90717 (Ассоциации иммуногенетической системы HLA с развитием туберкулеза), страница 3

Продукция иммунносупрессорных цитокинов, таких ИЛ10 и ТФРβ, была описана у людей с активным туберкулезом и повышение продукции ИЛ10 в легких у мышей с хронической микобактериальной инфекцией. Это свидетельствует о том, что ИЛ10 может способствовать реактивации хронического туберкулеза.

Глава 4. CD-1 и CD-1-рестриктированные Т-клетки при инфекциях, вызванных внутриклеточными бактериями

Гликолипид-специфичные, CD-1a-, b-, c- зависимые цитотоксические Т-клетки вовлечены в ответ организма против туберкулеза (рис. 3). Молекулы CD-1 презентуют микобактериальные гликолипиды из различных внутриклеточных участков зараженной клетки. Во время микробной инфекции CD-1d-зависимые натуральные киллеры быстро продуцируют цитокины и выполняют регуляторную функцию [23].

Участие главного комплекса гистосовместимости (МНС) в Т-клеточном ответе было показано на вирусных системах, но его важность в бактериальных инфекциях и в ответе против простейших бесспорно. МНС-II-рестрикрированные CD8⁺ Т-клетки играют важную роль в защите организма против бактерий и простейших, тогда как МНС-I-рестриктированные CD8⁺ Т-клетки важны в случаях вирусных инфекций. Первые Т-клеточные популяции выполняют хэлперную функцию, выделяются цитокины для активации макрофагов и/или В-клеток, тогда как последующие, главным образом, действуют, убивая зараженные клетки хозяина. Во время некоторых бактериальных инфекций вместе с обычными CD4⁺ и CD8⁺ Т-клетками также есть необычные Т-клетки для содействия в достижении устойчивости: это Тγδ-лимфоциты, которые распознают фосфолипиды и Тαβ-лимфоциты, которые контролируются неклассическими МНС и МНС-похожими молекулами. Т-клетки, контролируемые CD-1 молекулами и противодействующие бактериальным гликолипидам, также являются необычными Т-клетками.

4.1 Атигенпрезентующие молекулы

В цитоплазме белки разрушаются протеазами. Образовавшиеся пептиды затем трансформируются в эндоплазматическом ретикулуме специальными транспортными молекулами так называемыми транспортерами переработанного антигена (ТАР). В эндоплазматическом ретикулуме эти пептиды затем обрезаются для упаковки в щель, сформированную первым и вторым доменом тяжелой цепи МНС-I. После ассоциации с β₂ микроглобулином (β₂m), комплекс МНС-I- β₂m транспортируется на клеточную поверхность, где презентует пептиды для CD8⁺ Т-клеток. Молекула МНС-II состоит из двух тяжелых цепей: α-цепь и β-цепь, первые домены обоих цепей образуют щель, в которую загружается пептид в поздних эндосомально-лизомальных отделах. Пептиды, которые презентуются молекулами МНС-II, образуются в эндосомально-лизомальной системе под действием протеаз (таких как аспарагинилпептидаза, катепсины). Благодаря большому полиморфизму молекул МНС, каждая обладает уникальным гаплотипом. Это гарантирует то, что огромное множество антигенных пептидов будет презентовано и исключает возможность, что какой-то патоген избежит распознавания Т-клетками. Различные антигенные пептиды выбираются разными видами МНС. В противоположность классическим молекулам МНС неклассические МНС-Ib и CD-1 не обладают полиморфизмом. Поэтому антигенные лиганды, презентуемые данными молекулами Т-клеткам, должны быть более устойчивыми [24].

