Предыдущий пост о B-лимфоцитах и их нелегкой судьбе почитать можно здесь. А сегодня мы проследим, что происходит в лимфоузле с B-лимфоцитом, когда он столкнулся с реальной угрозой. Также немного расскажу о селезёнке, ведь это самый большой лимфоидный орган.
Этот пост опять не самый легкий, речь идет о кооперации клеток. Стараюсь упростить как могу, но порой скатываюсь в научный "скучнизм". Спрашивайте, если что непонятно. И помните, кто умножает познания, умножает скорбь :) Если вы готовы погрузиться в пучины иммунитета, welcome to hell.
Так выглядит клетка, производящая антитела. Неподвижная, мало на что реагирующая, производящая белок в безумных количествах.
Костный мозг для лимфоцитов - это их альма-матер, место, где они обучались и проходили строгий экзамен. В кровь выходят только те B-лимфоциты, которые имеют рабочий B-клеточный рецептор (BCR) и которые не реагируют на свои белки. Конечно, этот барьер не идеален, и сквозь него могут прорваться дефектные лимфоциты, способные атаковать свои ткани. Однако наш организм попытается их остановить уже на периферии (в лимфоузлах, селезенке); если и там не удастся урезонить гиперактивных бойцов, получим аутоиммунное заболевание.
А тем временем наш наивный лимфоцит направляется служить из центрального органа иммунной системы - красного костного мозга - в различные военные части. К таковым в нашем теле относятся периферические органы иммунной системы (о которых я рассказывал здесь): лимфатические узлы, селезенка и разбросанная по всему организму лимфоидная ткань. Рассмотрим подробнее, что происходит внутри этих лимфоидных казарм.
О бедной селезенке замолвите слово
Если очень коротко. Селезенка переваривает старые эритроциты и тромбоциты, запасается кровью на экстренный случай и осуществляет иммунную функцию. Подробнее - чуть ниже.
В “штатной” ситуации микробы задерживаются на уровне тканей, то есть по месту проникновения (например, в горле или в коже), но если они попали в кровь, место их обезвреживания - селезенка. Большую часть селезенки составляют кровяные синусы - образования, где находится много моноцитов и макрофагов. За красный цвет этой части органа её называют красной пульпой. Здесь также находятся иммунные клетки памяти, а также активные Т- и B-лимфоциты. Макрофаги селезенки поглощают старые эритроциты и перерабатывают гемоглобин в билирубин, который затем попадает в печень и входит в состав желчи.
Вокруг каждой артерии в селезенке сосредоточено скопление Т-лимфоцитов, которые образуют подобие муфты. Эта часть имеет более светлый вид и называется белой пульпой. В белой пульпе также располагаются скопления B-лимфоцитов, которые попадают сюда после обучения в костном мозге. На границе красной и белой частей селезенки располагается краевая (маргинальная) зона. В этой зоне сидят B-лимфоциты краевой зоны (о них - чуть дальше). Процесс активации лимфоцитов здесь такой же, как и в лимфатических узлах, о чем рассказано ниже.
Зеленые шарики - это Т-лимфоциты вокруг селезёночных артериол. Желтые шарики - скопления B-лимфоцитов; герминативный центр - это место активного деления B-клеток, которые вот-вот начнут синтезировать антитела.
Итак, селезенка фильтрует нашу кровь, очищая её от старых клеток и вылавливая чужеродные антигены. Если инфекция прорвется в кровь, именно на селезенку ложится бремя ответственности по борьбе с заражением. Поэтому во время тяжелых инфекций селезенка увеличивается в размерах (это состояние называется спленомегалия).
А что внутри лимфоузла?
В лимфоузлах B-лимфоциты группируются в фолликулы (узелки) - плотные скопления B-клеток. Между ними важно восседают дендритные клетки и макрофаги.
Схематическое строение лимфатического узла. Узел делится на дольки, в каждой дольке есть корковая часть (снаружи) и мозговая часть (в глубине). В мозговой части (мозговые шнуры и синус) находятся B-лимфоциты, продуцирующие антитела (плазмоциты).
Фолликулярные островки B-клеток находятся ближе к поверхности лимфоузла, а дальше следует зона из Т-лимфоцитов. Кстати, миндалины (гланды) тоже состоят из лимфоидных фолликулов, окруженных Т-лимфоцитами. Только вокруг них нет отдельной капсулы, как у лимфоузлов.
