Периферические органы иммунной системы

Селезенка заселяется лимфоцитами в поздний эмбриональный период и сразу после рождения. Структурно выраженная селезенка выявлена у плодов крупного рогатого скота 55-суточного возраста, а дифференцирование красной и белой пульпы происходит между 80-ми и 100-ми сутками.

В селезенке свиней с 51 сут утробного развития наблюдается интенсивный экстрамедуллярный гемопоэз: присутствуют ретикулярные клетки. Между 70-ми и 100-ми сутками происходит дифференциация на красную и белую пульпу. Ретикулярные клетки содержат вакуоли и эндоплазматический ретикулум.

Лимфоциты накапливаются в периваскулярных пространствах и являются предшественниками белой пульпы селезенки. В белой пульпе различают тимусзависимые и тимуснезависимые зоны, которые заселяются соответственно Ти В-лимфоцитами. Т-клетки располагаются преимущественно в периартериальных областях, а В-клетки — в лимфоидных муфтах и фолликулах. Антигены с током крови достигают селезенки, фиксируются в дендритных клетках и в маргинальной зоне, откуда они транспортируются в белую пульпу и расположенные в ней центры размножения. Эти антигены индуцируют образование лимфобластов в тимусзависимой зоне селезенки, а в тимуснезависимой зоне происходит пролиферация лимфоцитов и образование плазматических клеток.

Селезенка осуществляет контроль за цитологическим составом крови, удаляя из кровотока утратившие функциональную активность эритроциты и лейкоциты, а также образует новые лимфоциты в ответ на занесенные кровотоком чужеродные антигены, особенно корпускулярные.

Лимфатические узлы относятся к периферическим органам иммунной системы. Они состоят из заключенной в капсулу паренхимы, содержащей ретикулярную строму и большое число подвижных клеток: лимфоцитов, плазматических клеток и макрофагов.

У крупного рогатого скота в эмбриональный период надвыменный лимфатический узел и узел коленной складки представлены небольшими узелками, окруженными студенистой плотной массой. Постепенно они приобретают рыхлую, а затем упругую консистенцию и ко времени рождения формируются полностью. В них содержатся фолликулы, лимфоциты и миелоциты. У эмбрионов коз поверхностные региональные лимфатические узлы закладываются также в форме прозрачных студенистых пузырьков в первой половине суягности; к 75-м суткам развития они морфологически оформляются. У 120-суточных плодов уже развита капсула, различаются трабекулы и фолликулы некоторых узлов. Периферические и глубокие лимфатические узлы у плодов свиней представляют собой систему синусов, покрытых плоскими клетками; на 51-е сутки развития доминируют гисторетикулярные клетки; разбросанные лимфоциты обнаруживаются на 64-е сутки развития.

Ретикулярные клетки лимфатических узлов образуют синусы, фильтрующие лимфу, которая дренирует ткани организма и может содержать чужеродные антигены. В лимфатическом узле также различают мозговой и корковый слои. Корковый слой густо заселен лимфоцитами. В коре, в свою очередь, также выделяют внешнюю и внутреннюю зоны. Лимфоидные фолликулы и зародышевые центры имеются только во внешней коре и содержат большое количество делящихся лимфоидных клеток, лимфобластов и средних лимфоцитов (в том числе одиночных Т-лимфоцитов) и плазматических клеток. Тимусзависимой зоной лимфатического узла является внутренняя зона.

Действие иммунных механизмов базируется на реакциях двух типов — клеточных и гуморальных. Клеточные реакции обеспечивают защиту организма от внутриклеточных и грибных инфекций, внутриклеточных паразитов и опухолевых клеток, тогда как гуморальные направлены прежде всего против внеклеточных бактерий и вирусов. В клеточных реакциях участвуют тимусзависимые (Т-клетки), а в гуморальных — тимуснезависимые (В-клетки). Кроме лимфоцитов в иммунных реакциях участвуют вспомогательные клетки: макрофаги, моноциты, которые захватывают антиген, перерабатывают его и осуществляют презентацию лимфоцитам, а также влияют на процессы созревания лимфоцитов и поддерживают (в качестве клеток-эффекторов) реакции иммунологической защиты.

