ПРОТИВОВИРУСНЫЙ ИММУНИТЕТ

ПРОТИВОВИРУСНЫЙ ИММУНИТЕТ

 

В процессе эволюции сформировалась сложная система защиты организма от внедрения чужеродных и патогенных агентов, состоящая из центральных и периферических органов и тканей, и названная иммунной системой. Главная задача этой системы – уничтожение проникшего в организм инородного агента или клеток организма, приобретших признаки «чужого». Основными звеньями этой системы являются иммунокомпетентные клетки – Т- и В-лимфоциты, моноциты, макрофаги, полиморфноядерные лейкоциты, NK-клетки, дендритные клетки и др. Координация функционирования различных звеньев иммунной системы осуществляется с помощью цитокинов – полипептидов, продуцируемых клетками и являющихся средством коммуникации между ними.

Иммунитет – это единый процесс взаимодействия клеточных, гуморальных, общефизиологических реакций организма на чужеродный (в т.ч. вирусный) агент.

Различают иммунитет неспецифический (естественный, врожденный) и иммунитет специфический (адаптивный, приобретенный). Защита организма является результатом совместного действия многих звеньев неспецифического и специфического иммунитета.

Начальной реакцией организма на внедрение вирусного агента, является экспрессия антивирусных цитокинов, таких как α- ИФН и β-ИФН, которые оказывают прямой антивирусный эффект. Эти ИФН взаимодействуют со своими рецепторами и передают сигнал ядру клетки. Включаются гены белков, ингибирующих репликацию вируса в клетке.

ИФН также играют доминирующую роль в активации клеток естественного иммунитета (NK-клеток и макрофагов) и адаптивного иммунного ответа (CD8+-Т-лимфоцитов).

При этом происходит активация хемокинов, привлекающих к входным воротам инфекции гранулоциты и макрофаги; синтез макрофагами  ИЛ-1 (интерлейкин-1) и ФНО (фактор некроза опухоли), усиление адгезии циркулирующих лейкоцитов к эндотелию сосудов с выходом из сосудов и миграцией в очаг инфекции.  ИЛ-1 с током крови попадает в мозг и воздействует на центр терморегуляции, приводя к повышению температуры тела, что также является одним из механизмов защиты организма.

Кроме того ИЛ-1 служит сигналом к активации CD4+-Т-лимфоцитов, которые, в свою очередь, секретируют ИЛ-2 и γ-ИФН. Эти цитокины активируют NK-клетки и CD8+-Т-лимфоциты, которые с помощью цитотоксина перфорина вводят в инфицированную вирусом клетку растворимые белки (протеолитические и липолитические ферменты), приводящие к гибели клетки-мишени. Причем антивирусный потенциал NK-клеток и цитотоксических лимфоцитов (ЦТЛ) обусловлен не только цитолитическими свойствами этих эффекторных клеток, но и их способностью продуцировать γ-ИФН и ФНО с подключением механизмов опосредованного апоптоза.

 

НЕСПЕЦИФИЧЕСКИЙ ПРОТИВОВИРУСНЫЙ ИММУНИТЕТ

Главной задачей неспецифического иммунитета является быстрое реагирование на внедрение чужеродного патогенного агента.

Для неспецифического иммунитета характерно наличие следующих звеньев.

Макрофаги (а также моноциты, полиморфноядерные лейкоциты-гранулоциты) играют самостоятельную роль в противовирусном иммунитете: они имеют значение в фагоцитозе вирусов и, особенно, комплексов вирусных антигенов (АГ) со специфическими антителами (АТ). Помимо этого макрофаги вовлечены в кооперацию с Т-клетками (посредством секретируемого ими ИЛ-1), обеспечивающими специфический адаптивный иммунитет. При этом макрофаги наряду с дендритными клетками образуют группу антигенпрезентирующих клеток (АПК).

