьера на пути чужеродных агентов выполняют кожа и слизистые оболочки, жирные кислоты (входящие в состав секрета сальных желёз кожи) и высокая кислотность желудочного сока, нормальная микрофлора организма, а также клетки, выполняющие функции неспецифической защиты от инфекционных агентов.
Иммунная система способна распознавать миллионы разнообразных веществ, выявлять тонкие различия даже между близкими по структуре молекулами. Оптимальное функционирование системы обеспечивают тонкие механизмы взаимодействия лимфоидных клеток и макрофагов, осуществляемые при прямых контактах и с участием растворимых посредников (медиаторов иммунной системы). Система обладает иммунной памятью , сохраняя информацию о предыдущих антигенных воздействиях. Принципы поддержания структурного постоянства организма («антигенной чистоты») основаны на распознавании «своего-чужого».
Для этого на поверхности клеток организма имеются гликопротеиновые рецепторы (Аг), составляющие главный комплекс гистосовместимости - МНС [от англ. major histocompatibility complex ]. При нарушении структуры этих Аг, то есть изменении «своего» иммунная система расценивает их как «чужое».
Спектр молекул МНС уникален для каждого организма и определяет его биологическую индивидуальность; это и позволяет отличать «своё» (гистосовместимое ) от «чужого» (несовместимого). Выделяют гены и Аг двух основных классов МНС .
Главный комплекс гистосовместимости (МНС первого и второго класса). Гены MHC I и MHC II.
Молекулы I и II классов контролируют иммунный ответ. Они сочетанно распознаются поверхностными дифференцировочными CD-Ar клеток-мишеней и участвуют в реакциях клеточной цитотоксичности, осуществляемой цитотоксическими Т-лимфоцитами (ЦТЛ).
Гены MHC I класса определяют тканевые Аг; Аг класса МНС I представлены на поверхности всех ядросодержащих клеток.
Гены MHC II класса контролируют ответ к тимусзависимым Аг; Аг класса II экспрессируются преимущественно на мембранах иммунокомпетентных клеток, включая макрофаги, моноциты, В-лимфоциты и активированные Т-клетки.
На цитоплазматических мембранах практически всех клеток макроорганизма обнаруживаются антигены гистосовместимости . Большая часть из них относится к системе главного ком плекса гистосовместимости , или МНС (аббр. от англ. Main Hystocompatibility Complex ).
Антигены гистосовместимости играют ключевую роль в осуществлении специфического распознавания «свой-чужой» и индукции приобретенного иммунного ответа. Они определяют совместимость органов и тканей при трансплантации в пределах одного вида, генетическую рестрикцию (ограничение) иммунного реагирования и другие эффекты.
Большая заслуга в изучении МНС, как явления биологического мира, принадлежит Дж. Доссе, П. Догерти, П. Гореру, Г. Снеллу, Р. Цинкернагелю, Р. В. Петрову, ставшим основоположниками иммуногенетики.
Впервые МНС был обнаружен в 60-х годах XX в. в опытах на генетически чистых (инбредных) линиях мышей при попытке межлинейной пересадки опухолевых тканей (П. Горер, Г. Снелл). У мышей этот комплекс получил название Н-2 и был картирован в 17-й хромосоме.
У человека МНС был описан несколько позже в работах Дж. Доссе. Его обозначили как HLA (аббр. от англ. Human Leukocyte Antigen ), так как он ассоциирован с лейкоцитами.
Биосинтез HLA определяется генами , локализованными сразу в нескольких локусах короткого плеча 6-й хромосомы.
МНС имеет сложную структуру и высокую полиморфность. По химической природе антигены гистосовметимости представляют собой гликопротеиды, прочно связанные с цитоплаз матической мембраной клеток . Их отдельные фрагменты имеют структурную гомологию с молекулами иммуноглобулинов и поэтому относятся к единому суперсемейству.
Различают два основных класса молекул МНС .
Условно принято, что МНС I класса индуцирует преимущественно клеточный иммунный ответ.
МНС II класса- гуморальный.
Основные классы объединяют множество сходных по структуре антигенов, которые кодируются множеством аллельных генов. При этом на клетках индивидуума могут экспрессироваться не более двух разновидностей продуктов каждого гена МНС, что важно для поддержания популяционной гетерогенности и выживания как отдельной особи, так и всей популяции в целом.
МНС I класса состоит из двух нековалентно связанных полипептидных цепей с разной молекулярной массой: тяжелой альфа-цепи и легкой бета-цепи. Альфа-цепь имеет внеклеточный участок с доменным строением (al-, a2- и аЗ-домены), трансмембранный и цитоплазматический. Бета-цепь представляет собой бета-2-микроглобулин, который «налипает» на аЗ-домен после экспрессии альфа-цепи на цитоплазматической мембране клетки.
Альфа-цепь обладает высокой сорбционной способностью по отношению к пептидам. Это свойство определяется al- и а2-доменами, формирующими так называемую «щель Бьоркмана» - гипервариабельный участок, ответственный за сорбцию и презентацию молекул антигена. «Щель Бьоркмана» МНС I класса вмещает нанопептид, который в таком виде легко выявляется специфическими антителами.
Процесс формирования комплекса «МНС I класса-антиген» протекает внутриклеточно непрерывно .
В его состав включаются любые эндогенно синтезированные пептиды, в том числе вирусные. Комплекс изначально собирается в эндоплазматическом ретикулуме, куда при помощи особого белка, протеосомы, переносятся пептиды из цитоплазмы. Включенный в комплекс пептид придает структурную устойчивость МНС I класса. В его отсутствие функцию стабилизатора выполняет шаперон (калнексин).
Для МНС I класса характерна высокая скорость биосинтеза - процесс завершается за 6 часов.
Этот комплекс экспрессируются на поверхности практически всех клеток, кроме эритроцитов (в безъядерных клетках отсутс твует биосинтез) и клеток ворсинчатого трофобласта («профилактика» отторжения плода). Плотность МНС I класса достигает 7000 молекул на клетку, и они покрывают около 1 % ее поверхности. Экспрессия молекул заметно усиливается под влиянием цитокинов, например γ-интерферона.
В настоящее время у человека различают более 200 различных вариантов HLAI класса. Они кодируются генами, картированными в трех основных сублокусах 6-й хромосомы и наследуются и проявляются независимо: HLA-A, HLA-B и HLA-C. Локус А объединяет более 60 вариантов, В - 130, а С - около 40.
Типирование индивидуума по HLA I класса проводится на лимфоцитах серологическими методами - в реакции микролимфоцитолиза со специфическими сыворотками. Для диагностики используют поликлональные специфические антитела, обнаруживаемые в сыворотке крови многорожавших женщин, пациентов, получавших массивную гемотрансфузионную терапию, а также моноклональные.
Учитывая независимое наследование генов сублокусов, в популяции формируется бесконечное множество неповторяющиеся комбинаций HLAI класса. Поэтому каждый человек строго уникален по набору антигенов гистосовместимости, исключение составляют только однояйцовые близнецы, которые абсолютно похожи по набору генов.
Основная биологи ческая роль HLA I класса состоит в том, что они определяют биологическую индивидуаль ность («биологический паспорт») и являются маркерами «своего» для иммунокомпетентных клеток . Заражение клетки вирусом или мутация изменяют структуру HLAI класса. Содержащая чужеродные или модифицированные пептиды молекула МНС I класса имеет нетипичную для данного организма структуру и является сигналом для активации Т-киллеров (СО8 + -лим- фоциты). Клетки, отличающиеся по I классу, уничтожаются как чужеродные.
МНС 1 – для облегчения распознавания внутриклеточной инфекции.
В структуре и функции МНС II класса есть ряд принципиальных отличий.
Во-первых, они имеют более сложное строение. Комплекс образован двумя нековалентно связанными полипептидными цепочками (альфа-цепь и бета-цепь), имеющими сходное доменное строение. Альфа-цепь имеет один глобулярный участок, а бета-цепь - два. Обе цепи как трансмембранные пептиды состоят из трех участков - внеклеточного, трансмембранного и цитоплазматического.
Во-вторых, «щель Бьоркмана» в МНС II класса образована одновременно обеими цепочками. Она вмещает больший по размеру олигопептид (12-25 аминокислотных остатков), причем последний полностью «скрывается» внутри этой щели и в таком состоянии не обнаруживается специфическими антителами.
В-третьих, МНС II класса включает в себя пептид, захваченный из внеклеточной среды путем эндоцитоза, а не синтезированный самой клеткой.
В-четвертых, МНС II класса экспресси руется на поверхности ограниченного числа клеток : дендритных, В-лимфоцитах, Т-хел-перах, активированных макрофагах, тучных, эпителиальных и эндотелиальных клетках. Обнаружение МНС II класса на нетипичных клетках расценивается в настоящее время как иммунопатология.
