8862 (Иммунология, которой нас обучают вирусы), страница 2

Истощающая (чрезмерная) индукция Т клеток.

Существует вторая, диаметрально противоположная, ситуация, при которой зрелые Т клетки не способны реагировать (Табл.2) (39). Во время течения некоторых генерализованных инфекций, вызываемых нецитопатическими вирусами, например вирусом лимфоцитарного хореоменингита (LCMV) у мышей и вирусом гепатита В или С у человека, все антиген специфические Т клетки могут быть уничтожены. При нормальном течении инфекции индуцируются и становятся эффекторными только от 10% до 30% потенциально реагирующих Т клеток. Большинство из них умирает в течение 2-4 дней, после того, как антиген выводится из организма. Однако избыток антигена на многочисленных АРС в лимфоидных органах, и широкое распространение вируса по периферии (что может произойти при всепоглощающей инфекции нецитопатическим вирусом) может индуцировать все антиген специфические способные к ответу Т клетки. Такие зрелые эффекторные Т клетки вымирают в течение нескольких дней, что приводит к уничтожению данной специфичности из популяции (repertoire).

Примером является инфицирование мышей изолятом вируса LCMV, который способен к быстрому распространению (размножению). Данный изолят вируса с помощью чрезмерной индукции протективного CD8+ Т клеточного ответа и при распространении в тимус может легко установить персистентную вирусную инфекцию (39). Данное явление происходит в случае, когда изолят вводят внутривенно, что способствует его быстрому распространению, а не через местное подкожное введение (Табл. 1). Это может послужить другим примером успешной эволюции вируса и хозяина. В то время, как цитопатические вирусы должны индуцировать ранний эффективный Т клеточный ответ для предотвращения чрезмерной патологии, вызываемой таким вирусом, нецитопатические вирусы с помощью чрезмерной индукции антивирусного протективного CD8+ Т клеточного ответа могут уйти от летального иммунопатологического разрушения инфицированных клеток. Механизмы истощения (чрезмерной индукции), а также вопрос будет ли механизм истощения Т клеток на периферии одинаковым или отличаться от процессов негативной селекции в тимусе, еще предстоит оценить.

В экспериментальных условиях CD4+ хелперные Т клетки могут быть чрезмерно индуцированы при введении низкой или высокой дозы растворимого белкового антигена (1, 40). Однако до сих пор не было показано, что такой процесс происходит естественным образом при всепоглощающей инфекции нецитопатическими вирусами. Разница в индукции CD4+ и CD8+ Т клеток может отражать тот факт, что Т хелперные клетки не участвуют непосредственно в процессе лизиса измененных клеток хозяина и весьма необходимы для развития протективного ответа антител к большинству цитопатических вирусов. Следовательно, их чрезмерная индукция должна быть сведена к минимуму. Такое состояние достигается тем, что антигены, связанные с молекулами МНС 2 класса, в основном располагаются (их нахождение ограничено) в лимфоидных органах, где присутствуют достаточные уровни необходимых интерлейкинов. Напротив, CD8+ Т клетки могут встретить антиген в нелимфоидных органах и умереть от недостатка интерлейкина. Из-за отсутствия CD8+ Т клеток и поскольку Т хелперные и В клеточные ответы сами по себе часто недостаточны для выведения (из организма) цитопатических вирусов, может иметь место хронический иммунный ответ Т хелперных и В клеток. Такой процесс может вызвать избыточное накопление интерлейкинов, а также комплексов антиген-антитело, и привести к хроническому, воспалительному иммунопатологическому заболеванию (41).

Переосмысление процесса распознавания антигена зрелыми Т клетками.

Огромное разнообразие во взаимоотношениях хозяин-вирус указывает на то, что не существует различий в физико-химических характеристиках антигенов, которые делают их собственными или чужеродными, инфекционными или неинфекционными, опасными или безвредными. Такие характеристики, являющиеся результатом совместной эволюции, определяются биологией антигена, относится ли он к собственным или чужеродным антигенам. Следовательно, для зрелых Т клеток, локализация антигена, способ его переноса и скорость распространения определяют индукцию, сохранение (поддержание) или прекращение иммунного ответа. В соответствии с коэволюционной необходимостью, цитопатические вирусы эффективно индуцируют протективный иммунный ответ для того, чтобы избежать исчезновения (чувствительных к вирусу) хозяев, как самостоятельных видов. Для нецитопатических вирусов контроль над вирусом имеет только косвенное значение. Гораздо важнее контролировать иммунопатологический иммунный ответ, который является пагубным для хозяина.

