Свиридова В.С., Кологривова Е.Н., Пронина Н.А. и др. Т-лимфоциты -- ключевые иммунорегуляторные клетки
88 Бюллетень сибирской медицины, № 1, 2007
Обзор литературы
Бюллетень сибирской медицины, № 1, 2007 83
Т-лимфоциты - ключевые иммунорегуляторные клетки
Свиридова В.С., Кологривова Е.Н.,
Пронина Н.А., Елисеева Л.В., Читалкина А.А.
Аннотация
Обсуждается фенотипическая и функциональная гетерогенность иммунорегуляторных субпопуляций Т-лимфоцитов с супрессорной активностью. Наиболее подробно охарактеризованы натуральные регуляторные и индуцибельные регуляторные клетки.
Ключевые слова: Т-хелперы, Т-регуляторы, натуральные регуляторные клетки, индуцибельные регуляторные клетки.
Annotation
Phenotypical and functional heterogeneity of immune regulating subpopulations of T-lymphocytes having suppressor activity is discussed in the article. Natural regulators and inducible regulating cells are characterized in more details.
Key words: T-helpers, T-regulators, natural regulating cells, inducible regulating cells.
Основная часть
Разработка методов количественного анализа цитокинов позволила установить гетерогенность субпопуляций регуляторных Т-лимфоцитов. Несмотря на трудности фенотипирования, было выделено две субпопуляции клеток, продуцирующих соответствующие наборы цитокинов. Установлено, что наивные Т-клетки могут дифференцироваться в Т-хелперы (Тh) 1 (усиливающие клеточный тип иммунного ответа за счет наработки IL-2, IFN-г) или в Тh2 (опосредующие развитие гуморального иммунного ответа путем синтеза и секреции IL-4, IL-5, IL-10, IL-13) [1, 2, 17--19, 38, 39].
Анализ продукции цитокинов на уровне одной клетки привел к выводу о существовании Тh0-клеток, продуцирующих цитокины, характерные как для Тh1, так и для Тh2. Кроме того, были описаны Т-клетки с индивидуальным набором продуцируемых цитокинов, которые синтезировали IFN-г и IL-10 или IL-2, IL-4, IL-5 и IFN-г. Открытие данного феномена поставило вопрос о недостатке сведений, касающихся фенотипических и генотипических различий между выделяемыми типами Тh.
В последующем было выделено несколько субпопуляций CD4+-лимфоцитов, способных оказывать супрессорное влияние на различные типы иммунокомпетентных клеток. На экспериментальных моделях показано, что данные субпопуляции Т-клеток играют ключевую роль в регуляции иммунного ответа и отвечают за развитие аллергических реакций, рецидивирующих инфекций, а также за аутоиммунитет. Это CD4+-Т-клетки, контролирующие идиопептиды [21], Т-хелперы 3 (Тh3) [36], Т-регуляторы 1 (Тr1) [29, 36], CD4+CD25- [32] и CD4+CD25+(high)-Т-клетки [31]. Выявлено, что одни субпопуляции супрессорных Т-клеток ингибируют появление аутореактивных Т-клеточных клонов [9], в то время как другие могут уменьшать количество ранее активированных аутореактивных Т-лимфоцитов [30]. цитокин иммунорегуляторный клетка лимфоцит
Свою функцию супрессорные Т-клетки выполняют различными способами: оказывают паракринное регуляторное воздействие путем выделения цитокинов; блокируют презентацию антигена, осуществляемую антиген-представляющими клетками (APC); разрушают аутореактивные Т-клетки, так как Т-клеточные рецепторы (TCR) регуляторных клеток распознают доминирующие идиопептиды TCR аутореактивных лимфоцитов, что провоцирует цитотоксичность в отношении аутореактивных клонов клеток [21]. Нарушение функций супрессорных Т-лимфоцитов может запускать продукцию аутоантител, а также активацию аутореактивных клонов клеток, что приводит в некоторых случаях к развитию клинической картины аутоиммунного заболевания [9].
