Антигеннезависимая дифференцировка Т-лимфоцитов

Предшественники Т-лимфоцитов (пТ), образовавшиеся в костном мозге, мигрируют в тимус и заселяют его корковую зону.

Важную роль в этом процессе играют хемокины, выделяемые эпителиальными клетками тимуса и привлекающие пТ в этот орган. Для проникновения в тимус пТ должны преодолеть гемато-тимический барьер. Преодоление этого барьера основано на взаимном распознавании мембранных молекул пТ (протеогликан CD44, остатки гиалуроновой кислоты, β-интегрин и др.), молекул межклеточного матрикса, таких как фибронектин, и мембранных молекул барьерных клеток.

В субкапсулярной зоне коры тимуса из пТ образуются незрелые Т-лимфоциты, они проходят через несколько стадий дифференцировки прежде чем приобретут иммунокомпетентность и покинут тимус.

В коре тимуса интенсивно идет процесс размножения лимфоцитов. В среднем у человека за сутки образуется около 5х10⁸ тимоцитов, тогда как покидают тимус за это же время лишь примерно 8х10⁶ клеток. Таким образом, из тимуса выходит лишь около 3% вновь образованных клеток. Биологический смысл этого явления стал понятен сравнительно недавно. Он обусловлен селекцией клонов Т-лимфоцитов, способных взаимодействовать с собственными антигенами гистосовместимости.

Этапы внутритимусной дифференцировки от пТ до более зрелых Т-лимфоцитов, покидающих тимус, характеризуются изменением экспрессии фенотипических Т-клеточных маркеров. Основными из них являются поверхностные CD-антигены (дифференцировочные антигены).

Белок CD2, который появляется на самых ранних этапах образования кортикальных тимоцитов, является общим маркером Т-лимфоцитов и выполняет функцию рецептора для эритроцитов барана. На выявлении этого рецептора основан ранее широко применявшийся тест спонтанного розеткообразования с эритроцитами барана, позволяющий определить количество Т-лимфоцитов (Е-РОК).

Другим общим Т-лимфоцитарным маркером является белок CD3, он играет важную роль в передаче сигнала в цитоплазму Т-лимфоцитов при контакте антигенраспознающих рецепторов Т-лимфоцитов с антигенными детерминантами.

В процессе дифференцировки Т-лимфоцитов параллельно с появлением новых CD-антигенов может происходить утрата некоторых старых. Таким образом, CD-антигены могут служить примером стадиоспецифических антигенов. Поэтому по CD-маркерам можно определять как количество Т-лимфоцитов и их субпопуляций, так и степень зрелости этих клеток.

Другим важным маркером дифференцировки Т-лимфоцитов является антигенраспознающий рецептор (ТКР), также формирующийся на ранних стадиях дифференцировки тимоцитов в корковой зоне тимуса.

Фенотипические изменения поверхностных маркеров Т-лимфоцитов в процессе дифференцировки отражают индуцированные целым комплексом стимулов дифференцировочные изменения в клетках: перестройку и активацию определенных генов, синтетические процессы в клетках, приобретение ими определенных функциональных свойств.

К стимулам, под влиянием которых индуцируется дифференцировка Т-лимфоцитов, относятся, прежде всего, межклеточные взаимодействиятимоцитов с эпителиальными клетками тимуса, макрофагами и дендритными клетками с участием формирующихся ТКР и корецепторов, а также молекул адгезии.

Очень важную роль в этом процессе играют и гуморальные воздействия: гормоны тимуса и целый комплекс цитокинов, таких как ИЛ-7, ИЛ-3, ИЛ-1 и другие.

Предшественники Т-лимфоцитов, мигрировавшие в тимус из костного мозга, представляют собой лимфобласты, имеющие определенный набор поверхностных молекул, в частности, CD44, но лишенные маркеров дифференцировки – СD2, СД3, CD4 и СD8. Они заселяют верхнюю часть коры тимуса – субкапсулярную зону.

