Субпопуляции специализированных лимфоцитов (II). NKT-клетки и γδт-лимфоциты

УДК 612.112.94

субпопуляции специализированных лимфоцитов (II). nkt-клетки и ГЛТ-ЛИМФОЦИТЫ

Кожанова С.В., Шортанбаев А.А., Бижигитова Б.Б. Казахский Национальный медицинский университет им. С.Д. Асфендиярова Кафедра общей и клинической иммунологии с курсом аллергологии

Резюме В обзоре представлена роль специализированных лимфоцитов в иммунном ответе. Описаны их основные характеристики, сходство и отличия NKT-клеток от NK-клеток и Т-клеток, а также рассмотрены основные функции NKT-клеток и убТ-лимфоцитов, субпопуляции NKT-клеток и перспективы клинического применения убТ-лимфоцитов. Ключевые слова NKT-клетки, убТ-лимфоциты, распознавание антигенов, регуляция иммунного ответа, перспективы применения.

SPECIALIZED SUBPOPULATION OF LYMPHOCYTES (II). NKT-CELLS AND ГАТ- LYMPHOCYTES

Summary The role NKT-cells and y6T-lymphocytes in immune response is discussed in this review. Their main characteristics, similarities and differences between NKT-cells, NK-cells and T-cells are described. The basic functions of NKT-cells and y6T-lymphocytes, subpopulations of NKT-cells and prospects for clinical application of y6T-lymphocytes are considered too.

Keywords NKT-cells, y6T-lymphocytes, recognize of antigens, regulation of the immune response, perspectives of application.

МАМАНДАНДЫРЫЛГАН ЛИМФОЦИТТЕРДЩ

СУБПОПУЛЯЦИЯЛАРЫ (II). NKT-ЖАСУШАЛАР ЖЭНЕ ГЛТ-ЛИМФОЦИТТЕР

Ty^h Гылыми шолуда арнайы лимфоциттердщ субпопуляциясы - NKT-жасушалар мен убТ-лимфоциттердщ иммунды жауаптагы мацызы берiлген. Олардьщ негiзгi сипаттамалары, NKT-жасушаларыныц, NK-жасушалардыц жэне Т-жасушаларыныц

айырмашылы^тары мен у^састы^тары ^арастырылган. Сонымен ^атар, NKT-жасушалар мен убТ-лимфоциттердщ негiзгi ^ызмет^ жэне убТ-лимфоциттердщ клиникады ^олдану жолдары берiлген.

ТYйiндi сездер NKT-жасушалар, убТ-лимфоциттер, антигендердi тану, иммунды жауапты реттеу, клиникады ^олдануы.

NKT-клетки и убТ-лимфоциты принадлежат к субпопуляциям так называемых специализированных лимфоцитов, которые имеют общие черты как с клетками врожденного, так и адаптивного иммунитета. Эти клетки так же способны к быстрому ответу на патогены, как и клетки врожденной иммунной системы, они могут с помощью набора активационных и ингибиторных рецепторов распознавать лиганды, которые не детектируются рецепторами «классических» Т-лимфоцитов. В то же время по целому ряду характеристик данные специализированные лимфоциты сходны с Т-лимфоцитами (общие CD-антигены, сходное строение антигенраспознающих рецепторов и др.).

Натуральные киллерные Т-клетки

NKT-клетки - это специализированные Т-лимфоциты с фенотипом CD3+2-TKP+CD56+16+, принадлежащие к системе врожденного иммунитета. Они образуются в тимусе в результате положительной селекции незрелых корковых CD4+8+ Т-клеток наряду с субпопуляцией CD4+ и CD8+ Т-клеток под влиянием ИЛ-7 и ИЛ-15. В отличие от CD4+ и CD8+ Т-лимфоцитов, NKT-клетки рестриктированы по белкам CD1d, которые кодируются генами, локализованными в I-й хромосоме человека, и не относятся к классическим МНС-белкам. Развитие NKT-клеток требует также наличия гликосфинголипида iGb3

(изоглоботригексозилкерамида). На своей поверхности NKT-клетки содержат KIR-рецепторы, аналогичные таким же рецепторам NK-клеток [2,6,17].

