ИЛ-2 IFN-γ ФУМ TNF-α,β ИЛ-17 TNF-α ИЛ-6 ИЛ-10 ИЛ-4 TGF-β ИЛ-4 ИЛ-5 ИЛ-10 ИЛ-13

Суммируя все изложенные выше данные об антигензависимой дифференцировке наивных CD4⁺Т-лимфоцитов, можно предложить схему дифференцировки этих клеток, представленную на рис. 30.

На схеме указаны цитокины, стимулирующие дифференцировку основных субпопуляций эффекторных CD4⁺Т-лимфоцитов (Тх1, Тх2, Тх17 и Трег. лимфоцитов); цитокины, выделяемые этими клетками; а также основные функции субпопуляций эффекторных CD4⁺Т-лимфоцитов.

CD8⁺цитотоксические Т-лимфоциты (CD8⁺ЦТЛ)

CD8⁺ЦТЛ (называемые также Т-киллерами, или иммунными киллерами) – это основные участники адаптивного Т-клеточного иммунного ответа. Они оказывают прямое цитотоксическое действие на клетки-мишени (мутантные, опухолевые, инфицированные вирусами, клетки чужеродных трансплантатов и др.).

Эффекторные CD8⁺ЦТЛ образуются в результате антигензависимой дифференцировки наивных CD8⁺Т-лимфоцитов, образующихся в тимусе в процессе положительной селекции. Наивные CD8⁺ЦТЛне синтезируют ИЛ-2, не экспрессируют рецептор к ИЛ-2 (ИЛ-2R) и не могут оказывать цитотоксическое действие на антигенно чужеродные клетки-мишени. Чтобы подчеркнуть их функциональную незрелость, наивные CD8⁺Т-лимфоциты называют еще предшественниками CD8⁺ЦТЛ (пЦТЛ).

Функционально зрелые эффекторные CD8⁺ЦТЛ образуются вследствие активации пЦТЛ при первичном распознавании (примировании) антигена на поверхности АПК (ДК и МФ) с последующей пролиферацией и дифференцировкой.

Таким образом, опосредуемый CD8⁺цитоксическими Т-лимфоцитами адаптивный иммунный ответ развивается в два этапа.

На первом этапе наивные CD8⁺Т-лимфоциты активируются, пролиферируют и дифференцируются в эффекторные CD8⁺ЦТЛ.

На втором этапе эффекторные CD8⁺ЦТЛ распознают антигенные эпитопы в комплексе с молекулами МНС I класса на поверхности клеток-мишеней с последующим разрушением этих клеток.

Чтобы произошла активация пЦТЛ с последующим образованием CD8⁺ЦТЛ, эти клетки должны получить по крайней мере три последовательных сигнала:

· антигенспецифический сигнал, передаваемый при первичном распознавании антигенного пептида в комплексе с белками МНС I класса на поверхности АПК с помощью антигенраспознающего комплекса (состоящего из ТКР, CD3 и корецептора CD8);

· костимулирующий сигнал,передаваемый путем взаимодействия рецептора CD28 с костимулирующей молекулой В7, экспрессируемой на поверхности АПК;

· пролиферативно-дифференцировочный сигнал,обеспечиваемый ИЛ-2 и IFN-γ(продуцируемым Тх1), которые индуцируют размножение и дифференцировку активированных распознаванием антигена пЦТЛ в эффекторные CD8⁺ЦТЛ.

Получившие первые два сигнала активированные пЦТЛ начинают экспрессировать ИЛ-2R и синтезировать небольшое количество ИЛ-2, который аутокринно стимулирует размножение этих клеток. Однако основное количество ИЛ-2, необходимое для эффективной экспансии отвечающего на антиген клона, обеспечивают Тх1, которые активируются при распознавании этого же антигенного пептида (эпитопа) в комплексе с молекулами МНС II класса на поверхности АПК. IFN-γ стимулирует дифференцировку пролиферирующих пЦТЛ в зрелые эффекторные клетки.

Таким образом, при примировании наивных пЦТЛ имеет место двойная рестрикция: по белкам МНС I класса (при представлении эпитопа на поверхности АПК для распознавания пЦТЛ) и по белкам МНС II класса (при представлении этого же эпитопа на поверхности АПК для распознавания Тх1).

