Імунні клітини та їх клінічне значення

Імунна система людини — це злагоджена система спеціалізованих клітин, кожна з яких виконує унікальну функцію. Від їхньої правильної роботи залежить не тільки здатність протистояти інфекціям, але й ефективність вакцинації, перебіг алергічних реакцій і навіть успіх трансплантації органів.

У кістковому мозку щосекунди народжуються нові захисники організму: лімфоцити, фагоцити, дендритні клітини та інші учасники імунної відповіді. Вони подорожують по кровоносних і лімфатичних судинах, проникають в тканини і повертаються назад, створюючи складну систему патрулювання організму.

Клінічне значення цих клітин неможливо переоцінити. За змінами в їх кількості та функції лікарі діагностують імунодефіцити, аутоімунні захворювання та злоякісні процеси.

Ми вже розглянули загальну будову імунітету та його види. А в цій статті ми детально розглянемо основні типи імунокомпетентних клітин, їх унікальні характеристики та роль у розвитку різних патологій.

Лейкоцити

Ці білі кров’яні тільця циркулюють по всьому організму, виявляючи і знищуючи патогени. На відміну від еритроцитів, вони містять ядро і здатні активно переміщатися через стінки судин.

Основне завдання лейкоцитів — забезпечення імунного нагляду. Вони розпізнають чужорідні агенти, запускають запальні реакції і формують імунну пам’ять. Кількість лейкоцитів у крові є важливим діагностичним показником, що відображає стан організму.

Всі лейкоцити поділяються на дві великі групи: гранулоцити та агранулоцити. Гранулоцити містять у цитоплазмі специфічні гранули з біологічно активними речовинами. До них відносяться нейтрофіли, еозинофіли і базофіли. Агранулоцити позбавлені таких гранул і представлені лімфоцитами і моноцитами.

Нейтрофіли складають найбільш численну популяцію лейкоцитів. Ці клітини першими прибувають до вогнища запалення, де фагоцитують бактерії і виділяють антимікробні речовини. Їх підвищена кількість в аналізі крові часто вказує на бактеріальну інфекцію. Крім фагоцитозу і утворення NET-пасток (нейтрофільних позаклітинних пасток), вони здатні модулювати адаптивний імунітет. Різні субпопуляції нейтрофілів можуть як посилювати, так і пригнічувати запалення.

Еозинофіли відіграють ключову роль у захисті від паразитів і розвитку алергічних реакцій. Вони містять гранули з основним білком, який пошкоджує оболонку гельмінтів. Збільшення їх кількості спостерігається при бронхіальній астмі, полінозах і глистових інвазіях.

Базофіли — найрідкісніші лейкоцити, що містять гістамін і гепарин. Вони беруть участь в алергічних реакціях негайного типу, регулюють проникність судин. Активація базофілів може призвести до розвитку анафілактичного шоку.

Моноцити є найбільшими лейкоцитами периферичної крові. Через 1-2 дні після виходу з кісткового мозку вони мігрують в тканини, перетворюючись на макрофаги. Ці клітини здатні поглинати великі частинки, включаючи цілі бактерії і пошкоджені клітини організму.

Лімфоцити забезпечують специфічну імунну відповідь. Вони розпізнають антигени за допомогою спеціальних рецепторів, запам’ятовують патогени і координують роботу інших імунних клітин. Порушення в їх функції призводять до імунодефіцитів або аутоімунних захворювань. Вони утворюються в кістковому мозку, а потім дозрівають в різних органах, включаючи тимус і лімфатичні вузли. Ці клітини здатні не тільки розпізнавати чужорідні агенти, але і запам’ятовувати їх для більш швидкої відповіді в майбутньому.

