Pomocné T lymfocyty (Th lymfocyty, Th buňky), známé také jako CD4 buňky, jsou typem T lymfocytů, které mají důležitou roli v imunitním systému, konkrétně v adaptivním imunitním systému. Th lymfocyty uvolňují cytokiny, kterými aktivují ostatní imunitní buňky, a dále pomáhají regulovat imunitní odpověď. Jsou nezbytné pro izotypový přesmyk u B lymfocytů, pro aktivaci a růst cytotoxických T lymfocytů, a aktivaci fagocytů, např. makrofágy.
Zralé Th lymfocyty exprimují na svém povrchu protein CD4, proto jsou označovány jako CD4+ T buňky. CD4+ buňky jsou obecně brány jako pomocné T buňky imunitního systému. Například, když antigen prezentující buňka (APC) vystavuje antigen prostřednictvím MHC II. třídy, CD4+ lymfocyt pomůže těmto buňkám prostřednictvím kombinace buněčných interakcí (CD40 ligand) a cytokinů.
Aktivace nezkušených pomocných T lymfocytů Po vývoji T lymfocytů v thymu se tyto buňky, nazývané recent thymic emigrants (RTE), dostávají z thymu a směřují do sekundárních lymfatických orgánů (slezina a lymfatické uzliny). Následné vyzrávání ve zralé nezkušené T lymfocyty (nezkušené T lymfocyty – buňky, které se doposud nesetkaly se svým specifickým antigenem), je spojeno se sníženou expresí povrchových markerů souvisejících s RTE, např. CD31, PTK7, komplementové receptory 1 a 2 (CR1, CR2), a produkcí interleukinu 8. Stejně jako ostatní T lymfocyty i nezkušené T lymfocyty exprimují komplex T buněčného receptoru (TCR) a molekuly CD3. TCR se skládá z konstantních a variabilních oblastí, variabilní oblast rozpoznává antigen. CD4+ T buňky rozpoznávají antigen prezentovaný v komplexu MHC II. třídy, který se obecně vyskytuje pouze na povrchu profesionálních antigen prezentujících buněk (APCs). Mezi profesionální APC řadíme dendritické buňky, makrofágy a B lymfocyty, ale pouze dendritické buňky jsou schopny exprimovat MHC II. třídy konstitutivně.
Rozpoznávání (signál 1) náhled|300x300pixelů| Prezentace antigenu stimuluje nezkušené CD8+ a CD4+ T lymfocyty a ty se stávají zralými cytotoxickými CD8+ a pomocnými CD4+ T lymfocyty. V průběhu imunitní odpovědi, profesionální antigen prezentující buňky (APCs) pohlcují cizí materiál (obvykle bakterie nebo viry), zpracují jej a poté vycestují z místa infekce do lymfatických uzlin. V lymfatických uzlinách začnou APCs prezentovat antigenní peptidy vázané v komplexu MHC II. třídy, to vede k aktivaci CD4+ T lymfocytů, které exprimují specifické TCR proti prezentovanému peptidu.
Když Th lymfocyt rozpozná antigen na APC, komplex TCR-CD3 (na T lymfocytu) se silně váže na komplex antigenní peptid-MHC II. třídy (na APC). Molekula CD4, která je koreceptorem komplexu TCR, se váže na jiný úsek molekuly MHC II. třídy. Tyto interakce přivádějí zúčastněné proteiny blíže k sobě, což umožňuje intracelulárním kinázám proteinů TCR, CD3 a CD4 se vzájemně aktivovat fosforylací. Pomocí fosfatázy přítomné na intracelulárním úseku molekuly CD45, tyto molekuly aktivují hlavní intracelulární signalizační dráhu Th lymfocytů. Tato signalizační dráha se označuje jako Signál 1 aktivace T lymfocytů, jelikož se jedná o první a primární proaktivační signál pomocných T lymfocytů. Při následném setkání se stejným antigenem dochází právě touto cestou k aktivaci paměťových T lymfocytů.
Vazba komplexu antigenní peptid-MHC s TCR a molekulou CD4 může také pomoci adhezi APC a Th lymfocytů, během aktivace Th. Primárně se však adheze v této buněčné interakci účastní molekuly LFA-1 (Th lymfocyty) a ICAM (APC).