В зависимости от вида антигенного воздействия изменения могут возникнуть в различных зонах лимфатического узла. При реакции клеточного типа во внутренней (паракортикальной) зоне лимфатического узла уже в течение суток можно обнаружить властные клетки, а пролиферация Т-клеток продолжается несколько суток. Если же антигены вызывают иммунную реакцию гуморального типа, то морфологически значимые изменения происходят во внешней (тимусзависимой) области коры. Тогда антиген, накапливаясь на ретикулярных клетках лимфоидного фолликула, индуцирует пролиферацию в зародышевых центрах, и через несколько суток начинается миграция плазматических клеток из корковой зоны в мозговую.

Лимфоциты поступают в лимфатический узел по афферентным лимфатическим сосудам, проникая через стенки посткапиллярных венул с так называемым высоким эндотелием. На эндотелиальных клетках, выстилающих эти венулы, располагаются специальные рецепторы, направляющие соответствующую популяцию лимфоцитов в лимфатический узел. Перемещение лимфоцитов между тканями, кровеносным руслом и лимфатическими узлами позволяет антигенчувствительным клеткам обнаружить антиген и скапливаться в местах протекания иммунной реакции, а распространение по организму клеток памяти и их потомков позволяет лимфоидной системе организовать генерализованный иммунный ответ. Уже через 24 ч после того как антиген оказывается в лимфатическом узле или селезенке, реагирующие на него клетки из циркулирующего пула лимфоцитов скапливаются в месте локализации антигена, интенсивно пролиферируют, и из лимфатического узла через 3 сут выходят активированные бластные клетки.

К периферическим органам иммунной системы также относятся лимфоидная ткань пищеварительного тракта (миндалины глотки, пейеровы бляшки и солитарные фолликулы кишечника) и лимфоидная ткань органов дыхания (гортань, трахея, бронхи, легкие). Как известно, органы дыхания и пищеварительный тракт служат главными «входными воротами» для антигенов, содержащиеся там многочисленные лимфатические фолликулы сходны по строению с таковыми селезенки и лимфатических узлов.

Тимус (thymus), или вилочковая железа, имеется у всех позвоночных животных. В эмбриогенезе закладывается раньше других лимфоидных органов. У новорожденного тимус уже полностью развит, а его масса составляет 0,59% массы тела. Закладка тимуса происходит достаточно рано (например, у крупного рогатого скота на 25…27-е сутки) в виде трубчатых выпячиваний энтодермы третьего-четвертого жаберных карманов головной кишки. Роль тимуса была убедительно показана при изучении заболевания, получившего название «синдром ДиДжорджи (DiGeorge)», при котором генетически детерминированное недоразвитие этого органа приводит к отсутствию одной из популяций лимфоцитов — Т-лимфоцитов. При таком врожденном иммунодефиците проявлялась повышенная чувствительность к вирусным, грибным и некоторым бактериальным инфекциям.

Максимального развития тимус достигает к концу подсосного периода (у телят 2-месячного возраста его масса 1050 г). Вместе с тем объективные данные свидетельствуют об очень быстрой его возрастной инволюции, т. е. об утрате тимуса с возрастом. В течение первых лет жизни ежегодно теряется по 3% истинно тимической ткани, которая постепенно замешается жировой и соединительной тканями. Соответственно снижается и продукция Т-лимфоцитов. Самая высокая продукция Т-лимфоцитов у приматов, например, сохраняется до двух лет, а затем быстро падает. У мыши к 24-месячному возрасту продукция Т-клеток составляет 0,7% уровня их продукции у новорожденной мыши, т. е. происходит почти полная редукция тимуса: теряется и структура, и его функция. Однако следует отметить, что количество Т-лимфоцитов в циркуляции сохраняется на достигнутом уровне. Дело в том, что значительную часть популяции Т-лимфоцитов составляют долгоживущие клетки, которые не нуждаются в постоянном обновлении, и поэтому численность Т-клеток поддерживается во взрослом организме и при отсутствии тимуса. Более того, зрелые Т-лимфоциты подвергаются так называемой клональной экспансии, т. е. избирательной пролиферации в ответ на встречу со своим антигеном, за счет чего их численность возрастает. После создания пула периферических Т-лимфоцитов утрата тимуса уже не приводит к катастрофическому снижению иммунитета. В пользу этого говорят результаты иммунологического обследования мышей, перенесших тимэктомию.