Особое внимание в настоящий момент приковано к трем основным субпопуляциям регуляторных клеток: CD4+CD25+(high)-Т-лимфоцитам, или натуральным регуляторным клеткам (Tnr), а также Тh3 и Тr1, или индуцибельным регуляторным клеткам (Tir) [34].
Натуральные регуляторные клетки
Из всех субпопуляций регуляторных клеток наиболее хорошо изучена CD4+CD25+(high). Эти Т-клетки способствуют уничтожению опухолевых клеток, клеток трансплантата и регулируют аутоиммунные реакции. CD4+CD25+(high) -- субпопуляция Т-клеток, выделенных из тимуса, которая присутствует в организме человека уже к моменту рождения и составляет до 5% лимфоцитов мозгового вещества тимуса [12, 25], около 5% от Т-клеток периферической крови и 10% от общего количества CD4+-Т-клеток [29]. Регуляторная функция аутоиммунитета со стороны этих клеток проявляется уже в раннем возрасте. Так, на моделях мышей было показано, что отсутствие данной субпопуляции лимфоцитов достаточно для индукции аутоиммунных процессов в период новорожденности, т.е. еще до того, как организм подвергается экспозиции чужеродных антигенов [30]. Аутоиммунные расстройства, аналогичные аутоиммунным заболеваниям человека, могут быть получены в эксперименте путем снижения количества или нарушения функции CD4+CD25+(high)-клеток, включая тимэктомию в неонатальном периоде, когда множество новых антигенов проходят через тимус [12], а тимические CD4+CD25+(high)-лимфоциты еще не поступили в системную циркуляцию. Подобного эффекта можно добиться путем назначения циклоспорина, ингибирующего IL-2 -- цитокин, необходимый для реализации супрессорного эффекта данной субпопуляции клеток, а также деструкцией CD4+CD25+(high)-лимфоцитов лимфотропными вирусами [30].
На экспериментальных моделях показано, что специфическая стимуляция CD4+CD25+(high)-Т-клеток может восстанавливать баланс между компонентами иммунной системы и обеспечивать выздоровление от аутоиммунного заболевания или толерантность к трансплантату. Так, длительная ремиссия была получена на многих моделях аутоиммунных заболеваний у мышей при стимуляции супрессорных клонов на периферии [35]. Вероятно, данная субпопуляция Т-лимфоцитов способна оказывать супрессорное влияние на различные типы иммунокомпетентных клеток, обеспечивающих как врожденный, так и приобретенный иммунитет [13, 27].
Гетерогенность ТСR CD4+CD25+(high)-лимфоцитов различна, как и репертуар общей Т-клеточной субпопуляции [4]. Tnr находятся в состоянии анергии in vitro в присутствии активатора Т-клеток -- анти-CD3-антител [6]. Эта анергия может быть отменена добавлением таких мощных стимуляторов, как цитокины IL-2 и IL-15 [29, 32]. И, напротив, CD4+CD25+(high)-клетки подвергаются клональной экспансии под влиянием антигенной стимуляции in vivo, в то же время сохраняя свои супрессорные качества [15].
Наиболее широко используемый для идентификации Tnr маркер -- CD25, экспрессированный на данных клетках с высокой плотностью, и эта плотность возрастает еще более в ответ на повторную экспозицию антигена [30]. Однако все активированные Т-клетки могут транзиторно экспрессировать низкие уровни CD25, а это около 40% циркулирующих лимфоцитов [3, 38].
Другие маркеры, находящиеся на поверхности CD4+CD25+(high)-Т-лимфоцитов, -- glucocorticoid-induced tumournecrosis factor receptor (GITR), CTLA-4 (CD152), galectin-1, CD38, CD62L, OX-40L, CD103, TNF-R2, TGF-вR1, CD5, l-selectin, CD45RO, CD45RC [26, 28, 30]. Вявлены новые маркеры данной субпопуляции: forkhead transcription factor (FoxP3) и lymphocyte activation gene 3 (LAG-3). Однако экспрессия FoxP3 была также зарегистрирована и на лимфоцитах, дифференцирующихся экстратимически [13, 20, 24, 40].
