Раздел 6
КЛЕТЪЧЕН ИМУНИТЕТ – ФУНКЦИИ НА Т-УБИЙЦИТЕ И Т-ПОМОЩНИЦИТЕ
Според функцията си Т-лимфоцитите се разделят на
три основни типа (субпопулации): Т-убийци, Т-помощници и Т-супресори. Тук ще
разгледаме първите две субпопулации и тяхната роля в имунния отговор. Т-супресорите
доста се отличават от останалите Т-лимфоцити и ще бъдат обсъдени другаде.
1. Т-убийци (цитотоксични Т-лимфоцити)
Част от Т-лимфоцити имат задачата да убиват прицелни клетки чрез цитотоксичност. Те се наричат Т-убийци, Т-ефектори или цитотоксични Т-лимфоцити. Съкратено се означават се с Tc (от англ. cytotoxic), Tk (от англ. killer – убиец) или CTL (от англ. cytotoxic T lymphocyte).
1.1. Антигенно представяне за Т-убийците
Прицелни клетки за Т-убийците са преди всичко клетките, заразени с вирус. Затова тези Т-лимфоцити разпознават антигена на фона на МНС І клас – по-разпространения тип МНС, експресиран от практически всички клетки на организма, в които може да се развие вирус. На повърхността на Т-убиеца освен Т-клетъчния рецептор се открива и друг белтък от имуноглобулиновото надсемейство – CD8. Той има спомагателна роля при разпознаването на МНС І клас. На схемите обикновено се показва как CD8 се свързва "отстрани" с тази част от МНС І клас, която не е ангажирана от Т-клетъчния рецептор.
За да разберем функцията на Т-убийците, трябва
да знаем откъде идват антигенните пептиди върху МНС І клас. Знаем, че в цитозола
и ядрото действа протеазен комплекс, наречен протеазома (вж. раздел Съдба на
белтъците след транслацията). Освен избирателна протеолиза на ненужни и
увредени белтъци протеазомата извършва и неизбирателна протеолиза. Всеки път,
когато в цитозола се синтезира белтък, неголям процент от получените полипептидни
вериги отиват в протеазомата. Там те се нарязват на пептиди, дълги 8-10 аминокиселини.
За да стигнат до клетъчната повърхност, пептидите
трябва да постъпят в пътя за износ. За целта специален транспортен белтък ги
улавя от цитозола и ги прехвърля в лумена на зърнестата ендоплазмена мрежа.
Той се нарича ТАР, съкр. от англ. transporter associated with antigen processing
– преносител за антигенна преработка. ТАР образува в мембраната на ендоплазмената
мрежа тунел, през който преминават пептидите.
Антигените от І клас на МНС се синтезират в самата зърнеста ендоплазмена мрежа, както се полага на белтъци, предназначени за клетъчната мембрана. Така пептидите и МНС І клас се събират в един компартмент и се свързват помежду си. Заедно те продължават по пътя за износ, минават през апарата на Голджи и излизат на повърхността.
1.2. Действие на Т-убийците
Ясно е, че по клетъчните мембрани в организма по всяко време е изложен богат набор от пептиди, откъснати от най-различни собствени белтъци. По причини, които ще разгледаме в друг раздел, имунната система е толерантна към собствените антигени и няма Т-убийци, които да реагират на тези пептиди. Ако обаче някоя клетка бъде заразена с вирус, картината се променя. В цитозола ще започнат да се синтезират вирусни белтъци. Част от тях ще се нарежат в протеазомите и пептидите ще бъдат представени на клетъчната повърхност. Някои Т-убийци със своите рецептори ще разпознаят необичайните пептиди, свързани с І клас МНС, и ще реагират. Всъщност клетките, които представят антигена на Т-убийците, обикновено се наричат не антиген-представящи, а прицелни клетки – защото много бързо стават такива.
След като разпознае прицелната клетка, Т-убиецът се долепя до нея. Той носи на повърхността си белтъка FasL (Fas-лиганд), който се свързва със своя рецептор Fas върху прицелната клетка и причинява нейната апоптоза. Освен това Т-убиецът чрез екзоцитоза отделя гранули, съдържащи белтъците перфорин и гранзим В. Перфоринът образува в мембраната на прицелната клетка канали, през които протеиназата гранзим В прониква в цитоплазмата й. Тъй като по своето действие прилича на каспазите, гранзим В също предизвиква програмирана клетъчна смърт.
Ако вирусът е направил заразената клетка устойчива към апоптоза (някои вируси имат такова действие), след известно време тя загива чрез некроза, тъй като през перфориновите канали нахлува вода и причинява колоидно осмотично лизиране. Независимо как умира клетката-гостоприемник, нейната смърт означава смърт и за намиращите се в нея вируси, защото е малко вероятно точно в този момент те да се опаковат в готови вириони – единствената форма, в която вирус може да оцелее извън клетката.
Цитотоксичното действие на NK-лимфоцитите се основава на същите механизми, макар че в съответния раздел не ги разгледахме толкова подобно. Всъщност NK-клетките и Т-убийците, освен че имат донякъде общ произход, изпълняват подобни функции и при това се допълват. Някои вируси, след като проникнат в клетката-гостоприемник, й пречат да експресира МНС І клас – очевидно защитен механизъм срещу Т-убийците. NK-клетките обаче откриват и унищожават клетки, върху чиято повърхност има твърде малко МНС І клас. Така неспецифичните и специфичните убийци се подпомагат взаимно в борбата срещу вирусните инфекции.
Тук следва да се попита дали Т-убийците като NK-клетките и макрофагите участват в имунния надзор над собствените клетки. Изглежда, отговорът е по-скоро отрицателен. Ако Т-убийците имаха съществена роля в защитата на организма от рак, би трябвало при липса на този тип лимфоцити по-често да се развиват тумори. В действителност пациентите и опитните животни с имунна недостатъчност не страдат от рак повече от здравите хора и животни, с изключение на отделни видове тумори (най-вече с вирусен произход). Можем да си припомним историческите опити, довели до откриването на МНС, при които здрави мишки не оказват никаква съпротива на присаден отвън тумор.
Всъщност е логично примитивните разпознавателни механизми на NK-клетките и макрофагите да са по-подходящи за откриване на туморни клетки от специфичните рецептори на Т-убийците. Злокачествената трансформация често променя цялостния облик на клетъчната повърхност (съдържание на олигозахариди, количество МНС І клас и др.), но рядко е свързана с поява на нови белтъци, които Т-убийците да могат да разпознаят. Често ракът се основава само на неподходяща експресия на нормални гени. Но дори когато причината е мутация, едва ли антигенните детерминанти на засегнатия белтък ще се променят дотолкова, че той да се разпознава като чужд. Измежду всички онкогенни фактори само за вирусите може да се очаква да осигурят нужния антигенен стимул за Т-убийците. За пример можем да вземем два човешки херпесни вируса, причиняващи съответно саркома на Капоши и Бъркитова лимфома. Още преди да се установи причината за тези видове рак, е било известно, че те са много по-чести у хора с имунна недостатъчност – болни от СПИН и африкански деца, отслабени от продължителна нелекувана малария. Явно нормалната имунна система на здравите хора се справя с вирусите-причинители достатъчно успешно.
За да се разбере функцията на цитотоксичните Т-лимфоцити, трябва да се има предвид, че техните средства за убиване на прицелната клетка не са много мощни. Те са подходящи само за незащитените собствени клетки и разчитат най-вече на предизвикване на апоптоза. Т-убийците не са фагоцити и нищо от арсенала им не може да навреди съществено на бактериална клетка, извънклетъчен вирус или друг патоген. Затова те изобщо не се заемат с такива свободни инфекциозни агенти. Не случайно Т-убиецът разпознава чуждия антиген само в комплекс с определени собствени антигени. МНС І клас са сигнал за лимфоцита, че пред него е клетка от организма, т.е. потенциална мишена. Сложният механизъм за разпознаване на антигена от Т-убийците е уместен, защото те са нагодени да действат само срещу собствени клетки на организма.
2. Т-помощници (Т-хелпери)
Втората основна субпопулация Т-лимфоцити се наричат Т-помощници или Т-хелпери (от англ. helper – помощник) и се означават с Th. Функцията им е да активират други клетки от имунната система за действие срещу антигена. Засега няма да разглеждаме всички клетъчни взаимодействия, в които участват Т-помощниците, а само толкова, че да добием най-обща представа за тяхната роля.
2.1. Антигенно представяне за Т-помощниците
Самите Т-помощници не действат пряко срещу антигена, така че не им е нужно да го разпознават навсякъде, където той се намира. Затова Т-клетъчният им рецептор не е нагоден нито за нативен антиген, нито за антиген върху МНС І клас. Т-помощниците разпознават антигена в комплекс с МНС ІІ клас. Както знаем, молекулите от МНС ІІ клас са сравнително слабо разпространени в организма – експресират се от мононуклеарните фагоцити (т.е. макрофагите и техните роднини) и от В-лимфоцитите. Именно тези типове клетки са антиген-представящи клетки за Т-помощниците. На повърхността си освен TCR2 Т-помощникът носи CD4 – белтък от имуноглобулиновото надсемейство със спомагателна роля за разпознаването на МНС ІІ клас, съвсем аналогичен на CD8 при разпознаването на МНС І клас.
