psylib

Пейеровы бляшки

Еще в конце семнадцатого века швейцарский анатом Иоганн Пейер заметил участки гладких клеток, встроенные в покрытые ворсинками клетки, выстилающие тонкую кишку. Теперь мы знаем, что эти пейеровы бляшки служат примерами ассоциированных со слизистой оболочкой лимфоидных тканей (MALT), которые функционируют как вторичные лимфоидные органы. Пейеровы бляшки начинают развиваться еще до рождения, и у взрослого человека их около 200. Вот диаграмма, которая показывает основные характеристики.

У пейеровых бляшек есть наружные эндотелиальные венулы, через которые лимфоциты могут поступать из крови, и выходящие лимфатические узлы, которые отводят лимфу от этих тканей. Однако, в отличие от лимфатических узлов, здесь нет входящих лимфатических узлов, которые доставляют лимфу в бляшки. Итак, если нет входящих лимфатических узлов, как антиген попадает в этот вторичный лимфоидный орган?

Видите гладкую клетку, которая покрывает бляшку и на которой нет ворсинок? Она называется М-клеткой. Эти замечательные клетки не покрыты слизью, поэтому они по своей конструкции легкодоступны для микроорганизмов, обитающих в кишечнике. М-клетки — “пробоотборные”, они специализируются на транспортировке антигена из внутренней части (просвета) тонкой кишки в нижележащие ткани. Для этого М-клетки заключают кишечные антигены в везикулы (эндосомы). Затем эти эндосомы транспортируются через М-клетку, и их содержимое выплевывается в ткани, окружающие тонкую кишку. Пока лимфатические узлы отбирают антигены из лимфы, пейеровы бляшки отбирают антигены из кишечника, транспортируя эти антигены через М-клетки.

Антиген, собранный М-клетками, переносится лимфой в лимфатические узлы, которые дренируют пейеровы бляшки. Кроме того, если комплемент или антитела опсонизируют собранный антиген, его могут захватить фолликулярные дендритные клетки в лимфоидных фолликулах, которые находятся под М-клетками. Фактически, за исключением необычного метода получения антигена, бляшка очень похожа на лимфатический узел, с высокими эндотелиальными венулами, пропускающими В- и Т-клетками, и особыми участками, где эти клетки скапливаются.

М-клетки на самом деле довольно избирательны в отношении антигенов, которые они транспортируют. Они не просто “глотают” то, что в данный момент находится в кишечнике (как отвратительно!). Нет, эти клетки транспортируют только антигены, которые могут связываться с молекулами на поверхности М-клетки. Такая избирательность имеет смысл. Вся идея М-клетки и бляшки заключается в том, чтобы помочь инициировать иммунный ответ на патогены, которые проникают через кишечный тракт. А чтобы патоген доставлял неприятности, он должен связываться с клетками, выстилающими кишечник, и проникать в нижележащие ткани. Действительно, большая часть того, что мы едим, просто проходит через тонкий кишечник на различных стадиях переваривания, ни с чем не связываясь. Таким образом, чтобы микроб был опасным, ему как минимум нужно связываться с поверхностью кишечной клетки. Следовательно, игнорируя все “несвязывающие вещества”, М-клетки концентрируют усилия пейеровой бляшки на потенциальных патогенах и помогают избежать активации иммунной системы в ответ на безвредные пищевые антигены.

Перевод книги LAUREN SOMPAYRAC "HOW THE IMMUNE SYSTEM WORKS", продолжение следует.