Данная концепция расширяет и изменяет «принципы распознавания свой – чужеродный», выдвинутые Burnet и Lederberg (30) и недавние гипотезы, основанные на теории двух сигналов (Bretscher, Cohn и Langmann; Lafferty; Schwartz; Janeway; Matzinger) (9, 10, 34, 35). В соответствии с этими теориями следующие правила влияют на способность Т клеток к ответу. Т и В клетки должны иметь возможность находиться в толерантном состоянии (состоянии анергии, неспособности к иммунному ответу). Индуцируемые иммунные клетки становятся неспособными к ответу (анергия) или вымирают в случае, если они получают антигенный сигнал (сигнал 1) без дополнительной стимуляции (сигнал 2). Сигнал 2 могут вырабатывать только профессиональные АРС. Используя такие правила, было постулировано, что иммунная система распознает инфекционно опасный чужеродный от инфекционно безвредного собственного антигена. Но на самом деле, не только токсические или цитопатические антигены, но и безвредные в норме антигены (такие как нецитопатические вирусы) могут быть опасными, поскольку они индуцируют опасную иммунопатологию. Следовательно, антигены различаются не в отношении того, являются ли они собственными или чужеродными, инфекционными или неинфекционными, опасными или безвредными. Скорее (правильнее), локализация антигена (в лимфоидной культуре или вне ее), перенос мигрирующими клетками (скорость распространения и концентрация) определяет, будут ли зрелые иммунные клетки индуцировать иммунную реакцию, и сколько она будет длиться.

Иммунологическое распознавание: В клетки

Нейтрализующие ответы антител против вирусов предотвращают повторную инфекцию наиболее важными, вызывающими острое заболевание, цитопатическими вирусами человека, такими как вирусы полиомиелита, кори, свинки. Однако антитела могут иметь чрезвычайно важное значение и при некоторых первичных инфекциях. В некоторых инфекционных моделях отсутствие В клеток или CD4+ Т хелперных клеток (или и тех и других одновременно) приводит к замедленному выведению вируса и смерти (хозяина). Например, инфекция вирусом везикулярного стоматита VSV, близкородственного вирусу бешенства человека. Многие вирусы, среди которых и вирус VSV, несут на поверхности своих гликопротеинов оболочки часто повторяющиеся (чередующиеся) нейтрализующие детерминанты в плотной двумерной кристалло-подобной форме. Такие детерминанты способны вызывать ранний (на 3-4 день) и полностью независимый от Т клеток IgM ответ, который к 6 дню переключается на протективный IgG ответ только в присутствии Т клеточной помощи (11-16, 42, 43). Поскольку вирус VSV не является поликлональным активатором В клеток, данные результаты предполагают, что перекрестное связывание рецепторов В клеток представляется важным для индукции IgM ответов (42, 43). В отсутствие Т клеточной помощи или сигнала 2, такая эффективная прямая и ранняя индукция и расширение (распространение) популяции В клеток не сохраняется. Однако, чрезвычайно большая популяция В клеток теперь становится мишенью для Т клеточной помощи, следовательно, обеспечивая ранний, продолжительный и (высоко) протективный IgG ответ. Некоторые другие серологически различающиеся вирусы несут на гликопротеинах вирусной оболочки нейтрализующие детерминанты, располагающиеся на расстоянии 5-10 нанометров друг от друга. Такое расстояние, как было показано для бактериальных антигенов и антигенов, несущих часто повторяющиеся молекулы гаптенов, является оптимальным для индукции зрелых В клеток. (44,45). В случае вируса VSV, только сами частицы вируса, несущие плотный двумерный шаблон антигена, являются строго Т независимыми антигенами (то есть они прямо индуцируют В клетки). Развитие ответа на другие формы вирусного гликопротеина оболочки (VSV-G), такие как очищенный рекомбинантный белок VSV-G (мономер антигена) и рекомбинантный вирус оспы, (который включает VSV-G в виде подвижного, связанного с клеткой антигена, прикрепленного к полужидкой мембране), зависит от различных форм Т клеточной помощи при постепенном ее уменьшении (40-45). Данные выводы указывают на то, что плотные, близко расположенные, организованные антигены являются отличительным признаком инфекционных агентов, которые включают в себя вирусы, бактерии, паразиты. То есть организация антигена является отличительным признаком вредных чужеродных антигенов. Таким образом, зрелые В клетки могут распознавать вредные и безопасные антигены по шаблону, по его организации (42-44). Следует отметить, что плотно упакованные собственные антигены спрятаны и обычно не доступны для В клеток. Следовательно, прямая индукция IgM антител на собственные антигены проявляется лишь в редких случаях, а обнаружение антител против ДНК и коллагена не противоречат предложенной концепции. Выработка антител против мономерных и олигомерных собственных антигенов находится под контролем, несмотря на наличие специфических к ним В клеток. Отсутствует необходимая Т клеточная помощь, как результат отмирания (уничтожения) в тимусе Т клеток нужной специфичности.