NKT-клетки получили свое название от англ. Natural killer T-cells - натуральные киллерные Т-клетки, так как они одновременно обладают характеристиками как Т-лимфоцитов, так и NK-клеток. В периферической крови содержится около 2% NKT-клеток от общего количества лимфоцитов. С током крови NKT-клетки попадают в различные органы, в первую очередь в легкие и печень, где их концентрация максимальна и составляет около 10% от всех лимфоцитов, находящихся в органе [13,15].

Сходство NKT-клеток с Т-лимфоцитами заключается в том, что они экспрессируют на своей поверхности антигенраспознающие рецепторы авТКР и один из маркеров Т-лимфоцитов корецептор CD3.

Помимо сходства, по ряду характеристик NKT-клетки отличаются от Т-лимфоцитов:

• а- и в-цепи ТКР человеческих NKT-клеток являются инвариантными, так как содержат только одну комбинацию генов, кодирующих а- и в-цепи: Va24-Ja18 и Veil; поэтому большинство NKT-клеток, экспрессирующих эту авТКР-комбинацию, называют еще инвариантными (или классическими) NKT-клетками. Иначе говоря, в отличие от Т-лимфоцитов, NKT-клетки не формируют набора различных по специфичности клонов;

• NKT-клетки с помощью своих ТКР распознают гликолипиды, представленные в комплексе с неполиморфной молекулой CD1d, а не антигенные пептиды, представленные в комплексе с классическими МНС-белками; считается, что с помощью ТКР NKT-клетки, в частности, распознают гликолипидные антигены, специфичные для опухолевых клеток, и поэтому активно участвуют в противоопухолевом ответе [6,14,16,18];

• NKT-клетки не формируют клеток памяти и не экспрессируют ряд маркеров, характерных для Т-клеток, в частности, они не экспрессируют основной маркер всех Т-лимфоцитов CD2;

• NKT-клетки осуществляют немедленный тип ответа, не проходя стадии антигензависимой дифференцировки, необходимой для образования эффекторных Т-клеток.

По многим характеристикам NKT-клетки имеют сходство с NK-клетками:

• как и NK-клетки, они экспрессируют поверхностные молекулы CD56 и CD16, а также содержат KIR-рецепторы;

• осуществляют немедленный неспецифический ответ на патогены, который заключается в цитотоксическом действии на те же группы клеток-мишеней, что и NK-клетки;

• при активации осуществляют быструю секрецию цитокинов, в частности, IFN-y, TNF-a; в процессе дегрануляции выделяют перфорин и грэнзимы;

• с помощью цитокинов участвуют в индукции и регуляции адаптивного иммунного ответа и регулируют функции клеток врожденного иммунитета.

По ряду параметров, однако, NKT-клетки отличаются от NK-клеток:

• экспрессируя ТКР и белок CD3, они не экспрессируют CD2, имеющийся на NK-клетках; благодаря экспрессии ТКР и CD3 их нельзя отнести к нулевым лимфоцитам, какими являются NK-клетки;

• способны к распознаванию гликолипидных антигенов собственного организма с помощью ТКР, чего не могут делать NK-клетки (и «классические» Т-лимфоциты);

• продуцируют цитокины ИЛ-4, ИЛ-13 и ИЛ-10, не характерные для NK-клеток, благодаря чему могут участвовать в индукции Тх2-ответа и подавлять Тх1-ответ [1,8,13,15].

Основные функции NKT-клеток

NKT-клетки обеспечивают быструю помощь в индукции цитотоксического клеточно-опосредованного ответа с помощью секреции IFN-y, который, во-первых, вызывает активацию неспецифической цитотоксичности других клеток врожденного иммунитета - NK-клеток и макрофагов. Во-вторых, IFN-y способствует индукции Тх1-зависимого адаптивного иммунного ответа с образованием эффекторных CD8+UTri, специфически убивающих чужеродные клетки-мишени.

