Характеристика эффекторных форм Т-лимфоцитов

Различают следующие разновидности эффекторных форм Т-лимфоцитов:

Ø Т-киллеры (цитотоксические Т-лимфоциты, CD8 Т-клетки), дифференцируются из наивных Т-лимфоцитов в результате контакта их антигенраспознающих рецепторов с антигенными детерминантами, ассоциированными с молекулами МНС I класса и представленными на поверхности макрофагов и дендритных клеток. Образующиеся после активации наивных Т-клеток Т-киллеры вступают в непосредственное взаимодействие с клетками, имеющими соответствующие антигенные детерминанты, и вызывают повреждение мембраны этих клеток, что сопровождается гибелью чужеродных или собственных измененных клеток-носителей антигенной детерминанты

Ø CD4 Т-клетки воспаления (Т_Н1-клетки), дифференцируются из наивных Т-лимфоцитов в результате контакта их антигенраспознающих рецепторов с антигенными детерминантами, ассоциированными с молекулами МНС II класса и представленными на поверхности макрофагов и дендритных клеток. Образующиеся после активации наивных Т-клеток Т-клетки воспаления непосредственно взаимодействуют с макрофагами-носителями антигенной детерминанты и активируют их к внутриклеточному уничтожению патогена

Ø CD4 Т-хелперные клетки (Т_Н2-клетки), дифференцируются из наивных Т-лимфоцитов в результате контакта их антигенраспознающих рецепторов с антигенными детерминантами, ассоциированными с молекулами МНС II класса и представленными на поверхности В-лимфоцитов. Образующиеся после активации наивных Т-клеток Т-хелперы через посредство продуцируемого ими интерлейкина-2, а также в результате непосредственного контакта своих антигенраспознающих рецепторов с антигенной детерминантой, ассоциированной с молекулой МНС II класса, соответствующих В-лимфоцитов, стимулируют В-лимфоциты к превращению их в плазматические клетки.

Т-киллеры (CD8 Т-клетки) являются главными эффекторными Т-лимфоцитами при вирусной инфекции, опухолевом росте и отторжении трансплантата. Противовирусная защита организма обеспечивается преимущественно благодаря Т-киллерам, распознающим своими рецепторами антигенные детерминанты вирусзараженных клеток и вызывающими их гибель, при этом не оказывая повреждающего действия на клетки, не зараженные вирусом (в этом заключается очень точная направленность действия специфических цитотоксических лимфоцитов только на зараженные определенными вирусами соматические клетки). Таким образом, Т-киллеры, не повреждая собственные ткани в целом, способствуют освобождению организма от вирусной инфекции, уничтожая только пораженные вирусом клетки. Гуморальные специфические иммунные реакции при вирусной инфекции, также как и при других внутриклеточных патогенах, являются гораздо менее эффективными, поскольку специфические антитела против вирусных антигенных детерминант получают возможность взаимодействия с ними только после гибели вирусзараженной клетки и выхода внутриклеточных патогенов в межклеточное пространство.

Реализация цитолитического действия CD8 Т-клеток предполагает следующие этапы:

Ø распознавание антигенной детерминанты, находящейся в комплексе с молекулами МНС I класса на поверхности антигенпредставляющих клеток, наивными CD8 Т-лимфоцитами, которое сопровождается их пролиферацией и дифференцировкой до зрелых эффекторов – Т-киллеров (эффекторных CD8 Т-клеток). Установлено также, что собственно распознавание антигена предшественниками CD8 Т-клеток является зачастую недостаточным для их превращения в эффекторные Т-киллеры, необходима также помощь Т-хелперов и макрофагов. Возможны следующие три способа активации наивных CD8 Т-клеток:

ü активация наивных CD8 Т-клеток в результате контакта их антигенраспознающих рецепторов с антигенными детерминантами, фиксированными на поверхности ретикулярных дендритных клеток (ретикулярные дендритные клетки представляют наивным CD8 Т-клеткам антигенные детерминанты вирусов). Такое взаимодействие является достаточным для активации CD8 Т-клеток поскольку дендритные клетки характеризуются постоянным высоким уровнем экспрессии костимулятора В7. После контакта Т-лимфоцитов с антигенными детерминантами ретикулярных клеток в наивных Т-лимфоцитах дерепрессируется ген, кодирующий интерлейкин-2. Образующийся в CD8 Т-клетках интерлейкин-2 аутокринным путем стимулирует их пролиферацию и дифференцировку до зрелых цитотоксических лимфоцитов.

ü активация наивных CD8 Т-клеток в результате контакта их антигенраспознающих рецепторов с антигенными детерминантами, фиксированными на поверхности макрофагов, происходящая с участием Т-хелперов. Как правило, такой путь активации предшественников Т-киллеров имеет место в ответ на контакт с антигенными детерминантами вирусных или трансплантационных антигенов, представленных на поверхности макрофагов. Некоторые вирусные и трансплантационные антигенные детерминанты, очевидно, по причине своей слабой иммуногенности не способны полноценно активировать наивные CD8 Т-клетки или стимулировать нормальную выработку кофактора В7 на поверхности антигенпрезентирующих клеток. В связи с этим для полноценной активации наивных CD8 Т-клеток требуется участие Т-хелперов, вырабатывающих интрелейкин-2, который стимулирует антигенпрезентирующие клетки к синтезу костимулятора В7. Таким образом, Т-хелперы, вырабатывая интерлейкин-2, принимают участие в полноценной антигензависимой активации Т-киллеров

ü активация наивных CD8 Т-клеток в результате контакта их антигенраспознающих рецепторов с антигенными детерминантами, фиксированными на поверхности клеток, характеризующихся постоянным отсутствием костимулятора В7 (даже после антигенной стимуляции), что характерно для большинства соматических клеток организма. При таком способе активации CD8 Т-клеток определяющую роль играют активированные контактом с данной антигенной детерминантой Т-хелперы. Они вырабатывают интерлейкин-2, который непосредственно активирует наивные CD8 Т-клетки, частично активированные контактом с антигенной детерминантой, к превращению в окончательно зрелые формы. Окончательно зрелые Т-киллеры, в свою очередь, контактируя с различными соматическими клетками организма, имеющим на своей поверхности данную антигенную детерминанту, вызывают гибель таких клеток.

Ø собственно процесс лизиса измененных собственных вирусинфицированных и раковых клеток или чужеродных клеток трансплантированной ткани, осуществляющийся благодаря следующим процессам:

ü специфическое связывание Т-киллеров с поверхностным чужеродным антигеном (пептидами вирусных, трансплантационных, раковых антигенов). Причем взаимодействие антигенраспознающего рецептора Т-киллера с соответствующим антигеном усиливается дополнительными неспецифическими молекулярными структурами клеточной поверхности, которые обеспечивают наиболее эффективную динамическую адгезию между клетками

ü т.н. "летальный удар", представляющий собой основное событие, которое предопределяет гибель клетки-мишени. В этот момент под влиянием преимущественно вырабатываемого Т-киллером фактора некроза опухоли β (ФНО β) происходит повышение проницаемости мембраны клетки-мишени для ряда ионов (натрия, калия) и нарушение работы Na⁺/K⁺-насоса, что сопровождается изменением внутриклеточного содержания ионов в клетке-мишени. Механическое разобщение на этой стадии Т-киллера и клетки-мишени не спасает ее от гибели

ü собственно гибель клетки-мишени вследствие насасывания ею воды, увеличения ее объема и, как следствие, разрыва ее мембраны. При этом сам Т-киллер сохраняется и способен к дальнейшему цитолитическому действию на другие клетки, имеющие на своей поверхности соответствующую антигенную детерминанту.

Существует два способа гибели клетки, которые могут реализоваться и при действии Т-киллеров, – некроз и апоптоз. Некроз клетки связан с нарушениями в мембране клетки или цитоплазме и не затрагивает существенно ядра. При некрозе клетки в мембране, как правило, образуются поры, что приводит к изменению ее проницаемости для ионов, изменению осмотического давления, насасыванию воды, набуханию клетки, разрыву ее мембраны и в результате этого гибели клетки. К некрозу могут приводить повреждающее мембрану клетки действие некоторых антител, атака клеток мембранноатакующим комплексом, возникающим в результате активации системы комплемента, а также цитотоксическое действие Т-киллеров, которые путем выработки перфоринов (в том числе фактора некроза опухоли β) приводят к образованию пор в мембране клетки-мишени.

