6 курс / Иммунология / Kazmirchuk_V_E_Kovalchuk_L_B_Maltsev_D_V_Klinicheskaya_immunologia

5.Так как антигены — случайные соединения, можно получить антитела к чему угодно и использовать их как специфические реагенты, способные связать что угодно.

6.Иммунитет не контролирует собственно генетический гомеостаз организма, поскольку геном как таковой не является объектом для действия иммунитета. Иммунная система по своей природе распознаёт субстанции, являющиеся фенотипическим проявлением генотипа.

§3. Роль физиологических барьеров в защите от патогенов

Три уровня защиты от патогенов. Для предотвращения развития инфекции в организме формируются три уровня защиты, последовательно вовлекающиеся

вработу при поступлении патогена. Речь идёт о:

1)механических барьерах и физиологических особенностях систем, непосредственно контактирующих с окружающей средой;

2)врождённом (неспецифическом) иммунитете — системе факторов и клеток, способных совершать защиту от любого патогена, независимо от его свойств;

3)приобретённом (адаптивном) иммунитете — собственно иммунных реакциях, реализующихся, благодаря непосредственной деятельности иммунокомпетентных клеток или за счёт синтеза ими защитных факторов — антител.

Принципиальной особенностью компонентов третьего уровня является строгая специфичность — все они направлены исключительно против конкретного патогена, при этом существует соответствие между дозой патогена и выраженностью адаптивных реакций.

Необходимость наличия трёх уровней защиты объясняется, во-первых, исходя из соображений надёжности — каждый из уровней, последовательно подключаясь в борьбу с патогеном, "подстраховывает" предыдущий. Так, при первичном поступлении микроорганизма на слизистые первыми срабатывают механические барьеры и физиологические реакции, при несостоятельности которых подключаются факторы врождённой резистентности, большинство из которых контролируется индуцибельной системой генной регуляции, а потому их уровень увеличивается и достигает максимума по мере накопления патогена. Если и эти механизмы окажутся недостаточно эффективными, вовлекаются собственно иммунные реакции. Таким образом, если первично патоген был вынужден противостоять только первому уровню защиты, то в последующем он ведёт борьбу со всеми тремя, что существенно снижает его шансы на успех.

Кроме обеспечения надёжности, при функционировании 3-х уровней защиты реализуется принцип экономности. Наиболее энергоёмкими являются иммунные реакции, а наименее — первый уровень защиты, поскольку выполнение своих непосредственных обязанностей кожей, слизистой дыхательных путей

ижелудочно-кишечного тракта обеспечивает одновременно и формирование чрезвычайно неблагоприятных условий для вторжения патогена. Таким образом, сначала используются самые "дешёвые" механизмы защиты (хотя и недостаточно специфические), при несостоятельности которых подключаются более энергоёмкие процессы. Кроме этого, за счёт первых двух линий защиты количество патогена уменьшается или предупреждается быстрое его нарастание, что в дальнейшем требует меньше иммунокомпетентных клеток и антител, а также выигрывается время, необходимое для подключения иммунных реаюций.

И, наконец, при реализации трёх уровней защиты достигается принцип приемлемости. Так, например, макрофаги, захватывая и обезвреживая патоген, перерабатывают его в такую форму (иммуногенные пептиды), которую могут распознать иммунокомпетентные клетки (так называемая презентация антигена, речь о которой пойдёт ниже). А лимфоциты, активированные иммуногенными пептидами, выделяют цитокины (медиаторы иммунных реакций), рецепторы к которым имеются на макрофагах.

Большинство патогенов обезвреживается на первом уровне защиты, к которому принадлежат кожные покровы, слизистые оболочки дыхательной, мочеполовой систем и желудочно —кишечного тракта.

