Общие сведения об иммунной системе

В окружающей нас среде присутствуют в огромном разнообразии патогенные микробы — вирусы, бактерии, грибы, простейшие — и многоклеточные паразиты. Они способны вызывать заболевания и, если размножаются при этом в тканях организма бесконтрольно, в конце концов приводят его к гибели. Однако в норме, благодаря иммунной системе, которая защищает нас от патогенных микробов, большинство инфекций протекает кратковременно и практически без нарушающих здоровье последствий.

Поскольку микроорганизмы существуют во множестве форм, организм располагает широким набором факторов противоинфекционной резистентности и форм иммунного ответа. Прежде всего, эффективной преградой для большинства возбудителей инфекций служат наружные покровы тела - через неповрежденную кожу может проникнуть лишь очень небольшое число видов возбудителей (рис. 1.1). Однако многие патогенные микробы способны проникать сквозь эпителий пищеварительной и мочеполовой систем, инфицировать носоглотку и легкие. Некоторые возбудители, например малярийный плазмодий и вирус гепатита В, вызывают инфекцию, только оказавшись непосредственно в крови.

Какая из форм иммунного ответа будет эффективной, зависит в значительной мере от локализации инфекции и типа возбудителя. Наиболее существенно при этом, проникают микробы внутрь клеток организма-хозяина или нет. Для того чтобы ликвидировать внутриклеточную инфекцию — такую вызывают все вирусы, некоторые бактерии и ряд паразитических простейших — иммунная система должна распознать и разрушить инфицированные клетки. В случае внеклеточного размножения инфицирующего агента в тканях, жидкостях или полостях организма — это характерно для многих бактерий и более крупных возбудителей — иммунный ответ совершенно иной. При развитии инфекции, однако, даже внутриклеточные возбудители, чтобы достичь соответствующих клеток-мишеней, передвигаются с током крови и тканевой жидкости, и в это время они уязвимы для тех факторов иммунной системы, которые в основном рассчитаны на внеклеточных возбудителей (рис. 1.2).

В этой главе приведены лишь самые основные сведения об иммунной системе и иммунологическом ответе.

Важно отметить, что главная функция иммунной системы – это ликвидация инфекционных агентов и уменьшение причиняемого ими вреда.

ПРИОБРЕТЕННЫЙ И ВРОЖДЕННЫЙ ИММУНИТЕТ

Как правило, иммунный ответ заключается, во первых, в распознавании возбудителя или иного чужеродного материала и, во вторых, в развертывании цепи реакций, направленных на их устранение. В широком смысле все разнообразные формы иммунного ответа можно разделить на два типа – врожденные и приобретенные реакции. Основное различие между этими двумя типами иммунореактивности состоит в том, что приобретенный иммунитет высокоспецифичен в отношении каждого конкретного возбудителя. Кроме того, повторная встреча с тем или иным патогенным микроорганизмом не приводит к изменениям врожденного иммунитета, но повышает уровень приобретенного: иммунная система как бы «запоминает» возбудителя, чтобы впоследствии предотвращать вызываемую им инфекцию. Например, у перенесших корь и дифтерию часто возникает пожизненный приобретенный иммунитет к этим заболеваниям. Две главные характеристики приобретенного иммунитета -специфичность и иммунологическая память.

Иммунный ответ осуществляют прежде всего лейкоциты, которые представлены несколькими разновидностями.

Фагоциты и врожденный иммунитет Одну из важных групп лейкоцитов составляют фагоцитирующие клетки: моноциты, макрофаги и полиморфноядерные нейтрофилы. Они способны связывать микроорганизмы на своей поверхности, а затем поглощать и уничтожать их. Эта функция основана на простых, неспецифических механизмах распознавания, позволяющих связывать самые разнообразные микробные продукты, и относится к проявлениям врожденного иммунитета. Фагоциты образуют первую линию защиты против инфекции.