Рециркуляция по лимфатическим узлам

Когда Т-клетка попадает в лимфатический узел, она проверяет несколько сотен дендритных клеток (ДК), пытаясь найти ту, которая представляет ее родственный антиген. Если Т-клетка не добивается успеха в этом поиске, она покидает узел и продолжает циркулировать через лимфу и кровь. Если Т-клетка-помощник действительно сталкивается с дендритной клеткой, представляющей свой родственный антиген в паракортексе, Т-клетка активируется и начинает размножаться. Фаза размножения длится несколько дней, в то время как Т-клетка удерживается в лимфатическом узле молекулами адгезии. В течение этого времени Т-клетка может иметь несколько последовательных столкновений с ДК, которые представляют ее родственный антиген, повышая уровень активации Т-клетки. Затем расширенная популяция Т-клеток покидает зону Т-клеток. Большинство вновь активированных Т-клеток-помощников выходят из узла через лимфу, циркулируют через кровь и попадают в другие лимфатические узлы через высокие эндотелиальные венулы. Этот процесс рециркуляции происходит быстро – обычно на создание всего контура уходит около суток, и это очень важно. Вот почему.

Есть четыре основных ингредиента, которые должны быть “смешаны”, прежде чем приобретенная иммунная система сможет вырабатывать антитела: АПК для презентации антигена T-клеткам-помощникам, T-помощники с рецепторами, которые распознают представленный антиген, опсонизированный антиген, отображаемый фолликулярными дендритными клетками, и В-клетки с рецепторами, которые распознают антиген. На ранней стадии инфекции этих ингредиентов очень мало, и девственные В- и Т-клетки просто случайным образом циркулируют по вторичным лимфоидным органам, проверяя соответствие их рецепторам. Таким образом, вероятность того, что редкая Т-клетка, распознающая определенный антиген, попадет в тот же самый лимфатический узел, который посещает редкая В-клетка со специфичностью к тому же антигену, довольно мала. Однако, когда активированные Т-помощники сначала размножаются, чтобы увеличить свою численность, а затем циркулируют во множестве лимфатических узлов и других вторичных лимфоидных органов, Т-помощники с нужным веществом распространяются повсюду, поэтому у них гораздо больше шансов встретить те редкие В-клетки, которые нуждаются в их помощи.

В-клетки, которые столкнулись со своим родственным антигеном, представленном на фолликулярных дендритных клетках, мигрируют к границе лимфоидного фолликула, где они встречаются с активированными Т-клетками, которые мигрировали туда из паракортекса. Именно во время этой встречи В-клетки впервые получают костимуляцию, необходимую им для активации. Вместе В- и T-клетки-помощники попадают в лимфоидные фолликулы, и В-клетки размножаются. Многие из новообразованных В-клеток затем выходят из лимфоидного фолликула через лимфу и становятся плазматическими клетками. Эти клетки поселяются в селезенке или костном мозге и вырабатывают антитела IgM. Другие активированные В-клетки остаются в лимфоидном фолликуле, где они больше размножаются и могут подвергнуться переключению классов и дополнительным раундам соматической гипермутации, прежде чем они тоже покинут фолликул. В отличие от активированных Т-помощников, активированные В-клетки обычно не циркулируют через лимфу и кровь и не попадают в другие вторичные лимфоидные органы. Зачем путешествовать? Эти В-клетки нашли вторичный лимфоидный орган, который обеспечивает их всем необходимым - антигеном, представленным на фолликулярных дендритных клетках и T-помощниками.

Т-клетки-киллеры активируются в паракортексе лимфатического узла, если они обнаруживают свой родственный антиген, представленный там дендритными клетками. После активации ЦТЛ (цитотокси́ческие T-лимфоци́ты, то же самое, что и Т-киллеры) размножаются и рециркулируют. Некоторые из этих ЦТЛ попадают в другие вторичные лимфоидные органы и снова начинают этот цикл, а другие выходят из крови в местах инфекции, чтобы убить инфицированные патогеном клетки.

Как всем известно, лимфатические узлы, которые дренируют очаги инфекции, могут набухать. Например, если у вас вирусная инфекция верхних дыхательных путей (например, грипп), шейные узлы на вашей шее могут опухнуть. На самом деле, во время серьезной инфекции лимфатические узлы могут увеличиваться в десять раз по сравнению с их нормальным размером. Этот отек частично обусловлен размножением лимфоцитов внутри узла. Кроме того, цитокины, продуцируемые Т-клетками-помощниками в активном лимфатическом узле, привлекают дополнительные макрофаги, которые имеют тенденцию закупоривать мозговые синусы. В результате жидкость задерживается в узле, вызывая дальнейший отек.

