Цитотоксическая Т-клетка (также известная как Т C , цитотоксический Т-лимфоцит , ЦТЛ , Т-киллерная клетка , цитолитическая Т-клетка , CD8 + Т-клетка или Т-киллерная клетка ) — это Т-лимфоцит (тип лейкоцита ), который убивает раковые клетки, клетки, инфицированные внутриклеточными патогенами (такими как вирусы или бактерии), или клетки, поврежденные другими способами. [1]
Большинство цитотоксических Т-клеток экспрессируют Т-клеточные рецепторы (TCR), которые могут распознавать определенный антиген . Антиген — это молекула, способная стимулировать иммунный ответ , и часто вырабатывается раковыми клетками , вирусами, бактериями или внутриклеточными сигналами. Антигены внутри клетки связаны с молекулами MHC класса I и выводятся на поверхность клетки молекулой MHC класса I, где они могут быть распознаны Т-клеткой. Если TCR специфичен для этого антигена, он связывается с комплексом молекулы MHC класса I и антигена, и Т-клетка разрушает клетку.
Для того чтобы TCR связался с молекулой MHC класса I, первый должен сопровождаться гликопротеином , называемым CD8 , который связывается с постоянной частью молекулы MHC класса I. Поэтому эти Т-клетки называются CD8 + Т-клетками .
Сродство между CD8 и молекулой MHC удерживает клетку T C и целевую клетку тесно связанными друг с другом во время антигенспецифической активации. Клетки CD8 + T распознаются как клетки T C после активации и обычно классифицируются как имеющие предопределенную цитотоксическую роль в иммунной системе. Однако клетки CD8 + T также обладают способностью вырабатывать некоторые цитокины , такие как TNF-α и IFN-γ , с противоопухолевым и противомикробным действием.
Иммунная система должна распознавать миллионы потенциальных антигенов. В организме человека менее 30 000 генов, поэтому невозможно иметь один ген для каждого антигена. Вместо этого ДНК в миллионах белых кровяных клеток в костном мозге перетасовывается, чтобы создать клетки с уникальными рецепторами, каждый из которых может связываться с различным антигеном. Некоторые рецепторы связываются с тканями в самом организме человека, поэтому, чтобы предотвратить самонападение организма, эти самореактивные белые кровяные клетки разрушаются в ходе дальнейшего развития в тимусе , в котором йод необходим для его развития и активности. [2]
TCR состоят из двух частей, обычно альфа- и бета-цепи. (Некоторые TCR состоят из гамма- и дельта-цепи. Они присущи для противодействия стрессу и являются частью эпителиального барьера [3] ). Гемопоэтические стволовые клетки в костном мозге мигрируют в тимус , где они подвергаются рекомбинации V(D)J своей бета-цепи ДНК TCR , образуя форму развития белка TCR, известную как пре-TCR. Если эта перестройка проходит успешно, клетки затем перестраивают свою альфа-цепь ДНК TCR, создавая функциональный альфа-бета-комплекс TCR. Этот высоковариабельный генетический продукт перестройки в генах TCR помогает создавать миллионы различных Т-клеток с различными TCR, помогая иммунной системе организма реагировать практически на любой белок захватчика. Подавляющее большинство Т-клеток экспрессируют альфа-бета Т-клетки (αβ Т-клетки), но некоторые Т-клетки в эпителиальных тканях (например, кишечнике) экспрессируют гамма-дельта Т-клетки ( гамма-дельта Т-клетки ), которые распознают небелковые антигены. Последние характеризуются способностью распознавать антигены, которые не представлены. Кроме того, они могут распознавать микробные белки токсического шока и белки стресса собственных клеток. [4] Т-клетки γδ обладают широкой функциональной пластичностью после распознавания инфицированных или трансформированных клеток, поскольку они способны продуцировать цитокины (IFN-γ, TNF-α, IL-17) и хемокины (IP-10, лимфотактин), вызывать цитолиз клеток-мишеней (перфорины, гранзимы...) и взаимодействовать с другими клетками, такими как эпителиальные клетки, моноциты, дендритные клетки, нейтрофилы и В-клетки. При некоторых инфекциях, таких как цитомегаловирус человека , наблюдается клональная экспансия периферических γδ Т-клеток, имеющих специфические TCR, что указывает на адаптивную природу иммунного ответа, опосредованного этими клетками. [5]
Т-клетки с функционально стабильными TCR экспрессируют как корецепторы CD4 , так и CD8 и поэтому называются «двойными положительными» (DP) Т-клетками (CD4 + CD8 + ). Двойные положительные Т-клетки подвергаются воздействию широкого спектра аутоантигенов в тимусе и подвергаются двум критериям отбора:
Только те Т-клетки, которые слабо связываются с комплексами MHC-аутоантиген, подвергаются положительному отбору. Те клетки, которые выживают при положительном и отрицательном отборе, дифференцируются в единичные положительные Т-клетки (CD4 + или CD8 + ), в зависимости от того, распознает ли их TCR антиген, представленный MHC класса I (CD8), или антиген, представленный MHC класса II (CD4). Именно Т-клетки CD8 + будут созревать и переходить в цитотоксические Т-клетки после их активации антигеном, ограниченным классом I.