Існує три основних типи лімфоцитів, кожен з яких виконує особливу функцію:

• B-лімфоцити відповідають за вироблення антитіл — білків, що нейтралізують віруси і бактерії;
• T-лімфоцити поділяються на кілька підгруп:
  • T-хелпери координують імунну відповідь;
  • цитотоксичні T-клітини знищують заражені клітини;
  • T-регуляторні пригнічують надмірну активність імунітету.
• природні кілери (NK-клітини) — атакують пухлинні та інфіковані клітини без попередньої активації.

Лейкоцити відіграють важливу роль не тільки в захисті від інфекцій. Вони беруть участь у регенерації тканин, видаленні пошкоджених клітин і підтримці гомеостазу. Деякі їх види здатні презентувати антигени, запускаючи специфічну імунну відповідь.

Клінічне застосування лейкоцитів

Оцінка лейкоцитів є базовою в клінічній практиці і проводиться, коли розвиваються такі стани:

• інфекційні захворювання (бактеріальні, вірусні, грибкові, паразитарні);
• запальні процеси (гострі та хронічні);
• аутоімунні захворювання;
• онкологічні захворювання (лейкози, лімфоми);
• стани після хіміотерапії/опромінення;
• алергічні реакції;
• підозра на імунодефіцити;
• контроль після трансплантації органів/кісткового мозку.

Інтерпретація результатів

Оцінюється рівень лейкоцитів в рамках проведення загального аналізу крові.

Окремо можуть оцінюватися різні субпопуляції лімфоцитів.

Цитокіни

Цитокіни являють собою невеликі білкові молекули, що виконують роль універсальної мови спілкування між клітинами імунної системи. Вони діють як хімічні посередники, передаючи інформацію і координуючи дії різних учасників імунної відповіді. Їх можна порівняти з гормонами, але вони працюють переважно локально, на невеликих відстанях між клітинами.

Основні групи цитокінів виконують суворо спеціалізовані функції. Інтерлейкіни, найчисленніша група, що включає понад 40 різних молекул з унікальними властивостями:

• ІЛ-1 та ІЛ-6 виступають потужними прозапальними агентами, запускаючи каскад захисних реакцій;
• ІЛ-2 відіграє ключову роль в активації та проліферації Т-лімфоцитів;
• ІЛ-4 та ІЛ-10, навпаки, виявляють протизапальну активність, стримуючи надмірну імунну відповідь;
• ІЛ-12 направляє диференціацію Т-хелперів по Th1-шляху;
• ІЛ-17 бере участь у захисті бар’єрних тканин.

Їх продукують різні імунні клітини. Лімфоцити і макрофаги — ІЛ-1, Т-хелпери — ІЛ-2, дендритні клітини — ІЛ-12, а ІЛ-4 виділяють базофіли і Th2-лімфоцити.

Інтерферони займають особливе місце серед цитокінів. ІФН-альфа та ІФН-бета виробляються у відповідь на вірусну інфекцію, створюючи в клітинах стан противірусної резистентності. Вони поділяються на три типи. Вірус-інфіковані клітини продукують ІФН I типу (альфа та бета), індукуючи в сусідніх клітинах синтез противірусних білків. ІФН-гамма (II тип), що секретується активованими Т-лімфоцитами і NK-клітинами, підсилює експресію MHC молекул і фагоцитарну активність. Нещодавно відкриті ІФН III типу (лямбда) працюють переважно в епітеліальних клітинах.

Фактори некрозу пухлини, особливо ФНО-альфа, демонструють подвійну природу. У невеликій кількості вони регулюють нормальні імунні реакції, у значній — викликають кахексію і некроз пухлинної тканини. Ці молекули також відповідальні за розвиток лихоманки і системних запальних реакцій. Макрофаги і тучні клітини виділяють цей цитокін у відповідь на бактеріальні ендотоксини.

Хемокіни складають особливе сімейство з близько 50 молекул. Моноцитарний хемоаттрактантний білок-1 (MCP-1/CCL2) привертає макрофаги в осередок запалення. ІЛ-8 (CXCL8), що секретується активованими макрофагами, є потужним хемоаттрактантом для нейтрофілів. SDF-1 (CXCL12) відіграє ключову роль у міграції стовбурових клітин крові. Ця система забезпечує точне позиціонування імунних клітин у потрібному місці в потрібний час.

Колонієстимулюючі фактори регулюють гемопоез в кістковому мозку. Г-КСФ специфічно стимулює утворення гранулоцитів, ГМ-КСФ — гранулоцитів і моноцитів, а М-КСФ — тільки моноцитарний паросток. Ці цитокіни знаходять застосування в медицині для відновлення кровотворення після хіміотерапії.

Трансформуючі фактори росту, зокрема ТФР-бета, виконують регуляторні функції. Вони пригнічують проліферацію лімфоцитів, інгібують активність макрофагів, сприяють загоєнню тканин. Їх дисбаланс асоційований з фіброзними процесами і пухлинною прогресією.

Особливу небезпеку становить цитокіновий шторм — неконтрольований викид прозапальних молекул. При COVID-19 масивне вивільнення ІЛ-6, ФНО-альфа та інших медіаторів часто призводило до пошкодження легеневої тканини, поліорганної недостатності. Аналогічні механізми спостерігаються при септичному шоці та деяких аутоімунних захворюваннях.

Клінічне застосування цитокінів

Рівень цитокінів у крові або інших біологічних рідинах відображає активність імунної системи, тяжкість запалення або наявність специфічних захворювань.

Дослідження їх кількості проводять у таких ситуаціях:

• аутоімунні та запальні захворювання (ревматоїдний артрит, системний червоний вовчак, хвороба Крона) — для оцінки активності процесу;
• сепсис і цитокіновий шторм (наприклад, при COVID-19, грипі, бактеріальному шоці) — для прогнозу і вибору терапії;
• онкологічні захворювання — при імунотерапії (інгібітори контрольних точок, CAR-T-клітини);
• первинні імунодефіцити (наприклад, синдром гемофагоцитарного лімфогістіоцитозу);
• алергічні реакції та астма — оцінка Th2-відповіді (IL-4, IL-5, IL-13);
• трансплантація органів — моніторинг ризику відторгнення.

Інтерпретація результатів

Визначаються цитокіни методами ІФА, ПЛР, цитометрією або імуногістохімією.

Антигенпрезентуючі клітини (АПК)

Антигенпрезентуючі клітини служать сполучною ланкою між вродженим та адаптивним імунітетом. До них відносяться дендритні клітини, макрофаги та B-лімфоцити. Ці клітини захоплюють чужорідні антигени, розщеплюють їх і представляють фрагменти на своїй поверхні в комплексі з молекулами MHC II.

Дендритні клітини є зірчастими вартовими імунітету, які постійно патрулюють периферичні тканини, збираючи зразки потенційних загроз. При контакті з патогеном вони дозрівають і мігрують в лімфовузли, де представляють антигени T-лімфоцитам. Їх унікальна здатність активувати наївні T-клітини робить їх ключовими гравцями в запуску адаптивної імунної відповіді.

Макрофаги походять з моноцитів, які покинули кров’яне русло. Ці великі клітини-сміттярі мають великий набір завдань від фагоцитозу до викиду цитокінів. Вони не просто поглинають бактерії і залишки загиблих клітин, але і регулюють процеси запалення і відновлення тканин. У різних органах макрофаги набувають спеціалізованих форм: мікроглія в мозку, остеокласти в кістках, клітини Купфера в печінці.

Клінічне застосування АПК

Досліджувати рівень антигенпрезентуючих клітин слід при розвитку наступних станів або підозрі на них:

• первинні та вторинні імунодефіцити;
• аутоімунні захворювання;
• онкологічні захворювання;
• хронічні інфекції;
• алергічні захворювання;
• оцінка ефективності вакцинації.