Из всех органов иммунной системы только для тимуса характерна возрастная инволюция. Костный мозг не претерпевает подобных возрастных изменений, если не считать накопления жировых отложений. Не подвержены возрастной инволюции ни селезенка, ни лимфатические узлы. С возрастом дифференцировка гранулоцитов и моноцитов даже усиливается, повышается количество естественных киллеров — больших гранулярных лимфоцитов вне зависимости от тимуса. Можно заключить, что в организме сохраняется воспроизводство всех остальных иммунокомпетентных клеток, которые не являются долгоживущими, выполняют функции эффекторов и тратятся постоянно в борьбе с болезнетворными микроорганизмами. В отличие от этого необходимость в генерации новых Т-лимфоцитов снижается с возрастом. Первичные контакты с инфекционными агентами происходят в основном в первые годы жизни, когда и формируются Т-клетки памяти. Т-лимфоциты памяти у людей живут более 20 лет. В дальнейшем возможность поступления новых патогенов снижается и содержание организмом целого тимуса с его энергетической емкостью становится нецелесообразным. Тимус подвергается инволюции к тому периоду жизни, когда этот орган становится ненужным, так как остаются долгоживущие Т-клетки памяти. При наличии такого клона организму нестрашна встреча с болезнетворным асептом: тут же распознаются «запомнившиеся» антигены, вырабатываются сигналы клональной экспансии (пролиферации), активации и клетки начнут выполнять свои защитные функции, что ведет к элиминации возбудителя и нейтрализации его токсинов.

При отсутствии тимуса его функции могут частично выполнять участки лимфоидных тканей, где созревают Т-лимфоциты. Наиболее ярким примером механизма компенсации функций отсутствующих Т-лимфоцитов могут служить так называемые голые (nude) мыши. У таких мышей имеется сочетание двух генетических дефектов: дефекта эпителия кожи, ведущего к отсутствию волосяного покрова, и недоразвития тимуса, ведущего к отсутствию Т-лимфоцитов. У них компенсаторно повышено количество естественных киллеров, которые способны продуцировать и секретировать один из важнейших защитных цитокинов — гамма-интерферон. При наличии в организме Т-лимфоциты являются основными продуцентами гамма-интерферона, но при их отсутствии эту важную защитную функцию берут на себя другие клетки — естественные киллеры, развитие которых протекает без участия тимуса.

Костный мозг дает начало всем росткам кроветворения: из единой стволовой полипотентной клетки костного мозга происходят эритроциты, тромбоциты, гранулоциты, моноциты и лимфоциты. Из стволовых клеток костного мозга путем различных превращений образуются Ти В-лимфоциты. Превращение стволовой клетки в В-лимфоцит происходит, по-видимому, также в костном мозге. Красный костный мозг первоначально занимает и трубчатые, и плоские кости, но в процессе развития организма детеныша он замешается желтым костным мозгом, причем полностью этот процесс завершается к моменту полового созревания. После этого момента красный костный мозг остается только в плоских костях.

Селезенка впервые как самостоятельный орган появляется у рыб. В эмбриогенезе развивается из мезенхимы в дорсальной части брыжейки. Вначале в ней происходит образование эритроцитов и гранулоцитов. Позднее из центральных органов кровообразования в селезенку вселяются лимфоциты. У новорожденных масса селезенки составляет (у крупного рогатого скота) около 0,15…0,19% массы тела. Селезенка участвует в защите организма, а в связи с тем, что она состоит из ретикулярной и лимфоидной тканей, выполняет функции кроветворения. В организме созданы благоприятные условия для компенсации функции селезенки за счет других отделов ретикулоэндотелиальной системы в случае спленэктомии. Ее деятельность в филогенезе претерпевает определенные изменения. У птиц селезенка выполняет только функцию кроветворения (продукция лимфоцитов и моноцитов). У млекопитающих кроме кроветворения селезенка участвует в иммунологических реакциях организма за счет того, что эндотелиальные клетки способны захватывать чужеродные частицы и электроотрицательные коллоиды.

