В организме позвоночных иммунная система анатомически не представляет собой единого целого, она располагается отдельными скоплениями: тимус (вилочковая железа), лимфатические узлы, селезенка, костный мозг. Связь между ними поддерживается через систему кровообращения. В костном мозге содержатся стволовые клетки, способные к миграции; по выражению иммунолога Р. В. Петрова (1981), они являются своего рода «семенным материалом» для всех лимфоидных тканей, поэтому костный мозг можно считать одним из центральных органов иммунной системы.
У зародыша стволовые клетки находятся вначале в желточном мешке, а затем в печени, являющейся в эмбриональном периоде кроветворным органом. Во взрослом организме эти клетки постоянно образуются в костном мозге, а затем расселяются в лимфатические органы (рис. 2). Одна часть стволовых клеток направляется с кровотоком в тимус, здесь они многократно делятся и проходят дифференцировку, приобретая новые антигенные свойства под влиянием гормонов тимуса (тимозин, тимопоэтин). Тимус — важнейший орган иммунной системы. У зародыша он закладывается уже на первом месяце из выростов глоточной кишки, образуя железу, имеющую выводные протоки, которые открываются в будущий пищевод. Затем протоки зарастают и сами клетки тимуса изменяются, приобретая вид рыхлой сети, в петлях которой находится большое количество лимфоцитов, попавших сюда с током крови из кроветворных органов. Формирование тимуса заканчивается к четвертому месяцу утробной жизни. Корковое вещество его богато скоплениями лимфоцитов, а мозговое состоит из оттесненных к центру эпителиальных клеток. Долгое время роль тимуса была неизвестна. Удаление этого органа у различных экспериментальных животных (собак, кошек, крыс) не сопровождалось заметными нарушениями. После этих опытов, проведенных многими исследователями в 30-е годы, интерес к изучению тимуса упал и лишь через несколько десятков лет этот орган вновь оказался в центре внимания исследователей.
У взрослого человека тимус уже в 25—27 лет претерпевает заметную инволюцию, во второй половине жизни на месте тимуса развивается жировая ткань, в толще которой остаются едва заметные островки мозгового вещества. У ребенка 9—12 лет масса тимуса максимальная (30—40 г), у новорожденного она составляет 10—15 г, почти полпроцента массы тела. Для сравнения приведем данные, что селезенка новорожденного имеет массу 11 г, сердце — 24 г, а щитовидная железа — 4,6. Следовательно, тимус у новорожденного весьма заметный ор ган, а из лимфоидных органов — самый крупный. Эти данные, а также сведения об обильном содержании лимфоцитов в тимусе косвенно свидетельствовали о том, что он выполняет какие-то важные функции в иммунной системе.
В 60-х годах были поставлены новые опыты по удалению тимуса, но удаляли его не у взрослых животных, как прежде, а у новорожденных. Оказалось, что у новорожденных мышей, лишенных тимуса, в крови содержалось очень мало лимфоцитов, не вырабатывались антитела, оперированные животные оказались неспособными сопротивляться инфекциям, не отторгали при пересадке чужие ткани. Эти глубокие нарушения наблюдались в том случае, если операцию делали не позднее третьего дня после рождения. Затем были получены данные о значении тимуса и у взрослых животных при облучении высокой дозой радиации страдает лимфоидная система, происходит распад большого количества лимфоцитов. У животных с удаленным тимусом эти нарушения не восстанавливаются, а у неоперированных через некоторое время происходит восстановление. В результате этих исследований стало ясно, что тимус имеет важнейшее значение в иммунной системе. Часть стволовых клеток направляется в этот орган для дальнейшего созревания, здесь они дифференцируются. Поскольку это происходит в тимусе, они получили название тимусзависимых (Т-лимфоциты).
Тимоциты не выделяют в кровь иммуноглобулинов; предполагают, что выделяемые ими вещества остаются на поверхности мембран этих клеток (клеточные «рецепторы»); благодаря этому Т-лимфоциты реагируют с чужеродными антигенами при непосредственном контакте с несущими их клетками. Они участвуют в клеточных иммунных реакциях и выполняют регулирующую функцию во всей иммунной системе. Внутри этой группы обнаружено три основных типа клеток: киллеры (англ. kill — убивать) — непосредственно уничтожают чужеродные клетки, хелперы (англ. help — помогать) — способствуют выделению иммуноглобулинов В-лимфоцитами и су-прессоры — тормозят иммунный ответ В-клеток. В этом состоит регуляторная роль Т-системы. В качестве клеточного фактора иммунитета эта система определяет трансплантационный и противоопухолевый иммунитет и иммунитет при вирусных заболеваниях.