Tnr продуцируются и созревают в тимусе. Для созревания этих лимфоцитов необходима высокоавидная связь между ТСR и экспрессируемым стромой тимуса НLA-II в комплексе с собственными пептидами [13]. Исследования на knock out мышах показали, что для развития и выживания CD4+CD25+(high)-Т-клеток необходимы контакт через ТСR со своим специфичным антигеном [30], связывание CD28, CD40 и присутствие в микроокружении IL-2 [22]. Еще одна важная для развития и функционирования CD4+CD25+(high)-клеток молекула -- FoxP3. Разрушение эквивалента этой молекулы у мышей приводило к развитию аутоиммунных заболеваний и бесконтрольной лимфоидной пролиферации, аналогично наблюдающейся вследствие утраты Tnr [13]. Установлено, что FoxP3 оказывает негативный эффект на активацию Т-клеток, вероятно, вследствие угнетения действия цитокинов, в частности, IL-2 [15, 34].
Получены данные о том, что Т-клетки, активированные ретровирусами, экспрессировали FoxP3 и демонстрировали супрессорную функцию и маркеры, аналогичные CD4+CD25+(high)-Т-лимфоцитам [31].
Супрессорный эффект CD4+CD25+(high)-Т-клеток развивается после предварительного контакта их TCR с соответствующим антигеном, который, как правило, является аутоантигеном [8, 16]. Будучи однажды активированными, Tnr не зависят ни от природы антигена, ни от клетки, на которую они оказывают воздействие. Гистосовместимость между CD4+CD25+(high)-Т-лимфоцитом и клеткой-мишенью также не является абсолютно обязательной для оказания на нее супрессорного влияния. Для активации супрессорной функции данной субпопуляции небходимы распознавание антигена, а также наличие в микроокружении IL-2 [22, 37].
Супрессорный эффект данной клеточной субпопуляцией реализуется непосредственно через контакт между клетками без участия цитокинов, поскольку супернатант, полученный от активированных CD4+CD25+(high)-Т-лимфоцитов, не оказывал значимого супрессорного влияния [13]. Супрессорный эффект Tnr не ограничивается Т-клетками, специфичными к аутоантигенам. Влияние распространяется на все соседние лимфоциты, взаимодействующие с АРС, с которыми активированные CD4+CD25+(high)-клетки вступили в контакт [30, 33]. Так, лимфоциты, распознавшие чужеродные антигены (патогены, аллергены, антигены пищи), подвергаются супрессии [34], что является положительным моментом для пациентов с аллергическими заболеваниями и для реципиентов трансплантатов. Одновременно с этим возрастает риск развития инфекционных заболеваний, поскольку супрессорный эффект распространяется как на CD4+-, так и на CD8+-лимфоциты, что приводит к снижению продукции ими IFN-г [31]. Мишенями для супрессорной активности CD4+CD25+(high) могут быть и дендритные клетки (DC), и моноциты [7, 26].
Регуляторная функция CD4+CD25+(high)-Т-клеток осуществляется посредством оказания цитотоксиче-ского эффекта на клетку-мишень при помощи перфорина, гранзима А и CD18 без участия Fas. Мишеня-ми цитотоксичности могут быть рядом расположенные CD4+-, CD8+-Т-клетки, моноциты, DC, антигенпрезентирующие В-клетки [11, 14].
Еще один механизм супрессии периферических Т-клеток, используемый Tnr, -- связывание молекул В7 на клетках-мишенях, через которые идет негативный сигнал. Клетки-мишени с низким уровнем экспрессии В7 устойчивы к супрессорным влияниям CD4+CD25+(high)-лимфоцитов [13, 23].
Некоторые авторы придерживаются мнения, что CD4+CD25+(high)-Т-лимфоциты могут оказывать супрессорный эффект через продукцию TGF-в и экспрессию его на мембране клетки. Однако помимо этого для оказания влияния на клетки-мишени Tnr требуется контакт с АРС [9]. Tnr подавляют экспрессию костимулирующих молекул на АРС, что блокирует их функциональную активность [5, 13].