Лимфоциты и приобретенный иммунитет  Другая важнейшая группа лейкоцитов - это лимфоциты. Им принадлежит ведущая роль во всех реакциях приобретенного иммунитета, поскольку они специфически распознают конкретный возбудитель, где бы он ни находился, внутри или вне клеток, в тканевой жидкости или в крови. Существуют различные типы лимфоцитов, но основных популяций две: Т-лимфоциты (или Т-клетки) и В-лимфоциты (или В-клетки). Последние противодействуют внеклеточным возбудителям и влиянию их продуктов, образуя антитела, молекулы которых способны специфически распознавать и связывать определенные молекулы-мишени — антигены. Антигенами могут служить молекулы на поверхности клеток микроорганизмов либо образуемые ими токсины. Т-лимфоциты, точнее разные их популяции вместе, обладают широким набором активностей. Одни Т-клетки участвуют в регуляции дифференцировки В-лимфоцитов и образования антител. Другие взаимодействуют с фагоцитами, помогая им в разрушении поглощенных микробных клеток. Третья группа Т-лимфоцитов распознает и разрушает клетки, инфицированные вирусами.

Взаимодействие между лимфоцитами и фагоцитами

Масштабы таких взаимодействий весьма значительны. Например, определенные типы фагоцитирующих клеток способны после захвата антигенов представлять их Т-лимфоцитам в форме, подходящей для распознавания. Этот процесс назван представлением (презентацией) антигена. Распознав антиген, Т-лимфоциты в свою очередь выделяют растворимые факторы (цитокины), которые активируют фагоциты и вызывают разрушение ими поглощенных микробов. При взаимодействии другого характера фагоциты используют образуемые В-лимфоцитами антитела для собственного более эффективного распознавания возбудителей (рис. 1.3). В результате иммунный ответ на инфекцию чаще всего складывается из различных взаимосвязанных эффектов как врожденного, так и приобретенного иммунитета. На ранних стадиях инфекции доминируют механизмы врожденного иммунитета, но позднее лимфоциты начинают осуществлять специфический ответ, свойственный приобретенному иммунитету. При этом они «запоминают» возбудителя и если впоследствии организм вновь подвергается заражению этим микробом, они «вспоминают» его и осуществляют более эффективный и быстрый иммунный ответ.

КЛЕТКИ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ

В иммунном ответе участвует целый ряд клеток и выделяемых ими растворимых продуктов. Центральная роль всегда принадлежит лейкоцитам, однако другие клетки (например, тканевые) также вносят свой вклад, посылая сигналы лимфоцитам и отвечая на цитокины, выделяемые Т-клетками и макрофагами. На рис. 1.4 перечислены основные клетки и молекулы, принимающие участие в иммунологических реакциях организма.

Фагоциты поглощают антигены и патоген­ные микроорганизмы и разрушают их

Мононуклеарные фагоциты Наиболее важная группа способных к фагоцитозу и долгоживущих клеток - популяции мононуклеарных фагоцитов. Эти клетки, происходящие из стволовых клеток костного мозга, несут функцию захвата частиц, в том числе инфекционных агентов, с их поглощением и разрушением. Для выполнения этой функции фагоциты стратегически располагаются в тех тканях организма, где возможно попадание таких частиц. Например, клетки Купфера выстилают кровеносные синусоидальные капилляры печени, а синовиальными А-клетками выстланы полости суставов (рис. 1.5). Мононуклеарные фагоциты, циркулирующие с кровью, называются моноцитами. Из крови они мигрируют в ткани, где превращаются в тканевые макрофаги, способные весьма эффективно презентировать антигены Т-лимфоцитам. Однако наиболее важны для презентации антигена покоящимся Т-клеткам интердигитатные дендритные клетки.

Полиморфноядерные нейтрофилы Вторая значительная группа фагоцитирующих клеток это полиморфноядерные нейтрофильные гранулоциты, часто называемые просто нейтрофилами или ПМН (от англ. PMN - polymorphonuclear neutrophils). Нейтрофилы составляют большинство среди лейкоцитов крови и происходят от тех же ранних клеток-предшественников, что моноциты и макрофаги. Подобно моноцитам нейтрофилы мигрируют в ткани, отвечая на определенные стимулы, но в отличие от моноцитов относятся к короткоживущим клеткам, которые, поглотив чужеродный материал, разрушают его и затем погибают.

