Цитотоксические T-лимфоциты

Цитотоксические T-лимфоциты (ЦТЛ, также T-киллеры, от англ. killer — убийца, CD8+ T-лимфоциты) — это субпопуляция T-лимфоцитов, основная функция которых заключается в уничтожении клеток, инфицированных внутриклеточными патогенами (вирусами, некоторыми бактериями), а также опухолевых клеток и клеток трансплантата. Являются ключевым эффекторным звеном клеточного адаптивного иммунитета. Распознают чужеродные антигены, представленные на поверхности клеток-мишеней в комплексе с молекулами главного комплекса гистосовместимости (MHC) класса I.

История открытия

Концепция клеточного иммунитета, опосредованного лимфоцитами, была разработана в середине XX века. В 1960-х годах работы Роберта Гуда, Жака Миллера и других исследователей показали, что тимус (вилочковая железа) необходим для развития лимфоцитов, ответственных за отторжение трансплантатов и уничтожение инфицированных клеток. В 1970-х годах с помощью моноклональных антител была идентифицирована молекула CD8, ставшая маркером цитотоксических T-лимфоцитов. В 1990-х годах были детально описаны механизмы перфорин-гранзимового и Fas-опосредованного апоптоза. За открытие ключевых механизмов клеточного иммунитета Нобелевская премия по физиологии и медицине 2011 года была присуждена Ральфу Штейнману (за открытие дендритных клеток) и совместно Жюлю Офману и Брюсу Бётлеру (за открытие Toll-подобных рецепторов), что косвенно связано с пониманием активации ЦТЛ.

Развитие и дифференцировка

Происхождение в тимусе

ЦТЛ, как и все T-лимфоциты, происходят из гемопоэтических стволовых клеток костного мозга. Предшественники мигрируют в тимус, где проходят процесс созревания и селекции. В тимусе происходит:

• Позитивная селекция: отбор T-клеток, способных распознавать собственные молекулы MHC класса I.
• Негативная селекция: элиминация T-клеток, слишком сильно реагирующих на собственные антигены (аутореактивные клоны).

В результате в периферическую кровь и лимфоидные органы выходят зрелые наивные CD8+ T-лимфоциты, не встречавшиеся ранее с антигеном.

Активация и клональная экспансия

Наивные ЦТЛ активируются при встрече со своим специфическим антигеном, представленным на поверхности антигенпрезентирующих клеток (АПК), преимущественно дендритных клеток. Для полной активации требуется три сигнала:

1. Сигнал 1: связывание T-клеточного рецептора (TCR) с комплексом «антиген-MHC-I» на АПК.
2. Сигнал 2: костимуляция — взаимодействие рецептора CD28 на ЦТЛ с молекулами CD80/CD86 на АПК.
3. Сигнал 3: цитокиновая стимуляция — секреция интерлейкина-2 (IL-2) и других цитокинов (например, IL-12, IFN-γ) активированными АПК и CD4+ T-хелперами.

После активации ЦТЛ начинают активно пролиферировать (клональная экспансия) и дифференцироваться в эффекторные клетки, способные убивать клетки-мишени. Часть активированных ЦТЛ превращается в клетки памяти, обеспечивающие быстрый ответ при повторной встрече с тем же патогеном.

Механизмы цитотоксичности

ЦТЛ уничтожают клетки-мишени двумя основными способами, оба из которых приводят к апоптозу (программируемой клеточной гибели).

Перфорин-гранзимовый путь

Это основной механизм, используемый ЦТЛ. При контакте с клеткой-мишенью ЦТЛ выделяет гранулы, содержащие:

• Перфорин: белок, который встраивается в мембрану клетки-мишени и полимеризуется, образуя поры (каналы).
• Гранзимы: сериновые протеазы (гранзим A, гранзим B и др.), которые через образованные перфорином поры проникают в цитоплазму клетки-мишени. Гранзимы активируют каспазы — ферменты, запускающие каскад апоптоза.

Fas-опосредованный путь

ЦТЛ экспрессируют на своей поверхности мембранный белок Fas-лиганд (FasL). При связывании FasL с рецептором Fas (CD95), расположенным на поверхности клетки-мишени, происходит активация каспазного каскада и запуск апоптоза. Этот механизм важен для регуляции иммунного ответа и уничтожения клеток, экспрессирующих Fas.

Распознавание клеток-мишеней

Ключевая особенность ЦТЛ — распознавание антигенов в контексте MHC класса I. Молекулы MHC класса I экспрессируются на всех ядросодержащих клетках организма. Они представляют фрагменты белков, синтезируемых внутри клетки (включая вирусные или мутантные белки). Если клетка инфицирована вирусом, на её поверхности в комплексе с MHC-I появляются вирусные пептиды. ЦТЛ, TCR которого специфичен к данному комплексу, связывается с клеткой и уничтожает её. Это позволяет иммунной системе выявлять и элиминировать клетки, в которых уже началась репликация патогена.

Роль в иммунитете

Противовирусный иммунитет

ЦТЛ являются основным оружием организма против большинства вирусных инфекций. Они уничтожают инфицированные клетки, ограничивая распространение вируса. При таких инфекциях, как грипп, корь, ВИЧ, гепатит C, эффективность иммунного ответа во многом определяется активностью ЦТЛ. При ВИЧ-инфекции наблюдается истощение и гибель CD4+ T-лимфоцитов, что приводит к нарушению помощи ЦТЛ и развитию СПИДа.

Противоопухолевый иммунитет

ЦТЛ способны распознавать опухолевые клетки, экспрессирующие на своей поверхности мутантные белки (неоантигены) или аномально экспрессируемые нормальные белки. Они играют важную роль в иммунном надзоре за опухолями. Однако опухолевые клетки часто вырабатывают механизмы уклонения от ЦТЛ: снижают экспрессию MHC-I, секретируют иммуносупрессивные цитокины (например, TGF-β, IL-10), экспрессируют ингибирующие рецепторы (например, PD-L1).

Трансплантационный иммунитет

ЦТЛ являются главными эффекторами отторжения трансплантата. Они распознают чужеродные молекулы MHC (аллоантигены) донора, что приводит к атаке на пересаженный орган или ткань. Для предотвращения отторжения используются иммуносупрессивные препараты.

Регуляция и истощение

Для предотвращения аутоиммунных реакций активность ЦТЛ жёстко регулируется. Существуют механизмы периферической толерантности, включающие:

• Регуляторные T-клетки (Treg): подавляют активность ЦТЛ.
• Иммунные контрольные точки (checkpoints): рецепторы на поверхности ЦТЛ (PD-1, CTLA-4), которые при связывании с лигандами на клетках-мишенях (PD-L1, CD80/CD86) передают ингибирующий сигнал, снижая активность ЦТЛ.

При хронических инфекциях (например, гепатит C, ВИЧ, туберкулёз) или в микроокружении опухоли ЦТЛ могут входить в состояние истощения (exhaustion). Истощённые ЦТЛ характеризуются прогрессирующей потерей эффекторных функций (снижение продукции цитокинов, цитотоксичности), высокой экспрессией ингибирующих рецепторов (PD-1, TIM-3, LAG-3) и неспособностью эффективно контролировать инфекцию или опухоль.

Клиническое значение

Иммунотерапия рака

Понимание механизмов работы ЦТЛ привело к разработке революционных методов лечения рака:

• Ингибиторы иммунных контрольных точек: антитела, блокирующие ингибирующие рецепторы (анти-PD-1, анти-PD-L1, анти-CTLA-4). Они «снимают тормоза» с ЦТЛ, реактивируя их противоопухолевую активность. Примеры: пембролизумаб, ниволумаб, ипилимумаб.
• CAR-T-клеточная терапия: генетическая модификация собственных ЦТЛ пациента, придание им химерного антигенного рецептора (CAR), способного распознавать раковые клетки независимо от MHC. CAR-T-клетки (например, тисагенлеклейцел, аксикабтаген цилолейцел) показали высокую эффективность при некоторых гематологических злокачественных новообразованиях (острый лимфобластный лейкоз, диффузная B-крупноклеточная лимфома).

Противовирусная терапия

Активация ЦТЛ является целью многих противовирусных вакцин. Изучение ЦТЛ важно для разработки стратегий лечения хронических вирусных инфекций, таких как гепатит B и C, а также ВИЧ.

Аутоиммунные заболевания

Нарушение регуляции ЦТЛ может приводить к развитию аутоиммунных заболеваний, таких как сахарный диабет 1 типа, ревматоидный артрит, рассеянный склероз, когда ЦТЛ атакуют собственные клетки организма.

Интересные факты

• Один ЦТЛ может последовательно убить несколько клеток-мишеней, но после нескольких циклов цитотоксичности он сам погибает (активационно-индуцированная клеточная смерть).
• ЦТЛ составляют около 10–20% всех T-лимфоцитов в периферической крови.
• Помимо цитотоксичности, ЦТЛ также секретируют цитокины, такие как интерферон-γ (IFN-γ) и фактор некроза опухоли-α (TNF-α), которые обладают противовирусной и иммуномодулирующей активностью.

Источники

• А.А. Ярилин. Иммунология. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010.
• Р.М. Хаитов. Иммунология. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2016.
• К.А. Янин, К.М. Джейнвей. Иммунология (Janeway's Immunobiology). — 9-е изд. — Garland Science, 2016.
• А. Аббас, Э. Лихтман, Ш. Пиллаи. Клеточная и молекулярная иммунология (Abbas, Lichtman, Pillai. Cellular and Molecular Immunology). — 9-е изд. — Elsevier, 2017.
• D. Kagi, B. Ledermann, K. Burki, et al. Cytotoxicity mediated by T cells and natural killer cells is greatly impaired in perforin-deficient mice. Nature, 1994, 369: 31-37.
• P. Sharma, J.P. Allison. Immune checkpoint targeting in cancer therapy: toward combination strategies with curative potential. Cell, 2015, 161(2): 205-214.