Взаимодействие пТ с эпителиальными клетками стромы субкапсулярной зоны приводит к экспрессии первого специфического маркера Т-клеток – белка CD2. Тимоциты, имеющие этот маркер (CD2⁺), находясь в тесном контакте с эпителиальными клетками-няньками (nurse cells), активно размножаются и начинают экспрессировать также белки CD3, CD4, CD8 и β-цепь ТКР. Их фенотип записывается следующим образом: CD2⁺3⁺4^±8^±βТКР^±. Эти клетки перемещаются в более глубокие слои коры тимуса. Важную роль на этой стадии дифференцировки играют гормоны тимуса, в первую очередь тимопоэтин, а также цитокины ИЛ-3 и ИЛ-7.

В корковой зоне в результате перестройки и активации генов, кодирующих ТКР, начинается экспрессия обеих цепей ТКР. Параллельно налаживается полноценная экспрессия CD4 и CD8.

В коре тимоциты находятся в непосредственном контакте с кортикальными эпителиальными клетками, которые обладают разветвленными цитоплазматическими выростами, окружающими тимоциты. На эпителиальных клетках хорошо экспрессированы молекулы МНС I и II класса.

Эти межклеточные контакты индуцируют основные селекционные процессы, происходящие в коре тимуса. Полноценная экспрессия ТКР на поверхности кортикальных тимоцитов приводит к образованию огромного количества самых разнообразных по специфичности клонов CD4⁺8⁺ТКР⁺ Т-лимфоцитов.

Те клоны, рецепторы которых не комплементарны собственным белкам МНС(а их большинство), погибают в результате апоптоза (запрограммированная гибель клеток). Выживают только клоны, рецепторы которых комплементарны собственным белкам МНС. Эти Т-лимфоциты получают необходимые дифференцировочные сигналы, тем самым они избегают апоптоза и подвергаются дальнейшей дифференцировке. Таким образом происходит отбор клонов Т-лимфоцитов, способных работать в собственном организме (МНС-рестрикция).

Этот процесс называется положительной селекцией. После завершения положительной селекции выживает менее 5% кортикальных тимоцитов, они перемещаются в мезенхиму тимуса через кортико-медуллярную зону.

Каждая из этих клеток способна реагировать либо с белками МНС I класса, либо с белками МНС II класса. В процессе положительной селекции тимоциты, специфичные к белкам МНC I класса, сохраняют корецептор CD8 и перестают экспрессировать CD4. Эти клетки приобретают, таким образом, фенотип цитотоксических Т-лимфоцитов: CD2⁺3⁺8⁺ (CD8⁺).

В кортико-медуллярной зоне и в мезенхиме тимусасохранившиеся в результате положительной селекции клоны Т-лимфоцитов под влиянием ряда цитокинов и тимических гормонов (в первую очередь тимозина), а также межклеточных взаимодействий проходят дальнейшие этапы созревания и подвергаются так называемой отрицательной селекции.

В норме иммунная система организма толерантна (терпима) к собственным антигенам (аутоантигенам). По современным представлениям толерантность к собственным антигенам как раз и является в значительной степени следствием процесса отрицательной селекции в тимусе.

На основании экспериментальных данных большинство исследователей пришли к выводу, что в кортико-медуллярной зоне и в мезенхиме тимуса образовавшиеся CD4⁺ и CD8⁺ Т-лимфоциты, еще недостаточно зрелые, вступают в контакт с макрофагами и дендритными клетками, которые «представляют» на своей поверхности собственные антигены организма (после фагоцитоза и пиноцитоза продуктов распада собственных клеток тимуса и попавших в тимус с кровотоком небольших аутологичных белковых молекул) в иммуногенной форме, то есть в комплексе с белками МНС I и II классов. Однако при взаимодействии Т-лимфоцитов с помощью ТКР с этими антигенами Т-клетки получают только один, специфический сигнал, в то время как для того, чтобы избежать апоптоза, они должны получить еще второй, костимулирующий сигнал. Кроме того, необходима экспрессия на поверхности тимоцитов белков Bcl-2 или Bcl-XL, которые являются продуктами соответствующих онкогенов и защищают клетки от апоптоза. Так как экспрессия этих белков и костимулирующих молекул на незрелых тимоцитах отсутствует или крайне незначительна, то имеющие высокоаффинные ксобственным антигенам ТКР клоны Т-лимфоцитов при контакте с этими антигенами, представленными в комплексе с белками МНС на поверхности АПК, подвергаются апоптозу и погибают.

