Кишечник. На рисунке показана типичная пейерова бляшка подвздошной кишки. Подобные лимфоидные образования распо­ложены по всему кишечнику и реагируют на антигены, поступа­ющие через кишечную стенку. Их называют лимфоидной тка­нью, ассоциированной с кишечником. В ней содержатся специа­лизированные М-клетки, транспортирующие антиген из просвета кишечника в субэпителиальный слой, где присутствуют в боль­шом количестве лимфоциты, особенно CD8⁺ Т-клетки с гамма/дельта-pe-цептором. Далее в собственной пластинке представлены все типы Т- и В-лимфоцитов, особенно IgA В-лимфоциты, макрофаги и тучные клетки. Только в 2 м кишечника содержится столько же лимфоцитов, сколько во всём костном мозге, лимфатических узлах и селезёнке вместе взятых.

Лёгкие. Так же как кишечник, лёгкие являются главным орга­ном контакта с внешними антигенами и имеют сходную органи­зацию лимфоидной ткани в ассоциации с бронхами.

Глотка. Лимфоидные образования (миндалины, аденоиды) реа­гируют на антигены, поступающие через носоглотку. Имеют зародышевые центры и Т- и В-лимфоциты. Слюнные железы содержат также лимфоциты, происходящие из ЛТАС.

Кожа. Антигены, проникшие через кожу, захватываются клет­ками Лангерганса (см. также рис. 7) и транспортируются в Т-зону лимфатического узла. Эти клетки чрезвычайно чувствительны к ультрафиолетовому излучению, которое снижает реакции кон­тактной гиперчувствительности и способствует индукции, в боль­шей степени супрессорной, чем хелперной, функции Т-клеток (значение этого феномена при раке кожи представлено на рис.31).

29

12. ЭВОЛЮЦИЯ РАСПОЗНАЮЩИХ МОЛЕКУЛ

В начале этой главы уместно напомнить о различии меж­ду естественным и адаптивным иммунитетом, которое наибо­лее существенно в разрешающей способности распознающих их структур.

Естественное иммунное распознавание, например фагоцита­ми, клетками-киллерами или по альтернативному пути активации комплемента, которое ещё недостаточно изучено, по-видимому, ос­новывается на относительно простом механизме различения. Обычно частный чужеродный материал распознаётся и удаляет­ся или не распознаётся (эффект по принципу «друг или враг»).

Распознавание лимфоцитами (основными клетками адаптив­ного иммунитета) происходит по-другому. Огромный спектр чу­жеродных субстанций различается индивидуально, после чего запускается соответствующий вариант ответа на них. Этот процесс стал возможным в результате эволюции 3 серий клеточно-поверхностных рецепторов с высочайшей степенью гете­рогенности, а именно молекулы антитела, Т-клеточного рецеп­тора и молекулы главного комплекса гистосовместимости. Бла­годаря работам в области молекулярной биологии выяснилось, что все эти рецепторы имеют столько сходных последователь­ностей на уровне гена (ДНК) и белка (аминокислоты), что мож­-

но уверенно говорить о их происхождении из общего предше­ственника — вероятно, одной из распознающих молекул ран­них ступеней эволюции (рис. 3). Так как антитела были первы­ми идентифицированы в этой генетической системе, то они в совокупности часто обозначаются как суперсемейство иммуно-глобулиновых генов, куда вошли и другие близкие по свойствам молекулы. Некоторые из них действительно выполняют им­мунные функции. Характерная особенность всех этих моле­кул — домены, представляющие собой бетта-складчатые структуры из свёрнутых последовательностей примерно 110 аминокислот (изображены на рисунке в виде округлых петель, выступающих из клеточной мембраны).

Предстоит большая исследовательская работа, чтобы запол­нить белые пятна в эволюции представленных молекул. Рису­нок лишь иллюстрирует вероятную взаимосвязь между моле­кулами этого удивительного семейства. Современные знания о их функциях и строении изложены в следующих 4 рисунках.

Гипотетический ген-предшественник суперсемейства иммуноглобулиновых генов не обнаружен ни у одного из существу­ющих биологических видов, но, возможно, кодировал первые рас­познающие молекулы, например у губок (рис. 3).

30

Гены V, С. Первым жизненно важным шагом была дупликация предковсго гена (P-гена) в два гена, один из которых дал начало всем существующим современным вариабельным генам, а дру­гой — константным генам. На рисунке представлены гены и полипептиды с достаточной гомологией, чтобы считаться час­тью семейства вариабельных генов. Последующие дупликации со всё большей изменчивостью вариабельных и константных генов привели в итоге к большому разнообразию наблюдаемых сегодня доменов.

