Защита против внеклеточных бактерий
  • Независимо от пути поступления в организм, бактерии распознаются TLR макрофагов, тучных, эпителиальных и других клеток. Это приводит к активации этих клеток, секреции провоспалительных цитокинов и формированию воспалительной реакции, сопровождающейся миграцией из сосудов в очаг лейкоцитов, в первую очередь — нейтрофилов.
  • Нейтрофилы, а затем макрофаги и другие клетки фагоцитируют и разрушают значительную часть бактерий. При ограниченном количестве патогена иммунная защита успешно реализуется с помощью реакций врожденного иммунитета.
  • Независимо от успешности фагоцитоза бактерий в первую линию защиты вовлекаются NKT-клетки (секретируют IFNy), у5Т-клетки (участвуют в бактериолизе с помощью невыясненных механизмов) и др.
  • Важнейший фактор ранней защиты против внеклеточных патогенов — естественные антитела, пресинтезированные В1-клетками. Значительная часть этих антител специфична к распространенным

антигенам бактерий — фосфорилхолину, липоплисахариду, пепти- догликанам и др. Большинство естественных антител принадлежит к IgM-классу. Связывание этих антител с бактериями обусловливает активацию комплемента по классичекому пути, что обеспечивает опсо- низацию бактерий (т.е. способствует их фагоцитозу), а иногда (например, в случае нейссерий) вызывает лизис бактерий.
  • Внеклеточные микроорганизмы становится объектом действия других гуморальных факторов врожденного иммунитета — пентраксинов (опсо- низируют бактерии и активируют комплемент), дефензинов, секретируе- мых эпителиальными клетками и фагоцитами. Активация комплемента на их поверхности происходит не только по классическому, но и по альтернативному пути. Можно предполагать, что резервов врожденного иммунитета достаточен для отражения большинства атак внеклеточных бактерий.
  • Независимо от эффективности защитной функции врожденного иммунитета при инфицировании бактериями происходит запуск механизмов адаптивного иммунитета. Дендритные клетки захватывают бактерии и их продукты (экзотоксины и др.) и доставляют их в региональный лимфатический узел, где происходит презентация антигенного пептида CD4+ Т-лимфоцитам.
  • При ответе на внеклеточные патогены активируются преимущественно ^2-клетки, хотя Th1- и ThH-клетки тоже образуются (последние необходимы для мобилизации нейтрофилов, а TM-клетки — для обеспечения IFNy-зависимой составляющей гуморального иммунного ответа).
  • В очагах поражениия и лимфатических узлах В-лимфоциты распознают антигены бактерий, обрабатывают их и презентируют предобразованным специфическим ^2-клеткам. В-клетки получают от Т-хелперов сигнал через костимулирующую молекулу СD40. IL-4, секретируе- мый ^2-клетками, обепечивает пролиферацию клона активированных В-лимфоцитов.
  • В лимфоидных фолликулах при ключевом участии фолликулярных дендритных клеток происходит морфогенетический процесс, приводящий к формированию зародышевых центров. В них мигрирует большинство стимулированных В-лимфоцитов, а также фолликулярные CXCR5+ Т-хелперы.
  • В зародышевых центрах в процессе пролиферации происходит переключение изотипов BCR и повышение его сродства к антигену благодаря запуску гипермутационного процесса в В-клетках и отбору клонов по сродству к антигену, представленному в составе иммунных комплексов на фолликулярных дендритных клетках.
  • В-клетки мигрируют в апикальную зону зародышевых центров, где происходит дифференцировка плазматических (антителообразующих) клеток. Затем плазматические клетки мигрируют в красную пульпу селезенки, мозговые шнуры лимфоузлов и (преимущественно) в костный мозг, где они секретируют антитела. Антитела главным образом класса IgA секретируются также в мукозальном отделе иммунной системы.
  • Антитела взаимодействуют с антигенами на поверхности внеклеточных патогенов. Антитела, направленные против жгутиковых антигенов, обездвиживают клетку. IgA-антитела, связывающиеся с бактериями в

просвете кишечника, препятствуют их проникновению через кишечную стенку. Взаимодействуя с токсинами, антитела обычно вызывают их инактивацию. Таким образом, антитела сами по себе могут осуществлять защиту от внеклеточных бактерий и их токсинов.
  • Защитный эффект антител реализуется также с участием фагоцитов- макрофагов (эффект опоснизации) или комплемента, активируемого по классическому пути (эффекты оспонизации и лизиса).

