Дендритные клетки

03.09.2021

Дендритные клетки, ДК (англ. Dendritic cells, DC) — разнотипная популяция лейкоцитов, относятся к профессиональным антигенпрезентирующим клеткам. Они очень важны в работе иммунной системы. Морфологически дендритные клетки — крупные клетки (15-20 мкм) круглой, овальной или многоугольной формы с эксцентрически расположенным ядром и многочисленными разветвлёнными отростками мембраны. Почти все дендритные клетки имеют костномозговое происхождение. Их легко получить из фибробластов, а также из моноцитов периферической крови или стволовых клеток костного мозга. Дендритные клетки названы так из-за их зондирующих, древовидных или дендритных форм.

Существуют зрелые и незрелые дендритные клетки. Также они делятся на несколько основных типов: миелоидные ДК, плазмоцитоидные ДК, фолликулярные ДК и клетки Лангерганса.

Открытие

Первые дендритные клетки были обнаружены в 1868 году Паулем Лангергансом и названы клетки Лангерганса в честь него. Термин «дендритные клетки» ввёл в 1973 году Ральф Стайнман, в 2011 году посмертно удостоенный за это открытие Нобелевской премии.

Общая характеристика и функции дендритных клеток

Дендритные клетки представляют собой крупные подвижные клетки с длинными цитоплазматическими выростами и достаточно большим количеством митохондрий. Они обитают в различных органах и тканях, их количество в организме человека не превышает 1-2 %.

Дендритные клетки выполняют важные иммуннорегуляторные функции в организме человека:

Презентация антигена Т-клеткам;
Контроль дифференцировки Т-лимфоцитов;
Регуляция, активация иммунного ответа;
Высвобождение цитокинов и хемокинов;
Выделение интерферонов.

Некоторые факторы могут системно изменять и даже повреждать их функции. Дислипидемия изменяет функцию презентации антигена, а никотин повреждает их способность начинать пролиферацию Т-клеток и производство цитокинов.

Дендритные клетки активируют различные молекулы, благодаря которым осуществляются их функции. Они распознают патогены с помощью Toll-подобных рецепторов (TLR). После сигнала об обнаружении патогена начинается изменение экспрессии генов, в результате чего они начинают стимулировать определённый набор цитокинов и хемокинов, также увеличивается экспрессия адгезивных молекул, необходимые для представления антигенов и стимуляции Т-лимфоцитов.. В крови здоровых людей дендритные клетки имеют малый уровень экспрессии молекул CD83, CD80, CCR7, независимо от типа клетки.

Зрелые и незрелые дендритные клетки

Существует 3 основные стадии «взросления» дендритных клеток. В течение созревания они мигрируют из одной анатомической области в другую. Созревание оценивают по способности активировать Т-Клетку и по экспрессии на их поверхности молекулы CD83.

Клетка-предшественница — клетка, от которой в дальнейшем образуются различные типы клеток.

Стадия незрелой клетки — стадия сильно дифференцированных звездообразных дендритных клеток, задача которых — проверять тканевое микроокружение на присутствие чужеродных микроорганизмов. Основная функция — фагоцитоз и пиноцитоз антигенов. Незрелые клетки не могут производить костимулирующие молекулы, но экспрессируют полный набор компонентов ГКГ. Незрелые клетки могут вызывать состояние «иммунологического молчания» Т-лимфоцитов, усиливая их анергию, апоптоз или активируя регуляторные Т-лимфоциты.

Стадия зрелой клетки — эта стадия наступает после того, как незрелая клетка выполняют свою функцию. Зрелые клетки приобретают вуалевидную форму, теряют способность к фагоцитозу и пиноцитозу и приобретают при этом функцию презентации антигена Т-клеткам.

Миграция и созревание дендритных клеток

Важная особенность дендритных клеток — возможность одной и той же клетке собирать антигены в тканях организма, затем отправлять их в местные лимфоидные органы. Их перемещение в организме возможно благодаря определённому и закономерному изменению экспрессии на них хемокиновых рецепторов и адгезивных молекул. При воспалении барьерных тканей, дендритные клетки интенсивно поглощают окружающий материал и чужеродные продукты; активируются провоспалительные цитокины. Под влиянием этих стимулов незрелые клетки покидают ткани и через лимфатические сосуды поступают в местные лимфатические узлы.

Большинство клеток Лангерганса и миелоидных клеток не могут выходить из зоны своей локализации непосредственно в кровоток, основной путь их миграции лежит через сеть лимфатических сосудов в дренирующие лимфатические узлы. Перемещение в лимфатические узлы проходит в несколько этапов: начинается мобилизация клеток к миграции, затем они открепляются и мигрируют в межклеточную матрицу. Далее они проникают в лимфатический сосуд и с помощью лимфы попадают в лимфатический узел.

Покидая периферические ткани, незрелые клетки созревают и морфологически меняются:

Деформируются ряд структур (гранулы Бирбека, трубчато-везикулярные системы);
Увеличивается размер клеток;
Снижается адгезивность клеток;
Формируются крупные клеточные кластеры;
Длинные и тонкие отростки мембраны становятся ластообразными;
Клетки приобретают вуалевидную форму;
Ослабевает способность к пиноцитозу и фагоцитозу;
Усиливается экспрессия молекул ГКГ класса II;
Усиливается экспрессия костимулирующих молекул.

Зрелые клетки, доставившие антиген в лимфатический узел, становятся частью стромы Т-зон и обозначаются как интердигитальные ДК, так как между их отростками-«пальцами» располагаются Т-лимфоциты.

Линии развития дендритных клеток и их характеристика

Существуют несколько типов основных дендритных клеток — миелоидные ДК, плазмоцитоидные ДК, фолликулярные ДК и клетки Лангерганса. Миелоидные ДК и происходящие от неё отвечают за активацию Т-клеток в организме. клетки лимфоидного происхождения обеспечивают толерантность организма.

Миелоидные дендритные клетки

Миелоидные дендритные клетки, МДК (англ. myeloid DC, mDC) — дендритные клетки-предшественницы гемопоэтического происхождения. Имеют схожую морфологию, а также эндоцитозную и ферментативную активность с макрофагами и моноцитами. Локализируются в эпидермисе, дерме, дыхательных путях, кишечнике, тимусе, селезёнке, печени и лимфоидной ткани. Характеризуются низким уровнем экспрессии ГКГ, костимуляторных и адгезивных молекул. Пиноцитозом и фагоцитозом МДК захватывают чужеродные антигены, после чего экспрессируют антигенную детерминанту в комплексе с молекулами MHC II класса. Затем они мигрируют в местные лимфатические узлы, где стимулируют пролиферацию и дифференцировку антигенспецифических Т-лимфоцитов, провоцируя и стимулируя иммунный ответ. В ответ на стимуляцию индукторами созревания, МДК продуцируют преимущественно цитокины Т-Хелпера 1 типа, включая IL6, IL12RB1, фактор некроза опухоли и интерферон-гамму. Маркерами МДК являются молекулы CD1c и CD141.

Плазмоцитоидные дендритные клетки

Плазмоцитоидные дендритные клетки, ПДК (англ. plasmacytoid DC, pDC) — незрелые клетки лимфоидного происхождения, морфологически напоминают плазматические клетки. ПДК меньше моноцитов (8-10 мкм), их ядро имеет менее выраженную выемку. Локализируются в Т-клеточных зонах лимфоидных тканей, миндалинах, тимусе, печени, лёгких и в коже. ПДК выделяют в больших количествах интерфероны I типа (α и β), являясь основными поставщиками интерферона клеткам крови. Также они ответственны за производство цитокинов IL-4 и IL-10, которые переключают дифференцировку нулевых Т-хелперов в Т-хелперы 2 типа. Экспрессия TLR-9, лигандами которого являются CpG-олигонуклеотиды бактериальной ДНК, позволяет им обнаруживать патогены. ПДК не экспрессируют важную для антигенной презентации молекулу ГКГ II класса HLA-DR на мембране, вместо этого они содержат её в своей цитоплазме. Маркерами ПДК являются молекулы CD303 и CD304.

Фолликулярные дендритные клетки

Фолликулярные дендритные клетки, ФДК (англ. Follicular DC, FDCs) — зрелые клетки, в отличие от остальных дендритных клеток, имеют мезенхимальное происхождение. Прочно соединяясь десмосомами отростков, образуют стабильную сеть, благодаря которой они не мигрируют в другие области. Локализируются в клеточных зонах лимфатических узлов и селезёнке. Они представляют антиген В-лимфоцитам в лимфоидных узлах вторичных лимфоидных органах. Антиген на поверхности ФДК пассивен, сохраняет исходную конформацию антигена с антителом. Эти клетки являются особым микроокружением, на котором происходит уникальный для В-лимфоцитов процесс гипермутагенеза вариабельных сегментов генов антитела и отбор наиболее аффинных вариантов антител. Они не экспрессируют белки ГКГ класса II, но богаты Fcγ-рецепторами, СR1 и CR2, что позволяет им связывать иммунные комплексы и представлять содержащийся в комплексах антиген В-лимфоцитам. При повторном поступлении антигена в организм, когда он связывается с ранее наработанными антителами, ФДК стимулируют клетки памяти.

Клетки Лангерганса

Клетки Лангерганса (англ. Langerhans Cells) — незрелые клетки костномозгового происхождения, развивающиеся из стволовых клеток крови. Имеют морфологию секреторных клеток. Названы в честь их открывателя Паула Лангерганса. Локализируются выше базального слоя, в эпидермисе, сальных и потовых железах, волосянных фолликулах, эпителии полости рта, носа, пищевода, лёгких, влагалища и толстой кишки. Являются первыми защитниками организма при попадании патогенов в организм. Задача клеток Лангерганса —регуляция гомеостаза всего организма и реализация защитных реакций кожи. С помощью отростков они связаны с нервными окончаниями эпидермиса и с гемомикроциркуляторным руслом сосочкового слоя дермы. Благодарю этому на этих клетках замыкаются 3 регуляторные системы — иммунная, нервная и эндокринная. Уникальная особенность Клеток Лангерганса — сохранение антигена патогена в иммуногенной форме длительное время. После захвата антигена, они перемещают антигенные пептиды в местные лимфатические узлы через центральные лимфатические сосуды и участвуют в дифференцировке наивных Т-хелперов в Т-Хелперы. Клетки Лангерганса экспрессируют ряд молекул, вовлечённые в его функции и задачи: Е-кадгерин, лектиновый лангерин, CD1a, CD20, CD11c, CD13, CD14 и CD33

Цитоплазма клеток Лангерганса содержит специфические структуры — гранулы Бирбека и трубчато-везикулярную систему. Они важны для распознавания и обработки антигенного материала.

Гранулы Бирбека — овально вытянутые структуры с центрально расположенным фрагментированным стержнем, происходящие из атипичных гранул, и напоминают по форме теннисные ракетки. Атипичные гранулы клеток Лангерганса морфологически отличаются от лизосом наличием прозрачного ореола, разделяющего наружную мембрану гранулы и её центральную зону.

Трубчато-везикулярная система — соединение модифицированного и гипертрофированного комплекса Гольджи с негранулярным эндоплазматическим ретикулумом.

Изменение дендритных клеток при различных заболеваниях

Инфекционные заболевания так или иначе влияют на дендритные клетки — активизируют их, системно изменяют, некоторые же возбудители способны настраивать их против организма.

ВИЧ

Клетки Лангерганса участвуют в быстром ВИЧ-инфицировании. Клетки экспрессируют рецепторные структуры для ВИЧ — CD4 и рецепторы хемокинов. После захвата антигена или инфицирования ВИЧ через 30 минут клетки Лангерганса мигрируют в лимфатические узлы, благодаря чему они способствуют быстрому распространению ВИЧ по организму. Максимальная миграция проявляется через сутки.

Цитомегаловирус и грипп

Тест на выработку цитокинов ПДК человека в ответ на свободный цитомегаловирус (ЦМВ) и ЦМВ-инфицированные клетки, выявил, что к реакции интерферонов подвержены лишь ЦМВ-инфицированные клетки. Повышенное содержание интерферонов и активация клеток были подтверждены у пациентов с активными ЦМВ-инфекциями. Аналогичные реакции наблюдались у клеток, инфицированных гриппом.

Системная красная волчанка

У больных СКВ активность дендритных клеток патологически повышена, вследствие чего повышается выделение интерферонов, стимулирующий дифференцировку клеток-предшественниц. Зрелые клетки поглощают ДНК, содержание которой при СКВ увеличивается и начинается иммунный ответ: в организме образуются антитела против его собственной ДНК, которые и обуславливают заболевание.

Хантавирус

Хантавирус при попадании в организм эффективно заражает дендритные клетки, при этом не провоцируя лизис или апоптоз. Хантавирус активирует незрелые клетки, вследствие чего повышается производство ГКГ, костимулирующих и адгезивных молекул. Инфицированные хантавирусом клетки усиливают высвобождение провоспалительных цитокинов фактора некроза опухоли альфа-интерферона. Это означает, что хантавирусы вызывают сильный иммунный ответ, являющийся частью патогенеза вируса.

Применение в медицине

Способность дендритных клеток управлять иммунными процессами, а также успехи в разработке систем для получения клеток с заданными параметрами привели к их использованию в иммуннотерапии рака и некоторых аутоиммунных заболеваний.

Прямое перепрограммирование фибробластов в антигенпрезентирующие дендритные клетки

Были созданы дендритные клетки из фибробластов человека и мыши, представляющие антигены. Использована искусственная экспрессия факторов транскрипции для перепрограммирования дифференцированных клеток в сторону гибкости дифференцировки. Путём комбинаций из 18 факторов транскрипции, экспрессируемые в клетках, выявлены факторы транскрипции PU.1, IRF8 и BATF3 нужные для перепрограммирования как мышиных, так и человеческих фибробластов в индуцированные (усиленные) ДК. Усиленные ДК имеют обычную транскрипционную программу. Они как и обычные дендритные клетки могут выделять цитокины, поглощать и презентировать антигены. Мышиные усиленные ДК способны перекрёстно представлять антигены CD8+ Т-клеткам.

Модуляция дендритных клеток пробиотиками для лечения заболеваний кишечника

Дендритные клетки активизируются не только патогенами, но и иными искусственными стимуляторами. Пробиотический коктейль VSL#3 способен изменять экспрессию антигена и создание цитокинов. В высоких дозах пробиотик также повышает экспрессию молекул CD80, CD86, CD40 и ГКГ. Можно регулировать кол-во цитокинов дендритных клеток пробиотиками, таким образом способствуя лечению кишечных заболеваний.

Регуляция дендритных клеток во время беременности

Во время беременности клетки матери и плода всё время взаимодействуют с друг-другом. Чтобы не произошёл иммунный ответ в отношении плода, несущий помимо генов матери гены отца, в организме начинаются уникальные защитные механизмы, призванные уберечь плод от дендритных клеток. Один из них — сдвиг продукции цитокинов («Цитокиновый сдвиг»), в результате которого опасные для плода иммунные реакции подавляются без сильного вреда. Цитокиновый сдвиг провоцируется клетками цитотрофобласта. Клетки цитотрофобласта имеют несколько субтипов, выделяющие гормоны и противовоспалительные цитокины, экспрессирующие молекулы HLA и прочие защитные молекулы: CD200, PD-L1, PD-L2, FasL и т. д.

Эксперимент, в ходе которого сравнивали созревание дендритных клеток в обычных условиях и дендритных клеток, сокультивируемые с клетками цитотрофобласта, показал, что последние на 5-6 сутки отклоняются от норм созревания и приобретают ряд специфических изменений:

Распад клеточных кластеров;
Снижение уровня экспрессии HLA-DR;
Снижение продукции интерферонов;
Изменение формы клеток в веретенообразную фибробластоподобную форму;
Фенотипическая незрелость клеток порядка 14 %.