ข้อมูล

42.2D: Cytotoxic T Lymphocytes และ Mucosal Surfaces - ชีววิทยา


ระบบน้ำเหลืองเป็นที่ตั้งของเซลล์ภูมิคุ้มกันจำนวนมากซึ่งถูกปล่อยออกมาเมื่อตรวจพบเชื้อโรค

วัตถุประสงค์การเรียนรู้

  • อธิบายคุณลักษณะของระบบน้ำเหลืองที่เกี่ยวข้องกับการตอบสนองของภูมิคุ้มกัน

ประเด็นสำคัญ

  • ระบบน้ำเหลืองประกอบด้วยน้ำเหลือง: ของเหลวที่อาบเนื้อเยื่อและอวัยวะและมีเซลล์เม็ดเลือดขาว (ไม่ใช่เซลล์เม็ดเลือดแดง)
  • เมื่อเซลล์ B และ T เจริญเต็มที่ เซลล์ส่วนใหญ่จะเข้าสู่ระบบน้ำเหลือง ซึ่งจะถูกเก็บไว้ในต่อมน้ำเหลืองจนกว่าจะจำเป็น
  • ต่อมน้ำเหลืองยังเก็บเซลล์เดนไดรต์และมาโครฟาจ เมื่อแอนติเจนถูกกรองผ่านระบบน้ำเหลือง เซลล์เหล่านี้จะรวบรวมพวกมันเพื่อนำเสนอไปยังเซลล์ B และ T
  • ม้ามซึ่งส่งไปยังเลือดซึ่งต่อมน้ำหลืองเป็นน้ำเหลืองกรองสารแปลกปลอมและเชื้อโรคที่ซับซ้อนของแอนติบอดีออกจากเลือด

คำสำคัญ

  • น้ำเหลือง: ของเหลวในร่างกายไม่มีสี เป็นน้ำ ลำเลียงโดยระบบน้ำเหลือง ซึ่งประกอบด้วยเซลล์เม็ดเลือดขาวเป็นส่วนใหญ่

ระบบน้ำเหลือง

น้ำเหลือง ของเหลวที่เป็นน้ำที่อาบเนื้อเยื่อและอวัยวะ มีเซลล์เม็ดเลือดขาวที่ป้องกัน แต่ไม่มีเม็ดเลือดแดง (เซลล์เม็ดเลือดแดง) น้ำเหลืองเคลื่อนตัวไปทั่วร่างกายผ่านทางระบบน้ำเหลือง ซึ่งประกอบด้วยหลอดเลือด ท่อน้ำเหลือง ต่อมน้ำเหลือง และอวัยวะต่างๆ เช่น ต่อมทอนซิล ต่อมอะดีนอยด์ ต่อมไทมัส และม้าม แม้ว่าระบบภูมิคุ้มกันจะมีลักษณะเฉพาะด้วยการหมุนเวียนเซลล์ทั่วร่างกาย แต่การควบคุม การเจริญพันธุ์ และการสื่อสารระหว่างปัจจัยภูมิคุ้มกันเกิดขึ้นที่ตำแหน่งเฉพาะที่เรียกว่าต่อมน้ำเหลือง

เลือดหมุนเวียนเซลล์ภูมิคุ้มกัน โปรตีน และปัจจัยอื่นๆ ไปทั่วร่างกาย ประมาณ 0.1 เปอร์เซ็นต์ของเซลล์ทั้งหมดในเลือดเป็นเม็ดเลือดขาว ซึ่งรวมถึงโมโนไซต์ (สารตั้งต้นของมาโครฟาจ) และลิมโฟไซต์ เซลล์ในเลือดส่วนใหญ่เป็นเซลล์เม็ดเลือดแดง เซลล์ของระบบภูมิคุ้มกันสามารถเดินทางระหว่างระบบน้ำเหลืองและระบบไหลเวียนโลหิตที่แตกต่างกัน ซึ่งแยกจากกันโดยช่องว่างคั่นระหว่างหน้า โดยกระบวนการที่เรียกว่า extravasation (ผ่านไปยังเนื้อเยื่อรอบข้าง)

จำได้ว่าเซลล์ของระบบภูมิคุ้มกันมีต้นกำเนิดมาจากเซลล์ต้นกำเนิดในไขกระดูก การเจริญเติบโตของเซลล์ B เกิดขึ้นในไขกระดูก ในขณะที่เซลล์ต้นกำเนิดจะย้ายจากไขกระดูกและพัฒนาและเติบโตจนกลายเป็นเซลล์ T ไร้เดียงสาในอวัยวะที่เรียกว่าไธมัส เมื่อเจริญเต็มที่ T และ B lymphocytes จะไหลเวียนไปยังจุดหมายปลายทางต่างๆ ต่อมน้ำเหลืองกระจัดกระจายไปทั่วร่างกายมีประชากรจำนวนมากของเซลล์ T และ B, เซลล์เดนไดรต์ และมาโครฟาจ น้ำเหลืองรวบรวมแอนติเจนในขณะที่มันระบายออกจากเนื้อเยื่อ แอนติเจนเหล่านี้จะถูกกรองผ่านต่อมน้ำเหลืองก่อนที่น้ำเหลืองจะกลับมาไหลเวียน เซลล์ที่สร้างแอนติเจน (APCs) ในต่อมน้ำเหลืองจับและประมวลผลแอนติเจน โดยแจ้งเซลล์ลิมโฟไซต์ที่อยู่ใกล้เคียงเกี่ยวกับเชื้อโรคที่อาจเกิดขึ้น

ม้ามเป็นที่ตั้งของเซลล์ B และ T, มาโครฟาจ, เซลล์เดนไดรต์ และเซลล์ NK ม้ามยังเป็นบริเวณที่ APC ที่ดักจับสิ่งแปลกปลอมในเลือดสามารถสื่อสารกับเซลล์เม็ดเลือดขาวได้ แอนติบอดีถูกสังเคราะห์และหลั่งโดยเซลล์พลาสมาที่กระตุ้นในม้าม ซึ่งจะกรองสารแปลกปลอมและเชื้อโรคที่สร้างภูมิคุ้มกันจากเลือด ตามหน้าที่แล้วม้ามจะถูกส่งไปยังเลือดเนื่องจากต่อมน้ำหลืองอยู่ที่น้ำเหลือง


ระบบภูมิคุ้มกันของเยื่อเมือก

ระบบภูมิคุ้มกันของเยื่อเมือกได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวดเพื่อป้องกันปฏิกิริยาภูมิคุ้มกันที่ไม่เหมาะสมต่อแอนติเจนในอาหารหรือพืชร่วม และมีหน้าที่ในการปกป้องพื้นที่ผิวกว้างจากการเข้าสู่เชื้อโรค แอนติเจนสามารถเข้าถึงระบบภูมิคุ้มกันของเยื่อเมือกได้ด้วยกลไกต่างๆ มากมาย รวมทั้งการดูดซึม DC โดยตรงและการดูดซึมแอนติเจนที่อำนวยความสะดวกด้วยแอนติบอดี การตอบสนองตามปกติต่อแอนติเจนในอาหารคือการตอบสนองความคลาดเคลื่อนเชิงรุกที่มีสื่อกลางโดยกฎข้อบังคับทีเซลล์ ซึ่งถูกเหนี่ยวนำโดย IL-10, TGF-β และกรดเรติโนอิกที่หลั่งโดย DC และมาโครฟาจที่มีถิ่นที่อยู่ กลไกภูมิคุ้มกันเหล่านี้มีความสำคัญต่อการป้องกันโรคที่เกิดจากอาหารหรือพืช


อินทิกรินของ mucosal T cell alpha M290 beta 7 รับรู้ถึงแกนด์บนเส้นเซลล์เยื่อบุผิวของเยื่อเมือก

integrin alpha M290 beta 7 แสดงออกที่ระดับสูงบน mucosal T cells โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเซลล์ภายในเยื่อบุผิวของลำไส้เล็ก ตอนนี้เรารายงานว่าไฮบริโดมาของทีเซลล์ของหนูเมาส์ MTC-1 ที่มีการแสดงออกบนพื้นผิวที่คล้ายกันของโมเลกุลนี้ ยึดติดอย่างแน่นหนากับเซลล์ของสายมะเร็งช่องทวารหนักของหนูเมาส์ CMT93 และการยึดเกาะนั้นถูกปิดกั้นโดยสมบูรณ์โดยโมโนโคลนัลแอนติบอดี (mAb) M290 mAb อื่นของหน่วยย่อย alpha M290 หรือ beta 7 มีผลในการยับยั้งเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลย M290 ยังยับยั้งการยึดเกาะของไฮบริโดมากับเซลล์ของมะเร็งปอดของหนูเมาส์ CTM64/61 และ KLN205 แต่มีผลเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลยต่อการยึดเกาะกับสายเซลล์เยื่อบุผิวของหนูอีกเจ็ดสายพันธุ์หรือกับสายมะเร็งลำไส้ของมนุษย์ HT29 ลิมโฟไซต์ในเยื่อบุผิว (IEL) ที่แยกได้จากลำไส้เล็กของหนูเมาส์ BALB/c แสดงการทำงานของเอฟเฟกเตอร์ที่เป็นพิษต่อเซลล์ที่ขึ้นอยู่กับตัวรับทีเซลล์ที่มีศักยภาพในการต้าน CMT93 เมื่อมี Phytolacca americana lectin ที่มีความเข้มข้นต่ำ การมีฤทธิ์ที่เป็นพิษต่อเซลล์นี้ยังถูกยับยั้งโดย M290 mAb การรักษาเซลล์ CMT93 ด้วย tumor necrosis factor-alpha และ interferon-gamma ที่เหนี่ยวนำให้เกิดนิพจน์ de novo ของ ICAM-1 และลดผลการยับยั้งของ M290 ในการทดสอบทั้งการยึดเกาะและความเป็นพิษต่อเซลล์ ในการทดลองเพิ่มเติม ฤทธิ์ที่เป็นพิษต่อเซลล์ของ IEL ที่ต้านกับมาสโตไซโตมา P815 ถูกตรวจสอบ เซลล์เป้าหมายนี้ถือว่าไม่มีลิแกนด์สำหรับอินทีกริน ในกรณีนี้ ฟังก์ชันเอฟเฟกเตอร์ที่เป็นพิษต่อเซลล์ถูกกระตุ้นโดยแอนติ-CD3 mAb และในทางตรงกันข้ามกับผลลัพธ์ที่มี CMT93 การสลายเซลล์เป้าหมายเพิ่มขึ้นเมื่อมี M290 และแอนติบอดีอื่นๆ ต่ออินทีกริน ซึ่งบ่งชี้ถึงผลการกระตุ้นร่วม ผลลัพธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นว่า alpha M290 beta 7 รับรู้ถึงแกนด์บนพื้นผิวของเซลล์เยื่อบุผิวบางชนิด นอกจากนี้ ยังให้ข้อบ่งชี้ที่ชัดเจนประการแรกว่าอินทิกรินนี้อาจมีบทบาทสำคัญในการทำงานร่วมกันระหว่างทีเซลล์และเยื่อบุผิวของเยื่อเมือก