Інтерпретація результатів

Основним методом, за допомогою якого оцінюється рівень АПК, є проточна цитометрія.

Товсті клітини (мастоцити)

Товсті клітини є імунними клітинами, що містять великі гранули з біологічно активними речовинами. Вони розташовуються переважно в тканинах, що контактують із зовнішнім середовищем — шкірі, слизових дихальних шляхів і шлунково-кишкового тракту. Основна функція полягає в швидкій реакції на патогени та пошкодження тканин.

При активації тучні клітини вивільняють гістамін, гепарин, триптазу, лейкотрієни і цитокіни. Гістамін викликає розширення судин і підвищення проникності капілярів, що призводить до набряку і почервоніння. Гепарин регулює згортання крові, а триптаза бере участь у руйнуванні пошкоджених тканин.

Клінічне значення тучних клітин величезне. Їх надмірна активація лежить в основі алергічних реакцій, включаючи анафілактичний шок. При мастоцитозі — рідкісному захворюванні — відбувається патологічне накопичення тучних клітин в тканинах, що призводить до системних запальних реакцій. Також ці клітини беруть участь у хронічних запальних процесах, таких як астма та атопічний дерматит.

Клінічне застосування тучних клітин та їх лабораторна оцінка

Оцінка рівня тучних клітин проводиться у випадках, коли є:

• алергічні захворювання (анафілаксія, кропив’янка, мастоцитоз);
• аутоімунні процеси (ревматоїдний артрит, склеродермія);
• онкологічні захворювання (системний мастоцитоз, тучноклітинний лейкоз;
• хронічні запальні захворювання (хвороба Крона, виразковий коліт);
• підозра на первинні імунодефіцити.

Інтерпретація результатів

Імуногістохімія є золотим стандартом діагностики мастоцитозу. Також визначення маркерів проводиться методом цитометрії.

Тромбоцити

Хоча тромбоцити відомі насамперед своєю роллю в згортанні крові, вони беруть активну участь в імунних процесах.

Ці дрібні клітинні фрагменти містять безліч імунологічно активних молекул. Вони можуть захоплювати патогени, виділяти антимікробні пептиди і навіть формувати позаклітинні пастки, подібно до нейтрофілів. Їх активація при запаленні створює зв’язок між гемостазом і імунним захистом.

Клінічне застосування тромбоцитів в імунітеті

Імунну функцію тромбоцитів оцінюють, коли розвиваються:

• системні запальні захворювання;
• аутоімунні патології;
• сепсис і важкі інфекції;
• тромботичні мікроангіопатії;
• онкологічні захворювання;
• алергічні стани;

Також аналіз корисний після трансплантації органів і для оцінки ризику тромботичних ускладнень.

Різке підвищення кількості тромбоцитів в загальному аналізі крові може свідчити про розвиток запалення, аутоімунних станів, сепсису, ішемії та гострих інфекцій.

Оцінюється цей показник в загальному аналізі крові.

Імуноглобуліни

Імуноглобуліни є особливим класом білків, що виконують ключову роль в імунному захисті. Ці Y-подібні молекули виробляються B-лімфоцитами у відповідь на проникнення чужорідних агентів. Їх основне завдання — точне розпізнавання і нейтралізація потенційних загроз.

За структурою всі імуноглобуліни складаються з двох важких і двох легких ланцюгів, з’єднаних дисульфідними містками. Верхні ділянки молекули утворюють антиген-зв’язуючий центр, унікальний для кожного конкретного антитіла. Ця варіабельна область забезпечує специфічність взаємодії з мільйонами різних антигенів.

