Лимфоидные клетки
Реферат
по биологии
«Лимфоидные клетки»
Ежесуточно в первичных лимфоидных органах — тимусе и постнатальном костном мозге — образуется значительное количество лимфоцитов. Часть этих клеток мигрирует из кровотока во вторичные лимфоидные ткани — селезенку, лимфатические узлы и лимфоидные образования слизистых оболочек. В организме взрослого человека содержится примерно 1012 лимфоидных клеток и лимфоидная ткань в целом составляет приблизительно 2% обшей массы тела. При этом на лимфоидные клетки приходится примерно 20% циркулирующих с кровотоком лейкоцитов. Многие зрелые лимфоидные клетки относятся к долгоживущим и могут многие годы существовать в качестве клеток иммунологической памяти.
Лимфоциты морфологически разнообразны
В обычном мазке крови лимфоциты различаются как по размерам, так и по морфологии. Варьирует соотношение величина ядра: величина цитоплазмы, а также форма самого ядра. В цитоплазме некоторых лимфоцитов могут содержаться азурофильные гранулы.
При световой микроскопии мазков крови, окрашенных, например, гематологическим красителем Гимза, можно обнаружить два морфологически различных типа циркулирующих лимфоцитов: первый — относительно мелкие клетки, в типичном случае лишенные гранул, с высоким соотношением Я:Ц — и второй — более крупные клетки с меньшим соотношением Я.Ц, содержащие в цитоплазме гранулы и известные как большие гранулярные лимфоциты.
Покоящиеся Т-клетки крови
Большая часть их экспрессирует бв-Ф-клеточные рецепторы и может иметь один из двух описанных выше типов морфологии. Большинство хелперных Т-клеток и часть цитотоксических Т-лимфоцитов относятся к малым лимфоцитам, лишенным гранул и имеющим высокое соотношение Я:Ц. Кроме того, в их цитоплазме присутствуют особая структура, названная тельцем Голла, — скопление первичных лизосом возле липидной капли. Тельце Голла легко выявить при электронной микроскопии или цитохимически, методом определения лизосомных ферментов. Менее 5% Тх-клеток и примерно половина Тц имеют другой тип морфологии, характерный для БГЛ, с рассеянными по цитоплазме первичными лизосомами и хорошо развитым комплексом Гольджи. Интересно, что у мыши нет цитотоксических Т-клеток, сходных по морфологии с БГЛ.
Признаки больших гранулярных лимфоцитов свойственны также еще одной субпопуляции Т-лимфоцитов, а именно Т-клеткам с гд-рецепторами. В лимфоидных тканях эти клетки имеют дендритную морфологию; при культивировании in vitro они способны прикрепляться к подложке, принимая в результате разнообразную форму.
Неактивированные В-клетки крови. Эти клетки не содержат тельца Голла и морфологически не сходны с большими гранулярными лимфоцитами; их цитоплазма в основном заполнена рассеянными монорибосомами. В кровотоке иногда можно наблюдать активированные В-клетки с развитым шероховатым эндоплазматиче-ским ретикулумом.
НК-клетки Нормальные киллерные клетки, подобно гд-Ф-клеткам и одной из субпопуляций Тц, имеют морфологию БГЛ. Однако при этом в их цитоплазме больше азурофильных гранул, чем у гранулярных Т-клеток.
Лимфоциты экспрессируют особые у каждой субпопуляции поверхностные маркеры
На поверхности лимфоцитов присутствует множество разнообразных молекул, которые могут служить метками различных субпопуляций. Значительная часть этих клеточных маркеров в настоящее время легко идентифицируется с помощью специфических моноклональных антител. Разработана систематизированная номенклатура маркерных молекул; в ней группы моноклональных антител, каждая из которых специфически связывается с определенной маркерной молекулой, обозначены символом CD. За основу CD-номенклатуры принята специфичность прежде всего мышиных моноклональных антител к лейкоцитарным антигенам человека. В создании этой классификации участвуют многие специализированные лаборатории разных стран. Для ее обсуждения проведена серия международных рабочих встреч, на которых удалось определить характерные наборы образцов моноклональных антител, связывающихся с различными популяциями лейкоцитов, а также молекулярные массы выявляемых при этом маркеров. Моноклональные антитела совпадающей специфичности связывания объединяют в одну группу, присваивая ей номер в системе CD. Однако в последнее время принято таким образом обозначать не группы антител, а маркерные молекулы, распознаваемые данными антителами
В дальнейшем молекулярные маркеры стали классифицировать в соответствии с информацией, которую они несут об экспрессируюших их клетках, например:
• популяционные маркеры, которые служат характерным признаком данного цитопоэтического ряда, или линии; пример — маркер CD3, выявляемый только на Т-клетках;
• дифференцировочные маркеры, экспрессируемые временно, в процессе созревания; пример — маркер CD1, который присутствует на развивающихся тимоцитах, но не на зрелых Т-клетках;
• маркеры активации, такие как CD25 — низкоаффинный Т-клеточный рецептор для фактора роста, экспрессируемый только на Т-клетках, активированных антигеном.