Биосинтез МНС II класса протекает в эндоплазматическом ретикулуме, образующийся димерный комплекс затем встраивается в цитоплазматическую мембрану. До включения в него пептида комплекс стабилизируется шапероном (калнексином). МНС II класса экспрессируется на мембране клетки в течение часа после эндоцитоза антигена. Экспрессия комплекса может быть усилена γ-интерфероном и снижена простагландином Е г
По имеющимся данным, человеческому организму свойственен чрезвычайно высокий полиморфизм HLA II класса, который в большей степени определяется особенностями строения бета-цепи. В состав комплекса входят продукты трех основных локусов: HLA DR, DQ и DP. При этом локус DR объединяет около 300 аллельных форм, DQ - около 400, a DP - около 500.
Наличие и тип антигенов гистосовместимости II класса определяют в серологических (микролимфоцитотоксический тест) и клеточных реакциях иммунитета (смешанная культура лимфоцитов, или СКЛ). Серологическое типирование МНС II класса производят на В-лимфоцитах с использованием специфических антител, обнаруживаемых в сыворотке крови многорожавших женщин, пациентов, получавших массивную гемотрансфузионную терапию, а также синтезированных методами генной инженерии. Тестирование в СКЛ позволяет выявить минорные компоненты МНС II класса, не определяемые серологически. В последнее время все чаще применяют ПЦР.
Биологическая роль МНС II класса чрезвычайно велика. Фактически этот комплекс участвует в индукции приобретенного им мунного ответа. Фрагменты молекулы антигена экспрессируются на цитоплазматической мембране особой группы клеток, которая получила название антигенпрезентирующих клеток (АПК). Это еще более узкий круг среди клеток, способных синтезировать МНС II класса. Наиболее активной АПК считается дендритная клетка, затем - В-лимфоцит и макрофаг.
Антигены гистосовместимости - это гликопротеины, существующие на поверхности всех клеток. Первоначально были определены как главные антигены-мишени в реакциях на трансплантат. Пересадка ткани взрослого донора особи того же вида (аллотрансплантация) или иного вида (ксенотрансплантация) приводит обычно к ее отторжению. Эксперименты по пересадке кожи между разными линиями мышей показали, что отторжение трансплантата обусловлено иммунной реакцией на чужеродные антигены, находящиеся на поверхности его клеток. Позднее было показано, что в этих реакциях участвуют Т-клетки. Реакции направлены против генетически «чужеродных» вариантов гликопротеинов клеточной поверхности, получивших название молекул гистосовместимости (т.е. совместимости тканей).
Главные молекулы гистосовместимости - семейство гликопротеинов, кодируемое генами, составляющими главный комплекс гистосовместимости (МНС - major histocompatibility complex ). В пределах МНС локализованы гены, контролирующие главные трансплантационные антигены и гены, определяющие интенсивность иммунного ответа на тот или иной конкретный антиген, - так называемые Ir-гены (immune response ). Молекулы МНС имеются на поверхности клеток всех высших позвоночных. Впервые они были найдены у мышей и названы антигенами Н2 (histocompatibility-2 ). У человека они носят название HLA (лейкоцитарных, human leucocyte-associated ), так как были первоначально обнаружены на лейкоцитах.
Существует два основных класса молекул МНС, каждый из которых представляет собой набор гликопротеинов клеточной поверхности. Молекулы МНС класса I экспрессируются практически на всех клетках, молекулы класса II - на клетках, участвующих в иммунных ответах (лимфоцитах, макрофагах). Молекулы класса I узнаются цитотоксическими Т-клетками (киллерами), которые должны взаимодействовать с любой клеткой организма, оказавшейся зараженной вирусом, тогда как молекулы класса II узнаются Т-хелперами (Тх), которые взаимодействуют в основном с другими клетками, участвующими в иммунных ответах, такими как В-лимфоциты и макрофаги (антигенпредставляющие клетки).
Согласно клонально-селекционной теории иммунитета , в организме существуют многочисленные группы (клоны) лимфоцитов, генетически запрограммированные реагировать на один или несколько антигенов. Поэтому каждый конкретный антиген оказывает избирательное действие, стимулируя только те лимфоциты, которые имеют сродство к его поверхностным детерминантам.
При первой встрече с антигеном (т.н. первичный ответ ) лимфоциты стимулируются и подвергаются трансформации в бластные формы, которые способны к пролиферации и дифференцировке в иммуноциты. В результате пролиферации увеличивается число лимфоцитов соответствующего клона, «узнавших» антиген. Дифференцировка приводит к появлению двух типов клеток - эффекторных и клеток памяти . Эффекторные клетки непосредственно участвуют в ликвидации или обезвреживании чужеродного материала. К эффекторным клеткам относятся активированные лимфоциты и плазматические клетки. Клетки памяти - это лимфоциты, возвращающиеся в неактивное состояние, но несущие информацию (память) о встрече с конкретным антигеном. При повторном введении данного антигена они способны обеспечивать быстрый иммунный ответ большей интенсивности (т.н.вторичный ответ ) вследствие усиленной пролиферации лимфоцитов и образования иммуноцитов.
В зависимости от механизма уничтожения антигена различают клеточный иммунитет и гуморальный иммунитет.
При клеточном иммунитете эффекторными клетками являются цитотоксические Т-лимфоциты, или лимфоциты-киллеры (убийцы). Они непосредственно участвуют в уничтожении чужеродных клеток других органов или патологических собственных (например, опухолевых) клеток, и выделяют литические вещества. Такая реакция лежит в основе отторжения чужеродных тканей в условиях трансплантации или при действии на кожу химических (сенсибилизирующих) веществ, вызывающих повышенную чувствительность (т.н. гиперчувствительность замедленного типа) и другие реакции.
При гуморальном иммунитете эффекторными клетками являются плазматические клетки, которые синтезируют и выделяют в кровь антитела.
Некоторые термины из практической медицины:
· агаммаглобулинемия (agammaglobulinaemia ; а- + гаммаглобулины + греч. haima кровь; син.: гипогаммаглобулинемия, синдром дефицита антител) -- общее название группы болезней, характеризующихся отсутствием или резким снижением уровня иммуноглобулинов в сыворотке крови;
· аутоантигены (ауто- + антигены) -- собственные нормальные антигены организма, а также антигены, возникающие под действием различных биологических и физико-химических факторов, по отношению к которым образуются аутоантитела;
· аутоиммунная реакция -- иммунная реакция организма на аутоантигены;
· аллергия (allergia ; греч. allos другой, иной + ergon действие) -- состояние измененной реактивности организма в виде повышения его чувствительности к повторным воздействиям каких-либо веществ или к компонентам собственных тканей; в основе аллергии лежит иммунный ответ, протекающий с повреждением тканей;
· иммунитет активный иммунитет, возникающий в результате иммунного ответа организма на введение антигена;
· Основными клетками, осуществляющими иммунные реакции, являются Т- и В-лимфоциты (и производные последних – плазмоциты), макрофаги, а также ряд взаимодействующих с ними клеток (тучные клетки, эозинофилы и др.).
· Лимфоциты
· Популяция лимфоцитов функционально неоднородна. Различают три основных вида лимфоцитов: Т-лимфоциты , В-лимфоциты и так называемые нулевые лимфоциты (0-клетки). Лимфоциты развиваются из недифференцированных лимфоидных костномозговых предшественников и при дифференцировке получают функциональные и морфологические признаки (наличие маркеров, поверхностных рецепторов), выявляемые иммунологическими методами. 0-лимфоциты (нулевые) лишены поверхностных маркеров и рассматриваются как резервная популяция недифференцированных лимфоцитов.
· Т-лимфоциты - самая многочисленная популяция лимфоцитов, составляющая 70-90% лимфоцитов крови. Они дифференцируются в вилочковой железе - тимусе (отсюда их название), поступают в кровь и лимфу и заселяют Т-зоны в периферических органах иммунной системы - лимфатических узлах (глубокая часть коркового вещества), селезенке(периартериальные влагалища лимфоидных узелков), в одиночных и множественных фолликулах различных органов, в которых под влиянием антигенов образуются Т-иммуноциты (эффекторные) и Т-клетки памяти. Для Т-лимфоцитов характерно наличие на плазмолемме особых рецепторов, способных специфически распознавать и связывать антигены. Эти рецепторы являются продуктами генов иммунного ответа . Т-лимфоциты обеспечивают клеточный иммунитет, участвуют в регуляции гуморального иммунитета, осуществляют продукцию цитокинов при действии антигенов.
· В популяции Т-лимфоцитов различают несколько функциональных групп клеток: цитотоксические лимфоциты (Тц), или Т-киллеры (Тк), Т-хелперы (Тх), Т-супрессоры (Тс). Тк участвуют в реакциях клеточного иммунитета, обеспечивая разрушение (лизис) чужеродных клеток и собственных измененных клеток (например, опухолевых клеток). Рецепторы позволяют им распознавать белки вирусов и опухолевых клеток на их поверхности. При этом активизация Тц (киллеров) происходит под влиянием антигенов гистосовместимости на поверхности чужеродных клеток.