В організмі людини виділяють п’ять основних класів імуноглобулінів, що відрізняються за структурою і функціями:

1. IgG становить близько 75% всіх антитіл крові і забезпечує тривалий захист після перенесеної інфекції або вакцинації. Цей єдиний клас здатний проникати через плаценту, забезпечуючи імунітет новонародженого.
2. IgM з’являється першим при зустрічі з новим патогеном, формуючи ранню імунну відповідь. Його пентамерна структура з десятьма антиген-зв’язуючими ділянками робить його особливо ефективним проти бактерій. Високий рівень IgM в крові часто свідчить про гостру фазу інфекційного процесу.
3. IgA переважно знаходиться на слизових оболонках дихальних, сечостатевих шляхів і шлунково-кишкового тракту. У вигляді димеру він виділяється в секрети, створюючи перший бар’єр на шляху проникнення патогенів. Особливо важлива його роль у захисті від респіраторних і кишкових інфекцій.
4. IgE пов’язаний з алергічними реакціями і захистом від паразитів. У нормі його концентрація в крові вкрай низька, але при алергії рівень різко зростає. Зв’язуючись з тучними клітинами, IgE запускає викид гістаміну і розвиток запальної реакції.
5. IgD залишається найменш вивченим класом імуноглобулінів. В основному він розташовується на поверхні B-лімфоцитів, беручи участь в їх активації та диференціації. Його роль в гуморальному імунітеті продовжує досліджуватися.

Рівень імуноглобулінів та їх співвідношення в крові служать важливими діагностичними маркерами. Гіпогаммаглобулінемія (зниження) вказує на імунодефіцитні стани, тоді як парапротеїнемія (поява аномальних імуноглобулінів) може свідчити про мієломну хворобу.

Клінічне застосування імуноглобулінів

Рівень імуноглобулінів оцінюють при:

• підозрі на імунодефіцити;
• аутоімунних захворюваннях;
• хронічних інфекціях;
• алергічних станах;
• онкологічних процесах (лімфопроліферативних);
• метаболічних порушеннях;
• контролі вакцинального імунітету;
• моніторингу замісної терапії.

Інтерпретація результатів

Найчастіше імуноглобуліни досліджують методом ІФА.

Циркулюючі імунні комплекси

Циркулюючі імунні комплекси (ЦІК) являють собою сполуки антигенів зі специфічними антитілами. Ці утворення з’являються в кровотоці як природний результат імунної відповіді. У нормі вони швидко видаляються фагоцитуючими клітинами, виконуючи важливу захисну функцію.

За структурою імунні комплекси варіюють від невеликих розчинних утворень до великих структур. Розмір безпосередньо залежить від співвідношення антигенів і антитіл, а також від їх молекулярних властивостей. Дрібні комплекси утворюються при надлишку антигену, великі — при переважанні антитіл.

Функціонально ці сполуки служать транспортною системою для доставки антигенів до фагоцитів. Комплекси, що містять комплемент, особливо ефективно поглинаються клітинами завдяки наявності спеціальних рецепторів. Цей процес прискорює очищення організму від чужорідних частинок. Так, в процесі підключення до ЦИК білка C1q розвивається класичний шлях активації комплементу.

У патологічних умовах імунні комплекси можуть накопичуватися в тканинах. При порушенні механізмів кліренсу вони відкладаються в судинах дрібного калібру, нирках і суглобах. Такі відкладення активують систему комплементу і залучають лейкоцити, викликаючи локальне запалення.

Патогенез хвороб імунних комплексів пов’язаний з їх відкладенням в базальних мембранах. Активований комплемент залучає нейтрофіли, які виділяють протеолітичні ферменти. Це призводить до пошкодження тканин і розвитку васкулітів, гломерулонефритів або альвеолітів.

Три основні типи реакцій гіперчутливості III типу розрізняються за джерелом антигену. Екзогенні антигени надходять при інфекціях, ендогенні — при аутоімунних процесах. Особливу групу складають реакції на лікарські препарати, де комплексоутворюючим агентом служить гаптен.

Клінічні приклади включають сироваткову хворобу, що розвивається після введення гетерологічних білків. Симптоми з’являються через 7-10 днів, коли утворюються достатні кількості комплексів. Характерні лихоманка, артралгії, уртикарний висип і протеїнурія.

