Научная статья на тему 'Субпопуляции специализированных лимфоцитов (i). NK-клетки'

Субпопуляции специализированных лимфоцитов (i). NK-клетки Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

CC BY
801
86
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
NK-клетки / активационные и ингибиторные рецепторы / противоопухолевый иммунитет / KIR-рецепторы. / NK-cells / activation and inhibition receptors / antitumor immunity / KIR-receptors

Аннотация научной статьи по фундаментальной медицине, автор научной работы — Кожанова С. В., Шортанбаев А. А., Бижигитова Б. Б.

В обзоре представлена роль NK-клеток во врожденном и адаптивном иммунитете. Подробно описано цитотоксическое действие NK-клеток на клеткимишени, роль NK-клеток в противоопухолевом иммунитете, а также рассмотрены механизмы распознавания антигенов с помощью активационных и ингибиторных рецепторов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

SPECIALIZED SUBPOPULATION OF LYMPHOCYTES (I). NKCELLS

The review is devoted to the discussion of the NKcells 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.

Текст научной работы на тему «Субпопуляции специализированных лимфоцитов (i). NK-клетки»

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

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.