Когда в роли АПК при индукции дифференцировки наивных пЦТЛ в эффекторные CD8⁺ЦТЛ выступают ДК, то последовательность событий может быть представлена следующим образом.

На поверхности ДК постоянно (конститутивно) экспрессируются белки МНС I и II класса и корецепторный белок В7. пЦТЛ с помощью ТКР распознают комплекс эпитопа с белками МНС I класса на поверхности ДК (первый сигнал). Взаимодействие В7 с корецептором CD28 (экспрессированным на пЦТЛ) обеспечивает второй, костимулирующий сигнал, и позволяет пЦТЛ избежать апоптоза. Активированные пЦТЛ начинают экспрессировать ИЛ-2R и синтезировать ИЛ-2.

Тх1 распознают этот же эпитоп в комплексе с белками МНС II класса на поверхности ДК (возможно, тех же самых), активируются и продуцируют ИЛ-2 и IFN-γ. Эти цитокины обеспечивают пЦТЛ третий, пролиферативно-дифференцирочный, сигнал, вызывая размножение активированных пЦТЛ и их дифференцировку в CD8⁺ЦТЛ.

Образовавшиеся эффекторные CD8⁺ЦТЛ рестриктированы по белкам МНС I класса. Так как практически все ядросодержащие клетки организма экспрессируют на своей поверхности белки МНС I класса, то эффекторные CD8⁺ЦТЛ, которые активно участвуют в рециркуляции, могут специфически распознавать и элиминировать практически все генетически измененные клетки собственного организма. В отличие от наивных CD8⁺Т-лимфоцитов, эффекторные CD8⁺ЦТЛ распознают антигенные детерминанты в комплексе с белками МНС I класса на поверхности клеток-мишеней самостоятельно, без помощи АПК. Для активации этих клеток не требуется костимулирующих сигналов и участия Тх1.

Свои функции CD8⁺ЦТЛ осуществляют с помощью секреции двух основных групп эффекторных молекул: цитотоксинов (перфорин, грэнзимы) и цитокинов (TNF-β, ИЛ-2 и IFN-γ). Роль указанных цитокинов и цитотоксинов будет рассмотрена ниже.

По мере элиминации антигенно чужеродных клеток на поверхности CD8⁺ЦТЛ повышается экспрессия ингибиторных рецепторов CTLA-4 и PD-1. Взаимодействие молекул В7, экспрессированных на АПК (в первую очередь, на ДК), с этими рецепторами подавляет продукцию ИЛ-2 в CD8⁺ЦТЛ и экспрессию ИЛ-2R, что ингибирует пролиферацию этих клеток. Через CTLA-4 и PD-1 подавляется и активность клона Тх1 той же специфичности, также экспрессирующих эти рецепторы. В результате, во-первых, предотвращается гиперэргический ответ за счет подавления чрезмерной пролиферации участвующих в ответе Т-лимфоцитов; а, во-вторых, после уничтожения патогена снижается количество CD8⁺ЦТЛ и адаптивный иммунный ответ прекращается.

Часть эффекторных CD8⁺ЦТЛ выживает, превращаясь в CD8⁺Т-клетки памяти, которые обеспечивают более быстрый и эффективный ответ на этот же антиген при повторном контакте с ним.

Механизмы цитотоксического действия CD8⁺ЦТЛ

Известны две формы гибели клеток: некроз и апоптоз.

Некрозобусловлен нарушением целостности мембраны и изменениями в цитоплазме клеток и не затрагивает существенно клеточного ядра. Некротическая гибель клеток-мишеней при действии на них CD8⁺ЦТЛ обусловлена, главным образом, большими концентрациями перфорина, который выделяют CD8⁺ЦТЛ, распознавшие антиген на поверхности клеток-мишеней. Перфорин встраивается в мембраны этих клеток, формируя поры – трансмембранные каналы, через которые в клетку и из клетки могут проходить вода, ионы и низкомолекулярные метаболиты. Это приводит к потере клеткой-мишенью электролитов, ее набуханию, активации лизосомальных ферментов с последующим аутолизом и разрывом клеточной мембраны.