Кожные покровы в неповреждённом состоянии являются непроницаемыми для большинства патогенов. При этом имеет значение наличие многослойного плоского ороговевающего эпителия с формированием слоя постоянно слущивающихся роговых чешуек, вместе с которыми с поверхности кожи удаляются многочисленные патогены. Большое значение имеет деятельность сальных желёз, в состав секрета которых входят ненасыщенные жирные кислоты с антимикробными свойствами — формируется так называемая жирно-кислотная мантия, с нарушением функции которой связано развитие многих заболеваний кожи (в первую очередь, грибковых). Так, при гормональном дисбалансе развивается себорея, характеризующаяся гиперпродукцией кожного сала нарушенного состава, что способствует активизации условно-патогенной микрофлоры

иформированию акне. Следует отметить, что на поверхности кожи существуют многочисленные непатогенные микроорганизмы, составляющие ощутимую конкуренцию патогенным видам. Поскольку сапрофитных микробов гораздо больше, нежели патогенных, время от времени попадающих на поверхность кожи, последние встречаются со значительными трудностями при колонизации кожных покровов (конкуренция за рецепторы адгезии). Кроме этого, представители нормальной микрофлоры целенаправленно синтезируют вещества с повреждающим эффектом — так называемые бактериоцины. Следует отметить, что конечные продукты метаболизма сапрофитов могут быть вредными для патогенных микробов. Эти вещества вместе с секретом кожных желёз формируют низкий рН кожи, крайне неблагоприятный для размножения патогенных штаммов. Таким образом, нормальный биоценоз кожи является чрезвычайно мощным барьером, защищающим от патогенных микроорганизмов.

Верхние дыхательные пути имеют извилистый ход (особенно в начальных отделах), что создаёт условия для формирования турбулентностей воздушного потока и оседания взвешенных в нём частичек на слизистую. Последняя по-

крыта секретом слизистых желёз, который находится в постоянном движении, благодаря активности мерцательного эпителия (так называемый мукоцилиарный клиренс). Таким образом, микроорганизмы, осаждённые на поверхность слизистой оболочки, быстро и эффективно удаляются — предотвращается прикрепление патогенных микроорганизмов к поверхности слизистой, а значит, формирование входных ворот инфекции. Если же такие механизмы преодолеваются, включаются рефлекторные акты — чихание и кашель, которые на фоне усиленной секреции способствуют удалению патогена в окружающую среду. Эпителий дыхательных путей постоянно самообновляется, поверхностные клетки, к которым возможно прикрепление патогенов, слущиваются и благодаря мукоцилиарному клиренсу удаляются наружу. В связи с высоким доступом кислорода к слизистой формируются чрезвычайно неблагоприятные условия для размножения анаэробных микроорганизмов. Следует обратить вимание и на конкуренцию со стороны нормальной микрофлоры, колонизирующей верхние дыхательные пути. Лёгочный сурфактант не только противодействует поверхностному натяжению и способствует сохранению расправленного состояния альвеол, но и имеет противомикробные свойства — является механическим барьером, а также ограничивает подвижность микроорганизмов. Так, у новорождённых с гиалиновой пневмопатией существует повышенный риск развития пневмонии в связи с нарушением синтеза сурфактанта.

В секрете слюнных желёз содержатся противомикробные вещества — тиоцианаты. Следует отметить, что проксимальные отделы ЖКТ покрыты многослойным эпителием, имеющим значительную толщину, и лишь в более дистальных отделах появляется однослойный эпителий, легко проницаемый для патогенов. Но вместе с уменьшением толщины защитного клеточного слоя резко усиливается секреция слизи — гликопротеиновой решётчатой структуры, задерживающей многие микрообъекты, в том числе — микроорганизмы. Правда, большинство патогенных микробов способны синтезировать муциназу для преодоления слизистого барьера, но при этом выигрывается время, за которое гидрофильная слизь обеспечивает быструю диффузию бактерицидных веществ (например, лизоцима, пероксидаз). Задержка продвижения микроорганизма и повышение содержания бактерицидных веществ способствует эффективной элиминации инфекционного агента. Низкие значения рН желудочного сока достигаются, благодаря высокому содержанию хлороводородной кислоты и является чрезвычайно неблагоприятной средой для большинства микроорганизмов, особенно имеющих галофильные свойства (оптимальная среда — щёлочная). В частности, подобными свойствами обладает холерный вибрион (оптимальное рН=7,6-8,0). Поэтому лица с нормальной киёлготностью и моторикой желудка имеют низкий риск заболеть холерой, а у лиц с гипоацидными состояниями развитие болезни возможно и при миимальной инфицирующей дозе возбудителя. Предотвращает прикрепление микроорганизмов к слизистой моторика ЖКТ и секреторная активность желёз. Пищеварительные ферменты также являются агрессивными факторами для микробов. Выраженными бактерицидными свойствами обладает жёлчь, благодаря высокому содержанию жёлчных кислот. Большое значение имеют конкурентные взаимоотношения с представителями нормальной микрофлоры пищеварительного тракта. Бактериоцины, синтезированные

