CC BY
490
REVIEWS
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2018 УДК 612.215.4.017.1
Щубелко Р.В.1, Зуйкова И.Н.2, Шульженко А.Е.2
МУКОЗАЛЬНЫЙ ИММУНИТЕТ ВЕРХНИХ ДЫХАТЕЛЬНЫХ ПУТЕЙ
Многопрофильный Медицинский Центр «Клиника К+31», 119415, г Москва;
2ФГБУ Государственный научный центр Институт иммунологии ФМБА России, 115478, г Москва
Иммунная система - это совокупность органов, тканей, клеток и белков, обеспечивающих защиту хозяина от патогенов в любой точке их проникновения и ограничивающих их распространение по всему организму. В ходе эволюции в слизистых оболочках организовалась специфическая лимфоидная ткань - Mucosa associated lymphoid tissue (MALT), где формируются защитные реакции врождённого и адаптивного ответа на патогены. Лимфоидные ткани слизистых оболочек разных отделов имеют свои особенности, отвечающие потребностям их анатомического расположения. Так, слизистая оболочка ротоглотки обеспечивает одновременную обработку как пищевых, так и респираторных антигенов, сохраняя при этом основной иммунный гомеостаз. В этом обзоре рассмотрены структура и особенности организации иммунного ответа оро-фарингеальной слизистой оболочки.
Ключевые слова: мукозальная иммунная система; слизистая оболочка ротоглотки; лимфоциты.
Для цитирования: Щубелко Р.В., Зуйкова И.Н., Шульженко А.Е. Мукозальный иммунитет верхних дыхательных путей. Иммунология. 2018; 39(1): 81-88. DOI: http://dx.doi.org/10.18821/0206-4952-2018-39-1-81-88
Shchubelko R.V.1, Zuikova I.N.2, Shuljenko A.E.2
MUCOSAL IMMUNITY OF THE UPPER RESPIRATORY TRACT
1 Multidisciplinary Medical Center «Clinic K+31», 115478, , Moscow;
2 FSBI National research Center Institute of Immunology Federal Medical-Biological Agency, Moscow, Russian Federation The immune system can be considered as a common throughout the body organ that protects the host from pathogenic microorganisms at any point of their penetration, limiting their distribution in this area. In the course of evolution in the mucous membranes of a specific organized lymphoid tissue - Mucosa associated lymphoid tissue (MALT), which formed a protective response of the innate and adaptive response to pathogens. The lymphoid tissue of the mucous membranes different departments have their own features that meet the needs of their anatomical location. So, the mucous membrane of the oropharynx provides simultaneous processing of both food and respiratory antigens, while maintaining the primary immune homeostasis. In this review viewed the structure and organization of the immune response in oropharyngeal mucosa.
Keywords: mucosal immune system; mucosa of the oropharynx; lymphocytes.
For citation: Shchubelko R.V, Zuikova I.N., Shuljenko A.E. Mucosal immunity of the upper respiratory tract. Immunologiya. 2018; 39(1): 81-88. DOI: http://dx.doi.org/10.18821/0206-4952-2018-39-1-81-88
For correspondence: Shchubelko Rosalia V., doctor allergist-immunologist Multidisciplinary Medical Center «Clinic K+31», E-mail: [email protected].
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
Acknowledgments. The study had no sponsorship.
Received 04.07.17 Accepted 16.08.17
В пределах иммунной системы можно выделить ряд анатомически различных областей, каждая из которых специально приспособлена для генерирования ответа на присутствующие в ней патогены. Каскад иммунных реакций, индуцированных в одной области, в значительной степени ею же и ограничивается. Таким образом, в организме человека можно выделить 4 условные зоны иммунитета:
1) системный иммунитет - иммунный ответ на антигены, которые проникли в ткани или попали в кровь;
2) местный иммунитет слизистых оболочек - область формирования иммунного ответа в зоне, где происходит проникновение большинства патогенных микроорганизмов;
3) иммунитет полостей тела (брюшина и плевра);
4) иммунитет кожи [1, 2].
Слизистые оболочки представляют собой тонкий и проницаемый барьер, выстилающий внутренние части тела и обладающий выраженной физиологической активностью:
Для корреспонденции: Щубелко Розалия Васильевна, врач-аллерголог-иммунолог Многопрофильного медицинского центра «Клиники К+31», E-mail: [email protected]
участие в газообмене (бронхо-лёгочная система), пищеварении (желудочно-кишечный тракт), сенсорной активности (глаза, носо- и ротоглотка), выделении и размножении (уро-генитальный тракт). Именно слизистые оболочки являются первым барьером на пути подавляющего большинства инфекционных агентов, поэтому в ходе эволюции они сформировали иммунобиологический комплекс эффективных механизмов защиты, направленных на обеспечение целостности макроорганизма. Здесь формируются защитные реакции врождённого и адаптивного ответа на патогены, толерантность к непатогенным организмам (комменсалам) и пищевым антигенам, развиваются различные патологические (аллергические, аутоиммунные, инфекционно-зависимые) реакции. Все эти функции обеспечиваются организованной лимфоидной тканью, ассоциированной со слизистыми оболочками, известной под аббревиатурой MALT (от англ.: Mucosa associated lymphoid tissue). В зависимости от анатомического расположения лимфоидной ткани слизистых различают NALT (nasopharynx-associated lymphoid tissue), BALT (bronchus-associated tissue), GALT (gut-associated lymphoid tissue) и SALT (skin-associated lymphoid tissue). Лимфоидные ткани слизистых оболочек разных отделов взаимосвязаны
Иммунология. 2018; 39(1)
DOI: http://dx.doi.org/10.18821/0206-4952-2018-39-1-81-88 ОБЗОРЫ
благодаря рециркуляции между ними лимфоцитов. В то же время лимфоидная ткань слизистых в определённой степени изолирована от других (периферических) вторичных лимфо-идных органов в связи с автономностью путей рециркуляции лимфоцитов [2 - 4].
В отличие от системного иммунитета, который функционирует в стерильной среде и энергично реагирует на патогены, MALT защищает структуры, которые изобилуют инородными телами и поэтому должна экономично выбирать соответствующие эффекторные механизмы и регулировать их интенсивность, чтобы избежать повреждения тканей.