До недавнего времени считалось, что Т-клетки оказывают влияние на пептидный антиген, тогда как В-клетки могут распознавать протеины сахара, гликолипиды, нуклеиновые кислоты и другие виды антигенов. Эта теория была подвергнута сомнению, когда обнаружили, что CD-1 молекулы презентуют гликолипидные антигены Т-клеткам (рис. 4). Есть два вида молекул CD-1 CD-1a, CD-1b CD-1c из первой группы, CD-1d из второй группы. Обе группы презентуют антиген в человеческом организме и в организме некоторых млекопитающих, таких как кролик. У мыши антиген презентуют только молекулы СD-1 из второй группы. CD-1 молекулы похожи на молекулы МНС-I тем, что они состоят из α-цепочки, включающей три домена, которые нековалентно связаны с β₂m. Анализ кристаллической структуры CD-1d показал, что α-цепочка формирует щель между первым и вторым доменами, которая уже и глубже, чем у молекул МНС 1-го класса. CD-1 антиген-связывающая щель не способна формировать водородные связи с пептидным антигеном как это делает молекула МНС 1-го класса, но хорошо подходит для гидрофобного взаимодействия. В добавок к кортикальным тимоцитам, группа I СD-1 молекул первая экспрессируется в дендритных клетках (ДК), которые являются важнейшими антигенпрезентующими (АПК) для Т-клеток. Группа II CD1 молекул наоборот, в основном находится на эпителиальных клетках, кортикальных тимоцитах и гепатоцитах, но они тоже могут быть экспрессированы на АПК таких, как ДК, макрофагах и β-клетках. При микобактериальной инфекции in vitro возрастает экспрессия CD1d молекул на поверхности мышиных ДК и макрофагов [23].

4.2 Презентация микобактериальных липидов группой I CD1 молекул

Исследования, проведенные Порцелли, Бреннер, Кроненберг и Модлин доказали, что CD1a, CD1b, CD1c молекулы презентуют микобактериальные гликолипиды клеточной стенки. Микобактерии обладают клеточной стенкой, богатой гликолипидами, что очень важно для их устойчивости. Было доказано, что CD1 молекулы первой группы презентуют на Тαβ-клетках гликолипиды фосфоиннозитолманнозиды (PIM), липоарабиноманнан, (LAM) миколовые кислоты и гексозо-1-фосфоизопреноиды. Не было идентифицировано ни одного бактериального антигена, презентуемого CD1 молекулами второй группы.

CD1d-рестриктированные клетки имеют уникальный фенотип. Они экспрессируют на поверхности CD3 комплекс также хорошо, как и маркеры для NK, NK1-клеток. Более того, они экспрессируют высоко специфичный ТКР репертуар, включающий Vα14Jα281 комбинацию у мыши и гомологичную Vα24JαQ у человека. Поэтому считается, что NK Т-клетки похожи. Этот факт также подтверждается тем, что они реагируют с αGalCer.

4.3 Внутриклеточная локализация CD1 молекул

Фагоцитированный макрофагами бактериальный патоген попадает в фагосому, которая затем проходит через несколько стадий. Главные шаги, которые проходит фагосома:

1.Ранняя эндосомальная стадия, на которой фагосома сближается и трансферрином.

2.Поздняя эндосомальная стадия, на которой фагосома закисляется до оптимальной для лизосомальных ферментов pH.

3.Фагосома, в которой идет внутриклеточноке "пищеварение".

Микобактерии мешают созреванию фагосом, хотя механизм этого пока еще не известен. Микобактериальные фагосомы не до конца закислены, но бактерии получают доступ к трансферрину, который является главным депо железа не только для клеток хозяина, но и для микобактерий. Трансферрин и его рецептор двигаются вдоль ранней переработанной эндосомы, отдает готовое железо и затем возвращается на клеточную поверхность. Показано, что микобактериальные гликолипиды в самом деле нагружаются на CD1 молекулы в течении микобактериальной инфекции, эти молекулы могут быть найдены в компартментах. Внутриклеточная локализация CD1 молекул и микобактерий, покрывающих их была анализирована с помощью конфокусной сканирующей лазерной микроскопии дендритных клеток зараженного человека. При использовании различных внутриклеточных меркеров было найдено, что три CD1 молекулы первой группы локализованы в клетки по-разному. CD1а молекула по распределению похожа на МНС первого класса и точно также экспрессирована на клеточной поверхности. Кроме того, CD1а молекула была локализована на ранних рециклирующих эндосомах положительных для GT-Pase ARF6 и для гранул Бирбека клеток Лангерганса. CD1b и CD1c молекулы были найдены в поздних эндосомально-лизосомальных везикулах. Данные компартменты также служат как "доки" для разгрузки пептидов в МНС молекулы второго класса. В противопоставление CD1b, CD1с молекула обильно презентуется на плазматической мембране и в Tf-лабильных ранних эндосомах. Кроме того, было найдено, что многочисленные гликолипиды, включая LAM и PIM, отщепляются от микобактерий внутри фагосом и транспортируются из фагосомы в поздние эндосомы и лизосомы. CD1b и CD1с молекулы были также обнаружены в этих компартментах. CD1с молекулы могут также взаимодействовать с микобактериальными гликолипидами, потому что в зараженных клетках они были обнаружены в микобактериальных фагосомах, задержанных на ранней стадии активации [24].

CD1b молекулы были первоначально найдены в зрелых фаголизосомах. Как ранее было показано, созревание фагосом сопровождается потерей жизнеспособности микобактериями, поэтому эти фаголизосомы скорее всего состоят из нежизнеспособных микобактерий. Дальнейшие эксперименты показали, что зараженные клетки хозяина отщепляют гликолипиды, которые могут быть поглощены дендритными клетками, лежащими в их окрестности. Данные открытия объясняют транспорт антигенных гликолипидов из макрофагов в ДК, или из главных хозяйских клеток к главным АПК, экспрессирующим CD1 молекулы, в эксперименте in vitro. Предварительные данные свидетельствуют, что внутриклеточные везикулы различных размеров, такие как экзосомы и апоптические пузырьки, принимают участие в данном транспорте. Во время микобактериальной инфекции экспрессия на поверхности молекул МНС первого и второго класса и CD1b нерегулируема.

4.4 Рецептор для транспорта АГ

Маннозо-мембраные рецепторы (PPR) играют роль в понимании (распознавании) и презентации очищенного LAM с помощью CD1b. Этот R был идентифицирован в ранних эндосомах, но не в микобактериальных фагосомах, что доказывает его участие в распознавании чистых гликолипидов. РРR CD14 связывает не только липополисахариды грам "-" бактерий, но также некоторые микобактериальные гликолипиды. Этот R путешествует через фагосомы и поздние эндосомы-лизосомы зараженных микобактериями макрофагов. Отсюда следует, что CD14 может принимать участие в транспорте гликолипидов из фагосом в другие внутриклеточные компартменты. Так как CD14 экспрессируется только на макрофагах, то дендритные клетки, несущие CD1 молекулу, должны использовать другие R, для транспорта гликолипида. Предполагается, что гликолипиды транспортируются из зараженных макрофагов в незараженные ДК для презентации, а также, что CD14 может принимать участие в транслокациях гликолипида внутри макрофага. Как было показано для LAM, гликолипиды могут встраиваться в мембрану хозяйской клетки и мигрировать вдоль фосфолипидного бислоя. В фагосомах CD1 может принимать гликолипиды из депо. Здесь загрузка CD1а и CD1с (но не CD1b) независима от низкого рH. Расщепленные микобактериальные гликолипиды могут быстро связываться с экспрессированными на клеточной поверхности молекулами CD1 с помощью механизма экстрацеллюлярной загрузки – этот процесс постулирован для CD1а и, возможно, CD1с.

Считается, что загружающие гликолипиды в CD1 молекулы могут включать шаперон-подобные молекулы для облегчения связывания половины гидрофобного липида с гидрофильной антиген-связывающей щелью. Также исследуется, какие микобактериальные гликолипиды нуждаются в переработке до того, как они будут связаны и презентованы молекулами CD1. было показано, что презентация гликолипида молекулами CD1b (но не CD1а) включает в себя транспорт гликолипидов в лизосомальные компартменты. Более того, эндосомально путешествующие CD1b, CD1с и CD1в молекулы содержат YXXZ эндосомально-целевую последовательность (Z содержит большую гидрофобную часть цепочки). Этот целевой мотив помогает ассоциации CD1 молекул с адапторным протеином (АР) их корректной внутриклеточной сортировке. При мутации данной последовательности отменяется презентация антигена молекулой CD1b. Кислая среда внутри лизосом может облегчить расщепление антиген – связывающий щели CD1 и обрезанию гликолипидов лизосомальными гликозидазами и липазами. Действительно, при проведении экспериментов с меченными радиоактивными атомами микобактериями было доказано, что микобактериальные гликолипиды ферментативно изменяются на их пути из фагосом.