Зрелые Т-клетки проходят через разные стадии в зависимости от того, сколько раз они контактировали с антигеном. Во-первых, наивные Т-лимфоциты являются начальной стадией Т-клеток, находящихся в тимусе, которые еще не встречались с антигеном, имеющим сродство к его Т-клеточному рецептору. Т-клетки, которые контактировали с антигеном по крайней мере один раз, но впоследствии вернулись в состояние покоя или неактивности, известны как Т-клетки памяти. Эта конкретная стадия остается готовой снова ответить на определенный антиген, против которого они были стимулированы. Наконец, когда запускается иммунный ответ, эти наивные и Т-клетки памяти активируются, давая начало эффекторным Т-клеткам, которые обладают способностью убивать патогены или опухолевые клетки. [6] [7]
Порог активации этих клеток очень высок, и процесс может происходить двумя путями: тимус-независимым (инфицированными АПК ) или тимус-зависимым ( CD4+ T-клетками ). В тимус-независимом пути, поскольку АПК инфицированы, они высокоактивированы и экспрессируют большое количество корецепторов для коактивации. Если АПК не инфицированы, необходимо участие клеток CD4: либо для активации АПК путем костимуляции (чаще), либо для прямой активации Tc-клетки путем секреции ИЛ-2 .
Если происходит активация, лимфоцит поляризует свои гранулы в направлении синапса и высвобождает их, производя «летальный удар». В этот момент он отделяется от целевой клетки и может перейти к другой, и еще к другой. Целевая клетка погибает примерно через 6 часов, обычно путем апоптоза. [8]
MHC класса I экспрессируется всеми клетками- хозяевами , за исключением безъядерных , таких как эритроциты . Когда эти клетки инфицированы внутриклеточным патогеном , клетки разрушают чужеродные белки посредством процессинга антигена . Это приводит к образованию пептидных фрагментов, некоторые из которых представляются MHC класса I рецептору антигена Т-клеток (TCR) на CD8 + T-клетках.
Активация цитотоксических Т-клеток зависит от нескольких одновременных взаимодействий между молекулами, экспрессируемыми на поверхности Т-клетки, и молекулами на поверхности антигенпрезентирующей клетки (АПК). Например, рассмотрим модель двух сигналов для активации Т - клетки.
Простая активация наивных CD8 + T-клеток требует взаимодействия с профессиональными антигенпрезентирующими клетками, в основном со зрелыми дендритными клетками . Для генерации долговременных Т-клеток памяти и обеспечения повторной стимуляции цитотоксических Т-клеток дендритные клетки должны взаимодействовать как с активированными CD4 + хелперными Т-клетками , так и с CD8 + T-клетками. [9] [7] Во время этого процесса CD4 + хелперные Т-клетки «лицензируют» дендритные клетки, чтобы они давали мощный активирующий сигнал наивным CD8 + T-клеткам. [10] Это лицензирование антигенпрезентирующих клеток CD4 + T-хелперными клетками происходит путем передачи сигналов между CD154/CD40L на Т-хелперной клетке и рецептором CD40 на антигенпрезентирующей клетке во время формирования иммунологического синапса. [11]
Хотя в большинстве случаев активация зависит от распознавания антигена TCR, были описаны альтернативные пути активации. Например, было показано, что цитотоксические Т-клетки активируются, когда на них нацелены другие Т-клетки CD8, что приводит к толерантности последних. [12]
После активации Т - клетки подвергаются клональной экспансии с помощью цитокина интерлейкина 2 (ИЛ-2), который является фактором роста и дифференциации Т-клеток. Это увеличивает количество клеток, специфичных для целевого антигена, которые затем могут перемещаться по всему организму в поисках антиген-положительных соматических клеток .
При контакте с инфицированными/дисфункциональными соматическими клетками клетки T C выделяют цитотоксины перфорин , гранзимы и гранулизин . Под действием перфорина гранзимы попадают в цитоплазму клетки-мишени, а их функция сериновой протеазы запускает каскад каспаз , представляющий собой серию цистеиновых протеаз, которые в конечном итоге приводят к апоптозу (запрограммированной гибели клетки). Это называется «летальным ударом» и позволяет наблюдать волнообразную гибель клеток-мишеней. [13] Благодаря высокому липидному порядку и отрицательно заряженному фосфатидилсерину, присутствующему в их плазматической мембране, клетки T C устойчивы к воздействию своих цитотоксинов перфорина и гранзима. [14]
Второй способ вызвать апоптоз — через взаимодействие между T C и инфицированной клеткой на поверхности клетки. Когда T C активируется, он начинает экспрессировать поверхностный белок FAS лиганд (FasL)(Apo1L)(CD95L), который может связываться с молекулами Fas (Apo1)(CD95), экспрессируемыми на целевой клетке. Однако считается, что это взаимодействие Fas-Fas лиганда более важно для утилизации нежелательных T-лимфоцитов во время их развития или для литической активности определенных T H- клеток, чем для цитолитической активности эффекторных клеток T C. Взаимодействие Fas с FasL позволяет привлекать сигнальный комплекс, вызванный смертью (DISC). [15] Fas-ассоциированный домен смерти (FADD) перемещается с DISC, что позволяет привлекать прокаспазы 8 и 10. [15] Затем эти каспазы активируют эффекторные каспазы 3, 6 и 7, что приводит к расщеплению субстратов смерти, таких как ламин A , ламин B1, ламин B2, PARP ( поли-АДФ-рибоза-полимераза ) и DNA-PKcs (ДНК-активируемая протеинкиназа). Конечным результатом является апоптоз клетки, экспрессирующей Fas. CD8 T-клетки также могут демонстрировать активационно-индуцированную клеточную смерть или AICD, которая опосредована комплексом рецепторов CD3. Недавно было показано, что высвобождаемый тромбоцитами белок TLT-1 вызывает AICD-подобную клеточную смерть в CD8 T-клетках [16]
Фактор транскрипции эомезодермин , как предполагается, играет ключевую роль в функционировании Т-клеток CD8 + , действуя как регуляторный ген в адаптивном иммунном ответе. [17] Исследования, изучающие эффект потери функции эомезодермина, показали, что снижение экспрессии этого фактора транскрипции приводит к снижению количества перфорина, продуцируемого Т-клетками CD8 + . [17]
В отличие от антител , которые эффективны как против вирусных , так и против бактериальных инфекций, цитотоксические Т-клетки в основном эффективны против вирусов. [18]
Во время заражения вирусом гепатита В (HBV) цитотоксические Т-клетки убивают инфицированные клетки и вырабатывают противовирусные цитокины, способные очищать жизнеспособные гепатоциты от HBV. Они также играют важную патогенную роль, способствуя почти всем повреждениям печени, связанным с заражением HBV. [19] Было показано, что тромбоциты способствуют накоплению вирусспецифических цитотоксических Т-клеток в инфицированной печени. [20] В некоторых исследованиях с мышами инъекция CXCR5+ CD8+T-клеток показала значительное снижение HBsAg . Кроме того, повышение уровня CXCL13 способствовало привлечению внутрипеченочных CXCR5+ CD8+T-клеток, и эти типы клеток вырабатывали высокие уровни HBV-специфического интерферона (IFN)-γ и IL-21 , что может помочь улучшить контроль хронической инфекции HBV. [21]
Цитотоксические Т-клетки вовлечены в прогрессирование артрита . Основным вовлечением ревматоидного артрита является его поражение суставов. Синовиальная мембрана характеризуется гиперплазией , повышенной васкуляризацией и инфильтрацией воспалительных клеток; в основном CD4+ Т-лимфоцитов, которые являются основными организаторами клеточно-опосредованных иммунных реакций. В различных исследованиях ревматоидный артрит тесно связан с антигенами главного комплекса гистосовместимости (MHC) класса II. Единственными клетками в организме, которые экспрессируют антигены MHC класса II, являются конститутивные антигенпрезентирующие клетки . Это убедительно свидетельствует о том, что ревматоидный артрит вызывается неопознанными артритогенными антигенами. Антигеном может быть любой экзогенный антиген, такой как вирусные белки, или эндогенный белок. [22] Недавно был идентифицирован ряд возможных эндогенных антигенов, например, гликопротеин 39 хряща человека, белок, связывающий тяжелую цепь, и цитруллинированный белок. Активированные лимфоциты CD4+ T стимулируют моноциты, макрофаги и синовиальные фибробласты для выработки цитокинов интерлейкина-1 , интерлейкина-6 и фактора некроза опухоли альфа (TNFa), а также для секреции металлопротеиназ. Первые три из них играют ключевую роль в развитии воспаления при ревматоидном артрите. Эти активированные лимфоциты также стимулируют В-клетки для выработки иммуноглобулинов, включая ревматоидный фактор. [23] Их патогенная роль неизвестна, но может быть связана с активацией комплемента через образование иммунных комплексов. Более того, несколько исследований на животных показывают, что цитотоксические Т-клетки могут оказывать преимущественно провоспалительное действие при заболевании. Также изучается, что выработка цитокинов клетками CD8+ может ускорить прогрессирование артрита. [24]
Было обнаружено, что клетки CD8 + T играют роль в ВИЧ- инфекции. Со временем ВИЧ разработал множество стратегий, чтобы уклониться от иммунной системы клеток-хозяев. Например, ВИЧ принял очень высокие показатели мутаций, что позволило ему избежать распознавания клетками CD8 + T. [25] Они также способны подавлять экспрессию поверхностных белков MHC класса I клеток, которые они инфицируют, чтобы еще больше избежать разрушения клетками CD8 + T. [25] Если клетки CD8 + T не могут найти, распознать и связаться с инфицированными клетками, вирус не будет уничтожен и продолжит расти.
Кроме того, CD8 + T-клетки могут быть вовлечены в диабет 1 типа . [26] Исследования на модели диабетических мышей показали, что CD4 + клетки ответственны за массивную инфильтрацию мононуклеарных лейкоцитов в островки поджелудочной железы . Однако было показано, что CD8 + клетки играют эффекторную роль, отвечая за окончательное разрушение бета-клеток островков. Однако в исследованиях с мышами NOD, несущими нулевую мутацию в локусе бета-2 микроглобулина (B2M) и, таким образом, лишенными молекул главного комплекса гистосовместимости класса I и CD8 + T-клеток, было обнаружено, что у них не развился диабет. [27]
Клетки CD8 + T могут быть необходимы для устранения периферической нейропатии, вызванной химиотерапией (CIPN). [28] [29] У мышей без клеток CD8 + T наблюдается более продолжительная CIPN по сравнению с нормальными мышами, а инъекция обученных клеток CD8 + T устраняет или предотвращает CIPN.
Цитотоксические Т-лимфоциты участвуют в развитии различных заболеваний и расстройств, например, при отторжении трансплантата (цитотоксические Т-лимфоциты атакуют новый орган, обнаружив его как чужеродный из-за различий в HLA между донором и реципиентом); [30] в чрезмерной продукции цитокинов при тяжелой инфекции SARS-CoV-2 (из-за чрезмерной реакции лимфоцитов вырабатывается большое количество провоспалительных цитокинов , наносящих вред субъекту); [31] [32] воспалительные и дегенеративные заболевания центральной нервной системы, такие как рассеянный склероз (Т-клетки становятся сенсибилизированными к определенным белкам, таким как миелин , атакуя здоровые клетки и привлекая больше иммунных клеток, что усугубляет заболевание). [33]
Хелперные Т-клетки/CD4+ • экспрессируют гликопротеины CD4 на своей клеточной поверхности, которые активируются в присутствии пептидных антигенов на поверхности вторгающихся патогенов; • немедленно реагируют, защищая иммунную систему; • секретируют различные цитокиновые белки в соответствии с иммунным ответом.
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )