История изучения кооперации имунокомпетентных клеток

Проблема межклеточных взаимодействий возникла в биологии достаточно давно. Исследователям, занимающимся изучением вопросов клеточной биологии, хорошо известно взаимное влияние различных типов клеток в таких процессах, как дифференцировка клеток, эмбриональное развитие, регуляция роста тканей. Однако в иммунологии изучения вопросов клеточного взаимодействия как одного из механизмов осуществления иммунологических функций до середины 60-х годов не проводилось. Казалось, что основные клетки Т- и В-систем работают автономно. Первые из них - для реализации клеточного типа ответа, вторые -гуморального.
В 1963 году появилась публикация Claman, в которой было показано, что для полноценной продукции антител необходима кооперация по крайне мере двух типов клеток: Т- и В-лимфоцитов. Исследователи провели простые, но при этом крайне демонстративные опыты. Летально облученным мышам, лишенным собственных иммунокомпетентных клеток, вводили либо только клетки тимуса (источника Т-лимфоцитов), либо клетки костного мозга (источника В-клеток), либо смесь этих клеток. В первых двух случаях регистрировали лишь следы антител после введения антигена. В третьем варианте опытов величина ответа была значительно выше суммы ответов двух предыдущих групп. Налицо был явный синергический эффект (эффект суммации двух взаимодействующих систем). Именно синергизм при кооперации двух типов клеток вызвал у иммунологов особый интерес. После работы Claman иммунологические журналы были переполнены статьями, касающимися различных сторон клеточной кооперации. При всей впечатляющей силе первой публикации в работе был существенный недостаток. Опыты проводили на животных (in vivo), и в силу этого не было возможности учесть всех участников клеточного взаимодействия.

Несколько позднее Mosier и Coppleson (1968) провели эксперименты с культурой клеток. Получив очищенные от посторонних клеток популяции Т-, В-лимфоцитов и макрофагов (МФ), они стали комбинировать между собой различные типы клеток in vitro. Из всех возможных вариантов: Т-лимфоциты плюс В-лимфоциты, Т-лимфоциты плюс макрофаги, В-лимфоциты плюс макрофаги и, наконец, Т-лимфоциты плюс В-лимфоциты плюс макрофаги - продукция антител наблюдалась только при сочетании трех типов клеток. Стало очевидно, что полноценное развитие гуморального иммунного ответа требует не двух, а по крайней мере трех типов клеток. Функция каждого клеточного типа в антителопродукции строго предопределена. Макрофаги и другие фагоцитирующие клетки поглощают, перерабатывают и экспрессируют антиген в иммуногенной, доступной для Т- и В- лимфоцитов форме. Т-клетки, а точнее, одна из субпопуляций этих клеток, так называемых Т-хелперов (помощников), после распознавания антигена начинает продукцию цитокинов, обеспечивающих помощь В-клеткам. Эти последние клетки, получив специфический стимул от антигена и неспецифический от Т-клеток, вступают в основной эффекторный процесс - продукцию антител. При формировании клеточного типа иммунного ответа также необходима кооперация различных типов клеток. Предшественник клеточного ответа, например Т-киллер, после распознавания антигена испытывает на себе действие Т-хелперов и вспомогательных клеток (фагоцитирующих мононуклеаров). Только после взаимодействия предшественника с этими клетками появляется возможность его развития до зрелой эффекторной клетки.
Внимательное изучение механизмов кооперации иммунокомпетентных клеток привело к формированию одного из наиболее перспективных направлений исследования, связанного с изучением роли гуморальных факторов в реализации клеточного взаимодействия. Современное название этих факторов - цитокины.
Сегодня известны структура и функция около 20 таких цитокинов. Более того, для многих из них получены генно-инженерные аналоги, повторяющие активность природных соединений. В табл. 1 в качестве примера представлены некоторые из известных цитокинов, осуществляющих реальную связь между клетками - продуцентами и мишенями, что и вскрывает один из аспектов клеточного взаимодействия.

C середины 60-х годов начало формироваться направление, задача которого - выяснение генетических механизмов, регулирующих силу иммунного ответа. Были обнаружены гены иммунного реагирования (Ir-гены - immune response genes), которые находятся в MHC. Сразу после локализации генов в хромосоме Ir возник вопрос о типе клеток, в которых проявляется активность этих генов. Необходимость решения данного вопроса привела к созданию комбинированных клеточных культуральных систем, составленных от животных с разной способностью к иммунному ответу на те или иные антигены. Как часто бывает в науке, используемая система взаимодействия генетически отличающихся (несингенных или аллогенных) клеток оказалась полезной не только для ответа на выдвинутый вопрос. Она принесла пользу в решении проблемы антигенного распознавания Т-лимфоцитами. Дело в том, что до середины 80-х годов природа антигенраспознающих рецепторов Т-клеток (ТCR - Т-клеточный рецептор) оставалась неизвестной. И только совместные усилия клеточных и молекулярных иммунологов привели к пониманию характера антигенного распознавания тимусзависимыми клетками. Первые опыты, заставившие думать об особом характере ТCR, отличном от антигенраспознающих рецепторов В-клеток, были проведены с культурой клеток.

Так, например, в опытах in vitro была предпринята попытка оценить реакцию Т-клеток (конкретно Т-хелперов) на чужеродный антиген, который был ассоциирован с макрофагами. Выяснилось, что при генетической идентичности между макрофагом и Т-хелперами последние развивают сильную ответную реакцию. Ситуация менялась, если Т-клетки генетически отличались от макрофагов. Во всех случаях, когда различия касались генов, контролирующих антигены II класса, Т-хелперы оставались пассивными. Подобная инертность показалась странной. Действительно, если чувствительные к определенному антигену Т-хелперы распознают только тот антиген, к которому они были сенсибилизированы, им все равно, с каким макрофагом взаимодействовать. Однако факты говорили об обратном. Оставалось предположить, что Т-хелперы распознают не только чужеродный антиген на поверхности макрофагов, но и свои собственные антигены II класса, представленные на тех же макрофагах (рис. 1).

Если Т-хелперы распознают комплекс чужеродного, экзогенного антигена с антигенами II класса MHC, то генерация цитотоксических Т-лимфоцитов (Т-киллеров) связана с ограничениями по антигенам I класса. К такому выводу пришли Zinkernagel и Doherty после проведения серии исследований по индукции Т-киллеров под контролем со стороны MHC.

Специфически сенсибилизированные к определенному вирусу Т-киллеры способны разрушать в условиях in vitro генетически идентичные (сингенные) клетки-мишени, зараженные тем же вирусом. Смена одного вируса на другой отменяла реакцию лизиса, что указывало на специфичность анализируемых Т-киллеров. Однако эта специфичность была ограничена антигенами I класса MHC (Н-2К или Н-2D). Реакция на специфический вирус развивалась только при идентичности по антигенам I класса MHC между премированными Т-клетками и клетками-мишенями, зараженными соответствующим вирусом (рис. 2).

Итак, Т-киллеры, так же как и Т-хелперы, распознают не собственно чужеродный антиген, но его комплекс с продуктами MHC: Т-помощники - комплекс с антигенами II класса, Т-киллеры - с антигенами I класса. В схеме генерация и последующее функциональное проявление двух типов клеток выглядят следующим образом. Проникший в организм чужеродный антиген захватывается и перерабатывается фагоцитирующей клеткой. В результате внутриклеточного процессинга фрагменты антигена выходят на клеточную поверхность, где и образуют комплекс с антигенами I или II класса. Включение в комплекс антигенов MHC и является тем генетически обусловленным ограничением, которое не позволяет развиваться ответу в тех случаях, когда в комплекс включены антигены иного генотипа.
Клеточная феноменология распознавания комплексного антигена Т-хелперами и Т-киллерами указывает лишь на двойной характер такого распознавания (распознавания "своего" и "чужого"), но ничего не говорит о природе собственно антигенраспознающих структур Т-клеток. История изучения этих структур полна ошибок, спекуляций и различного рода общих суждений.