Дендритные клетки – это популяция клеток, которые, как и макрофаги, обладают способностью презентировать  антиген Т- и В-лимфоцитам. Незрелые дендритные клетки – это многоядерные подвижные клетки, больше всего их содержится в коже и эпителии (клетки Лангерганса), которые, после захвата вируса и расщепления его до пептидов, начинают синтезировать α-ИФН и перемещаются в лимфатические узлы, где оседают и становятся неподвижными АПК. Дендритные клетки повышают продукцию γ-ИФН и усиливают цитотоксические функции NK-клеток.

Система ИФН состоит из двух классов: в первый входят α-ИФН (по старой терминологии – лейкоцитарный; около 20 подтипов) и β-ИФН (фибробластный; 1 подтип); второй класс ИФН представлен γ-ИФН. ИФН система является первой линией обороны при внедрении вируса и активируется в считанные минуты и часы. Интерфероны являются частью цитокиновой сети и выделение их в отдельную систему обусловлено их ролью в защите от вирусов. Гены ИФН 1-го класса имеются в геноме всех клеток (в 9 хромосоме) и, как и гены других цитокинов, активируются лишь при поступлении соответствующего сигнала. ИФН обладают паракринным свойством, т.е. действуют не на свою клетку, а на соседние. ИФН 1-го класса обладают выраженным противовирусным действием. γ-ИФН, ген которого имеется в иммуннокомпетентных клетках (CD4+, CD8+) и локализуется в хромосоме 12, играет существенную роль в иммунных процессах, в частности в развитии клеточного иммунитета. Под влиянием γ-ИФН Т-хелперы приобретают способность синтезировать (кроме γ-ИФН)  еще ИЛ-2, ИЛ-12 и ряд других цитокинов, потенцирующих клеточный иммунитет. γ-ИФН повышает способность макрофагов фагоцитировать вирусы.

Кроме того, оба класса интерферонов повышают уровень экспрессии антигенов главного комплекса гистосовместимости  I класса (МНС I), принимающих участие в презентации захваченного вирусного пептида на поверхности инфицированной клетки, тем самым делая ее узнаваемой для цитотоксических CD8+-Т-лимфоцитов.

Система цитокинов. Профиль цитокинов определяется двумя субпопуляциями CD4+-Т-хелперов (Th1 и Th2), образование которых происходит из так называемых Th0-лимфоцитов. Цитокины, продуцируемые Th1-лимфоцитами – γ-ИФН, ИЛ-2, ИЛ-12 – усиливают клеточный иммунитет, при котором клетки с рецепторами CD8+ играют важную роль в борьбе с инфекцией: ингибируют гуморальный иммунитет, в результате чего оказывают защитный эффект при инфекционных агентах, которые инактивируются в основном благодаря реакциям клеточного иммунитета.

Цитокины, продуцируемые Th2-лимфоцитами – ИЛ-4, ИЛ-5, ИЛ-6, ИЛ-10, ИЛ-13, усиливают гуморальный иммунитет, т.е. они больше связаны с участием антител, и ингибируют клеточный иммунитете, в результате чего оказывают защитный эффект при патогенных агентах, удаляемых с помощью реакций гуморального иммунитета.

Естественные киллеры (NK-клетки) – это особая субпопуляция лимфоидных клеток, у которых отсутствуют антигенспецифические поверхностные рецепторы и нет узкой специализации, характерной для CD4+— и CD8+-Т-лимфоцитов.

До сих пор остается не вполне ясным, какие молекулярные механизмы и структуры важны для распознавания NK-клетками вирус-инфицированных клеток-мишеней. Рецепторы, отвечающие за индукцию NK-цитотоксичности, распознают на клетках-мишенях лиганды, которые, очевидно, отличаются от молекул МНС I, а активация NK-клеток в основном не является МНС-рестриктированным процессом.

NK-клетки реагируют на чужеродные структурные компоненты вирусов и эффективно лизируют инфицированные вирусом клетки и клетки опухолей. Главным преимуществом этих клеток является их способность действовать без промедления в качестве эффекторных клеток и ограничивать распространение вирусной инфекции на ранних этапах. Механизм цитотоксического действия NK-клеток связан с синтезом цитокина, белки которого относятся к классу перфоринов. После связывания перфорина с рецептором клетки-мишени через образующиеся каналы в клетку поступают гранзимы, приводящие клетку-мишень к гибели. Кроме того, NK-клетки продуцируют ряд цитокинов, принимающих участие в иммунных процессах (γ-ИФН, хемокины и др.).