Таким образом, защита от внеклеточных бактерий и других патогенов реализуется с участием факторов врожденного иммуниета (преимущественно путем фагоцитоза) и гуморальных факторов адаптивного иммунитета — антител, действующих самостоятельно или усиливающих защитные эффекты врожденного иммунитета.
Защита от внутриклеточных бактерий
Этот вариант антибактериальной иммунной защиты рассмотрим на примере иммунной защиты против Micobacterium tuberculosis.
  • Микобактерии туберкулеза проникают в организм человека через слизистые оболочки. Обычный путь заражения — воздушно-капельный. Развитие заболевания происходит не у всех больных (25—40%), чему способствует разная степень подавления у них клеточного иммунитета.
  • Данные об участии факторов первой линии в защите от микобактерий ограничены. Есть сведения об участии в ранних эффекторных реакциях на микобактерии у5Т-лимфоцитов.
  • Микобактерии взаимодействуют с макрофагами (при легочном пути заражения — альвеолярными). Содержащиеся в составе клеточной стенки микроорганизмов гликолипиды и липотейхоевая кислота воздействуют на рецептор TLR-2, а ЛПС — на TLR-4. В то же время фактор вирулентности микобактерий липоарабиноманнан (LAM) взаимодействует с концевыми остатками маннозы с формированием комплекса LAM—Man, который посредством фосфатаз подавляет внутриклеточную передачу сигнала, в том числе от TLR.
  • Макрофаги фагоцитируют микобактерии, но фагоцитоз оказывается незавершенным, т.е. микобактерии сохраняют жизнеспособность. Причины этого разнообразны. Под влиянием различных сигналов или их дефицита не происходит нормального созревания фагосом и экспрессии факторов (например, EEA1), обусловливающих их слияние с лизосомами. Вследствие нарушения экспрессии V-АТФазы (см. раздел 2.3.5.3) отсутствует закисление содержимого фагосомы (рН 6,0—6,3 вместо 5,0 при нормальном развитии фагоцитоза). В эндосомах не активируются катепсин D и кислые гидролазы. Микобактерии препятствуют кальциевому ответу клетки — повышению концентрации ионов Са2+ в цитозоле. Фактор LAM—Man блокирует активацию липидной киназы PI3K. Нарушаются и другие сигнальные пути — в MAP-каскаде страдают ветви, приводящие к образованию факторов ERK1/2 и p38. Таким образом, под влиянием микобактерий нарушается слияние фагосом с лизосомами, развиваются множественные дефекты формирования бактерицидных факторов, блокируются сигнальные пути, приводящие к активации макрофагов.
  • Благодаря индукции антиапоптотического фактора Bcl-2 удлиняется срок жизни инфицированных макрофагов, которые превращаются из бактерицидных клеток в резервуары инфекционного агента. Упоминавшиеся выше источники активационных сигналов, не способные вызвать бактериолиз фагоцитированных микроорганизмов, служат при этом источником активации макрофагов. Проявления этой активации носят неадекватный характер и обусловливают нарушения структуры и функций пораженных органов, т.е. служат причиной иммунного повреждения по механизму гиперчувствительности замедленного типа.
  • При невозможности развития эффективного TW-ответа (обычно в результате клеточного иммунодефицита или неадекватной ориентации иммунного ответа на образование ^2-клеток) формируется гранулема (см. раздел 3.6.1.2), назначение которой состоит в ограничении распространения инфекции. В то же время туберкулезная гранулема — одно из проявлений «иммунного поврежения».
  • В то же время эндоцитоз микобактерий и их фрагменов дендритными клетками с их последующим транспортом в лимфатические узлы позволяет индуцировать адаптивный иммунный ответ. Эпитопы микобактериальных антигенов презентируются в составе молекул MHC-II СD4+ Т-лимфоцитам. Способность микобактерий активировать дендритные клетки, в том числе через TLR-2 и TLR-4, обусловливает формирование DO-клеток и секрецию ими IL-12, что предопределяет дифференциров- ку специфических TM-лимфоцитов.
  • TM-лимфоциты, специфичные к антигенам микобактерий, взаимодействуют с инфицированными макрофагами, распознавая эпитопы микобактериальных антигенов, презентируемые на молекулах MHC-II. Этому сопутствует взаимодействие костимулирующих молекул — макрофагальной молекулы CD40 и ее лиганда СD154, экспрессируемого Т-лимфоцитом. Это вызывает генерацию активирующего сигнала, направленного в макрофаг. Th1-лимфоциты, реактивируемые через TCR и костимулирующую молекулу CD28, начинают секретировать комплекс цитокинов, в том числе IFNy и TNFa.
  • IFNy (самостоятельно и особенно эффективно в сочетании с TNFa) вызывает экспрессию в макрофагах индуцибельной NO-синтезы, катализирующей образование оксида азота (NO). Взаимодействие оксида азота с супероксидрадикалом приводит к формированию пероксинит- рита. Названные факторы способны вызвать гибель микобактерий, пер- систирующих в фагосомах макрофагов. Это является ключевым событием в осуществлении иммунной защиты организма от микобактерий.
  • В ходе иммунного ответа на микобактерии антитела образуются, однако гуморальный ответ при туберкулезной инфекции выражен слабо и лишен протективного значения.
  • В ходе туберкулезной инфекции или при вакцинации БЦЖ (вакцинный штамм на основе Mycobacterium bovis) формируется иммунологическая память. Однако ее уровень, как правило, невысок.

