Главная

Активация лимфоцитов

Клонально-селекционная теория, выдвинутая Мак-Фарлейном Бернетом в 1959 г., остается одной из основополагающих концепций в иммунологии. Согласно этой теории, при нормальном развитии в организме возникает набор из тысяч очень небольших субпопуляций лимфоцитов. Клетки каждой из них имеют на наружной мембране рецепторы лишь к какой-то одной антигенной детерминанте. Иммунный ответ оказывается специфическим, поскольку проникший в организм антиген избирательно связывается только с теми клетками, на поверхности которых имеются соответствующие рецепторы, и не взаимодействует с остальными клетками. Связывание антигена вызывает активацию лимфоцита, т. е. запуск целого ряда процессов, приводящих к клеточному делению и дифференцировке. При дифференцировке происходит развитие эффекторных функций, таких, как образование антител у В-клеток или появление цитоток- сической активности у части Т-клеток.

Клонально-селекционная теория остается отправной точкой при обсуждении процессов активации лимфоцитов, хотя она и возникла еще до того, как нам стало известно о сложных взаимодействиях между популяциями Т- и В- лимфоцитов, о клетках, презентирующих антиген, или регуляторных клетках. Эта теория сыграла важную роль и при рассмотрении жизненного цикла лимфоцита, который делится на две фазы — антигеннезависимую, завершающуюся появлением покоящегося лимфоцита, способного реагировать на антиген, и антигензависимую, включающую избирательную активацию антигеном некоторых клонов.

Для обсуждения процессов активации лимфоцитов необходимо также иметь представление о клеточном цикле. Клетка в процессе деления проходит через: а) фазу G₁; в которой она содержит нормальное диплоидное количество ДНК, и варьирующее количество РНК; б) фазу S, во время которой синтезируются копии каждой цепи ДНК; в) короткую фазу G₂, когда клетка содержит двойное по сравнению с нормальным количество ДНК, и г) фазу М (митотическую), когда происходит собственно деление (при этом дочерние клетки оказываются в фазе G₁). Если же клетка активно не делится, то говорят, что она находится в фазе G₀.

Термин «покоящийся лимфоцит» относится к лимфоцитам, которые находятся в фазе G₀, характеризующейся низким уровнем метаболической активности, т. е. минимально допустимой для поддержания жизненных функций клетки скоростью синтеза белков и РНК и отсутствием синтеза ДНК. В этих небольших по размеру клетках рибосомы разбросаны поодиночке в небольшом количестве цитоплазмы, окружающей ядро. Реагирующие с антигеном клетки, согласно клонально- селекционной теории, по-видимому, обычно находятся в покоящемся состоянии, которое сохраняется стабильным до тех пор, пока не прерывается стимулирующим сигналом.

Под активацией лимфоцита понимают довольно сложный процесс, в результате которого взаимодействие клетки со стимулирующим агентом, например антигеном или митогеном, индуцирует ее переход из фазы G₀ в фазу G₁ — начальную стадию клеточного цикла. При этом в лимфоцитах помимо метаболических изменений, типичных для делящихся клеток, происходят процессы созревания, крайне различные в разных субпопуляциях. В результате каждая субпопуляция лимфоцитов характеризуется как набором поверхностных антигенов, так и функциями, появляющимися у клеток в процессе созревания.

Поскольку при активации лимфоцитов одни процессы предшествуют другим, было бы естественно предположить, что активация представляет собой линейную последовательность определенных этапов, начиная от контакта клетки со стимулирующим агентом и кончая более поздними, обычно регистрируемыми процессами, такими, как синтез ДНК, деление клетки или секреция иммуноглобулинов (в В-клетках). Согласно этому предположению, осуществление каждого этапа данной последовательности служит необходимым условием для последующих этапов. Чтобы установить принадлежность какого-либо конкретного процесса к линейной последовательности событий, составляющих активацию, необходимо доказать, что: а) условия (особенно концентрация стимулирующего агента), в которых включение ³Н-тимидина (характеризующее скорость синтеза ДНК) максимально, соответствуют и максимальному проявлению этого процесса; б) ингибитор, подавляющий данный процесс, препятствует осуществлению и последующих этапов, например синтеза ДНК или созревания; в) если данный индуцируемый митогеном процесс вызывается еще каким-то другим способом, то при этом индуцируются те же самые последующие этапы активации. Такие эксперименты действительно указывают на то, что данный процесс является одним из звеньев в цепи событий, составляющих в целом активацию лимфоцита, однако ни один из поставленных до сих пор экспериментов не смог доказать это однозначно. Например, если зависимость скорости раннего индуцированного белкового синтеза от концентрации митогена не совпадает с аналогичной зависимостью скорости синтеза ДНК, то это еще не означает, что ранний синтез белка не имеет отношения к активации лимфоцитов, поскольку для синтеза ДНК одни белки могут быть необходимыми, а другие — нет. Более того, хотя ингибирование синтеза белка может в принципе предотвращать синтез ДНК, однако эта зависимость совсем не обязательно оказывается прямой, а может быть обусловлена, например, гибелью клетки. Даже такие аргументы, что стадия А предшествует стадии Б во времени, необходимо рассматривать с осторожностью, поскольку результаты наблюдений могут сильно зависеть от чувствительности методов определения А и Б. Многие «ранние стадии» сильно перекрываются во времени, причем перекрывание увеличивается вследствие несинхронности активации в гетерогенной популяции клеток. Часто утверждение, что процесс А приводит к процессу Б, не подкрепляется доказательством того, что оба этих процесса происходят в одних и тех же клетках.

Наконец, исследования, проведенные сравнительно недавно, показали, что модель, рассматривающая активацию лимфоцита в виде простой линейной последовательности событий, слишком упрощена.

Показано, как разнообразные процессы, вызванные сигналами, возникающими в клеточной мембране, могли бы оказывать влияние друг на друга.
Процессы, представляющие собой этапы активации клетки, изображены одиночными стрелками, ингибиторные процессы — двойными стрелками.

На рисунке приведена более сложная схема программы активации. На схеме показано семь характерных особенностей активации, каждая из которых подробно рассматривается ниже.

1. Возможно, что существует линейная последовательность процессов, связанных друг с другом причинно-следственными отношениями, которая начинается со стимуляции и приводит к синтезу ДНК (цепь А). Существование такой последовательности может оказаться условием, необходимым, но не достаточным для синтеза ДНК.

2. Некоторые клеточные реакции, измененные или не измененные стимуляцией, подобно пермиссивным реакциям в цепи В, могут оказаться необходимыми для нормального течения многих этапов активации лимфоцита (например, катализ мембранной (Na⁺+ К⁺)-АТРазы или аэробный гликолиз).

3. Для осуществления некоторых сложных поздних процессов, таких, как синтез ДНК, может быть необходима конвергенция цепей реакций, т. е. протекание нескольких составляющих активацию процессов, не связанных причинно-следственной связью (последовательности А и D). Примерами таких процессов могут служить транспорт нуклеозидов, синтез полиаминов, фосфорилирование негистоновых белков, — все эти процессы необходимы для синтеза ДНК, но не опоследуют друг друга.

4. На некоторых этапах активации может наблюдаться дивергенция цепей реакций, т. е. данная реакция может одновременно вызывать несколько более поздних процессов (реакции А₃ и А₆). Примерами таких точек ветвления могут служить увеличение кальциевого потока или активация гуанилат- циклазы.

5. Некоторые цепи реакций, обусловленные стимуляцией и не имеющие отношения к активации, могут, подобно цепям F и G, на каком-то этапе обрываться (например, кэппинг).

6. Цепь реакций, являющихся этапами активации, может прерваться под действием внешних ингибиторов (J) или стимуляторов (Н), способных действовать как на мембране, так и внутри клетки. Некоторые стимуляторы могут переключать программу активации клетки (например, стимулятор Нх может действовать как фактор дифференцировки В-клетки, т. е. может заставить клетку в точке А₆ развиваться в направлении дифференцировки, а не подвергаться митозу).

7. Продукты поздних процессов могут ингибировать более ранние реакции по типу отрицательной обратной связи (на схеме продукт реакции А₄ ингибирует реакцию А₂).

Общая информация по физиологии активации лимфоцитов приведена в других работах. Скептицизм здесь весьма уместен: любой эксперимент и любая концепция должны быть подвергнуты критике. Активация клеток — в значительной степени противоречивая и быстро развивающаяся область знания на стыке иммунологии, клеточной биологии и биохимии. В ней необходимо проведение наиболее точных экспериментов, не оставляющих возможности для двусмысленного толкования, а пока этого не сделано, большинство «выводов», приводимых в данной главе, необходимо рассматривать как гипотезы, нуждающиеся в дальнейшей экспериментальной проверке.