По механизъм представянето на антигена върху МНС ІІ клас се различава от представянето му върху МНС І клас. Антигенните пептиди, изнасяни на клетъчната повърхност в комплекс с МНС ІІ клас, не са ендогенни, т.е. не са синтезирани в клетката, която ги представя. Те произлизат от белтъци, погълнати чрез ендоцитоза и нарязани от лизозомните ензими. Макрофагите очевидно могат да свършат тази работа. Знаем, че те поглъщат цели клетки на патогени. След като бъде убита, жертвата се смила от лизозомните хидролази на фагоцита. Не всички нейни съставки обаче се унищожават докрай (т.е. до мономери). Част от белтъците се разграждат само до пептиди. На този етап във фаголизозомата постъпват МНС ІІ клас и свързват антигенните пептиди в своя жлеб. Получените комплекси се връщат на клетъчната повърхност за антигенно представяне.
Другият тип носители на МНС ІІ клас, В-лимфоцитите,
не са фагоцити, но все пак имат известна способност за ендоцитоза и вътреклетъчно
смилане. Щом свържат антиген с повърхностните си имуноглобулинови рецептори,
те поглъщат част от клетъчната си мембрана, където е протекъл този процес. Образуват
се ендозомни мехурчета, съдържащи антителата-рецептори и свързания върху тях
антиген. Тези мехурчета се сливат с лизозоми и белтъците вътре се смилат. Получените
пептиди се свързват с МНС ІІ клас и се изнасят на повърхността по същия начин,
както при фагоцитите.
2.2. Действие на Th1-помощниците
Т-помощниците не са хомогенна група клетки, а се делят на свои субпопулации, специализирани за конкретни функции. Те са две: Th1, отговорни за клетъчния имунитет, и Th2, ръководещи хуморалния имунитет.
Една от основните задачи на Th1-лимфоцитите е да помагат на макрофагите при фагоцитозата. Повечето бактерии имат приспособления за избягване на фагоцитозата (например капсули), но ако все пак бъдат фагоцитирани, загиват бързо. С тези бактерии макрофагите се справят успешно, без да им трябва друга помощ освен опсонизиращи антитела. Има обаче и друга група бактерии, приспособили се към вътреклетъчна среда. Погълнати от фагоцита, те не само не загиват, а и се размножават в него, превръщайки го в клетка-гостоприемник. Най-известният техен представител е Mycobacterium tuberculosis, причинител на туберкулозата. Някои еукариотни паразити като Leishmania правят същото. Срещу такива патогени антителата са безполезни. Нужен е ефективен клетъчен имунитет.
Самите Тh1-помощници, както и останалите лимфоцити, нямат микробицидна активност. Тяхната роля е друга: да активират макрофага така, че той да се справи с погълнатите патогени. Нормално макрофагите са в сравнително неактивно състояние. Това е нужно, за да се запазят тъканите, понеже активираният макрофаг е склонен да уврежда околните клетки неизбирателно. Но от друга страна, именно неактивното състояние на тъканните макрофаги позволява на фагоцитираните вътреклетъчни паразити да оцелеят и да се размножават в тях. Вместо да унищожават патогените, неактивираните макрофаги допринасят за увеличаване на броя им.
Противно на очакванията обаче макрофагът, станал клетка-гостоприемник, все още може да се включи в имунния отговор. Той става антиген-представяща клетка. Ако е успял да убие поне една от бактериите, той може да я смели и да изнесе нейни пептиди в комплекс с МНС ІІ клас. Но дори да не е взел жертви измежду своите паразити, макрофагът може да използва техни секреторни белтъци или отделни спонтанно умрели клетки като източник на антигенни пептиди за представяне.
Ако някой от изложените антигенни пептиди бъде разпознат от Th1-клетка, тя отделя гама-интерферон. За IFN-гама сме споменавали, че за разлика от другите интерферони той е не толкова антивирусно средство, колкото сигнал между различни клетки от имунната система. В случая гама-интерферонът активира макрофага, рязко засилвайки микробицидната му способност. Сега вече макрофагът може да убие вътреклетъчните паразити, които е погълнал, както и тези, които ще погълне впоследствие. Разбира се, много вероятно е околната тъкан също да пострада, но пред заплаха от ранга на Mycobacterium или Leishmania тази опасност е второстепенна.
Другата основна задача на Th1-помощниците е да помогнат при активирането на Т-убийците. При разглеждането на самите Т-убийци опростихме процесите максимално и не споменахме участието на Т-помощниците. В действителност обаче гореописаният Т-убиец, упражняващ цитотоксично действие, е вече активиран. Преди да срещне прицелната клетка, той е взаимодействал с Th1-лимфоцит и е получил от него нужната помощ. Засега няма да обсъждаме как Т-помощникът, разпознаващ антигена върху МНС ІІ клас, намира Т-убиеца, разпознаващ същия антиген, но върху МНС І клас.
2.3. Действие на Th2-помощниците
Макар да произвеждат антителата, В-лимфоцитите обикновено не са достатъчни за хуморален имунен отговор. Само малка група антигени, наречени тимус-независими (Т-независими), предизвикват образуването на антитела без помощта на Т-лимфоцити. Тимус-независими антигени са някои полизахариди и липополизахариди, най-вече с бактериален произход. Огромното мнозинство антигени са тимус-зависими. Хуморалният имунен отговор срещу тях е под контрола на Т-лимфоцитите. За да се произведе забележимо количество антитела, е нужно съответните В-лимфоцити първо да взаимодействат с Т-помощник от тип Th2.
За да има смисъл намесата на Т-лимфоцита, той явно трябва да подпомага В-лимфоцити, специфични за същия антиген. Възниква обаче въпросът как ги различава от другите В-лимфоцити. Ако Т-помощниците разпознаваха нативния антиген като В-лимфоцитите, би могло молекули антиген да се свържат с В- и Т-лимфоцита едновременно и да образуват мост между двете клетки. По-рано наистина се е предполагал такъв механизъм на взаимодействие. Днес обаче знаем, че Т-лимфоцитите не разпознават части от нативния антиген, а откъснати от него пептиди в комплекс с МНС. Следователно епитопите за В-лимфоцита и Th2-помощника са съвсем различни, макар да са части от една и съща антигенна молекула. Именно това налага В-лимфоцитът да бъде антиген-представяща клетка – да поглъща антигена, свързал се върху повърхностните му рецептори, да го смила частично и да изнася получените пептиди заедно с МНС ІІ клас. За Тh2-помощника така представените пептиди са сигнал, че този В-лимфоцит е специфичен за същия антиген и измежду множеството В-лимфоцити именно той трябва да бъде активиран, за да се дели и да се диференцира до плазмоцит.
Сега е ясно защо Ландщайнер, за да получи антитела срещу своите хаптени, е трябвало първо да ги конюгира с белтък-носител. При хуморалния отговор самите антитела могат да разпознават епитопи с всякаква химична природа, но образуването им изисква участие на Т-помощници, които разпознават само пептидни епитопи. Следователно молекулата на тимус-зависимите антигени, ако не е изцяло белтъчна, трябва поне да съдържа белтъчна част.
Можем да обобщим, че докато Th2-помощниците и подпомаганите от тях В-лимфоцити осъществяват имунната защита срещу извънклетъчни патогени, Th1-помощниците и подчинените им Т-убийци и макрофаги отговарят за патогените-вътреклетъчни паразити. Но независимо дали имунният отговор е предимно хуморален или предимно клетъчен, за него трябват Т-помощници. Затова вирусът на СПИН, който разпознава тези клетки по маркера CD4 и ги атакува, изцяло изважда от строя имунната система. Можем да смятаме Т-помощниците за ръководители на имунния отговор.
3. Реакции на свръхчувствителност (алергии), обусловени от Т-лимфоцити
Освен на антитела реакциите на свръхчувствителност могат да се дължат и на Т-лимфоцити. Строго погледнато, и вече известните ни три типа реакции на свръхчувствителност включват участие на Т-лимфоцити, доколкото най-често са насочени срещу тимус-зависими антигени. Все пак обаче тези реакции пряко се осъществяват от антитела и могат да се предадат от един индивид на друг чрез серум. За разлика от тях т. нар. реакции на свръхчувствителност от ІV тип пряко се осъществяват от Т-лимфоцити и могат да се предадат от един индивид на друг само чрез Т-лимфоцити. Тази свръхчувствителност се нарича още клетъчно-обусловена свръхчувствителност, а също и свръхчувствителност от забавен тип, защото са й нужни няколко часа, за да започне, и 1-2 денонощия, за да се прояви напълно.
Забавена свръхчувствителност може да се осъществи по два начина: по механизма на противовирусния имунитет, т.е. с участието на Т-убийци, или по механизма на имунитета срещу вътреклетъчни бактерии и първаци, т.е. с участието на макрофаги. И в двата случая реакцията се ръководи от Т-помощници от тип Th1.