Мукозальный иммунитет ротоглотки - NALT
Ротоглотка является зоной активности NALT. Орофарин-геальная слизистая оболочка обеспечивает одновременную обработку как пищевых, так и респираторных антигенов, поэтому обладает общими характеристиками гастроинтести-нального и респираторного тракта, а также имеет свои собственные отличительные особенности.
Орофарингеальная слизистая образует механический барьер, более толстый и плотный, чем слизистая гастроин-тестинального тракта. Морфологически она состоит из многослойного плоского эпителия, lamina propria (рыхлая соединительная ткань, лежащая под эпителием, которая содержит кровеносные и лимфатические сосуды), и подслизистого слоя (рис. 1) [2, 5].
Важную роль в физико-химическом гомеостазе ротоглотки играет слюна, защитные белки и пептиды которой могут связывать антигены, обеспечивая их агглютинацию и изоляцию на поверхности слизистой. Они также способны первично поражать патогены, обладая антибактериальными, противогрибковыми и противовирусными свойствами [6].
Иммунологический аппарат слизистых оболочек ротоглотки представлен организованными тканевыми структурами - неинкапсулированными скоплениями фолликулов, окружёнными лимфоидной тканью (кольцо Пирогова - Валь-дейера: язычная, нёбные, трубные и глоточная миндалины), и диффузной лимфоидной тканью [5, 7].
Функционально различают афферентную (индуктивную) и эфферентную (эффекторную) зоны лимфоидных тканей слизистых оболочек [2, 5, 7].
Афферентная (индуктивная) зона орофарингеальной слизистой анатомически представлена нёбными миндалинами, слюнными железами, лимфоидными фолликулами и региональными лимфатическими узлами. Здесь происходит распознавание антигена, восприятие сигнала чужеродности, и дальнейшая обработка иммунологической информации. Эти функции обеспечиваются, в основном, дендритными клетками. Дендритные клетки, «запечатлённые» при захвате антигена в разных участках лимфоидных тканей слизистых оболочек, мигрируют в регионарные лимфоузлы. Здесь они презентируют антиген Т-лимфоцитам, индуцируя экспрессию на формирующихся эффекторных Т-лимфоцитах и Т-клетках памяти, молекул адгезии и хемокиновых рецепторов. Благодаря этим структурам эффекторные Т-лимфоциты и Т-клетки памяти «находят» отдел слизистых оболочек, в котором произошёл захват антигена определёнными дендритными клетками. Способность клеток находить «своё место» в организме называют хомингом. В этом процессе задействованы 2 механизма - контактный, обеспечиваемый молекулами адгезии, которые находятся на поверхности лимфоцитов, и хемотаксис, определяющий направленность движения клеток и зависящий от наличия на их поверхности
Рис.1. Структура и иммунные клетки оро-фарингеальной слизистой.
Иммуноциты эпителиального пласта ГА f 1ртЛ 1 CD8aa J (^nkT^ ^ ЭК
Иммуноциты lamina propra © (^¡A+B) ' Тучная > i Клетка i
Рис. 2. Распределение клеток в слизистом и подслизистом слоях.
хемокиновых рецепторов. Аналогичным способом обеспечивается «прицельность» миграции в слизистые оболочки эффекторных В-лимфоцитов - предшественников антитело-продуцентов и В-клеток памяти.
Эффекторный (исполнительный) отдел иммунной системы слизистых оболочек анатомически находится в эпителии, lamina propria и подслизистом слое. Сюда мигрируют активированные лимфоциты - функциональные представители эф-фекторной зоны. Все разновидности эффекторных Т-клеток, сформировавшихся в регионарном лимфатическом узле, покидают его с эфферентной лимфой и в составе лимфы грудного протока поступают в общий кровоток. Как уже упоминалось, дальнейшее распределение эффекторных Т-клеток определяется экспрессией ими молекул адгезии и хемокино-вых рецепторов. Эти клетки мигрируют преимущественно в отделы, из которых происходят индуцированные дендритные клетки. Активированные Т-клетки попадают в эпителиальный пласт и lamina propria через плоский эпителий сосудов. Миграция лимфоцитов в слизистые оболочки усиливается при воспалительной реакции, когда происходит активация эндотелия сосудов мукозальной лимфоидной ткани [2, 7 - 9].
М-клетки
Известно, что в норме чужеродные молекулы и агенты непрерывно поступают в организм через слизистые оболочки. Их транспорт осуществляют специализированные клетки эпителия - М-клетки (от microfold) или М-подобные (M-like) клетки (для некоторых отделов слизистых оболочек, в том числе и для орофарингеальной слизистой). Благодаря особенностям строения, а именно коротким нерегулярным микроворсинкам (микроскладкам), которые увеличивают поглощающую поверхность, и свойствам трансклеточной передачи, М-клетки очень эффективны в плане отбора антигенного материала. Эти клетки присутствуют в составе фолликулярного эпителия, выстилающего поверхность слизистой оболочки над местами расположения лимфоидных фолликулов и пейеровых бляшек, имеют форму колокола, вогнутая часть которого обращена в сторону лимфоидных фолликулов (или пейеровых бляшек), содержащих Т- и В-лимфоциты, преимущественно клетки памяти и дендритные клетки. М-клетки составляют 10% всех клеток фолликулярного эпителия, они лишены слоя слизи, покрывающего другие эпителиальные клетки слизистых оболочек. Основное назначение М-клеток состоит в активном транспорте патогенов из полости органа в лимфоидные структуры. М-клетки захватывают антигенный материал путём эндоцитоза, который затем транспортируется через клетку в везикулах к базальной мембране, где высвобождается во внеклеточное пространство. Этот процесс известен как трансци-тоз. На базальной поверхности клеточная мембрана М-клеток контактирует с подлежащими лимфоцитами и антиген-пред-ставляющими клетками, которые захватывают транспортируемый материал, высвобождаемый из М-клеток, и обрабатывают его для представления антигена. Механизм транспорта не имеет отношения к МНС-зависимому (major histocompatibility complex) процессингу антигенов [5, 7].