 

СПЕЦИФИЧЕСКИЙ ПРОТИВОВИРУСНЫЙ ИММУНИТЕТ

Специфический, или адаптивный, противовирусный иммунитет (в отличие от естественного, врожденного, иммунитета) определяется уникальными свойствами иммунных Т- и В-лимфоцитов избирательно отвечать на чужеродные, в т.ч. вирусные, антигены и формировать специфическую иммунную память, выражающуюся в усиленной и ускоренной реакции на повторную встречу с этим же инфекционным агентом.

На поверхности лимфоцитов имеются индивидуальные антигенсвязывающие рецепторы, благодаря которым они способны избирательно распознавать и специфически взаимодействовать с чужеродным антигеном (антигенными детерминантами, или эпитопами) в силу комплементарности (стерического соответствия, сродства). Сродство пространственных конфигураций обусловливает взаимодействие антигенных детерминант вируса с рецепторами Т- и В-лимфоцитов. В результате этого в лимфоцитах активируются метаболические процессы и лимфоциты приобретают способность пролиферировать в клоны абсолютно идентичных клеток, дифференцироваться в более зрелые клетки, выполняющие определенные эффекторные функции. Согласно клонально-селекционной теории Бернетта (1971), каждому клону иммунокомпетентных лимфоцитов присущ свой уникальный по специфичности рецептор, способный взаимодействовать только с определенной антигенной детерминантой.

Основными звеньями специфического иммунитета являются две популяции лимфоцитов: Т- и В-клетки. В свою очередь, Т-лимфоциты подразделяются на несколько функционально неоднородных субпопуляций.

Иммунокомпетентные В-лимфоциты реагируют, прежде всего, на внеклеточный вирус с последующей нейтрализацией антителами его инфекционных свойств, тогда как Т-лимфоциты элиминируют инфицированные вирусом клетки организма хозяина.

В вязи с этим различают: 1) опосредованный антителами гуморальный иммунитет, зависящий от В-клеток лимфоидной системы; 2) клеточный иммунитет, опосредованный Т-лимфоцитами.

Иммунные реакции как опосредованные Т-клетками, так и гуморальными антителами играют большую роль в противовирусной защите организма.

Клеточно-опосредованный специфический иммунитет. Механизмы клеточного противовирусного иммунного ответа организма в целом очень сложны и основаны на кооперации различных типов клеток – АПК (макрофагов и дендритных клеток), NK, Th, ЦТЛ – с гуморальными факторами: специфическими антителами и неспецифическими медиаторами (ИФН, цитокины, комплемент, ингибиторы и др.).

Кооперация клеток в иммунном ответе может быть как позитивной, так и негативной.

К основным субпопуляциям Т-клеток специфического иммунитета относятся эффекторы цитотоксических реакций: Т-лимфоциты (CD8+ и CD4+ ЦТЛ) и уже упоминавшиеся регуляторные CD4+ типа Th1 и Th2. Известно также существование множества других субпопуляций, выполняющих самые разнообразные функции.

CD8+ ЦТЛ несут на своей поверхностной мембране комплекса молекул: Т-клеточный АГ-связывающий рецептор, CD4 и CD8 (корецепторы). Именно с помощью трех этих видов молекул ЦТЛ специфически распознают процессированные до коротких пептидов (эпитопов) вирусные антигены на поверхности клеток-мишеней, представленные в ассоциации с антигенами МНС I. Т-клеточный АГ-связывающий рецептор Т-лимфоцитов сходен по своей структуре с таковым В-лимфоцитов и гуморальными антителами; он также относится к рецепторным молекулам суперсемейства иммуноглобулинов.

Т-лимфоциты избирательно распознают чужеродные вирусные антигены лишь в сочетании со «своими», т.е. гомологичными (генетически однородными) антигенами МНС. Этот феномен получил название МНС-рестрикции.