Главный комплекс гистосовместимости (ГКГС) представлен на рисунке как система HLA генов (лейкоцитарные антигены че­ловека). Она кодирует два типа молекул. Гены ГКГС класса I кодируют поверхностные молекулы, присущие всем ядросодержащим клеткам, а гены ГКГС класса II — поверхностные моле­кулы, присущие только некоторым иммунным клеткам. Извест­но. что альфа- и бетта-цепи молекул ГКГС класса II содержат констант­ные и, возможно, вариабельные регионы. Взаимодействие молекул ГКГС и Т-клеточных рецепторов необходимо для всех адаптивных иммунных реакций. Число генных локусов ГКГС очень различается у разных биологических видов. У человека, например, их 6, что довольно близко к оптимальному значению. Интересно, что в процессе метаморфозы амфибий сначала по­являются молекулы класса II, а затем — класса I.

Бетта₂-Микроглобулин (бетта2М), присоединяясь к цепям класса I, за­вершает образование четырёхдоменной молекулы. Предшествен­ник бетта2М ещё не выявлен.

Три компонента комплемента — С2, С4, FB — кодируются ге­нами в ГКГС, но структурно не связаны с его молекулами.

Перестройка генов — процесс, характерный только для Т- и В-лимфоцитов. Последовательные вырезания участков ДНК и ин­формационной РНК приводят к тому, что молекула каждого рецеп­тора кодируется сочетанием V-, J- (и О- для цепей IgH)-генов, каж­дый из которых выбран из набора, содержащего от 2 до 100 и более генов, что в сумме даёт тысячи возможных комбинаций. Так как уникальная перестройка гена наблюдается в каждой Т- и В-клетке и затем наследуется их потомками, каждый лимфоцит или клоны лимфоцитов строго индивидуальны, что создаёт основу для всех адаптивных иммунных реакций (рис. 17-20).

Т-клеточный рецептор (ТКР) — комплекс поверхности мо­лекул Т-клеток, включающий альфа- и бетта- или гамма- и дельта-цепи ТКР, CD3,

CD4 или CD8 молекулы в зависимости от типа Т-клетки. Все они образуют комплекс, при помощи которого Т-лимфоцит рас­познаёт специфический антиген вместе с молекулой ГКГС, что­бы активироваться и выполнять свои функции (хелперные, цито-токсические и др.).

Антитела. Антитела или иммуноглобулиновая молекула со­ставляют часть клеточно-поверхностного рецептора В-лимфоцитов или секретируются в огромном количестве активирован­ными В-лимфоцитами и создают комплекс сывороточных анти­тел, защищающих в основном от патогенных микроорганизмов. Домены практически сходны с доменами альфа- и бетта-цепей ТКР, но собраны по другому принципу: две четырёхдоменные тяжёлые (Н) цепи связаны с двумя двухдоменными лёгкими (L) цепями.

Следует отметить, что формирование разнообразия в генах для различных цепей не всегда происходит по данному сценарию. Например, тяжёлые и лёгкие (к) цепи млекопитающих вместе имеют J-гены между V- и С-генами, а лёгкие лямбда-цепи имеют по­вторные J-C-сегменты (см. рисунок). У акул дуплицируется сразу весь сегмент VDJC, что обеспечивает гораздо меньшую вариабельность.

Поли-Ig-рецептор — молекула, обнаруженная на некоторых эпителиальных клетках, способствующих транспорту антител в секреты, например, в слизь. Многие другие молекулы, включая некоторые Fc-рецепторы, адгезивные молекулы (см. ниже), ре­цепторы к факторам,роста и цитокинам, имеют частичную ха­рактерную доменную структуру. Их общая характеристика — вовлечение в межклеточные взаимодействия. Для антител это скорее исключение, чем правило.

Адгезивные молекулы — поверхностные молекулы, о кото­рых упоминалось в разделе о воспалении (рис. 6). Усиливая соединение клеток, они облегчают межклеточную кооперацию и прикрепление к стенкам кровеносных сосудов. Некоторые ад­гезивные молекулы принадлежат к суперсемейству иммуно-глобулинов и обычно связаны с одним или несколькими соот­ветствующими лигандами, например:

CD2..............................LFA-3

VCAM-1.......................VLA-4

ICAM-1, ICAM-2, ICAM-3 .....................LFA-1

31

13. ГЛАВНЫЙ КОМПЛЕКС ГИСТОСОВМЕСТИМОСТИ (ГКГС)

Большая и важная группа генов, получивших в своё время не совсем благозвучное определение на основании того, что белки, кодируемые ими, были впервые выявлены при отторжении транс­плантата, т.е. при тканевой несовместимости. Ныне установле­но, что истинная роль этих белков — служить маркёрами иден­тичности на поверхности различных клеток, с которыми Т-лимфоциты взаимодействуют через собственные рецепторы в иммунной реакции.