Апоптоз (или запрограммированная гибель клетки) является зачастую физиологически нормальным процессом, но может также стимулироваться Т-киллерами. В норме апоптоз возникает при завершении периода жизни клетки, тканеобразовании, метаморфозе у многоклеточных организмов и связан с фрагментацией ДНК под действием активированных эндонуклеаз, разрушением ядра, изменением морфологии клетки, что приводит к ее гибели. Т-киллеры способны индуцировать апоптоз клеток-мишеней путем выработки после распознавания своими рецепторами антигенных детерминант специальных секреторных гранул, содержащих цитотокины (белковой природы). Некоторые цитотокины, в частности, перфорин, полимеризуясь, образует поры в мембране клетки-мишени. Через эти поры начинают двигаться не только ионы, но и проникает внутрь клетки-мишени другие цитотоксины, называемые фрагментинами (или грензимами) и обладающими свойствами пищеварительных ферментов. Фрагментины, проникая внутрь клетки через поры, образованные перфоринами, вызывают повреждение ядерной мембраны и последующую фрагментацию ДНК. Кроме фрагментинов внутрь клетки-мишени проникает также вырабатываемый Т-киллерами интерферон γ, который оказывает прямое повреждающее действие на размножение вирусов, препятствуя распространению инфекции. Кроме того, интерферон γ увеличивает экспрессию молекул МНС I класса внутри клетки-мишени, что обеспечивает лучшее распознавание вирусных пептидов, находящихся на поверхности инфицированных клеток, Т-киллерами. Интерферон γ способен также активировать макрофаги, благодаря чему они мигрируют в зону проникновения вирусной инфекции, где выступают и как антигенпрезентирующие для Т-лимфоцитов клетки, и как эффекторные клетки, разрушающие вирусные частицы.

CD4 Т-клетки, покинувшие тимус, в отличие от CD8 Т-клеток, после заселения периферических лимфоидных органов должны пройти дополнительный этап развития, в результате которого они превращаются в наивные Т_H0-клетки. Именно Т_H0-клетки приобретают способность своими антигенраспознающими рецепторами взаимодействовать с антигенными детерминантами, представленными на поверхности антигенпредставляющих клеток, что сопровождается антигензависимой активацией Т_H0-клеток. При этом в зависимости от некоторых обстоятельств CD4 Т_H0-клетки могут дифференцироваться либо в зрелые Т_H1-клетки (Т-клетки воспаления), либо в зрелые Т_H2-клетки (Т-хелперы). Эти два типа функционально зрелых CD4 Т-клеток не отличаются друг от друга по фенотипическим маркерам своей поверхности, но зато характеризуются секрецией разных цитокинов. В частности, цитокины Т-клеток воспаления преимущественно оказывают влияние на макрофаги, активируя их к уничтожению проникших внутриклеточных паразитов, антигенные детерминанты которых презентированы на поверхности макрофага и активировали Т_H0-клетки к превращению в Т_H1-клетки. Цитокины, продуцируемые Т-хелперами (самым главным является интерлейкин-2), преимущественно влияют на В-лимфоциты, способствуя их окончательной антигензависимой дифференцировке в плазматические клетки, усиленно продуцирующие антитела по отношению к антигенным детерминантам, активировавшим Т-хелперы. Кроме того, интерлейкин-2 Т-хелперов может также способствовать нормальной антигензависимой дифференцировке CD8 Т-клеток до функционально зрелых Т-киллеров.

Механизмы, направляющие дифференцировку CD4 Т-клеток в направлении Т-клеток воспаления или Т-хелперов, пока недостаточно изучены. Вместе с тем ряд экспериментальных данных позволяет предположить следующую картину.