Toll-like рецепторы
Toll-like-рецепторы (TLR) - эволюционно древняя система, включающая у человека 10 типов рецепторов, распо-
REVIEWS
ложенных как внеклеточно (TLR1, TLR2, TLR4, TLR5, TLR6 и TLR10), так и внутриклеточно (TLR3, TLR7, TLR8 и TLR9). Они распознают микробные продукты с конкретными структурными особенностями, классифицированными как патоген-ассоциированные молекулярные паттерны или образы патогенности (pathogen-associated molecular pattern, PAMP).
Экспрессия рецепторов TLR является практически повсеместной на иммунных клетках, где они управляют механизмами врождённого и адаптивного иммунитета, и менее распространена в клетках негемопоэтического происхождения, такие как клетки эпителия. Распознавание PAMP подготавливает клетки врождённого иммунитета к выполнению основной функции - удалению чужеродных агентов из внутренней среды организма.
Поскольку TLR специализируется в распознавании микробных продуктов, разумно предположить их высокую концентрацию в местах наибольшего контакта поверхностей макроорганизма с патогенами, а именно на слизистых оболочках. Экспрессия TLR-протеинов сильно варьирует и зависит от участка слизистой и её состояния (нормальное или воспалённое).
Кроме контакта с патогенами (PAMPs), иммунная система слизистых активно взаимодействует с комменсальной микробиотой (микроорганизмами, заселяющими человека, но не вызывающими заболевания), поэтому был введён термин CAMPs для комменсал-ассоциированных молекулярных паттернов (или более общий термин MAMPs - для микроорганизмов, ассоциированных молекулярных паттернов), которые также распознаются системой TLR.
Кроме того, эндогенные лиганды, которые вызывают воспаление при отсутствии инфекции, также могут активировать TLR-зависимый сигнал и определяются как опасность-ассоциированные молекулярные паттерны (молекулярные паттерны, ассоциированные с опасностью - danger-associated molecular patterns, DAMPs) [10 - 13].
Диффузная лимфоидная ткань
Диффузная лимфоидная ткань - это часть эфферентной зоны, представленная различными иммунокомпетентны-ми клетками: Т- и В-лимфоцитами, дендритными клетками, макрофагами, NK- и NKT-клетками, эпителиальными и тучными клетками. Состав диффузной лимфоидной ткани существенно различается в эпителиальном (собственно слизистом) и в подслизистом слоях (рис. 2).
В эпителии (слизистом слое) клетки эфферентного звена представлены интраэпителиальными Т-лимфоцитами (ИЭЛ), состоящими практически исключительно из клеток памяти или активированных лимфоцитов. Соотношение субпопуляций Т-клеток в этом слое различно в слизистых оболочках разных отделов.
Состав популяции клеток иммунной системы в подсли-зистом слое более разнообразен и близок по спектру к вторичным лимфоидным органам и крови. В подслизистом слое присутствуют типичные Т- и В-лимфоциты, NK-клетки, макрофаги, дендритные клетки, нейтрофилы, эозинофилы и тучные клетки. Соотношение субпопуляций Т-лимфоцитов в под-слизистом слое близко к таковому в крови и лимфатических узлах. Хотя здесь преобладают клетки, ранее контактировавшие с антигеном (клетки памяти), выявляют и наивные лимфоциты, мигрирующие в эти ткани из кровотока [7, 15, 16].
Макрофаги
Наиболее важную роль в запуске иммунных процессов играют макрофаги - тканевые варианты моноцитов. Превращение моноцита в макрофаг происходит под влиянием тканевого микроокружения и сопровождается экспрессией новых генов, т. е. может рассматриваться как дифференцировка клеток. Эту дифференцировку регулирует макрофагальный колониестимулирующий фактор (M-КСФ).
ОБЗОРЫ
Антигенпрезентирующая клетка
Наивный Т-лимфоцит
Рис. 3. Дифференциация Т-хелперов в зависимости от цитокинового окружения и их цит» киновые профили.
Выделяют две разновидности тканевых макрофагов: резидентные и воспалительные. Резидентные макрофаги заселяют ткани на различных этапах эмбриогенеза. Они приобретают тканеспецифичные характеристики и поддерживают свою численность за счёт пролиферации in situ. Кроме того, резидентные макрофаги постоянно дифференцируются в результате спонтанной миграции CD14+CD16+ моноцитов из кровотока в ткани под влиянием невоспалительных, так называемых гомеостатических хемокинов. Резидентные макрофаги участвуют в гомеостатических процессах: обменных, регуляторных и репаративных. Они утилизируют повреждённые, стареющие и апоптозные клетки, способствуют резорбции очагов воспаления и некроза и заживлению ран; фагоцитируют иммунные комплексы и продукты лизиса клеточных структур, образующиеся в результате комплементза-висимого лизиса и цитолитического действия эффекторных Т-лимфоцитов. Также они являются профессиональными антиген-презентирующими клетками (АПК).
Резидентные тканевые макрофаги относятся к долгожи-вущим клеткам: продолжительность их жизни исчисляется месяцами и годами. Если не происходит их мобилизации в очаг инфекции или воспаления, они могут погибать, мигрируя в селезёнку или лимфатические узлы.
Большое количество резидентных макрофагов находится в соединительной ткани, в лимфоузлах и лимфоидной ткани, ассоциированной со слизистыми, в том числе со слизистыми воздухоносных путей.
Вторая популяция представлена относительно коротко-живущими макрофагами моноцитарного (костномозгового) происхождения. Относительное содержание таких клеток в ткани зависит от её типа и возраста организма. Количество макрофагов моноцитарного происхождения резко увеличивается при воспалении и нормализуется по его окончании.
Воспалительные тканевые макрофаги образуются из CD14++CD16-моноцитов, которые содержат на своей поверхности множество рецепторов для воспалительных хемоки-нов, в первую очередь CCR2, который является маркером CD14++CD16- моноцитов и отсутствует у резидентных макрофагов, благодаря чему экспрессирующие CCR2-моноциты
мигрируют в очаги воспаления.
Воспалительные макрофаги являются одними из основных эффекторных клеток врождённого иммунитета, так как осуществляют фагоцитоз и внутриклеточный киллинг большинства патогенов. Продуцируя большое количество про-воспалительных цитокинов, эти клетки стимулируют развитие защитной воспалительной реакции и вовлекают в неё другие клетки врождённой и адаптивной иммунной системы.
Таким образом, основными функциями моноцитов/макрофагов является фагоцитоз, презентация антигена и секреторная активность.
Функция фагоцитоза реализуется благодаря большому разнообразию мембранных молекул на поверхности моноцитов/макрофагов - экспрессируемых рецепторов. Наиболее важные в функциональном отношении - это TLR, все разновидности которых представлены на макрофагах, что даёт им возможность распознавать фактически все основные группы паттернов. Благодаря экспрессии лектиновых рецепторов, макрофаги распознают и элиминируют «старые клет-
_ ки» организма. Экспрессия макрофагами
разнообразных Fc-рецепторов обеспечивает распознавание Fc-участков молекул иммуноглобулинов и фагоцитоз опсонизированных ими клеток. Этому способствует и экспрессия на поверхности макрофагов рецептора для комплемента (CR).
Поскольку для проявления функциональной активности моноцитам/макрофагам важно взаимодействие с межклеточным матриксом (в процессе миграции) и с другими клетками (при участии в реакциях иммунитета), на их поверхности также представлено большое число молекул адгезии.
Презентация антигена - узловое событие иммунного ответа, связывающего реакции врождённого и адаптивного иммунитета. Презентация антигена макрофагами обеспечивается экспрессией на их поверхности молекул класса МНС и костимулирующих молекул. Таким образом, макрофаги, наряду с дендритными клетками и В-лимфоцитами, являются «профессиональными» АПК.
Еще одна группа мембранных молекул - рецепторы для цитокинов. Особенно важны рецепторы макрофагов для ин-терферона-гамма (ИФН-у), для провоспалительных цитокинов, которые они сами же и секретируют (интерлейкин-1, фактор некроза опухоли -ИЛ-1, ФНО), а также рецепторы для интерлейкинов 6, 8, 12 (ИЛ-6, ИЛ-8, ИЛ-12), гранулоци-тарно-макрофагального колониестимулирующего фактора (ГМ-КСФ). Кроме того, макрофаги экспрессируют рецепторы для хемокинов, особенно провоспалительных.
Среди секреторных продуктов макрофагов наиболее важную роль в развитии воспаления и реакций врождённого иммунитета играют цитокины. Их секреция происходит, как правило, после активации клетки. Спектр цитокинов, се-кретируемых макрофагами, очень широк: цитокины семейства ИЛ-1, ФНО-а, ИЛ-6, ИЛ-12, ИЛ-23, ИЛ-27, ГМ-КСФ, Г-КСФ, М-КСФ, ИФН-а, ИФН-р, ИФН-у, ИЛ-15 (гомеоста-тический), супрессорные цитокины (ИЛ-10, ТФР-Р) росто-вые/ангиогенные факторы, провоспалительные хемокины, макрофагальные воспалительные и хемотаксические белки.
Также моноциты/макрофаги секретируют некоторые ферменты, гормоны, катионные белки, протеогликаны, метаболиты арахидоновой кислоты, компоненты комплемента, белки межклеточного матрикса. С секреторной активностью
Рис. 4. Иммуноглобулины слизистых оболочек.
связано выполнение макрофагами таких функций, как поставка ряда гуморальных факторов для врожденного иммунитета, иммунорегуляторные эффекты, формирование межклеточного матрикса [7, 17].
Дендритные клетки
Большинство дендритных клеток принадлежит к миелоид-ному ряду, меньшая их часть - к лимфоидному. Незрелые дендритные клетки обоих рядов циркулируют в крови, составляя в сумме менее 0,5% от общего числа лейкоцитов крови. Не достигнув полной зрелости, миелоидные и лимфоидные дендритные клетки мигрируют в ткани. По аналогии с макрофагами тканевые дендритные клетки иногда разделяют на резидентные (стационарные) и воспалительные. Резидентные дендритные клетки присутствуют преимущественно в барьерных тканях -коже и слизистых оболочках. Дендритные клетки слизистых локализуются преимущественно в эпителиальном слое, где они воспринимают антигенный материал, поступающий независимо от М-клеток (М-подобных клеток). Взаимодействуя с патогенами (носителями антигенов), дендритные клетки поглощают их с помощью различных форм эндоцитоза (пино-и фагоцитоза), активируются РАМР, представленными на поверхности патогенов, и под влиянием провоспалительных цитоки-нов мигрируют в тканевую жидкость, а затем в лимфу, где они приобретают характерную форму вуалевидных клеток. Одновременно изменяется мембранный фенотип этих клеток: усиливается экспрессия ко-стимулирующих молекул МНС II, появляются р1-интегрины и хемокиновый рецептор ССЯ7. В это же время осуществляется процессинг антигена и экспрессия его пептидов на поверхности клеток в составе молекул МНС. С током афферентной лимфы дендритные клетки проникают в региональные лимфатические узлы, где мигрируют в Т-зоны, куда их привлекают хемокины ССЫ9 и ССЬ21, распознаваемые рецептором ССЯ7. Оказавшись в Т-зоне лимфоидных органов, дендритные клетки созревают (признак созревания - экспрессия молекул CD83) и превращаются в интердигитальные клетки. Эти клетки не экспрессируют рецептор ССЯ7, но сами вырабатывают хемокины ССЬ21 и ССЫ9, благодаря чему они
REVIEWS
привлекают незрелые дендритные клетки и Т-лимфоциты, поступающие в узел в процессе рециркуляции.
Таким образом, основной функцией дендритных клеток является антиген-презентирующее свойство - способность захватывать (путем пиноцитоза и, в меньшей степени, фагоцитоза) и обрабатывать антиген с последующим его представлением Т-лимфоцитам, что вызывает активацию последних [5, 7, 18].
NK-клетки
Естественные киллеры (natural killers, NK) - довольно крупные лимфоциты с азурофильной зернистостью в цитоплазме (большие гранулярные лимфоциты). Основные компоненты гранул NK-клеток, связанные с их цитолитической активностью, - перфорин, гранзимы и гранулозин. Главное их отличие от других популяций лимфоцитов - отсутствие антиген-специфических рецепторов. Основные маркеры NK-клеток - комбинация молекул CD56 и CD16. Различают 2 субпопуляции NK-клеток отличные по мембранному фенотипу и функциям: CD56LoCD16+клетки обладают выраженной ци-тотоксической активностью, CD56hiCD16-клетки - активные цитокинопродуценты (ИФН-у, ФНО-а, р, ГМ-КСФ, ИЛ-10).
NK-клетки распознают сигналы опасности в виде эндогенных стрессорных молекул (опасность-ассоциированных молекулярных паттернов, DAMP), а основная их функция -контактный цитолиз клеток, несущих сигналы опасности. Таким образом, наиболее важные функции NK-клеток - цито-токсическая активность по отношению изменённых (трансформированных, инфицированных вирусом, подвергшихся действию стресса) клеток организма и секреция цитокинов, играющие важную роль в регуляции иммунных процессов
[7, 14].
Т-лимфоциты
Т-клетки - разновидность лимфоцитов, основные этапы развития которых проходят в тимусе, что и определило их название (тимусзависимые, или Т-лимфоциты).
Большинство Т-лимфоцитов распознаёт комплекс антигенов с молекулами МНС и участвует в реализации иммунного ответа в качестве исполнительных и регуляторных клеток. Т-лимфоциты экспрессируют молекулярный комплекс TCR-CD3+, где TCR - антиген-распознающий ди-мер, а CD3+ - вспомогательный молекулярный комплекс. Выделяют естественные Т-лимфоциты, формирующиеся в процессе нормального развития, независимо от поступления в организм чужеродных антигенов, а также адаптивные Т-лимфоциты, формирующиеся в ходе иммунного ответа.
Поступившие из кровотока CD4+Т-клетки задерживаются в подслизистом слое и мигрируют из него в lamina propria и, в небольшом количестве, в эпителиальный слой. CD8+^ клетки, напротив, мигрируют преимущественно в эпителиальный слой слизистых оболочек и пополняют пул ИЭЛ.
Свойства клеток, мигрирующих в лимфоидные ткани, ассоциированные со слизистыми оболочками, могут изменятся под влиянием микроокружения (взаимодействие с местными АПК, цитокинами). Это происходит уже в процессе трансмиграции через эндотелий сосудов. Слизистая оболочка - это среда, обогащённая цитокинами, где эпителиальные клетки, макрофаги, дендритные клетки и Т-лимфоциты продуцируют различные виды цитокинов, таких как ТФР-р, ИЛ-6, ИЛ-10 и ИЛ-12. После активации TCR, наивные Т-клетки дифференцируются в различные субпопуляции в зависимости от цитокиновой среды.
Субпопуляции Т-клеток различаются по мембранным маркерам, а также способу распознавания антигена и функциям. Наивные Т-лимфоциты включают 2 основных варианта клеток, отличающихся по структуре TCR: арТ-клетки и у5Т-клетки. Т-клетка может нести только один вариант рецептора. В составе арТ-клеток выявляют 2 субпопуляции: CD8+Т-лимфоциты (ЦТЛ, Т-киллеры), которые распознают антиген в составе молекул МНС I, выполняют функции
ОБЗОРЫ
цитотоксических клеток и CD4+Т-лимфоциты (Т-хелперы), распознают антиген в составе молекул МНС II, поставляют вспомогательные сигналы при активации В-лимфоцитов и макрофагов. Взаимодействие Т-хелперов с дендритными клетками служит пусковым событием Т-зависимого иммунного ответа.
В течение последних десятилетий было идентифицировано несколько субпопуляций Т-хелперов (1Ъ): Th1, Th2, Th17, Th22, Th9, фолликулярные хелперные T- клетки (Tfh) и регу-ляторные T-клетки (Treg). Эти субпопуляции характеризуются производством различных эффекторных цитокинов и экспрессией транскрипционных факторов, они влияют на различные воспалительные и регуляторные процессы (рис. 3).
Клеточные механизмы адаптивного иммунитета вносят в иммунную защиту слизистых оболочек существенный вклад. В первую очередь это относится к цитотоксическим Т-лимфоцитам (CD8+), играющим основную роль в противовирусной защите слизистых оболочек, особенно в воздухоносных путях.
При реализации иммунного ответа в слизистых оболочках большую роль играют также регуляторные клетки (Treg), которые сдерживают иммунные процессы, предотвращая их деструктивные проявления и развитие аутоагрессии. Пул этих клеток пополняется индуцибельными (адаптивными) регуляторными Т-клетками, к которым относят Treg, продуцирующие ИЛ-10 и ТФР-р [2, 7, 8, 15, 16].
Другие субпопуляции интраэпителиальных лимфоцитов (ИЭЛ).
В слизистых оболочках присутствуют у5Т-клетки, которые составляют 20 - 30% от числа внутриэпителиальных лимфоцитов; они являются потомками клеток, заселивших барьерные ткани в эмбриональном периоде. С помощью экспрессируемых TLR-1 и TLR-3 у5Т-клетки способны распознавать PAMP; они не экспрессируют CD4 и гетеродимер-ную форму CD8ap, однако могут экспрессировать CD8aa. Поскольку большинство у5Т-клеток лишено CD4 и CD8, они распознают антиген без участия ко-рецепторов, т. е. без ограничения по МНС. В то же время у5Т-клетки способны встраивать антигенные пептиды в собственные молекулы МНС. Несмотря на то что мигрирующая способность этих клеток ограничена, при активации они экспрессируют CCR7 и мигрируют в Т-зоны лимфоидных органов, где играют роль АПК. Есть сведения о способности у5Т-клеток оказывать прямое цитотоксическое действие на патогены без предварительной сенсибилизации (первая линия защиты от патогенов). Существуют данные о выполнении у5Т-клетками функции естественных регуляторных Т-клеток, предотвращающих чрезмерные проявления пролиферации и секреторной активности лимфоцитов в барьерных тканях. Они подавляют секрецию ИФН-у активированными Т-лимфоцитами, ослабляют пролиферацию и миграцию преимущественно CD8+Т-клеток (как уже упоминалось, это преобладающий класс эффекторных Т-лимфоцитов в слизистых оболочках). Эти свойства у5Т-клетки проявляют как в слизистых оболочках, так и в лимфатических узлах. Ещё одна важная функция у5Т-клеток - поддержание жизнеспособности и функциональной активности эпителиальных клеток слизистых оболочек и участие в регенерации эпителия за счёт секреции ростовых факторов KGF-1, RGF-2 (Keratinocyte grown factors) и IRF (Insulin-related factor-1).
CD8aa. Как уже отмечалось, у5Т-клетки не экспрессируют корецепторы CD4 и гетеродимерную форму CD8ap. Однако 20 - 30% (в некоторых случаях до 60%) у5Т-клеток несут на своей поверхности гомодимер CD8aa. CD8aa+y5Т-клетки эксспрессируют рецепторы, характерные для NK-клеток и распознают стрессорные молекулы (DAMP). С NK-клетками их сближает и то обстоятельство, что в качестве гомеостати-ческого фактора, определяющего их численность, выступает ИЛ-15. Также они содержат в своей цитоплазме цитолитиче-
ские гранулы и экспрессируют гены перфорина и гранзима, что свидетельствует об их способности осуществлять цито-токсическую функцию в отношении инфицированных клеток, а возможно, и патогенов. Кроме того, эти клетки вносят свой вклад в развитие воспалительной реакции, секретируя провоспалительные цитокины.
Кроме всего прочего, ав-Т-клетки также могут нести на своей поверхности гомодимерную молекулу CD8aa. Этот вариант клеток более характерен для слизистой оболочки кишечника. Присутствие гомодимера CD8аа считается признаком активированного фенотипа, хотя CD8aa также обладают угнетающим действием на активационный сигнал к TCR. TCRаP+CD8aa+ происходят из двойных негативных тимоци-тов TCRаP+ CD4- CD8-. Важно отметить, что TGF-P контролирует развитие TCRaP+CD8аа+. Доказано, что TCRаP+CD8aa+ связаны с толерантностью к антигенам кишечника, иммунной регуляцией и антимикробной функцией. Хотя функция TCRаP+CD8aa+ остаётся в значительной степени неизвестной, но сегодня понятно, что эти клетки могут обладать иммунными регуляторными функциями, и связаны с толерантностью к антигенам желудочно-кишечного тракта [5, 7, 15].
]]КТ-клетки
ЫКТ-клетки - особая субпопуляция Т-лимфоцитов, формирующаяся в процессе Т-лимфопоэза, но на поздних этапах развития приобретающая признаки ЫК-клеток. В результате они ко-экспрессируют ключевые маркеры Т- и ЫК-клеток: на их поверхности представлены комплекс TCR-CD3+ и типичные для ЫК-клеток CD56, CD16, а также ингибирующие и активирующие рецепторы. ЫКТ-клетки относят к клеткам врождённого иммунитета. Помимо цитотоксической функции они выполняют роль практически единственного источника цитокинов (в первую очередь ИФН-у) на первом этапе реакции на внедрение патогенов. Также могут выполнять регуляторную функцию, ограничивая интенсивность иммунного ответа, и функцию аутоагрессии [7, 15].
В-лимфоциты
Эти клетки выделяют несколько субпопуляций В-лимфоцитов: В1, В2 и В-клетки маргинальной зоны (расположенных в селезёнке, на границе между белой и красной пульпой). Основная из них - В2-лимфоциты, или «обычные» В-клетки. Главное средоточие В2-клеток - лимфоидные фолликулы (отсюда название - фолликулярные В-лимфоциты). В собственной пластине слизистой оболочки и подслизистом слое В-лимфоциты распределены диффузно.
Основное свойство В-лимфоцитов - экспрессия иммуно-глобулинового рецептора для распознавания антигенов - BCR. Для зрелых наивных В2-клеток (ранее не контактировавших с антигеном), характерна низкая экспрессия IgM и высокая -IgD. После активации антигеном (т. е. в ходе иммунного ответа) класс антиген-распознающего рецептора В-клеток может изменяться: вместо IgM и IgD на мембране появляются иммуноглобулины других классов - IgG, ^А, IgE.
Особенность популяции эффекторных В-лимфоцитов подслизистого слоя, а также структурированной лимфоид-ной ткани слизистых оболочек - преобладание ^А+-клеток, достаточно редко выявляемых в лимфатических узлах и селезёнке.
Как уже упоминалось, ЫАЬТ является ведущим регионарным местом иммунного ответа как против воздушно-капельных, так и против пищевых антигенов, и является первичной индуктивной зоной для В-лимфоцитов (которые способны дифференцироваться в димерно/полимерные секреторные плазмоциты) слюнных желез и слизистой оболочки ротовой полости.
На поверхности В-лимфоцитов конститутивно или под влиянием активации экспрессируются также молекулы, необходимые для выполнения функций, не связанных с распознаванием антигена и выработкой антител. Так, В-клетки несут на поверхности молекулы не только МНС I, но и МНС
II класса, а также костимулирующие молекулы CD40, CD86, а при активации также и CD80. Благодаря экспрессии этих молекул В-лимфоциты могут выполнять роль «профессиональных» АПК.
В-клетки экспрессируют многочисленные рецепторы для цитокинов (ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-2, ИЛ-1, ИЛ-10). В том числе на их поверхности присутствуют рецепторы для цито-кинов семейства ФНО (TNF): BAFF (B-cell activating factor of TNF family) и APRIL (A proliferation inducing ligand), которые защищают В-клетки от апоптоза и выполняют гомеостати-ческую функцию, поддерживая численность этих клеток на постоянном уровне.
В1-лимфоциты - субпопуляция В-клеток, занимающая промежуточное положение между врождённым и адаптивным иммунитетом. Они отличаются от обычных В2-лимфоцитов особенностями локализации и развития. В1-клетки функционируют в основном в lamina propria слизистых оболочек и селезёнке. Выделяют 2 субпопуляции В1-клеток: В1а и В1Ь. В1а-клетки одновременно несут на поверхности молекулы IgM и CD5. CD5 отсутствует на всех остальных В-лимфоцитах, в том числе и на В1Ь-клетках, в остальном очень схожих с В1а-клетками. Для В1-клеток характерен «активированный фенотип», что проявляется в экспрессии на их поверхности ко-стимулирующих молекул CD80 и CD86, обеспечивающих выполнение антиген-презентирующей функции. В1-лимфоциты несут вариабельные рецепторы для антигена, но их вариабельность выражена слабее, чем у классических В-клеток. В1а и В1Ь-клетки экспрессируют BCR, содержащий мембранную форму IgM. Обе разновидности В1-клеток могут дифференцироваться в антитело-образующие клетки без стимуляции антигеном. При этом они секре-тируют преимущественно IgM-антитела. Большинство этих антител специфично к собственным белкам организма (ДНК, гистонам, коллагену, компонентам цитоскелета и т. п.); многие из них полиспецифичны, т. е. способны взаимодействовать с несколькими антигенами, включая аутоантигены, и не способны вызывать повреждение тканей. Естественные антитела, продуцируемые В1а-лимфоцитами, часто специфичны к микробным антигенам и опсонизируют патогены, играя важную роль в реакциях врождённого иммунитета. Несмотря на слабую аффинность, защитная роль антител, продуцируемых В1-клетками, достаточно велика, поскольку она реализуется в самый ранний срок после инфицирования, когда более совершенные опсонизирующие средства (пен-траксины) отсутствуют.
Эти клетки могут принимать участие в адаптивном иммунном ответе, что в большей степени свойственно В1Ь-клеткам. Большинство В1-клеток не требует обязательного участия в ответе Т-лимфоцитов. В1-клетки не поступают в фолликулы, поскольку не экспрессируют CXCR5 - рецептор хемокина CXCL13. Поэтому переключение изотипов и повышение аффинности не характерны для В1-клеток [7, 20].
Антитела
Главный продукт гуморального иммунного ответа на начальных этапах развития (4-7-е сутки) - IgM-антитела, поступающие в системный кровоток и не играющие основной роли в защите слизистых оболочек. Однако уже в ходе первичного иммунного ответа происходит переключение изотипов иммуноглобулинов. ТФР-р, ИЛ-6, ИЛ-10 и BAFF индуцируют переключение синтеза IgM на синтез IgA. Источниками ТФР-р, ИЛ-6, ИЛ-10 и BAFF являются эпителиальные клетки, Т-лимфоциты и дендритные клетки.
В микроокружении слизистых оболочек мигрирующие сюда и образовавшиеся местно плазматические клетки переключают изотип секретируемых антител на IgA. Пик IgA-ответа в слизистых оболочках дыхательных путей приходится на 7-10-е сутки иммунного ответа. Избирательное переключение изотипа антител на IgA характерно для участков слизистых оболочек, заселённых микроорганизмами
REVIEWS
(так в миндалинах и в кишечнике человека на долю IgA-образующих клеток приходится до 90% антитело-продуцентов). В свободных от микрофлоры слизистых, например, в нижних дыхательных путях, преобладают IgG-продуценты.
Важнейший эффекторный фактор мукозальных лимфо-идных тканей - секреторные IgA, формирующиеся из обычных димерных молекул IgA при транспорте через эпителиальный слой слизистых оболочек. На базальной поверхности эпителиальных клеток слизистых оболочек присутствуют так называемые полимерные иммуноглобулиновые рецепторы (pIgR), способные взаимодействовать с димерными молекулами IgA и в меньшей степени - с пентамерами IgM. После связывания pIgR с IgA, образовавшийся комплекс транспортируется через эпителиоцит в составе везикулы от базально-го к апикальному концу эпителиальной клетки. В процессе транспортировки происходит отщепление большей части рецептора, которая в виде секреторного компонента (SC) становится составной частью молекулы секреторного IgA - sIgA. При достижении апикальной поверхности клетки содержимое везикулы, включая sIgA, выбрасывается в просвет органа. Присутствие SC-цепи в составе sIgA придаёт молекуле устойчивость к действию протеаз, присутствующих в среде. IgA не являются ни опсонизирующим фактором, ни активатором комплемента. Связываясь с микроорганизмами-мишенями, IgA-антитела ослабляют их подвижность, предотвращают адгезию на эпителиальных клетках и, как следствие, проникновение в обход М-клеток. С другой стороны, образование комплекса sIgA с антигенами возбудителей облегчает поглощение последних М-клетками (рис. 4) [7, 19, 20].
Организация мукозального иммунного ответа
Таким образом, решающим в судьбе чужеродных веществ, попавшим в организм, является наличие или отсутствие в их составе PAMP: если в проникающих через слизистый барьер молекулах отсутствует PAMP, то сигнал о проникновении патогена не индуцируется. Дендритные клетки захватывают такой материал, но при этом не активируются. Они приобретают толерогенный фенотип и способствуют формированию неотвечаемости на эти молекулы. Когда же через слизистые оболочки поступают патогены, несущие PAMP или свободные PAMP-содержащие молекулы, они распознаются клетками врождённого иммунитета, что служит сигналом для развития воспаления. На этом фоне происходит активация дендритных клеток, а затем их миграция из барьерных тканей в региональные лимфоузлы.
В реализации первой линии защиты в слизистых оболочках решающая роль принадлежит клеткам врождённого иммунитета и прежде всего воспалительным макрофагам. В тоже время определённый вклад в неё вносят «неклассические» лимфоидные клетки. В1-лимфоциты могут секретиро-вать естественные антитела независимо от поступления патогенов. Значительная часть этих антител направлена против распространённых эпитопов патогенных микроорганизмов. Антитела, взаимодействуя с клетками бактерий, связывают комплемент, что облегчает фагоцитоз патогенов и может вызвать комплементзависимый лизис. Свою защитную функцию проявляют также Т-лимфоциты, характерные для слизистых оболочек, - у5Т-клетки и СБ8аа+Т-клетки. Оба типа этих клеток, а также естественные регуляторные Т-клетки и NKT-клетки наряду с резидентными макрофагами обладают регуляторной активностью, направленной на сдерживание слишком интенсивного воспаления, которое могло бы привести к деструкции тканей и разрушению барьеров.
При первичном иммунном ответе на антигены, поступившие из лимфоидных тканей слизистых оболочек, в лимфатических узлах реализуются те же события, что и при ответе на антигены, поступившие из других отделов организма. В Т-зонах лимфатических узлов дендритные клетки презенти-руют Т-лимфоцитам антигенный пептид в составе молекул МНС II. В результате запускается пролиферация и диффе-
ОБЗОРЫ
ренцировка Т-клеток. В конечном счете в лимфатических узлах CD4+Т-клетки дифференцируются в хелперы типов ТЫ-и ТЬ2, а CD8+Т-клетки - в цитотоксические лимфоциты. Аналогично происходит дифференцировка В-лимфоцитов в плазматические клетки - продуценты антител.
Известно, что часть событий по обработке антигенного сигнала происходит в локальных лимфоидных образованиях. Однако для формирования полноценного иммунного ответа требуется участие региональных лимфатических узлов [2, 5, 7, 13].
Развитие мукозального иммунного ответа при повторном контакте с патогеном
При развитии мукозального иммунного ответа формируются клетки памяти, избирательно мигрирующие в барьерные ткани (особенно в те, в которых они образовались). CD8+Т-клетки памяти локализуются в эпителиальном слое, а CD4+Т- и В-клетки памяти - преимущественно в подсли-зистом слое, а также в структурированных лимфоидных образованиях. В большинстве отделов лимфоидных тканей слизистых оболочек преобладают В-клетки памяти, экспрес-сирующие мембранный рецептор ^А-изотипа, а в бронхолё-гочном отделе - IgG-изотипа.
При повторном поступлении в организм патогена через слизистые оболочки он взаимодействует с иммунной системой, обогащённой клетками памяти. Как известно, презентация антигена Т-клеткам памяти значительно облегчена и не требует вовлечения всех механизмов, необходимых для его презентации наивным Т-клеткам. Именно поэтому антиген Т-клеткам памяти могут презентовать не только дендритные клетки, но и макрофаги, В-лимфоциты и другие клетки, возможно даже эпителиальные.
В-лимфоциты выступают в качестве АПК, за этим следует активация Т-клеток памяти и их дифференцировка в эф-фекторные лимфоциты. Таким образом, вторичный иммунный ответ в слизистых оболочках может реализовываться «местными» клетками без значительной их миграции извне и его интенсивность существенно выше, чем первичного [7].
Заключение
Подводя итоги вышеизложенного, необходимо подчеркнуть, что понимание механизмов мукозального иммунного ответа позволит приблизиться к пониманию многих патологических состояний, связанных с несостоятельностью слизистых оболочек, при ненарушенном системном иммунитете. В настоящее время эта проблема не сегодняшнего, но завтрашнего дня, решение которой назревает в связи с расширением знаний об организации иммунной системы человека. Становится бесспорной необходимость разработки и внедрение в практику методов диагностики нарушений местного иммунитета, как и необходимость разработки и применения средств для их коррекции, включая не только иммуномоду-лирующие препараты, но и вакцины, действующие через механизмы мукозального иммунитета (оральные, назальные).
Финансирование. Исследование не имело спонсорской поддержки.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
ЛИТЕРАТУРА (пп. 1—6, 8—16, 18—20)
7. Ярилин А.А. Иммунология. Учебник. М.: ГЭОТАР-Медиа; 2010.
17. Пинегин Б.В., Карсонова М.И. Макрофаги: свойства и функции. Иммунология. 2009; 4: 241-9.
REFERENCES
1. Ruddle N.H., Akirav E.M. Secondary Lymphoid Organs: Responding to Genetic and Environmental Cues in Ontogeny and the Immune Response. J. Immunol. 2009; 183(4): 2205-12.
2. Otczyk D.C., Cripps A.W. Mucosal immunization. A realistic alternative. Human Vaccines. 2010; 6 (12): 1-29
3. Brandtzaeg P, Kiyono H, Pabst R, Russell MW. Terminology: nomenclature of mucosa-associated lymphoid tissue. Mucosal Immunol. 2008; 1: 31—7.
4. Cesta M.F. Normal Structure, Function, and Histology of Mucosa-Associated Lymphoid Tissue. Toxicologic Pathology. 2006; 34: 599-608
5. Janeway C.A., Travers P., Walport M et al. Immunobiology: The Immune System in Health and Disease. 5th edition. New York: Garland Science; 2001.
6. Dale B.A., Fredericks L.P. Antimicrobial peptides in the oral environment: expression and function in health and disease. Curr. Issues Mol. Biol. 2005; 7(2):119-33.
7. Yarilin A.A. Immunology: A textbook. [Immunologiya. Uchebnik]. Moscow: GEOTAR-Media; 2010. (in Russian)
8. Turvey S.E., Broide D.H. Chapter 2: Innate Immunity. J. Allerg. Clin. Immunol. 2010; 125: 24-32.
9. Zuercher A.W., Coffin S.E., Thurnheer M.C. et al. Nasal-associated lymphoid tissue is a mucosal inductive site for virus-specific humoral and cellular immune responses. J. Immunol. 2002; 168(4): 1796-803.
10. McClure R., Massari P. TLR-dependent human mucosal epithelial cell responses to microbial pathogens. Frontiers in Immunology. Microbiol. Immunology. 2014; 5.
11. Pang I.K., Iwasaki A. Control of antiviral immunity by pattern recognition and the Microbiome. Immunol. Rev. 2012; 245(1): 209-26.
12. Akira S., Hemmi H. Recognition of pathogen-associated molecular patterns by TLR family. Immunol. Lett. 2003; 85: 85-95.
13. Nikolov P. Probiotics and Mucosal Immune Response. Licensee InTech. 2012; Chapter 22.
14. Björkström N. K., Kekäläinen E., Mjösberg J.Tissue-specific effector functions of innate lymphoid cells. Immunology. 2013; 139: 416-27.
15. Wu Rui-Qing, Zhang Dun-Fang, Tu Eric, Chen Qian-Ming, Chen WanJun. The mucosal immune system in the oral cavity—an orchestra of T cell diversity. Intern. J. Oral Science. 2014; 6: 125-32
16. Neurath M.F., Finotto S., Glimcher L.H. The role of Th1/Th2 polarization in mucosal immunity. Nat. med. 2002; 8(6): 567—73.
17. Pinegin B.V., Karsonova M.I. Macrophages: properties and functions. Immunologiya. 2009; 4: 241—9. (in Russian)
18. Cutler C.W., Jotwani R. Dendritic cells at the oral mucosal interface. J. Dental. Research. 2006; 85(8): 678-89.
19. Kato A., Hulse K.E., Tan B.K., Schleimer R.P. B lymphocyte lineage cells and the respiratory system. J. Allerg. Clin. Immunol. 2013; 131 (4): 933-57
20. Brandtzaeg P. Secretory immunity with special reference to the oral cavity. J. Oral Microbiol. 2013; 5: 1—24.
Поступила 04.07.17 Принята в печать 16.08.17