Лимфоциты представлены двумя большими популяциями — В-клетками и Т-клетками, которые ответственны за специфическое распознавание антигенов

Специфическое иммунологическое распознавание патогенных организмов - это всецело функция лимфоцитов, поэтому именно они инициируют реакции приобретенного иммунитета. Все лимфоциты происходят из стволовых клеток костного мозга, но Т-лимфоциты затем развиваются в тимусе, тогда как В-лимфоциты продолжают свое развитие в красном костном мозге (у взрослых особей млекопитающих)

В-клетки Каждая В-клетка генетически запрограммирована на синтез поверхностного рецептора, специфичного к одному определенному антигену. Встретив и распознав этот антиген, В-клетки размножаются и дифференцируются в плазматические клетки, которые образуют и выделяют в растворимой форме большие количества таких рецепторных молекул, называемых антителами. Антитела представляют собой крупные гликопротеины и содержатся в крови и тканевой жидкости. Благодаря своей идентичности исходным рецепторным молекулам они взаимодействуют с тем антигеном, который первоначально активировал В-клетки.

Т-клетки Имеется несколько субпопуляций Т-клеток с различными функциями. Одни взаимодействуют с В-клетками, помогая им размножаться, созревать и образовывать антитела. Другие взаимодействуют с мононуклеарными фагоцитами, способствуя разрушению локализованных в них микроорганизмов. Обе эти субпопуляции Т-клеток названы хелперными Т-клетками (Тх). Третья субпопуляция Т-клеток осуществляет разрушение клеток организма, зараженных вирусами или иными внутриклеточно размножающимися патогенными микробами. Этот тип активности Т-клеток назван цитотоксичностью, а сами клетки соответственно цитотоксическими Т-лимфоцитами (Тц). Как правило, распознавание антигена Т-клетками происходит только при том условии, что он презентирован на поверхности других клеток в ассоциации (комплексе) с молекулами МНС (главным комплексом гистосовместимости). В распознавании участвует специфичный к антителу Т-клеточныи рецептор ( ТкР), функционально и структурно сходный с той поверхностной молекулой Ig, которая у В клеток служит антигенсвязывающим рецептором. Свои функции воздействия на другие клетки Т-лимфоциты осуществляют путем выделения растворимых белков — цитокинов, которые передают сигналы другим клеткам, или путем прямых межклеточных контактов. Основные функции лимфоцитов представлены на рис. 1.6.

Цитотоксические клетки распознают и уничтожают инфицированные клетки организма

Цитотоксичностью, направленной на другие клетки организма, обладает ряд клеток иммун­ной системы. Наиболее важны из них, вероятно, Тц-клетки.

Большие зернистые (гранулярные) лимфоциты (БГЛ)

Эта популяция лимфоцитов, как и Т-клетки, способна распознавать те изменения клеточной поверхности, которые возникают при злокачественном перерождении или вирусной инфекции. Большие гранулярные лимфоциты поражают такие клетки-мишени, но кроме того, они в отличие от цитотоксических Т-лимфоцитов весьма эффективно распознают клетки, поверхность которых лишена вовсе или утратила частично свои молекулы МНС. Прежде цитотоксическое действие БГЛ рассматривали как активность нормальных киллерных (НК) клеток. Макрофаги и БГЛ распознают и уничтожают также некоторые клетки-мишени (или патогенные микроорганизмы), если поверхность последних покрыта связавшимися с ней специфическими антителами.

Эозинофильные полиморфноядерные гранулоциты, или эозинофилы Специализированная популяция лейкоцитов, способных поражать крупные внеклеточные паразитические организмы, например шистосомы.

Все типы цитотоксических клеток поражают свои мишени, выделяя вблизи них содержимое внутриклеточных гранул и другие, не запасаемые в гранулах молекулы.

Вспомогательные клетки регулируют воспаление

Ряд других клеток иммунной системы участвует в воспалительной реакции, основная цель которой — привлечение лейкоцитов и растворимых медиаторов иммунитета к очагу инфекции (см. ниже).

Базофильные сегментоядерные гранулоциты и тучные клетки Эти клетки заполнены гранулами, в которых содержатся различные медиаторы, вызывающие при высвобождении воспаление в окружающей ткани. Выделение медиаторов происходит при активации базофилов и тучных клеток. Эти клетки могут также синтезировать и выделять ряд медиаторов, регулирующих иммунный ответ. Тучные клетки располагаются во всех тканях вблизи кровеносных сосудов и воздействуют посредством некоторых своих медиаторов на клетки сосудистой стенки. Базофилы сходны по функциям с тучными клетками, но в отличие от них циркулируют с кровью.

Кровяные пластинки (тромбоциты) Эти клетки, активированные в процессе свертывания крови или под действием комплексов антиген-антитело, также выделяют медиаторы воспаления.