При хронічних інфекціях, таких як гепатит В або ендокардит, постійне утворення комплексів призводить до системних уражень. Особливо страждають нирки, де розвивається мембранопроліферативний гломерулонефрит. Діагностика таких станів вимагає комплексного підходу.

Клінічне застосування ЦИК

Рівень ЦИК оцінюють при розвитку наступних патологій:

• аутоімунні захворювання;
• хронічні інфекції;
• васкуліти;
• гломерулонефрити;
• системні захворювання сполучної тканини;
• алергічні реакції III типу;
• онкологічні процеси.

Інтерпретація результатів

Методи виявлення імунних комплексів включають преципітацію поліетиленгліколем, ELISA, ІФА та радіоімунний аналіз.

Система комплементу: каскад посилення

Система комплементу складається з більш ніж 30 білків плазми крові, що працюють за принципом каскадної активації. Ці протеїни циркулюють в неактивній формі, готові до миттєвої реакції на загрозу. Їх активація відбувається трьома основними шляхами, кожен з яких має свої особливості.

Класичний шлях запускається при зв’язуванні антитіл з антигенами. Комплекс IgG або IgM залучає C1q, що призводить до послідовного включення інших компонентів. Цей механізм пов’язує адаптивний імунітет з потужною ефекторною реакцією.

Альтернативний шлях не вимагає участі антитіл, активуючись прямо на поверхні мікробів. Спонтанний гідроліз C3 створює основу для формування C3-конвертази. Такий механізм забезпечує швидку реакцію на грамнегативні бактерії та гриби.

Лектиновий шлях починається з розпізнавання манозних залишків на патогенах. Манозозв’язуючий лектин (MBL) відіграє роль, аналогічну C1q в класичному шляху. Цей варіант особливо важливий проти бактерій з багатими вуглеводами оболонками.

Функції системи комплементу різноманітні і взаємопов’язані. Опсонізація (C3b) позначає мікроорганізми для фагоцитозу, значно прискорюючи їх знищення. Хемотаксичні фактори (C5a) залучають нейтрофіли і макрофаги в осередок інфекції.

Формування мембраноатакуючого комплексу (MAC) стає фінальним акордом захисту. Вбудовуючись в мембрану мішені, він створює пори, що призводять до осмотичного лізису. Особливо ефективний цей механізм проти грамнегативних бактерій.

Додаткова роль системи — очищення організму від імунних комплексів. Компоненти комплементу розчиняють циркулюючі комплекси і маркують їх для видалення фагоцитами. Порушення цього процесу призводять до відкладення комплексів в тканинах і розвитку запалення.

Клінічне значення системи комплементу величезне. Її дефіцит проявляється рецидивуючими бактеріальними інфекціями. Гіперактивація бере участь у патогенезі аутоімунних захворювань, сепсису та ішемічно-реперфузійних ушкоджень. Сучасні терапевтичні підходи включають інгібітори комплементу для контролю надмірного запалення.

Взаємодія антитіл і комплементу створює потужний синергетичний ефект. Антитіла забезпечують специфічність, комплемент — посилення і різноманітність ефекторних механізмів. Така інтеграція дозволяє організму ефективно протистояти найрізноманітнішим загрозам.

Джерела

1. The Immune System, https://www.hopkinsmedicine.org/health/conditions-and-diseases/the-immune-system  
2. Immune System and Disorders, https://medlineplus.gov/immunesystemanddisorders.html
3. Immune response, https://medlineplus.gov/ency/article/000821.htm
4. Immune system, https://www.britannica.com/science/immune-system
5. How the immune system works, https://www.britannica.com/summary/immune-system
6. Імунна система організму. Імунна відповідь. Реакції імунітету, https://repo.knmu.edu.ua/bitstream/123456789/602/4/662-14.pdf