Основные клетки иммунной системы

Основные «солдаты» иммунной системы (ИС) представляют собой класс подвижных белых клеток крови — лейкоцитов.
Есть два различных типа лейкоцитов: фагоциты — макрофаги, нейтрофилы и дендритные клетки и лимфоциты — В-клетки, Т-клетки и естественные киллеры (рисунок 1). Фагоциты поглощают и уничтожают микробы и другие частицы. Они являются частью ИС и включают моноциты / макрофаги, нейтрофилы и дендритные клетки. Моноциты циркулируют в крови как предшественники макрофагов и дифференцируются в макрофаги после выхода из циркуляции и миграции в ткани организма. Макрофаги и нейтрофилы имеют рецепторы, которые помогают им распознавать структуры, общие для многих возбудителей — это Toll-подобные рецепторы (см вставку №1).

Вставка №1

Рецепторы основных клеток иммунной системы, которые распознают «чужие» молекулярные структуры
Первейшая задача иммунной системы не распознавать всевозможные антигены, но выделить несколько, высоко консервативных молекулярных структур, которые характерны для всех микроорганизмов. Эти структуры распознаются специфическими рецепторами, которые называют рецепторы распознавания образов (PRR). Структура этих рецепторов инвариантна, в отличие от крайне разнообразных структур В и Т-клеточных рецепторов. PRR — это типичные шаблоны, которые расположены исключительно на поверхности микробных патогенов. Эти шаблоны называют патоген-ассоциированные молекулярные моделей (PAMP).
PAMP отвечают трем важным требованиям:

  • Присутствуют только на патогенных микроорганизмах, а не клетках человека
  • Общие для целых классов патогенов
  • Необходимы для выживания или патогенности
  • микроорганизмов

Важный класс PRR — семейство Toll-подобных рецепторов.
Toll-подобные рецепторы распознают PAMP, такие как липополисахариды всех грамотрицательных бактерий, двухцепочечные РНК вирусов и многие другие структуры. Как только PRR макрофагов или нейтрофилов идентифицирует конкретную структуру PAMP, они немедленно активируются для выполнения своих эффекторных функций. Toll-подобные
рецепторы — важное звено между иммунологическими сигналами и компонентами пищи, регулируя экспрессию генов, ведущих к повышению антимикробной защиты (например, витамин D).

Связывание Toll-подобных рецепторов на нейтрофилах и макрофагах с патоген ассоциированными молекулами возбудителя запускает механизмы активации иммунных клеток — они поглощают и убивают возбудителя и секретируют химические медиаторы — цитокины и хемокины ( вставка №2)
Некоторые питательные вещества (нутриенты), например, витамин Д, связываются Toll-рецепторами и индуцируют синтез антибактериальных пептидов в клетках иммунной системы ( макрофаги и нейтрофилы).

Вставка №2

Цитокины — продукты секреции основных клеток иммунной системы
Цитокины — белки, синтезируемые разными видами иммунных и не имммунных, влияющие на поведение других клеток.
Каждый цитокин имеет несколько эффектов на различные типы клеток. Цитокины, вырабатываемые лейкоцитами и оказывающие эффекты, главным образом, на другие лейкоциты, называются интерлейкины (IL). Цитокины действуют избирательно на те или иные клетки с помощью специфических рецепторов на клетках-мишенях. Связывание рецептора вызывает активацию клетки: рост, дифференциацию или смерть. Цитокины, которые синтезируются в начале иммунного ответа, действуя определенные иммунные клетки, определяют тип развивающегося иммунного ответа (воспаление, реакция образования антител). Различные подгруппы Т-лимфоцитов секретируют разный цитокиновый профиль :

  • Т хелперы 1 (Th 1): ИЛ-2 и интерферон γ (стимуляция воспалительных процессов)
  •  Т-хелперы 2 (Th2): ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-9 и IL-13 (стимуляция образования антител)
  • Т-хелперы 17 (Th17): Ил-17 (посредник воспалительных и аутоиммунных заболеваний)
  •  Т регуляторные (Т рег): Ил-10, трансформирующий фактор роста-бета (ингибирование воспалительных процессов)

Большинство цитокинов действуют согласованно с другими, и вызывают физиологические эффекты. Кроме того, цитокины клеток иммунной системы могут повлиять и на не-иммунные клетки тканей таких как мозг и печень.

Хемокины — белки, члены семейства цитокинов. Они действуют как хемоаттрактанты и стимулируют миграцию и активацию клеток, особенно фагоцитов и лимфоцитов. Хемокины играют центральную роль в воспалительных процессах.

Дендритные клетки иммунной системы

Это антиген-представляющие клетки периферических тканей, способны к поглощению возбудителя, его процессингу (специфическому расщеплению) и презентации (представлению) Т лимфоцитам, которые затем дифференцируются в активные, иммуногенные Т лимфоциты. Из-за своих функциональных свойств дендритные клетки расположены в поверхностных тканях тела, граничащих с окружающей средой: кожа и слизистые дыхательных путей, мочеполовая система и желудочно-кишечный тракт.