Таким образом, Т-лимфоциты подвергаются апоптозу на всех этапах созревания в тимусе в результате отсутствия необходимых сигналов в виде межклеточных контактов (посредством взаимодействия с костимулирующими молекулами) или гуморальных ростовых факторов.

На этапах клональной селекции апоптоз играет важнейшую роль в устранении ненужных, не поддержанных положительной селекцией (МНС рестрикция) и аутореактивных (отрицательная селекция) клонов. В результате погибает значительное количество клонов Т-лимфоцитов, имеющих ТКР-рецепторы, высокоаффинные к собственным антигенам. Сохраняются и выходят в кровоток те клоны, ТКР-рецепторы которых обладают низкой аффинностью к собственным антигенам. В настоящее время мнение, что клональная делеция (отрицательная селекция) является ведущим механизмом формирования центральной естественной иммунологической толерантности,является общепринятым.

В конце 1990-х - начале 2000-х годов была открыта новая субпопуляция CD4⁺Т-лимфоцитов, которые дифференцируются в тимусе в процессе отрицательной селекции в качестве альтернативы клональной делеции аутореактивных CD4⁺Т-лимфоцитов с достаточно высокой степенью аффинности ТКР к собственным антигенам. У этих клеток при контакте с антигенами, представленными на поверхности АПК, повышается уровень фактора транскрипции FoxP3 (который регулирует транскрипцию генов, ответственных за дифференцировку Т-лимфоцитов и синтез ими цитокинов), возрастает экспрессия белка CD25 (рецептора к ИЛ-2), и они дифференцируются в регуляторные Т-лимфоциты (Трег. лимфоциты) с фенотипом CD4⁺25⁺FoxP3⁺. Эти клетки обладают супрессорной активностью по отношению к зрелым эффекторным Т-лимфоцитам той же специфичности, работающим на периферии (Тх1, CD8⁺цитотоксическим Т-лимфоцитам).

Большинство Трег. лимфоцитов являются аутореактивными клетками, они подавляют аутоиммунные процессы, в которых участвуют эффекторные Т-лимфоциты, имеющие ТКР той же специфичности. Благодаря этому Трег. лимфоциты играют важную роль в механизмах периферической толерантности. Это доказывают результаты экспериментальных исследований на животных, которые продемонстрировали, что Т-лимфоциты с фенотипом CD4⁺25⁺FoxP3⁺ подавляют развитие аутоиммунных заболеваний, таких как экспериментальный аллергический энцефаломиелит, экспериментальный аутоиммунный колит, эксперментальный аутоиммунный диабет.

Необходимо заметить, однако, что, по-видимому, не все аутоантигены организма попадают в тимус и участвуют в процессе отрицательной селекции. Так, в частности, не попадают в тимус многие органоспецифические антигены. Поэтому определенное количество аутореактивных клонов избегает гибели в тимусе и поступает на периферию. Работа этих клонов в норме блокируется периферическими механизмами толерантности.

Выжившие после отрицательной селекции клоны CD4+ и CD8+ Т-лимфоцитов покидают тимус и мигрируют в периферические лимфоидные органы, где заселяют тимусзависимые зоны и подвергаются при встрече с соответствующими антигенами антигензависимой дифференцировке.

Выжившие в результате положительной и отрицательной селекции в тимусе CD4+ и CD8+ Т-лимфоциты, а также CD4⁺25⁺FoxP3 Трег. лимфоциты, мигрирующие из тимуса, не являются еще функционально зрелыми клетками. Они представляют собой продукт антигеннезависимой дифференцировки в тимусе. Эти клетки, еще не встречавшиеся с антигенами, принято называть «наивными», или «непримированными», лимфоцитами, они являются предшественниками зрелых эффекторных Т-лимфоцитов.

Схема антигеннезависимой дифференцировки Т-лимфоцитов представлена на рис. 28.

Рисунок 28. Антигеннезависимая дифференцировка Т-лимфоцитов

Наивные CD4⁺Т-лимфоциты, выходящие из тимуса, являются предшественниками эффекторных CD4⁺Т-хелперов и CD4⁺25⁺FoxP3 Трег. лимфоцитов, а наивные CD8⁺ Т-лимфоциты – предшественниками эффекторных цитотоксических Т-лимфоцитов (CD8⁺ЦТЛ).