В настоящее время не получено доказательств, что дефекты селекции клонов CD4+CD25+(high)-лимфоцитов в тимусе способствуют развитию аутоиммунных заболеваний у человека. Тем не менее некоторые аргументы в пользу роли CD4+CD25+(high)-клеток существуют. В частности, выявлено, что делеции хромосомы 22 приводят к развитию некоторых врожденных дефектов, включая развитие полиартрита в детстве или раннем юношеском возрасте [10].
Индуцибельные регуляторные клетки
Регуляторная активность может быть индуцирована у наивных Т-клеток рядом факторов микроокружения. Так, показано вовлечение в процессы супрессии клеток, активированных в процессе культивирования. Это индуцибельные регуляторные клетки -- Тr1 и Тh3. В отличие от выделенных из тимуса CD4+CD25+(high)-T-клеток большинство Tir оказывают супрессорное влияние посредством секреции цитокинов [4, 13].
CD4+-Т-лимфоциты, продуцирующие TGF-в, -- уникальная субпопуляция Т-клеток -- Тh3 [22]. Созревание Тh3 происходит в присутствии TGF-в, IL-4, IL-10. Необходимым фактором является экспрессия на поверхности клетки CD86 и CTLA-4, а также угнетение активности IL-12 [36]. Клоны Тh3 возникают в основном после поступления в организм чужеродных антигенов per os и находятся в слизистой оболочке кишечника. На развитие данной субпопуляции влияет цитокиновое микроокружение, а именно высокие уровни TGF-в и присутствие DC в состоянии активации, которое отличается от активации, необходимой для дифференцировки Тh1 или Тh2 [26]. Тh3 быстрее, чем эффекторные Т-клетки, взаимодействуют с АРС, с которыми должны вступить в контакт эффекторные лимфоциты, и оказывают на них супрессорное влияние паракринно, выделяя TGF-в [36].
Тh3 экспрессируют на своей поверхности CTLA-4. Связывание данной адгезивной молекулы приводит к секреции TGF-в. Кроме того, Тh3 несут на своей поверхности молекулы FoxP3 и CD25, экспрессия которых усиливается после обработки клеток данной субпопуляции TGF-в. Основной супрессорный механизм Тh3 -- это продукция TGF-в, подавляющего пролиферацию Тh1 и Тh2 [36].
Еще одна субпопуляция Tir -- Т-регуляторы 1. Продукция IL-10 -- отличительная черта данных Т-лимфоцитов. Эти клетки, специфичные к различным антигенам, в том числе к аутоантигенам, могут быть обнаружены преимущественно в слизистой оболочке желудочно-кишечного тракта. Развитие Тr1 определяется активацией лимфоцита через TCR и присутствием в микроокружении значительных концентрации TGF-в и IL-10. Кроме того, необходимыми условиями являются наличие небольших доз антигена и повторный контакт между АPC и CD4+-Т-клеткой [29].
Продуцирующие IL-10 Тr1 могут быть индуцированы in vitro при дифференцировке наивных CD4+-клеток в присутствии IL-10 (при взаимодействии с TNF-б), повторной стимуляцией незрелыми DC, активацией анти-CD3- или анти-CD46-антителами, но наиболее часто CD4+CD25+(high)-лимфоцитами, экспрессирующими б4в7-интегрин [22].
In vitro Тr1, как и Tnr, находятся в состоянии анергии и экспрессируют CD152 [29]. Однако в отличие от CD4+CD25+(high) Т-клеток Тr1 не экспрессируют с высокой плотностью CD25 или FoxP3 и не проявляют супрессорную активность посредством межклеточных взаимодействий [4]. В то же время некоторые исследователи обнаружили, что в присутствии анти-CD3/CD46-антител Тr1 проявляли цитотоксическую активность, индуцируя в клетке-мишени апоптоз путем синтеза гранзима В и перфорина [14].