РАСТВОРИМЫЕ МЕДИАТОРЫ ИММУНИТЕТА

В развитии иммунного ответа участвует целый ряд молекул-посредников, в том числе выделяемые лимфоцитами антитела и цитокины, а также различные белки сыворотки, обычно содержащиеся в ней в низкой концентрации. Эти белки названы острофазными, так как их концентрация быстро нарастает при инфекционном процессе. Один из примеров — это С-реактивный белок (CRP), названный так за способность связываться с С-белком пневмококков. Благодаря такому связыванию фагоциты начинают более активно поглощать пневмококки — процесс, называемый опсонизацией (см. рис. 1.10). В качестве опсонинов, т. е. опсонизирующих молекул, действуют главным образом антитела и компоненты комплемента.

Белки системы комплемента служат медиаторами фагоцитоза, регулируют воспалительную реакцию и, взаимодействуя с антителами, участвуют в иммунной защите организма

В систему комплемента входят около двух десятков сывороточных белков, общая функция которых состоит в регуляции воспаления. Компоненты комплемента взаимодействуют между собой и с другими элементами иммунной системы. Например, ряд микроорганизмов спонтанно активирует систему комплемента по так называемому альтернативному пути, представляющему собой механизм врожденного, неспецифического иммунитета. В результате с поверхностью микробов связываются компоненты комплемента, что приводит к поглощению этих возбудителей фагоцитами. Когда система комплемента принимает участие в реакциях специфического приобретенного иммунитета, ее обычно активируют по классическому пути антитела, связавшиеся с поверхностью клеток микроорганизма.

Активация комплемента — это каскад реакций, в котором каждый предшествующий компонент действует на последующий, подобно тому, как это происходит при свертывании крови. Как классический, так и альтернативный путь активации комплемента приводит к образованию белков или пептидных фрагментов, вызывающих следующие эффекты:

•     опсонизация микроорганизмов с последующим поглощением и внутриклеточным разрушением их фагоцитами;

•     привлечение фагоцитов к месту воспаления (хемотаксис);

•     усиление тока крови в месте активации и повышение проницаемости капилляров для компонентов плазмы;

•     повреждение собственных клеток организмов, грамотрицательных бактерий и вирусов или других микробов, вызвавших активацию комплемента; лизис возбудителя вследствие такого повреждения обеспечивает прекращение инфекции;

•     дополнительное выделение медиаторов воспаления из тучных клеток.

Эти функции системы комплемента схематически представлены на рис. 1.7.

Цитокины - разнообразные белки, осуществляющие передачу сигналов между лимфоцитами, фагоцитами и другими клетками организма

Цитокинами обобщенно называют большую группу соединений, участвующих в межклеточной передаче сигналов в ходе иммунного ответа. Все цитокины — это белки или пептиды; некоторые из них представляют собой гликопротеины. Цитокины подразделяют на несколько групп. Так, цитокины, выделяемые лимфоцитами, часто называют лимфокинами. Основные группы цитокинов приведены ниже.

Интерфероны (ИФ) Эти цитокины особенно важны в сдерживании некоторых вирусных инфекций. Одну группу интерферонов (ИФα и ИФβ) синтезируют клетки, инфицированные вирусами. Другой тип интерферона (ИФγ) выделяют некоторые активированные Т-клетки. Интерфероны сообщают противовирусную устойчивость незараженным тканевым клеткам (рис. 1.8). Они образуются на ранней стадии инфекции и создают первую линию защиты против большинства вирусов.

Интерлейкины (ИЛ) Это большая группа цитокинов (от ИЛ-1 до ИЛ-17), синтезируемых в основном Т-клетками, но в некоторых случаях также мононуклеарными фагоцитами или другими тканевыми клетками. Интерлейкины обладают разнообразными функциями, но большинство их стимулирует другие клетки для деления или дифференцировки. Каждый интерлейкин действует на отдельную, ограниченную группу клеток, экспрессирующих специфичные для данного ИЛ рецепторы.

Колониестимулирующие факторы (КСФ) Эти цитокины участвуют в регуляции деления и дифференцировки стволовых клеток костного мозга и клеток — предшественников лейкоцитов крови. Балансом различных КСФ в определенной мере обусловлено соотношение между различными типами образующихся в костном мозге лейкоцитов. Некоторые КСФ стимулируют дальнейшую дифференцировку клеток и вне костного мозга.