Бешеная активность в зародышевых центрах обычно заканчивается примерно через три недели. К этому времени вредитель обычно уже отбит, и большая часть опсонизированного антигена извлечена В-клетками из фолликулярных дендритных деревьев. На этом этапе большинство В-клеток покинут фолликулы или погибнут там, и области, которые когда-то были зародышевыми центрами, будут гораздо больше похожи на первичные лимфоидные фолликулы. И ваши лимфатические узлы больше не будут опухать.

Интересно, что когда хирурги удаляют рак из какого-либо органа тела, они обычно осматривают лимфатические узлы, которые отводят лимфу из этого органа. Если они обнаруживают раковые клетки в дренирующих лимфатических узлах, это указывает на то, что рак начал метастазировать через лимфатическую систему в другие части тела, потому что первая остановка — близлежащий лимфатический узел.

Таким образом, лимфатические узлы действуют как “лимфатические фильтры”, которые перехватывают антиген, поступающий из инфицированных тканей либо сам по себе, либо в виде груза дендритных клеток. Эти узлы обеспечивают концентрированную и организованную среду из антигена, АПК, Т-клеток и В-клеток, в которой активируются девственные В- и Т-клетки, а опытные В- и Т-клетки повторно стимулируются. В лимфатическом узле девственные В- и Т-клетки могут созревать в эффекторные клетки, которые продуцируют антитела (В-клетки), оказывают цитокиновую помощь (Т-клетки) и убивают инфицированные клетки (ЦТЛ). Короче говоря, лимфатический узел может сделать все вышесказанное.

Перевод книги LAUREN SOMPAYRAC "HOW THE IMMUNE SYSTEM WORKS", продолжение следует.

Хореография лимфатических узлов

Тот факт, что разные клетки иммунной системы, как правило, находятся в определенных местах лимфатического узла, вызывает вопрос: как они узнают, куда и когда идти? Оказывается, движения этих клеток в этом вторичном лимфоидном органе тщательно контролируются цитокинами, называемыми хемокинами (сокращение от хемоаттрактивных цитокинов). Вот как это работает.

Фолликулярные дендритные клетки (ФДК) в лимфатическом узле продуцируют хемокин, называемый CXCL13. Девственные В-клетки, которые попадают в узел, экспрессируют рецепторы для этого хемокина и притягиваются к области узла, где ФДК экспрессируют опсонизированный антиген. Если В-клетка обнаруживает, что там представляется ее родственный антиген, она снижает экспрессию рецепторов для CXCL13 и повышает экспрессию другого рецептора хемокина, CCR7. Этот рецептор обнаруживает хемокин, вырабатываемый клетками в области лимфатического узла, где встречаются активированные Т-клетки и В-клетки — граница между областями В- и Т-клеток. Следовательно, как только В-клетка нашла свой антиген, она привлекается “запахом” этого хемокина к месту в лимфатическом узле, где она может получить помощь от активированных Т-клеток.

Между тем, активированные Т-клетки подавляют экспрессию рецепторов хемокинов, которые удерживали их в областях Т-клеток. В то же время они повышают экспрессию рецепторов хемокинов CXCR5, которые заставляют их притягиваться к границе фолликула – где активированные антигеном В-клетки ждут своей помощи. Таким образом, движение клеток иммунной системы через лимфатический узел регулируется повышением и понижением активности рецепторов хемокинов и локализованной продукцией хемокинов, которых могут обнаружить эти рецепторы.

Конечно, человеческие клетки не снабжены маленькими пропеллерами, как у некоторых бактерий, поэтому они не могут “плыть” в направлении источника хемокина. Что делают клетки человека, так это “ползают”. В общих чертах, конец клетки, который чувствует наибольшую концентрацию хемокина, “тянется” к источнику хемокина, а другой конец клетки втягивается. Повторяя это движение, клетка может ползти “вверх по градиенту концентрации” к источнику цитокина.

Тут вы можете спросить: “Как активированные Т-клетки-помощники узнают, каким В-клеткам нужно помочь?” Оказывается, что когда В-клетки распознают свой родственный антиген, экспонируемый фолликулярными дендритными клетками, рецепторы В-клетки плотно связываются с этим антигеном, и комплекс рецептора и родственного антигена захватывается внутри В-клетки. Таким образом, В-клетки фактически “срывают” антиген с “деревьев” ФДК. Оказавшись внутри В-клетки, антиген ферментативно переваривается, загружается на молекулы ГКГ класса II и выводится на поверхность В-клетки для просмотра Т-клетками. Однако, чтобы достичь полной зрелости, В-клетки, которые извлекли свой антиген, нуждаются в совместной стимуляции. Активированные T-клетки-помощники могут обеспечить эту ко-стимуляцию, поскольку они экспрессируют высокие уровни белков CD40L, которые могут подключаться к белкам CD40 на поверхности В-клетки. Но Т-клетки обеспечивают эту стимуляцию только В-клеткам, которые представляют родственный Т-клетке антиген.

Перевод книги LAUREN SOMPAYRAC "HOW THE IMMUNE SYSTEM WORKS", продолжение следует.

ЛИМФАТИЧЕСКИЕ УЗЛЫ

Лимфатический узел — мечта водопроводчика. У этого органа в форме боба есть входящие лимфатические узлы, которые доставляют лимфу в узел, и исходящие лимфатические узлы, через которые лимфа выходит. Кроме того, существуют небольшие артерии (артериолы), несущие кровь, которая питает клетки лимфатического узла, а также вены, по которым эта кровь покидает узел. Если вы внимательно посмотрите на этот рисунок, то также сможете увидеть наружные эндотелиальные венулы.

Лимфоциты (В- и Т-клетки) могут проникать из крови, прокладывая себе путь между клетками наружных эндотелиальных венул. Существует также другой способ, которым лимфоциты могут попасть в лимфатический узел: с лимфой. В конце концов, лимфатические узлы подобны “полосам свиданий”, расположенным вдоль маршрута, по которому проходит лимфа, чтобы воссоединиться с кровью в верхней части туловища. А В- и Т-клетки активно участвуют в “скачкообразном перемещении”, переносимые лимфой от узла к узлу. Хотя у лимфоцитов есть два способа попасть в лимфатический узел, они выходят только через лимфу лимфоциты — наружные эндотелиальные венулы не пропускают их обратно в кровь.

Поскольку лимфатические узлы — это места, где лимфоциты находят свой родственный антиген, нам также необходимо обсудить, как этот антиген туда попадает. Когда дендритные клетки, расположенные в тканях, стимулируются боевыми сигналами, они покидают ткани через лимфу и переносят антиген, который они приобрели на месте сражения, во вторичные лимфоидные органы. Таким образом, это один из способов проникновения антигена в лимфатический узел: в качестве “груза” на борту АПК. Кроме того, антиген, который опсонизирован либо комплементом, либо антителами, может переноситься лимфой в узел. Там опсонизированный антиген будет захвачен фолликулярными дендритными клетками для представления В-клеткам.

Когда лимфа попадает в узел, она просачивается через отверстия в краевом синусе (синус – это причудливое слово, обозначающее “полость”), через кору головного мозга и паракортекс и, наконец, в медуллярный синус, откуда она выходит из узла по отходящим лимфатическим сосудам.

Стенки краевого синуса “устланы” макрофагами, которые захватывают и пожирают патогенные микроорганизмы, когда они попадают в лимфатический узел. Это существенно уменьшает количество вредителей, с которыми приобретенной иммунной системе придется иметь дело, и помогает предотвратить попадание этих патогенов в кровоток. Это важно, потому что кровь может разносить вредителей по всему организму, потенциально превращая локализованную инфекцию в системную. Таким образом, важная функция лимфатического узла заключается в “лимфатическом фильтре”.

