Д. К. Новиков

Витебский медицинский университет, г. Витебск, Беларусь

В начало...

Роль CD1 молекул в иммунном ответе на гликолипиды

Новые данные позволяют понять механизм распознавания липидных антигенов. Оказалось, что в этом процессе участвуют АПК, несущие CD1 дифференцировочные молекулы.

Подобно МНС I класса, все CD1 антигены являются гетеродимерными структурами ~50 кDа (alpha цепь), ассоциированными с beta2 микроглобулином. Выявлено целое семейство генов, кодирующих различные антигены - серологические специфичности CD1a, b, c, e, d [4]. Они обычно имеют три полипептидных экстрацеллюлярных домена (alpha1 - alpha3), трансмембранную область и короткий внутриклеточный карбокси-терминал. По критериям общности строения CD1 молекулы являются членами суперсемейства иммуноглобулинов.

Все CD1 гены локализованы вне системы МНС. У человека они найдены в 1q22-23²¹, занимая область в 1-й хромосоме 10 Мb.

CD1 молекулы менее полиморфны, чем МНС. Они, как и МНС II класса, участвуют в распознавании внеклеточных, но липидных молекул, в отличие от МНС I класса, представляющих внутриклеточные субстанции. Поэтому для презентации не требуется участия транспортеров пептидов (ТАР1 или 2). Среди них различают две группы молекул: 1-я - CD1 A, B, C и вероятно Е, и 2-я - CD1 D. Молекулы 1-й группы взаимодействуют с Т-клетками, представляя им липидные антигены, а 2-й группы с NKT-клетками.

Первоначально 1-я группа CD1 молекул была описана на тимоцитах как дифференцировочные антигены, но затем они обнаружены на профессиональных антигенпредставляющих клетках (АПК): дендритных, субклассах В-клеток [5, 6]. 2-я группа - CD1d - более широко представлена на гемопоетических клетках. CD1 молекулы экспрессируются на клетках Лангерганса, дендритных клетках, индуцированных из моноцитов под влиянием ГМ-КСФ, а CD1 2-й группы найдены на макрофагах, эпителиальных клетках и гепатоцитах [5, 18]. Их роль была неясна до тех пор, пока не было доказано их распознавание Т-лимфоцитами [7]. Клоны двойных негативных CD4^-CD8^- Т-лимфоцитов с alphabeta и gammadelta рецепторами лизировали тимические культуры лейкимических клеток (МОLT-4) CD1a- и CD1c-зависимым способом без экзогенного антигена. Распознавание CD-1 изоформ Т-клонами блокировалось антителами против TCR-CD3 комплекса, чем было доказано распознавание Т-клетками CD1-молекул [10, 11]. Разные изоформы CD1-молекул аккумулируются в различных клеточных компарментах. CD1a и CD1d молекулы аккумулируются в поздних эндосомах, в кислых лизосомах и субпопуляциях лизосом, содержащих МНС молекулы II класса, тогда как CD1c найдены во фракции плазматических мембран и мембранах ранних эндосом [13,14].

Прямое доказательство роли CD1 белков как антигенпредставляющих молекул было получено на CD4^-CD8^- Т-клеточной линии, пролиферирующей в ответ на антигены Mycobacterim tuberculosis. Т-клетки линии DN1 дозозависимо пролиферировали под влиянием антигенов M.tuberculosis в присутствии CD1⁺ дендритных клеток. Эта пролиферация блокировалась анти-CD1b антителами, но не антителами против МНС-молекул, т.е. CD1b функционировали как элемент рестрикции при распознавании клетками DN1 антигенов микобактерий. Причем презентация этих антигенов CD1-молекулами не требовала участия ни ТАР, ни HLA-DM-молекул, необходимых при процессинге пептидных антигенов и их представлении МНС-молекулами I и II классов. Антиген, презентируемый CD1-молекулами, оказался резистентным к протеазам и представлял собой миколевые кислоты и осфатидилинозитол содержащие липогликаны микобактерий [9, 10]. CD1 рестриктированные Т-клеточные линии распознают гексозил-1-фосфоизопреноид микобактерий [11].