Иногда такой подход к классификации маркеров весьма полезен, однако не всегда он возможен. У некоторых популяций клеток маркер активации и маркер дифференцировки — это одна и та же молекула. Например, CD 10, присутствующий на незрелых В-клетках, исчезает при созревании, но появляется вновь при активации.
Кроме того, маркеры активации могут постоянно присутствовать на клетках в низкой концентрации, но в более высокой — после активации. Так, под действием ИФу возрастает экспрессия молекул главного комплекса гистосовместимости класса II на моноцитах.
Клеточные маркеры образуют несколько семейств
Компоненты клеточной поверхности относятся к различным семействам, гены которых произошли, вероятно, от нескольких предковых. Маркерные молекулы из разных семейств различаются по структуре и образуют следующие основные группы:
• суперсемейство иммуноглобулинов, включающее молекулы, близкие по строению к антителам; к нему относятся CD2, CD3, CD4, CD8, CD28, молекулы МНС классов I и II, а также многие другие;
• семейство интегринов — гетеродимерных молекул, образованных а- и в-цепями; существует несколько подсемейств интегринов; все члены одного подсемейства имеют общую в-цепь, но разные, уникальные в каждом случае, б-цепи; в одном из подсемейств ф>2>-ин-тегрины) в-цепь представляет собой маркер CDI8. В комбинации с CDI la, CDI lb, CDI Ic или aD он образует соответственно лимфоци-тарные функциональные антигены LFA-1, Мас-1 и с 150, 95 и молекулы клеточной поверхности быв>9>, часто выявляемые на лейкоцитах. У второго подсемейства в-цепь представляет собой маркер CD29; в сочетании с различными б-цепями он образует маркеры поздней стадии активации;
• селектины, экспрессируемые на лейкоцитах или на активированных клетках эндотелия. Они обладают лектиноподобной специфичностью в отношении Сахаров в составе высокогликозилированных мембранных гликопротеинов; к селектинам относится, например, CD43;
• протеогликаны, имеющие ряд глюкозаминогликановых участков связывания; пример — хондроитинсульфат.
Другие семейства клеточных маркеров — это суперсемейство рецепторов для фактора некроза опухолей и фактора роста нервов, суперсемейство лектинов С-типа, включающее, например, CD23, а также суперсемейство многодоменных трансмембранных рецепторных белков, в которое входит рецептор для ИЛ-6.
Следует подчеркнуть, что маркеры, экспрессируемые лимфоцитами, можно обнаружить и на клетках иных линий. Так, CD44 часто выявляется на клетках эпителия. Молекулы клеточной поверхности можно выявить с помощью флуоресцирующих антител, используемых в качестве зондов. На этом подходе основан метод проточной иммунофлуоресцентной цитометрии, позволяющей сортировать и подсчитывать клетки в зависимости от их размеров и параметров флуоресценции. С помощью этого метода удается проводить детальную сортировку популяций лимфоидных клеток.
Т-клетки
Т-клетки различаются по своим антигенраспознающим рецепторам
Маркером, характеризующим линию Т-клеток, служит Т-клеточный рецептор для антигена. Имеется два различных типа ТкР, и тот и другой — гетеродимеры из двух соединенных ди-сульфидными связями полипептидных цепей. ТкР первого типа образован цепями б и в, второго типа, сходный по структуре — цепями г и д. Оба рецептора ассоциированы на клеточной поверхности с пятью полипептидами СОЗ-комплекса, образуя вместе с ним рецепторный комплекс Т-клетки. Примерно 90—95% Т-клеток в крови представляют собой бв-Ф-клетки, остальные 5—10% — гд-Ф-клетки.
бв-Ф-клетки различаются в свою очередь по экспрессии CD4 или CD8
бв-Ф-клетки подразделяются на две различные, неперекрывающиеся субпопуляции: клетки одной из них несут маркер CD4 и в основном «помогают» в осуществлении иммунного ответа или «индуцируют» его, клетки другой несут маркер CD8 и обладают преимущественно цитотоксической активностью. Т-клетки CD4+ распознают антигены, к которым они специфичны, в ассоциации с молекулами МНС класса II, тогда как Т-клетки CD8+ способны узнавать антигены в ассоциации с молекулами МНС класса 1. Таким образом, возможность взаимодействия Т-клетки с клеткой другого типа зависит от присутствия на первой маркера CD4 или CD8. Небольшая часть бв-Ф-клеток не экс-прессирует ни CD4, ни CD8. Подобным же образом «дважды отрицательны» большинство циркулирующих гд-Ф-клеток, хотя некоторые из них все же несут CD8. Напротив, большая часть гд-Ф-клеток в тканях экспрессирует этот маркер.
бв-Ф-клетки CD4+ и CD8+ подразделяются на функционально различные субпопуляции
Как отмечено выше, примерно 95% Т-клеток CD4+ и 50% Т-клеток CD8+ морфологически представляют собой малые негранулярные лимфоциты. Эти популяции можно дифференцировать дальше по фенотипической экспрессии CD28 и CTLA-4 на функционально различные субпопуляции. Экспрессируемый Т-клетками CD4+ маркер CD28 обеспечивает передачу кос-тимулирующего сигнала активации при распознавании антигена. Лигандами CD28 служат молекулы В7-1 и В7-2 на АПК. Гомологичную CD28 молекулу CTLA-4 Т-клетки CD4+ начинают экспрессировать после активации. CTLA-4 связывается с теми же лигандами, что и CD28, тем самым ограничивая активацию. Кроме того, бв-Ф-клетки экспрессируют различные изоформы общего лейкоцитарного антигена, CD45. Считается, что CD45RO, а не CD45RA, связан с клеточной активацией. Для выделения функционально различных субпопуляций бв-Ф-клеток используют также другие критерии, в частности экспрессию клеточных маркеров нормальных киллерных клеток, выявляемых на 5—10% циркулирующих Т-клеток. Эти клетки образуют ИЛ-4, но не ИЛ-2, и дают слабый пролиферативный ответ на антигены и митогены.
бв-Ф-лимфоциты можно классифицировать также по профилю цитокинов
Функциональное разнообразие Т-клеток можно продемонстрировать, анализируя профили секреции цитокинов разными клонами Т-хелперов. У мыши и человека идентифицировано по две группы Т-клеточных CD4+-ktiohob. Субпопуляция Txl секретирует ИЛ-2 и ИФу, а субпопуляция Тх2 - ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6 и ИЛ-10. Клетки Txl принимают участие в активации цитотоксических Т-клеток и в местных воспалительных реакциях. Следовательно, они важны для противодействия организма внутриклеточной вирусной, бактериальной или паразитарной инфекции. Клетки же Тх2 более эффективны в стимуляции В-клеток к пролиферации и образованию антител, поэтому их функции связаны в первую очередь с защитой организма от микробов, размножающихся внеклеточно.
ГД-Ф-клетки относительно часто встречаются в эпителии слизистых оболочек, но представляют лишь минорную субпопуляцию среди циркулирующих Т-клеток. У мыши почти все внутриэпи-телиальные лимфоциты относятся к гд-Ф-клеткам, экспрессирующим CD8 - маркер, который отсутствует на большинстве циркулирующих гд-Ф-клеток. Как установлено, гд-Ф-клетки CD8+ обладают особым репертуаром Т-клеточных рецепторов, специфичных к определенным бактериальным и вирусным антигенам. Согласно современной точке зрения, эти клетки могут играть важную роль в защите слизистых оболочек организма от инфекции.
