2. Предмет и задачи иммунологии.

Задачи иммунологии:

1. изучение иммунной системы здорового человека;

2. изучение роли ИС в патогенезе инфекционных и неинфекционных заболеваний

3. разработка унифицированных и информативных методов оценки иммунного статуса

4. разработка новых высокоэффективных иммуноактивных препаратов и оптимальных схем их применения.

Основным предметом исследований в иммунологии является познание механизмов формирования специфического иммунного ответа организма ко всем чужеродным и антигенном отношении соединиениям.

Наиболее характерными признаками иммунной системы, отличающими ее от иных систем организма, является следующие:

1. Способность дифференцировать все «свое» от всего «чужого»;

2. Создание памяти от первичного контакта с чужеродным антигенным материалом;

3. Клональная организация иммунокомпетентных клеток, проявляющаяся в способности отдельного клеточного клона реагирования только на одну из множества антигенных детерминант.

3. Достижения иммунологии

• Расшифровка на молекулярном уровне биологических процессов микробных клеток, обеспечивающих их жизнедеятельность.

• Выявление факторов патогенности микробов и процессов патогенеза инфекционных болезней.

• Расшифровка антигенной структуры бактерий и создание более чувствительных и информативных методов индикации и идентификации микробов. Осуществление химического и генно-инженерного синтеза многих антигенов.

• Установление химической структуры антител (иммуноглобулинов) и синтез антител в биологических системах. Разработка способа получения моноклональных антител гиб-ридомной техникой.

• Расшифровка генома многих бактерий и вирусов, в том числе таких как ВИЧ, вируса гепатита В, оспы и др.

• Создание рекомбинантных штаммов бактерий и вирусов, не существовавших ранее в природе.

• Использование рекомбинантных штаммов бактерий и вирусов для получения в промышленных условиях разнообразных биологически активных веществ (антибиотиков, гормонов, ферментов, иммуномодуляторов, антигенов и др.), а также для разрушения (деградации) с помощью микробов веществ, загрязняющих окружающую среду.

• Разработка диагностических систем, основанных на иммунологических и генетических принципах, для клинической микробиологии и иммунологии.

• Разработка принципиально новых молекулярных и генно-инженерных противобактериальных и противовирусных вакцин.

• Развитие учения об иммунитете как способе зашиты организма от генетически чужеродных веществ инфекционной и неинфекционной природы. Расшифровка строения и основных принципов функционирования иммунной системы, основанных на кооперации Г-, В- и Л-клеток. • Открытие основных форм реагирования иммунной системы и принципов ее регуляции с помощью иммуноцитокинов.

• Создание современных теорий иммунитета: клонально-се-лекционной (Ф.Бернет) и молекулярно-генетической (С.То-негава). Открытие явления иммунологической толерантности (П.Медовар и М.Гашек) и иммунологической памяти (Ф.Бернет).

• Развитие клинической иммунологии. Разработка комплекса методов для оценки нормального состояния иммунной системы (иммунный статус) и отклонений в ее функционировании (первичные и вторичные иммунодефициты). Разработка способов коррекции работы иммунной системы с помощью иммуномодуляторов.

• Генодиагностика и генотерапия иммунодефицитов.

4. Строение и роль костного мозга в деятельности иммунной системы.

Все клетки крови, в том числе и иммунокомпетентные клетки, проис-

ходят из полипотентной стволовой клетки, которая дает начало разнымро-

сткам кроветворения, в том числе миеломоноцитарному и лимфоцитарно-

му. Направление дифференцировки ранних предшественников зависит от

влияния их микроокружения, от влияния стромальных клеток костного

мозга. К стромальным клеткам костного мозга относятся: фибробласты,

адипоциты, эндотелиоидные и эпителиоидные клетки, а также клетки, по-

добные гладкомышечным. Стромальные клетки контролируют гемопоэз

либо путем прямых контактов с клетками-предшественниками, или через

продукцию и секрецию цитокинов. Цитокины могут влиять на выбор пути

дифференцировки или обеспечивать сигналы стимуляции, обеспечиваю-

щие дифференцировку по выбранному пути.