Т-лимфоциты (рис. 4.1). Происходят Т-лимфоциты из полипотентных костномозговых клеток. Дифференциация стволовых клеток в Т-лимфоциты осуществляется под влиянием тимозина, тимостимулина, тимопоэтинов и других гормонов, продуцируемых эпителиальными клетками или тельцами Гассаля. В процессе созревания у пре-Т-лимфоцитов (претимических лимфоцитов) постадийно реорганизуется антигенная структура цитомембран. Заканчивается дифференциация появлением у зрелых Т-лимфоцитов специфического рецепторного аппарата распознавания антигенов. Образовавшиеся Т-лимфоциты через лимфу и кровь колонизируют тимусзависимые паракортикальные зоны лимфатических узлов или соответствующие зоны лимфоидных фолликулов селезенки. Популяция Т-лимфоцитов весьма многочисленна. Их количество в периферической крови колеблется от 60 до 80% общей численности лимфоидных клеток. Им принадлежит ведущая роль в трансплантационном, противоопухолевом и противовирусном иммунитете, гиперчувствительности замедленного типа и в аутоиммунных процессах. Зрелые Т-лимфоциты по форме напоминают малые лимфоциты крови, их ядро подковообразное, плотное и интенсивно окрашенное, цитоплазма в виде узкого ободка, диаметр 6,0…6,5 мкм. Т-клетки подразделяют на ряд следующих субпопуляций.

Т-х е л п е р ы. Эти клетки генетически запрограммированы «помогать», т. е. индуцировать размножение и (или) дифференцировку клеток других типов. Их называют Т-хелперами и Т-индук;

Рис. 4.1. Схема иммунной системы торами. Например, они индуцируют секрецию антител В-клетками и стимулируют моноциты, тучные клетки и предшественников Т-киллеров к участию в клеточных иммунных реакциях. Т-хелперы активируют эффекторные, а Т-индукторы — регуляторные клетки.

Существует как минимум три типа Т-хелперов: узнающие антиген главного комплекса гистосовместимости; узнающие иммуноглобулины; секретирующие лимфокины.

Часть Т-клеток осуществляет свою «хелперную» функцию через освобождение «дальнодействующих» факторов — интерлейкина-2 и фактора, замещающего Т-клетки. Эти факторы называются лимфокинами. Они активируют или способствуют активации других Тили В-клеток. Эти же клетки могут индуцировать реакции гиперчувствительности замедленного типа.

Т-и ндукторы супрессии — это Т-клетки, индуцирующие превращение других Т-клеток в Т-супрессоры.

Супрессорные Т-клетки — клетки, генетически запрограммированные для супрессорной активности. Утрата супрессорной активности наблюдается при ревматоидном артрите, системной красной волчанке и других аутоиммунных процессах.

При повышении супрессорной активности отмечено угнетение процесса созревания иммунокомпетентных клеток, что приводит к развитию иммунодефицита. Временное повышение активности Т-супрессоров наблюдается при некоторых вирусных заболеваниях, а также хронических бактериальных инфекциях.

Цитотоксические Т-клетки, или Т-киллеры. Киллерные клетки формируются после экспозиции с аллогенными, опухолевыми клетками или вирусами. Активность Т-киллеров зависит от функции Т-индукторов. Эта популяция Т-клеток продуцирует растворимый фактор, необходимый для дифференцировки Т-киллеров. При повторном контакте с аллогенными или опухолевыми клетками, теперь уже клетками-мишенями, киллеры при близком контакте с последними освобождают цитотоксические лимфокины, называемые лимфотоксинами, которые нарушают мембранную проницаемость клеток-мишеней и вызывают их гибель.