По расчетам, приведенным Ф. Бернетом (1971), в каждой генетической смене делящихся клеток человека в течение суток накапливается около 10-6 спонтанных мутаций. Каждая из таких мутантных клеток может стать родоначальником целого клеточного клона. Аномальные белки, синтезируемые этими клетками, играют роль антигенов. Таким образом, в организме человека на клеточном и молекулярном уровнях непрерывно происходят процессы, нарушающие гомеостаз. Благодаря деятельности Т-лимфоцитов (киллеров) происходит опознавание и уничтожение мутантных клеток самого организма, обеспечивается функция иммунного надзора. Ослабление активности Т-системы в старческом возрасте во многом определяет процесс старения. Т-лимфоциты опознают и клетки чужеродных тканей трансплантатов, эта реакция лежит в основе отторжения пересаженных тканей. Часть тимоцитов, размножившихся после контакта с антигеном, не участвует непосредственно в его обезвреживании. Это клетки иммунологической памяти. При повторной пересадке кожи или другой ткани она отторгается намного быстрее, чем после первой трансплантации.
Рис. 2. Схема образования Т- и В-лимфоцитов путём дифференцировки
стволовых клеток (по Дж. Уотсону).
Часть стволовых клеток направляется в другие лимфатические органы; у птиц около клоаки находится специальное лимфоидное образование — фабрициева сумка, в которой стволовые клетки проходят определенные стадии развития. От латинского слова bursa — сумка они получили название В-лимфоциты. У млекопитающих и человека фабрициевой сумки нет. Предполагают, что аналогами этого органа являются лимфоидные скопления в стенках кишок, миндалины (небно-глоточное кольцо) и аппендикс. В-система обеспечивает гуморальный иммунитет. Т-клетки (хелперы) (от англ. helper — помощник) стимулируют размножение В-лимфоцитов и превращение их в плазмобласты, а затем в плазматические клетки. При этом увеличивается количество РНК, идет интенсивное развитие эндоплазматической сети — аппарата белкового синтеза. Этот процесс образования плазматических клеток происходит в лимфатических узлах и селезенке.
Зрелая плазматическая клетка утрачивает способность к размножению и выделяет антитела — иммуноглобулины. Это гликопротеиды, обладающие специфической активностью против антигенов. В настоящее время известно 5 классов этих веществ. Выработка антител — строго специфическая реакция. Плазматические клетки (определенный их клон) продуцируют тот тип антител, которые связывают и инактивируют данный антиген. Иммуноглобулины выполняют различные функции, они могут связываться с антигенами (токсинами), образуя преципитат. Если антиген находится на поверхности клетки, иммуноглобулины их склеивают, агглютинируют, антитела могут оказывать лизирующее действие.
Нарушения гомеостаза, связанные с дефектами иммунной системы.
В клинике известны заболевания, связанные с врожденными дефектами иммунной системы. Например, при недоразвитии тимуса отсутствуют Т-лимфоциты, нарушен трансплантационный и противоопухолевый иммунитет. При недоразвитии В-системы тимоциты сохранены, но в крови отсутствуют гамма-глобулины, организм не вырабатывает антител. Изучение таких врожденных аномалий наряду с экспериментами на животных дало возможность выяснить значение Т- и В-клеток. При дефиците Т-системы производится трансплантация тимуса вместе с грудиной, взятой от мертворожденного ребенка.
В норме иммунная система не продуцирует антител против собственных тканевых белков. Существует ряд заболеваний, которые рассматривают как следствие извращения иммунной реакции — так называемые аутоиммунные болезни. Например, множественный склероз — очень опасное заболевание, при котором развиваются аутоиммунные реакции, направленные против тканей центральной нервной системы.
Иммуногенетика — это направление, изучающее закономерности наследования антигенной специфичности и генетическую обусловленность иммунных реакций.
В предыдущих разделах были приведены данные о генетике эритроцитарных антигенов системы АВО, MN, Rh. Однако, совпадения этих антигенов недостаточно для успешного приживления трансплантатов; у человека имеется главный комплекс гистосовместимости — НLА (Human lycosites antigen — лимфоцитарный антиген человека). Антигены НbА играют очень важную роль в тканевой совместимости донора и реципиента. Зона НbА находится в 6-й хромосоме, здесь имеются локусы A, B, С, D1, D2, R. Этот комплекс сдадленных генов имеет протяженность 2 морганиды. Каждый ген имеет несколько аллельных вариантов. Известно 15 аллелей гена A, 20 аллелей гена В, 5 аллелей гена С. Комбинация аллелей дает многообразие в популяциях человека.