Растворимые формы дифференцировочных антигенов иммунокомпетентных клеток у пациентов с термической травмой (обзор литературы)

Лебедев М.Ю.
Новиков В.В.

НИИ травматологии и ортопедии МЗ РФ

Государственный университет им. Н.И. Лобачевского

Нижний Новгород, Россия

Реферат

Растворимые формы дифференцировочных антигенов — новый класс иммунорегуляторных молекул. При ожоговой болезни изучение этих форм антигенов, в отличие от их мембранных аналогов, началось совсем недавно. При этом полученные результаты уже позволяют взглянуть на проблему постожоговых иммунных нарушений с принципиально новых позиций. В обзоре показаны также современные представления о фенотипической характеристике Т-лимфоцитов и их основных субпопуляций.

Растворимые формы дифференцировочных антигенов — относительно недавно открытый новый класс иммунорегуляторных молекул. В настоящее время изучение этой разновидности дифференцировочных антигенов клеток гемопоэтического ряда идет как в направлении исследования их структуры, функции, механизма образования, так и в целях определения содержания этих молекул в различных биологических жидкостях в норме и при различной патологии. Именно накопительным этапом в исследовании данного класса иммуномодулирующих белков объясняется скудность литературных источников по их описанию при отдельно взятых нозологических единицах, в том числе при ожоговой болезни.

Исследование любой системы организма базируется в первую очередь на изучении основных составляющих этой системы. Исследование иммунной системы — это во многом изучение лимфоцитов во всем их функциональном и иммуноморфофенотипическом многообразии. Так как морфологически лимфоциты практически идентичны, активное изучение их популяционного состава стало доступным после 1975 года, когда Kohler и Milstien открыли возможность применения гибридизации соматических клеток для получения стационарных клонов гибридомных клеток (Kohler В., 1975). Появление гибридомных технологий дало возможность получать моноклональные антитела к различным биологическим молекулам поверхности мембраны клеток. Экспериментальный бум конца семидесятых годов внес определенную путаницу в систематизацию полученных знаний. Это было вызвано тем, что различные группы исследователей описывали изучаемые структуры под собственными названиями (часто по названиям используемых антител) и одни и те же молекулы в различных публикациях звучали по-разному. Все это привело к тому, что назрела необходимость произвести определенную классификацию. Это произошло на Международной конференции по типированию лейкоцитов в 1982 году в Париже, когда поверхностные мембранные молекулы клеток костномозгового происхождения с идентичными свойствами были объединены в «кластеры дифференцировки» и получили порядковые номера по системе CD (от английского «cluster designation»).

В последующие годы число CD антигенов постоянно увеличивалось. На начало 2001 года в классификации насчитывалось 166 представителей. Подавляющее большинство других названий поверхностных молекул иммунокомпетентных клеток исчезло из научной литературы и теперь они представляют интерес только в историческом аспекте. Однако некоторые антигены сохранили свои «первоначальные» названия. Примером такой молекулы является Fas антиген, который имеет и другие обозначения — CD95, АРО-1. В литературе все названия встречаются с равной частотой и нередко приводятся одновременно — Fas / CD95 / APO-1 (Barclay, A.N., 1993; Debatin K.-M., 1995; Baryshnikov A.Yu., 1997).

Краеугольным камнем иммунного ответа является распознавание антигена клетками иммунной системы (Ярилин А.А. 1999). Молекулами, которые обладают способностью специфически распознавать антигены и их пептидные фрагменты, являются либо иммуноглобулины (входящие в комплекс В-клеточного рецептора (BCR), либо рецепторы Т-лимфоцитов (TCR). Клетки, которые несут на себе эти комплексы, составляют две основные популяции лимфоцитов в организме — В- или Т-лимфоциты.

Структура BCR была описана в середине 60-х годов (Sell S., 1965) . Тогда стало понятно, что его основой является мембранные иммуноглобулины на поверхности В-лимфоцитов. В дальнейшем стали известны дополнительные молекулы комплекса BCR, не связанные с распознаванием антигена, но важные для передачи сигнала. Прежде всего, это молекулы CD79а и CD79b, а также CD19, CD22. Все эти дифференцировочные антигены являются маркерами популяции В-лимфоцитов (Ярилин А.А., 1999).

Природа TCR оставалась неясной до начала 80-х годов (Пол У., 1987). Многочисленные исследования позволили установить, что он состоит из двух полипептидных цепей (ab либо gd) и описанной ранее молекулы CD3. Если функцией полипептидных цепей является связывание антигенного пептида в комплексе с продуктами главного комплекса гистосовместимости (МНС), то назначение молекулы CD3 заключается в передаче сигнала в клетку.

Обязательным условием передачи физиологического сигнала является наличие кооперация TCR со вспомогательными молекулами. При взаимодействии Т-лимфоцита с профессиональной антигенпрезентирующей клеткой (В-лимфоцит, макрофаг, дендритная клетка) такой молекулой (ко-рецептором) служит CD4 антиген. TCR в кооперации с CD4 распознают комплексы «молекула МНС II класса — пептид». Т-клетки, несущие на своей поверхности данное сочетание молекул, обозначаются как Т-хелперы. Для другой популяции Т-лимфоцитов при их взаимодействии с клеткой-мишенью обязательным условием прохождения сигнала является наличие в качестве ко-рецептора молекулы CD8. В этом случае распознаётся комплекс «молекула МНС I класса — пептид». Клетки, которые несут TCR и CD8 антигены, обозначаются как цитотоксические Т-лимфоциты или Т-киллеры (в отличие от натуральных киллеров — NK-клеток, маркерами которых служат дифференцировочные антигены CD16 и CD56) . Т-хелперы и цитотоксические Т-лимфоциты (CD4+ и CD8+ клетки, соответственно) составляют основные субпопуляции Т-лимфоцитов (CD3+ клетки) (Пол У., 1987).

Вопрос изучения Т-лимфоцитов и их субпопуляций при ожоговой болезни изучен очень подробно и изложен в многочисленных отечественных и зарубежных монографиях и обзорах (Долгушин И.И., 1989; Barlow Y.T., 1994; Allgower M.,1995; Munster A.M., 1996).

Сейчас активно рассматривается вопрос о фенотипической характеристике Т-хелперов 1 и 2 класса (Th1 и Th2). Кандидатами на маркеры этих субпопуляций, соответственно, выступают молекулы CD27 и CD30 (Ярилин А.А., 1999).

Многочисленные функциональные свойства различных субпопуляций лимфоцитов, как основные (распознавание антигенных эпитопов и обмен сигналов с другими клетками иммунной системы), так и вторичные (участие в различных типах межорганных взаимодействий), сводятся к единому, базисному процессу — их активации (Wedner H.J., 1976). Именно на основе этого феномена происходят практически все иммунологические реакции и проявления иммунного ответа.

При всем многообразии запускающих механизмов процессы активации выражаются в трех принципиальных исходах. Наиболее изученным проявлением активации лимфоцитов является их пролиферация. На определенный антиген может отреагировать лишь незначительное число лимфоцитов (Burnet F.M., 1959). Для реального ответа в масштабах организма число клеток должно достигнуть определенного минимального значения. Пролиферация обеспечивает именно данный запрос иммунного ответа. В связи с этим под активацией часто понимают процессы, приводящие к делению клеток (Ярилин А.А., 1999).

В меньшей степени изучены вопросы постактивационной дифференцировки клеток. Дифференцировка обычно происходит после нескольких циклов пролиферации. Для лимфоцитов, реагирующих на антигены, существует положение, что дифференцировка осуществляется как этап реализации генетической программы и не нуждается в действии специальных факторов, а лишь провоцируется процессами активации и деления клеток. В результате после периода деления в фазу покоя переходит качественно иная клетка (Ярилин А.А., 1999). Еще одним исходом активации лимфоцитов может являться апоптоз или программируемая клеточная гибель (Чередеев А.Н., 1997; Squier M.K.T., 1995).

При любом исходе начальные стадии активационного процесса идентичны. Они выражаются в запуске каскадных механизмов (чаще всего ферментных), конечной целью которых является экспрессия соответствующих генов (Nussenzweig M., 2000). Продукты некоторых генов, связанных с активацией, появляются в различные сроки на поверхности лимфоцитов (Ярилин А.А., 1999).

Таким образом, процесс активации сопровождается появлением, а чаще увеличением количества на внешней мембране лимфоцитов определенного набора эссенциальных, т.е. обязательных для данного функционального состояния клетки молекул. Это так называемые маркеры активации или «активационные» антигены.

Изучение репертуара активационных антигенов проводится, как правило, на модели митогенактивированной культуры лимфоцитов. Определено несколько десятков молекул, выступающих в качестве маркеров активации. Активационные рецепторы при этом по своей функциональной принадлежности могут относиться к самым различным группам. Например, рецепторы цитокинов (CD25), молекулы адгезии (ICAM-1 и ICAM-3), продукты главного комплекса гистосовместимости (HLA I и II класса), ферменты (CD26, CD38) и т.д. (Ярилин А.А., 1999)

Таким образом, определение экспрессии различных дифференцировочных антигенов является одним из важнейших подходов к изучению как популяционного и субпопуляционного состава иммунокомпетентных клеток, так и их функционального состояния.