кишечными микроорганизмами, не только проявляют бактерицидный эффект, но

имогут угнетать выработку факторов патогенности инфекционными агентами.

Вчастности, нормальной микрофлорой синтезируются вещества, избирательно блокирующие синтез энтеротоксина патогенными штаммами Е. coli. Лишённый факторов агрессии, патогенный микроорганизм гибнет, поскольку не выдерживает конкуренции за субстрат с сапрофитной микрофлорой, которая раполагает более эффективными путями метаболизма.

Слизистую оболочку влагалища заселяют молочнокислые бактерии (палочки Дедерлейна), а в поверхностном эпителии содержится бол ьш ое -кол ичество гликогена/'При физиологическом слущивании клеток эпителия гликоген становится доступным микрофлоре и метаболизируется ею до молочной и пировиноградной кислот, что формирует низкие значения рН в половых путях. Кроме того, для предотвращения инфицирования половых путей имеют значение свойства шейки матки (анатомический барьер и слизистая пробка), перистальтические сокращения маточных труб и работа мерцательного эпителия, выстилающего их слизистую, а также циклическое отслоение функционального слоя эндометрия (вместе с возможными патогенами, которые успели фиксироваться на его поверхности), наличие зародышевого эпителия, покрывающего яичники. Но последние два фактора могут способствовать проникновению патогена, поскольку при десквамации эндометрия оголяется его базальный слой и сосуды, а во время овуляции в месте доминантного фолликула нарушается целостность зародышевого эпителиального слоя.

В мочевыводящих путях имеет значение слабокислая реакция мочи и её нисходящее движение, что способствует элиминации и удалению патогенов в окружающую среду. Сложная система сфинктеров предупреждает возникновение мочевых рефлюксов, что предотвращает восходящее распространение инфекции. Исходя из вышесказанного, логично заключить, что при нарушении уродинамики (из-за врождённых аномалий, уролитиаза) возникает повышенный риск развития инфекционных заболеваний мочевыводящих путей и пиелонефрита.

Мочевыводящие пути покрыты особым типом эпителия — переходным. В переходном эпителии эпителиоциты располагаются в один слой (т.е. каждая клетка контактирует с базальной мембраной), однако их ядра находятся в разных плоскостях за счёт неодинаковой высоты клеток. Таким образом, при гибели одной из клеток, контактирующих апикальной поверхностью с просветом мочевыводящих путей, базальная мембрана не оголяется, поскольку остаётся прикрытой более низкой клеткой, вершина которой не достигает просвета. За счёт указанных особенностей создаётся достаточно надёжный барьер от инфекционных агентов всего из одного слоя клеток.

Следует отметить, что физиологические барьеры работают в тесном сотрудничестве с факторами врождённой резистентности, поскольку тут достигается высокая концентрация лизоцима, лактоферрина, содержатся дендритные клетки и макрофаги. Кроме этого, на слизистые поступают IgA, здесь могут появляться иммунокомпетентные клетки, специфические антитела других классов. Поэтому на уровне физиологических барьеров происходит интеграция всех трёх звеньев защиты, потенцирующих друг друга.

§4. Роль факторов врождённого иммунитета в защите от патогенов

1. Стратегия и тактика распознавания патогенов факторами врождённого иммунитета

Иммунная система традиционно разделяется на врождённый и приобретённый компоненты, каждый из которых наделён специфической функцией и ролью. Однако собственно иммунитетом сегодня принято называть только те процессы, которые реализуются при непосредственном участии иммунокомпетентных клеток (по старой терминологии — приобретённый иммунитет). Приобретённый иммунитет организован вокруг двух классов специализированных клеток — Т-лимфоцитов и В-лимфоцитов. Т-клетки развиваются в тимусе, в связи с чем и получили своё название. В-лимфоциты являются тимуснезависимыми, поскольку развиваются в красном костном мозге. Название этих иммунокомпетентных клеток происходит от бурсы (Bursa) Фабрициуса птиц, где происходят активные В-клеточные реакции.