Наружные эндотелиальные венулы расположены в паракортексе, поэтому В- и Т-клетки проходят через эту область узла, когда они поступают из крови. Т-клетки имеют тенденцию накапливаться в паракортексе, удерживаясь там молекулами адгезии. Такое накопление Т-клеток имеет смысл, потому что дендритные клетки также находятся в паракортексе — и, конечно, одна из целей этой игры состоит в том, чтобы собрать Т-клетки вместе с этими антигенпредставляющими клетками. С другой стороны, В-клетки, попадающие в лимфатический узел, накапливаются в коре головного мозга, области, где расположены лимфоидные фолликулы. Такая локализация В-клеток работает хорошо, потому что фолликулярные дендритные клетки, которые представляют опсонизированный антиген В-клеткам, расположены в этой области лимфатического узла. Таким образом, лимфатический узел — это высокоорганизованное место со специфическими участками для антигенпредставляющих клеток, Т-лимфоцитов, В-лимфоцитов и макрофагов.

Перевод книги LAUREN SOMPAYRAC "HOW THE IMMUNE SYSTEM WORKS", продолжение следует.

После этого периода размножения некоторые В-клетки “выбирают” стать плазматическими В-клетками и покидают зародышевый центр для выработки антител. Поскольку эти В-клетки получили помощь Т-клеток, они полностью способны вырабатывать большое количество антител против вредителя. Однако в основном это антитела иммуноглобулина М, потому что эти В-клетки не переключились на другой класс. Они также не подвергались соматической гипермутации, чтобы увеличить среднее сродство их рецепторов к родственному антигену. Следовательно, эти В-клетки продуцируют хорошие антитела – но не отличные антитела. Но это нормально. Эти иммуноглобулины М, “неочищенные” антитела, чрезвычайно полезны на ранних стадиях заражения, прежде чем можно будет выработать более качественные антитела.

Другие В-клетки остаются в зародышевом центре, еще немного размножаются и подвергаются соматической гипермутации для повышения сродства их рецепторов к антигену. Соматическая гипермутация происходит в темной зоне зародышевого центра, и после каждого раунда гипермутации В-клетки мигрируют в светлую зону, где проверяется сродство их мутировавших рецептора В-клетки к антигену. Те В-клетки, чьи мутировавшие рецепторы не обладают достаточно высоким сродством к антигену, погибнут в результате апоптоза и будут съедены макрофагами в зародышевом центре. Напротив, В-клетки спасаются от апоптоза, если сродство их рецепторов достаточно велико, чтобы эффективно соединиться с их родственным антигеном, отображаемым на ФДК, – и если они также получают ко-стимуляцию от активированных T-клеток-помощников, которые присутствуют в светлой зоне зародышевого центра. Картина такова, что В-клетки “зацикливаются” между периодами размножения и мутации в темной зоне и периодами тестирования и повторной стимуляции в светлой зоне. В какой-то момент во время всего этого действия, вероятно, в темной зоне, В-клетки могут переключить класс вырабатываемых ими антител.

Таким образом, лимфоидные фолликулы представляют собой специализированные области вторичных лимфоидных органов, в которых В-клетки просачиваются через решетку фолликулярных дендритных клеток, которые захватили опсонизированный антиген на своей поверхности. В-клетки, которые сталкиваются со своим родственным антигеном и получают помощь Т-клеток, спасаются от смерти. Эти “сохраненные” В-клетки размножаются и могут подвергаться соматической гипермутации и переключению классов. Очевидно, что лимфоидные фолликулы чрезвычайно важны для развития В-клеток. Вот почему они есть во всех вторичных лимфоидных органах.

Наружная эндотелиальная венула

Второй анатомической особенностью, общей для всех вторичных лимфоидных органов, за исключением селезенки, служат наружная эндотелиальная венула (НЭВ). Причина, по которой НЭВ так важны, заключается в том, что они служат “дверными проемами”, через которые В- и Т-клетки попадают в эти вторичные лимфоидные органы из крови. Большинство эндотелиальных клеток, выстилающих внутреннюю поверхность кровеносных сосудов, напоминают гонт, который плотно “приклеен” к соседним с ним клеткам, чтобы предотвратить потерю клеток крови в ткани. Напротив, в большинстве вторичных лимфоидных органов мелкие кровеносные сосуды, которые собирают кровь из капиллярного русла (посткапиллярные венулы), выстланы особыми эндотелиальными клетками, которые по форме больше напоминают колонну, чем гонт.

Эти длинные клетки служат наружными эндотелиальными венулами. Таким образом, НЭВ – это особая область в маленьком кровеносном сосуде (венуле), где есть длинные эндотелиальные клетки. Вместо того чтобы соединяться вместе, длинные эндотелиальные клетки ”свариваются точечно". В результате между клетками НЭВ остается достаточно места, чтобы лимфоциты могли протиснуться. На самом деле, “протиснуться” не совсем правильный термин, потому что лимфоциты очень эффективно выходят из крови в этих высоких эндотелиальных венулах: каждую секунду около 10 000 лимфоцитов выходят из крови и попадают в средний лимфатический узел, проходя между наружными эндотелиальными клетками.

Перевод книги LAUREN SOMPAYRAC "HOW THE IMMUNE SYSTEM WORKS", продолжение следует.

На ранней стадии инфекции белки комплемента связываются с вредителями, и часть этого опсонизированного комплементом антигена доставляется лимфой или кровью во вторичные лимфоидные органы. Фолликулярные дендритные клетки, которые находятся в этих органах, обладают рецепторами на своей поверхности, которые связывают фрагменты комплемента, и в результате фолликулярные дендритные клетки (ФДК) улавливают и удерживают антиген, опсонизированный комплементом. Таким образом, фолликулярные дендритные клетки становятся “украшенными” антигенами. Более того, захватывая большое количество антигенов и удерживая их близко друг к другу, ФДК выводят антигены таким образом, что могут сшивать рецепторы В-клеток. Позже, во время битвы, когда вырабатываются антитела, вредители, опсонизированные антителами, также могут удерживаться на поверхности фолликулярных дендритных клеток – потому что ФДК обладают рецепторами, которые могут связываться с постоянной областью молекул антител.

Таким образом, фолликулярные дендритные клетки захватывают опсонизированные антигены и “рекламируют” эти антигены В-клеткам в конфигурации, которая может помочь их активировать. Те В-клетки, чьи рецепторы сшиты путем связывания с родственными им антигенами, свисающими с этих фолликулярных дендритных “деревьев”, размножаются, наращивая свою численность. И как только это происходит, фолликул начинает расти и становится центром развития В-клеток. Такой активный лимфоидный фолликул называется “вторичным лимфоидным фолликулом” или зародышевым центром. Роль антигена, опсонизированного комплементом, в запуске развития зародышевого центра трудно переоценить: лимфоидные фолликулы у людей с дефектной системой комплемента никогда не прогрессируют дальше первичной стадии. Таким образом, мы снова видим, что для того, чтобы приобретенная иммунная система отреагировала, врожденная система должна сначала отреагировать на надвигающуюся опасность.

Поскольку они размножаются в зародышевых центрах, В-клетки становятся очень “хрупкими”. Если они не получат надлежащих сигналов “спасения”, они совершат самоубийство (умрут в результате апоптоза). К счастью, Т-клетки-помощники могут спасти эти В-клетки, обеспечив необходимую им ко-стимуляцию. И когда В-клетка, рецепторы которой сшиты антигеном, получает необходимые костимулирующие сигналы, она временно спасается от апоптотической гибели и продолжает размножаться. Скорость, с которой В-клетки размножаются в зародышевом центре, поистине поразительна: количество В-клеток может удваиваться каждые шесть часов! Эти размножающиеся В-клетки оттесняют другие В-клетки, которые не  активированы, и создают область зародышевого центра, называемую “темной зоной” – потому что в нем содержится так много размножающихся В-клеток, что под микроскопом он выглядит темным.

Перевод книги LAUREN SOMPAYRAC "HOW THE IMMUNE SYSTEM WORKS", продолжение следует.