Другие цитокины Среди них значительную роль играют факторы некроза опухолей (ФНОα и ФНОβ) и трансформирующий фактор роста β (ТФРβ). Они выполняют разнообразные функции, но особенно важны как медиаторы воспаления и цитотоксических реакций.

Антитела специфически связываются с антигеном и затем опосредуют вторичные эффекты

Антитела (Ат), называемые также иммуноглобулинами (Ig), — это семейство сывороточных белков, образуемых В-лимфоцитами. Как уже было отмечено выше, они представляют собой растворимую форму антигенсвязывающих В-клеточных рецепторов. Все поликлональные антитела данного изотипа однотипны по строению молекулы, но различаются областью антигенсвязывающего центра. Как правило, каждое антитело может специфически связываться только с одним антигеном.

В то время как одна часть молекулы антитела (Fab-фрагмент) предназначена для связывания с антигеном, другая его часть (Fc-фрагмент) взаимодействует с различными элементами иммунной системы, например с фагоцитами или с одним из компонентов комплемента. Фактически, антитела действуют как молекулы-посредники, вовлекающие различные элементы иммунной системы в распознавание патогенных микробов и продуктов их метаболизма (рис. 1.9)

Та часть молекулы антитела, которая взаимодействует с клетками иммунной системы, названа Fc-фрагментом. Нейтрофилы, макрофаги и другие мононуклеарные фагоциты несут на своей поверхности рецепторы для Fc-фрагмента. Следовательно, если антитела связались с патогенным микроорганизмом, они могут своим Fc-фрагментом взаимодействовать и с фагоцитами. Благодаря этому клетки возбудителя будут поглощены (фагоцитированы) и разрушены фагоцитами. Антитела в данном случае действуют как опсонины. Кроме того, фагоциты распознают чужеродный материал, используя в качестве опсонина активированный компонент комплемента (С3b), но наиболее всего фагоцитоз эффективен в присутствии одновременно антител и комплемента (рис. 1.10).

АНТИГЕНЫ

Первоначально термин антиген (от англ. antibody generator) применяли для обозначения любой молекулы, индуцирующей образование В-клетками специфических антител. Однако теперь этот термин имеет более широкий смысл, означая любую молекулу, которую могут специфически распознавать элементы системы приобретенного иммунитета, т. е. В-клетки или Т-клетки, либо и те и другие.

Молекулы антител связываются не со всей поверхностью инфекционного агента. В соответствии со своей специфичностью каждая из них взаимодействует с одним из многих видов антигенных молекул на поверхности микробов. Против одного возбудителя может синтезироваться несколько различных по специфичности антител, связывающихся с разными антигенами на его поверхности. Антитела взаимодействуют с определенной областью молекулы антигена, названной эпитопом. Один антиген может иметь несколько различных или повторяющихся эпитопов (рис. 1.11). Антитела специфичны именно к эпитопам, а не ко всей молекуле антигена.

Распознавание антигена - основа приобретенного иммунитета

В распознавании антигенов участвуют, помимо антител и В-клеток, также Т-клетки, но эти последние распознают антигены в виде небольших полипептидных фрагментов, локализованных вначале внутриклеточно, а затем представленных на поверхности других клеток организма. Например, клетки, инфицированные вирусами, начинают экспрессировать на своей поверхности мелкие фрагменты вирусных белков, делая их легко распознаваемыми для цитотоксических Т-клеток. Презентацию фрагментов антигена на клеточной поверхности осуществляет специализированная группа так называемых МНС-молекул, кодируемых набором генов главного комплекса гистосовместимости (МНС, от major histocompatibility complex). Т-клетки распознают посредством своих антигенспецифичных рецепторов (ТкР) пептидные фрагменты антигена, связанные с этими МНС-молекулами (рис. 1.12).

Важно запомнить, что антиген — это инициатор и движущая сила всех реакций приобретенного иммунитета. Иммунная система возникла для распознавания и разрушения чужеродных антигенов, а также устранения источника их образования — бактерий, инфицированных вирусом клеток и т. п. Когда антиген элиминирован, иммунный ответ прекращается.

ИММУННЫЙ ОТВЕТ

Итак, любой иммунный ответ имеет две основные фазы:

•    распознавание антигена;

•    реакции, направленные на его устранение.