วัคซีนป้องกันเยื่อเมือกเพื่อต่อสู้กับโรคติดเชื้ออุบัติใหม่

ระบบภูมิคุ้มกันของเยื่อเมือกประกอบด้วยโมเลกุล เซลล์ และโครงสร้างน้ำเหลืองที่จัดระเบียบซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อให้ภูมิคุ้มกันต่อเชื้อโรคที่กระทบกับผิวเยื่อเมือก การติดเชื้อของเยื่อเมือกจากเชื้อโรคภายในเซลล์ส่งผลให้เกิดภูมิคุ้มกันที่อาศัยเซลล์ ซึ่งแสดงออกโดยเซลล์ CD4-positive (CD4 + ) T helper-type 1 เช่นเดียวกับ CD8 + cytotoxic T-lymphocytes การตอบสนองเหล่านี้โดยปกติจะมาพร้อมกับการสังเคราะห์สารคัดหลั่งอิมมูโนโกลบูลิน A (S-IgA) แอนติบอดี ซึ่งเป็นด่านแรกที่สำคัญในการป้องกันต่อการบุกรุกของเนื้อเยื่อส่วนลึกโดยเชื้อโรคเหล่านี้ วัคซีนไวรัสที่มีชีวิตและถูกทำให้อ่อนฤทธิ์รุ่นใหม่ เช่น วัคซีนป้องกันไข้หวัดใหญ่จมูกชนิดรีคอมบิแนนท์และวัคซีนโรตาไวรัสในช่องปาก เพิ่มประสิทธิภาพการป้องกันภูมิคุ้มกันของเยื่อเมือกรูปแบบนี้ แม้จะมีความก้าวหน้าเหล่านี้ โรคติดเชื้อชนิดใหม่และที่กำลังเกิดขึ้นใหม่กำลังให้ความสมดุลเพื่อสนับสนุนการพัฒนาวัคซีนเยื่อเมือกอย่างต่อเนื่องของปรสิตเพื่อต่อสู้กับภัยคุกคามใหม่ ๆ เหล่านี้อย่างมีประสิทธิภาพ


BIO 140 - ชีววิทยามนุษย์ 1 - ตำรา

/>
เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น งานนี้ได้รับอนุญาตภายใต้ Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License..

ในการพิมพ์หน้านี้:

คลิกที่ไอคอนเครื่องพิมพ์ที่ด้านล่างของหน้าจอ

งานพิมพ์ของคุณไม่สมบูรณ์หรือไม่?

ตรวจสอบให้แน่ใจว่างานพิมพ์ของคุณมีเนื้อหาทั้งหมดจากหน้า หากไม่เป็นเช่นนั้น ให้ลองเปิดคู่มือนี้ในเบราว์เซอร์อื่นและพิมพ์จากที่นั่น (บางครั้ง Internet Explorer ทำงานได้ดีกว่า บางครั้ง Chrome บางครั้ง Firefox เป็นต้น)

บทที่ 25

การตอบสนองของภูมิคุ้มกันแบบปรับตัว: T ลิมโฟไซต์และประเภทการทำงาน

  • อธิบายข้อดีของการตอบสนองภูมิคุ้มกันแบบปรับตัวได้ดีกว่าการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันโดยกำเนิด
  • ระบุลักษณะต่างๆ ของแอนติเจน
  • อธิบายชนิดของตัวรับแอนติเจนของทีเซลล์
  • สรุปขั้นตอนของการพัฒนาทีเซลล์
  • อธิบายประเภททีเซลล์หลักและหน้าที่ของพวกมัน

การตอบสนองทางภูมิคุ้มกันโดยธรรมชาติ (และการตอบสนองที่กระตุ้นตั้งแต่เนิ่นๆ) ในหลายกรณีไม่ได้ผลในการควบคุมการเจริญเติบโตของเชื้อก่อโรคอย่างสมบูรณ์ อย่างไรก็ตาม พวกมันจะชะลอการเจริญเติบโตของเชื้อโรคและให้เวลาสำหรับการตอบสนองของภูมิคุ้มกันแบบปรับตัวเพื่อเสริมสร้างและควบคุมหรือกำจัดเชื้อโรค ระบบภูมิคุ้มกันโดยธรรมชาติยังส่งสัญญาณไปยังเซลล์ของระบบภูมิคุ้มกันแบบปรับตัว เพื่อเป็นแนวทางในการโจมตีเชื้อโรค ดังนั้น สิ่งเหล่านี้จึงเป็นแขนที่สำคัญสองประการของการตอบสนองทางภูมิคุ้มกัน

ประโยชน์ของการตอบสนองภูมิคุ้มกันแบบปรับตัว

ความจำเพาะของการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันแบบปรับตัว&mdashis ความสามารถในการรับรู้และตอบสนองต่อเชื้อโรคต่างๆ&mdashi โดยเฉพาะคือจุดแข็งที่ยอดเยี่ยม แอนติเจน ซึ่งเป็นกลุ่มเคมีขนาดเล็กที่มักเกี่ยวข้องกับเชื้อโรค รับรู้โดยตัวรับบนผิวของลิมโฟไซต์ B และ T การตอบสนองทางภูมิคุ้มกันแบบปรับตัวต่อแอนติเจนเหล่านี้มีความหลากหลายมากจนสามารถตอบสนองต่อเชื้อโรคได้เกือบทุกชนิด ความจำเพาะที่เพิ่มขึ้นนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการตอบสนองของภูมิคุ้มกันแบบปรับตัวมีวิธีการพัฒนาตัวรับที่แตกต่างกันมากถึง 10 11 หรือ 100 ล้านล้านตัวเพื่อรับรู้เกือบทุกเชื้อโรคที่เป็นไปได้ สามารถเข้ารหัสแอนติบอดีได้หลายประเภทได้อย่างไร? แล้วลักษณะเฉพาะหลายอย่างของทีเซลล์ล่ะ? มี DNA ในเซลล์ไม่เพียงพอที่จะมียีนที่แยกจากกันสำหรับแต่ละความจำเพาะ กลไกนี้ได้ผลในที่สุดในปี 1970 และ 1980 โดยใช้เครื่องมือใหม่ของอณูพันธุศาสตร์

โรคหลักและความจำทางภูมิคุ้มกัน

ระบบภูมิคุ้มกันที่ได้รับเชื้อก่อโรคครั้งแรกเรียกว่าการตอบสนองแบบปรับตัวหลัก อาการของการติดเชื้อครั้งแรกที่เรียกว่าโรคปฐมภูมิมักค่อนข้างรุนแรง เนื่องจากต้องใช้เวลาในการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันแบบปรับตัวในขั้นต้นต่อเชื้อโรคจึงจะได้ผล

เมื่อสัมผัสซ้ำกับเชื้อโรคตัวเดิม การตอบสนองของภูมิคุ้มกันแบบปรับตัวรองจะถูกสร้างขึ้น ซึ่งแข็งแกร่งกว่าและเร็วกว่าการตอบสนองหลัก การตอบสนองแบบปรับตัวทุติยภูมิมักจะกำจัดเชื้อโรคก่อนที่มันจะทำให้เนื้อเยื่อเสียหายอย่างมีนัยสำคัญหรือมีอาการใดๆ หากไม่มีอาการ ก็ไม่มีโรค และบุคคลนั้นไม่ได้ตระหนักถึงการติดเชื้อด้วยซ้ำ การตอบสนองทุติยภูมินี้เป็นพื้นฐานของความจำทางภูมิคุ้มกัน ซึ่งปกป้องเราจากการติดโรคซ้ำๆ จากเชื้อก่อโรคเดียวกัน ด้วยกลไกนี้ การที่บุคคลได้สัมผัสกับเชื้อโรคตั้งแต่อายุยังน้อยช่วยให้บุคคลนั้นพ้นจากโรคเหล่านี้ได้ในภายหลัง

การรับรู้ตนเอง

ลักษณะสำคัญประการที่สามของการตอบสนองภูมิคุ้มกันแบบปรับตัวคือความสามารถในการแยกแยะระหว่างแอนติเจนในตัวเอง แอนติเจนที่ปกติมีอยู่ในร่างกาย และแอนติเจนจากต่างประเทศ แอนติเจนที่อาจก่อโรคได้ เมื่อเซลล์ T และ B เติบโตเต็มที่ จะมีกลไกที่ป้องกันไม่ให้เซลล์เหล่านี้รับรู้แอนติเจนในตัวเอง ซึ่งป้องกันการตอบสนองของภูมิคุ้มกันที่สร้างความเสียหายต่อร่างกาย อย่างไรก็ตาม กลไกเหล่านี้ไม่ได้ผล 100 เปอร์เซ็นต์ และการสลายของกลไกเหล่านี้นำไปสู่โรคภูมิต้านตนเอง ซึ่งจะกล่าวถึงในบทนี้ต่อไป

T Cell-Mediated Immune Responses

เซลล์ปฐมภูมิที่ควบคุมการตอบสนองของภูมิคุ้มกันแบบปรับตัว ได้แก่ ลิมโฟไซต์ เซลล์ T และ B ทีเซลล์มีความสำคัญเป็นพิเศษ เนื่องจากไม่เพียงแต่ควบคุมการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันจำนวนมากโดยตรง แต่ยังควบคุมการตอบสนองของภูมิคุ้มกันของบีเซลล์ในหลายกรณีเช่นกัน ดังนั้น การตัดสินใจหลายครั้งเกี่ยวกับวิธีการโจมตีเชื้อโรคจึงเกิดขึ้นที่ระดับทีเซลล์ และความรู้เกี่ยวกับประเภทการทำงานของพวกมันจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำความเข้าใจการทำงานและการควบคุมการตอบสนองของภูมิคุ้มกันแบบปรับตัวโดยรวม

T lymphocytes รู้จักแอนติเจนโดยอาศัยตัวรับโปรตีนสองสาย ตัวรับทีเซลล์อัลฟา-เบตาที่พบมากที่สุดและมีความสำคัญ (รูปที่ 1)

รูปที่ 1: สังเกตบริเวณคงที่และแปรผันของแต่ละสายโซ่ที่ยึดโดยบริเวณทรานส์เมมเบรน

มีสายโซ่สองสายในตัวรับทีเซลล์ และแต่ละสายประกอบด้วยสองโดเมน โดเมนของบริเวณที่แปรผันได้อยู่ห่างจากเยื่อหุ้มเซลล์ของทีเซลล์มากที่สุดและตั้งชื่อตามนั้นเนื่องจากลำดับกรดอะมิโนแตกต่างกันไประหว่างตัวรับ ในทางตรงกันข้าม โดเมนของบริเวณคงที่มีการแปรผันน้อยกว่า ความแตกต่างในลำดับกรดอะมิโนของโดเมนที่แปรผันได้คือพื้นฐานระดับโมเลกุลของความหลากหลายของแอนติเจนที่รีเซพเตอร์สามารถรับรู้ได้ ดังนั้น ตำแหน่งซึ่งจับแอนติเจนของรีเซพเตอร์จึงประกอบด้วยส่วนปลายของสายรีเซพเตอร์ทั้งสองสาย และลำดับกรดอะมิโนของสองพื้นที่เหล่านั้นรวมกันเพื่อกำหนดหาความจำเพาะของแอนติเจน ทีเซลล์แต่ละเซลล์สร้างตัวรับเพียงชนิดเดียว ดังนั้นจึงมีความเฉพาะเจาะจงสำหรับแอนติเจนที่จำเพาะเพียงตัวเดียว