Действие отдельных цитокинов на клетки-предшественники в условиях

invitro проявляется стимуляцией роста отдельных колоний, состоящих из

лейкоцитов определенного типа. Отсюда их название - колониестимули-

рующие факторы: GM-CSF, G-CSF, M-CSF. Гранулоцитарно-моноцитар-

ный фактор стимулирует пролиферацию ранних общих клеток-предшест-

венниковмиело-моноцитопоэза. Гранулоцитарный и моноцитарный фак-

торы стимулируют клетки-предшественники каждого из ростков. Еще бо-

лее универсальным является так называемый мульти-CSF (интерлейкин-3),

который стимулирует все ростки кроветворения. Продуцентами этих рос-

товых факторов и других цитокинов являются стромальные клетки костно-

го мозга, макрофаги и активированные лимфоциты. Интерлейкин-1 и ин- терлейкин-6 являются синергистами колониестимулирующих факторов в

стимуляции пролиферации клеток-предшественников или индуцируют

продукцию ростовых факторов. Наряду с этим макрофаги и лимфоциты

продуцируют ряд цитокинов, ингибирующих процессы пролиферации и

дифференцировки клеток-предшественников. К таким ингибирующим ци-

токинам относятся: туморнекротизирующий фактор, интерферон-гамма,

трансформирующий ростовой фактор. Очевидно, часть цитокинов выраба-

тывается в костном мозге постоянно (конститутивно) и участвует в регу-

ляции функций костного мозга в нормальных условиях. Другая часть ци-

токинов продуцируется в ответ на индукцию для целенаправленногоуси-

ления продукции тех лейкоцитов, которые необходимы для замещения

клеток, мобилизованных в очаги воспаления, инфекции или опухолевого

роста. Таким образом, основной функцией костного мозга является про-

дукция всех клеток, участвующих как в неспецифической защите организ-

ма, так и в специфическом иммунном ответе. При этом часть клеток кост-

ного мозга участвуют в продукции регулирующих гемопоэз молекул-

цитокинов и все они являются клетками-мишенями действия этих и других

цитокинов.

У млекопитающих костный мозг выполняет дополнительную функцию,

являясь местом созревания В-лимфоцитов. Стволовая клетка может диф-

ференцироваться в сторону общего предшественника лимфоцитов, кото-

рый может дать начало предшественникам В-лимфоцитов, предшествен-

никам Т-лимфоцитов, а также предшественникам естественных киллеров.

Один из продуктов стромальных клеток костного мозга - интерлейкин 7 -

преимущественно стимулирует процесс созревания В-лимфоцитов из ко-

стно-мозговых предшественников. Созреванию В-лимфоцитов способст-

вуют также интерлейкины 3, 4 и 6, а ингибирует их созревание трансфор-

мирующий ростовой фактор - TGFβ. Незрелые В-лимфоциты имеют по-

верхностныеIgD и FcγR, несут маркер CD10 и рецепторы для цитокинов:

IL-3R и IL-7R. По мере пролиферации и дифференцировки В-лимфоциты

приобретают поверхностные антигены гистосовместимости 2-го класса

(MHC 2 класса), рецепторы для комплемента и поверхностные IgM. Созре-

вание В-лимфоцитов, в отличие от Т-лимфоцитов, завершается в костном

мозге и в кровь выходят малые лимфоциты, несущие на своей мембране

все структуры, необходимые для участия в специфическом иммунном от-

вете .

5. Строение и роль тимус в деятельности иммунной системы.

Тимус состоит из двух долей: lobusdexter и lobussinister, соединенных друг с другом посредством рыхлой соединительной ткани. Верхние, более узкие, концы долей обычно выходят за пределы грудной полости, выступая над верхним краем рукоятки грудины и иногда достигая щитовидной железы. Расширяясь книзу, вилочковая железа ложится впереди больших сосудов, сердца и части перикарда.

Величина железы изменяется с возрастом. У новорожденного масса ее примерно 12 г и продолжает расти после рождения до наступления половой зрелости, достигая 35-40 г, после чего (14-15 лет) начинается процесс инволюции, вследствие которого масса у 25-летних понижается до 25 г, к 60 годам - менее 15 г, к 70 - около 6 г. Атрофии подвергаются главным образом латеральные участки железы и отчасти нижние, так что железа, поскольку она сохраняется у взрослого, принимает более удлиненную форму. При инволюции элементы железы в значительной степени замещаются жировой тканью с сохранением общих очертаний железы.