В реакциях приобретенного иммунитета распознавание антигена осуществляют лимфоциты, избирательно пролиферирующие благодаря клональной селекции.

Клональная селекция - пролиферация клеток, связавших специфический антиген

Каждый лимфоцит (как В-, так и Т-популяции) генетически запрограммирован распознавать в основном только один антиген, но иммунная система в целом может специфически распознать многие тысячи разных антигенов. Поэтому лимфоциты, способные распознать тот или иной антиген, должны составлять лишь очень малую часть общей популяции. Как же в таком случае организм адекватно отвечает на инфекцию? Объяснение состоит в том, что антиген, связавшись с теми немногими клетками, которые способны его распознать, вызывает их быструю пролиферацию. В течение нескольких дней появляется достаточно клеток для адекватного иммунного ответа. Иными словами, сам антиген выбирает и способствует образованию специфических клонов клеток, связывающих этот антиген (рис. 1.13), — процессу, названному клональной селекцией и свойственному как В-, так и Т-клеткам.

Кажется непостижимым, каким образом иммунная система может «предугадать» репертуар специфичностей антител, которые потребуются в течение будущей жизни индивида. На самом деле все обстоит иначе. Просто иммунная система производит антитела, способные распознать огромное разнообразие антигенов, еще до встречи с ними. Многие из этих антител никогда не будут востребованы для защиты данного индивида от инфекции. Однако бесчисленное множество патогенных микроорганизмов и их способность к изменению своего антигенного состава в результате мутаций делает наличие всех этих антител необходимым — на случай, когда они могут понадобиться.

Лимфоциты, активированные связыванием антигена, вступают в цикл клеточного деления. Они экспрессируют новые рецепторы, позволяющие им реагировать на выделяемые другими клетками цитокины, которые служат сигналами к пролиферации. Лимфоциты могут также сами начать выделение цитокинов. Обычно они проходят ряд циклов деления, прежде чем дифференцируются в зрелые клетки, снова под действием цитокинов. Например, пролиферирующие В-клетки в итоге созревают в образующие антитела плазматические клетки. Даже после устранения инфекции сохраняется некоторая часть новообразованных лимфоцитов, способных вновь активироваться, если антиген встретится им повторно. Их называют клетками памяти, так как они хранят иммунологическую память относительно отдельных антигенов. Существованием клеток памяти и обусловлен долгосрочный иммунитет к тому или иному возбудителю.

Для устранения патогенных микроорганизмов существуют различные эффекторные механизмы иммунного ответа

Иммунная система располагает множеством механизмов для разрушения патогенных микробов, и каждый из них соответствует данному типу инфекции и конкретной стадии жизненного цикла возбудителя. Эти механизмы защиты часто называют эффекторными системами.

Нейтрализация При действии одной из самых простых эффекторных систем антителам достаточно только связаться с определенным возбудителем, чтобы оказать ему противодействие. Например, антитела к наружным белкам капсида некоторых риновирусов (вызывающих простудные заболевания) могут воспрепятствовать связыванию вирусных частиц с клетками организма и их инфицированию.

Фагоцитоз Гораздо чаще антитела реализуют свой эффект, активируя комплемент или действуя в качестве опсонинов, усиливающих поглощение микробов фагоцитами. Связавшись с опсонизированным микробом, фагоцитарная клетка поглощает его, окружая выступающими псевдоподиями. Псевдоподии сливаются, и микроб оказывается заключенным (эндоцитированным, интернализованным) в фагосому (рис. 1.14). Перерабатывают фагоциты поглощенный материал по-разному. Макрофаги, например, восстанавливают молекулярный кислород с образованием бактерицидных реакционноспособных метаболитов кислорода, которые секретируются в фагосому. Нейтрофилы содержат лактоферрин, который хелатирует железо, лишая некоторые бактерии этого необходимого элемента питания. Наконец, с фагосомой сливаются гранулы и лизосомы, наполняя возникшую фаголизосому ферментами, разрушающими ее содержимое (рис. 1.15).