Описанную схему реакции иммунной системы на микобактериальную инфекцию можно экстраполировать на случаи инфицирования другими
внутриклеточными патогенами, хотя конкретные механизмы развития иммунологических дефектов при разных инфекциях, как правило, различны.
Иммунная защита против вирусов
Для проникновения в клетки вирусы используют в качестве рецепторов их мембранные молекулы. Разные вирусы распознают различные молекулы: вирус Эпштейна—Барр — рецептор для комплемента (CR2) CD21, ВИЧ — CD4 (корецепторы — CXCR4 и CCR5), вирус кори — CD150 и CD46 и т.д.
Инфицирование клетки происходит в несколько этапов:
  • присоединение вируса к клетке с помощью рецепторов;
  • слияние оболочки вируса с клеточной мембраной, в результате чего содержимое вирусной частицы проникает в клетку;
  • транскрипцию вирусной нуклеиновой кислоты (прямую и обратную);
  • интеграцию в геном с участием специализированного фермента интегразы.

После этого с вирусной ДНК транслируется информация и происходит синтез вирусных белков. Эти белки поступают в цитозоль. Часть из них расщепляется в протеасомах. Образуемые при этом пептидные фрагменты транспортируются в эндоплазматический ретикулум и встраиваются в молекулы MHC-I. В составе этого комплекса они выносятся на мембрану, где их распознают CD8+ Т-лимфоциты. При экспрессии всех вирусных белков происходит сборка вирусной частицы и ее отпочковывание от клетки. Выход вирусных частиц может происходить также вследствие реализации цитопатогенного эффекта — разрушения клетки вирусом. При экспрессии вирусных белков на поверхности клетки (во время проникновения в клетку или выхода из нее) их могут распознавать антитела.
Иммунная защита против вирусов состоит из нескольких этапов.
  • Инфицированные клетки гибнут вследствие цитопатогенного действия вируса. Их фрагменты поглощаются макрофагами и дендритными клетками (первые поглощают как корпускулярные фрагменты, так и растворимые компоненты, вторые — преимущественно растворимые молекулы).
  • Вирусные компоненты, ДНК, одно- и двуспиральная РНК распознаются TLR внутри фаголизосом и сигнализируют о появлении чужеродных агентов — носителей PAMP. Индуцируемые при этом внутриклеточные сигналы приводят к реализации двух главных эффектов — активации (через транскрипционный фактор NF-kB) генов провоспалительных факторов и индукции синтеза интерферонов типа I (а и в).
  • Провоспалительные сигналы реализуется особенно интенсивно в макрофагах. Они активируются и инициируют развитие локального воспаления, сопровождающегося секрецией провоспалительных цитокинов.
  • Интерфероны типа I наиболее интенсивно синтезируют плазмоцитоид- ные дендритные клетки, в меньшей степени — макрофаги. Интерфероны типа I служат факторами противовирусной защиты, вызывая деградацию вирусной РНК и препятствуя репликации вирусов (защитный фактор 1).
  • На поверхности инфицрованной клетки экспрессируются стрессорные белки (MICA, MICB, ULBP), сигнализирующие о нарушении физиоло-

гического состояния клетки. Эти белки распознаются активационными молекулами NKG2D. Экспрессирующие эти молекулы NKT-клетки отвечают на распознавание стрессорных белков синтезом IFNy.
  • Через тот же рецептор сигнал о клеточном стрессе воспринимают NK-клетки. При условии, если вирусная инфекция привела к утрате экспрессии молекул МНС класса I, эти клетки активируются. Дополнительным стимулом для NK-клеток служит IFNy, выделяемый NKT-лимфоцитами. Активированные NK-клетки осуществляют цитолиз клеток-мишеней, выступая в качестве фактора противовирусной защиты, функционирующего в рамках врожденного иммунитета (защитный фактор 2).
  • Растворимые компоненты погибших инфицированных клеток, поглощенные миелоидными дендритными клетками путем эндоцитоза, подвергаются процессингу. Пептидные фрагменты белков, в том числе вирусных, встраиваются в состав молекул MHC-I и MHC-II и транспортируются на поверхность дендритной клетки.
  • Это позволяет дендритным клеткам презентировать вирусные молекулы клеткам специфических клонов CD4+ Т-лимфоцитов, распознающих (через TCR) вирусный пептид в составе молекул MHC-II, а также клонам CD8+ Т-клеток, распознающих вирусный пептид в составе молекул MHC-I. Презентация вирусных антигенов служит пусковым механизмом адаптивного иммунного ответа на эти патогены. При первичном проникновении вируса в организм этот процесс проходит в региональном узле.
  • CD4+ Т-клетки, распознавшие антиген, активируются и дифференцируются в Th1- и ^2-клетки. TM-клетки секретируют цитокины — IL-2 и IFNy. IL-2 участвует в поддержании пролиферации активированных CD8+ Т-клеток (см. ниже), а IFNy активирует естественные киллеры и макрофаги, тем самым усиливая лизис инфицированных клеток и развитие иммунного воспаления. ^2-клетки способствуют развитию гуморального иммунного ответа (см. ниже), стимулируя В-клетки при прямом контакте и с помощью вырабатываемых цитокинов — IL-4 и др. Таким образом, эти лимфоциты выполняют роль хелперных клеток.
  • Активированные CD8+ Т-клетки пролиферируют под влиянием IL-2. Этот цитокин они секретируют сами или получают от TM-клеток. Пролиферация позволяет увеличить численность клеток в специфических реагирующих клонах до эффективного уровня. Параллельно происходит дифференцировка этих клеток в цитотоксические Т-лимфоциты.
  • На поверхности инфицированных клеток пептидные фрагменты вирусных белков появляются в составе молекул MHC-I. Эти пептиды распознаются цитотоксическими Т-лимфоцитами, что приводит к лизису инфицированных клеток. Таким образом, защитный эффект киллеров воспроизводится в антигенспецифическом варианте и при сохранении экспрессии клетками молекул MHC-I (защитный фактор 3).
  • Свободные вирусные антигены (в составе внеклеточных вирусов или детрита лизированных клеток-мишеней) распознаются рецепторами (BCR) В-лимфоцитов. Под влиянием стимулов со стороны ^2-клеток и секретируемых ими цитокинов В-клетки пролиферируют и дифферен-

цируются в плазматические (антителообразующие) клетки, секретиру- ющие антивирусные антитела.
  • Антитела распознают вирусные частицы, находящиеся вне клеток. Связывание нейтрализующих антител с поверхностью свободного вируса предотвращает инфицирование клеток и, возможно, способствует их элиминации макрофагами (защитный фактор 4).
  • В ходе иммунного ответа формируются Т- и В-клетки памяти, специфичные к вирусным антигенам.
  • При повторном инфицировании тем же вирусом активируются клетки памяти, что облегчает запуск адаптивного иммунного ответа (он может происходить на месте внедрения вируса). При этом усиливается формирование специфических Т-киллеров, секреция противовирусных антител и в определенной степени стимулируются активность NK-клеток (через усиление секреции IFNy). В результате существенно повышается эффективность большинства факторов противовирусной защиты. Во многих случаях это обеспечивает создание протективного иммунитета — устойчивости к повторному инфицированию вирусом.