Соответственно снижается и продукция Т-лимфоцитов. Самая высокая продукция Т-лимфоцитов сохраняется до двух лет, а затем быстро падает. Однако следует отметить, что количество Т-лимфоцитов в циркуляции сохраняется на достигнутом уровне. Дело в том, что значительную часть популяции Т-лимфоцитов составляют долгоживущие клетки, которые не нуждаются в постоянном обновлении. Поэтому численность Т-клеток может поддерживаться во взрослом организме и в отсутствие тимуса. Более того, зрелые Т-лимфоциты подвергаются так называемой «клональной экспансии», т.е. избирательной пролиферации в ответ на встречу со своим антигеном, за счет чего их численность возрастает. После создания пула периферических Т-лимфоцитов утрата тимуса уже не приводит к катастрофическому снижению иммунитета. В пользу этого говорят результаты иммунологического обследования взрослых людей, перенесших тимэктомию.Лимфоциты, находящиеся в тимусе, называют тимоцитами. Они включают Т-лимфоциты на разных стадиях дифференцировки. Ранние предшественники Т-лимфоцитов из костного мозга поступают в корковый слойтимуса. Эти незрелые клетки еще не несут на поверхности маркеров, ха-

рактерных для зрелых Т-лимфоцитов. Постепенно они мигрируют из кор-

кового слоя тимуса в мозговой, постоянно контактируя с эпителиальными

клетками, макрофагами и дендритными клетками и испытывая на себе

влияние продуцируемых этими клетками медиаторов. В процессе продви-

жения в мозговой слой тимоциты поэтапно приобретают характерные для

Т-лимфоцитов поверхностные рецепторы и антигены. Зрелые Т-лимфо-

циты, экспрессирующие уже полные наборы поверхностных маркеров,

включая маркеры субпопуляций CD4 или CD8, покидают тимус, поступа-

ют в циркуляцию, заселяют Т-зависимые зоны периферических органов

иммунной системы.

Эпителиальные клетки тимуса синтезируют ряд пептидных гормонов,

из которых наиболее изучены: тимулин, α1 и β4 - тимозины, тимопоэтин

(его активный пентапептид ТР5), сывороточный фактор тимуса. Показана

способность этих полипептидов стимулировать экспрессию различных

маркеров дифференцировки и функции Т-лимфоцитов. Очевидно, поэтап-

ная дифференцировка Т-лимфоцитов в тимусе направляется и контролиру-

ется в значительной степени этими тимическими гормонами. Кроме того,

процессы пролиферации и дифференцировки тимоцитов контролируются

цитокинами. Часть цитокинов продуцируются стромальными клетками

тимуса: интерлейкины 1, 3, 6, 7 (IL-1, IL-3, IL-6, IL-7), колониестимули-

рующие факторы (CSFs), туморнекротизирующий фактор (TNF), транс-

формирующий ростовой фактор бета (TGFβ). Другие цитокины продуци-руют и секретируют сами тимоциты: интерлейкины 2, 3, 4 (IL-2, IL-3, IL-

4), гамма-интерферон (IFNγ). IL-7 стимулирует пролиферацию тимоцитов

на самой ранней стадии (TCR−, CD3−, CD4−, CD8−). Другие перечисленные

цитокины, действующие в разных сочетаниях, усиливают процессы про-

лиферации. IL-4 стимулирует не только пролиферацию, но и созревание

тимоцитов. IFNγ угнетает стимулированную IL-4 пролиферацию тимоци-

тов. Ингибитором пролиферации является также TGFβ .

В тимусе идут параллельно несколько процессов: пролиферация Т-

лимфоцитов, их созревание и элиминация потенциально аутореактивных

клеток. Контактируя с эпителиальными и другими клетками стромы тиму-

са, каждый тимоцит последовательно получает сигналы: пролиферации,

изменения поверхностного фенотипа, перестройки (реарранжировки) генов

для приобретения Т-лимфоцитами широкого «репертуара» специфично-

стей рецепторов, позитивной и негативной селекции, функционального со-

зревания. Все эти процессы необходимы для превращения незрелого тимо-

цита в функционально полноценный Т-лимфоцит. Все эти процессы про-

исходят на территории тимуса, только в разных его слоях и при участии

разных стромальных клеток.

В тимусе идет постоянная пролиферация тимоцитов: из общего количе-

ства 2×108 тимоцитов 20-25%, т.е. 5×107 клеток заново образуются еже-

дневно при их делении. Отличительная черта тимуса новорожденных -

очень высокий уровень пролиферации клеток: суточный прирост клеток

соответствует массе самого органа. Но самое удивительное, что большая

часть этих клеток не покидают тимуса, погибая на месте. Только 2-5%, т.е.

1×106 из них в виде зрелых Т-лимфоцитов ежедневно покидают тимус, по-

ступая в кровь и расселяясь в лимфоидных органах. Это значит, что 50×106

т.е. 95-98% тимоцитов ежедневно погибают в тимусе путем индуцирован-

ногоапоптоза (запрограммированной гибели).