Подобно NK-клеткам, NKT-клетки сами могут оказывать неспецифическое цитотоксическое действие практически на те же клетки-мишени (в первую очередь опухолевые, а также инфицированные вирусами и некоторыми внутриклеточными бактериями). Активация NKT-клеток происходит через такие же KIR-рецепторы (у человека) и лектиноподобные рецепторы (у мыши), что и у NK-клеток. В отличие от CD8+m свое цитотоксическое действие NKT-клетки оказывают немедленно, без стадии предварительной сенсибилизации [8,13,17].

NKT-клетки являются важным источником цитокинов. Они секретируют IFN-y и большие количества ИЛ-4 и ИЛ-13. С помощью ИЛ-4 и ИЛ-13 они оказывают прямое влияние на В-лимфоциты, участвуя в быстрой стимуляции синтеза антител (IgE, IgG2,4) против патогенов, в том числе против трипаносом, малярийного плазмодия и лейшманий. IFN-y, как упоминалось выше, активируя NK-клетки и способствуя дифференцировке Тх1 и CD8+ЦТЛ, способствует развитию противоопухолевого и противовирусного ответа (как врожденного, так и адаптивного).

1\1КТ-клетки являются регуляторными клетками. Обладая способностью к продукции большого количества биологически активных медиаторов, в первую очередь цитокинов, ЫКТ-клетки участвуют в аутокринных, паракринных и эндокринных взаимодействиях, тем самым они оказывают влияние на многие типы клеток. По принципу обратной связи они оказывают влияние на функции клеток системы врожденного иммунитета (например, синтезируемый ими ^1\1-у активирует макрофаги, дендритные клетки и 1\1К-клетки). Стимулируя или подавляя отдельные звенья адаптивного иммунного ответа, с помощью ^1\1-у, ИЛ-4 и ИЛ-13 ЫКТ-клетки влияют на баланс Тх1/Тх2 [8,11,17].

Субпопуляции NKT-клеток

Недавно выяснилось, что, по-видимому, существует несколько субпопуляций ЫКТ-клеток, различающихся по экспрессии различных поверхностных молекул, а также по продукции цитокинов. На их формирование могут влиять условия активации, а также микроокружение этих клеток. Гетерогенность субпопуляции ЫКТ-клеток определяет широкую вариабельность продуцируемых ими цитокинов, а следовательно, и выполняемых ими функций.

Установлено, что существует по крайней мере 2 субпопуляции ЫКТ-клеток, для которых нужны ИЛ-7 (как для Т-лимфоцитов) или ИЛ-15 (как для ЫК-клеток).

ЫКТ-клетки I типа (инвариантные ЫКТ-клетки, или классические ЫКТ-клетки) - это ЫКТ-клетки, которые обладают инвариантным артКР и рестриктированы по белкам CD1d. Они составляют большую часть субпопуляции ЫКТ-клеток человека. В активированном состоянии имеют фенотип CD4+8-, продуцируют ^1\1-у, ИЛ-4 и ИЛ-13, с помощью которых осуществляют соответствующие функции, описанные в предыдущих разделах [6,8].

ЫКТ-клетки II типа (не-классические ЫКТ-клетки) -это ЫКТ-клетки, которые экспрессируют убТКР и не рестриктированы по белкам CD1d. Эти клетки продуцируют ИЛ-10 и ИЛ-13, но не ИЛ-4. Фенотип этих клеток может быть CD4+8+ или CD4-8-.

ЫКТ-клетки II типа с фенотипом CD4-8- имеют Тх1-профиль цитокинов (^1\1-у, Т^-а) и экспрессируют NKG2d - маркер, ассоциированный с цитотоксическим действием на инфицированные вирусами и опухолевые клетки. Под действием ИЛ-2 и ИЛ-12 клетки этой субпопуляции повышают продукцию перфорина, и их цитотоксичность усиливается.