Исторически сложилось, что у мышей ГКГС известен как Н2, а у человека — как HLA ( human leucocyte antigens}. Изуче­ние ГКГС у разных биологических видов пока не выявило су­щественных отличий по структуре и механизмам взаимодействия с Т-клетками. ГКГС состоит из группы генов класса 1 и класса II. На рисунке обозначения генов заключены в прямоу­-

гольники, под которыми указано число аллелей (альтернатив­ных вариантов) для каждого локуса. ГКГС обладает огромным полиморфизмом, и только в пределах 1 хромосомы число воз­можных комбинаций её генов превышает 3-10⁶. Молекулы ГКГС, кодируемые обеими хромосомами, создаются на основе 1 из почти 10¹³ комбинаций генов, что неимоверно осложняет пере­садки органов, например почки (рис. 37).

Когда типирование HLA-системы получило широкое рас­пространение, выяснилось, что от её состава зависит предраспо­ложенность или, напротив, повышенная резистентность к мно­гим заболеваниям. Было предложено несколько объяснений этой связи, но ни одно из них не является достаточно убеди­тельным.

32

Н2 — мышиный ГКГС, расположенный на хромосоме 17. По крайней мере 20 других генов минорной гистосовместимости расположены на разных хромосомах и обозначены как HI, H3 и т.д., но только Н2-гены оказывают очень существенное влия­ние на отторжение трансплантата. Установлено также, что лишь они кодирует молекулы для нормальных межклеточных взаи­модействий.

К, D, L — гены Н2 класса I, кодирующие альфа-цепь (м. м. 44 000), которая в сочетании с бетта₂-микроглобулином образует четырёх­доменные молекулы К, D или L или антигены. N-концевые уча­стки альфа-цепей крайне вариабельны и, возможно, эволюциониро­вали для взаимодействия с различными вирусами. Поскольку вирусом может быть заражена любая клетка, то молекулы ГКГС класса I присутствуют на поверхности практически всех кле­ток организма, за исключением эритроцитов у некоторых био­логических видов (в том числе у человека). На рисунке под каждым локусом проставлено число известных аллелей. Фак­тически их гораздо больше.

R, Qa, Tla считаются частью семейства класса I, так как коди­руют очень сходные молекулы, которые представлены только на некоторых лимфоцитах и не опосредуют отторжение транс­плантата.

А, Е — гены Н2 класса II, объединённые в l-область. А и Е содержат разные гены для альфа- (м. м. 33 000) и бетта- (м. м. 28000) цепей четырёхдоменной молекулы. В отличие от молекул класса I, молекулы класса II присутствуют только на клетках, взаимодействующих с Т-лимфоцитами и регулирующих их. Ве­роятно, огромное разнообразие молекул класса II объясняется существованием большего, чем показано на рисунке, количе­ства генов А и Е со многими аллелями.

HLA — ГКГС человека, расположенный на хромосоме 6. Ана­логичен Н2, за исключением того, что гены класса I расположе­ны вместе и существуют как минимум 3 гена класса II.

А, В, С — гены HLA класса I, из них А — гомолог гена К у мышгй. Существуют также гены HLA Е, F, G и Н, но функции их продуктов пока неясны.

DP, DQ, DR — гены HLA класса II. Продукты DP гена весьма эффективно стимулируют пролиферацию Т-клеток и выявля­ются в смешанной реакции лимфоцитов, тогда как все другие антигены классов I и II определяются антисыворотками. В этой же области находятся и другие гены (DN, DO, DZ), про­дукты которых пока неизвестны. Почти всю вариабельность,

необходимую для взаимодействия с различными антигенами, а затем и с Т-клеточным рецептором, в молекулу класса II вносит бетта-цепь.

Обычно активно захваченный клеткой и расщеплённый в лизосомах до пептидов антиген связывается с молекулой ГКГС клас­са II, а антиген, образованный внутри клетки (например, из виру­са), связывается с молекулой ГКГС класса I. Более подробно о взаимодействии антигенных фрагментов и молекул ГКГС см. на рис. 14 и 17.

С2, С4, FB — гены ГКГС класса III. Кодируют компоненты комплемента, участвующие в активации СЗ. Интересно, что, хотя все они существуют в нескольких аллельных формах, значимых последствий этого не обнаружено. В этой же области находят­ся гены, кодирующие фермент надпочечников 21-гидроксилазу, цитокины ФНО альфа и бетта. Молекула, кодируемая С4, способна при­соединяться к эритроцитам и мимикрировать под антигены груп­пы крови.

бетта2М — бетта₂-микроглобулин (м. м. 12 000). Кодируется не в ГКГС, но входит в состав всех молекул класса I, стабилизируя их на поверхности клеток. В сыворотке обнаруживается в раствори­мой форме. У мышей имеет 2 аллельные формы, но в общем это одна из наиболее известных консервативных молекул.