Антигены МНС I имеются на поверхности всех клеток, которые играют существенную роль в распознавании вирусных антигенов Т-клеточными рецепторами ЦТЛ. Функция МНС I заключается в связывании мелких вирусспецифических пептидов внутри клетки и презентировании их CD8+-Т-лимфоцитам на поверхности клетки.

CD8+ ЦТЛ, будучи эффекторными клетками, способны осуществлять прямой цитолитический эффект с деструкцией инфицированных вирусом гомологичных клеток (МНС I-рестриктированных) посредством секретируемого ими лимфотоксина перфорина.

CD4+-Th-клетки играют важную роль в регуляции всех иммунных противовирусных реакций, опосредованных как ЦТЛ, так и В-клетками. В результате специфической антигенной стимуляции при участии АПК Th1- либо  Th2-клетки активируются и пролиферируют в клоны, необходимые для дифференцировки других клеток, способных иммунно реагировать на этот антиген.

Кроме того, установлено, что CD4+-лимфоциты могут действовать как прямые эффекторные клетки (CD4+ ЦТЛ), экспрессирующие перфорин. Перфорин, очевидно, играет основную роль в антиген-специфической цитотоксичности, опосредованной как CD8+, так и CD4+ ЦТЛ.

Специфический гуморальный противовирусный иммунитет. Доказана огромная роль гуморального звена иммунного ответа, обусловленного антителами, наряду с Т-клеточными факторами иммунитета в противовирусной защите. Гуморальные АТ представляют представляют собой не что иное, как иммуноглобулиновые АГ-связывающие рецепторы В-лимфоцитов. В основе специфичности АТ лежит соответствие, взаимная комплементарность активного центра АТ пространственной конфигурации АГ-детерминанты.

Различают тимусзависимые и тимуснезависимые антигены. В-клеточный ответ на тимуснезависимые АГ начинается с того, что АПК транспортируют вирус для прямой индукции В-лимфоцитов. Последние избирательно распознают и взаимодействуют с чужеродным АГ, после чего начинают активно пролиферировать с образованием клонов идентичных клеток с дальнейшей дифференцировкой в АТ-продуцирующие плазматические клетки, секретирующие специфические гуморальные АТ.

Большинство вирусных АГ являются тимусзависимыми, а это значит, что В-клеточный иммунный ответ на такие АГ нуждается в помощи медиаторов, продуцируемых Th2-клетками. В этом случае АПК сначала презентируют АГ-детерминанты, ассоциированные с МНС II, Т-хелперам, которые активируют В-клетки.

Несмотря на существование тимуснезависимого гуморального ответа, есть основания полагать, что тимусзависимый АТ-ответ наиболее эффективен.

Мономер молекулы иммуноглобулина (Ig) состоит из 2 идентичных тяжелых и 2 легких цепей, соединенных в определенную структуру дисульфидными связями. Каждая цепь содержит вариабельные и константные области.

Ввиду различий в константных областях тяжелых цепей иммуноглобулины подразделяются на пять классов: IgM, IgG, IgA, IgE и IgD, значение которых в противовирусном иммунитете неодинаково. Наибольшую роль играют IgG, IgM и IgA.

Антитела класса IgM возникают в результате первичной реакции организма на антиген. Они появляются первыми на ранних стадиях инфекции. Полагают, что они эффективны в виролизе и агглютинации вируса. IgM синтезируются без помощи CD4+-T-клеток, но секретируемые этими клетками цитокины необходимы, как правило, для переключения с IgM на IgG.

IgG образуются в более поздние сроки, чем IgM. Они составляют 70-80 % иммуноглобулинов сыворотки крови. Различают системный и локальный IgG-ответ. Гуморальные IgG играют важную роль в протективном иммунитете при острых и хронических инфекциях, они участвуют в элиминации вирусов, контролировании репликации вирусов и защите от реинфекции. IgG особенно эффективны в нейтрализации вирусов. Существенно, что антитела IgG могут проникать через плаценту от матери к плоду и обеспечивать трансплацентарный иммунитет.