แอนติเจน

แอนติเจนบนเชื้อโรคมักจะมีขนาดใหญ่และซับซ้อน และประกอบด้วยตัวกำหนดแอนติเจนจำนวนมาก ดีเทอร์มิแนนต์แอนติเจน (อีพิโทป) เป็นหนึ่งในบริเวณเล็กๆ ภายในแอนติเจนซึ่งรีเซพเตอร์สามารถจับได้ และดีเทอร์มิแนนต์แอนติเจนถูกจำกัดด้วยขนาดของรีเซพเตอร์เอง พวกมันมักจะประกอบด้วยกรดอะมิโนเรซิดิวหกตัวหรือน้อยกว่าในโปรตีน หรือน้ำตาลหนึ่งหรือสองมอยอิตีในแอนติเจนของคาร์โบไฮเดรต ตัวกำหนดแอนติเจนบนแอนติเจนของคาร์โบไฮเดรตมักจะมีความหลากหลายน้อยกว่าแอนติเจนของโปรตีน แอนติเจนของคาร์โบไฮเดรตพบได้บนผนังเซลล์แบคทีเรียและในเซลล์เม็ดเลือดแดง (แอนติเจนของกลุ่มเลือด ABO) แอนติเจนของโปรตีนมีความซับซ้อนเนื่องจากรูปร่างสามมิติที่หลากหลายซึ่งโปรตีนสามารถสันนิษฐานได้ และมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันต่อไวรัสและปรสิตของหนอน เป็นปฏิสัมพันธ์ของรูปร่างของแอนติเจนและรูปร่างเสริมของกรดอะมิโนของตำแหน่งที่จับกับแอนติเจนซึ่งอธิบายพื้นฐานทางเคมีของความจำเพาะ (รูปที่ 2)

รูปที่ 2: แอนติเจนของโปรตีนโดยทั่วไปมีปัจจัยกำหนดแอนติเจนหลายตัว แสดงโดยความสามารถของทีเซลล์ที่มีความจำเพาะต่างกันสามอย่างในการจับกับส่วนต่างๆ ของแอนติเจนเดียวกัน

การประมวลผลและการนำเสนอแอนติเจน

แม้ว่ารูปที่ 2 จะแสดงตัวรับทีเซลล์ซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กับตัวกำหนดแอนติเจนโดยตรง แต่กลไกที่ทีเซลล์ใช้ในการจดจำแอนติเจนนั้น ในความเป็นจริง ซับซ้อนกว่ามาก ทีเซลล์ไม่รู้จักแอนติเจนที่ลอยอิสระหรือจับกับเซลล์เมื่อปรากฏบนพื้นผิวของเชื้อโรค พวกเขารู้จักแอนติเจนบนพื้นผิวของเซลล์พิเศษที่เรียกว่าเซลล์ที่สร้างแอนติเจนเท่านั้น แอนติเจนถูกทำให้อยู่ภายในโดยเซลล์เหล่านี้ การประมวลผลแอนติเจนเป็นกลไกที่เอนไซม์แยกแอนติเจนออกเป็นชิ้นเล็ก ๆ จากนั้นชิ้นส่วนแอนติเจนจะถูกส่งไปยังพื้นผิวของเซลล์และเกี่ยวข้องกับโปรตีนที่สร้างแอนติเจนชนิดพิเศษที่รู้จักกันในชื่อโมเลกุลเชิงซ้อนของความเข้ากันได้ที่สำคัญ (MHC) MHC คือคลัสเตอร์ของยีนที่เข้ารหัสโมเลกุลที่สร้างแอนติเจนเหล่านี้ การรวมตัวของชิ้นส่วนแอนติเจนกับโมเลกุล MHC บนพื้นผิวของเซลล์เรียกว่าการนำเสนอแอนติเจน และส่งผลให้เกิดการจดจำแอนติเจนโดยทีเซลล์ การเชื่อมโยงกันของแอนติเจนและ MHC นี้เกิดขึ้นภายในเซลล์ และมันเป็นความซับซ้อนของทั้งสองที่นำไปสู่พื้นผิว รอยแยกที่มีผลผูกพันเปปไทด์คือการเยื้องเล็ก ๆ ที่ส่วนท้ายของโมเลกุล MHC ซึ่งอยู่ห่างจากเยื่อหุ้มเซลล์มากที่สุด โดยที่ชิ้นส่วนของแอนติเจนที่ผ่านกระบวนการนี้ตั้งอยู่ โมเลกุล MHC สามารถแสดงแอนติเจนได้หลากหลาย ขึ้นอยู่กับลำดับกรดอะมิโนในแหว่งที่จับเปปไทด์ของพวกมัน เป็นการรวมกันของโมเลกุล MHC และชิ้นส่วนของเปปไทด์ดั้งเดิมหรือคาร์โบไฮเดรตที่รับรู้ทางกายภาพโดยตัวรับ T เซลล์ (รูปที่ 3)

โมเลกุล MHC ที่แตกต่างกันสองประเภทคือ MHC คลาส I และ MHC คลาส II มีบทบาทในการนำเสนอแอนติเจน แม้ว่าจะผลิตจากยีนที่แตกต่างกัน แต่ก็มีหน้าที่คล้ายคลึงกัน พวกเขานำแอนติเจนที่ผ่านกระบวนการมาสู่พื้นผิวของเซลล์ผ่านทางถุงขนส่งและนำเสนอแอนติเจนไปยังเซลล์ T และตัวรับ อย่างไรก็ตาม แอนติเจนจากเชื้อโรคประเภทต่างๆ ใช้คลาส MHC ที่แตกต่างกัน และใช้เส้นทางต่างๆ ผ่านเซลล์เพื่อไปยังพื้นผิวเพื่อนำเสนอ แม้ว่ากลไกพื้นฐานจะเหมือนกัน แอนติเจนถูกประมวลผลโดยการย่อยอาหาร ถูกนำเข้าสู่ระบบเยื่อบุโพรงมดลูกของเซลล์ จากนั้นจึงแสดงออกบนพื้นผิวของเซลล์ที่สร้างแอนติเจนเพื่อการรู้จำแอนติเจนโดยทีเซลล์ แอนติเจนภายในเซลล์เป็นเรื่องปกติของไวรัส ซึ่งทำซ้ำภายในเซลล์ ตลอดจนปรสิตและแบคทีเรียภายในเซลล์บางชนิด แอนติเจนเหล่านี้ถูกประมวลผลในไซโตซอลโดยเอ็นไซม์เชิงซ้อนที่เรียกว่าโปรทีโซม จากนั้นจึงนำเข้าสู่เอนโดพลาสมิกเรติคิวลัมโดยตัวขนส่งที่เกี่ยวข้องกับระบบประมวลผลแอนติเจน (TAP) ซึ่งพวกมันมีปฏิสัมพันธ์กับโมเลกุล MHC คลาส I และในที่สุดก็ถูกส่งไปยังเซลล์ พื้นผิวโดยถุงขนส่ง

แอนติเจนนอกเซลล์ ลักษณะของแบคทีเรีย ปรสิต และเชื้อราหลายชนิดที่ไม่ทำซ้ำภายในไซโตพลาสซึมของเซลล์ ถูกนำเข้าสู่ระบบเยื่อบุโพรงมดลูกของเซลล์โดยเอนโดไซโทซิสที่อาศัยตัวรับ ถุงที่เกิดจะหลอมรวมกับถุงน้ำจากคอมเพล็กซ์ Golgi ซึ่งประกอบด้วยโมเลกุล MHC คลาส II ที่ก่อตัวไว้ล่วงหน้า หลังจากการหลอมเหลวของถุงทั้งสองนี้และการรวมตัวของแอนติเจนและ MHC ถุงใหม่จะเข้าสู่ผิวเซลล์

เซลล์ที่นำเสนอแอนติเจนอย่างมืออาชีพ

เซลล์หลายชนิดแสดงโมเลกุลคลาส I สำหรับการนำเสนอแอนติเจนภายในเซลล์ โมเลกุล MHC เหล่านี้อาจกระตุ้นการตอบสนองภูมิคุ้มกันของทีเซลล์ที่เป็นพิษต่อเซลล์ ทำลายเซลล์และเชื้อโรคภายในในที่สุด นี่เป็นสิ่งสำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพูดถึงไวรัสในชั้นที่พบมากที่สุดของเชื้อโรคในเซลล์ ไวรัสแพร่ระบาดในเนื้อเยื่อเกือบทุกส่วนของร่างกาย ดังนั้นเนื้อเยื่อทั้งหมดเหล่านี้จะต้องสามารถแสดงคลาส I MHC ได้ หรือไม่สามารถสร้างการตอบสนองของทีเซลล์ได้

ในทางกลับกัน โมเลกุล MHC คลาส II จะแสดงเฉพาะในเซลล์ของระบบภูมิคุ้มกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเซลล์ที่ส่งผลต่อแขนส่วนอื่นๆ ของการตอบสนองของภูมิคุ้มกัน ดังนั้น เซลล์เหล่านี้จึงเรียกว่าเซลล์ที่สร้างแอนติเจน &ldquoprofessional&rdquo เพื่อแยกความแตกต่างจากเซลล์ที่มีคลาส I MHC พรีเซนเตอร์แอนติเจนระดับมืออาชีพสามประเภท ได้แก่ มาโครฟาจ เซลล์เดนไดรต์ และเซลล์บี (ตารางที่ 1)

มาโครฟาจกระตุ้นทีเซลล์ให้ปล่อยไซโตไคน์ที่ส่งเสริมฟาโกไซโตซิส เซลล์เดนไดรต์ยังฆ่าเชื้อก่อโรคโดยฟาโกไซโทซิส (ดูรูปที่ 2) แต่หน้าที่หลักของพวกมันคือการนำแอนติเจนไปยังต่อมน้ำเหลืองที่ระบายออกในระดับภูมิภาค ต่อมน้ำหลืองเป็นตำแหน่งที่ T เซลล์ส่วนใหญ่ตอบสนองต่อเชื้อโรคของเนื้อเยื่อคั่นระหว่างหน้า พบมาโครฟาจในผิวหนังและในเยื่อบุผิวของเยื่อเมือก เช่น ช่องจมูก กระเพาะอาหาร ปอด และลำไส้ บีเซลล์ยังอาจนำเสนอแอนติเจนต่อทีเซลล์ ซึ่งจำเป็นสำหรับการตอบสนองของแอนติบอดีบางประเภทที่จะกล่าวถึงในตอนต่อไปในบทนี้

ตารางที่ 1: คลาสของเซลล์ที่นำเสนอแอนติเจน

MHC ประเภทเซลล์ ฟาโกไซติก? การทำงาน
ชั้นI มากมาย เลขที่ กระตุ้นการตอบสนองของภูมิคุ้มกันทีเซลล์เป็นพิษต่อเซลล์
ชั้นII มาโครฟาจ ใช่ กระตุ้นเซลล์ฟาโกไซโตซิสและการนำเสนอที่บริเวณที่ติดเชื้อหลัก
ชั้นII Dendritic ใช่ในเนื้อเยื่อ นำแอนติเจนไปยังต่อมน้ำเหลืองในระดับภูมิภาค
ชั้นII บีเซลล์ ใช่ ทำให้พื้นผิว Ig และแอนติเจนเป็นไปภายใน กระตุ้นการหลั่งแอนติบอดีจากบีเซลล์

การพัฒนาและการสร้างความแตกต่างของทีเซลล์

กระบวนการกำจัดทีเซลล์ที่อาจโจมตีเซลล์ของร่างกายของตัวเองเรียกว่าความทนทานต่อทีเซลล์ ในขณะที่ไทโมไซต์อยู่ในคอร์เทกซ์ของต่อมไทมัส ไทมัสจะถูกเรียกว่า &ldquodouble negatives&rdquo หมายความว่าพวกมันไม่มีโมเลกุล CD4 หรือ CD8 ​​ที่คุณสามารถใช้เพื่อติดตามเส้นทางของการสร้างความแตกต่าง (รูปที่ 4) ในคอร์เทกซ์ของต่อมไทมัส พวกมันจะสัมผัสกับเซลล์เยื่อบุผิวของคอร์เทกซ์ ในกระบวนการที่เรียกว่าการคัดเลือกเชิงบวก ไทโมไซต์แบบดับเบิ้ลเนกาทีฟจับกับโมเลกุล MHC ที่พวกมันสังเกตพบบนเยื่อบุผิวไทมิก และเลือกโมเลกุล MHC ของ &ldquoself&rdquo กลไกนี้ฆ่าไทโมไซต์จำนวนมากในระหว่างการสร้างความแตกต่างของทีเซลล์ อันที่จริงมีเพียงสองเปอร์เซ็นต์ของไทโมไซต์ที่เข้าสู่ไธมัสปล่อยให้มันเป็นทีเซลล์ที่โตเต็มที่และทำงานได้

รูปที่ 4: ไทโมไซต์เข้าสู่ต่อมไทมัสและผ่านขั้นตอนการพัฒนาหลายชุดเพื่อให้แน่ใจว่าทั้งการทำงานและความทนทานก่อนที่จะออกไปและกลายเป็นส่วนประกอบเชิงหน้าที่ของการตอบสนองภูมิคุ้มกันแบบปรับตัว

ต่อมาเซลล์กลายเป็นบวกสองเท่าที่แสดงทั้งเครื่องหมาย CD4 และ CD8 และย้ายจากเยื่อหุ้มสมองไปยังจุดเชื่อมต่อระหว่างเยื่อหุ้มสมองและไขกระดูก ที่นี่การเลือกเชิงลบเกิดขึ้น ในการเลือกเชิงลบ แอนติเจนในตัวเองจะถูกนำเข้าสู่ต่อมไทมัสจากส่วนอื่น ๆ ของร่างกายโดยเซลล์ที่สร้างแอนติเจนอย่างมืออาชีพ ทีเซลล์ที่จับกับแอนติเจนในตัวเองเหล่านี้ถูกเลือกในทางลบและถูกฆ่าโดยอะพอพโทซิส โดยสรุป ทีเซลล์ที่เหลือคือเซลล์ที่สามารถจับกับโมเลกุล MHC ของร่างกายโดยมีแอนติเจนแปลกปลอมปรากฏบนรอยแยกที่ยึดเกาะ เพื่อป้องกันการโจมตีเนื้อเยื่อของร่างกายของตัวเอง อย่างน้อยก็ในสถานการณ์ปกติ อย่างไรก็ตาม ความอดทนสามารถถูกทำลายได้โดยการพัฒนาการตอบสนองของภูมิต้านทานผิดปกติ ซึ่งจะกล่าวถึงในบทนี้ต่อไป

เซลล์ที่ออกจากต่อมไทมัสกลายเป็นผลบวกเดี่ยว โดยแสดงออกถึง CD4 หรือ CD8 ​​แต่ไม่ใช่ทั้งสองอย่าง (ดูรูปที่ 4) เซลล์ CD4 + T จะจับกับคลาส II MHC และเซลล์ CD8 + จะจับกับคลาส I MHC การอภิปรายต่อไปนี้จะอธิบายหน้าที่ของโมเลกุลเหล่านี้และวิธีที่สามารถนำมาใช้เพื่อแยกความแตกต่างระหว่างประเภทการทำงานของทีเซลล์ต่างๆ

กลไกของการตอบสนองภูมิคุ้มกันทีเซลล์เป็นสื่อกลาง

เซลล์ T ที่โตเต็มที่จะถูกกระตุ้นโดยการจดจำแอนติเจนจากต่างประเทศที่ประมวลผลแล้วร่วมกับโมเลกุล MHC ในตัว และเริ่มแบ่งตัวอย่างรวดเร็วโดยการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส การเพิ่มจำนวนของเซลล์ T นี้เรียกว่าการขยายตัวของโคลน และจำเป็นต้องทำให้การตอบสนองของภูมิคุ้มกันแข็งแรงพอที่จะควบคุมเชื้อโรคได้อย่างมีประสิทธิภาพ ร่างกายคัดเลือกเฉพาะเซลล์ T ที่จำเป็นต่อเชื้อโรคจำเพาะอย่างไร? อีกครั้ง ความจำเพาะของทีเซลล์ขึ้นอยู่กับลำดับกรดอะมิโนและรูปร่างสามมิติของตำแหน่งซึ่งจับแอนติเจนที่เกิดขึ้นจากบริเวณแปรผันของสองสายของรีเซพเตอร์ทีเซลล์ (รูปที่ 5) การคัดเลือกแบบโคลนเป็นกระบวนการของการจับแอนติเจนเฉพาะกับทีเซลล์ที่มีตัวรับจำเพาะต่อแอนติเจนนั้นเท่านั้น ทีเซลล์แต่ละเซลล์ที่ถูกกระตุ้นมีรีเซพเตอร์ &ldquohard-wired&rdquo จำเพาะเข้าไปใน DNA ของมัน และลูกหลานทั้งหมดจะมี DNA และรีเซพเตอร์ของทีเซลล์เหมือนกัน สร้างโคลนของทีเซลล์ดั้งเดิม

รูปที่ 5: เซลล์ต้นกำเนิดแยกความแตกต่างออกเป็นเซลล์ T ด้วยตัวรับจำเพาะที่เรียกว่าโคลน โคลนที่มีตัวรับจำเพาะสำหรับแอนติเจนในเชื้อโรคจะถูกเลือกและขยายออก

การเลือกโคลนและการขยายตัว

ทฤษฎีการคัดเลือกโคลนถูกเสนอโดย Frank Burnet ในปี 1950 อย่างไรก็ตาม คำว่า clonal selection นั้นไม่ใช่คำอธิบายที่สมบูรณ์ของทฤษฎีนี้ เนื่องจากการขยายตัวของโคลนนั้นอยู่ในขั้นตอนการคัดเลือก หลักการสำคัญของทฤษฎีนี้คือบุคคลทั่วไปมี T cell clones ประเภทต่างๆ มากมาย (10 11) ขึ้นอยู่กับตัวรับ ในการใช้งานนี้ โคลนคือกลุ่มของลิมโฟไซต์ที่มีตัวรับแอนติเจนเหมือนกัน โคลนแต่ละตัวจำเป็นต้องมีอยู่ในร่างกายด้วยจำนวนที่น้อย มิฉะนั้น ร่างกายจะไม่มีที่ว่างสำหรับเซลล์เม็ดเลือดขาวที่มีความเฉพาะเจาะจงมากมาย

เฉพาะสำเนาพันธุ์ของลิมโฟไซต์ซึ่งตัวรับถูกกระตุ้นโดยแอนติเจนเท่านั้นที่ถูกกระตุ้นเพื่อเพิ่มจำนวน โปรดทราบว่าแอนติเจนส่วนใหญ่มีปัจจัยกำหนดแอนติเจนหลายตัว ดังนั้นการตอบสนองของทีเซลล์ต่อแอนติเจนทั่วไปจึงเกี่ยวข้องกับการตอบสนองของโพลีโคลนัล การตอบสนองของโพลีโคลนอลคือการกระตุ้นของสำเนาพันธุ์ทีเซลล์หลายตัว เมื่อเปิดใช้งานแล้ว สำเนาพันธุ์ที่เลือกจะเพิ่มจำนวนและสร้างสำเนาของเซลล์แต่ละประเภทจำนวนมาก โดยแต่ละโคลนจะมีตัวรับเฉพาะ เมื่อกระบวนการนี้เสร็จสิ้น ร่างกายจะมีเซลล์ลิมโฟไซต์จำเพาะจำนวนมากพร้อมที่จะต่อสู้กับการติดเชื้อ (ดูรูปที่ 5)

พื้นฐานเซลลูล่าร์ของหน่วยความจำภูมิคุ้มกัน

ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ลักษณะสำคัญประการหนึ่งของการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันแบบปรับตัวคือการพัฒนาความจำทางภูมิคุ้มกัน

ในระหว่างการตอบสนองภูมิคุ้มกันแบบปรับตัวขั้นต้น ทั้งหน่วยความจำ T เซลล์และเอฟเฟกเตอร์ T เซลล์จะถูกสร้างขึ้น เซลล์ T ของหน่วยความจำมีอายุการใช้งานยาวนานและสามารถคงอยู่ได้ตลอดชีวิต เซลล์หน่วยความจำถูกเตรียมให้ทำงานอย่างรวดเร็ว ดังนั้น การสัมผัสกับเชื้อก่อโรคในเวลาต่อมาจะกระตุ้นการตอบสนองของทีเซลล์ที่รวดเร็วมาก การตอบสนองแบบปรับตัวรองอย่างรวดเร็วนี้สร้างเอฟเฟกเตอร์ทีเซลล์จำนวนมากอย่างรวดเร็วจนเชื้อโรคมักจะถูกครอบงำก่อนที่จะทำให้เกิดอาการของโรค นี่คือสิ่งที่หมายถึงภูมิคุ้มกันต่อโรค รูปแบบเดียวกันของการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันปฐมภูมิและทุติยภูมิเกิดขึ้นในเซลล์ B และการตอบสนองของแอนติบอดี ดังที่จะกล่าวถึงในบทต่อไป