Имеются доказательства участия CD1-рестриктированных alphabeta и gammadelta Т-клеток в иммунитете против микобактериальной инфекции. Такие клетки секретируют gamma-интерферон, а CD1^-рестриктированные CD8+ Т-клетки секретируют гранулы, содержащие гранулизин, лизирующий микобактерии [12]. Следовательно, они участвуют в иммунитете против бактерий, паразитирующих внутриклеточно, на ранних фазах инфекции, в частности CD1 молекулы связывают также антигены клеточной стенки микобактерий Haemorphilus influenzae через гидрофобные взаимодействия [15, 16]. Возможно, механизм активации Т-клеток через систему CD-молекул эволюционно более ранний и опосредует врожденный иммунитет [2].

CD1 рестриктированные Т-клетки, по-видимому, участвуют в ЛПС-индуцированной патологии печени и противопаразитарном иммунитете. Они имеют уникальный генотип, экспрессируя маркеры естественных киллеров (NK), NK1 и CD3/Т клеточный рецепторный комплекс (TCR) [16, 17, 18]. Их лигандами-антигенами служат гликозил фосфатидил гинозитол, гидрофобные пептиды, гликолипиды, alpha-галактозил церамид (alphaGalCer) [16, 17,19, 20]. Эти NKT-клетки, выделяя ИЛ-4, активируют CD1d+ В-клетки, усиливая их антителообразование против антигенов плазмодия, трипаносом и лейшманий [18]. В то же время у NZB/NZW мышей, предрасположенных к СКВ, такое усиление ответа приводит к появлению аутоантител к ДНК [21]. Это особая субпопуляция Т-клеток, взаимодействующая с CD1 молекулами. CD1d-рестриктированные линии NKT-клеток распознают гликолипиды (alpha-галактозилцерамид) или паразитарный гликофосфатидилинозитол в ассоциации с CD1 и опосредуют функции Тх 1 или Тх 2 в продукции цитокинов или перфорингранзимную цитотоксичность [22]. При стимуляции конконавалином А они могут вызывать гепатиты у мышей, при отсутствии Т-клеток.

Антигенпредставляющая и антигенраспознающая адгезивные сети

Пример CD1 молекул указывает на существование разных молекул, представляющих антигены, которые по существу служат первичными антигенраспознающими структурами, так как связывают лишь определенные, а не иные антигены. Хотя они не обладают таким широким полиморфизмом как МНСмолекулы I и II классов, однако их способность представлять гликолипиды уникальна, а наличие определенной субпопуляции NKT-клеток рестриктированных к взаимодействию с антигенами этими CD1 молекулами и опосредующих цитотоксическую Тх 1 и Тх 2 функции указывает на существование иммунитетного микромира, "параллельного" классическому.

Становится ясным, что клетки системы иммунитета несут разнообразные молекулы адгезии, способные связываться со всеми существующими и возможными молекулами. Именно феномен адгезии определяет взаимодействие между молекулами и рецепторами системы иммунитета.

Такое связывание, в зависимости от микроокружения и взаимодействия с другими молекулами адгезии, может индуцировать выделение цитокинов, пролиферацию клеток или их апоптоз.

По-видимому, то, что обычно считают формированием иммунного ответа, а именно синтез антител, индукция клонов иммунных Т-клеток, несущих TCR, т.е. появление узкоспециализированных, "специфических" молекул - лишь частный случай проявления общебиологической реакции иммунитета, не всегда решающей проблему противоинфекционной "защиты" и не являющейся его конечной целью. А ведь на концепции этой конечной цели иммунного ответа - антителообразовании построено все современное представление об иммунитете, а другие не менее важные явления - фагоцитоз, активация комплемента, эффекты NK, "антигенпредставляющие" и т.д. - как бы служат этой единственной цели. На деле реакция носит общий характер равноправно взаимодействующих молекул, а результат - равнодействующая многих этапов взаимодействия молекул и клеток.

Рис. 2. Выбор антигенами путей активации системы иммунитета. Антиген "А" "выбирает" путь "а" включая последовательно на разных этапах (1, 2, 3 и т.д.) свойственные ему молекулы и рецепторы; другой путь "б" запускает антиген "Б" и т.д., т.е. специфичность иммунного ответа формируется на всем пути активации при участии рецепторов клеток всех этапов, а не только его последнего В-клеточного этапа "созревания аффинитета антител". Предшествующие этапы индуцируют перестройку и повышение мутабельности V-генов конкретных, избранных для синтеза антител В-лимфоцитов.