Цитотоксические реакции и апоптоз Цитотоксические реакции — это эффекторные иммунные механизмы, направленные против целых клеток, обычно против тех, которые слишком крупны для фагоцитоза. Такая клетка-мишень распознается либо специфичными антителами, взаимодействующими с компонентами ее поверхности, либо Т-клетками посредством антигенспецифичных ТкР. В отличие от фагоцитоза, при котором содержимое лизосом изливается в фагосому, в цитотоксической реакции атакующая клетка направляет содержимое своих гранул наружу, к клетке-мишени. Гранулы цитотоксических Т-клеток содержат соединения, называемые перфоринами, которые способны создавать каналы в наружной мембране клеток-мишеней. (Подобно этому, антитела, связавшись с поверхностью клетки-мишени, могут привлечь комплемент для перфорирования ее цитоплазматической мембраны.) Некоторые цитотоксические клетки способны также своим сигналом включать програм­му саморазрушения клетки-мишени — процесс апоптоза.

ВОСПАЛЕНИЕ

Клетки иммунной системы в норме рассеяны по всем тканям тела, но если возникает очаг инфекции, эти клетки и их продукты выделения концентрируются именно в нем. Обеспечивающий это процесс называют воспалительной реакцией. Для воспаления характерны три основных проявления:

·         увеличивается кровоснабжение инфицированной области;

·         благодаря сокращению эндотелиальных клеток, возрастает проницаемость кровеносных капилляров; за счет этого из капилляров могут выходить более крупные, чем в обычном случае, молекулы и таким образом растворимые медиаторы иммунитета достигают очага инфекции;

·         лейкоциты мигрируют из венул в окружающие ткани. В самом раннем периоде воспаления в очаге инфекции больше всего нейтрофилов, но позднее к нему мигрируют также моноциты и лимфоциты.

Хемотаксис и миграция клеток Ключевой момент миграции клеток — это их прилипание (распластывание, адгезия) к сосудистому эндотелию воспаленных тканей в результате взаимодействия особых молекул на поверхности лейкоцитов и активированных эндотелиальных клеток (рис. 1.16). Проникнув в ткани, клетки мигрируют в направлении очага инфекции под влиянием химического притяжения, называемого хемотаксисом.

Фагоцитам свойственно активно мигрировать по градиенту концентрации определенных (хемотаксических) соединений. Особо сильный хемотаксис вызывается фрагментом одного из компонентов комплемента, С5а (рис. 1.17), привлекающего нейтрофилы и моноциты. При нанесении на кожу in vivo препарата очищенного С5а можно вскоре наблюдать прилипание нейтрофилов к эндотелию расположенных вблизи венул. Проскальзывая затем между эндотелиальными клетками, нейтрофилы проникают через базальную мембрану венул в ткани. Этот процесс, назван диапедезом.

ЗАЩИТА ОТ ВНЕКЛЕТОЧНОЙ  И  ВНУТРИКЛЕТОЧНОЙ ИНФЕКЦИИ

Иммунологические реакции на внеклеточную и внутриклеточную инфекцию принципиально различны. При реакции на патогенные микробы, размножающиеся внеклеточно, иммунная система стремится разрушить сами микроорганизмы и нейтрализовать токсическое действие продуктов их метаболизма. При реакции же на микробы, размножающиеся внутри клеток, возможны два альтернативных механизма — цитотоксическое действие Т-лимфоцитов, т. е. разрушение инфицированных клеток, либо активация Т-лимфоцитами этих клеток для уничтожения присутствующих в них микробов. Последнее происходит, например, когда Т-лимфоциты выделяют цитокины, стимулирующие разрушение макрофагами поглощенных микробов.

Поскольку для многих патогенных микроорганизмов характерны и внутриклеточная, и внеклеточная стадии инфекции, в разные ее моменты эффективны различные механизмы иммунного ответа. Например, вирус полиомиелита распространяется с кровотоком, чтобы инфицировать клетки-мишени. На этой ранней стадии инфекции особенно эффективны специфичные антитела. Однако, чтобы ликвидировать развившуюся инфекцию, каждую клетку организма, инфицированную вирусом, должны уничтожить цитотоксические Т-лимфоциты. Следовательно, роль антител состоит в том, чтобы ограничить распространение инфекции и предупредить повторную инфекцию тем же вирусом, тогда как цитотоксические Т-клетки важны для воздействия на инфицированные клетки (рис. 1.18). Это важно учитывать при разработке эффективных вакцин.