ประเภทเซลล์ T และหน้าที่

ในการอภิปรายเกี่ยวกับการพัฒนาทีเซลล์ คุณเห็นว่าทีเซลล์ที่เจริญเต็มที่แสดงเครื่องหมาย CD4 หรือเครื่องหมาย CD8 อย่างใดอย่างหนึ่ง แต่ไม่ใช่ทั้งสองอย่าง เครื่องหมายเหล่านี้เป็นโมเลกุลการยึดเกาะของเซลล์ที่ทำให้ทีเซลล์สัมผัสใกล้ชิดกับเซลล์ที่สร้างแอนติเจนโดยการจับโดยตรงกับโมเลกุล MHC (กับส่วนอื่นของโมเลกุลที่แตกต่างจากแอนติเจน) ดังนั้น ทีเซลล์และเซลล์ที่นำเสนอแอนติเจนจึงถูกยึดเข้าด้วยกันในสองวิธี: โดย CD4 หรือ CD8 ​​ที่ยึดติดกับ MHC และโดยตัวรับทีเซลล์ซึ่งจับกับแอนติเจน (รูปที่ 6)

รูปที่ 6: (a) CD4 เกี่ยวข้องกับตัวช่วยและทีเซลล์ควบคุม เชื้อโรคนอกเซลล์ได้รับการประมวลผลและนำเสนอในรอยแยกการจับของโมเลกุล MHC คลาส II และปฏิกิริยานี้ได้รับการเสริมความแข็งแกร่งโดยโมเลกุล CD4 (b) CD8 เกี่ยวข้องกับทีเซลล์ที่เป็นพิษต่อเซลล์ เชื้อโรคภายในเซลล์ถูกนำเสนอโดยโมเลกุล MHC คลาส I และ CD8 มีปฏิสัมพันธ์กับมัน

แม้ว่าความสัมพันธ์จะไม่ใช่ 100 เปอร์เซ็นต์ แต่ทีเซลล์ที่มี CD4 นั้นสัมพันธ์กับหน้าที่ของตัวช่วยและทีเซลล์ที่มี CD8 นั้นสัมพันธ์กับความเป็นพิษต่อเซลล์ ความแตกต่างของฟังก์ชันเหล่านี้ตามเครื่องหมาย CD4 และ CD8 มีประโยชน์ในการกำหนดฟังก์ชันของแต่ละประเภท

Helper T Cells และ Cytokines ของพวกมัน

Helper T cells (Th) ซึ่งมีโมเลกุล CD4 ทำหน้าที่โดยการหลั่งไซโตไคน์ที่ทำหน้าที่เพิ่มการตอบสนองของภูมิคุ้มกันอื่นๆ มีเซลล์ Th อยู่ 2 ประเภท และทำหน้าที่เกี่ยวกับส่วนประกอบต่างๆ ของการตอบสนองทางภูมิคุ้มกัน เซลล์เหล่านี้ไม่ได้จำแนกตามโมเลกุลบนพื้นผิว แต่โดยลักษณะเฉพาะของชุดของไซโตไคน์ที่พวกมันหลั่งออกมา (ตารางที่ 2)

เซลล์ Th1 เป็นเซลล์ตัวช่วยชนิดหนึ่งที่หลั่งไซโตไคน์ที่ควบคุมการทำงานของภูมิคุ้มกันและการพัฒนาของเซลล์ต่างๆ รวมถึงมาโครฟาจและทีเซลล์ประเภทอื่นๆ

ในทางกลับกัน เซลล์ Th2 เป็นเซลล์ที่หลั่งไซโตไคน์ซึ่งทำหน้าที่ในเซลล์บีเพื่อขับเคลื่อนความแตกต่างของพวกมันให้กลายเป็นเซลล์พลาสมาที่สร้างแอนติบอดี อันที่จริง ความช่วยเหลือจากทีเซลล์เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการตอบสนองของแอนติบอดีต่อแอนติเจนของโปรตีนส่วนใหญ่ และสิ่งเหล่านี้เรียกว่าแอนติเจนที่ขึ้นกับทีเซลล์

เซลล์ทีเป็นพิษต่อเซลล์

ทีเซลล์ที่เป็นพิษต่อเซลล์ (Tc) คือทีเซลล์ที่ฆ่าเซลล์เป้าหมายโดยการกระตุ้นการตายของเซลล์โดยใช้กลไกเดียวกันกับเซลล์ NK พวกเขาแสดงลิแกนด์ Fas ซึ่งจับกับโมเลกุล fas บนเซลล์เป้าหมาย หรือกระทำโดยใช้เพอร์ฟอรินและแกรนไซม์ที่มีอยู่ในแกรนูลของไซโตพลาสซึมของพวกมัน ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้กับเซลล์ NK การฆ่าเซลล์ที่ติดเชื้อไวรัสก่อนที่ไวรัสจะสามารถทำให้วงจรการจำลองแบบสมบูรณ์ส่งผลให้ไม่มีการผลิตอนุภาคที่ติดเชื้อ เมื่อมีการพัฒนาเซลล์ Tc จำนวนมากขึ้นในระหว่างการตอบสนองของภูมิคุ้มกัน เซลล์เหล่านี้ก็ล้นเกินความสามารถของไวรัสในการทำให้เกิดโรค นอกจากนี้ เซลล์ Tc แต่ละเซลล์สามารถฆ่าเซลล์เป้าหมายได้มากกว่าหนึ่งเซลล์ ทำให้มีประสิทธิภาพเป็นพิเศษ เซลล์ Tc มีความสำคัญมากในการตอบสนองของภูมิคุ้มกันต้านไวรัส ซึ่งบางคนคาดการณ์ว่านี่เป็นสาเหตุหลักที่การตอบสนองทางภูมิคุ้มกันแบบปรับตัวได้เกิดขึ้นตั้งแต่แรก

กฎข้อบังคับ T Cells

Regulatory T cells (Treg) หรือ Suppressor T cells เป็นประเภทที่ค้นพบล่าสุดในที่นี้ ดังนั้นจึงไม่ค่อยมีใครเข้าใจเกี่ยวกับเซลล์เหล่านี้ นอกจาก CD4 แล้ว พวกมันยังมีโมเลกุล CD25 และ FOXP3 วิธีการทำงานของมันยังคงอยู่ภายใต้การตรวจสอบ แต่เป็นที่ทราบกันดีว่าพวกเขายับยั้งการตอบสนองภูมิคุ้มกันของ T เซลล์อื่นๆ นี่เป็นคุณลักษณะที่สำคัญของการตอบสนองทางภูมิคุ้มกัน เนื่องจากหากการขยายตัวของโคลนระหว่างการตอบสนองของภูมิคุ้มกันยังคงไม่สามารถควบคุมได้ การตอบสนองเหล่านี้อาจนำไปสู่โรคภูมิต้านตนเองและปัญหาทางการแพทย์อื่นๆ

ทีเซลล์ไม่เพียงทำลายเชื้อโรคโดยตรงเท่านั้น แต่ยังควบคุมการตอบสนองต่อภูมิคุ้มกันแบบปรับตัวได้เกือบทุกประเภทอีกด้วย ดังที่เห็นได้จากหน้าที่ของชนิดทีเซลล์ เครื่องหมายบนพื้นผิว เซลล์ที่พวกมันทำงาน และชนิดของเชื้อโรค พวกเขาต่อต้าน (ดูตารางที่ 2)

ตารางที่ 2: หน้าที่ของชนิดทีเซลล์และไซโตไคน์ของพวกมัน

ทีเซลล์ เป้าหมายหลัก การทำงาน เชื้อโรค เครื่องหมายพื้นผิว MHC ไซโตไคน์หรือตัวกลาง
Tc เซลล์ที่ติดเชื้อ ความเป็นพิษต่อเซลล์ ภายในเซลล์ CD8 ชั้นI เพอร์ฟอรินส์ แกรนไซม์ และแฟสลิแกนด์
Th1 มาโครฟาจ ตัวช่วยกระตุ้น เซลล์นอกเซลล์ CD4 ชั้นII Interferon-&gamma และ TGF-&beta
Th2 บีเซลล์ ตัวช่วย >Extracellular CD4 ชั้นII IL-4, IL-6, IL-10 และอื่นๆ
Treg Th เซลล์ ปราบปราม ไม่มี CD4, CD25 ? TGF-&เบต้า และ IL-10

บททบทวน

ทีเซลล์รับรู้แอนติเจนด้วยตัวรับแอนติเจน ซึ่งเป็นคอมเพล็กซ์ของสายโปรตีนสองสายบนผิวของพวกมัน อย่างไรก็ตาม พวกมันไม่รู้จักแอนติเจนในตัวเอง แต่มีเฉพาะแอนติเจนที่ถูกประมวลผลเท่านั้นที่แสดงบนพื้นผิวของพวกมันในร่องยึดเกาะของโมเลกุลที่ซับซ้อนของ histocompatibility ที่สำคัญ ทีเซลล์พัฒนาในต่อมไทมัส ซึ่งพวกมันเรียนรู้ที่จะใช้โมเลกุล MHC ในตัวเพื่อรับรู้เฉพาะแอนติเจนจากภายนอกเท่านั้น จึงทำให้พวกมันสามารถทนต่อแอนติเจนในตัวเองได้ ทีลิมโฟไซต์มีการทำงานหลายประเภท ประเภทหลักคือตัวช่วย กฎข้อบังคับ และทีเซลล์ที่เป็นพิษต่อเซลล์


10-15. Secretory IgA เป็นไอโซไทป์ของแอนติบอดีที่เกี่ยวข้องกับระบบภูมิคุ้มกันของเยื่อเมือก

ไอโซไทป์แอนติบอดีที่โดดเด่นของระบบภูมิคุ้มกันของเยื่อเมือกคือ IgA แอนติบอดีประเภทนี้พบได้ในมนุษย์ในรูปแบบไอโซไทป์สองรูปแบบ คือ IgA1 และ IgA2 การแสดงออกของ IgA แตกต่างกันระหว่างสองส่วนหลักที่พบในการหลั่งเลือดและเยื่อเมือก ในเลือดพบว่า IgA ส่วนใหญ่เป็นโมโนเมอร์และอัตราส่วนของ IgA1 ต่อ IgA2 อยู่ที่ประมาณ 4:1 ในการหลั่งของเยื่อเมือก IgA ถูกผลิตขึ้นโดยเฉพาะในรูปของไดเมอร์ และอัตราส่วนของ IgA1 ต่อ IgA2 อยู่ที่ประมาณ 3:2 เชื้อโรคในลำไส้ทั่วไปจำนวนหนึ่งมีเอนไซม์ย่อยโปรตีนที่สามารถย่อย IgA1 ได้ ในขณะที่ IgA2 มีความทนทานต่อการย่อยอาหารมากกว่ามาก สัดส่วนที่สูงขึ้นของเซลล์พลาสมาที่หลั่ง IgA2 ในลำไส้เล็ก propria อาจเป็นผลมาจากแรงกดดันที่เลือกโดยเชื้อโรคต่อบุคคลที่มีระดับ IgA2 ต่ำในลำไส้ กลไกของการเปลี่ยนไอโซไทป์เป็น IgA ได้อธิบายไว้ในหัวข้อที่ 9-14