Таким образом, иммунная защита против вирусов формируется при участии многих механизмов врожденного и адаптивного иммунитета и реализуется с помощью 4 основных факторов — интерферона типа I, естественных и иммунных киллеров, нейтрализующих антител. Вовлечение адаптивного иммунитета обеспечивает формирование клеток памяти, которые служат основой резистентности к повторному инфицированию вирусами.
Иммунная защита от простейших
Антипротозойную защиту можно рассмотреть на примере малярии — наиболее распространенного и одного из самых тяжелых протозойных инфекционных заболеваний. Своеобразие иммунитета при малярии обусловлено особенностями жизненного цикла плазмодиев, сменой экспрессируемых ими антигенов и изменением их локализации.
  • Спорозоиты, проникающие в организм с укусом комара, вызывают раннюю реакцию клеток врожденного иммунитета. Реакция обычно недостаточно эффективна, чтобы элиминировать плазмодии. Взаимодействуя с поверхностными молекулами клеток (CD36, ICAM-1, гиалуронатом, хондроитинсульфатом), в том числе эритроцитов, плазмодии проникают в них и размножаются.
  • Спорозоиты экспрессируют один из примерно 60 возможных «вариантных антигенов» — VSA (Variantsurface antigen), против которого с участием дендритных клеток и CD4+ Т-лимфоцитов развивается В-клеточный иммунный ответ. Образующиеся при этом антитела обеспечивают частичный лизис плазмодиев, что приводит к ремиссии заболевания. Однако после этого взамен прежнего экспрессируется другой VSA, с которым накопленные антитела не взаимодействуют. Происходит новая волна размножения плазмодия с соответствующей клинической картиной и индукцией новых антител, обеспечивающих очередную ремиссию.
  • На стадии мерозоита плазмодий экспрессирует новые антигены, из которых наиболее известен MSP-1. Они вызывают развитие (преимущественно в селезенке) иммунного ответа, как гуморального, так и клеточного типа. Гуморальный иммунный ответ развертывается преимущественно в лимфоидных фолликулах селезенки. Т-клеточный ответ формируется в двух основных формах — воспалительной и цитотоксической. Воспалительный иммунный ответ реализуется с участием CD4+ Т-лимфоцитов и макрофагов в маргинальной зоне и красной пульпе селезенки. Он сопровождается значительной выработкой цитокинов и вносит наиболее существенный вклад в ограничение инфекции на стадии мерозоитов. Цитотоксический иммунный ответ, опосредованный CD8+ Т-киллерами, развивается в печени и сопровождается значительным повреждением гепатоцитов.
  • Тем не менее элиминировать возбудитель иммунная система не в состоянии. Плазмодий на стадии гаметоцита поступает в кровь, а из нее — в организм промежуточного носителя (комара).

Таким образом, при ответе на плазмодий мобилизуются все основные формы иммунной защиты, однако это не приводит к элиминации патогена. Это обусловлено главным образом антигенной изменчивостью и сменой стадий развития паразита, характеризующихся различной локализацией и экспрессируемыми антигенами.
Иммунная защита против гельминтов
Эта форма иммунной защиты изучена меньше других.
  • Существует два типа локализации гельминтов — в кишечнике, куда они поступают с пищей, и в различных других органах (печени, легких, головном мозгу, стенке сосудов и т.д.), куда они проникают гематогенным путем. Паразиты, локализующиеся в органах, часто окружены гликолипидной или гликопротеиновой оболочкой, формируемой клетками хозяина и защищающей гельминт от действия факторов иммунной системы. В кишечнике роль фактора изоляции играет сама слизистая оболочка.
  • Клетки врожденного иммунитета распознают различные компоненты гельминтов (PAMP) — лизофосфатидилсерин (распознается TLR-2), липопротеины, обогащенные фосфорилхолином (распознаются TLR-4) и др.; гликаны, распознаваемые лектиновыми рецепторами, в частности DC-SIGN; протеазы, секретируемые гельминтами; хитин. В качестве распознающих клеток выступают макрофаги, дендритные клетки, энте- роциты слизистой оболочки кишечника.
  • Активация дендритных клеток приводит к развитию незрелых клеток DC2-rarn, способствующих дифференцировке Т-хелперов типа Th2. ^2-ответ — преобладающая форма протективного иммунного ответа против гельминтов.
  • Среди цитокинов, секретируемых Th2-клетками при гельмитозах, наиболее важную роль играет IL-4 (обеспечивает переключение изотипов антител на IgE), IL-13 (привлекает эозинофилы и базофилы, обеспечивает морфогенетические перестройки — ремоделирование) и IL-5 (привлекает эозинофилы).
  • Важная защитная роль при гельминтозах принадлежит антителам класса IgE. Взаимодействуя с сенсибилизированными тучными клетками, они стимулируют выброс факторов с антигельминтной активностью и секретируют цитокины, привлекающие базофильные и эозинофильные гранулоциты.
  • Эозинофилы и базофилы формируют вал вокруг гельминтов и выделяют молекулы и вещества, оказывающие антигельминтное действие. Наибольшую роль среди них играют белки эозинофилов — MBP (главный щелочной белок) и ECP (эозинофильный катионный белок), способные вызвать гибель гельминта.
  • Гибель гельминтов в кишечнике сопровождается их эвакуацией из пищеварительного тракта. Гельминты, погибшие в органах, элиминируются клетками мононуклеарной фагоцитирующей системы.
  • Против гельминтов формируется относительно слабая и кратковременная иммунологическая память, обычно не гарантирующая развития повторных инвазий. Эффективные антигельминтные вакцины пока не созданы.