Цитокины и воспаление

 

24

 

      В периферической лимфоидной ткани имеются типы специализированных клеток, которые способны усваивать антиген и представлять его в иммуногенной форме на своей поверхности для распознавания. В основном это макрофаги, дендритные (разветвленные) клетки и B-клетки. Все они получили название антигенпрезентирующих клеток (АПК), функция которых - придание проникшему антигену иммуностимулирующих свойств.

      Особенность дендритных клеток состоит в отсутствии выборочности при столкновении с вирусами. Большинство тканей чувствительны только к ограниченному числу различных вирусов. В то же время дендритные клетки поглощают самые разнообразные вирусные частицы. Для дендритных клеток не требуется инициации поверхностных структур, принимающих участие в формировании Т-клеточного ответа. Подобная заданность иммунологически значимых молекул определяет защитный потенциал дендритных клеток. При этом они не обладают способностью к фагоцитозу, но легко усваивают белки и вирусные частицы посредством пиноцитоза.

 

25

 

Антитела используются иммунной  системой для идентификации и  нейтрализации чужеродных объектов — например, бактерий и вирусов. Антитела  выполняют две функции: антигенсвязывающую  и эффекторную (вызывают тот или  иной иммунный ответ).

 

26

 

     Иммуноглобулины всех классов характеризуются общим планом строения. На рисунке представлен план строения IgG. Молекулы иммуноглобулинов состоит из двух тяжелых (H) и двух легких цепей (L). Каждая легкая цепь соединена с тяжелой цепью нековалентными связями, а также одной ковалентной - дисульфидной связью. Дисульфидным мостиком связаны между собой и тяжелые цепи. Молекулярная масса легких цепей IgG (как и всех Ig) - 25 кДа, мол. масса тяжелых цепей IgG - 50 кДа. У человека легкие цепи существуют в двух различных формах, обозначенных как каппа-цепь и лямбда-цепь. От типа тяжелых цепей зависит принадлежность молекулы Ig к тому или иному классу иммуноглобулинов. Структура иммуноглобулинов разных классов и подклассов различается по числу и расположению дисульфидных связей между тяжелыми цепями,.

     Часть молекулы, включающая в себя дисульфидные связи между тяжелыми цепями, где соединяются три плеча Y, называется шарнирным участком молекулы, она обеспечивает конформационную гибкость молекулы. Подвижность плеч позволяет связываться одновременно с антигенами, находящимися на разных расстояниях.

    Каждая цепь включает в себя вариабельную (V) область (VL для L-цепей и VH для H-цепей) и константную (C) область (CL для L-цепей и CH для H-цепей). От вариабельной области зависит специфичность иммуноглобулинов как антител. Константная область H-цепи IgG подразделяется на гомологичные участки: CН1 , CН2 , CН3. L-цепь имеет один константный участок – CL.

   Исследования показали, что одна часть антитела (Fab-фрагмент) предназначена для связывания с антигеном, а другая часть (Fc-фрагмент) взаимодействует с клетками иммунной системы.

 

28

 

IgG является основным иммуноглобулином  сыворотки здорового человека  (составляет 70-75 % всей фракции  иммуноглобулинов). Благодаря малым  размерам является единственной  фракцией иммуноглобулинов, способной  к транспорту через плацентарный  барьер и тем самым обеспечивающей  иммунитет плода и новорожденного.  в молекуле IgG 12 доменов:  по 4 на тяжёлых и по 2  на лёгких цепях.

IgA сывороточный IgA составляет  15-20 % всей фракции иммуноглобулинов,  содержится в серозно-слизистых  секретах (например в слюне,  слезах, молоке.

IgM  Появляются при первичном  иммунном ответе на неизвестный  антиген, составляют до 10 %  фракции иммуноглобулинов. Являются  наиболее крупными иммуноглобулинами. 

IgD составляет менее одного  процента фракции иммуноглобулинов  плазмы, содержится в основном  на мембране некоторых В-лимфоцитов.  Функции до конца не выяснены,  предположительно является антигенным  рецептором для В-лимфоцитов,  еще не представлявшихся антигену. 

IgE в свободном виде в плазме  почти отсутствует. Способен осуществлять  защитную функцию в организме  от действия паразитарных инфекций,  обуславливает многие аллергические  реакции. Механизм действия IgE  проявляется через связывание  с поверхностными структурами  базофилов и тучных клеток,  с последующим присоединением  к ним антигена, вызывая выброс  в кровь гистамина и серотонина —  медиаторов воспаления. 

 

29

 

У здорового человека В-лимфоциты  в течение жизни создают несколько  миллионов вариантов антител,. Никакой  геном не несёт столько структурных  генов. Количество наследуемого  от родителей генетического материала  не так уж и велико — около 120 структурных генов. Это наследуемое  множество генов — зародышевые  гены Ig. Гены, контролирующие синтез  тяжелых цепей иммуноглобулинов, локализованы в 14-й хромосоме  человека, а гены легких цепей  — в 20-й и 22-й хромосомах. Активация  транскрипции гена Н- или L-цепи  происходит только в одной  из двух гомологичных хромосом. Этот феномен экспрессии только  одного аллеля в каждой клетке  носит название аллельного исключения.

Организм не может запастись  заранее всеми необходимыми генами  антител по двум причинам: во-первых, это привело бы к содержанию  в каждой клетке огромного  количества ДНК, во-вторых, в любой  момент может появиться новая  инфекция, для борьбы с которой  не подойдет ни одно из имеющихся  антител. Позвоночные животные решили  эту проблему, выработав специальные  механизмы для редактирования  своего генома.

Формирование генов антител  происходит в два этапа. Сначала, на ранних стадиях развития  организма, гены антител формируются  комбинаторным путем из генетического  материала родителей. Когда в организм  попадает инфекция, гены антител  подвергаются перестройке. Те лимфоциты, чьи антитела проявляют наибольшее  сродство к  чужеродному антигену, начинают вносить случайные изменения  в  вариабельные области. Этот  процесс называется соматическим  гипермутированием. Получающиеся новые  варианты генов экспрессируются  и проверяются на степень сродства  к новому антигену. Это продолжается  до тех пор, пока не будет  найден высокоэффективный вариант  гена. Лимфоциты, производящие такое  антитело, начинают усиленно размножаться. После выздоровления некоторые  из них могут долго сохраняться  в качестве клеток «иммунной  памяти», что снижает риск повторного  заболевания.

Соматическое гипермутирование плохо  изучено. Было установлено, что в нём  участвует особый фермент — цитидин-дезаминаза. Он атакует цитозины в V-области  и отрывает от них аминогруппу, превращая их тем самым в урацилы . После этого в окрестностях  урацилов начинают появляться  мутации. Мутагенез осуществляется  при помощи систем репарации  и репликации ДНК, которые в данном  случае работают с большим  количеством «ошибок».

биологи из Йельского университета (США) создали трансгенных мышей, которым в V-области генов антител  были вставлены искусственно  синтезированные фрагменты ДНК. Всего было использовано 4 фрагмента  для каждой линии мышей. В двух  случаях из четырех фрагмент  состоял только из нуклеотидов  А и Т. В двух других в нём  имелись нуклеотиды Ц.

Из B-лимфоцитов взрослых мышей  выделяли ДНК и смотрели, какие  мутации и в каком количестве  появились во внедренном фрагменте. Оказалось, что если фрагмент  не содержал нуклеотида Ц, то  мутации в нём возникали лишь  по краям — там, где расстояние  до ближайшего Ц (расположенного  за пределами внедренного фрагмента) не превышало 30 нуклеотидов. Это  означает, что присутствие цитозинов  абсолютно необходимо для запуска  процесса гипермутирования, и мутации  распространяются лишь на небольшое  расстояние от каждого Ц.

В фрагментах с Ц мутации  происходили часто. Ключевую роль  здесь играет система неточной  репарации. Удалось выявить конкретные  белки, ответственные за неточную  репарацию в V-областях (Msh2/6, Exo1, ДНК-полимераза η).

 

30

 

      Цитокины могут быть выделены в новую самостоятельную систему регуляции, существующую наряду с нервной и эндокринной системами поддержания гомеостаза, причем все три системы тесно взаимосвязаны и взаимозависимы. За последние два десятилетия клонированы гены большинства цитокинов и получены рекомбинантные аналоги, полностью повторяющие биологические свойства природных молекул. Сейчас известно уже более 200 индивидуальных веществ, относящихся к семейству цитокинов.

 

32

 

       Цитокины представлены  чрезвычайно гетерогенными молекулами  как по аминокислотному составу, аминокислотной последовательности, наличию углеводных остатков, так  и по степени полимеризации  молекулы.

     

 

33

 

    К цитокинам относят интерфероны, колониестимулирующие факторы (CSF), хемокины, трансформирующие ростовые факторы; фактор некроза опухолей; интерлейкины со сложившимися исторически порядковыми номерами и некоторые другие эндогенные медиаторы. Интерлейкины, имеющие порядковые номера, начиная с 1, не относятся к одной подгруппе цитокинов, связанных общностью функций. Они, в свою очередь, могут быть разделены на провоспалительные цитокины, ростовые и дифференцировочные факторы лимфоцитов, отдельные регуляторные цитокины.

    Классификация цитокинов может проводиться по их биохимическим и биологическим свойствам, а также по типам рецепторов, посредством которых цитокины осуществляют свои биологические функции. 

 

34

 

     В таблице приведена функциональная классификация, где все цитокины разделены на группы с учетом их биологической активности.

     Первая группа включает интерфероны I типа и является наиболее про­стой по организации, так как все включенные в нее молекулы имеют сход­ное строение и во многом одинаковые функции, связанные с противовирус­ной защитой.

     Во вторую группу вошли факторы роста и дифференцировки гемопоэтических клеток, стимулирующие развитие кроветворных клеток-предшественников, начиная от стволовой клетки. В эту группу включены цитокины, узкоспецифичные для отдельных линий дифференцировки кро­ветворных клеток (эритропоэтин, тромбопоэтин, а также IL-7, действую­щий на предшественники Т- и В-лимфоцитов), а также цитокины с более широким спектром биологической активности, такие как IL-3, IL-11, колониестимулирующие факторы.

    Цитокины суперсемейства фактора роста фибробластов (FGF) и IL-1 имеют высокую степень гомологии и сходное строение белков, что подтвер­ждает общность происхождения. Тем не менее по проявлениям биологиче­ской активности FGF во многом отличается от агонистов семейства IL-J.

    Следующие группы цитокинов включают семейства IL-6, фактора некроза опухолей и хемокины, представленные наибольшим числом индивидуальных лигандов и пере­численные полностью в соответствующих главах. Семейство фактора некро­за опухолей сформировано в основном на основании сходства в строении лигандов и их рецепторов, состоящих из трех нековалентно связанных оди­наковых субъединиц, формирующих биологически активные молекулы. В то же время по биологическим свойствам в данное семейство включены цитокины с достаточно разными активностями.

    Существует также группа цитокинов, представляющая собой медиаторы функциональной активности Т-лимфоцитов хелперов. Включение в эту группу основано на двух основных принципах: 1) принадлежность к цитокинам, синтезируемым Th1 или Th2, что определяет развитие преимущественно гу­морального или клеточного типа иммунологических реакций, 2) наличие общей рецепторной субъединицы — гамма-цепи рецепторного комплекса IL-2.

 

35

 

37

 

     Гуморальный иммунитет осуществляется при взаимодействии макрофагов, Т- и В-лимфоцитов. Антиген фагоцитируется макрофагами и представляет его пептидные фрагменты Т-хелперам, которые активируют В-лимфоциты, превращающиеся в плазматические клетки, синтезирующие антитела.

     Для активации Т-хелперов необходимо воздействие интерлейкина-1, выделяемого макрофагами при встрече с антигеном.

     Для активации В-лимфоцитов необходимо воздействие лимфокинов, вырабатываемых Т-хелперами (интерлейкины-4, 5, 6). 
 

 

39

 

Основными компонентами острого  воспаления являются тучные клетки, тканевые макрофаги, полиморфноядерные  лейкоциты и продуцируемые ими  медиаторы, а также компоненты  плазмы крови. Установлено, что вслед  за проникновением патогена в  организм, которое, как правило, сопровождается  повреждением ткани, происходит  активация тучных клеток, базофилов, тромбоцитов и высвобождение  из них вазоактивных веществ (гистамина, серотонина и других), вызывающих  расширение сосудов и повышающих  их проницаемость для плазмы  крови. Клинически эта стадия  проявляется покраснением места  воспаления. В свою очередь, повышенная  проницаемость сосудов приводит  к проникновению в ткани жидкости  и компонентов сыворотки, что  проявляется развитием отека, припухлости. В этот период также активируется  кининовая, свертывающая и фибринолитическая  системы.

 

40

 

На начальных этапах воспаления  основным клеточным элементом  реакции выступают нейтрофилы. Под  влиянием хемокинов (ИЛ-8 и др.) они  мигрируют из крови в зону  воспаления, где через 6 часов с  момента развития реакции их  концентрация достигает своего  пика. Нейтрофилы активно фагоцитируют  микробы, проникшие в организм, а  также выступают в качестве  важного источника медиаторов  в зоне воспаления: ИЛ-1, ИЛ-6, ФНОα, ИЛ-8. Под влиянием микробов происходит  также активация тканевых макрофагов, что проявляется в активном  фагоцитозе микробов и дополнительной  продукции провоспалительных цитокинов.