Основная функция зрелых Т-лимфоцитов это распознавание чужерод-

ных антигенных пептидов в комплексе («в контексте») с собственными ан-

тигенами тканевой совместимости на поверхности вспомогательных (анти-

ген-презентирующих) клеток или на поверхности любых клеток-мишеней

организма. Для выполнения этой функции Т-лимфоциты должны быть

способны распознавать собственные антигены тканевой совместимости,

специфичные для каждого индивидуума. Одновременно Т-лимфоциты не

должны распознавать аутоантигенные пептиды самого организма, связан-

ные с собственными антигенами тканевой совместимости. Между тем в

процессе перестройки (реарранжировки) генов созревающих тимоцитов

некоторые из них приобретают рецепторы Т-клеток (РТК), специфичные

именно в отношении антигенных пептидов самого организма, т.е. аутоан-тигенных пептидов. В связи с этим в тимусе параллельно с процессами

пролиферации и созревания тимоцитов идут процессы их селекции - отбо-

ра нужных Т-лимфоцитов.

Селекция тимоцитов идет в два этапа. После того, как на индивидуаль-

ном тимоцитеэкспрессируется РТК его уникальной специфичности, клетка

вступает в этап позитивной селекции. Для того, чтобы выжить и вступить в

следующие этапы развития, тимоцит должен проявить способность распо-

знавать собственные антигены тканевой совместимости, экспрессирован-

ные на эпителиальных клетках коры тимуса. Существуют сотни разных

аллелей антигенов тканевой совместимости, из которых лишь малая часть

экспрессирована на клетках данного индивидуума. Из широчайшего «ре-

пертуара» специфичностей РТК лишь немногие подойдут для распознава-

ния индивидуального набора антигенов тканевой совместимости данного

организма. Тимоциты с такими «подходящими» РТК получают сигнал

дальнейшей дифференцировки. Они отобраны на этапе позитивнойселек-

ции и вступают в следующий этап.

На границе коркового и мозгового слоев тимуса созревающиетимоци-

ты встречаются с дендритными клетками и макрофагами. Профессия этих

клеток - презентация (представление) антигенных пептидов в комплексе с

собственными антигенами тканевой совместимости для распознавания Т-

лимфоцитами. В данном случае эти клетки презентируют пептиды самого

организма - фрагменты аутоантигенов, которые могут заноситься в тимус с

током крови. В отличие от зрелого Т-лимфоцита, который при встрече с

антигенным пептидом, специфичным дляего РТК, получает сигнал акти-

вации, незрелыетимоциты в тимусе при распознавании специфичных для

их РТК антигенных пептидов получают сигнал генетически запрограмми-

рованной смерти - апоптоза. Таким образом идет негативная селекция ау-

тореактивных Т-лимфоцитов, которые подвергаются делеции, т.е. погиба-

ют путем индуцированногоапоптоза.

В результате позитивной и негативной селекции из тимуса в кровоток и

в лимфоидные органы поступают только такие Т-лимфоциты, которые не-

сут РТК (TCR), способные распознавать собственные антигены тканевой

совместимости и не способные распознавать аутоантигенные пептиды в

комплексе с собственными антигенами тканевой совместимости. Основные

характерные для Т-лимфоцитов поверхностные маркеры в процессе созре-

вания клеток появляются на их мембране в определенной последователь-

ности: CD2, CD3, CD5, CD28, TCR, CD4 и CD8. При окончательном созре-

вании Т-лимфоциты приобретают один из вариантов поверхностногофе-

нотипа: включающий или CD4, или CD8. Такие зрелые Т-лимфоциты бе-

рут на себя основные защитные функции в противовирусном и противо-

опухолевом иммунитете, Среди генетически детерминированных заболеваний, объединенныхпод названием ТКИД, описана генетически детерминированная аплазиятимуса - синдром DiGeorge, который проявляется отсутствием Т-клеток иТ-зависимых функций иммунной системы. Имеющиеся единичные Т-лимфоциты дефектны по поверхностным маркерам и ответу на митогены.

При этом количество В-лимфоцитов, плазматических клеток, уровни им-

муноглобулинов могут быть близки к норме. Но способность к гумораль-

ному ответу на вакцинацию нарушена в связи с отсутствием Т-хелперов.

Единственный способ коррекции такого дефекта - пересадка тимуса от ме-

нее чем 14-недельного плода. На этом сроке развития плода, когда зрелых

тимоцитов, способных вызвать РТПХ, еще нет, тимус содержит достаточно

тимических эпителиальных клеток, чтобы обеспечить успешное развитие

Т-лимфоцитов из собственных костномозговых предшественников реципиента выполняют важные регуляторные функции.