· Кроме того, Т-лимфоциты участвуют в регуляции гуморального иммунитета с помощью Тх и Тс. Тх стимулируют дифференцировку В-лимфоцитов, образование из них плазмоцитов и продукцию иммуноглобулинов (Ig). Tx имеют поверхностные рецепторы, которые связываются с белками на плазмолемме В-клеток и макрофагов, стимулируя Тх и макрофаги к пролиферации, продукции интерлейкинов (пептидных гормонов), а В-клетки - к продукции антител.
· Таким образом, главной функцией Тх является распознавание чужеродных антигенов (представляемых макрофагами), секреция интерлейкинов, стимулирующих В-лимфоциты и другие клетки для участия в иммунных реакциях.
· Снижение в крови числа Тх ведет к ослаблению защитных реакций организма (эти лица более подвержены инфекциям). Отмечено резкое снижение числа Тх у лиц, инфицированных вирусом СПИДа.
· Тс способны ингибировать активность Тх, В-лимфоцитов и плазмоцитов. Они участвуют в аллергических реакциях, реакциях гиперчувствительности. Тс подавляют дифференцировку В-лимфоцитов.
· Одной из основных функций Т-лимфоцитов является продукция цитокинов , которые оказывают стимулирующее или тормозящее влияние на клетки, участвующие в иммунном ответе (хемотаксические факторы, макрофаги ингибирующий фактор - МИФ, неспецифические цитотоксические вещества и др.).
· Натуральные киллеры . Среди лимфоцитов в крови, кроме вышеописанных Тц, выполняющих функцию киллеров, имеются так называемые натуральные киллеры (Нк, NK ), которые также участвуют в клеточном иммунитете. Они образуют первую линию защиты против чужеродных клеток, действуют немедленно, быстро разрушая клетки. Нк в собственном организме разрушают опухолевые клетки и клетки, инфицированные вирусом. Тц образуют вторую линию защиты, так как для их развития из неактивных Т-лимфоцитов требуется время, поэтому они вступают в действие позже Нк. Нк - это большие лимфоциты диаметром 12-15 мкм, имеют дольчатое ядро и азурофильные гранулы (лизосомы) в цитоплазме.
· Развитие Т- и В-лимфоцитов
· Родоначальником всех клеток иммунной системы является кроветворная стволовая клетка (СКК). СКК локализуются в эмбриональном периоде в желточном мешке, печени, селезенке. В более поздний период эмбриогенеза они появляются в костном мозге и продолжают пролиферировать в постнатальной жизни. Из СКК в костном мозге образуется клетка-предшественник лимфопоэза (лимфоидная мультипотентная родоначальная клетка), которая генерирует два типа клеток: пре-Т-клетки (предшественники Т-клеток) и пре-В-клетки (предшественники В-клеток).
· Дифференцировка Т-лимфоцитов
· Пре-Т-клетки мигрируют из костного мозга через кровь в центральный орган иммунной системы - вилочковую железу (тимус). Еще в период эмбрионального развития в вилочковой железе создается микроокружение, имеющее значение для дифференцировки Т-лимфоцитов. В формировании микроокружения особая роль отводится ретикулоэпителиальным клеткам этой железы, способным к продукции ряда биологически активных веществ. Мигрирующие в вилочковую железу пре-Т-клетки приобретают способность реагировать на стимулы микроокружения. Пре-Т-клетки в вилочковой железе пролиферируют, трансформируются в Т-лимфоциты, несущие характерные мембранные антигены (CD4+, CD8+). Т-лимфоциты генерируют и «поставляют» в кровообращение и в тимусзависимые зоны периферических лимфоидных органов 3 типа лимфоцитов: Тц, Тх и Тс. Мигрирующие из вилочковой железы «девственные» Т-лимфоциты (виргильные Т-лимфоциты) являются короткоживущими. Специфическое взаимодействие с антигеном в периферических лимфоидных органах служит началом процессов их пролиферации и дифференцировки в зрелые и долгоживущие клетки (Т-эффекторные и Т-клетки памяти), составляющие большую часть рециркулирующих Т-лимфоцитов.
· Из вилочковой железы мигрируют не все клетки. Часть Т-лимфоцитов погибает. Существует мнение, что причиной их гибели служит присоединение антигена к антигенспецифическому рецептору. В вилочковой железе нет чужеродных антигенов, поэтому данный механизм может служить для удаления Т-лимфоцитов, способных реагировать с собственными структурами организма, т.е. выполнять функцию защиты от аутоиммунных реакций. Гибель части лимфоцитов является генетически запрограммированной (апоптоз).
· Дифференцировочные антигены Т-клеток . В процессе дифференцировки лимфоцитов на их поверхности появляются специфические мембранные молекулы гликопротеидов. Такие молекулы (антигены) можно обнаружить с помощью специфических моноклональных антител. Получены моноклональные антитела, которые реагируют лишь с одним антигеном клеточной мембраны. С помощью набора моноклональных антител можно идентифицировать субпопуляции лимфоцитов. Имеются наборы антител к дифференцировочным антигенам лимфоцитов человека. Антитела составляют относительно немного групп (или «кластеров»), каждая из которых узнает один единственный белок клеточной поверхности. Создана номенклатура дифференцировочных антигенов лейкоцитов человека, выявляемых моноклональными антителами. Эта CD-номенклатура (CD - cluster of differentiation - кластер дифференцировки) базируется на группах моноклональных антител, реагирующих с одними и теми же дифференцировочными антигенами.
· Получены многоклональные антитела к ряду дифференцировочных антигенов Т-лимфоцитов человека. При определении общей популяции Т-клеток могут быть использованы моноклональные антитела специфичностей CD (CD2, CD3, CDS, CD6, CD7).
· Известны дифференцировочные антигены Т-клеток, которые характерны либо для определенных стадий онтогенеза, либо для различающихся по функциональной активности субпопуляций. Так, CD1 - маркер ранней фазы созревания Т-клеток в вилочковой железе. В процессе дифференцировки тимоцитов на их поверхности экспрессируются одновременно маркеры CD4 и CD8. Однако в последующем маркер CD4 исчезает с части клеток и сохраняется только на субпопуляции, переставшей экспрессировать антиген CD8. Зрелые CD4+ клетки являются Тх. Антиген CD8 экспрессируется примерно на ⅓ периферических Т-клеток, которые созревают из CD4+/CD8+ Т-лимфоцитов. Субпопуляция CD8+ Т-клеток включает цитотоксические и супрессорные Т-лимфоциты. Антитела к гликопротеинам CD4 и CD8 широко используются для того, чтобы различать и разделять Т-клетки соответственно на Тх и Тц.
· Кроме дифференцировочных антигенов, известны специфические маркеры Т-лимфоцитов.
· Т-клеточные рецепторы для антигенов представляют собой антителоподобные гетеродимеры, состоящие из полипептидных α- и β-цепей. Каждая из цепей имеет длину в 280 аминокислот, большая внеклеточная часть каждой цепи свернута в два Ig-подобных домена: один вариабельный (V) и один константный (С). Антителоподобный гетеродимер кодируется генами, которые собираются из нескольких генных сегментов в процессе развития Т-клеток в вилочковой железе.
· Различают антигеннезависимую и антигензависимую дифференцировку и специализацию В- и Т-лимфоцитов.
· Антигеннезависимая пролиферация и дифференцировка генетически запрограммированы на образование клеток, способных давать специфический тип иммунного ответа при встрече с конкретным антигеном благодаря появлению на плазмолемме лимфоцитов особых «рецепторов». Она совершается в центральных органах иммунитета (тимус, костный мозг или фабрициева сумка у птиц) под влиянием специфических факторов, вырабатываемых клетками, формирующими микроокружение (ретикулярная строма или ретикулоэпителиальные клетки в тимусе).
· Антигензависимая пролиферация и дифференцировка Т- и В-лимфоцитов происходят при встрече с антигенами в периферических лимфоидных органах, при этом образуются эффекторные клетки и клетки памяти (сохраняющие информацию о действовавшем антигене).
· Образующиеся Т-лимфоциты составляют пул долгоживущих , рециркулирующих лимфоцитов, а В-лимфоциты - короткоживущих клеток.
66. Хар-ка В-лимфоцитов.
В-лимфоциты являются основными клетками, участвующими в гуморальном иммунитете. У человека они образуются из СКК красного костного мозга, затем поступают в кровь и далее заселяют В-зоны периферических лимфоидных органов - селезенки, лимфатических узлов, лимфоидные фолликулы многих внутренних органов. В крови их содержится 10-30% от всей популяции лимфоцитов.
Для В-лимфоцитов характерно наличие на плазмолемме поверхностных иммуноглобулиновых рецепторов (SIg или MIg) для антигенов. Каждая В-клетка содержит 50000...150000 антигенспецифических молекул SIg. В популяции В-лимфоцитов находятся клетки с различными SIg: большинство (⅔) содержат IgM, меньшее число (⅓) - IgG и около 1-5 % - IgA, IgD, IgE. В плазмолемме В-лимфоцитов имеются также рецепторы для комплемента (С3) и Fc-рецепторы.
При действии антигена В-лимфоциты в периферических лимфоидных органах активизируются, пролиферируют, дифференцируются в плазмоциты, активно синтезирующие антитела различных классов, которые поступают в кровь, лимфу и тканевую жидкость.
Дифференцировка В-лимфоцитов
Предшественники В-клеток (пре-В-клетки) развиваются в дальнейшем у птиц в фабрициевой сумке (bursa), откуда произошло название В-лимфоциты, у человека и млекопитающих - в костном мозге.
Сумка Фабрициуса (bursa Fabricii) - центральный орган иммунопоэза у птиц, где происходит развитие В-лимфоцитов, находится в области клоаки. Для ее микроскопического строения характерно наличие многочисленных складок, покрытых эпителием, в которых расположены лимфоидные узелки, ограниченные мембраной. В узелках содержатся эпителиоциты и лимфоциты на различных стадиях дифференцировки. В период эмбриогенеза в центре фолликула формируется мозговая зона, а на периферии (снаружи от мембраны) - корковая зона, в которую, вероятно, мигрируют лимфоциты из мозговой зоны. В связи с тем что в сумке Фабрициуса у птиц образуются исключительно В-лимфоциты, она является удобным объектом для изучения строения и иммунологических характеристик этого вида лимфоцитов. Для ультрамикроскопического строения В-лимфоцитов характерно наличие в цитоплазме групп рибосом в виде розеток. Эти клетки имеют более крупные ядра и менее плотный хроматин, чем у Т-лимфоцитов, в связи с увеличением содержания эухроматина.
В-лимфоциты отличаются от других типов клеток способностью синтезировать иммуноглобулины. Зрелые В-лимфоциты экспрессируют Ig на клеточной мембране. Такие мембранные иммуноглобулины (MIg) функционируют как антигенспецифические рецепторы.
Пре-В-клетки синтезируют внутриклеточный цитоплазматический IgM, но не имеют поверхностных иммуноглобулиновых рецепторов. Костномозговые виргильные В-лимфоциты имеют IgM-рецепторы на своей поверхности. Зрелые В-лимфоциты несут на своей поверхности иммуноглобулиновые рецепторы различных классов - IgM, IgG и др.
Дифференцированные В-лимфоциты поступают в периферические лимфоидные органы, где при действии антигенов происходят пролиферация и дальнейшая специализация В-лимфоцитов с образованием плазмоцитов и В-клеток памяти (ВП).
В ходе своего развития многие В-клетки переключаются с выработки антител одного класса на выработку антител других классов. Этот процесс называется переключением класса. Все В-клетки начинают свою деятельность по синтезу антител с выработки молекул IgM, которые встраиваются в плазматическую мембрану и служат рецепторами для антигена. Затем, еще до взаимодействия с антигеном, большая часть В-клеток переходит к одновременному синтезу молекул IgM и IgD. Когда виргильная В-клетка переходит от выработки одного лишь мембраносвязанного IgM к одновременному синтезу мембраносвязанных IgM и IgD, переключение происходит, вероятно, благодаря изменению процессинга РНК.
При стимуляции антигеном некоторые из этих клеток активируются и начинают выделять антитела IgM, преобладающие в первичном гуморальном ответе.
Другие стимулированные антигеном клетки переключаются на выработку антител классов IgG, IgE или IgA; В-клетки памяти несут эти антитела на своей поверхности, а активные В-клетки их секретируют. Молекулы IgG, IgE и IgA в совокупности называются антителами вторичных классов, так как они, по-видимому, образуются только после антигенной стимуляции и преобладают во вторичных гуморальных ответах.
При помощи моноклональных антител удалось выявить определенные дифференцировочные антигены, которые еще до появления цитоплазматических µ-цепей позволяют отнести несущий их лимфоцит к В-клеточной линии. Так, антиген CD19 является самым ранним маркером, позволяющим отнести лимфоцит к В-клеточному ряду. Он присутствует на пре-В-клетках в костном мозге, на всех периферических В-клетках.
Антиген, выявляемый моноклональными антителами группы CD20, специфичен для В-лимфоцитов и характеризует более поздние стадии дифференцировки.
На гистологических срезах антиген CD20 выявляется на В-клетках герминативных центров лимфоидных узелков, в корковом веществе лимфатических узлов. В-лимфоциты несут также ряд других (например, CD24, CD37) маркеров.
67. Макрофаги играют важную роль как в естественном, так и в приобретенном иммунитете организма. Участие макрофагов в естественном иммунитете проявляется в их способности к фагоцитозу и в синтезе ряда активных веществ - пищеварительных ферментов, компонентов системы комплемента, фагоцитина, лизоцима, интерферона, эндогенного пирогена и др., являющихся основными факторами естественного иммунитета. Их роль в приобретенном иммунитете заключается в пассивной передаче антигена иммунокомпетентным клеткам (Т- и В-лимфоцитам), в индукции специфического ответа на антигены. Макрофаги также участвуют в обеспечении иммунного гомеостаза путем контроля над размножением клеток, характеризующихся рядом отклонений от нормы (опухолевые клетки).
Для оптимального развития иммунных реакций при действии большинства антигенов необходимо участие макрофагов как в первой индуктивной фазе иммунитета, когда они стимулируют лимфоциты, так и в его конечной фазе (продуктивной), когда они участвуют в выработке антител и разрушении антигена. Антигены, фагоцитированные макрофагами, вызывают более сильный иммунный ответ по сравнению с теми, которые не фагоцитированы ими. Блокада макрофагов введением в организм животных взвеси инертных частиц (например, туши) значительно ослабляет иммунный ответ. Макрофаги способны фагоцитировать как растворимые (например, белки), так и корпускулярные антигены. Корпускулярные антигены вызывают более сильный иммунный ответ.
Некоторые виды антигенов, например пневмококки, содержащие на поверхности углеводный компонент, могут быть фагоцитированы лишь после предварительнойопсонизации . Фагоцитоз значительно облегчается, если антигенные детерминанты чужеродных клеток опсонизированы, т.е. соединены с антителом или комплексом антитела и комплемента. Процесс опсонизации обеспечивается присутствием на мембране макрофага рецепторов, которые связывают часть молекулы антитела (Fc-фрагмент) или часть комплемента (С3). С мембраной макрофага у человека непосредственно могут связываться только антитела класса IgG, когда они находятся в комбинации с соответствующим антигеном. IgM могут связываться с мембраной макрофага в присутствии комплемента. Макрофаги способны «распознавать» растворимые антигены, например гемоглобин.
В механизме распознавания антигена выделяют два этапа, тесно связанных друг с другом. Первый этап заключается в фагоцитозе и переваривании антигена. Во втором этапе в фаголизосомах макрофага накапливаются полипептиды, растворимые антигены (сывороточные альбумины) и корпускулярные бактериальные антигены. В одних и тех же фаголизосомах может быть обнаружено несколько введенных антигенов. Изучение иммуногенности различных субклеточных фракций выявило, что наиболее активное антителообразование вызывает введение в организм лизосом. Антиген обнаруживается также в мембранах клеток. Выделяемая макрофагами большая часть переработанного материала антигенов оказывает стимулирующее влияние на пролиферацию и дифференцировку клонов Т- и В-лимфоцитов. Небольшое количество антигенного материала может длительное время сохраняться в макрофагах в виде химических соединений, состоящих не менее чем из 5 пептидов (возможно, в связи с РНК).
В В-зонах лимфатических узлов и селезенки имеются специализированные макрофаги (дендритные клетки), на поверхности многочисленных отростков которых сохраняются многие антигены, попадающие в организм и передающиеся соответствующим клонам В-лимфоцитов. В Т-зонах лимфатических фолликулов расположены интердигитирующие клетки, влияющие на дифференцировку клонов Т-лимфоцитов.
Таким образом, макрофаги принимают непосредственное активное участие в кооперативном взаимодействии клеток (Т- и В-лимфоцитов) в иммунных реакциях организма.
Чарлз Б . Карпентер (Charles В . Carpenter)
Антигены, обеспечивающие внутривидовые различия особей, обозначаются как аллоантигены, а когда они включаются в процесс отторжения аллогенных тканевых трансплантатов, то приобретают название антигенов тканевой совместимости (гистосовместимости). Эволюция закрепила единичный участок тесно сцепленных генов гистосовместимости, продукты которых на поверхности клеток обеспечивают сильный барьер при аллотрансплантации. Термины «major histocompatibility antigens» (главные антигены гистосовместимости) и «major histocompatibility gene complex» (MHC) (главный генный комплекс гистосовместимости) относятся соответственно к продуктам генов и генам этого хромосомного участка. Многочисленные минорные антигены гистосовместимости, наоборот, кодируются множественными участками генома. Им соответствуют более слабые аллоантигенные различия молекул, выполняющих разнообразные функции. Структуры, несущие детерминанты MHC, играют значительную роль в иммунитете и самораспознавании в процессе дифференцировки клеток и тканей. Информация о МНС-контроле иммунного ответа получена в опытах на животных, когда гены иммунного ответа были картированы внутри MHC-у мышей (Н-2), крыс (RT1), морских свинок (GPLA). У человека MHC назван HLA. Отдельным буквам аббревиатуры HLA придается различное значение, и с международного согласия HLA служит для обозначения человеческого МНС-комплекса.