Долгое время изучение экспрессии антигенов проводили, определяя их на мембране различных типов клеток. Очень часто синонимом термина «дифференцировочный антиген» выступает понятие «рецептор». Ситуация казалась настолько понятной, что в определении понятия «рецептор» даже заложено то, что это поверхностные молекулы (Дреслер К., 1988).

Однако, в 1980 году впервые было показано, что некоторые поверхностные антигены иммунокомпетентных клеток при некоторых патологических состояниях могут быть выявлены и в сыворотке крови (Black P.H., 1980).

В дальнейших исследованиях удалось установить, что и у здорового человека можно выявить определенный уровень растворимых форм дифференцировочных антигенов и не только в крови, но и других биологических жидкостях. В норме содержание сывороточных форм дифференцировочных антигенов может колебаться от следовых количеств до нескольких сотен нанограмм в миллилитре крови, что позволяет при наличии соответствующих моноклональных антител выявить эти антигены с помощью иммуноферментного анализа.

Растворимые формы поверхностных антигенов образуются двумя основными путями. Первый путь — протеолитическая обработка («сбрасывание») первоначально связанных с мембраной антигенов (рецепторов). Данный механизм обозначается термином «шеддинг» (от английского «shed» — терять). Вторым путем является изначальный синтез в виде внеклеточной формы — альтернативного сплайсинга, который происходит за счет информационной РНК, кодирующей данный белок. Растворимая молекула характеризуется отсутствием внутриклеточного и трансмембранных доменов и, как правило, имеет меньшую молекулярную массу, чем мембранная форма. Известны примеры, когда оба механизма участвуют в образовании растворимых форм. Так, растворимая форма рецептора интерлейкина-6 (CD126) может образовываться как за счет сплайсинга, так и за счет шеддинга. В то же время растворимая форма рецептора фактора стволовых клеток (c-kit, CD117) появляется за счет последовательного включения альтернативного сплайсинга и протеолиза (Новиков В.В., 1996). В этом случае за счет альтернативного сплайсинга в участок полипептидной цепи между внеклеточным и трансмембранным участком включается 4 добавочных аминокислоты, что делает молекулу CD117 антигена доступной в этом месте протеолитическому расщеплению, в результате чего образуется растворимая форма.

Экспрессия мембранных и растворимых форм дифференцировочных антигенов имеет различные механизмы регуляции, а повышение уровня экспрессии мембранного антигена не обязательно влечет за собой увеличение концентрации растворимой формы во внеклеточном пространстве и наоборот.

Можно выделить несколько механизмов действия растворимых дифференцировочных антигенов. Учитывая, что аффинность растворимых форм дифференцировочных антигенов к их лигандам обычно сопоставима с таковой мембранных форм (Новиков В.В., 1996), ведущий механизм действия растворимых форм — это связывание лиганда в растворе и предотвращение его взаимодействия с рецепторами клеток-мишеней. Таким путем может регулироваться концентрация и биологическая активность лиганда (например, цитокина). Одновременно, путем связывания с растворимой формой рецептора, осуществляется защита лиганда (цитокина) от протеолитической инактивации. Для некоторых форм растворимых цитокиновых рецепторов известна ситуация, когда растворимый рецептор играет роль естественного белка-носителя (Пальцев М.А., 1996). Растворимые формы дифференцировочных антигенов в процессе выполнения своих физиологических функций могут блокировать лиганды на клетке-мишени и блокировать связывание лиганда на клетке-продуценте.

Кроме этого, шеддинг — один из ведущих механизмов снижение уровня экспрессии дифференцировочных антигенов на поверхностной мембране клеток. Еще один механизм действия — участие в транссигнализации, когда растворимая форма исходного рецептора, связанная с лигандом, приобретает способность взаимодействовать с клетками, несущими рецепторы к комплексу «исходный рецептор-лиганд». Некоторые растворимые формы поверхностных антигенов (например, растворимая форма FasL) по своей биологической активности сопоставимы с цитокинами (Sabelko-Downes К.A., 2000).

Изменение концентрации растворимых форм дифференцировочных антигенов в биологических жидкостях может вызывать, таким образом, множественные эффекты, вносящие вклад в нарушение гомеостаза при различных заболеваниях.