Т-клетки обладают рядом общих маркеров с клетками других линий
До сих пор описывали клеточные маркеры и антигенспецифичные рецепторы, характерные для отдельных субпопуляций Т-лимфоцитов. Однако ряд молекул экспрессируется на поверхности всех Т-клеток, а также на клетках других линий. Хороший пример — рецепторы для эритроцитов барана. В норме молекула CD2, связываясь с соответствующими лигандами, принимает участие в процессе активации Т-клеток вместе с ТкР — CD3-комплексом и другими гликопротеинами в составе мембран. Вместе с тем CD2 выявляется также у 75% НК-клеток CD3-. Другая участвующая в Т-клеточной активации молекула — это маркер CD5, экспрессируемый на всех Т-клетках и на одной из субпопуляций В-клеток. Молекула CD5 может связываться с CD72, но вопрос о ее роли в качестве физиологического лиганда В-клеток остается открытым. Маркер CD7 присутствует почти на всех НК- и Т-клетках. Полный перечень Т-клеточных CD-маркеров, часть которых экспрессируется и на других клетках гемопоэтического происхождения, приведен в приложении. Т-клетки мыши экспрессируют маркеры, сходные с обнаруженными на Т-клетках человека.
Супрессорные Т-клетки
Получены очевидные функциональные доказательства существования антигенспецифичных супрессорных Т-клеток, однако эти клетки, по-видимому, не составляют отдельной субпопуляции Т-клеток с исключительно супрессивной функцией. Доказано также, что Т-клетки. как CD4+, так и CD8+, способны подавлять иммунный ответ либо путем прямого цитотоксического действия на антигенпрезентируюшие клетки, либо путем выделения «супрессивных» цитокинов, либо путем передачи сигнала отрицательной регуляции, либо посредством идиотип-антиидиотипических сетевых взаимодействий.
В-клетки
От 5 до 15% циркулирующих с кровью лимфоидных клеток — это В-лимфоциты, выявляемые по наличию поверхностных иммуноглобулинов. Молекулы Ig синтезируются конститутивно; они встроены в цитоплазматическую мембрану клетки и функционируют как антигенспецифичные рецепторы. Такие рецепторы можно определить на клеточной поверхности, используя меченные флуорохромом антитела к иммуноглобулину крови экспрессируют IgG, IgA и lgE, но в определенных областях тела такие клетки встречаются с большей частотой; например, В-клеток, несущих.
Лектины — это белки растительного и бактериального происхождения, связывающие углеводы. Некоторые из них способны активировать лимфоциты, перекрестно взаимодействуя с ВкР или ТкР, и служить митогенами. Считается, что митогенная стимуляция лимфоцитов in vitro довольно близко воспроизводит активацию специфическими антигенами. Лектины ФГА и КонА стимулируют Т-лимфоциты мыши и человека. Бактериальный липополисахарид стимулирует В-клетки мыши, а митоген лаконоса вызывает пролиферацию и В-, и Т-клеток человека.
Исследования in vitro с применением этих агентов показали, что активация Т- и В-клеток вызывает синтез цитокинов и рецепторов для них. Взаимодействие цитокинов с рецепторами индуцирует вступление клеток в цикл деления и их последующее созревание с образованием эффекторных клеток или клеток иммунологической памяти. В условиях in vitro клетки памяти рециркулируют и в итоге расселяются по Т- и В-зависимым областям лимфоидных тканей, где они в дальнейшем остаются, сохраняя готовность к ответу при новой встрече с тем же антигеном.
Сигнал активации передают «вторые посредники»
В результате взаимодействия покоящихся лимфоцитов с антигеном индуцируется цепь биохимических процессов, приводящих к образованию внутри В- или Т-клетки «вторых посредников». Эти посредники ответственны за последующие изменения на уровне генов. Существует несколько основных механизмов активации лимфоцитов, но до конца они пока не ясны. Как в Т-, так и в В-клетках в передаче сигнала активации участвует гуанозинтрифосфат-связывающий белок, который стимулирует метаболизм фосфатидилинозитола. В результате образуются два вторых посредника — инозитол-1,4,5-трифосфат и диацилглицерол. Посредник ЙС3 индуцирует выход ионов Са2+ из внутриклеточных депо, а ДАГ активирует протеинкиназу С, которая вместе с другими киназами фосфолирует ряд компонентов плазматической мембраны, что приводит к появлению факторов транскрипции и последующей экспрессии определенных генов. Таким образом, сразу после контакта Т-лимфоцитов с антигеном на их поверхности экспрессируется ряд молекул, в том числе gp39 и рецептор для ИЛ-2. Дальнейшие межклеточные взаимодействия с участием этих молекул вызывают пролиферацию и дифференцировку лимфоцитов.
Дифференцировка В-клеток приводит к образованию плазматических клеток и клеток иммунологической памяти
После активации митогеном или антигеном Т- и В-клетки претерпевают характерные ультраструктурные изменения, превращаясь в лимфобла-сты. Впоследствии многие В-лимфобласты созревают в антителообразующие клетки, которые in vivo развиваются затем в окончательно дифференцированные плазматические клетки. В некоторых В-лимфобластах не образуется цистерн шероховатого эндоплазма-тического ретикулума. Такие клетки присутствуют в центрах размножения внутри лим-фоидных фолликулов; они названы центральными клетками фолликула, или центроцитами.
Как показывает световая микроскопия, цитоплазма плазматических клеток базофильна, т. е. обладает сродством к основным красителям. Это свойство цитоплазмы объясняется присутствием в ней больших количеств РНК, обеспечивающей синтез антител на рибосомах шероховатого ЭР. С помошью электронного микроскопа в плазматических клетках можно наблюдать параллельные ряды шероховатого ЭР. Эти клетки редко появляются в кровотоке, составляя не больше 0,1% циркулирующих лимфоцитов. В норме плазматические клетки встречаются только во вторичных лимфоидных органах и тканях, и, кроме того, их довольно много в красном костном мозге. Антитела, образуемые одной плазматической клеткой, обладают одной антигенной специфичностью и принадлежат к одному изотопу иммуноглобулинов. Их можно выявить в цитоплазме этих клеток с помощью меченных флуорохромом антиглобулиновых антител. Плазматические клетки имеют короткую продолжительность жизни; просуществовав лишь несколько дней, они погибают в процессе апоптоза.
Маркеры активации на лимфоцитах
Активация Т- и В-клеток вызывает синтез de novo ряда поверхностных маркеров и увеличение экспрессии других.
К этим маркерам активации относятся молекулы межклеточной адгезии, обеспечивающие более эффективное взаимодействие активированных клеток с другими, а также рецепторы факторов роста и дифференцировки, необходимые для постоянной пролиферации и созревания клеток. Один из них — рецептор для ИЛ-2, экспрессируемый Т-клетками после активации; он состоит из трех субъединиц. В состоянии покоя Т-клетки постоянно экспрессируют г-цепь этого рецептора, а некоторые из них образуют также его в-цепь. Активация вызывает синтез б-субъединицы ИЛ-2Р и образование гетеротримерного высокоаффинного ИЛ-2Р. Временно активация Т-клеток вызывает также экспрессию gp39 и рецепторов трансферрина, CD38 и CD69. Эти маркеры появляются в ранней фазе онтогенеза Т-клеток, но исчезают в ходе внутритимусного развития. Поздними маркерами активации Т-клеток человека служат молекулы МНС класса 11. На Т-клетках, в частности Т-клетках иммунологической памяти, экспрессируется как поздний маркер активации CD29. Поэтому функцию «памяти» субпопуляции Т-клеток CD4+CD29+ можно интерпретировать как индуцированное активацией увеличение числа различных молекул межклеточной адгезии, которые облегчают взаимодействие этих Т-клеток с другими, если организм встречается с данным антигеном вновь.
К маркерам активации В-клеток относятся высокоаффинный ИЛ-2Р и другие рецепторы для факторов роста и дифферецировки, таких как ИЛ-3. ИЛ-4, ИЛ-5 и ИЛ-6. Все эти рецепторы изучены методами молекулярного клонирования и секвенирования. Кроме того, на активированных В-клетках экспрессируются рецепторы трансферрина и в повышенной концентрации мембранные антигены МНС класса II. Экспрессируемый на активированных В-клетках человека и мыши маркер CD23 участвует в индукции клеточного деления. Маркер CD38 отсутствует на зрелых В-клетках человека, но обнаруживается на конечной стадии дифференцировки плазматических клеток и клеток центров размножения, а также на В-клетках очень ранних стадий созревания. Молекулы специфического плазмоцитарного антигена-1 найдены на В-клетках человека только в плазмоцитарной стадии их дифференцировки. Клетки иммунологической памяти, выявляемые в центрах размножения внутри вторичных лимфоидных фоликулов, не экспрессируют ни IgD, ни CD22.
К маркерам активации З К-клеток относятся молекулы МНС класса II.