Действительно, явление взаимодействия иммунокомпетентных клеток в условиях ответа на антиген ясно указывало на особые свойства рецепторов Т-клеток, отличных от аналогичных поверхностных структур В-клеток, которым не требуются антигены MHC для реализации процесса распознавания. Отсутствие же конкретных данных по молекулярной организации антигенных рецепторов Т-клеток и приводило к умозрительным построениям, многие из которых так и не нашли экспериментального подтверждения. Только в середине 80-х годов была наконец понята молекулярная природа Т-клеточных рецепторов. Они представляют собой гликопротеины клеточной поверхности, построенные из двух полипептидных цепей: a и b. Каждая цепь включает два домена: вариабельный (V) и константный (С). Антигенраспознающий центр, так же как и у антител, формируется при взаимодействии V-доменов каждой из цепей. Сходство с антителами касается и организации генов, контролирующих синтез рецепторов Т-клеток. Между двумя типами рецепторов имеется значимая гомология по последовательности аминокислотных остатков в полипептидах. Предполагается, что эволюционно Т-клеточные рецепторы явились предшественниками антител. Черты сходства между этими структурами позволили объединить их наряду с другими близкими белками в единое суперсемейство.

В середине 60-х годов была установлена ключевая роль тимуса в формировании пула зрелых Т-клеток. Позднее стало очевидно, что именно в тимусе происходят процессы дифференцировки Т-клеток на субпопуляции (Т-киллеры, Т-хелперы, Т-супрессоры). И наконец, в середине 80-х годов иммунологи поняли, каким образом в тимусе Т-клетки приобретают свое главное свойство - способность к двойному распознаванию.

Путь созревания и "обучения" предшественников Т-клеток в тимусе выглядит следующим образом. Незрелые клетки (пре-Т-лимфоциты), лишенные как маркеров дифференцировки, так и Т-клеточных, антигенраспознающих рецепторов (ТCR), мигрируют по предначертанному пути из костного мозга в субкапсулярную зону органа. Здесь осуществляются первые шаги внутритимусной дифференцировки лимфоцитов. В результате на поверхности клеток начинается одновременная экспрессия двух маркеров дифференцировки (CD4 - маркер Т-хелперов и CD8 - маркер Т-киллеров). Однако у тимоцитов субкапсулярной зоны еще отсутствуют ТCR. Их умеренная экспрессия начинается позднее, после миграции клеток в кору. С момента появления антигенных рецепторов начинается основной этап обучения. Из множества пришедших в кору клеток успех в дальнейшем развитии сопутствует только тем, чьи рецепторы способны взаимодействовать с антигенами ГКГ, обильно представленными на стромальных клеточных элементах. Те клетки, рецепторы которых в силу специфической конформации активного центра неспособны взаимодействовать с антигенами TCR, погибают.
Селекция различных клонов тимоцитов - основное событие, разворачивающееся в одном из центральных органов иммунитета. Отбор клеток по способности распознавать свои собственные антигены является определяющим условием дальнейшего внутритимусного развития Т-лимфоцитов. В тех случаях, когда распознаются антигены I класса, лимфоциты выбирают путь развития в сторону Т-киллеров (маркер CD8). Если же распознавание связано с антигенами II класса, провзаимодействовавшие тимоциты трансформируются в Т-хелперы(CD4).

Предполагается, что узнавание "своего" осуществляется не всем антигенраспознающим центром ТCR, а лишь его частью. Оставшаяся часть центра будет взаимодействовать с возможными в будущем чужеродными антигенами. Именно тогда принцип двойного распознавания "своего" и "чужого" найдет свое реальное проявление.

Хотелось бы сказать несколько слов об иммунологической загадке прошлого. Долгое время оставалось непонятным, почему в тимусе гибнут более 90% поступающих из костного мозга ранних предшественников Т-клеток. Известный австралийский иммунолог Ф. Бернет предполагал, что в тимусе происходит гибель тех лимфоцитов, которые способны к аутоиммунной агрессии. Иначе говоря, тимус выступал в качестве заслона нежелательным или даже "вредным" клонам. Сегодня в данной проблеме имеется определенная ясность. Основная причина столь массовой гибели связана с жесткостью селекционных процессов - положительным отбором только тех клеток, которые способны реагировать со своими собственными антигенами MHC. Все остальные не прошедшие контроля на специфичность погибают.

Поиск по сайту: