CC BY
87
Лабораторная медицина
УДК 612.112.94
СУБПОПУЛЯЦИИ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ЛИМФОЦИТОВ (I). NK-КЛЕТКИ
Кожанова С.В., Шортанбаев А.А., Бижигитова Б.Б. Кафедра общей и клинической иммунологии с курсом аллергологии Казахский Национальный медицинский университет им. С.Д. Асфендиярова
Резюме В обзоре представлена роль NK-клеток во врожденном и адаптивном иммунитете. Подробно описано цитотоксическое действие NK-клеток на клетки-мишени, роль NK-клеток в противоопухолевом иммунитете, а также рассмотрены механизмы распознавания антигенов с помощью активационных и ингибиторных рецепторов.
Ключевые слова NK-клетки, активационные и ингибиторные рецепторы, противоопухолевый иммунитет, KIR-рецепторы.
SPECIALIZED SUBPOPULATION OF LYMPHOCYTES (I). NK-CELLS.
Abstract The review is devoted to the discussion of the NK-cells role in innate and adaptive immunity. The cytotoxic effect of NK-cells, their role in antitumor immunity, and the mechanisms of antigens recognition by activation and inhibition receptors of NK-cells are considered herein too. Keywords NK-cells, activation and inhibition receptors, antitumor immunity, KIR-receptors.
МАМАНДАНДЫРЫЛГАН ЛИМФОЦИТТЕРДЩ
СУБПОПУЛЯЦИЯЛАРЫ (I). NK-ЖАСУШАЛАР. Ty^h Гылыми шолуда арнайы лимфоциттердщ субпопуляциясы - NK-жасушалардьщ табиги жэне адаптивтт иммунитеттеп мацызы бертген. Олардыц нысана-жасушаларга цитотоксикалыщ эсерЬ iсiкке ^арсы иммунитеттегi мацызы сипатталган. Сонымен ^атар, NK-жасушаларыныц антигендердi активациялыщ жэне ингибиторлыщ рецепторлар квмегiмен тану механизмi толыщ берiлген.
ТYйiндi сездер NK-жасушалар, активациялыщ жэне ингибиторлыщ рецепторлар, iсiкке ^арсы иммунитет, KIR-рецепторлар.
К специализированным лимфоцитам относятся NK-клетки, NKT-клетки и убТ-лимфоциты, которые по целому ряду свойств скорее принадлежат к клеткам врожденного иммунитета, так как продуцируют провоспалительные цитокины и оказывают цитотоксическое действие вскоре после распознавания чужеродных клеток, осуществляя быструю защиту организма. Они имеют общие черты как с клетками врожденного иммунитета (из-за способности к быстрому осуществлению эффекторной функции), так и с клетками адаптивной иммунной системы (главным образом с Т-лимфоцитами) [1,3,10].
Несмотря на то, что эти клетки являются лимфоцитами, они не имеют клональной специфичности, пролиферация и дифференцировка не являются обязательным этапом их ответа на патогены, не происходит и формирования клеток памяти. Таким образом, специализированные лимфоциты лишены
основных свойств, характеризующих клетки адаптивного иммунитета - Т- и В-лимфоциты.
Тем не менее, они обладают рядом характеристик, свойственных Т-лимфоцитам. Эти клетки могут иметь общие с Т-лимфоцитами CD-антигены, а также сходное строение антигенраспознающих рецепторов, хотя их рецепторы характеризуются гораздо меньшим разнообразием, чем рецепторы Т-лимфоцитов [2,6].
Лиганды, которые могут стимулировать рецепторы специализированных лимфоцитов, часто состоят из консервативных молекулярных структур патогенов и собственных структур организма, в том числе классических и неклассических молекул МНС (интактных или модифицированных) или подобных им по строению белков патогенов (в первую очередь вирусов). Многие из активирующих лигандов, распознаваемых
специализированными лимфоцитами, являются углеводами, гликолипидами и малыми непептидными антигенами, которые не распознаются Т-лимфоцитами. Некоторые из этих лигандов могут являться собственными структурами организма, которые модифицированы воспалением или повреждениями клеток, возникающими при вирусной инфекции, при повреждениях ДНК, под воздействием провоспалительных цитокинов и т.п. Таким образом, специализированные лимфоциты могут прямо отвечать на инвазию патогенов, а также на клеточное повреждение или активацию, развивающиеся вследствие этой инфекции.
Помимо активационных рецепторов,
специализированные лимфоциты обычно экспрессируют различные ингибиторные рецепторы, которые модулируют порог их активации, защищая таким образом от чрезмерной, а также от неадекватной активации в отсутствие тканевого повреждения или инвазии патогена.
По времени развития ответа на патогены популяция специализированных лимфоцитов, присутствующих в крови, лимфоидных органах и в тканях организма, находится между клетками врожденного и адаптивного иммунитета. Первые развивают защитный ответ в течение минут и часов, Т-клеточный адаптивный иммунный ответ формируется к 5-7 дню, в то время как специализированные лимфоциты осуществляют защиту против патогенов спустя несколько часов или через 1-3 дня после их распознавания [4,10].
Натуральные киллеры ^К-клетки)
ЫК-клетки - это большие гранулярные лимфоциты, принадлежащие к системе врожденного иммунитета. Они не относятся ни к Т-, ни к В-лимфоцитам, поэтому их еще называют нулевыми
лимфоцитами. NK-клетки образуются в костном мозге из общих предшественников с Т-лимфоцитами под влиянием ИЛ-15. На поверхности NK-клеткок имеется маркерный дифференцировочный антиген CD56. Субпопуляция NK-клеткок с фенотипом CD56+16+, имеющих поверхностный Fc-рецептор к IgG, участвует в осуществлении антителозависимой клеточной цитотоксичности (АЗКЦТ). Среди мембранных молекул, экспрессируемых NK-клетками, находятся молекулы CD2 (характерные для Т-лимфоцитов), а также в-цепь рецептора для ИЛ-2, однако они не экспрессируют ТКР и белок CD3. На NK-клетках отсутствуют и иммуноглобулиновые рецепторы В-лимфоцитов, а также характерные CD-маркеры этих клеток [2,6,7].
Таким образом, для большинства NK-клеток характерен фенотип: CD56+16+ CD2+ CD3-. Существует две субпопуляции NK-клеток: с высоким уровнем экспрессии CD56 и с низким уровнем экспрессии CD56. Первая субпопуляция в большей степени специализирована на осуществлении цитотоксической функции, а вторая - на продукции цитокинов.
NK-клетки оказывают неспецифическое цитотоксическое действие на широкий спектр опухолевых клеток и на клетки, инфицированные многими вирусами и некоторыми внутриклеточными патогенами. В периферической крови содержание NK-клеток составляет от 5 до 10% от всех лимфоцитов периферической крови [1,4,5].
NK-клетки не проходят дифференцировку в тимусе, они выходят из костного мозга в кровь и затем мигрируют в ткани, где осуществляют врожденную иммунную защиту, называемую естественной цитотоксичностью, которая особенно важна для защиты организма от вирусов и опухолей.
Во время инфекции или опухолевого роста NK-клетки привлекаются в очаг патологии и активируются цитокинами и хемокинами, секретируемыми другими клетками врожденного иммунитета, в первую очередь гранулоцитами, или вирус-инфицированными клетками других тканей в очаге инфекции. Особенно важную роль в этом играют интерфероны I типа (IFN-a IFN-в), ИЛ-15 и ИЛ-12. IFN-ы I типа, которые продуцируются клетками многих типов в ответ на инфицирование вирусами, являются сильными активаторами NK-клеток, включая клеточно-опосредованную неспецифическую
цитотоксичность и продукцию ими цитокинов.
ИЛ-15 совместно с ИЛ-12 (который продуцируют активированные дендритные клетки и макрофаги) индуцируют секрецию NK-клетками значительных количеств IFN-y. Другие цитокины, продуцируемые в очаге инфекции макрофагами и эпителиальными стромальными клетками, такие как ИЛ-1,6,18, TNF-a и др., усиливают осуществляемый NK-клетками ответ [5,16].
В свою очередь, IFN-y, секретируемый NK-клетками, активирует макрофаги, стимулируя их фагоцитарную и микробицидную активность и повышая продукцию провоспалительных цитокинов, и оказывает противовирусное действие в очаге инфекции. После привлечения с помощью хемокинов и воспалительных цитокинов NK-клеток в лимфоузлы выделяемый ими IFN-Y способствует дифференцировке наивных Т-клеток в
сторону образования Тх1, одновременно подавляя образование Тх2 и их функции. Таким образом, продуцируя ряд иммунологически важных цитокинов, NK-клетки играют важную роль в иммунной регуляции, влияя как на врожденный, так и на адаптивный иммунный ответ.
Активированные NK-клетки синтезируют также TNF-a (индуцирующий апоптоз клеток-мишеней), ИЛ-24 (аутокринно индуцирующий синтез TNF-a и IFN-y), ИЛ-32 (член семейства ИЛ-1, провоспалительный цитокин и индуктор синтеза TNF-a), а также ИЛ-13 и ИЛ-26 (член семейства ИЛ-10), которые являются
противовоспалительными цитокинами, подавляют Тх1-ответ и стимулируют синтез IgE [5,6,14,16].
Цитотоксическое действие NK-клеток на клетки-мишени
NK-клетки оказывают цитотоксическое действие на опухолевые и инфицированные вирусами клетки с помощью механизмов, сходных с теми, которые используют CDB+ЦТЛ.
В цитоплазме NK-клеток содержатся многочисленные гранулы, содержащие перфорин и грэнзимы. В отличие от CDB+ЦТЛ, у которых формирование гранул происходит после их активации, NK-клетки и в покоящемся состоянии содержат в своей цитоплазме секреторные гранулы. Поэтому морфологически они представляют собой большие гранулярные лимфоциты. После прикрепления NK-клетки к клетке-мишени с помощью соответствующих рецепторов в клетку поступает достаточно сильный активационный сигнал, и она отвечает дегрануляцией. В месте межклеточного контакта выделяются перфорин и грэнзимы, которые вызывают апоптоз клетки-мишени (аналогично CDB+ЦТЛ). В отличие от CDB+ЦТЛ, синтезирующих TNF-ß (лимфотоксин), NK-клетки продуцируют TNF-a, который также содержится в секреторных гранулах и может индуцировать апоптоз клеток-мишеней, экспрессирующих на своей поверхности рецепторы к этому цитокину.
Возможна также прямая клеточная цитотоксичность, не опосредованная действием цитокинов. Она обусловлена тем, что NK-клетки содержат на своей поверхности Fas-лиганд (мембраносвязанная форма TNF) и легко индуцируют апоптоз клеток-мишеней, экспрессирующих на своей поверхности Fas-рецепторы [2,10,14].
Необходимо отметить, что распознавание клеток-мишеней NK-клетками не рестриктировано по белкам МНС. Поэтому во многих случаях цитотоксическая активность этих клеток одинакова как по отношению к сингенным, так и к аллогенным опухолям. Кроме того, цитотоксическая активность NK-клеток не снижается при уменьшении экспрессии белков МНС I класса, характерном для некоторых опухолей [9,12].
Важность участия NK-клеток в
противоопухолевом иммунитете подтверждается исследованиями больных с синдромом Чедиака-Хигасси, при котором имеет место генетический дефект, вызывающий значительное повреждение NK-клеток. У таких больных отмечено возрастание частоты определенных типов злокачественных опухолей [5,10].
Как уже упоминалось, ЫК-клетки с фенотипом CD56+16+, имеющие на своей поверхности Fc-рецепторы к участвуют в осуществлении антителозависимой клеточной цитотоксичности (АЗКЦТ). ^ своими Fab-фрагментами связывается с антигенными детерминантами на поверхности клеток-мишеней, а с помощью Fc-фрагмента прикрепляется к Fc-рецептору на поверхности ЫК-клеток. В результате через Fc-рецептор стимулируется дегрануляция этих клеток. Выделяющиеся перфорин, грэнзимы и Т^-а индуцируют гибель антигенно чужеродных клеток. Показано, что большинство ЫК-клеток способны участвовать в АЗКЦТ.
Этот механизм сочетает в себе элементы адаптивного (участие антител) и врожденного (участие ЫК-клеток) иммунитета. Помимо ЫК-клеток, в АЗКЦТ могут участвовать и другие клетки системы врожденного иммунитета - макрофаги, нейтрофилы и эозинофилы. При дегрануляции, индуцированной через Fc-рецепторы, нейтрофилы, эозинофилы и отчасти макрофаги выделяют литические ферменты, разрушающие мембраны клеток-мишеней. Гранулы макрофагов содержат также Т^-а, индуцирующий апоптоз [3,14].
ЫК-клетки вовлечены в раннюю фазу иммунного ответа на инфицирование вирусами и внутриклеточными бактериями. Активность этих клеток стимулируется ^1\1-а, ^1\1-р и ИЛ-12, которые выделяются инфицированными клетками, а также активированными через Толл-подобные рецепторы макрофагами и дендритными клетками. В случае вирусной инфекции уровень этих цитокинов быстро повышается, за ним следует повышение числа ЫК-клеток в очаге инфекции, достигая максимума на 3-й день. Они сдерживают прогрессирование инфекции, пока не произошло образование CD8+ЦТЛ. После того, как численность CD8+ ЦТЛ достигает максимума (на 7-10 день после инфицирования), титр вируса быстро снижается (до 0 на 11-12 день).
Это свидетельствует о том, что ЫК-клетки являются первой линией защиты против вирусов (убивая инфицированные клетки и подавляя их размножение с помощью ^1\1-у) в течение времени, необходимого для активации, пролиферации и дифференцировки пЦТЛ в CD8+ЦТЛ. При этом ЫК-клетки с помощью ^1\1-у способствуют индукции адаптивного иммунного ответа, так как данный цитокин стимулирует дифференцировку Тх1, которые являются ключевыми клетками, вызывающими формирование пула эффекторных CD8+ЦТЛ [5,6,10].
Рецепторы, с помощью которых NK-клетки детектируют клетки-мишени
ЫК-клетки осуществляют распознавание потенциальных клеток-мишеней, используя специальные клеточные рецепторы, с помощью которых они опознают аномалии клеточной поверхности, такие как снижение или отсутствие экспрессии молекул МНС I класса, необычный профиль поверхностных антигенов, экспрессированных на некоторых опухолевых и инфицированных вирусами клетках, а также повышенное содержание индуцированных клеточным повреждением молекулярных мишеней на клеточной поверхности [9,12].
Детектирование клеток-мишеней NK-клетки осуществляют с помощью двух типов рецепторов -активационных и ингибиторных.
Осуществление цитотоксического действия на опухолевые и инфицированные вирусами клетки требует прямого контакта атакующих NK-клеток и клеток-мишеней. Для этого NK-клетки должны обладать механизмом, направляющим их цитотоксическое действие на аномальные клетки и защищающим нормальные. Выполнение этого двойного требования и обеспечивается двумя наборами рецепторов: ингибиторными и активационными.
Ингибиторные рецепторы подавляют
цитоксическое действие NK-клеток путем связывания с белками МНС I класса или другими поверхностными молекулами, постоянно экспрессирующимися на нормальных здоровых клетках.
Активационные рецепторы, напротив, индуцируют цитотоксическое действие NK-клеток путем связывания с молекулярными структурами, которые индуцируются клеточным повреждением или кодируются встроенными в геном клетки-мишени генами вирусов или онкогенами.
У человека ингибиторные и активационные рецепторы относятся к суперсемейству иммуноглобулинов и называются KIR-рецепторами (от Killer cell-Ig-like Receptors). KIR-рецепторы NK-клеток являются разновидностью так называемых паттерн-распознающих рецепторов (ППР) врожденного иммунитета, к которым также относятся Толл-подобные рецепторы и NOD-рецепторы. KIR-рецепторы кодируются генами, расположенными в 19-й паре хромосом. В их составе содержится 2 или 3 внеклеточных домена и несколько внутриклеточных, с помощью которых (в зависимости от их структуры) KIR-рецепторы могут подавлять или активировать цитотоксичность NK-клеток. У мышей аналогом KIR-рецепторов являются лектиноподобные рецепторы [5,11].
Активация NK-клеток определяется суммарным воздействием на эти клетки активационных и ингибиторных рецепторов, величина этой активации определяется динамическим балансом активирующих и ингибирующих сигналов, обеспечиваемых через эти рецепторы.
Ингибиторные KIR-рецепторы распознают различные варианты полиморфных молекул МНС I класса, а также подобные им по строению вирусные белки. Так как практически все клетки экспрессируют молекулы МНС I класса, ингибирование цитотоксической функции NK-клеток через эти рецепторы является одним из наиболее важных механизмов для предотвращения разрушения нормальных клеток организма NK-клетками. Снижение или полное отсутствие экспрессии молекул МНС I класса (характерное для опухолевых клеток и клеток, инфицированных некоторыми вирусами, которые блокируют эту экспрессию) уменьшает или полностью отменяет ингибирующий сигнал. Это смещает баланс в сторону преобладания активационных сигналов, что стимулирует цитотоксичность NK-клеток [11,13,15].
Таким образом, активационный порог NK-клеток в конечном счете определяется уровнем экспрессии
молекул МНС I класса на клетках хозяина. Клетки, экспрессирующие нормальные уровни неизмененных молекул МНС I класса, как правило, избегают всех видов цитотоксического действия NK-клеток.
Активационные KIR-рецепторы более
многочисленны, чем ингибиторные. Основные активационные рецепторы NK-клеток распознают либо собственные модифицированные повреждением молекулы, либо белки, кодируемые вирусными генами или онкогенами.
Одной из важных групп индуцированных клеточным повреждением лигандов активационных KIR-рецепторов являются молекулы МНС I класса, экспрессия которых нарушена повреждением или стрессом, а также связанные с молекулами МНС I класса стресс-индуцированные белки.
Другая группа лигандов представлена вирусными белками (такими как гемагглютинины вируса гриппа), продуктами онкогенов, а также пептидами патогенов, например, M. tuberculosis. В этой роли могут также выступать МНС-подобные вирусные белки.
Дополнительные сигналы, активирующие NK-клетки, могут быть обеспечены цитокинами, в первую очередь IFN-аД TNF-а, ИЛ-12 и ИЛ-15. Активации NK-клеток при вирусной инфекции может способствовать также наличие TLR3 рецепторов в их цитоплазме [6,9,15].
Дефицит активационных сигналов, снижая цитотоксическую функцию NK-клеток, может способствовать развитию рака, вирусных инфекций и накоплением в организме поврежденных, нефункциональных клеток. В то же время дефекты ингибиторной сигнализации могут вести к индукции цитотоксической активности NK-клеток против нормальных клеток организма хозяина.
В генетических исследованиях установлено, что определенные комбинации KIR-рецепторов и белков МНС хозяина ассоциированы с репродуктивными нарушениями, такими как частые спонтанные выкидыши или преэклампсия. Некоторые комбинации KIR-МНС способны замедлить прогрессию определенных инфекционных заболеваний, таких, например, как СПИД и цитомегаловирусная инфекция. Установлено также, что одни комбинации KIR-МНС ускоряют прогрессию опухолей цервикального канала, индуцированных вирусом папилломы, другие, напротив, замедляют ее. Выявлены определенные комбинации KIR-МНС, способствующие прогрессии злокачественной меланомы.
Показано, что некоторые комбинации KIR-МНС коррелируют со снижением ингибиторных сигналов и
ведут к более быстрому и интенсивному развитию таких аутоиммунных заболеваний, как диабет I типа и псориатический артрит [5,6,8,12,13].
Литература
1. Мейл Д., Бростофф Дж., Рот Д.Б., Ройтт А. Иммунология: Москва, 2007
2. Сепиашвили Р.И., Балмасова И.П. Физиология естественных киллеров, Москва, 2005
3. Тотолян А.А., Фрейдлин И.С. Клетки иммунной системы. С-Петербург, 2000
4. Biron C.A. et al. Natural killer cells in antiviral defense: function and regulation by innate cytokines. Ann. Rev. Immunol. 1999, 17: 189-220
5. Cerwenka A., Lanier L.L. Nk-cells, viruses and cancer. Nat. Rev. Immunol. 1999, 17:189-220
6. DeFranco A.L., R.M.locksley, M.Robertson. Immunity. The immune response in infections and inflammatory disease, London, 2007: 208-217
7. DiSanto J.P. Natural killer cell developmental pathways: a question of balance. Ann. Rev. Immunol., 2006, 24: 257-286
8. Gazit R. et al. Lethal influenza infection in the absence of NK receptor gene Ncr1. Nat. Immunol. 2006, 7: 517-523
9. Kim S. et al. Licensing of NK-cells by host MHC class I molecules. Nature, 2005, 436:709-713
10. T.J. Kindt, Goldsby R.A., Osborne B.A. Kuby Immunology, NY. 2007: 360-368
11. Lanier L.L. NK cells recognition. Ann. Rev. Immunol. 2006, 24: 257-286
12. Rajagopolan S., Long E. Understanding how combinations of HLA and KIR genes influence disease. Journ. Exp. Med. 2005, 201: 1025-1029.
13. Parham P. MHC class I moleculas and KIRs' in human history: health and survival. Nat. Rev. Immunology, 2005, 5: 201-209
14. Russel J.H. Ley T.J. Lymphocyte-mediated cytotoxicity. Annual Review of Immunol., 2002, 20: 370-374.
15. Vilches C., Parham P. KIR: diverse, rapidly evolving, receptors of innate and adaptive immunity. Ann. Rev. Immunol. 2002, 20: 217-251
16. Wald O. et al. IFN-y acts on T-cells to induce NK-cell mobilization and accumulation in target organs. J. Immunol. 2006, 176:4716-4729