Дифференцировка CD4 Т_H0-клеток в направлении Т-клеток воспаления происходит под влиянием следующих факторов. Во-первых, само по себе распознавание CD4 Т_H0-клетками антигенных детеминант, представленных на поверхности макрофагов, стимулирует их к превращению в Т-клетки воспаления. Во-вторых, макрофаги после фагоцитоза чужеродных субстанций, начинают продуцировать интерлейкин-12. В-третьих, макрофаги, презентируя на своей поверхности антигенные детерминанты фагоцитированного материала, активируют нормальные киллеры, которые, с одной стороны, путем выработки перфорина способствуют повреждению мембраны зараженных внутриклеточными паразитами клеток, а с другой – вырабатывают интерферон-γ. Оба этих цитокина – интерлейкин-12 и интерферон-γ – способствуют дифференцировке CD4 Т_H0-клеток в Т-клетки воспаления.

Дифференцировка CD4 Т_H0-клеток в Т-хелперы, как правило, происходит после контакта антигенраспознающих рецепторов Т_H0-клеток с антигенными детерминантами, представленными на поверхности В-лимфоцита. Кроме того, развитию Т-хелперов способствует также интерлейкин-4, который продуцируется тучными клетками и базофилами, активированными иммунными комплексами. Интерлейкин-4, во-первых, способствует дифференцировке CD4 Т_H0-клеток в Т-хелперы, а, во-вторых, тормозит превращение CD4 Т_H0-клеток в Т-клетки воспаления. Интерлейкин-4 в последующем продуцируется самими Т-хелперами и является одним из факторов, способствующих пролиферации В-лимфоцитов и превращению их в плазматические клетки. Кроме того, интерлейкин-4 способствует повышению продукции плазматическими клетками IgE. Данный цитокин выступает в роли ростового фактора и для предшественников Т-киллеров (CD8 Т-клеток), способен активировать экспрессию молекул II класса в макрофагах, что способствует усилению их антигенпредставляющей функции, а также рецепторов к Fc-фрагментам IgG в макрофагах, тем самым улучшая условия для фиксации иммунных комплексов на поверхности макрофагов и последующего их фагоцитоза.

Эффекторное действие Т-клеток воспаления заключается в их способности после взаимодействия с антигенными детерминантами, представленными на поверхности макрофагов, активировать их к внутриклеточному уничтожению фагоцитированных патогенов. Т-клетки воспаления особенно эффективны в борьбе с такими внутриклеточными паразитами, которые сохраняют жизнеспособность внутри макрофага и используют его в качестве среды обитания (возбудители лепры, чумы, туберкулеза и некоторых других особо опасных инфекционных заболеваний). При этом Т-клетки воспаления действуют направленно именно на зараженные внутриклеточными патогенами макрофаги, на поверхности которых имеются антигенные детерминанты патогена соответствующей специфичности. Активация Т-клеток воспаления происходит в результате контакта их антигенраспознающих рецепторов с антигенной детерминантой на поверхности макрофага. Причем, в отличие от Т-киллеров, которые начинают проявлять свое цитотоксическое действие сразу же после контакта с антигенными детерминантами, Т-клетки воспаления после контакта с антигенными детерминантами тратят часы на синтез de novo определенных медиаторов, побуждающих макрофаги-носители антигенных детерминант к активизации внцтриклеточного уничтожения патогенов. Синтезированные в Т-клетках воспаления медиаторы в составе микровезикул проникают в макрофаг в месте его контакта с Т-клеткой воспаления. Такой прямой способ передачи медиаторов Т-клеток воспаления макрофагам наиболее экономичен и функционально оправдан, поскольку не затрагивает соседние неинфицированные клетки.

Для активации инфицированного макрофага Т-клеткой воспаления требуется 2 сигнала: действие интерферона γ и фактора некроза опухоли a. Интерферон γ синтезируется в Т-клетке воспаления после контакта ее антигенраспознающих рецепторов с антигенной детерминантой, фиксированной на поверхности макрофага, и является наиболее характерным цитокином Т-клеток воспаления (в Т-хелперах он не синтезируется, вследствие чего они не способны активировать инфицированные макрофаги обычным путем). Фактор некроза опухоли a продуцируется активированными в результате действия Т-клеток воспаления макрофагами. Под действием проникающего в инфицированный макрофаг интерферона γ в них инициируется ряд биохимических изменений, обеспечивающих резкое усиление их антибактериальной активности. В частности, под действием интерферона γ наблюдается более эффективное слияние фагосом, захвативших бактерии, с лизосомами. Более того, процесс фагоцитоза сопровождается кислородным взрывом, в результате которого образуются очень токсичные продукты метаболизма кислорода. Интерферон γ стимулирует экспрессию в активированных макрофагах фактора некроза опухоли a, который, наряду с интерфероном γ, оказывает костимулирующее действие на дальнейший процесс активации макрофагов и повышение их антибактериальной активности. Кроме того, активированные макрофаги усиливают экспрессию молекул МНС II класса и рецепторов к фактору некроза опухоли a, что приводит к вовлечению в реакцию дополнительных наивных Т-лимфоцитов.

Таким образом, Т-клетки воспаления, взаимодействующие с инфицированным внутриклеточными патогенами макрофагом, во-первых, способствуют усилению внутримакрофагальных биохимических процессов, а, во-вторых, сами активируются и выступают в роли организаторов многостороннего иммунного ответа на патогены, ведущие внутриклеточное паразитирование. При этом инфекционный процесс, провоцируемый воспроизводящимися внутри клеток хозяина патогенами, отражает борьбу двух противоположных сил – собственно возбудителя и иммунной системы. Так, возбудитель чумы Yersinia pestis обладает способностью синтезировать высокополимеризованный белок I, который начинает экспрессироваться на клеточной стенке бактерии при кислом значении рН. В месте контакта возбудителя с макрофагом происходит локальное закисление, что и провоцирует синтез этого белка в бактерии, который, с одной стороны, защищает возбудитель от повреждающего действия лизосомальных ферментов (причем сами кислые условия фаголизосом способствуют синтезу этого белка во внутриклеточном патогене), а, с другой, проявляет сильные адгезивные свойства, облегчая проникновение новых возбудителей внутрь макрофага. Макрофаги, хронически инфицированные внутриклеточными возбудителями, могут терять способность активироваться Т-клетками воспаления. В таком случае массовое включение новых макрофагов в защитный процесс происходит после высвобождения патогенов из разрушающихся зараженных макрофагов. При этом гибель хронически инфицированных внутриклеточным возбудителем макрофагов вызывают некоторые цитокины Т-клеток воспаления. В частности, активированные Т-клетки воспаления продуцируют интерферон γ, но и фактор некроза опухоли β (лимфотоксин), который, вызывая повреждение ДНК инфицированного макрофага, способствует его гибели. Отмеченное действие фактора некроза опухоли β потенцируется интерфероном γ и проявляется не только в отношении инфицированных макрофагов, но и фибробластов соединительной ткани, что облегчает дальнейшее проникновение иммуннокомпетентных клеток к месту локализации инфекции. Активированные инфицированными макрофагами новые Т-клетки воспаления, во-первых, способствуют более эффективной борьбе с патогеном, а, во-вторых, ректрутируют новые макрофаги следующими путями:

Ø Т-клетки воспаления продуцируют интерлейкин-3 и гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор, которые индуцируют моноцитопоэз в красном костном мозге

Ø Т-клетки воспаления вырабатывают фактор некроза опухоли β и маркофагальный хемотаксический фактор, которые активируют сосуды в очаге воспаления и усиливают миграцию макрофагов из кровяного русла в очаг локализации инфекции. Кроме того, Т-клетки воспаления продуцируют макрофагингибирующий фактор, который способствует заякариванию проникших в инфицированный очаг макрофагов, снижая их подвижность.

Таким образом, набор продуцируемых активированными Т-клетками воспаления цитокинов обеспечивает многопрофильное развитие клеточного иммунного ответа, при этом сами Т-клетки воспаления выступают в качестве организаторов адекватного иммунного ответа.