Вероятно, большинство известных дифференцировочных антигенов имеют две формы — поверхностную (мембранную или m-форму) и растворимую (s-форма, от английского «soluble»). По крайней мере, список таких антигенов в последнее время значительно увеличился и продолжает расширяться. Вместе с тем, учитывая, что на данный момент классифицировано более 160 дифференцировочных антигенов системы гемопоэза, информация о количественном содержании растворимых форм при различных заболеваниях получена лишь для немногих из них. Однако имеющиеся данные позволяют говорить не только о диагностическом значении сывороточных форм, но и их важной функциональной роли в регуляции иммунных процессов как в норме, так и при различных патологических состояниях.

Изучение растворимых форм дифференцировочных антигенов при ожоговой болезни является к настоящему времени темой активного научного поиска. Несмотря на то, что вопрос изучен крайне скудно, уже имеющиеся данные дают возможность по-новому взглянуть на механизмы развития иммунных нарушений при ожоговой болезни.

Так, J.A. Teodorczyk-Injeyan с соавт. (1992) обнаружили, что при ожоговой травме значительно повышается уровень sCD25 (растворимой формы низкоаффинного рецептора интерлейкина-2) при одновременном повышении интерлейкина-2 (in vivo). Одновременно с этим результаты in vitro показывают, что в ответ на митогенное стимулирование лимфоциты от ожоговых пациентов показывают низкую способность продуцировать как sCD25, так и интерлейкина-2 (Teodorczyk-Injeyan J.A., 1991). Авторы высказали предположение, что повышение эндогенного sCD25 можно расценивать как признак системной активации иммунной системы в ответ на ожоговую травму. В тоже самое время увеличение растворимой формы рецептора интерлейкина-2 можно одновременно рассматривать как фактор иммуносупрессии, который инактивирует биологически активный интерлейкин-2 in vivo и приводит к уменьшению его синтеза in vitro (Teodorczyk-Injeyan J.A., 1991). Повышение sCD25 обнаружено и в исследованиях других авторов (Peteiro-Cartelle F.J., 1999).

B. Schleter и соавторы (1990, 1991) обнаружили снижение после термической травмы уровня растворимой формы CD23 антигена — маркера активации В-лимфоцитов. Авторы расценивают этот факт как нарушение процессов активации популяции В-лимфоцитов после ожога.

Крайне интересно и то, что в ряде лабораторий получены данные о повышении в сыворотке крови после ожоговой травмы растворимых форм молекул CD14 (Kruger C., 1991; Rokita E., 1997) и особенно CD54 (Sheehab El-din S.A., 1999) — маркеров активации фагоцитарного звена естественного иммунитета. Увеличение содержания этих молекул в сыворотке крови авторы расценивают как отражение обширного воспалительного процесса у пострадавших от ожогов. При этом, вероятно, данные растворимые рецепторы могут вносить существенный вклад в нарушение процессов транспорта иммуноцитов в ткани и/или в регуляцию естественной резистентности. Кроме этого, авторы трактуют повышение уровня sCD14 и sICAM-1 (CD54) как признак активации клеток неспецифической защиты.

Таким образом, растворимые формы дифференцировочных антигенов иммунокомпетентных клеток, возможно, могут вносить существенный вклад в формирование иммунных нарушений у пациентов с термическими поражениями. Очень вероятно, что определение этих молекул в биологических жидкостях больных с ожоговой болезнью может иметь важное диагностическое и прогностическое значение.