Антиген-связывающая щель CD1 молекул, возможно, связывает две гидрофобные цепочки жирных кислот гликолипидов, тогда как гидрофильная углеводная часть высовывается для распознавания Т-клетками (рис. 4). Ферментативная модификация углеводной части может привести к дифференциации Т-клеточных эпитопов и, следовательно, к антигенной специфичности, несмотря на то, что CD1 молекулы неполиморфны. Ферментативная модификация жирных кислот может улучшить аккомодацию гликолипидов в щели CD1 молекул [23].

4.5 CD1d и NКТ-клетки при инфекциях

Знания о роли второй группы CD1 молекул и NКТ-клеток в антибактериальном ответе хозяина ещё ограничены. NКТ-клетки находятся первоначально в печени, где они продуцируют IL4 в ответ на лиганд ТКR. Стимуляция NКТ-клеток αGalCer индуцирует синтез ИЛ4 и ИФНγ, в результате иммунный ответ склоняется в сторону Тх₂-типа. При инфекции, вызванной Mycobacteriym bovis, Bacille-Calmette Guerrin начальный интерлейкиновый взрыв NКТ-клеток модулирует продукцию ИФНγ. Это, возможно, достигается за счет индуцированного ВСG выделения ИЛ12. В самом деле, при выделении обоих цитокинов происходит сдвиг в сторону продукции ИФНγ. Введение анти-CD1 моноклональных антител приводит к незначительному улучшению течения листериоза. Параллельно увеличивается секреция ИФНγ, ИЛ17 и ТНФ, а секреция ТНФβ сильно снижается. Позже показана практическая роль ТНФβ в иммунной регуляции NКТ-клетками. Такое же анти-CD1 введение слегка усиливает туберкулез у мышей и снижает продукцию ИФНγ, ИЛ12 и ТНФ. Согласуется с этим то, что NКТ-клетки, контролируемые CD1, принимают участие в формировании гранулемы, индуцируемой микобактериальными гликолипидами, в частности РIМ. CD1 Knock out мыши, зараженные M. tuberculosis, не страдают от развивающегося туберкулеза по сравнению с диким типом мышей. Это различие может быть объяснено чрезмерностью иммунной системы, что способствует компенсации функций NKТ-клеток другими клетками у CD1 КО мышей. Или, возможно, что введение анти-СD1d АТ не только блокирует узнавание СD1 клетками NK, но также и заражение АПК. Интересен тот факт, что реагирующие клетки через CD1d и CD1c могут влиять на кальциевый наплыв в Т-клеточную линию, экспрессирующую СD1.

Регуляторную роль NКТ-клеток лучше всего демонстрируется на их роли в ЛПС-индуцированной реакции. Считается, что данная продукция ИФНγ является движущей силой ЛПС-индуцированного летального шока.

Хотя считалось, что быстрая продукция ИФНγ происходит NКT-клетками, но, возможно, что резидентные печеночные NКТ-клетки являются источником ИФНγ при ЛПС-индуцированной печеночной патологии. Было показано, что резидентные печеночные NКТ-клетки, ответственные за гепатотоксичность, активируются ИЛ-12, которая выделяется ЛПС-стимулированными Купферовскими клетками. Истощение NКТ-клеток возрастает при сопротивлении накоплению ИЛ-12 (ЛПС-индуцированная генерализованная реакция Шварумана). CD7 КО мыши с дефектом в продукции ИФНγ и сокращением числа резидентных печеночных NКТ-клеток устойчивы к ЛПС-индуцированному шоку. Порог активации NКТ-клеток бактериальными продуктами низок, поэтому возникает риск острой и тяжелой патологии, которая требует контррегуляции игибиторными цитокинами, такими как ИЛ-10 или ТФРβ. Такая чувствительность позволяет NКТ-клеткам быстро отвечать на проникновение микроорганизма, но несет риск возникновения чрезмерной реакции, приносящей вред хозяину. Интересно, что активация и экспансия NКТ-клеток не вызвана легким попаданием бактериальной флоры. Незараженные мыши содержат то же число NКТ-клеток, что их обычно выведенные сородичи.CD1а-, CD1b- и CD1с-зависимые Т-клетки убивают зараженные клетки – мишени перфорин-зависимым способом.