Относительно MHC можно сделать несколько обобщений. Во-первых, в малом участке (менее 2 сантиморган) MHC кодируется три класса генных продуктов. Молекулы класса I, экспрессируемые практически всеми клетками, содержат одну тяжелую и одну легкую полипептидную цепи и являются продуктами трех редуплицированных локусов-HLA-A, HLA-B и HLA-C. Молекулы класса II, экспрессия которых ограничивается В-лимфоцитами, моноцитами и активированными Т-лимфоцитами, содержат две полипептидные цепи (aи b) неравной величины и являются продуктами нескольких тесно сцепленных генов, в сумме обозначаемых как зона HLA-D. Молекулы класса III представляют собой компоненты комплемента С4, С2 и Bf. Во-вторых, молекулы классов I и II образуют комплекс с псевдоантигеном, или антиген гистосовместимости и псевдоантиген слитно распознаются Т-лимфоцитами, имеющими соответствующий рецептор для антигена. Распознавание своего и несвоего при запуске и в эффекторной фазе иммунного ответа непосредственно направляется молекулами I и II классов. В-третьих, четких ограничений межклеточных взаимодействий, в которых участвуют супрессорные Т-лимфоциты, у человека не выявлено, но роль генов HLA достаточно важна для некоторых проявлений супрессорной Т-клеточной активности. В-четвертых, в МНС-регионе локализуются гены ферментных систем, не имеющих непосредственного отношения к иммунитету, но важных для роста и развития скелета. Известные локусы HLA на коротком плече 6-й хромосомы представлены на 63-1.
Локусы системы HLA. Антигены класса I. HLA-антигены I класса определяются серологически с помощью человеческих сывороток, главным образом от многорожавших женщин, и в меньшей степени с помощью моноклональных антител. Антигены I класса путствуют с разной плотностью во многих тканях организма, включая В-клетки, Т-клетки, тромбоциты, но не на зрелых эритроцитах. Количество серологически выявляемых специфичностей велико, и система HLA является наиболее полиморфной из известных генетических систем человека. Внутри HLA-комплекса для серологически выявимых HLA антигенов I класса четко определяются три локуса. Каждый антиген 1 класса содержит b 2 -микроглобулиновую субъединицу (мол. масса 11500) и тяжелую цепь (мол. масса 44000), несущую антигенную специфичность (63-2). Существует 70 четко определенных А- и В-специфичностей и восемь специфичностей локуса С. Обозначение HLA обычно путствует в наименовании антигенов главного комплекса гистосовместимости, но может не употребляться, когда позволяет контекст. Антигены, неокончательно классифицированные ВОЗ, имеют в обозначении букву w после названия локуса. Номер, следующий за обозначением локуса, служит собственным названием антигена. HLA-антигены населения Африки, Азии и Океании в настоящее время недостаточно четко определены, хотя они включают часть общих антигенов, свойственных лицам западноевропейского происхождения. Распределение HLA-антигенов различно в разных расовых группах, и они могут быть использованы как антропологические маркеры в изучении заболеваний и миграционных процессов.
63-1. Схематическое изображение хромосомы 6.
Показана локализация зоны HLA в регионе 21 короткого плеча. Локусы HLA-A, HLA-B и HLA-C кодируют тяжелые цепи класса I (44000), тогда как b 2 -микроглобулиновая легкая цепь (11500) молекул класса I кодируется геном хромосомы 15. Зона HLA-D (класс II) расположена центромерно по отношению к локусам А, В и С с тесно сцепленными генами компонентов комплемента С4А, С4В, Bf и С2 на участке B-D. Порядок расположения генов комплемента не установлен. Каждая молекула класса II D-региона образована a- и b-цепями. Они путствуют на клеточной поверхности в разных участках (DP, DQ и DR). Цифра, предшествующая знакам aи b, означает, что существуют различные гены для цепей данного типа, например, для DR существует три гена b-цепей, так что экспрессируемые молекулы могут быть 1ba, 2baили 3ba. Антигены DRw52(MT2) и DRw53(MT3) находятся на 2b-цепи, тогда как DR - на lb-цепи. DR неполиморфен, а молекулы DQ-антигенов полиморфны как по a-, так и по b-цепям (2a2b). Другие типы DQ (1a1b) имеют ограниченный полиморфизм. Полиморфизм DP связан с b-цепями. Общая протяженность HLA-региона- около 3 сМ.
Поскольку хромосомы парны, каждый индивид имеет до шести серологически определимых антигенов HLA-A, HLA-B и HLA-C, по три от каждого из родителей. Каждый из этих наборов обозначается как гаплотип, и в соответствии с простым менделевским наследованием четвертая часть потомства имеет идентичные гаплотипы, половина - часть общих гаплотипов и оставшаяся четверть - полностью несовместима (63-3). Значение роли этого генного комплекса в трансплантационном ответе подтверждается тем, что подбор по гаплотипу пар донор - реципиент среди потомства одного поколения обеспечивает наилучшие результаты при трансплантации почек - около 85-90% длительного выживания (гл. 221).
Антигены класса II. Зона HLA-D примыкает к локусам класса I на коротком плече 6-й хромосомы (63-1). Этот регион кодирует серию молекул класса II, каждая из которых содержит a-цепь (мол, масса 29000) и b-цепь (мол. масса 34000) (63-2). Несовместимость по этому региону, особенно по антигенам DR, определяет пролиферативную реакцию лимфоцитов in vitro. Смешанная лимфоцитарная реакция (MLR) оценивается по уровню пролиферации в смешанной культуре лимфоцитов (MLC) и может быть положительной даже при идентичности по антигенам HLA-A, HLA-B и HLA-C (63-3). Антигены HLA-D определяются с помощью стандартных стимулирующих лимфоцитов, гомозиготных по HLA-D и инактивированных рентгеновскими лучами или митомицином С с целью придания реакции однонаправленности. Существует 19 таких антигенов (HLA-Dwl-19), обнаруженных с использованием гомозиготных типирующих клеток.
Попытки определения HLA-D серологическими методами сначала позволили обнаружить серию D-связанных (DR) антигенов, экспрессированных на молекулах класса II В-лимфоцнтов, моноцитов и активированных Т-лимфоцитов. Затем были описаны и другие тесно сцепленные антигенные системы, которые получили различные наименования (MB, MT, DC, SB). Идентичность отдельных групп молекул класса II сейчас установлена, и гены соответствующих a - и b-цепей выделены и секвенированы. Генная карта класса II, представленная на 63-1, отражает минимальное число генов и молекулярных участков. Хотя молекула масса II может содержать DRaиз гаплотипа одного из родителей, a DRb- другого (транскомплементация), комбинаторика вне каждого из участков DP, DQ, DR редка, если вообще возможна. Молекулы DR и в определенной степени DQ могут служить стимулами для первичной MLR. Вторичная MLR определяется как тест с примированными лимфоцитами (PLT) и дает возможность получить результат через 24-36 ч вместо 6-7 дней для первичной реакции. Аллоантигены DP были открыты благодаря их способности вызывать стимуляцию PLT, хотя они не дают первичной MLR. Хотя В-лимфоциты и активированные Т-лимфоциты экспрессируют все три набора молекул класса II, антигены DQ не экспрессируются на 60-90% DP- и DR-позитивных моноцитов.
63-2. Схематическое изображение молекул клеточной поверхности классов I и II.
Молекулы класса I состоят из двух полипептидных цепей. Тяжелая цепь с мол. массой 44 000 проходит сквозь плазматическую мембрану; ее наружный участок состоит из трех доменов (a 1 , a 2 и a 3), формируемых дисульфидными связями. Легкая цепь с мол. массой 11500 (b 2 -микроглобулин, b2мю) кодируется хромосомой 15 и нековалентно связана с тяжелой цепью. Аминокислотная гомология между молекулами I класса составляет 80-85%, снижаясь до 50% в участках a 1 и a 2 , которые, вероятно, соответствуют участкам аллоантигенного полиморфизма. Молекулы класса II образованы двумя нековалентно связанными полипсптидными цепями, a-цепь с мол. массой 34000 и b-цепь с мол массой 29000. Каждая цепь содержит два домена, сформированных дисульфидными связями (из С. Б. Carpenter, E. L. Milford, Renal Transplantation: Immunobiology in the Kidnev/Eds. B. Brenner, F. Rector, New York: Samiders, 1985).