Каждый лимфоцит содержит только один структурно уникальный рецептор к определённому антигену, а репертуар антигенных рецепторов на всех лимфоцитах чрезвычайно большой и разнообразный. Объём и разнообразие такого репертуара увеличивает вероятность встречи специфического лимфоцита с тем антигеном, который может избирательно связаться с его рецепторами, запуская тем самым активацию и пролиферацию этой клетки. Данный процесс, названный клональным отбором лимфоцитов, объясняет большинство основных свойств иммунной системы. Клональная экспансия лимфоцитов, способных специфически реагировать на антиген, является абсолютно необходимой для генерирования эффективного иммунного ответа.

Однако для продукции достаточного количества клеток клона и их дифференцирования до эффекторных клеток необходимо от 3 до 5 суток, что даёт большинству патогенных микроорганизмов больше чем достаточное время для смертельного повреждения организма-носителя. Поэтому существуют доиммунные механизмы защиты, называемые врождённым иммунитетом, или

врождёнными механизмами резистентности. Эффекторные механизмы врождённой защиты, которые включают антимикробные пептиды, фагоциты, альтернативный путь активации комплемента, после момента инфицирования активируются немедленно и быстро угнетают размножение инфекционного агента. За счёт таких процессов осуществляется сдерживание развития инфекции до того времени, когда созреют соответствующие лимфоциты. Это и является главной функцией врождённого иммунитета. Однако накапливается всё больше данных о том, что врождённые механизмы резистентности специфичны, играют намного более существенную роль в иммунной защите.

Сравнительная характеристика стратегий распознавания антигенов факторами врождённого и приобретённого иммунитета. Главное различие между компонентами врождённой резистентности и иммунокомпетентными клетками состоит в механизмах и рецепторах, используемых для распознавания антигена. Гены антигенраспознающих рецепторов Т- и В-лимфоцитов генерируются на всём протяжении развития организма. Так как эти гены не получены по наследству, а случайно сформированы самим организмом, они не предназначены для распознавания каких либо конкретных антигенов. Лимфоциты, наделённые полезными рецепторами (т.е. специфическими к,антигенам болезнетворных микроорганизмов), отбираются при клональной селекции позже, после встречи с соответствующими антигенами. К сожалению, такие рецепторы не могут наследоваться, хотя они могли бы дать определённые преимущества потомкам. Независимо от того, насколько полезными могли бы быть те или иные рецепторы, последние должны быть повторно "изобретены" каждым последующим поколением.

Так как специфические места рецепторов, непосредственно взаимодействующие с антигеном (так называемые антиген-связывающие сайты), образуются в результате случайных генетических механизмов, репертуар рецепторов таков, что они могут реагировать не только с патогенными микроорганизмами, но и с безвредными естественными, и собственными антигенами. В этих случаях активация иммунного ответа будет вредной для организма, поскольку иммунные реакции к подобным антигенам приведут к развитию аллергических или аутоиммунных болезней.

Возникает вопрос: каким образом иммунная система определяет происхождение антигена и приимает решение о необходимости инициации иммунного ответа против него? Недавно полученные данные демонстрируют, что именно врождённые механизмы защиты играют главную роль в решении этой проблемы. Считают, что в процессе эволюции врождённые факторы резистентности появились раньше приобретённых. Определённые формы врождённой защиты существуют среди всех многоклеточных организмов. В отличие от приобретённого, врождённое распознавание антигена основывается на генетически закодированных рецепторах. Это означает, что специфичность каждого рецептора является наследственным признаком. Преимущества этих закодированных рецепторов состоят в том, что они развиваются под влиянием естественного отбора и имеют определённую специфичность к наиболее типичным антигенам микроорганизмов среды обитания. Проблема состоит в том, что геном каждого организма имеет ограниченное количество генов. Человеческий геном, например, содержит не больше 100 тысяч генов, большинство из которых не имеют никакого отношения к иммунологическому распознаванию. А вместе с тем существует огромное множество разнообразных антигенов, требующих специфического распознавания. Следует отметить, что существует 1014 и 1018 разнообразных соматически генерированных иммуноглобулиновых рецепторов В-лимфоцитов и Т-клеточных рецепторов соответственно. При этом общее количество рецепторов, задействованных во врождённых ме-

ханизмах распознавания, как считают, измеряется лишь сотнями. Кроме этого, микроорганизмы чрезвычайно разнообразны и могут видоизменяться намного чаще, нежели любой из их хозяев. Таким образом, геном является недостаточно ёмкой системой для обеспечения достаточного репертуара рецепторов ко всем антигенам. Поэтому врождённые механизмы резистентности, основываясь на наследственном материале, не в состоянии распознать каждый возможный антиген, а, скорее всего, сосредотачиваются на некоторых наиболее распространённых (типичных, шаблонных) структурах, представленных среди большинства микроорганизмов. Такие структуры называют патоген-связанными молекулярными шаблонами, а рецепторы к ним — шаблонраспознающими рецепторами. Наиболее типичными примерами таких патогенсвязанных молекулярных шаблонов являются следующие структуры:

бактериальные липополисахариды, пептидогликаны, липотейхоевые кислоты, маннаны, бактериальная ДНК, двуспиральная вирусная РНК и глюканы.

Хотя приведённые соединения значительно отличаются по химической структуре, они всё же имеют принципиальные общие свойства. Во-первых, такие молекулы продуцируются только патогенными микроорганизмами, но не их хозяевами. Например, определённые по структуре липополисахариды синтезируются только бактериями, а потому взаимодействие рецепторов шаблонного распознавания с такими липополисахаридами сигнализирует макроорганизму именно о бактериальном вторжении. В то же время, факторы врождённой резистентности не могут установить, какая именно бактерия проникла в организм, т.е. распознавание является недостаточно специфическим, а потому — несовершенным. Во-вторых, патогенсвязанные шаблоны являются жизненно важными структурами для возбудителя или определяют его патогенность, поэтому последний не может избавиться от них, дабы избежать распознавания и элиминации. И, наконец, такие молекулы являются инвариантными, т.е. присутствуют у всех представителей определённых классов патогенных микроорганизмов. Например, все грамотрицательные бактерии содержат поверхностные липополисахариды, поэтому соответствующий рецептор шаблонного распознавания хозяина может выявить присутствие в организме фактически любой грамотрицательной бактерии, несмотря на какие-либо её специфические признаки.

Шаблонраспознающие рецепторы. Шаблонраспознающие рецепторы содержатся на так называемых профессиональных антигенпредставляющих клетках, к которым принадлежат дендритные клетки, макрофаги и В-лимфоциты. При этом экспрессия таких рецепторов не является клональной. Это означает, что все рецепторные молекулы одного типа имеют идентичные свойства. Напомим, что каждый клон иммунокомпетентных клеток несёт антигенраспознающий рецептор уникальной структуры. Как только шаблонраспознающие рецепторы идентифицируют патогенсвязанный молекулярный шаблон, сразу же запускаются эффекторные механизмы, что объясняет высокую кинетику механизмов врождённой резистентности. Высокая скорость реагирования обусловлена совмещением распознающей клеткой функций клетки-эффектора (т.е. той клет-

ки, которая непосредственно повреждает патоген). Например, макрофаг распознаёт патогенсвязанный молекулярный шаблон, в связи с чем активируется и немедленно производит фагоцитоз распознанного патогена.

Функционально рецепторы шаблонного распознавания разделены на три класса: секреторные, клеточные и сигнальные. Секреторные шаблонраспознающие рецепторы функционируют в качестве опсонинов, связываясь с микробными шаблонами и помечая их для последующего распознавания системой комплемента или фагоцитами. Следует отметить, что опсонинами .называют своеобразные биологические "метки", которые, фиксируясь на различных объектах, облегчают их распознавание факторами врождённой резистентности. Наиболее известный секреторный рецептор шаблонного распознавания — маннозосвязывающий лектин (лектин — это белок, способный связывать углеводы), который синтезируется в печени и циркулирует в плазме крови в поиске патогенов. Этот белок принадлежит к кальцийзависимому семейству лектинов и функционирует как компонент так называемой острофазовой реакции (см. "Компоненты врождённого иммунитета").

Клеточные шаблонраспознающие рецепторы находятся на поверхности фагоцитов. Если такие рецепторы распознают патогенсвязанный молекулярный шаблон на микробной клетке, они инициируют захват фагоцитом носителя такой шаблонной молекулы с формированием специфической эндоцитарной вакуоли — фагосомы. В последующем фагосома сливается с лизосомой с образованием фаголизосомы, где и происходит деструкция патогена. В результате расщепления захваченного объекта пептиды патогена представляются в составе молекулы главного комплекса гистосовместимости (HLA) II класса на поверхности макрофага (либо другой антигенпредставляющей клетки) для распознавания специфическими рецепторами иммунокомпетентных клеток.

Маннозосвязываюищй лектин макрофага является его клеточным шаблонраспознающим рецептором. Этот белок распознаёт углеводы с высоким содержанием манноз, что является характерным для поверхностных структур микроорганизмов, и обеспечивает их фагоцитоз макрофагами. Другой клеточный шаблонраспознающий рецептор макрофагов — так называемый фагоцитарный рецептор к липополисахаридам (рЛПС) — связывается со стенками бактериальных клеток, обильно содержащих липополисахаридные субстанции. В частности, этот рецептор используется селезёночными и печёночными макрофагами для удаления микробных клеток из кровотока.

Сигнальные шаблонраспознающие рецепторы при взаимодействии с шаблонами активируют внутриклеточные молекулярные каскады, стимулирующие экспрессию многих генов иммунного ответа, кодирующих структуру провоспалительных субстанций. К этой группе относятся toll-like рецепторы (TLR). Расшифрован сигнальный путь, запускающийся такими рецепторами при распознавании микробных липополисахаридов (рис. 1). Сегодня известно 11 разновидностей TLR антигенпрезентирующих клеток, способных распознавать шаблонные структуры микроорганизмов (бактерий, вирусов, грибков), простейших, растений и даже собственного организма (табл. 1).

пути. MyD88 является белком, адаптирующим различные TLR к идентичному цитоплазматическому молекулярному каскаду клеток, в связи с чем получил название белка-адаптера. В первом случае (TLR1, TLR2, TLR4, TLR5, TLR6, TLR7, TLR9) конечным результатом реализации каскада является высвобождение мощного провоспалительного посредника — нуклеарного фактора кВ, который обеспечивает синтез доиммунных цитокинов (ФНО-а, ИЛ-Ιβ, ИЛ-6, ИЛ-12), стрессбелков, костимулирующих молекул (CD80, CD86, CD40), хемокинов (в частности ИЛ-8), антиапоптотических белков (см. "Апоптоз как регулятор иммунного ответа"). При реализации Му088-независимого пути (TLR3 и TLR4) конечным результатом,является синтез ИФН α/β и костимулирующих молекул.

Таким образом, уже на уровне системы вродженной резистентности имеет место дифференциальный подход к типу ответа при разных формах патогенов. Так, при внеклеточных патогенах (бактерии) реализуется Му088-зависимый путь активации клетки, а при внутриклеточной инфекции (вирусы) — Му088-независимый.

Рис.1. Му088-зависимый цитоплазматический молекулярный каскад, инициируемый активацией toll-like рецептора при распознавании бактериального липополисахарида

Бактериальный липополисахарид взаимодействует с плазменным белком, именуемым липополисахарид-закрепляющим. Именно он передаёт обнаруженный липополисахарид CDI4-peuenTopy антигенпредставляющих клеток. Для того, чтобы полноценно отреагировал toll-like рецептор необходимо также присоединение белка MD2. Таким образом, комплекс распознавания липополисахарида имеет, по крайней мере, три компонента — CD14, собственно TLR и MD2. При активации TLR происходит вовлечение в каскад белка-адаптера MyD88, работающего с внутренней стороны цитолеммы. При