Един от примерите за реакция на свръхчувствителност от ІV тип е т. нар. контактен дерматит, предизвикан от допир на кожата с различни чужди вещества. Изненадващо често те са нискомолекулни и небелтъчни, например никел. Явно те успяват да се свържат с някакви пептиди от самата кожа и да променят антигенния им облик, без да нарушат свързването им с МНС.
Често реакциите на забавена свръхчувствителност са свързани с бактерии и първаци, които са вътреклетъчни паразити. Всъщност такава е първата изучена реакция от клетъчен тип – т. нар. туберкулинова алергия. Тя се проявява у хора, заразени с туберкулоза или имунизирани срещу нея, ако в кожата им се инжектира "туберкулин" – екстракт от Mycobacterium tuberculosis. На засегнатото място се развива възпаление и тъканно увреждане. Вариант на тази процедура, наречен реакция на Манту, се използва като клиничен тест.
Ако имунната система не успее да се справи бързо с инфекция от вътреклетъчни паразити, реакцията на забавена свръхчувствителност може да стане хронична и да има тежки последици за организма. Причината е, че активираните макрофаги неспецифично увреждат околната тъкан. Затова дори ако патогенът се размножава само в мононуклеарните фагоцити, които са малцинство спрямо другите клетки, ще пострада целият засегнат орган. Например образуването на каверни при туберкулозата се дължи не на самите микобактерии, а на реакцията на свръхчувствителност срещу тях.
Вирусите също предизвикват реакции от ІV тип. Кожните поражения при херпес се причиняват не пряко от вируса, а от Т-убийците. Най-ярко се проявява реакцията на свръхчувствителност срещу вируси, които не са цитопатични (т.е. не убиват заразената клетка), а се разпространяват бързо в тъканите. Тогава самият вирус не нанася големи вреди, но имунният отговор срещу него може да бъде разрушителен и дори смъртоносен. Пример е лимфоцитният хориоменингит – вирусна болест по мишките, от която понякога се заразяват и хора. Някои природни миши популации постоянно носят този вирус, който не е цитопатичен. През плацентите на заразените женски той преминава в малките им, които развиват имунна толерантност към антигените му и не страдат от него забележимо. Ако обаче мишка от друга популация се зарази за пръв път като възрастна, последиците са тежки. Клетъчният имунен отговор срещу вируса води до менингит и енцефалит, който често завършва със смърт.
Друг важен пример за забавена свръхчувствителност е отхвърлянето на присадки, което ще разгледаме в следващ раздел.
Като цяло реакциите от ІV тип, сравнени с обусловените от антитела реакции на свръхчувствителност, по-рядко са срещу безобидни съставки на околната среда и по-често са неподходящ имунен отговор срещу действителен патоген. Причината е, че нужното за клетъчния имунитет антигенно представяне се постига най-лесно, ако антиген-представящата клетка наистина е инфектирана.
Основни източници
Маркова М. (1999). Имунитетът. Наука и техника, год. ІV, бр. 12: 41-46.
Стайтс Д.П., А.И. Тер, Т.Дж. Парслоу. Обща и клинична имунология. Национален център по заразни и паразитни болести, София, 1997. (Превод от: Stites D.P., A.I. Terr, T.G. Parslow (Eds.). Basic and Clinical Immunology. 8th Edition. Appleton & Lange, San Mateo.)
Brunner T., C. Mueller (1999). Cytotoxic T cells: Double-barreled shot guns. Nature Medicine 5: 20.
Goldman A.S., B.S. Prabhakar (2002). Immunology overview. In: Baron S. (Ed.). Medical Microbiology. 4th Edition. University of Texas Medical Branch, Texas. [Online] http://gsbs.utmb.edu/microbook/ch001a.htm
Golub E.S. Immunology, a synthesis. Sinauer Associates, Inc., 1987.
Green S. Can alternative treatments induce immune surveillance over cancer in humans? The Scientific Review of Alternative Medicine, Spring/Summer 2000, Prometheus Books.
Kimball J.W. (2002). T helper cells. [Online] http://users.rcn.com/jkimball.ma.ultranet/BiologyPages/T/Th1_Th2.html
Roitt I. Essential Immunology. 6th Edition. Blackwell, Oxford, 1988.
URL http://www.mayamarkov.com/biology/I06Tfunctii/I06Tfunctii.htm
Публикувано 2006
Copyright © Майя Маркова
Предишен раздел
Основна страница
Следващ раздел