Интересно отметить, что в составе мембран CD8⁺ЦТЛ содержатся протеогликаны (такие как хондроитинсульфат, называемый протектином), которые взаимодействуют с молекулами выделяемого этими же клетками перфорина, предотвращая их полимеризацию и формирование пор в мембране CD8⁺ЦТЛ. Таким образом предотвращается повреждение CD8⁺ЦТЛ собственными перфоринами.

Апоптоз (запрограммированная гибель клеток) осуществляется за счет ферментативной фрагментации ДНК, после чего происходит разрушение ядра, а затем клетки теряют цитоплазму и мембрану, что и означает их гибель. Фрагменты погибших в результате апоптоза клеток фагоцитируются макрофагами.

Механизм, инициирующий апоптоз клеток-мишеней, связан с выделением CD8⁺ЦТЛ, активированными в результате распознавания антигенных эпитопов на поверхности клеток-мишеней, секреторных гранул, содержащих ряд цитокинов. Среди этих цитокинов, кроме упоминавшегося уже перфорина, содержится TNF-β, называемый также лимфотоксином, а также ряд ферментов, называемых грэнзимами, или фрагментинами.

Основной механизм действия TNF-β заключается в индукции апоптоза клеток-мишеней путем связывания этого цитокина со специальными рецепторами на поверхности клеток-мишеней. Сигнал, формирующийся при этом взаимодействии, передается в цитоплазму. Затем следует каскадная активация ферментативных систем, завершающаяся фрагментацией ядра и разрушением клетки.

Если количество перфорина невелико, то механизмы апоптоза преобладают. Через поры, образованные с помощью перфорина, в клетку-мишень поступают фрагментины. Эти цитотоксины активируют внутри клеток тот же каскад ферментативных реакций, приводящих к фрагментации ядра и гибели клетки-мишени вследствие апоптоза.

Специализированным рецептором, через который индуцируется апоптоз, является мембранная молекула Fas (молек. масса 48000). Эта молекула принадлежит к группе рецепторов для опухоленекротических факторов (TNF). В состав цитоплазматической части этой трансмембранной молекулы входит так называемый «домен гибели», включающий цепь внутриклеточных ферментативных реакций, приводящих к апоптозу. Естественным лигандом для Fas-рецептора служит Fas-лиганд (FasL), являющийся мембраносвязанным гомологом TNF-α. Индуцирует апоптоз через подобный рецептор и TNF-β. Связываясь с Fas-рецептором на клетке-мишени, этот лимфокин через ряд промежуточных молекул-посредников активирует ферменты, осуществляющие фрагментацию ДНК, что и вызывает апоптоз клетки-мишени.

На рис. 31 представлена схема, изображающая механизмы цитотоксического действия CD8⁺ЦТЛ на клетки-мишени.

Как уже упоминалось, CD8⁺ЦТЛ также синтезируютИЛ-2, аутокринно стимулирующий их пролиферацию. Другим важным цитокином, который синтезируют CD8⁺ЦТЛ, является IFN-γ, называемый еще иммунным интерфероном. IFN-γ увеличивает экспрессию белков МНС I класса на клетках-мишенях, что повышает эффективность их распознавания CD8⁺ЦТЛ. IFN-γ также активирует макрофаги, благодаря чему они мигрируют в зону реакции, где выступают и как эффекторные, и как антигенпредставляющие клетки, способствующие вовлечению в иммунный ответ дополнительных ЦТЛ. Кроме того, макрофаги поглощают фрагменты разрушенных в процессе некроза или апоптоза клеток-мишеней.

Процесс разрушения клеток-мишеней CD8⁺ЦТЛ можно разделить на три этапа:

На первом этапе (специфическом) происходит специфическое связывание антигенраспознающего комплекса CD8⁺ЦТЛ с иммуногенным комплексом (эпитопа с белками МНС I класса) на поверхности клетки-мишени, что приводит к активации CD8⁺ЦТЛ.

Рисунок 31. Механизм цитотоксического действия CD8⁺ЦТЛ