Вставка №3 

Подробнее о В и Т-клетках как основных в ИС
Каждая В клетка запрограммирована на синтез специфического антитела, которое способно вступать в реакцию с одним специфическим антигеном, по принципу ключ-замок. Когда В клетка встречается с антигеном-триггером, она пролифеирует с образованием дочерних клеток, которые синтезируют и секретируют большие количества специфических антител, которое соответствуют антигену-триггеру. Антитела связываются с молекулой антигена и обеспечивают его уничтожение. В совокупности, В лимфоциты могут синтезировать тысячи различных типов антител, что позволяет человеку противодействовать большому разнообразию антигенов, которые он может встретить на протяжении жизни. На поверхности В лимфоцитов есть специфические мембранные антитела, выполняющие функцию распознавания и связывания антигена с последующей пролиферацией.
Когда В лимфоциты встречают антиген первый раз, они связывают его и активируются, превращаются в плазматические клетки, которые синтезируют специфические антитела, часть В лимфоцитов превращается в клетки памяти. Если же антиген встречается повторно, В клетки
памяти очень быстро сразу синтезируют большое количество соответствующих антител с высоким сродством к антигену.
Т-клетки еще одно подмножество лимфоцитов. Характеризуются способностью синтезировать цитокины активации или ингибирования иммунных реакций. Они делятся на Т-хелперы (например Th0, Th1, Th2, Th1 7) и регуляторные T клетки (см вставку 4). Третья группа — цитотоксические Т-клетки, хорошо оснащенные для киллинга инфицированных вирусом клеток.
Как В- клетки, Т-клетки активируются в ответ на конкретные антигены. Oни могут распознавать антигены с помощью рецепторов на их поверхности, клеточные рецепторы. Особенность Т-лимфоцитов: они распознают антиген, который им представят дендритные клетки, В-лимфоциты или макрофаги. Когда антиген распознан, Т-лимфоцит активируется, его цитокины инициируют каскад определенных реакций — воспаление или синтез антител.

В лимфоциты

Это класс лимфоцитов, созревание которых происходит в костном мозге. При стимуляции антигенами В лимфоциты развиваться в плазматические клетки, которые продуцируют антитела. Антитела — сложные белки, которые называют иммуноглобулины. Каждая В-клетка производит один тип антител, который специфически реагирует с одним антигеном. Антигены, стимулирующие В лимфоциты, как правило, белковые молекулы (см вставку 3). Некоторые функции В-лимфоцитов находятся под контролем Т-лимфоцитов.

Т лимфоциты

Эта популяция основных клеток ИС возникает в костном мозге, но важные этапы развития проходит в вилочковой железе, тимусе. Под влиянием специфических сигналов недифференцированные Т лимфоциты развиваться в функционально различные виды Т лимфоцитов (см вставку 4).

Естественные киллеры (ЕК)

ЕК — основные клетки ИС, способны распознавать и убивать клетки-мишени быстро. Мишени ЕК включают инфицированные вирусом и опухолевые клетки. Распознавание мишеней и их последующее уничтожение (киллинг) ЕК не регулируется антиген-зависимыми механизмами, а только через рецепторы на ЕК. Рецепторы срабатывают при контакте с потенциальными клетками-мишенями.

Вставка № 4
 Почему иммунные реакции должны регулироваться?
Иммунный ответ не может быть слишком сильным, и не может быть подавленным.Разве не задача иммунной системы убить и ликвидировать вредных патогенов, так быстро и эффективно, насколько это возможно?
Но нет. Чтобы происходило, если бы Т хелперы сами активировались, покидали тимус и поступали в кровообращение? Они нападали бы на здоровые клетки тела. Без адекватного иммунного подавление они бы размножились и инициировали аутоиммунный ответ, направленный против собственных структур организма. Однако, в случае опухолей тот же механизм иммуносупрессии, подавляет иммунный ответ, необходимый для уничтожения раковых клеток. Или, что случается, когда белковые фракции пищи проходят через кишечную стенку и вступают в контакт с лейкоцитами кишечника? Без регуляторных механизмов и индукции оральной толерантности это вызывает пищевую аллергию, иммунный ответ против безвредных компонентов пищи.
Лимфоциты иммунной системы, которые наиболее важны в регуляции интенсивности и продолжительности соответствующего иммунного ответа, называют регуляторными Т лимфоцитами. Они могут быть идентифицированы по различным поверхностным маркерам и по секреции определенных цитокинов. Иммунорегуляция — непрерывный баланс между стимулированием и подавлением иммунных эффекторных лимфоцитов и лейкоцитов. Другие лимфоциты также могут быть вовлечены в регуляцию иммунных реакций. Так, В лимфоциты синтезируют специфические IgA антитела к антигенам продуктов питания в кишечнике млекопитающих.