Список литературы

1. Дреслер К. Иммунология. Словарь. Киев, 1988. — C. 161-162.
2. Долгушин И.И., Эберт Л.Я., Лифшиц Р.И. Иммунология травмы. Свердловск, 1989. — 187 с.
3. Новиков В.В. Растворимые формы дифференцировочных антигенов гемопоэтических клеток // Гематология и трансфузиология. — 1996. — N6. — С. 40-43
4. Пальцев М.А., Иванов А.А. Межклеточные взаимодействия. — М…. Медицина. -1996. — C. 56-57.
5. Пол У. Иммунология. — (пер. с англ.) М…. Мир. — 1987. — С. 375-413.
6. Чередеев А.Н, Ковальчук Л.В. Апоптоз как важный этап оценки иммунной системы по патогенетическому принципу // Клиническая лабораторная диагностика. — 1997. — N7. — С.31-35.
7. Ярилин А.А. Основы иммунологии М…. Медицина, 1999. — 216 с.
8. Allgower M., Schoenenberger G.A., Sparkes B.G. Burning the largest immune organ. // Burns. — 21.S.-1. — 1995. — P. 19-20.
9. Barclay, A.N., Birkeland, M.L, Brown, M.H., Beyers, B.D., Davis, S.J., Somoza, C., Williams A.F. In The Leucocyte Antigen Facts Book (Ed. A.N. Barclay et al.), Academic Press, London, 1993, — P. 294-295.
10. Barlow Y.T. T-lymphocyte and immunosuppression in the burned patient. A review // Burns. — 1994. -V. 20. — P. 487-490.
11. Baryshnikov A.Yu., Polosukhina E.R., Zabotina T.N. et al. Fas (APO-1/CD95) antigen… new activation marker for evaluation of the immune status. // Russian J. Immunol. — 1997. — N 2. — P. 115-120.
12. Burnet F.M. The Clonal Selection Theory of Acquired Immunity. The University Press, Cambridge, 1959
13. Black P.H. Shedding from normal and cancer cell surface antigens // New England J. Med.- 1980. -V. 303.- P. 1415-1416.
14. Debatin K.M., Krammer P.H. Resistance to APO-1 (CD95) induced apoptosis in T-ALL is determined by a BCL-2 independent anti-apoptotic program. // Leukemia. — 1995. — V. 9. — N 5. — P. 815-820.
15. Kohler В., Milstien С., Continuous culture of fused cells secreting antibody of predefined specificity // Nature. — 1975. — V.256. — P. 495-500.
16. Kruger C., Schott C., Obertacke U., Joka T. at al. Serum CD14 levels in polytraumatized and severely burned patients. // Clin. Exp. Immunol. — 1991. — V. 85. — N 2. — P. 297-301.
17. Munster A.M. The immunological response and strategies for intervention In… Herndon D.N.(editor). Total burn care. London, Philadelphia, Toronto, Sydney, Tokyo… Saunders, 1996. — P. 279 — 292.
18. Nussenzweig M., Golstein P. Lymphocyte activation and effector functions //Current Opinion in Immunology. — 2000. — V.12. — N3. — P. 239-241.
19. Peteiro-Cartelle F.J., Alvarez-Jorge A. Dynamic profiles of interleukin-6 and the soluble form of CD25 in burned patients // Burns. — 1999. — V. 25. — P. 487-491.
20. Rokita E., Menzel E.J. Characteristics of CD14 shedding from human monocytes. Evidence for the competition of soluble CD14 (sCD14) with CD14 receptors for lipopolysaccharide (LPS) binding. // APMIS. — 1997. — V. 105. — N 7. — P. 510-588.
21. Sabelko-Downes K. A., Russell J.H. The role of Fas ligand in vivo as a cause and regulator of pathogenesis [Review article] // Current Opinion in Immunology. — 2000.- V.12. — N3. — P.330-335.
22. Schleter B., Konig W/, Koller M., Erbs G, Muller F.E. Studies on B-lymphocyte dysfunctions in severely burned patients. // J. Trauma. — 1990. — V 30. — N 11. — 1380-1389.
23. Schleter B., Konig W., Koller M. at al. Differential regulation of T- and B-lymphocyte activation in severely burned patients // J. Trauma. — 1991. — V 31. — N 2. — P. 239-246.
24. Sell S., Gell P.G.H. Studies on rabbit lymphocytes in vitro. I. Stimulation of blast transformation with anti-allotype serum // J. Exp. Med. — 1965. — V. 122. — P. 432-440.
25. Sheehab Eldin S.A., Aref S.S., Salama O.S. Assessment of certain neutrophil receptors, opsonophagocytosis and soluble intercellular adgesion molecule (ICAM-1) following thermal injury.// Burns. — 1999. — V 25. — N 5. — P. 395-401.
26. Squier M.K.T., Sehner A.J., Cohen J.J. Apoptosis in leukocytes // J. Leuk. Biol. — 1995.- V. 57 — P. 2-10.
27. Teodorczyk-Injeyan J.A., Sparkes B.G., Lalani S. at al. IL-2 regulation of soluble IL-2 receptor levels following thermal injury. // Clin. Exp. Immunol. — 1992. — V. 90. — N 1. — P. 36-42.
28. Teodorczyk-Injeyan JA, Sparkes BG, Mills GB, Peters WJ Immunosuppression follows systemic T lymphocyte activation in the burn patient. // Clin Exp Immunol. — 1991. — V. 85. — N 3. — P. 515-518.
29. Teodorczyk-Injeyan J.A., Sparkes B.G., Mills G.B., Peters W.J. Soluble interleukin 2-receptor alpha secretion is related to altered interleukin 2 production in thermally injured patients. // Burns. — 1991. — V. 17. — N 4. — P. 290-295.
30. Wender H.J., Paker C.W. Lymphocyte activation // Prog. Allergy. — 1976.- V.20 — P. 195-300.