Секреторные IgA наряду с IgG определяют локальный иммунитет. Поступая из сыворотки или синтезируясь в слизистых оболочках, они важны для формирования местного иммунитета при вирусных инфекциях респираторного, кишечного, генитального трактов. Полагают, что сывороточные АТ и ЦТЛ являются основными факторами, от которых зависит исход инфекционного процесса и выздоровление организма, тогда как перекрестно реагирующие секреторные IgА имеют существенное превентивное значение: они предупреждают возникновение инфекций, вызываемых разными вирусными вариантами.

Антитела действуют как на свободный внеклеточный вирус путем его нейтрализации, виролизиса, агглютинирующего, опсонизирующего эффектов и др., так и на внутриклеточный вирус, участвуя в разрушении инфицированных клеток-мишеней с помощью эффекторных клеток или комплемента.

Нейтрализующая активность антител зависит от их аффинности и авидности. Аффинитет – это степень сродства АТ и АГ, выражающаяся константой равновесия и определяющая прочность их взаимодействия под влиянием межмолекулярных нековалентных связей. Авидность АТ характеризует прочность связи АГ с АТ.

На ранних стадиях инфекции образуются менее авидные АТ, легко диссоциирующие из комплексов с вирусами. Вторичный иммунный ответ развивается быстрее и проявляется более эффективно, нежели первичная реакция на АГ. Это объясняется тем, что в организме сохраняются В-клетки памяти, стимулирующие синтез высокоафинных АТ. Установлена прямая зависимость между титрами специфических АТ в крови переболевших или вакцинированных лиц и резистентностью к вирусным инфекциям.

Гуморальный ответ организма формируется по отношению к определенным типам вирусов, к отдельным белкам и АГ-детерминантам вирусных белков. Но наряду с этим также имеет место индукция перекрестно реагирующих АТ, возникающих на общие АГ гетерологичных вирусов, что немаловажно для предупреждения инфекций, обусловленных разными вирусными вариантами, в т.ч. при вакцинации.

Неодинакова защитная роль АТ и Т-лимфоцитов при различных вирусных инфекциях, что зависит, прежде всего, от природы и свойств самого возбудителя и механизмов патогенеза инфекционного процесса. Взаимоотношения отдельных звеньев иммунитета при острых инфекциях отличаются от таковых при хронических и латентных вирусных инфекциях.

 

МЕХАНИЗМЫ УХОДА ВИРУСОВ ОТ ИММУННОГО КОНТРОЛЯ

Иммунная система не всегда обеспечивает надежную противовирусную защиту. Это объясняется тем, что многие вирусы имеют в своем арсенале средства, которые позволяют им более или менее успешно преодолевать иммунную защиту организма. Причем те или иные вирусы используют различные стратегии ухода от иммунного надзора. Одни вирусы обходят иммунный контроль со стороны организма хозяина за счет генерации мутантных вариантов, что приводит к нарушению презентации вирусных антигенов МНС I и позволяет этим вирусам избежать распознавания ЦТЛ. Другие вирусы непосредственно поражают лимфоидные клетки. Инфицирование вирусами лимфоцитов угнетает активность ЦТЛ и способствует становлению персистентной инфекции и латенции. Иммунные реакции оказываются не в состоянии полностью ликвидировать инфекцию, и вирус длительно персистирует в организме, не вызывая деструкции клеток.

 

ВИРУСНАЯ МИМИКРИЯ

Некоторые вирусы имеют гены, сходные с генами клетки-хозяина. Установлено, что эти гены кодируют белки, используемые вирусом для противодействия иммунным реакциям организма. Генетическое картирование их и установление гомологичных последовательностей с клеточными генами позволили считать, что они были захвачены вирусами в процессе эволюции и модифицированы в пользу вируса. Это могут быть гены цитокинов, их рецепторов, ростовых факторов, белков МНС I и др. Многие из них очень похожи на соответствующие клеточные гены, другие, имея незначительную долю гомологии, тем не менее, имеют функциональное сходство. Функционирование таких генов может вести к ингибированию синтеза или процессинга клеточных белков, важных для иммунитета; блокированию связывания антивирусных цитокинов с клеточными рецепторами; блокированию передачи внутриклеточных сигналов, что оказывает влияние на природу иммунного ответа.