Иммунологическая память

Вместе со специфичностью, иммунологическая память, вероятно, является наиболее часто изучаемым параметром с клинической точки зрения. Однако природа иммунологической памяти еще не до конца осознана. После инфицирования или вакцинации хозяина иммунная система «праймируется». Такая специфическая иммунологическая память приводит к улучшенной работе иммунной системы, то есть усиленной защите против повторной инфекции (1, 16). Иммунологическую память обычно оценивают по увеличенным титрам антител или увеличенной частотности (частоты встречаемости) специфических Т клеток, что измеряется in vitro (1, 47). Нет никаких сомнений в том, что иммунологическая память, опосредуемая увеличенными титрами антител, необходима и достаточна для обеспечения защиты против инфекции цитопатическими вирусами. Таким образом, одной из функций иммунологической памяти на уровне отдельного хозяина и популяции в целом является, вероятно, приспособление популяции к вирусу прямо или косвенным образом через регулирование эпидемий вируса с помощью популяционного иммунитета (5-8, 12-14, 27). Однако важной первичной функцией увеличенных уровней антител памяти является передача (адаптивных, усвояемых, способных к передаче) антител памяти от матери потомству, что обеспечивает защиту от летальной в противном случае инфекции молодого иммунонекомпетентного потомства во время созревания иммунной системы.

Важность иммунологической памяти, опосредуемой антителами, и невозможность передачи Т клеточной памяти лучше всего объясняется эволюционной необходимостью, поскольку Т клетки распознают антиген только в комплексе с молекулами МНС (42). Из-за того, что молекулы МНС изменяются (мутируют) с целью приспособления к новым инфекционным агентам, иммунологическое разнообразие (резервуар) Т клеточных рецепторов должно оставаться адаптируемым. Резервуар Т клеточных рецепторов генетически не связан с молекулами МНС (кодируются разными генами). Вследствие этого, во время созревания Т клеток необходим процесс «обучения» Т клеточных рецепторов, что включает в себя положительную и отрицательную селекцию в тимусе (1). Такой процесс оставляет утробный плод и потомство во временном иммунодефицитном состоянии. Полиморфизм молекул МНС также вызывает гистонесовместимость и иммунологическое отторжение гистонесовместимых клеток и органов. Следовательно, в противоположность антителам памяти, иммунологическая Т клеточная память не может передаваться от матери потомству.