Распознавание антигенов начинается первой взаимодействующей молекулой, будь то МНС-I, II класса, CD1 или другими. Они уже избирательно презентируют их определенным молекулам и клеткам 2-го этапа, последние - следующим. Осуществляется "селекционный каскад", выбор из разнообразия. Возникает феномен нарастания специфичности взаимодействия молекул и рецепторов за счет включения в связывание избранных адгезивных структур. Наличие полиморфизма, изоморфного разнообразия однотипных молекул определяет и взаимодействие не любых из них, как принято считать, а разных клеток данной Т или В субпопуляции. Эти многоэтапные взаимодействия между клетками создают особый тип выбора участников ответа - процесс многоэтапной селекции молекул и клеток. Обычная селекция клона - последний аккорд в этом процессе, подготовленный предыдущими событиями: для селекции В-клеточного клона уже появились "селекционные", специфические клоны Т-лимфоцитов, а для них были "селекционированы" антигеном специфичные АПК. Поэтому "селекция" начинается со взаимодействия антигена с первой молекулой АПК и заканчивается предетерминированной активацией конкретного В-лимфоцита, что приводит к синтезу специфических иммуноглобулинов - антител (рис.2). Следовательно, избирательность активации конкретного В-лимфоцита зависит не только от антигена, но и от рекрутируемых им достаточно специфических молекул и рецепторов других клеток, которые и осуществляют выбор специфической клетки среди прочих. Такое положение не исключает прямой активации значительной части Т- или В-лимфоцитов тем или иным антигеном, к которому они имеют рецепторы. Примером этого могут служить активация митогенами и суперантигенами, а также вторичный иммунный ответ.

Вид антигена определяет выбор пути развития иммунного ответа (табл.1). Полисахаридные антигены с повторяющейся структурой являются тимуснезависимыми и способны активировать В-лимфоциты, связываясь с их иммуноглобулиновыми (и/или другими ?) рецепторами. Корпускулярные - подвергаются фагоцитозу, расщеплению до пептидов разного размера, процессингу и презентации CD4⁺ Т-лимфоцитам хелперам в виде комплекса с МНС-II класса или CD8⁺-цитотоксическим лимфоцитам в комплексе с МНС-I класса. Гликолипиды связываются с CD1 молекулами и, опять-таки в виде комплекса, взаимодействуют с рецепторами Т-лимфоцитов или NKT-лимфоцитов. Причем, учитывая полиморфизм молекул МНС и неоднородность CD1, в каждом случае комплексирование происходит с определенными структурами, осуществляется их выбор, или селекция. Фактически антиген служит матрицей для связывания определенных структур и активации клеток их несущих. Цикл отбора продолжается на следующих этапах развития иммунного ответа.

Таблица 1. Разнообразие путей распознавания антигенов, индукции и развития иммунного ответа (антигенраспознающая сеть)
Антигены	Клетки, рецепторы, молекулы адгезии I-го этапа	Вовлекаемые клетки, рецепторы II-го этапа	Клетки и рецепторы III-го этапа	Эффекторные клетки и молекулы, конечный этап
Бактерии, клетки, корпускулы - внеклеточные пептиды - внутриклеточные пептиды	Фагоциты, АПК, NK (KAR), МНС II, МНС I	Тх 1 и Тх 2, TCR, CD3, CD4, CD8Т и др.	В-лимфоциты	Антитела ГЗТ Цитокины Т-киллеры
Гликолипиды	АПК, В-клетки, CD1	Т- и NKT-клетки		Т-киллеры, ГЗТ, антитела
Полисахариды	В-клетки, Ig, BCR	Макрофаги?		Антитела
Липополисахариды	Макрофаги, NK, В-клетки, нейтрофилы	Т-клетки и др.	Те же и др.	Антитела, ГЗТ
Суперантигены	АПК, МНС-II класс	Т-клетки V-beta цепи	-	Т- и др. клетки, цитокины
Митогены	Т и/или В-клетки	Любые	Любые	Активированные Т-В клетки и др.
Белок А, бактериальные продукты, лектины	Система комплемента. С3-С9 (альтернативный и лектиновый пути)	Рецепторы для С' на Т-, В-, NK, макрофагах и др.	Активация любых клеток	Анафилотоксины, Цитокины
Продукты бактерий	Маннансвязывающий белок (МВР) и СРБ	Макрофаги, комплемент	Т-клетки и др.	Активированные клетки и комплемент
Разные антигены	Естественные антитела, BCR		В-клетки, макрофаги	Антитела
Бактерии, вирусы и клетки (углеводы поверхности)	NK, макрофаги	-	-	NK, макрофаги (перфорины)
Все антигены	Адгезины, интегрины, селектины, цитокины и их рецепторы на всех этапах

Литература

1. Новиков Д.К. Медицинская иммунология. ВГМУ; 1998.