Синий узелок слева - это и есть лимфоидный фолликул, в котором обитают B-лимфоциты. Справа ползают разные типы Т-клеток. На границе фолликула B- и Т-лимфоциты плотно контактируют друг с другом.
Лимфатический узел - место, где концентрируется все то, что “плохо лежит” в окружающих участках ткани. Плохо могут лежать собственные мертвые или поврежденные клетки, бактериальные токсины, яды, осколки вирусов (белки и нуклеиновые кислоты), кусочки микробных клеток и любой другой материал, оказавшийся во внеклеточном пространстве.
Кроме того, в лимфатический узел постоянно мигрируют дендритные клетки из очага воспаления. С собой они приносят обработанные антигены (в составе главного комплекса гистосовместимости) и показывают эти антигены Т-лимфоцитам. Если Т-лимфоциты узнали антиген, то они активируются, становясь активными киллерами и хелперами.
Чтобы увеличить вероятность встречи лимфоцита со “своим” антигеном, лейкоциты непрестанно выходят из лимфоузлов в кровь, затем проникают в другие лимфоузлы, потом снова их покидают и мигрируют в кровь. Этот круговорот лимфоцитов обозначают термином “рециркуляция”. Через каждый лимфатический узел за сутки проходит около 30 миллиардов, а через селезенку - 250 миллиардов лимфоцитов. Вышедший в кровь лимфоцит плавает там около 30 минут, затем ползет в новый лимфоузел.
Активация B-лимфоцитов
Активация B-лимфоцита означает путь превращения от наивной клетки до антителопродуцирующего плазмоцита.
История начинается в тот момент, когда B-клеточный рецептор (BCR) распознает уникальный антиген. Как вы помните, B-клеточный рецептор - это молекула IgM на поверхности клетки. Её Y-образные окончания содержат уникальные области, способные связаться с выпуклой частью антигена (с эпитопом). Итак, случайный наивный B-лимфоцит ползает в лимфоузле и внезапно встречает антиген, который связался с B-клеточным рецептором. Далее сюжет может развиваться по-разному, что зависит от типа антигенной молекулы.
Для полноценной активации B-лимфоцита необходима помощь Т-лимфоцитов хелперов (о которых был пост). Но в определенных ситуациях B-лимфоцит может активироваться и без помощи Т-хелперов (Т-независимая активация). Такое может произойти при активации особыми антигенами. Например, если чужеродная молекула содержит несколько одинаковых эпитопов. Типичным представителем таких антигенов является бактериальная стенка.
B-лимфоцит активируется при контакте с бактериальной стенкой, имеющей повторяющиеся эпитопы (одно из условий Т-независимой активации B-клеток).
В данных условиях достаточно только антигена для пробуждения боевого духа B-клетки. После такой активации B-лимфоцит утрачивает B-клеточный рецептор, начинает активно делиться и в дальнейшем продуцирует только иммуноглобулины класса М. Эти лимфоциты не формируют иммунную память и живут от трех до пяти суток.
Однако большинство антигенов имеет белковую природу. Такие молекулы имеют несколько эпитопов, но все они разные, и на каждый эпитоп потенциально может найтись свой лимфоцит. Если B-лимфоцит “поймает” такой белковый антиген, то для полноценного развития в антителопроизводящую клетку ему необходима помощь Т-лимфоцита. Рассмотрим этот процесс подробнее, так как он является основным при развитии гуморального иммунного ответа.
Кооперация Т- и B-лимфоцитов
B-лимфоциты относятся к профессиональным антигенпрезентирующим клеткам, то есть они способны выхватывать из окружающего пространства чужеродные вещества и перерабатывать их внутри себя особым образом. Переработанный антиген выставляется на поверхности клетки с помощью главного комплекса гистосовместимости (MHC, main histocompatibility complex). MHC нужен для Т-лимфоцитов, так как они не умеют просто так распознавать антиген, им обязательно нужен антиген в составе MHC.
Итак, вооруженные этой информацией, посмотрим на B-лимфоцит, который с помощью B-клеточного рецептора (IgM) нашел и связал некий антиген. Лимфоцит проглатывает комплекс антиген-антитело и переваривает его внутри себя. Часть антигена он выставляет на свою поверхность в составе MHC молекулы.
При связывании B-клеточного рецептора и антигена B-лимфоцит поглощает антиген-антитело комплекс. Внутри специального пузырька происходит расщепление антигена на более мелкие части. Затем часть антигена выносится на поверхность клетки в составе главного комплекса гистосовместимости.
В лимфатическом узле Т- и B-лимфоциты плотно контактируют друг с другом (в местах между фолликулами). Где-то неподалеку окажется T-лимфоцит хелпер, у которого есть Т-клеточный рецептор (TCR). Напомню, что TCR, подобно антителу, обладает способностью связываться только с ограниченным кругом антигенов. В конце концов, T-хелпер с уникальным рецептором свяжется с тем антигеном, который B-лимфоцит любезно предоставил на своей поверхности.
Образуется плотный контакт между двумя клетками, который называется иммунным синапсом. Т-хелпер начинает выделять различные вещества (в основном, интерлейкин-4), которые окончательно активируют B-лимфоцит. Активация лимфоцита означает, что некоторые дремавшие гены начинают работать, клетка продуцирует биологические вещества, которые и определяют её дальнейшее поведение.
Желтый T-хелпер встречается с B-лимфоцитом и связывается своим уникальным T-клеточным рецептором с антигеном в составе MHC B-клетки. Конечно, на картинке мы видим только две клетки (слева засветился еще один B-лимфоцит), но, на самом деле, их там десятки тысяч. Они контактируют, трутся друг о друга, проверяя, нет ли там подходящего антигена. Антигены тоже не бывают в единичных количествах, это тысячи и десятки тысяч молекул.
Контакт между T-хелпером и B-лимфоцитом может и не происходить, если находящийся неподалеку T-лимфоцит уже распознал антиген, который ему предоставила дендритная клетка. В таком случае активированный Т-хелпер начнет выделять вещества, которые помогут B-лимфоциту окончательно активироваться.
B-лимфоцит продвигается в глубь фолликула, где клетки-помощники, во-первых, будут удерживать его на месте, а, во-вторых, будут способствовать его дальнейшему развитию. Внутри фолликула появляется очажок, где происходит интенсивное деление активированного B-лимфоцита. Такой очаг называется герминативным центром (лат. “germinis” - росток), а сам фолликул называется вторичным.
Активированный B-лимфоцит ползет в фолликул.
Как B-лимфоциты становятся ещё круче.
Я ведь уже писал, насколько уникальные B-клеточные рецепторы и антитела? А также, кажется, я рассказывал, благодаря каким процессам получается эта уникальность. Но на этом история уникальности не заканчивается. Оказывается, во время деления лимфоцитов в герминативном центре фолликула запланированно увеличивается частота мутаций. Это называется соматическим гипермутагенезом и означает, что частота мутаций в генах, отвечающих за антитела, увеличивается во много раз (на 4 - 6 порядков). Это точечные мутации, то есть, грубо говоря, в конечном белке изменяется одна молекула. В результате этого получается много-много вариантов лимфоцитов с чуть измененными B-клеточными рецепторами. Теперь из этого обилия “мутантов” нужно выбрать те, которые максимально сильно (с высокой аффинностью) свяжутся с антигеном. На картинке ниже я попытался показать несколько лимфоцитов с чуть-чуть отличающимися рецепторами.
В фолликулах лимфатических узлов присутствуют фолликулярные дендритные клетки, которые помогают B-лимфоцитам в их развитии. Кроме того, эти клетки способны долго удерживать антигены, которые вызвали активацию B-лимфоцита. Этих антигенов немного, на всех лимфоцитов не хватит. Поэтому между делящимися B-лимфоцитами с разными вариантами B-клеточных рецепторов возникает серьезная конкуренция. Каждый солдат рвется в бой, но на дело пойдут только лучшие. Те лимфоциты, которые не смогли связаться или слабо связались с антигеном, умирают (их потом съедают макрофаги). Таких погибших клеток - большинство. Однако некоторые B-клетки получают рецептор, который максимально сильно (с высокой аффинностью) связывается с антигеном. Сила связи, аффинность, при этом возрастает, примерно, в сто раз по сравнению с оригинальным (начальным) вариантом рецептора. Этот процесс называют созреванием аффинности. Кроме того, во время этого созревания происходит переключение класса иммуноглобулинов: IgM меняется на IgG, IgE или IgA. B-лимфоциты со счастливым рецептором начинают многократно делиться, давая жизнь клеткам-потомкам, которые будут продуцировать антитела. Вот такой небольшой естественный отбор в нашем организме.
Дендритная клетка (с отростками) удерживает на своей поверхности антигены. Активированный лимфоцит начинает делиться, образуя множество потомков с чуть различающимися B-клеточными рецепторами. Те клетки, которые смогли конкурентно связаться с антигеном, получают сигнал к размножению. Так получается клональная линия B-лимфоцитов.
Выжившие B-лимфоциты с высокой аффинностью многократно делятся, образуя клон B-лимфоцитов. Клон - это множество клеток, являющиеся идентичными потомками от одной родительской клетки. Так как антигены в большинстве своём имеют несколько разных эпитопов, то на каждый эпитоп найдется свой B-лимфоцит. И каждый такой лимфоцит даст своё потомство клеток - клональную линию. Антитела к одному антигену, но от разных клонов B-лимфоцитов называют мультиклональными антителами.
После серии трансформаций B-лимфоциты продвигаются к выходу из лимфатического узла. Часть лимфоцитов останется здесь же, в лимфоузле или селезенке, половина выйдет в кровь и осядет в костном мозге, оставшаяся часть мигрирует в слизистые оболочки.
В конце созревания активированные B-лимфоциты превращаются в плазматические клетки или плазмоциты. Это крупные матерые клетки, примерно, в два раза больше своих предшественников. Они утрачивают B-клеточный рецептор и вообще слабо реагируют на окружающее. Теперь у них есть одна задача - продуцировать антитела. Плазмоциты утрачивают свой уникальный B-клеточный рецептор и на его основе начинают синтезировать антитела. Вся активность клетки направлена на производство белков - иммуноглобулинов. Плазматические клетки, располагающиеся в лимфоузлах и селезёнке, живут от 4 до 7 недель. Плазмоциты, поселившиеся в костном мозге, могут жить десятки лет и вообще всю жизнь, и все это время будут потихоньку производить специфические антитела (например, IgG против кори).
Слева показан наивный Т- или B-лимфоцит - они практически не различимы. Посередине изображена эффекторная B-клетка (плазмоцит). Вся область цитоплазмы плазмоцита занята эндоплазматическим ретикулумом - сетью органелл, синтезирующих белок. Справа изображен T-киллер или T-хелпер (происходят из наивных Т-лимфоцитов).
Часть активированных лимфоцитов превращается в B-клетки памяти. Они не продуцируют антитела, а ждут повторного столкновения с врагом. В дальнейшем, если в организм снова попадет тот же самый антиген, B-клетки быстро дифференцируются в плазмоциты и начинают производить антитела в большом количестве. Но иммунной памяти я собираюсь посвятить отдельный пост.
Ещё совсем чуть-чуть о B-лимфоцитах.
B-клетки, подобно Т-лимфоцитам, тоже бывают нескольких видов (субпопуляций). Выделяют такие В-клетки: В1, В2 и В клетки маргинальной зоны (MZB, Marginal Zone B-cell).
О B2-клетках вы только что прочитали пост. B2-лимфоциты вовлекаются в иммунный ответ и продуцируют специфические антитела к конкретному антигену.
B1 клетки менее специфичны, их много в слизистых оболочках, в плевре, кишечнике и селезёнке. Эти клетки могут долго жить в организме, периодически давая потомство без всякой дополнительной стимуляции. Им не нужен антиген, чтобы начать продуцировать антитела. В основном, они производят низкоспецифичные антитела IgM и IgA, способные связываться со многими антигенами. Предназначение B1-лимфоцитов - быстрый ответ на широко распространённых врагов (в основном, это бактерии). Именно эти лимфоциты производят IgM, который в норме всегда присутствует в крови. Также эти клетки производят IgG, хотя и с невысокой аффинностью. Такие иммуноглобулины, которые постоянно вырабатываются в организме без внешнего антигена, называют естественными антителами. Естественные антитела самыми первыми могут связывать вирусы гриппа и даже ВИЧ (не верите? - вот статья).
MZB или клетки маргинальной зоны располагаются в одноименной части селезёнки (помните, место на границе красной и белой пульпы?) Они очень похожи на B1-клетки. MZB следят за антигенами крови и производят только IgM. Их антитела не особо специфичные, зато срабатывают в самом начале инфекции, чтобы хоть как-то задержать врага - до той поры, когда подоспеют B2-лимфоциты.
Салютую всем, кто дочитал до конца. Иммунитет не самая легкая тема, и чем ближе мы подбираемся к полной картине, тем становится сложнее. Надеюсь, смогу провести вас сквозь тернии сложностей к звездам познания :) Я собираюсь сделать небольшой перерыв, но на этой теме иммунитет ещё не исчерпан. Вернусь после отпуска. Всем отличного настроения и долгоживущих плазмоцитов!