ВАКЦИНАЦИЯ

Наиболее быстрое и успешное применение результаты иммунологических исследований нашли в области вакцинопрофилактики инфекций. Принцип вакцинации основан на двух ключевых характеристиках приобретенного иммунитета, а именно на иммунологической специфичности и памяти. Благодаря клеткам памяти иммунная система способна гораздо сильнее отвечать на повторную встречу с данным антигеном. Такой вторичный ответ развивается быстрее и более эффективен, чем первичный.

При создании вакцины необходимо так изменить сам микроб или его токсин, чтобы они стали безвредными, но при этом не потеряли антигенности. Это возможно, поскольку антитела и Т-клетки распознают отдельные участки антигенов, эпитопы, а не целый микроорганизм или токсин. Рассмотрим, например, вакцинацию против дифтерии. Бактерия — возбудитель дифтерии образует токсин, разрушающий многие, в том числе мышечные клетки. Этот токсин можно модифицировать путем обработки формальдегидом так, что он, сохранив эпитопы, утратит свою токсичность; полученный анатоксин используется как дифтерийная вакцина (рис. 1.19). Другой подход состоит в том что инфекционный агент, например вирус полиомиелита, аттенуируют (ослабляют) настолько, что он утрачивает патогенность, сохранив антигенность.

ИММУНОПАТОЛОГИЯ

Из описанного выше иммунная система предстает как безусловное благо и исключительно полезное приобретение, поскольку при недостатке любой ее функции организм подвергается серьезной угрозе инфекции, несмотря на способность других компонентов системы частично восполнять такую недостаточность. Совершенно очевидно также, что иммунная система в ее современной форме сформировалась в результате филогенетического развития, происходившего под сильным давлением отбора, связанного с патогенными микробами. Однако в некоторых случаях иммунная система сама вызывает заболевания или иные нежелательные последствия (рис. 1.20).

Патология иммунной системы может развиваться по одному из трех направлений.

Парадоксальная реакция на собственные антигены: аутоиммунопатология

В норме иммунная система распознает все чужеродные антигены и реагирует против них, при этом ткани собственного тела она распознает как «свое», не давая на них никакой реакции. Если же происходит реакция иммунной системы на компоненты собственного организма, возникает аутоиммунное заболевание, например ревматоидный артрит и гемолитическая анемия.

Неэффективный иммунный ответ: иммунодефицит

Недостаток функции любого элемента иммунной системы лишает организм способности адекватно сопротивляться инфекции. Эта форма патологии названа иммунодефицитом (иммунологической недостаточностью). Некоторые виды подобной патологии относятся к наследственным нарушениям и начинают проявляться вскоре после рождения, тогда как другие — это приобретенные формы иммунодефицита, например вызванные, подобно синдрому приобретенного иммунодефицита (СПИД), инфекцией.

Иммунный ответ чрезмерной интенсивности: гиперчувствительность

Иногда иммунологические реакции несоразмерны тому нарушению, которое может вызвать патогенный агент. Кроме того, иммунная система способна давать ответ и на совсем безвредные антигены, например на питательные вещества. Подобные иммунные реакции могут причинить больший вред, чем патогенный микроб или антиген, и в этом случае мы говорим о гиперчувствительности. Например, поверхностные компоненты пыльцы растений у некоторых индивидов распознаются как антигены, вызывая симптомы сенной лихорадки или бронхиальной астмы.

Наконец, в медицинской практике встречаются ситуации, когда иммунная система функционирует нормально, но нежелателен иммунный ответ, связанный с применением специфических методов лечения. Наиболее важное значение это имеет при переливании крови и пересадке органов и тканей. В этих случаях необходимо тщательно подбирать совместимые с реципиентом донорские ткани, так чтобы компоненты донорской крови или трансплантата не вызывали атаку иммунной системы реципиента. Однако эти проблемы - всего лишь малая плата за обладание важнейшей системой организма, которая жизненно необходима для защиты человека от инфекции.

Вопросы для размышления

•   В клинической практике иногда встречаются больные с генетически обусловленным дефектом созревания лимфоцитов. Как, по-вашему, он будет проявляться?

•   Почему иммунная система формировалась с образованием такого множества разнообразных механизмов защиты от микробов?

•   Организм может синтезировать антитела, которые не распознают ни один из известных возбудителей. Какое это дает преимущество?

•   При исследовании иммунологических функций индивида часто необходимо выделить из крови лимфоциты или фагоциты. Каковы (в общих чертах) функции этих клеток?