63-3. HLA-зона хромосомы 6: наследование HLA-гаплотипов. Каждый хромосомный сегмент сцепленных генов обозначается как гаплотип, и каждый индивид наследует по одному гаплотипу от каждого родителя. На диаграмме представлены антигены А, В и С гаплотипов а и b для данного гипотетического индивида; ниже раскрыты обозначения гаплотипов в соответствии с текстом. Если мужчина с гаплотипом ab женится на женщине с гаплотипом cd, потомки могут быть только четырех типов (с точки зрения HLA). Если в мейозе у одного из родителей происходит рекомбинация (отмечена прерывистыми линиями), то это приводит к формированию измененного гап-лотнпа. Частота измененных гаплотипов у детей служит мерой расстояний на генетической карге (1% частота рекомбинаций== 1 сМ; 63-1) (из Г.. В. Carpenter. Kidney International, Г)78. 14. 283).
Молекулярная генетика. Каждая полипептидная цепь молекул классов I и II содержит несколько полиморфных участков в дополнение к «частной» антигенной детерминанте, определяемой с помощью антисывороток. В тесте клеточно-опосредованного лимфолиза (CML) определяется специфичность киллерных Т-клеток (Тк), которые возникают в процессе пролиферации при MLR, путем тестирования на клетках-мишенях от доноров, не служивших источником стимулирующих клеток для MLR. Антигенные системы, определяемые этим методом, обнаруживают тесную, но неполную корреляцию с «частными» антигенами класса 1. Клонирование циготоксических клеток позволило обнаружить набор полиморфных детерминант-мишеней на молекулах HLA, некоторые из которых невозможно выявить с помощью аллоантисывороток и моноклональных антител, полученных иммунизацией мышей человеческими клетками. Некоторые из этих реагентов могут быть использованы для идентификации «частных» детерминант HLA, в то время как другие направлены к более «общим» (иногда называемым супертипируемыми) детерминантам. Одна такая система «общих» HLA-B антигенов имеет два аллеля, Bw4 и Bw6. Большинство «частных» HLA-B связаны или с Bw4, или с Bw6. Другие системы сопряжены с подгруппами HLA антигенов. Например, HLA-B-позитивные тяжелые цепи содержат дополнительные участки, общие для В7, В27, Bw22 и В40 или для В5, В15, В18 и Bw35. Существуют и другие типы перекрывающихся антигенных детерминант, о чем свидетельствует реакция моноклональных антител с участком, общим для тяжелых цепей HLA-A и HLA-B. Изучение аминокислотной последовательности и псптидных карт некоторых молекул HLA показало, что гипервариабельные участки антигенов класса I сосредоточены в наружном a 1 -домене (63-2) и прилегающем участке a 2 -домена. Вариабельные последовательности молекул класса II различны для разных локусов. Замечательно, что a 3 -домен класса I, a 2 -домен класса II и b 2 -домен, а также часть мембранной молекулы Т8 (Leu 2), участвующей в межклеточных взаимодействиях (гл. 62), обнаруживают значительную гомологию последовательности аминокислот с константными зонами иммуноглобулинов. Это подтверждает гипотезу об эволюционном формировании семейства генных продуктов, которые несут функции иммунологичсского распознавания. При исследовании геномной ДНК HLA для молекул классов I и II были обнаружены типичные экзон-интронные последовательности, причем экзоны были идентифицированы для сигнальных пептидов (5) каждого из доменов, трансмембранного гидрофобного сегмента и цитоплазматического сегмента (З). Имеются пробы кДНК для большинства цепей HLA, а применение ферментативных гидролизатов для оценки состояния полиморфизма рестрикционных фрагментов по длине (ПДРФ), позволило получить данные, которые коррелируют с результатами изучения молекул класса 11 серологическими методами в MLR. Однако многочисленность (20-30) генов класса 1 делает оценку полиморфизма по ПДРФ затруднительной. Многие из этих генов не экспрессируются (псевдогены), хотя некоторые могут соответствовать дополнительным локусам класса I, которые экспрессируются только на активированных Т-клетках; функции их неизвестны. Разработка специфических проб на локусы HLA-A и HLA-B поможет разобраться в этой достаточно сложной проблеме.
Комплемент (класс III). Структурные гены трех компонентов комплемента-С4, С2 и Bf-путствуют в зоне HLA-B-D (63-1). Это два локуса С4, кодирующие С4А и С4В, первоначально описанные как эритроцитарные антигены Rodgers и Chido соответственно. Эти антигены оказались в действительности абсорбированными из плазмы молекулами С4. Другие компоненты комплемента не имеют тесного сцепления с HLA. Между генами С2, Bf и С4 кроссинговера не описано. Все они кодируются участком между HLA-B и HLA-DR длиной около 100ко. Существуют два аллеля С2, четыре Bf, семь С4А и три С4В, кроме того, в каждом локусе имеются молчащие аллели QO. Исключительная полиморфность гистотипов комплемента (комплотипы) делает эту систему пригодной для генетических исследований.
Таблица 63-1. Наиболее распространенные гаплотины HLA
В табл. 63-1 представлены четыре наиболее широко распространенных гаплотипа, обнаруженных у лиц западноевропейского происхождения. Результаты MLR у людей, не состоящих в родстве, отобранных по признаку совместимости по этим гаплотипам, отрицательны, в то же время реакция обычно имеет место, если неродственные индивиды подобраны только на совместимость по HLA-DR и DQ. Такие идентичные распространенные гаплотипы, возможно, в неизменном виде происходят от единого предка.
Другие гены 6-й хромосомы. Недостаточность стероид 21-гидроксилазы, аутосомно-рецессивный признак, вызывает синдром врожденной гиперплазии надпочечников (гл. 325 и 333). Ген для этого фермента локализуется на участке HLA-B-D. Ген 21-гидроксилазы, прилегающий к гену С4А, делетирован у лиц, страдающих упомянутым синдромом, вместе с С4А (C4AQO), и ген HLA-B может трансформироваться с конверсией В 13 в редкий Bw47, обнаруживаемый только в измененных гаплотипах. В отличие от поздно проявляющегося дефицита 21-гидроксилазы, сцепленного с HLA, врожденная гиперплазия надпочечников, связанная с дефицитом 21b-гидроксилазы, не сцеплена с HLA. В нескольких семейных исследованиях показано, что идиопатический гемохроматоз, аутосомно-рецессивное заболевание, сцеплено с HLA (гл. 310). Хотя патогенез расстройств всасывания железа в желудочно-кишечном тракте неизвестен, установлено, что гены, модулирующие этот процесс, находятся вблизи участка HLA-A.
| Таблица 63-2. Сцепление генетических дефектов | ||
| Локализация | Обнаруживаемые |
|
| гаплотипы |
||
| Дефицит С2 | Aw25, B18, BfS, DR2 |
|
| Дефицит 21-ОН | A3, Bw47, BfF, DR7 |
|
| Дефицит 21-ОН (позднее проявление) | ||
| Идиопатический гемохроматоз | ||
| Болезнь Педжета | ||
| Спинно-мозжечковая атаксия | ||
| Болезнь Ходжкина | ||
63-4. Схема относительной роли HLA-A, HLA-B, HLA-C и HLA-D антигенов в инициации аллоиммунного ответа и в образовании эффекторных клеток и антител.
Два главных класса Т-лимфоцитов распознают антигены: Тк - предшественники цитотоксических «киллерных» клеток и Тх-хелперные клетки, способствующие развитию цитотоксического ответа. Тх также обеспечивают помощь В-лимфоцитам при развитии «зрелого» IgG-ответа. Важно отметить, что Тк обычно распознают антигены класса I, тогда как сигнал для Тх создает преимущественно HLA-D, который тесно связан с антигенами класса II (из С. В. Carpenter.- Kidney International, 1978, 14, 283).
Гены иммунного ответа. При изучении in vitro ответа на синтетические полипептидные антигены, гемоцианин, коллаген, столбнячный токсоид выявлено, что зона HLA-D аналогична региону Н-2. I у мыши. Презентация антигенных фрагментов на поверхности макрофагов или других клеток, несущих молекулы II класса, требует сопряженного распознавания комплекса «молекула II класса + антиген» Т-лимфоцитами, несущими соответствующий рецептор (ы) (гл. 62). Стержнем этой гипотезы «свое-)-Х» или «измененное свое» состоит в том, что Т-зависимый иммунный ответ, действие Т-хелперов/индукторов (Тх) осуществляется только в том случае, если будут синтезированы соответствующие детерминанты класса II. Гены последних и есть Ir-гены. Поскольку аллогенные детерминанты класса И распознаются как уже измененные, аллогенная MLP представляет собой модель иммунной системы, в которой путствие псевдоантигена необязательно (63-4). Эффекторные фазы иммунитета требуют распознавания псевдоантигена в комплексе с собственными структурами. Последние у человека, как и у мыши, представляют собой молекулы антигенов гистосовместимости I класса. Человеческие клеточные линии, инфицированные вирусом гриппа, лизируются иммунными цитотоксическими Т-лимфоцитами (Тк) только в том случае, если реагирующие клетки и клетки-мишени идентичны по локусам HLA-A и HLA-B. Аллогенная MLR служит моделью и для формирования цитотоксических Т-лимфоцитов, рестриктированных по классу I (63-4). Детали рестрикции по различным молекулам классов I и II и эпитопам могут быть вычленены при использовании примированных клеток, подвергшихся размножению и клонированию. Например, на уровне антигенпрезентирующих клеток данный Тх-клон распознает антигенный фрагмент, комплексированный со специфическим участком молекулы класса II, с помощью рецептора Ti. Рестриктирующими элементами.для некоторых микробных антигенов являются аллели DR и Dw.