มีกลไกพิเศษในการหลั่งโพลีเมอร์ IgA และแอนติบอดี IgM เข้าไปในรูของลำไส้ (ดูหัวข้อ 9-13) พอลิเมอร์ IgA และ IgM ถูกสังเคราะห์ขึ้นทั่วลำไส้โดยเซลล์พลาสมาที่อยู่ในแผ่นลามินาโพรพรีเรีย และถูกส่งไปยังลำไส้โดยเซลล์เยื่อบุผิวที่ยังไม่บรรลุนิติภาวะซึ่งอยู่ที่ฐานของห้องใต้ดินที่ฝังศพใต้ถุนโบสถ์ สิ่งเหล่านี้แสดงตัวรับอิมมูโนโกลบูลินโพลีเมอร์บนพื้นผิว basolateral รีเซพเตอร์นี้จับโพลีเมอร์ IgA หรือ IgM และขนส่งแอนติบอดีโดยการทรานส์ไซโตซิสไปยังพื้นผิวที่ส่องสว่างของลำไส้ เมื่อไปถึงพื้นผิวที่เป็นรูพรุนของ enterocyte แอนติบอดีจะถูกปลดปล่อยเข้าสู่สารคัดหลั่งโดยการแยกย่อยโปรตีนของโดเมนนอกเซลล์ของรีเซพเตอร์ IgA ที่เป็นโพลีเมอร์ IgA และ IgM ที่หลั่งออกมาจะจับกับชั้นเมือกที่อยู่เหนือเยื่อบุผิวในลำไส้ ซึ่งพวกมันสามารถจับและทำให้เป็นกลางเชื้อโรคในลำไส้และผลิตภัณฑ์ที่เป็นพิษของพวกมัน (รูปที่ 10.20)

รูปที่ 10.20

ไอโซไทป์ของแอนติบอดีที่สำคัญที่มีอยู่ในรูของลำไส้คือ IgA โพลีเมอร์ที่หลั่งออกมา สิ่งนี้ถูกสังเคราะห์โดยเซลล์พลาสมาใน lamina propria และขนส่งไปยังลูเมนของลำไส้ผ่านเซลล์เยื่อบุผิวที่ฐานของ crypts พอลิเมอร์ IgA (เพิ่มเติม. )


ผลลัพธ์

การสร้างภูมิคุ้มกัน rAd ทำให้เกิดการตอบสนองของเยื่อเมือก CD8 + T-lymphocyte ที่มีศักยภาพและทนทาน

We first studied the ability of intramuscularly administered rAd serotype 5 (rAd5) vectors to elicit mucosal cellular immune responses. C57BL/6 mice were immunized intramuscularly with 10 9 viral particles (VP) of rAd5 expressing SIV Gag (rAd5-Gag), and Gag-specific CD8+ T-lymphocyte responses specific for the dominant D b -restricted epitope AL11 (AAVKNWMTQTL) (30) were assessed by D b /AL11 tetramer binding assays over 24 weeks. We evaluated the magnitude and kinetics of AL11-specific CD8+ T-lymphocyte responses in multiple systemic and mucosal compartments, including peripheral blood, spleen, inguinal and mesenteric lymph nodes, Peyer's patches, vaginal mucosa, and the intraepithelial and lamina propria lymphocyte populations (IEL and LPL) of both the small and large intestines. To determine the effector or memory phenotype of AL11-specific CD8+ T-lymphocytes, multiparameter flow cytometry was utilized to assess CD44, CD62L and CD127 expression (37-39). Lymphocytes from systemic and mucosal compartments exhibited comparable viability as determined by vital dye exclusion and their ability to produce interferon-γ (IFN-γ) and interleukin-2 (IL-2) following stimulation with phytohemagglutinin and ionomycin (data not shown). Lymphocytes isolated from mucosal effector surfaces were also free of contamination from blood or inductive lymphoid tissue, as demonstrated by minimal numbers of naïve (CD44-CD62L+) and central memory (CD44+CD62L+) T-lymphocytes in the cell populations isolated from these compartments (data not shown).

After a single intramuscular immunization with 10 9 VP rAd5-Gag, high frequency AL11-specific CD8+ T-lymphocyte responses were observed in multiple systemic and mucosal compartments, as shown for a representative experiment ( Fig. 1A ) or in summary for 4-6 mice per time point ( Fig. 1B ). The kinetics of the responses were similar at all anatomic sites evaluated. At week 2 following vaccination, mean peak AL11-specific CD8+ T-lymphocyte responses in blood were 6.4% of total CD8+ T-lymphocytes, while mean peak responses in spleen were 4.0%. Mean peak responses in both systemic and mucosal lymphoid inductive sites were several-fold lower (inguinal lymph nodes 0.6%, mesenteric lymph nodes 0.7% and Peyer's patches 1.3%). Surprisingly, mean peak responses in small and large bowel lamina propria (6.1% and 4.0%, respectively) were comparable in magnitude to those seen in blood and spleen, although mean peak responses in the small and large bowel IEL compartment were several-fold lower (1.6% in each compartment). In the vaginal tract, mean peak responses were, remarkably, 33% of CD8+ T-lymphocytes. In all anatomic compartments, AL11-specific CD8+ T-lymphocyte responses exhibited considerable durability up to 24 weeks following a single immunization. A similar anatomic distribution of CD8+ T lymphocyte responses was observed after subcutaneous immunization (data not shown).

Intramuscular rAd immunization induces durable high frequency CD8+ T-lymphocyte memory in multiple mucosal compartments. C57BL/6 mice were immunized intramuscularly with 10 9 VP rAd5-Gag, and AL11-specific CD8+ T-lymphocyte responses were followed over a 24-week time course in multiple anatomic compartments using D b /AL11 tetramer binding assays, as shown for a representative experiment (A) and in summary for 4-6 mice/time point in (B). In (C), the memory phenotype (effector, black bars effector memory, white bars and central memory, gray bars) of the AL11-specific CD8+ T-lymphyocyte population was determined at weeks 2 and 24 post-immunization based on expression of CD62L and CD127. Error bars are +/− S.E.

At week 2, AL11-specific CD8+ T-lymphocytes from all anatomic sites exhibited predominantly an effector (CD62L− CD127 low) phenotype ( Fig. 1C ). However, by week 24, AL11-specific CD8+ T-lymphocyte responses transitioned to a memory phenotype, with effector memory lymphocytes (CD62L− CD127 high) present at all anatomic sites and central memory lymphocytes (CD62L+ CD127 high) accumulating preferentially at both mucosal and systemic lymphoid inductive sites ( Fig. 1C ). These data demonstrate the phenotypic changes of vaccine-elicited CD8+ T-lymphocytes over time in the development of systemic and mucosal CD8+ T-lymphocyte memory at both inductive and effector sites.

To assess the functionality of vaccine-elicited mucosal CD8+ T-lymphocyte responses, we performed intracellular cytokine staining (ICS) assays to evaluate antigen-specific IFN-γ and IL-2 production at week 2 following intramuscular vaccination with 10 9 VP rAd5-Gag. High-frequency IFN-γ+ CD8+ T-lymphocyte responses were observed in multiple systemic and mucosal compartments following stimulation with either pooled SIV Gag peptides or the immunodominant AL11 peptide, and the anatomic distribution of these responses was concordant with the tetramer binding assays, as shown in representative mice ( Fig. 2A ) and in summary for 6 mice per group ( Fig. 2B ). IL-2+ CD8+ T-lymphocyte responses were of lower magnitude as compared with IFN-γ responses, consistent with our ongoing studies of rAd5 vectors in rhesus monkeys (40), but the magnitude of IL-2 responses nevertheless remained comparable between spleen and small bowel lamina propria ( Fig. 2C ). The majority of IL-2-secreting cells also produced IFN-γ (data not shown). In contrast, little to no IL-4 and IL-10 was secreted by these cell populations (data not shown). Thus, intramuscular immunization with rAd5-Gag induced the accumulation of potent, durable and functional antigen-specific memory CD8+ T-lymphocytes in multiple mucosal compartments. The functionality of the mucosal AL11-specific CD8+ T-lymphocytes elicited by this regimen was further confirmed by their capacity to expand and to control an intranasal rVaccinia-Gag challenge (data not shown).

Intramuscular rAd immunization induces high frequency functional mucosal CD8+ T-lymphocyte responses but low frequency mucosal CD4+ T-lymphocyte responses. C57BL/6 mice were immunized intramuscularly with 10 9 VP rAd5-Gag, and CD8+ T-lymphocyte responses to pooled Gag peptides or to the AL11 epitope peptide were monitored at week 2 post-immunization by intracellular cytokine staining for IFN-γ, as shown for a representative experiment in (A) and in summary for 6 mice/group in (B), or for IL-2 (C). C57BL/6 mice (n=6/group) were also immunized intramuscularly with 10 9 VP of rAd5-Gag (D) or primed with 10 9 VP rAd5-Gag and boosted with 10 9 VP rAd5HVR48-Gag (E), and CD4+ T-cell responses were assessed by intracellular cytokine staining for IFN-γ after stimulation with pooled Gag peptides at week 2 post-immunization. Error bars are +/− S.E.

Although mucosal antigen-specific CD8+ T-lymphocytes may be desirable for a candidate HIV-1 vaccine, it is possible that vaccine-elicited mucosal CD4+ T-lymphocytes may serve as additional targets of HIV-1 infection and prove detrimental. We therefore evaluated the mucosal CD4+ T-lymphocyte responses elicited by intramuscular rAd5-Gag immunization. At week 2 following a single immunization with 10 9 VP rAd5-Gag, low-frequency (0.18%) IFN-γ-secreting CD4+ T-lymphocytes could be detected in spleen following stimulation with pooled SIV Gag peptides ( Fig. 2D ). However, IFN-γ secreting CD4+ T-lymphocytes in the small bowel mucosa were not significantly above background despite clearly detectable CD8+ T-lymphocyte responses in this anatomic compartment ( Fig. 2A-B ). Moreover, IL-2 and IL-4 secreting CD4+ T lymphocytes were not detected in both systemic and mucosal compartments (data not shown). To increase our capacity to detect mucosal CD4+ T-lymphocyte responses, C57BL/6 mice were primed intramuscularly with 10 9 VP rAd5-Gag and boosted with 10 9 VP of the heterologous hexon-chimeric vector rAd5HVR48-Gag (31). At week 2 following the boost immunization, increased Gag-specific CD4+ T-lymphocyte responses were observed in splenocytes, but only low responses were observed in the small bowel mucosa ( Fig. 2E ). Thus, while high frequency IFN-γ and low frequency IL-2 secreting mucosal Gag-specific CD8+ T-lymphocytes were induced following intramuscular rAd5 immunization, Gag-specific CD4+ T-lymphocyte responses were over 10-fold lower in magnitude and only marginally detectable in this model.

We also assessed Gag-specific antibodies in serum, rectal washes and vaginal washes by ELISA in similarly vaccinated mice. Gag-specific IgG was detected in serum following immunization with 10 10 VP rAd5HVR48-Gag, but no Gag-specific IgG or IgA was detected in rectal or vaginal washes (data not shown).

Systemic CD8+ T-lymphocytes rapidly traffic to mucosal surfaces after intramuscular rAd vaccination

The comparable magnitude and kinetics of CD8+ T-lymphocyte responses in systemic and mucosal compartments following intramuscular rAd vaccination suggested a coordinated cellular immune response that bridged anatomic sites, contrasting with the anatomically skewed cellular immune responses reported in prior studies of several different vaccine modalities (6-10). One possibility was that the rAd vectors directly distributed to mucosal sites and primed local responses simultaneously in multiple anatomic compartments. However, GLP-grade rAd biodistribution studies in rabbits supporting regulatory submissions to the FDA showed no evidence of direct vector trafficking to mucosal lymphoid inductive sites following intramuscular immunization utilizing an ultrasensitive and validated quantitative PCR-based assay (D.H.B., unpublished data). These data strongly suggest that T-lymphocyte priming was restricted to systemic inductive sites. We therefore hypothesized that systemic CD8+ T-lymphocytes may have acquired the capacity to migrate to mucosal surfaces and to persist at those sites following intramuscular rAd vaccination.

To explore this possibility, we performed adoptive transfer studies to evaluate the trafficking of systemic CD8+ T-lymphocytes activated by rAd immunization. C57BL/6 mice were primed intramuscularly with 10 9 VP of the rare serotype vector rAd26-Gag (32), and boosted 6 weeks later with 10 9 VP rAd5HVR48-Gag to generate high frequencies of AL11-specific CD8+ T-lymphocytes (10% of CD8+ T-lymphocytes in spleen). On day 10 after the boost immunization, systemic CD8+ T-lymphocytes were purified from splenocytes by negative selection using immunomagnetic beads. CD8+ T-lymphocytes were then transferred intravenously to naïve recipient mice, and the anatomic distribution and phenotype of the transferred AL11-specific CD8+ T-lymphocytes were determined 14 days later. AL11-specific CD8+ T-lymphocytes from spleen rapidly migrated from the blood to all anatomic sites examined and established a tissue distribution pattern that recapitulated that seen after direct immunization, as shown for a representative experiment ( Fig. 3A ) and in summary for 5 mice ( Fig. 3B ). Moreover, the anatomic distribution of effector and memory phenotypes of the transferred AL11-specific CD8+ T-lymphocytes ( Fig. 3C ) proved comparable with that seen after active immunization ( Fig. 1C ), with central memory cells accumulating at systemic and mucosal inductive sites but largely excluded from mucosal effector surfaces. Importantly, transferred AL11-specific CD8+ T-lymphocytes that trafficked to the gastrointestinal tract also markedly increased expression of integrins and chemokine receptors critical for intestinal homing. 㬧 integrin, CCR9 and CD103 (integrin αIEL) (1, 41) were dramatically upregulated on AL11-specific CD8+ T-lymphocytes migrating to gastrointestinal LPL and IEL compartments despite being expressed at very low levels on donor lymphocytes prior to adoptive transfer ( Fig. 3D ). These findings suggest that vaccine-activated, systemic CD8+ T-lymphocytes exhibited substantial phenotypic plasticity as well as the capacity to traffic widely to mucosal tissues.

Systemic CD8+ T-lymphocytes upregulate mucosal homing markers and migrate to multiple mucosal compartments after adoptive transfer. Donor C57BL/6 mice were primed intramuscularly at week 0 with 10 9 VP rAd26-Gag and boosted at week 6 with 10 9 VP rAd5HVR48-Gag. On day 10 following the boost immunization, CD8+ T-lymphocytes were purified from splenocytes by negative immunomagnetic selection, and 2휐 7 purified lymphocytes were injected intravenously into naïve recipient mice (n=5/experiment). The tissue distribution of transferred AL11-specific CD8+ T-lymphocytes was determined at week 2 after adoptive transfer, as shown for a representative experiment (A) and in summary for 5 mice/group in (B). The effector and memory phenotypes (C) and the pattern of mucosal homing marker expression (D) were determined for AL11-specific CD8+ T-lymphocytes both prior to transfer and at week 2 post-transfer.

Given these observations, we hypothesized that intramuscular vaccination altered the migration patterns of antigen-specific CD8+ T-lymphocytes and conferred mucosal homing capacity to these cells, which typically have more restricted trafficking patterns. To compare directly the tissue migration patterns of quiescent and vaccine-activated systemic CD8+ T-lymphocytes, we performed adoptive transfer experiments utilizing congenic mice. Systemic CD8+ T-lymphocytes were purified from splenocytes of naïve CD45.1+ mice (B6.SJL) and transferred intravenously to naïve CD45.2-congenic recipients (C57BL/6). As expected, transferred naïve CD8+ T-lymphocytes migrated rapidly to the spleen and lymph nodes in recipient mice ( Fig. 4A ). However, in the absence of immunization, trafficking of adoptively transferred CD8+ T-lymphocytes to mucosal effector sites was highly restricted at day 14 post-transfer, as demonstrated by the low proportion of CD45.1+ to CD45.2+ CD8+ T-lymphocytes in the gastrointestinal IEL and LPL compartments ( Fig. 4A ). In contrast, intramuscular immunization of the recipient mice with 10 9 VP rAd5-Gag on day 2 post-transfer generated AL11-specific CD45.1+ CD8+ T-lymphocytes that efficiently migrated to gastrointestinal mucosa, as shown by the comparable proportions of these cells relative to AL11-specific CD45.2+ CD8+ T-lymphocytes across both systemic and mucosal compartments on day 14 ( Fig. 4B ). These findings demonstrate that vaccine-activated, but not quiescent, peripheral CD8+ T-lymphocytes have the capacity to migrate rapidly and extensively to multiple mucosal tissues. Moreover, the congenic adoptive transfer system allowed for a comparison of the relative magnitudes of mucosal immune responses generated by adoptively transferred and native CD8+ T-lymphocytes within the same mouse. The comparable responses in multiple anatomic compartments ( Fig. 4B ) suggest that trafficking of systemic lymphocytes to mucosal sites accounted for the vast majority of antigen-specific mucosal CD8+ T-lymphocytes. Thus, trafficking of systemic lymphocytes, rather than direct local priming at mucosal sites, appears to be the predominant mechanism for generating widespread mucosal immunity following systemic vaccination with rAd vectors.

Vaccination facilitates trafficking of systemic CD8+ T-lymphocytes to mucosal surfaces. 10 7 purified systemic CD8+ T-lymphocytes were isolated from splenocytes of naïve CD45.1+ donors and adoptively transferred into naïve congenic CD45.2+ recipients. The ratio of transferred/native CD8+ T-lymphocytes was determined on day 12 post-transfer for the total CD8+ T-lymphocyte population at each anatomic site in the absence of immunization (A) or for the responding AL11-specific CD8+ T-lymphocyte population at each anatomic site on day 14 post-immunization with rAd5-Gag (B). In each case, the top panel demonstrates the gating strategy used for analysis, the middle panel shows a representative experiment, and the bottom panel shows the ratio of transferred/native CD8+ T-lymphocytes at each anatomic site averaged for 4 mice/group. (C) 10 7 purified systemic CD4+ T-lymphocytes were isolated from splenocytes of naïve CD45.1+ donors and adoptively transferred into naïve congenic CD45.2+ recipients. The ratio of transferred/native CD4+ T-lymphocytes was determined on day 14 post-transfer at each anatomic site in the absence of immunization (black bars) or following intramuscular immunization with rAd5-Gag on day 2 (white bars). Error bars are +/− S.E.

We also assessed the capacity of CD4+ T-lymphocytes to traffic to mucosal sites utilizing the same adoptive transfer and immunization protocol. Naïve CD4+ T-lymphocytes exhibited limited capacity to migrate to mucosal sites ( Fig. 4C, black bars ), comparable with the restricted trafficking observed with naïve CD8+ T-lymphocytes ( Fig. 4A ). Vaccination did not detectably increase the capacity of total CD4+ T-lymphocytes to migrate to mucosal surfaces ( Fig. 4C, white bars ). However, we were unable to study the trafficking of antigen-specific CD4+ T-lymphocytes to mucosal surfaces as a result of the low magnitude of Gag-specific CD4+ T-lymphocyte responses in this experimental model ( Fig. 2D-E ).

Heterologous prime-boost regimens with rare serotype and hexon-chimeric rAd vectors elicit potent anamnestic mucosal cellular immune responses

The capacity of antigen-specific CD8+ T-lymphocytes to traffic from systemic to mucosal compartments after a single immunization raised the possibility that mucosal cellular immune responses may increase further following heterologous boost immunizations. However, the anatomic distribution of recall responses has previously been reported to be biased by the site of initial antigen exposure (1, 2). Therefore, we investigated whether repeated intramuscular administration of rAd vectors in heterologous prime-boost regimens would augment mucosal responses or, alternatively, would bias recall responses away from mucosal surfaces. The utility of homologous rAd prime-boost regimens is limited by the inability of homologous vector readministration to boost responses efficiently, as a result of the generation of potent vector-specific neutralizing antibodies by the priming immunization (30, 42, 43). Therefore, we utilized serologically distinct rare serotype and hexon-chimeric rAd vectors for these studies.

Naïve C57BL/6 mice or mice previously primed with 10 9 VP rAd26-Gag were boosted intramuscularly with 10 9 VP rAd5HVR48-Gag, and CD8+ T-lymphocyte responses were examined in multiple anatomic compartments. As compared with naïve mice, mice previously primed with rAd26-Gag exhibited substantially higher peak frequencies of AL11-specific CD8+ T-lymphocytes following rAd5HVR48-Gag immunization in both systemic and mucosal compartments ( Fig. 5A ), and the magnitude of the boost effect was comparable at systemic and mucosal sites. After boosting, frequencies of AL11-specific CD8+ T-lymphocytes approached 20% in the small bowel lamina propria and exceeded 60% in the vaginal tract, and these responses persisted for over 12 weeks. Thus, rather than directing CD8+ T-lymphocyte responses away from mucosal surfaces, boosting with a heterologous vector resulted in potent and persistent secondary recall responses in multiple mucosal compartments.

Heterologous rAd prime-boost regimens are significantly superior to homologous regimens in inducing mucosal CD8+ T-lymphocyte recall responses. (A) To compare primary and recall responses, AL11-specific CD8+ T-lymphocyte responses at week 2 and week 12 following immunization with 10 9 VP rAd5HVR48-Gag were evaluated in previously naïve C57BL/6 mice (white bars) or in mice primed 6 weeks earlier with 10 9 VP rAd26-Gag (black bars) (n=4/group at each time point). (B) C57BL/6 mice (n=4/group at each time point) were primed intramuscularly at week 0 with 10 9 VP rAd26-Gag and boosted at week 8 with either 10 9 VP rAd26-Gag (homologous vector dashed lines) or 10 9 VP rAd5HVR48-Gag (heterologous vector solid lines). AL11-specific CD8+ T-lymphocyte responses were assessed at multiple time points following the priming and boosting immunizations. Means +/− S.E. for each group are shown. Asterisks denote two-sided t-tests. ILN, inguinal lymph nodes MLN, mesenteric lymph nodes PP, Peyer's patches SB, small bowel LB, large bowel IEL, intraepithelial lymphocytes LPL, lamina propria lymphocytes VT, vaginal tract.

We next directly compared the magnitude and kinetics of mucosal CD8+ T-lymphocyte responses elicited by systemic heterologous versus homologous rAd prime-boost regimens. C57BL/6 mice were primed intramuscularly at week 0 with rAd26-Gag and were boosted intramuscularly at week 8 with the homologous rAd26-Gag vector or the heterologous rAd5HVR48-Gag vector. Systemic and mucosal AL11-specific CD8+ T-lymphocyte responses were assessed for 12 weeks following boost immunization. Homologous boosting with rAd26-Gag resulted in little to no increase in CD8+ T-lymphocyte responses as expected ( Fig. 5B ). In contrast, heterologous boosting with rAd5HVR48-Gag generated significantly enhanced peak and memory CD8+ T-lymphocyte responses in both systemic and mucosal compartments (p=0.005 for spleen, p=0.001 for small bowel LPL, p=0.005 for large bowel LPL, and p=0.02 for vaginal tract lymphocytes comparing heterologous versus homologous responses at week 10 using two-tailed t-tests). These data demonstrate that heterologous rAd prime-boost regimens were significantly superior to homologous rAd regimens for generating potent and durable cellular immune memory in the gastrointestinal and vaginal tracts.

Intramuscular rAd immunization induces high frequency, durable mucosal CD8+ T-lymphocyte memory in rhesus monkeys

We next investigated whether our findings of robust mucosal cellular immunity in intramuscularly rAd vaccinated mice would translate into nonhuman primates. We immunized three rhesus monkeys (two that expressed the MHC class I allele MamuA*01 and one that did not express this allele) intramuscularly with 10 11 VP of rAd5HVR48-Gag. Mamu-A*01-restricted CD8+ T-lymphocyte responses to the highly immunodominant Gag epitope CM9 (CTPYDINQM) (44) were assessed by multiparameter tetramer binding assays for up to 1 year following immunization in multiple systemic and mucosal compartments. CD8+ T-lymphocyte responses were observed in duodenal mucosa as well as in blood and lymph nodes in the Mamu-A*01-positive animals at weeks 4 and 32 after vaccination, and the magnitude of mucosal responses proved comparable with the magnitude of systemic responses ( Fig. 6 ). Moreover, CM9-specific memory CD8+ T-lymphocytes persisted for at least 52 weeks following vaccination. At this late time point, CM9-specific CD8+ T-lymphocytes were still detected in duodenal mucosa, colorectal mucosa, bronchoalveolar lavage and vaginal mucosa. Importantly, the magnitude of these long-term mucosal responses proved comparable with those found in blood and lymph nodes, except for responses in vaginal mucosa that were approximately 5-fold higher in magnitude than responses in blood, consistent with our mouse studies (Figs. ​ (Figs.1, 1 , ​ ,2). 2 ). At all anatomic sites, CM9-specific CD8+ T-lymphocytes were predominantly of a CD28+CD95+ memory phenotype (45). These data demonstrate that a single intramuscular rAd vaccination generated potent and durable CD8+ T-lymphocyte memory that persisted for over one year in multiple mucosal tissues in nonhuman primates.

Mucosal cellular immune memory in rhesus monkeys after intramuscular rAd vaccination. Two rhesus monkeys expressing the MHC class I allele Mamu-A*01 (animals 184-03, gray bars, and 210-03, black bars) and one monkey negative for this allele (153-03, white bars) were vaccinated intramuscularly with a single injection of 10 11 VP rAd5HVR48-Gag. Gag CM9-specific CD8+ T-lymphocyte responses were evaluated in systemic and mucosal compartments at weeks 4, 32, and 52 following vaccination. The memory phenotype of the responding lymphocytes was determined by CD28 and CD95 expression.


Chapter 2 - The Role of T Lymphocytes in Mucosal Protection and Injury

This chapter describes the fundamental properties of T lymphocytes and the factors which govern their secretion of cytokines in various inflammatory conditions. It discusses the mechanism of recruitment of T lymphocytes to sites of inflammation, particularly mucosal surfaces. The chapter shows the way in which the secretion of various patterns of cytokines can influence the course and nature of the ensuing inflammatory response. In some cases, these responses serve to protect the host against infection and ensure subsequent healing and repair. In other cases, however, these responses may be chronic and result in long-term damage to host tissues. T lymphocytes play a vital role in the immune mechanisms which lead to the damage as well as the protection of mucosal surfaces. Through their specific antigen receptors, T lymphocytes are responsible for the initiation and orchestration of immune responses. The particular patterns of cytokines secreted by activated T lymphocytes determine the nature of the ensuing inflammatory response, and in particular, decide whether cell-mediated reactions or humoral reactions predominate. T lymphocytes also play a role in the genesis of immunological tolerance, which may abrogate unwanted inflammatory responses in mucosal surfaces exposed to a wide variety of foreign antigens.


42.2D: Cytotoxic T Lymphocytes and Mucosal Surfaces - Biology

The innate and adaptive immune responses discussed thus far comprise the systemic immune system (affecting the whole body), which is distinct from the mucosal immune system. Mucosa are another name for mucous membranes. Mucosal immunity is formed by mucosa-associated lymphoid tissue, or MALT, which functions independently of the systemic immune system it has its own innate and adaptive components. MALT is a collection of lymphatic tissue that combines with epithelial tissue lining the mucosa throughout the body. This tissue functions as the immune barrier and immune response in areas of the body in direct contact to the external environment. The systemic and mucosal immune systems use many of the same cell types. Foreign particles that make their way to MALT are taken up by absorptive epithelial cells called M cells and delivered to APCs (antigen-presenting cells) located directly below the mucosal tissue. M cells are located in the Peyer’s patch, which is a lymphoid nodule. APCs of the mucosal immune system are primarily dendritic cells, with B cells and macrophages playing minor roles. Processed antigens displayed on APCs are detected by T cells in the MALT and at various mucosal induction sites, such as the tonsils, adenoids, appendix, or the mesenteric lymph nodes of the intestine. Activated T cells then migrate through the lymphatic system and into the circulatory system to mucosal sites of infection.

MALT tissue: The topology and function of intestinal MALT is shown. Pathogens are taken up by M cells in the intestinal epithelium and excreted into a pocket formed by the inner surface of the cell. The pocket contains antigen-presenting cells, such as dendritic cells, which engulf the antigens, then present them with MHC II molecules on the cell surface. The dendritic cells migrate to an underlying tissue called a Peyer’s patch. Antigen-presenting cells, T cells, and B cells aggregate within the Peyer’s patch, forming organized lymphoid follicles. There, some T cells and B cells are activated. Other antigen-loaded dendritic cells migrate through the lymphatic system where they activate B cells, T cells, and plasma cells in the lymph nodes. The activated cells then return to MALT tissue effector sites. IgA and other antibodies are secreted into the intestinal lumen.

MALT is a crucial component of a functional immune system because mucosal surfaces, such as the nasal passages, are the first tissues onto which inhaled or ingested pathogens are deposited. This allows the immune system to detect and deal with pathogens very quickly after they enter the body through various mucous membranes. The mucosal tissue includes the mouth, pharynx, and esophagus, along with the gastrointestinal, respiratory, and urogenital tracts.

Immune tolerance

The immune system has to be regulated to prevent wasteful, unnecessary responses to harmless substances and, more importantly, so that it does not attack “self.” The acquired ability to prevent an unnecessary or harmful immune response to a detected foreign substance known not to cause disease or to self-antigens is described as immune tolerance. The primary mechanism for developing immune tolerance to self-antigens occurs during the selection for weakly, self-binding cells during T and B lymphocyte maturation. Any T or B lymphocytes that recognize harmless foreign or “self” antigens are deleted before they can fully mature into immunocompetent cells.

There are populations of T cells that suppress the immune response to self-antigens. They also suppress the immune response after the infection has cleared to minimize host cell damage induced by inflammation and cell lysis. Immune tolerance is especially well developed in the mucosa of the upper digestive system because of the tremendous number of foreign substances (such as food proteins) that APCs of the oral cavity, pharynx, and gastrointestinal mucosa encounter. Immune tolerance is brought about by specialized APCs in the liver, lymph nodes, small intestine, and lung that present harmless antigens to a diverse population of regulatory T (Tทะเบียน) cells: specialized lymphocytes that suppress local inflammation and inhibit the secretion of stimulatory immune factors. The combined result of Tทะเบียน cells is to prevent immunologic activation and inflammation in undesired tissue compartments, allowing the immune system to focus on hazardous pathogens instead.


Nasal-associated lymphoid tissues (NALTs) support the recall but not priming of influenza virus-specific cytotoxic T cells

The lymphoid tissue that drains the upper respiratory tract represents an important induction site for cytotoxic T lymphocyte (CTL) immunity to airborne pathogens and intranasal vaccines. Here, we investigated the role of the nasal-associated lymphoid tissues (NALTs), which are mucosal-associated lymphoid organs embedded in the submucosa of the nasal passage, in the initial priming and recall expansion of CD8 + T cells following an upper respiratory tract infection with a pathogenic influenza virus and immunization with a live attenuated influenza virus vaccine. Whereas NALTs served as the induction site for the recall expansion of memory CD8 + T cells following influenza virus infection or vaccination, they failed to support activation of naïve CD8 + T cells. Strikingly, NALTs, unlike other lymphoid tissues, were not routinely surveyed during the steady state by circulating T cells. The selective recruitment of memory T cells into these lymphoid structures occurred in response to infection-induced elevation of the chemokine CXCL10, which attracted CXCR3 + memory CD8 + T cells. These results have significant implications for intranasal vaccines, which deliver antigen to mucosal-associated lymphoid tissue and aim to elicit protective CTL-mediated immunity.

คำสำคัญ: CD8 T-cell priming influenza virus nasal-associated lymphoid tissue respiratory tract.

แถลงการณ์ความขัดแย้งทางผลประโยชน์

ผู้เขียนประกาศไม่มีความขัดแย้งทางผลประโยชน์

ตัวเลข

Influenza antigen is present within…

Influenza antigen is present within the NALTs following intranasal influenza infection. ( NS…

HEV in the NALTs stain positive for PNAd and Madcam-1. ( NS และ…

CTL priming occurs in the…

CTL priming occurs in the cervical lymph nodes but not NALTs following influenza…

NALTs serve as the recall…

NALTs serve as the recall site for memory CD8 + T-cell responses following…

NALTs serve as the recall…

NALTs serve as the recall site for memory CD8 T-cell responses following an…

NALTs support the recall expansion…

NALTs support the recall expansion of memory CD8 + T cells, but not…

Effector memory CD8 T cells…

Effector memory CD8 T cells preferentially migrate into the inflamed NALTs. ( NS…

CXCR3 signaling promotes memory CD8…

CXCR3 signaling promotes memory CD8 + T-cell infiltration into the inflamed NALTs. (…

Elevation of Cxcl10 in the…

Elevation of Cxcl10 in the influenza virus-infected NALTs. Shown is the expression of…