В-клетки. Происходят В-клетки от стволовых клеток. Созревают поэтапно — первоначально в костном мозге, затем в селезенке. Предшественники В-лимфоцитов (пре-В-лимфоциты появляются на 16-е сутки внутриутробного развития плода). На самой ранней стадии созревания на цитоплазматической мембране В-клеток экспрессируются иммуноглобулины М, несколько позже в комплексе с ними появляются иммуноглобулины G или А, а к моменту рождения, когда происходит полное созревание В-лимфоцитов, — иммуноглобулины D. В-лимфоциты являются предшественниками антителообразующих клеток. Так как большинство антигенов тимусзависимые, то для трансформации В-лимфоцитов в антителопродуцирующие обычно недостаточно одного антигенного стимула. При попадании таких антигенов В-лимфоциты дифференцируются в плазмоциты с помощью Т-хелперов при участии макрофагов и стромальных ретикулярных отросчатых клеток. При этом хелперы выделяют цитокины — гуморальные эффекторы, которые и активируют пролиферацию В-лимфоцитов. Встречаются, однако, и Т-независимые антигены, такие, как, например, бактериальные липополисахариды, полисахарид стрептококка. Полимеризованные белки жгутиков могут стимулировать антителообразование без Т-хелперов. Правда, иммунный ответ на Т-независимые антигены ограничивается продукцией иммуноглобулинов М, и повторное их воздействие на организм не сопровождается, как обычно, усиленной выработкой антител.

Пул В-лимфоцитов в организме значительный. Больше всего их в групповых лимфатических фолликулах, костном мозге, крови и селезенке (40…60%), в лимфатических узлах и грудном лимфатическом протоке (25%). Практически нет В-лимфоцитов только в тимусе. Диаметр зрелых В-лимфоцитов 8,5 мкм. Ободок цитоплазмы шире, а ядро светлее, чем у Т-лимфоцитов. Поверхность В-лимфоцитов покрыта густым слоем отростков — антигенраспознающих рецепторов, которые по структуре представляют собой мономеры иммуноглобулинов М. Независимо от природы и силы антигена, который вызвал трансформацию В-лимфоцитов, образующиеся плазмоциты продуцируют антитела. Таким образом, антигенный стимул надо рассматривать как пусковой сигнал для выработки генетически запрограммированного синтеза антител. В-клетки периферической крови включают субпопуляции, по-разному реагирующие на сигналы Т-лимфоцитов. В-клетки I типа (менее зрелые лимфоциты) реагируют на хелперные действия Т-лимфоцитов только в процессе прямого межклеточного контакта. В-клетки II типа (более зрелые лимфоциты) чувствительны к растворимым факторам Т-клеток.

Итоговой фазой В-клеточного иммунитета является постоянная продукция иммуноглобулинов-антител. Синтез иммуноглобулинов происходит в пузырьках пластинчатого аппарата Гольджи. Одновременно в организме синтезируется до 105… 107 антител различной специфичности. Интактные В-лимфоциты синтезируют за 1 ч примерно 250…500 молекул /#М и большую часть их отдают в экстрацеллюлярную жидкость. После специфической антигенной стимуляции и трансформации лимфоцитов в плазматические клетки этот синтез возрастает в тысячи раз (рис. 4.2).

В 70-х годах внимание исследователей привлекли лимфоциты периферической крови, которые не имеют мембранных структур, типичных для Ти Влимфоцитов, но обладают комплементзависимой цитотоксической активностью по отношению к клеткаммишеням, покрытым антителами. Лимфоциты с подобной характеристикой получили название ноль (0)-лимфоцитов. В пределах.

Рис. 4.2. Трансформация В-лимфоцитов в антителопродуцирующие клетки.

фракции О-лимфоцитов выделяют L-клетки и К-клетки. L-клетки выделены только у человека.

К-л имфоциты— интактные лимфоциты, разрушающие в отсутствие комплемента клетки-мишени, покрытые антителами. Антителозависимая цитотоксичность К-клетки проявляется против некоторых опухолевых клеток, аллогенных и аутогенных лимфоцитов.

Специфичность цитотоксического эффекта К-клеток в отличие от специфичности Т-киллеров определяется не их собственными функциональными свойствами, а специфичностью антител, покрывающих клетки-мишени. Антитела, обеспечивающие цитотоксическое действие К-клеток, относятся ко всем четырем субклассам IgG'_f из них наиболее активные IgG 1, 3 и 2. Антитела класса М, А и Е с К-клетками не реагируют. К-клетки продуцируют в присутствии иммунных комплексов фактор, подавляющий миграцию лимфоцитов. Цитотоксический потенциал К-клеток очень высок: одна клетка может лизировать не менее 10 клетокмишеней. После контакта с К-лимфоцитами гибель клетки-мишени происходит в течение 15 мин.