Супрессия иммунного ответа (или, низкий уровень отвечаемости) к пыльце кедра, антигенам стрептококков и шистосом доминантна и сцеплена с HLA, что свидетельствует о существовании генов иммунной супрессии (Is). Показано также наличие специфических аллельных ассоциаций HLA с уровнем иммунного ответа, например, для антигена клещевины Ra5 - с DR2 и для коллагена - с DR4.
Ассоциации с болезнями. Если главный комплекс гистосовместимости выполняет важную биологическую функцию, то какова эта функция? Одна из гипотез состоит в том что он играет роль в иммунном надзоре за неопластическими клетками, появляющимися в течение жизни индивида. Велико значение этой системы при беременности, поскольку между матерью и плодом всегда существует тканевая несовместимость. Высокая степень полиморфизма может также способствовать выживаемости видов в противостоянии огромному числу микробных агентов путствующих в окружающей среде. Толерантность к «своему» (аутотолерантность) может перекрестие распространяться на микробные антигены, следствием которой будет высокая восприимчивость, приводящая к возникновению смертельных инфекций, в то время как полиморфизм по системе HLA способствует тому что часть популяции распознает опасные агенты как чужеродные и включает адекватную ответную реакцию. Эти гипотезы связывают роль HLA с преимуществами, благодаря которым система выживает в условиях давления отбора Каждая из этих гипотез имеет определенные подтверждения.
Важным свидетельством роли комплекса HLA в иммунобиологии послужило обнаружение положительной ассоциации некоторых патологических процессов с антигенами HLA. Изучение этих ассоциаций было стимулировано открытием генов иммунного ответа, сцепленных с Н-2-комплексом, у мышеи. В табл. 63-3 суммированы наиболее значимые ассоциации HLA и болезней.
Установлено что частота встречаемости HLA-B27 повышается при некоторых ревматических заболеваниях, особенно при анкилозирующем спондилите, заболевании явно семейного характера. Антиген В27 имеется лишь у 7% лиц западноевропейского происхождения, но его обнаруживают у 80-90% больных анкилозирующим спондилитом. В пересчете на относительный к это означает, что этот антиген ответствен за восприимчивость к развитию анкилозирующего спондилита, которая в 87 раз выше у его носителей, чем в общей популяции. Аналогично показана высокая степень ассоциации с антигеном В27 острого переднего увеита, синдрома Рейтера и реактивных артритов по крайней мере при трех бактериальных инфекциях (иерсиниозе, сальмонеллезе и гонорее). Хотя обычная форма ювенильного ревматоидного артрита также ассоциирована с В27, тип заболевания со слабо выраженным суставным синдромом и иритом связан с В27. При псориатическом артрите центрального типа чаще встречается В27, тогда как Bw38 ассоциирован как с центральным, так и с периферическим типами. Псориаз ассоциирован с Cw6. У больных с дегенеративным артритом или подагрой не обнаруживается каких-либо изменений в частоте встречаемости антигенов.
Большинство других ассоциаций с болезнями свойственно антигенам HLA-D-зоны Например, глютенчувствительная энтеропатия у детей и взрослых ассоциирована с антигеном DR3 (относительный к 21) Действительный процент больных с данным антигеном варьирует от 63 до 96% в сравнении с 22-27% в контроле. Тот же антиген чаще обнаруживается у больных с активным хроническим гепатитом и герпетиформным дерматитом, страдающих в то же время и глютенчувствительной энтеропатией. Ювенильный инсулинзависимыи сахарный диабет (тип I) ассоциирован с DR3 и DR4 и отрицательно ассоциирован с DR2 У 17-25% больных диабетом I типа обнаружен редкий аллель Bf (М). Диабет с началом во взрослом периоде жизни (типа II) не имеет ассоциации с HLA. Гипертиреоидизм в США ассоциирован с В8 и Dw3, в то время как в японской популяции - с Bw35. Более широкое обследование здоровых и больных представителей различных рас поможет прояснить вопрос об универсальных HLA-маркерах. Например, антиген В27, редкий у здоровых лиц японской национальности, обычен у больных с анкилозирующим спондилитом. Точно так же DR4 - маркер тля диабетаI типа у представителей всех рас. Иногда HLA-маркер явно ассоциирован только с частью симптомов внутри синдрома. Например, миастения значительно сильнее ассоциирована с антигенами В8 и DR3 у больных без тимомы, а рассеянный склероз - с антигеном DR2 у лиц с быстро прогрессирующим течением болезни. Синдром Гудпасчера, связанный с аутоиммунным поражением клубочковых базальных мембран, идиопатический мембранозный гломерулонефрит, отражающий аутоиммунные процессы с образованием антител к антигенам клубочков, а также мембранозный нефрит, индуцированный золотом, в значительной степени ассоциированы с HLA-DR.
Таблица 63-3. Заболевания, ассоциированные с HLA-антигенами
| Заболевания | Относительный к | |||
| Ревматоидные | ||||
| Анкилозирующий спондилит | ||||
| Синдром Рейтера | ||||
| Острый передний увеит | ||||
| Реактивный артрит (Yersinia, Salmonella, Gonococcus) | ||||
| Псориатический артрит (центральный) | ||||
| Псориатический артрит (периферический) | ||||
| Ювенильный ревматоидный артрит | ||||
| Ювенильный артрит со слабо выраженным суставным синдромом | ||||
| Ревматоидный артрит | ||||
| Синдром Шегрена | ||||
| Системная красная волчанка | ||||
| Системная красная волчанка (в результате | ||||
| приема апрессина) | ||||
| Желудочно-кишечные | ||||
| Глютенчувствительная энтеропатия | ||||
| Хронический активный гепатит | ||||
| Язвенный колит | ||||
| Гематологические | ||||
| Идиопатический гемохроматоз | ||||
| Пернициозная анемия | ||||
| Герпетиформный дерматит | ||||
| Псориаз вульгарный | ||||
| Псориаз вульгарный (в японской популяции) | ||||
| Пузырчатка вульгарная (в европейской попу ляции) | ||||
| Болезнь Бехчета | ||||
| Эндокринные | ||||
| Сахарный диабет I типа | ||||
| Гипертиреоидизм | ||||
| Гинертиреоидизм (в японской популяции) | ||||
| Заболевания | Наиболее тесно ассоциированные антигены | Относительный к |
||
| Недостаточность надпочечников | ||||
| Подострый тиреоидит (de Quervain) | ||||
| Тиреоидит Хашимото | ||||
| Н еврологические | ||||
| Миастения | ||||
| Рассеянный склероз | ||||
| Маниакально-депрессивное расстройство | ||||
| Шизофрения | ||||
| Почечные | ||||
| Идиопатический мембранозный гломеруло- | ||||
| Болезнь Гудпасчера (анти-GMB) | ||||
| Болезнь минимальных изменений (стероидный | ||||
| Полицистозная болезнь почек | ||||
| IgA-нефропатия | ||||
| Нефропатия, вызванная золотом | ||||
| Инфекционные | ||||
| Туберкулоидная лепра (в азиатской попу | ||||
| Полнопаралич | ||||
| Низкий ответ на вирус вакцины | ||||
| Иммунодефицитные | ||||
| Дефицит IgA (доноры крови) | ||||
Неравновесное сцепление. Хотя распределение аллелей HLA варьирует в расовых и этнических популяциях, наиболее характерную особенность популяционной генетики антигенов HLA представляет наличие неравновесного сцепления для некоторых антигенов А и В, В и С, В, D и локусов комплемента. Неравновесность сцепления означает, что антигены тесно сцепленных локусов оказываются вместе чаще, чем следует из предположения о случайной ассоциации. Классическим примером неравновесного сцепления является связь антигена локуса AHLA-A1 с антигеном локуса В HLA-B8 у лиц западноевропейского происхождения. Одновременное наличие А1 и В8, рассчитанное на основе частот их генов, должно наблюдаться с частотой 0,17. 0,11, т. е. примерно 0,02. Тогда как наблюдаемая частота их сосуществования составляет 0,08, т. е. в 4 раза больше, чем ожидаемая, и разность между этими величинами составляет 0,06. Последняя величина обозначается дельта (D) и служит мерой неравновесности. Обнаружено неравновесное сцепление и других гаплотипов А- и В-локусов: A3 и В7, А2 и В 12, А29 и В 12, A11 и Bw35, Для некоторых детерминант D-зоны описано неравновесное сцепление с антигенами В-локуса (например, DR3 и В8); а также для антигенов В- и С-локусов. Серологически выявляемые антигены HLA служат маркерами для генов целого гаплотипа внутри семейства и маркерами специфических генов в популяции, но только при наличии неравновесного сцепления.
Значение неравновесного сцепления велико, поскольку такие генные ассоциации могут порождать определенные функции. Давление отбора в процессе эволюции может быть основным фактором в сохранении некоторых генных комбинаций в генотипах. Так, например, существует теория, согласно которой А1 и В8, а также некоторые детерминанты D и других регионов обеспечивают селективное преимущество перед лицом эпидемий таких болезней, как чума или оспа. Однако возможно также, что потомки людей, выживших во время подобных эпидемий, сохраняют восприимчивость к иным болезням, поскольку их уникальный генный комплекс не обеспечивает адекватный ответ на другие факторы окружающей среды. Главная трудность этой гипотезы состоит в допущении, что отбор действует на несколько генов одновременно и обеспечивает тем самым возникновение наблюдаемых значений Л, однако потребность в сложных взаимодействиях между продуктами разных локусов МНС-комплекса - лишь начальное звено для наблюдаемых явлений и селекция может усилить множественное неравновесное сцепление. Сохранение некоторых распространенных гаплотипов, названных выше, поддерживает этот взгляд.
С другой стороны, гипотеза отбора необязательно должна объяснять неравновесное сцепление. Когда популяция, лишенная некоторых антигенов, скрещивается с другой, для которой характерна высокая частота этих антигенов, находящихся в равновесии, Dможет проявиться через несколько поколений. Например, нарастание Dдля А1 и В8, обнаруженное в популяциях в направлении с востока на запад, от Индии к Западной Европе, может быть объяснено на основе миграции и ассимиляции населения. В малых группах неравновесность может быть обусловлена совместимостью, эффектом основателей и дрейфом генов. Наконец, некоторые случаи неравновесного сцепления являются результатом неслучайного кроссинговера во время мейоза, так как хромосомные сегменты могут быть в большей или меньшей степени ломкими. Будь то давление отбора или ограничения кроссинговера, неравновесность сцепления может исчезать в течение нескольких поколений. Большое число неслучайных ассоциаций имеется в HLA-генном комплексе и определение их причин может обеспечить проникновение в механизмы, лежащие в основе чувствительности к болезням.
Сцепление и ассоциации. В табл. 63-2 перечислены болезни, служащие примером сцепления с HLA, когда наследственные признаки маркируются в пределах семьи соответствующими гаплотипами. Например, дефицит С2, 21-гидроксилазы, идиопатический гемохроматоз наследуются по рецессивному типу с наличием часгичного дефицита у гетерозигот. Эти генетические нарушения также являются HLA-ассоциированными и обусловливаются избытком некоторых HLA-аллелей у больных людей, не состоящих в родстве. Дефицит С2 обычно сцеплен с гаплотипами HLA-Aw 25, В 18, В55, D/DR2, а при идиопатическом гемохроматозе проявляется как сцепление, так и сильная ассоциация между HLA-A3 и В 14. Высокая степень неравновесного сцепления в этом случае вызвана мутациями у лица, послужившего его источником; кроме того, недостаточен был период времени, необходимый для возвращения пула генов в состояние равновесия. С этой точки зрения HLA-гены - простые маркеры сцепленных генов. С другой стороны, для проявления конкретного нарушения может требоваться взаимодействие со специфическими HLA-аллелями. Последняя гипотеза потребовала бы признания более высокого темпа мутаций с экспрессией дефектных генов, что происходит только при условии сцепления с некоторыми HLA-генами.
Болезнь Педжета и спинно-мозжечковая атаксия являются HLA-сцепленными аутосомно-доминантными наследственными заболеваниями; они обнаруживаются сразу у нескольких членов семьи. Болезнь Ходжкина служит проявлением HLA-сцепленного рецессивного наследственного дефекта. Никаких HLA-ассоциаций не было обнаружено при этих заболеваниях, что свидетельствует в пользу исходной множественности «основоположников» этих болезней с мутациями, связанными с различными аллелями HLA.
Сцепление с HLA без труда определяется, когда доминантность и рецессивность признаков легко разграничить, т. е. когда высока экспрессивность и процесс детерминируется дефектом единичных генов. При большинстве ассоциаций HLA-маркеры отражают факторы ка, вовлекаемые в реализацию и модуляцию иммунного ответа под влиянием множественных генов. Примером полигенного иммунного заболевания является атоническая аллергия, при которой ассоциация с HLA может быть очевидной только у лиц с низким генетически контролируемым (не в связи с HLA) уровнем продукции IgE. Другой пример такого рода - дефицит IgA (табл. 63-3), ассоциированный с HLA-DR3.
Клиническое значение системы HLA. Клиническое значение типирования HLA для диагностики ограничивается определением В27 при диагностике анкилозирующего спондилита; тем не менее и в этом случае наблюдается 10% ложноположительных и ложноотрицательных результатов. Изучение HLA имеет ценность также в практике генетических консультаций для раннего определения болезней в семьях с идиопатическим гемохроматозом, врожденной гиперплазией надпочечников, связанной с дефицитом стероидгидроксилазы, в особенности если HLA-типирование осуществляется на клетках, полученных амниоцентезом. Высокая степень полиморфизма в системе HLA делает ее ценным инструментом для тестирования различных клеточных препаратов, в особенности в судебно-медицинской практике. Некоторые болезни, такие как сахарный диабет I типа и другие, для которых показаны HLA-ассоциации, требуют дополнительного изучения роли компонентов системы HLA в патогенезе этих заболеваний.
При первой пересадке сердца человека, сделанной в 1967 г. К. Барнардом, и сотнях последующих хирурги столкнулись с проблемой отторжения трансплантата. Оказалось, что главная трудность заключается не в технике операции, которая сейчас разработана достаточно хорошо, а в несовместимости тканей, обусловленной иммунологическими механизмами. Так, у человека выживание трансплантатов реципиентов, взятых от случайного донора, составляет 10,5 дня, тогда как трансплантаты, обмененные между однояйцовыми близнецами (изотрансплантаты), приживаются. Это происходит благодаря наличию на поверхности клеток антигенов, называемых трансплантационными антигенами или антигенами гистосовместимости. Большинство трансплантационных антигенов расположены на лейкоцитах, но они имеются и на всех других ядросодержащих клетках (клетках кожи, легких, печени, почек, кишечника, сердца и т. д.). Гены, кодирующие эти антигены, называются генами тканевой совместимости. Система генов, контролирующая трансплантационные антигены лейкоцитов, названа главным комплексом гистосовместимости (англ. Major Histocompatibility complex - МНС). Гены гистосовместимости кодоминантны.
Эффективность трансплантации зависит не только от лейкоцитарных и эритроцитарных антигенов, но и от минорной системы гистосовместимости. Трансплантаты между монозиготными близнецами приживаются. Однако у братьев и сестер при совпадении по МНС-гаплотипам, но несовпадении по минорным системам гистосовместимости происходит отторжение трансплантатов кожи.
После иммуноглобулинов и рецепторов Т-клеток белки главного комплекса гистосовместимости самые разнообразные из всех белков. Различают два класса белков МНС. Белки класса I находятся на поверхности почти всех клеток. Молекула белка состоит из двух полипептидных цепей: большой и малой. Белки
МНС класса II имеются на поверхности некоторых клеток (В-" лимфоциты, макрофаги, специализированные эпителиальные., клетки), а их молекула состоит из примерно равных полипептид-* ных цепей. Белки МНС имеют некоторое сходство с иммуноглобулинами. Основная роль белков МНС состоит не в отторжении чужой ткани, а в направлении реакции Т-клеток на антиген. Цитотоксические Т-клетки могут узнавать антиген, если он расположен вместе с белками МНС класса I на поверхности одной клетки. Т-хелперы узнают антиген в комбинации с белками МНС класса П. Такое двойное стимулирование называется МНС-о граничением. Впервые главную систему тканевой совместимости мыши Н-2 открыл П. Горер в 1936 г. Кроме Н-2 найдено много локусов тканевой совместимости, расположенных во всех хромосомах.
В 1980 г. Д. Снелл, Ж. Доссе и Б. Бенацерафф получили Нобелевскую премию за «различные аспекты исследования, приведшего к современному пониманию системы генов гистосовместимости человека». Д. Снелл сформулировал основные генетические законы совместимости тканей и получил данные о тонком строении локуса Н-2 у мышей.
Система Н-2 довольно хорошо изучена, поэтому она служит хорошей моделью для исследования МНС у других видов животных. Комплекс Н-2 включает несколько тесно сцепленных локусов длиной 0,35 сМ, расположенных в 17-й хромосоме. Комплекс Н-2 разделен на пять областей: К, I, S, G, D (рис. 56).
