Иммунная система

Национальный институт аллергии и инфекционных заболеваний

Национальный институт рака

Источник: imgt.org

Пер. с англ. Н.Д. Фирсовой (2019)

Вступление

Иммунная система представляет собой сеть, состоящую из клеток, тканей и органов, которые работают вместе, защищая организм от нападений различных «чужих» захватчиков. К ним, в первую очередь, относятся микробы – вызывающие инфекцию микроскопические организмы: вирусы, бактерии, грибки и паразиты. Человеческий организм для многих из них обеспечивает идеальную среду обитания, поэтому они настойчиво пытаются попасть внутрь. Цель иммунной системы – не пустить их или, в случае неудачи, найти их и уничтожать.

Если иммунная система атакует не ту цель или повреждается, она может сама стать причиной заболеваний, например, аллергии, воспаления суставов или синдрома приобретенного дефицита (СПИД).

Устроена иммунная система очень сложно. Она способна распознать и запомнить миллионы враждебных агентов, а также продуцировать клетки и секрет для каждого из них с тем, чтобы эффективно уничтожить.

Успех иммунной системы обусловлен сложной и динамичной сетью связей. Миллионы и даже миллиарды клеток, организованных в группы и подмножества, группируются как пчелиный рой, и передают информацию друг другу. Как только иммунные клетки получают сигнал тревоги, в них происходят тактические изменения, они начинают синтезировать мощные химические соединения. Эти соединения позволяют клеткам иммунной системы регулировать свой рост и поведение, привлекать своих сотоварищей и направлять мобилизованных воинов на сложные участки.

Свой – чужой

Иммунная система обладает замечательным свойством – умением отличать собственные клетки организма от чужеродных клеток. Клетки иммунной защиты организма обычно мирно сосуществует с клетками, которые несут характерные молекулы-маркеры «я», «свой». В том же случае, когда иммунные клетки-защитники сталкиваются с клетками или микроскопическими организмами, маркированными как «чужие», они их атакуют.

Все агенты, способные вызвать иммунный ответ, называются антигенами. Антиген может быть представлен микробом, например, вирусом, а в некоторых случаях даже его частью. Клетки или ткани любого другого человека, за исключением идентичного близнеца, также маркированы в качестве чужеродных агентов, и потому действуют как антигены. Именно по этой причине трансплантация тканей может оказаться невозможной.

Случаются нештатные ситуации, когда иммунная система принимает «свое» за «чужое» и атакует собственные ткани и клетки организма. В результате развивается аутоиммунное заболевание. К таким заболеваниям аутоиммунного происхождения относятся некоторые виды артрита и сахарного диабета. В других случаях иммунная система может среагировать на, казалось бы, совершенно безобидное инородное вещество, например, на пыльцу во время цветения амброзии. В результате разовьется аллергия; такой тип антигена называют аллергеном.

Строение иммунной системы

Относящиеся к иммунной системе органы расположены по всему телу. Их другое название – лимфоидные органы, так как они являются обиталищем лимфоцитов, крошечных белых кровяных телец, являющихся ключевыми действующими агентами иммунной системы.

Основной источник всех кровяных клеток, в том числе лейкоцитов, является костный мозг – мягкая ткань, расположенная внутри полых костей. Клетки костного мозга, созревая, превращаются в клетки иммунной системы.

За грудиной располагается тимус, или вилочковая железа. Скопление специализированных структур, содержащих лимфоциты, образует лимфатические узлы. В паракортексе (часть, прилегающая к корковому веществу, т. е. поверхностно) сконцентрировано большое количество Т-лимфоцитов, а вокруг герминальных центров и внутри содержатся В-лимфоциты и плазмоциты (плазматические клетки). Т-клетки, или Т-лимфоциты созревают в тимусе.

По кровеносным сосудам лимфоциты способны перемещаться по всему организму. Также они перемещаются по системе лимфатических сосудов, которые сопровождают все артерии и вены в организме. В лимфатических сосудах течет лимфа – прозрачная бесцветная жидкость, как и кровь, омывающая все ткани организма. Между кровеносными и лимфатическими сосудами происходит обмен клетками и жидкостями, который дает возможность лимфатической системе, как части иммунной системы осуществлять мониторинг организма на предмет проникновения чужеродных микроорганизмов.

Маленькие, имеющие бобовидную форму лимфатические узлы, располагаются вдоль лимфатических сосудов и образуют группы в области шеи, подмышек, живота, паха, таза. В каждом лимфатическом узле имеются специализированные отделы, где скапливаются иммунные клетки и где они могут входить в контакт с антигенами. Иммунные клетки, как и чужеродные частицы, проникают в лимфатический узел по микроскопическим кровеносным сосудам лимфоузлов или по лимфатическим сосудам. Выходят все лимфоциты из лимфозлов по лимфатическим сосудам. Попадая в кровоток, они разносятся по всему организму, проникая в ткани. Здесь они патрулируют, распознавая и уничтожая антигены, а затем вновь попадают в лимфатическую систему, и цикл начинается заново.

Селезенка – вытянутый орган, расположенный в верхней части живота слева. Так же, как и в лимфоузлах, в селезенке имеются специализированные отделы, в которых группируются и функционируют лимфоциты. Эти отделы служат местом, где защитная система сталкивается с антигенами и противостоит им.

Во многих участках организма имеются скопления лимфоидной ткани, особенно крупные – в участках, являющихся входными воротами в организм: слизистая оболочка дыхательных путей и пищеварительного тракта, легкие и т. п. К лимфоидной ткани относятся также аденоиды, миндалины и аппендикс.

Клетки иммунной системы и продуцируемые ими соединения

Арсенал иммунной системы состоит не только из лимфоцитов, но и других клеток, в частности, фагоцитов, пожирающих клетки, и их родственников. Некоторые иммунные клетки способны атаковать все антигены, а другие имеют очень специфичные цели. Чтобы действовать эффективно, иммунные клетки должны сотрудничать со своими «коллегами». Иногда они общаются между собой с помощью прямого физического контакта, иногда – синтезируя химические вещества-посредники.

Иммунная система сохраняет всего лишь несколько различных видов клеток, которые нужны для распознавания огромного количества возможных враждебных агентов. В случае появления антигена, эти избранные клетки, распознающие чужаков, быстро размножаются, образуя полномасштабную армию. После завершения битвы они исчезают, но оставляют «часовых».

Начало все иммунные клетки, в виде незрелых стволовых клеток, берут в костном мозге. Реагируя на особые сигнальные вещества, цитокины и другие, они превращаются в специфические иммунные клетки, к которым относятся фагоциты, Т- и В-лимфоциты. Так как специализация стволовых клеток еще не определена, они представляют собой потенциал для лечения патологий иммунной системы. Сейчас ученые проводят исследования, предметом которых является возможность использования стволовых клеток для восстановления нарушенных реакций иммунной системы при иммунодефицитных состояниях и аутоиммунных болезнях.

B-лимфоциты

В-лимфоциты, или В-клетки в основном функционируют, выделяя особые вещества, которые называются антителами, в жидкости организма. Антитела из засады нападают на циркулирующие в кровотоке антигены, но проникнуть внутрь клеток они не способны. Уничтожение клеток, содержащих антигены, так называемых клеток-мишеней (зараженных вирусами или ставших злокачественными) – задача Т-лимфоцитов, а также некоторых других иммунных клеток.

Один В-лимфоцит может создать одно специфическое антитело. Например, один В-лимфоцит синтезирует антитело, блокирующее вирус простуды, другой – антитело, уничтожающее бактерию возбудителя пневмонии, и т. д.

Когда В-лимфоцит сталкивается со своим специфическим антигеном, он порождает множество плазматических клеток, или плазмоцитов. Каждый плазмоцит представляет собой фабрику по созданию антител. Плазмоциты, порожденные одним В-лимфоцитом, продуцируют миллионы одинаковых антител, вбрасывая их в кровь.

Каждое антитело соответствует определенному антигену, как ключ замку. В некоторых случаях они совпадают полностью, в других частично, но каждый раз, когда происходит соединение антигена с антителом, антиген получает метку, которая означает, что он должен быть разрушен.

Антитела представляют собой семейство крупных молекул, называемых иммуноглобулинами. Разные виды иммуноглобулинов выполняют разные задачи в иммунном ответе:

• IgG (иммуноглобулин G) – влияет на микробы, ускоряя процесс их поглощения другими иммунными клетками.
• IgM – эффективно уничтожает бактерии.
• IgE – его функцией является защита от паразитарных инфекций; несет ответственность за проявления аллергии.
• IgA – состоит на защите входов в организм, концентрируясь в жидкостях организма – слюне, слезной жидкости, секрете дыхательных путей и пищеварительного тракта.
• IgD – прикреплен к В-лимфоцитам, играет ключевую роль в инициации их раннего ответа.

Т-лимфоциты

Т-лимфоциты, в отличие от В-лимфоцитов, неспособны распознать свободно плавающие в крови антигены. На их поверхностях находятся специализированные антителоподобные рецепторы, которые улавливают фрагменты антигенов на поверхностях чужеродных (инфицированных или озлокачествившихся) клеток.

Т-лимфоциты обеспечивают иммунную защиту следующими способами:

• Модулируют и регулируют иммунные реакции.
• Атакуют инфицированные или злокачественные клетки напрямую.

Т-лимфоциты-хелперы (помощники), обозначаемые как Th-клетки, координируют иммунный ответ, общаясь с другими иммунными клетками. Некоторые из них стимулируют соседние B-лимфоциты, заставляя их продуцировать антитела, в то время как другие активируют фагоциты, которые поглощают микробы, а третьи стимулируют другие T-лимфоциты.

Т-лимфоциты-киллеры (убийцы), называемые цитотоксическими Т-лимфоцитами (CTL) осуществляют непосредственную атаку на клетки, которые несут на своих поверхностях маркировку чужеродных. Особенно эффективно CTL атакуют вирусы, которые часто скрываются от других участников иммунной защиты, так как растут внутри клеток организма, инфицированных ими. CTL способны распознавать даже маленькие фрагменты вирусов, выступающие из клеточной мембраны, и атакуют их, разрушая.

Т-лимфоциты, как правило, распознают антигены лишь тогда, когда они находятся на поверхности клетки одной из собственных молекул MHC (major histocompatibility complex, основной комплекс гистосовместимости) организма. Молекулы MHC представляют собой белки, которые помогают Т-лимфоцитам различать своих и чужих. Молекула MHC создает узнаваемый каркас, представляющий антиген чужеродного агента Т-лимфоциту.

Молекулы МНС нужны для того, чтобы Т-лимфоциты уничтожали чужаков, однако именно они создают препятствия при пересадке органов. Фактически все клетки организма покрыты белками MHC, но каждый человек несет собственный белковый комплекс на своих клетках. Когда Т-лимфоцит видит чужую молекулу МНС на поверхности другой клетки, он уничтожает такую клетку. Врачам необходимо подбирать донорские органы, наиболее соответствующие по составу МНС. Если этого не сделать, Т-лимфоциты реципиента подвергнут атаке пересаженный орган, что приведет к реакции отторжения трансплантата.

Еще один вид лимфоцитов – естественные клетки-киллеры или натуральные киллеры (NK). Как и Т-киллеры, NK-лимфоциты имеют на вооружении гранулы, заполненные сильнодействующими химическими соединениями. Отличие в том, что в то время, как Т- киллеры находятся в поиске фрагментов антигенов, связанных с молекулами self-MHC (собственного МНС), NK-лимфоциты распознают те клетки, которые лишены молекул self-MHC. Благодаря этому NK-лимфоциты способны атаковать многие виды чужеродных агентов.

Оба типа лимфоцитов-киллеров уничтожают чужеродные клетки, контактируя. Вначале устанавливается связь, затем наводится оружие и следует смертельный залп из химических соединений.

Фагоциты и их родственники

Фагоцитами называются большие белые клетки, которые способны проглатывать и переваривать микробы и другие посторонние частицы. Циркулирующие в крови фагоциты называются моноцитами. Когда моноциты проникают в ткани, из них формируются макрофаги. Специализированные макрофаги обнаруживаются во многих органах, в том числе в мозге, легких, печени, почках.

Макрофаги выполняют множество функций: избавляют организм от изношенных клеток и прочего мусора, реагируют на частицы чужеродного агента, привлекая внимание лимфоцитов, вырабатывают разнообразные мощные химические сигнальные вещества, называемые монокинами, жизненно необходимы для иммунных реакций.

Гранулоциты – иммунные клетки, содержащие гранулы, в которых находятся сильнодействующие химические соединения, позволяющие разрушать микробы. Также некоторые из этих соединений способствуют развитию аллергии и воспаления, например, гистамин.

Нейтрофилы – вид гранулоцитов, фагоциты. Для разрушения проглатываемых микробов они используют мощные химические соединения, расфасованные в гранулы.

Эозинофилы и базофилы – гранулоциты, которые распыляют свои химические снаряды на микробы или другие чужеродные клетки, находящиеся вблизи.

Тучные клетки – двойники базофилов за одним исключением – это не кровяные клетки. Они содержатся в коже, слизистой оболочке носа, языка, кишечного тракта и легких, где участвует в аллергических реакциях.

Тромбоцит – фрагмент иммунной клетки, содержащий гранулы. Активирует ряд иммунных механизмов защиты, обеспечивает свертывание крови и стимулирует заживление ран.

U.S. DEPARTMENT OF HEALTH AND HUMAN SERVICES NATIONAL INSTITUTES OF HEALTH