Передача пассивной защиты против вируса полиомиелита с помощью материнских антител при их проникновении через плаценту человека хорошо изучена (48). Телята появляются на свет без антител, поскольку двойная хореоэпителиальная оболочка плаценты не пропускает антитела, следовательно, фетальная сыворотка телят используется в научных исследованиях. Новорожденные телята получают всю необходимую защиту против инфекций через концентраты антител в молозиве в течение первых 24 часов после рождения. Кроме того, антитела передаются в яйца птиц и рептилий (48). Поскольку инфекционные агенты не должны быть слишком успешными в уничтожении своих хозяев, совместная их эволюция (вируса и хозяина), по-видимому, отобрала такие цитопатические агенты, вызывающие эпидемии, которые могут находиться под эффективным контролем антителами, накопленными в организме матери в течение, по крайней мере, 13 лет жизни человека и 8 недель жизни самки мыши. Для обеспечения этой цели увеличенные уровни нейтрализующих антител памяти необходимо поддерживать с помощью антигенов, которые либо повторно приходят извне, перекрестно реагируют с прежним антигеном, или хранятся в виде стабильных комплексов, например, в комплексе с молекулами IgG на фолликулярных дендритных клетках (49). Кроме того, женские гормоны усиливают ответ антител – а также чувствительность к аутоиммунным заболеваниям – по сравнению с мужскими гормонами (49).

В противоположность сохраняющимся длительное время и в более высокой концентрации уровням антител памяти, обеспечивающим защиту, цитотоксические Т лимфоциты (CTLs) быстро индуцируются и исчезают. Частотность (частота встречаемости) CD8+ Т клеток (к определенному антигену) находится на низком уровне у обычного нормального хозяина, порядка 1 клетки на 106 лимфоцитов.

Во время острой инфекции частотность увеличивается до 1 клетки на 102 лимфоцитов для вирусов, реплицирующихся быстро и распространяющихся широко, и до 1 клетки на 103 – 104 лимфоцитов для вирусов, реплицирующихся медленнее. Как только вирус выводится из организма, частотность обычно уменьшается до 1 клетки на 104 – 105 лимфоцитов (47, 50). Такое уменьшение демонстрирует сильное влияние антигена на регулирование иммунного ответа и подтверждает вывод, что после активации эффекторные Т клетки отмирают в течение 2-3 дней. В связи с этим, в настоящее время изучают вопрос является ли цитотоксическая Т клеточная память важной и какую роль играет антиген в ее поддержании – через персистенцию вируса, через повторную инфекцию, через депо на молекулах МНС 1 класса, через перекрестно реагирующие антигены или каким-либо другим путем (47, 51). Тот факт, что материнские антитела успешно защищают потомство предполагает, что активированная цитотоксическая Т клеточная память играет отличающуюся роль у иммунокомпетентных хозяев.

Она контролирует персистирующие нецитопатические вирусы, которые безвредны для молодых иммунонекомпетентных хозяев, а также ограничивает приносящую вред, опосредуемую Т клетками, иммунопатологию.

Характеристики иммунологической памяти, представленные здесь, указывают, что антиген направляет иммунный ответ и является его наиболее важным (положительным) регулятором. В соответствии с этим, не существует, вероятно, концептуальной необходимости в специфической отрицательной регуляции иммунного ответа. Важная иллюстрация этой простой концепции состоит в том, что если антиген не выводится и если структура лимфоидного органа образуется на постоянной основе в поврежденных периферических органах, развивается иммунопатологическое заболевание, чрезмерная пролиферация лимфоидных клеток или иммунитет к собственным антигенам. Как только антиген выводится или его количество значительно уменьшается, активированные эффекторные Т и В клетки исчезают, поскольку они имеют короткое время жизни.

Хотя Т клетки, рециркулирующие в крови, могут существовать продолжительное время, что можно измерить по их частотности, они направляются в плотные культуры только в случае их активации антигеном. Подобным же образом, В клетки могут рециркулировать в крови иммунного хозяина. Однако только В клетки, которые повторно стимулированы антигеном на фолликулярных дендритных клетках, активируются и становятся продуцирующими антитела плазматическими клетками, содействующими сохранению увеличенного уровня антител памяти. Таким образом, оказывается, что иммунологическая память является зависимой от наличия антигена (47, 49, 51) и становится трудным отличить иммунологическую память от происходящего на низком уровне иммунного ответа.

Заключение

Формы взаимной зависимости между вирусами и иммунным ответом, в том виде, как они изложены в этой работе, являются, конечно же, неполными и их обобщение все еще представляется трудным.