Субпопуляция ЫКТ-клеток II типа с фенотипом CD4+8+ продуцирует цитокины Тх1- и Тх2-типа (то есть, ^Ы-у, TNF-a, а также ИЛ-13 и ИЛ-10). Под влиянием ИЛ-2 и ИЛ-12 в этих клетках повышается продукция перфорина; они также экспрессируют Fаs-лиганд (CD95L), что обеспечивает их участие в прямой клеточной цитотоксичности [5,17]

убТ-лимфоциты

убТ-лимфоциты - это специализированные Т-лимфоциты, занимающие промежуточное положение между клетками врожденного и адаптивного иммунитета, которые имеют антигенраспознающие рецепторы, состоящие из у- и 6-полипептидных цепей

(убТКР). Они образуются в тимусе из незрелых CD4-8-(двойной негатив) корковых тимоцитов, для их дифференцировки необходим ИЛ-7. убТ-лимфоциты составляют примерно 5% от всех Т-клеток (более 90% Т-лимфоцитов имеют авТКР). Формирование убТ-лимфоцитов происходит в основном в эмбриональном и неонатальном периодах, позднее образование этих клеток резко снижается. Фенотип большинства выходящих из тимуса убТ-лимфоцитов - CD3+yбТКР+CD4-8-CD56+, однако у небольшой части этих клеток экспрессируется белок CD8 [3,7].

Таким образом, убТ-лимфоциты имеют общие CD-маркеры как с Т-лимфоцитами (CD3,CD8, ТКР), так и с ЫК-клетками (CD56).

Поступившие из тимуса в кровь убТ-лимфоциты недолго находятся в циркуляции, они перемещаются главным образом в эпителиальные ткани - кожу и слизистые оболочки. Наибольшее количество убТ-лимфоцитов содержится в слизистых кишечника и легких.

В эпидермисе кожи количество убТ-лимфоцитов на квадратный сантиметр составляет несколько тысяч, они в основном являются резидентными внутриэпителиальными лимфоцитами, которые морфологически подобны дендритным клеткам, поэтому их еще называют дендритными эпителиальными Т-клетками. Среди всех Т-лимфоцитов, находящихся в коже, убТ-лимфоциты составляют до 50%, из них около 30% имеют фенотип CD4-8+. Подобно CD8+ЦТЛ, они обладают цитотоксической активностью [3,9,10,12,13].

Подобно авТ-лимфоцитам, убТ-лимфоциты с помощью своего убТКР могут распознавать чужеродные для организма антигены. Теоретически репертуар убТКР должен быть очень велик, однако в реальности он сильно ограничен. Поэтому убТ-лимфоциты способны распознавать ограниченное количество антигенов. Механизм такого ограничения пока неясен.

С помощью убТКР эти клетки распознают характерные молекулярные структуры патогенов и индуцированные повреждением клеток белки теплового шока. Распознаваемые убТ-клетками антигены могут быть пептидной и не-пептидной природы, но обязательно должны содержать алкиламины и фосфорсодержащие соединения. Такие распознаваемые убТКР молекулярные структуры получили название фосфоантигенов. Фосфоантигены входят в состав многих бактерий (микобактерий, грам-положительных и грамм-отрицательных кокков), ряда вирусов (ВИЧ, цитомегаловируса, вируса Эпштейна-Барра), а также токсоплазмов и малярийного плазмодия. Они содержатся в поверхностных антигенах некоторых злокачественных опухолей (лимфомы Беркита, меланомы).

Механизм распознавания антигенов с помощью убТКР пока мало изучен. Известно, что убТ-лимфоциты непосредственно распознают антигены без представления их в комплексе с молекулами МНС, осуществляемого АПК. Иначе говоря, распознавание антигенов убТ-лимфоцитами не рестриктировано по белкам МНС (в отличие от «классических» авТ-лимфоцитов) [4,5,12].

В недавних исследованиях было показано, что в ряде случаев размножившиеся в процессе защитного ответа на инфекционный возбудитель убТ-лимфоциты являлись долгоживущими клетками и выполняли функцию клеток памяти [8].

Активированные убТ-лимфоциты продуцируют широкий спектр биологически активных медиаторов, включая перфорин, факторы роста эпителия и кератиноцитов, хемокины и цитокины.

Среди цитокинов, синтезируемых убТ-лимфоцитами, находятся провоспалительные цитокины - ИЛ-1,6, ИЛ-17, ГМ-КСФ и Т^-а, а также они синтезируют ^1\1-у, ИЛ-2, ИЛ-7, ИЛ-13, ИЛ-4, ИЛ-10.

По некоторым данным существует по крайней мере две субпопуляции убТ-лимфоцитов. Первая синтезирует преимущественно цитокины Тх1-типа (^1\1-у и ИЛ-2), вторая - цитокины Тх2-типа (ИЛ-4,5,10,13). Показано, однако, что некоторые убТ-лимфоциты могут одновременно синтезировать ^1\1-у и ИЛ-4 [3,7,8].

Благодаря большому спектру продуцируемых цитокинов убТ-лимфоциты могут выполнять самые разнообразные функции, характерные как для врожденного, так и для адаптивного иммунного ответа.

Основные функции убТ-лимфоцитов

По своим свойствам убТ-лимфоциты в большей степени относятся к клеткам системы врожденного иммунитета. Их рассматривают в качестве «стражей» эпителиальных тканей, особенно важна их роль в защите кожи и слизистых кишечника и легких. Активированные убТ-лимфоциты вместе с другими клетками врожденного иммунитета (гранулоцитами, моноцитами/макрофагами, ДК и клетками эпителия) первыми вступают в борьбу с патогенами, которые проникают в организм сквозь кожу и слизистые. Они оказывают немедленное цитотоксическое действие на клетки, инфицированные патогенами, и индуцируют защитную воспалительную реакцию.

Активация убТ-лимфоцитов индуцируется за счет сигналов, поступающих в клетку в результате распознавания антигена, а также под влиянием цитокинов, выделяемых клетками врожденного иммунитета, находящимися в очаге реакции. Продуцируя ИЛ-2, убТ-лимфоциты аутокринно стимулируют собственную пролиферацию.

Активированные убТ-лимфоциты оказывают цитотоксическое действие на инфицированные внутриклеточными патогенами, опухолевые и поврежденные клетки, убивая их, как и другие цитотоксические клетки (CD8+ЦТЛ и ЫК-клетки), с помощью перфорин-зависимого цитолиза и/или Т^-индуцированного апоптоза [3,7,13].

С помощью выделяемых ими провоспалительных цитокинов (ИЛ-1,6, Т^-а, ГМ-КСФ, ИЛ-17) убТ-лимфоциты индуцируют воспаление. На более поздних этапах воспалительного ответа, продуцируя ИЛ-10, они подавляют активацию МФ и ДК, ограничивая воспалительное повреждение тканей [8].

убТ-лимфоциты обладают уникальной способностью регулировать количество МФ в очаге реакции путем их элиминации на более поздних стадиях воспалительного процесса. Они осуществляют

цитолитическое действие на макрофаги, тем самым снижая уровень выделяемых этими клетками медиаторов воспаления. Продуцируя белок ТР4, убТ-лимфоциты блокируют хемотаксис нейтрофилов, также снижая интенсивность воспаления. Благодаря такой противовоспалительной активности, убТ-лимфоциты в настоящее время рассматриваются в качестве возможного средства для лечения аутоиммунных и аллергических заболеваний [7,8].

С помощью выделяемых цитокинов убТ-лимфоциты способствуют активации и дифференцировке авТ-лимфоцитов и развитию (на 5-7 день) адаптивного иммунного ответа против проникших в организм патогенов. Кроме того, с помощью цитокинов Тх1-типа и Тх2-типа они активно участвуют в регуляции иммунного ответа, влияя как на врожденный, так и на адаптивный ответ, защищающие кожу и слизистые оболочки. Нарушения регуляторной функции убТ-лимфоцитов могут способствовать развитию аллергических и аутоиммунных заболеваний.

Активированные распознаванием поврежденных клеток убТ-лимфоциты играют важную роль в заживлении ран. Выделяя факторы роста кератиноцитов и других эпителиальных клеток, они стимулируют быструю эпителизацию раны.

убТ-клетки участвуют и в противоопухолевом иммунитете. Распознавая с помощью убТКР фосфоантигены опухолевых клеток, они оказывают на эти клетки прямое цитотоксическое действие [7,8,10].

Перспективы клинического применения убТ-лимфоцитов

Хотя убТ-лимфоциты были открыты еще в 1980-х годах, изучение свойств и функций этих клеток, а также их роли в возникновении и течении хронических и острых воспалительных заболеваний началось только в 2000-х годах.

В целом ряде исследований удалось установить участие убТ-лимфоцитов в патогенезе многих заболеваний. Показано повышение количества убТ-лимфоцитов в периферической крови при ряде инфекционных заболеваний. Обнаружена прямая корреляция между наличием бронхиальной астмы и количеством убТ-лимфоцитов в легких. Установлено также, что в очагах воспаления при неспецифическом язвенном колите число этих клеток существенно повышено. В больших количествах убТ-лимфоциты обнаружены в слизистых больных туберкулезом, малярией, листериозом, ревматоидным артритом, рассеянным склерозом.

В настоящее время разрабатывается ряд подходов к применению убТ-лимфоцитов для лечения некоторых заболеваний воспалительного характера, прежде всего аутоиммунных и аллергических. Разрабатываются способы терапии с помощью убТ-клеток бронхиальной астмы, атопического и контактного дерматита, псориаса, неспецифического язвенного

колита и ревматоидного артрита. Апробируется также внутривенное введение размноженных in vitro с помощью ИЛ-2 собственных убТ-лимфоцитов больного для адоптивной терапии рака. Изучаются возможности применения убТ-клеток для стимуляции заживления ран, в первую очередь при ожогах и отморожениях, а также у больных с иммунодефицитами [3,7,8,13].

Литература

1. Сепиашвили Р.И., Балмасова И.П. Физиология естественных киллеров, Москва, 2005

2. Тотолян А.А., Фрейдлин И.С. Клетки иммунной системы. С-Петербург, 2000

3. Трофимова И.Б., Задонченко Е.В. убТ-клетки и их распространение в организме. Вестн. Дерматологии и венерологии, 2005, 1: 57-62

4. Adams E.J. et al. Structure of y6T-cell receptor. Science 2005, 308: 227-231

5. Allison T.J. et al. Structure of human y6T-cell antigen receptor. Nature 2001, 411: 820-824

6. Brigi M. et al. Mechanism of CD1d-restricted natural killer T cells activation during microbial infection. Nat. Immunol. 2003, 4: 1230-1237

7. Garding S.R., Edan P.J. y6T-cells: functional plasticity and heterogeneity. Nat. Rev. Immunol. 202, 2: 336-345

8. DeFranco A.L., R.M.locksley, M.Robertson. Immunity. The immune response in infections and inflammatory disease, London, 2007: 208-217

9. Ebert G., Littman D.R. Thymic origin of intestinal aPT cells revealed by mapping of RoR yt+cells. Science 2004, 305: 248-251

10. Jameson J. et al. A role for skin y6T-cells in wound repair. Science 2002, 286: 747-749

11. Germain R.N., Jenkins M.K. In vivo antigen presentation. Curr. Opin. Immunol. 2004, 16:120-123

12. Itohara S. et al. Homing of a y6thymocytes subset with homogeneous TCR to mucosa epithelia. Nature, 1990, 343: 754-757

13. T.J. Kindt, Goldsby R.A., Osborne B.A. Kuby Immunology, NY. 2007: 360-368

14. Kinjo J. et. al. Recognition of bacterial glycosphingolipids by natural killer T-cells. Nature, 2005, 434: 520-525

15. Kronenberg M. Toward an understanding of NKT cell biology: progress and paradoxes. Ann. Rev. Immunol. 2005, 23: 877-900

16. Mattner J. et al. Exogenous and endogenous glycolipid antigens activate NKT cells during microbial infections. Nature, 2005, 434: 525-529

17. Van Kaer L., Joyce S. Innate immunity: NKT cells in the spotlight. Current Biology, 2005, 15: R430-435.

18. Zhon D. et al. Lysosomal of human y6T-cell antigen receptor. Nature 2001, 411: 820-824