2. Хаитов Р.М., Игнатьева Г.А., Сидорович И.Г. Иммунология, М.: Медицина; 2000.

3. Ярилин А.А. Основы иммунологии. М.: Медицина; 1999.

4. Martin L.H., Galabi F., Milstein C. Isolation of CD1 genes - a family of major histocompatibility complex-related differentiation antigens. Proc Natl Acad Sci USA - 1986 - 83:9154-8.

5. Porcelli S.A. The CD1 family: a third lineage of antigen-presenting molecules. Adv Immunol - 1995 -59:1-98.

6. Durandy A., Thuillier L., Forveille M., Fischer A. Phenotypic and functional characteristics of human newborns' B lymphocytes. J Immunol - 1990 -144:60-5.

7. Porcelli S.A., Brenner M.B., Greenstein J.L., Bbalk S.P., Terhorst C., Bleicher P.A. Recognition of cluster of differentiation 1 antigens by human CD4-CD8- cytolytic T lymphocytes. J Immunol - 1989 - 34 1:447-50.

8. Sugita M., Brenner M.B. T lymphocyte recognition of human group 1 CD1 molecules: Implications for innate and acquired immunity. J Immunol - 2000 - 12-6:511-6.

9. Sieling P.A. et.al. CD1-restricted T cell recognition of microbial lipoglycan antigens. - Science - 1995 -269:227-30. 10. Moody D.B. et.al. Structural requirements for glycolipid antigen recognition by CD1b-restricted T cells. Science - 1997 - 278:283-6.

11 . Moody D.B. et.al. CD1c-mediated T cell recognition of isoprenoid glycolipids in M.tuberculosis infection. Nature - 2000 - 404:884-8.

12. Stenger S. et.al. An antimicrobial activity of cytolytic T cells mediated by granulysin. Science - 1998 -282:121-5.

13. Briken V., Moody D.B., Porcelli S.A. Diversification of CD1 proteins: sampling the lipid content of different cellular compartments. J Immunol - 2000 - 12-6:517-25.

14. Briken V., Jackman R.M., Watts G.F., Rogers R.A., Porcelli S.A. Human CD1b and CD1c isoforms survey different intracellular compartments for the presentation of microbial lipid antigens. J Exp Med -2000 - 192:281-7.

15. Porcelli S.A., Modlin R.L. The CD1 system: antigen-presenting molecules for T cell recognition of lipids and glycolipids. Annu Rev Immunol - 1999 - 17:297-329.

16. Fairhurst R.M. Wang C.X., Sieling P.A., Modlin R.L., Braun J. CD1 presents antigens from a gram-negative bacterium, Haemophilus influenzae type B. Infect Immun - 1998 - 66:3523-6.

17. Kawano T.J. et.al. CD1d-restricted and TCR-mediated activation of Va14 NK T cells by glycosylceramides. Science - 1997 - 278:1626-9.

18. Schaible U.E., Kaufmann H.E. CD1 molecules and CD1-dependet T cells in bacterial infections: a link from innate to acquired immunity? J Immunol - 2000 - 12-6:527-35.

19. Brossay L., Naidenko O., Burdin N., Matsuda J., Sakai T., Kronenberg M. Structural requirements for galactosylceramide recognition by CD1-restricted NK T cells. J Immunol - 1998 - 161:5124-8.

20. Spada F.M., Koezuka Y., Porcelli S.A. CD1d-restricted recognition of synthetic glycolipid antigens by human natural killer T cells. J Exp Med - 1998 - 188:1529-34.

21. Zeng D., Lee M.K., Tung J., Brendolan A., Strober S. Cutting edge : a role for CD1 in the pathogenesis of lupus in NZB/Mice J Immunol - 2000 - 164:5000-4.

22. Taniguchi M., Nakayama T. Recognition and function of Va14 NKT cells. J Immunol - 2000 - 12-6:543-50.