Ověření (signál 2) Po obdržení prvního signálu musí být nezkušený T lymfocyt aktivován druhou nezávislou biochemickou signální dráhou, známou jako Signál 2. Tento ověřovací krok je ochranným opatřením, které zajišťuje, že T lymfocyt reaguje na cizí antigen. Při nepřítomnosti Signálu 2 během rozpoznání antigenu T lymfocyt předpokládá, že se jedná o autoreaktivní reakci a dochází k anergii T lymfocytu. Anergní T lymfocyt není schopný reagovat na žádný antigen v budoucnu, a to ani v případě, že budou přítomny oba signály. Obecně se věří, že anergní buňky cirkulují po celém těle, dokud neprojdou apoptózou.
Druhý signál zahrnuje interakci mezi CD28 na CD4+ T lymfocytech a proteiny CD80 (B7.1) nebo CD86 (B7.2) na profesionálních APCs. Jak CD80, tak CD86 aktivují receptor CD28. Všechny uvedené proteiny se nazývají kostimulační molekuly.
Ačkoli je ověřovací fáze nezbytná pro aktivaci nezkušených pomocných T lymfocytů, její důležitost je možné demonstrovat na podobné aktivaci CD8+ cytotoxcických T lymfocytů. Nezkušené CD8+ T lymfocyty spoléhají na aktivaci kostimulační molekuly CD28, která tímto způsobem potvrzuje cizí původ rozpoznaného antigenu (CD80/CD86 jsou exprimovány aktivními APCs). Molekula CD28 hraje významnou roli při snížení rizika autoimunitních reakcí T lymfocytů proti hostitelským antigenům.
Když jsou obě signální dráhy spuštěny, dochází k aktivaci doposud nezkušeného T lymfocytu. Druhý signál je poté již zbytečný a pro další aktivaci buňky je zapotřebí pouze Signál 1. To se týká především paměťových T lymfocytů, které jsou součástí adaptivní imunity. Při reinfekci stejným patogenem dochází k rychlejší imunitní odpovědi právě díky tomu, že T lymfocyty již prodělali ověření (Signál 2).
Proliferace Jakmile je dokončena aktivace oběma signály, pomocný T lymfocyt je schopen proliferovat. Toho je dosaženo pomocí silného růstového faktoru T lymfocytů, zvaného interleukin 2 (IL-2), který je sekretován autokrinně. Aktivované T lymfocyty také produkují alfa podjednotku receptoru pro IL-2 (CD25 nebo IL-2R), což umožňuje expresi funkčního receptoru, který po vazbě IL-2, aktivuje proliferační dráhu T lymfocytů.
Autokrinně nebo parakrinně sekretovaný IL-2 se váže na stejnou Th buňku nebo na sousední Th buňky prostřednictvím IL-2R, to vede k proliferaci a klonální expanzi T lymfocytů. Pomocné T lymfocyty, které obdržely aktivační signály a proliferují, se stávají Th0 lymfocyty, které sekretují IL-2, IL-4 a interferon gama (IFN-γ). Th0 lymfocyty se v závislosti na přítomnost cytokinů diferencují v Th1 nebo Th2 lymfocyty. Prostředí IFN-γ vede k produkci Th1 buněk, zatímco prostředí IL-10 a IL-4 tvorbu Th1 inhibuje. Naproti tomu prostředí IL-4 vede k produkci Th2 buněk a prostředí IFN-γ tvorbu Th2 inhibuje. Je důležité poznamenat, že cytokiny jsou pleiotropní a mají vliv na řadu funkcí imunitní odpovědi.
Stanovení funkční odpovědi T lymfocytů Pomocné T lymfocyty jsou schopny ovlivnit řadu imunitních buněk, T buněčná odpověď (včetně extracelulárních signálů jako jsou cytokiny) je nezbytná pro úspěšné překonání infekce. Aby byl pomocný T lymfocyt efektivní, musí určit které cytokiny zajistí nejúčinnější nebo nejprospěšnější reakci imunitního systému vůči hostiteli. Porozumět jak pomocné T lymfocyty reagují na imunitní výzvy je v současnosti velkým tématem v imunologii, tato znalost může být užitečná pro léčbu onemocnění a zvyšování účinnosti očkování.
Model Th1/Th 2 Proliferující pomocné T lymfocyty se diferencují do dvou hlavních podtypů známých jako Th1 a Th2 lymfocyty (také označované jako pomocné T buňky typu 1 a 2).
Th1 pomocné lymfocyty vedou ke zvýšení buňkami zprostředkované imunitní odpovědi, převážně proti intracelulárním bakteriím a prvokům (protozoa). Jsou spouštěny pomocí IL-12 a jejich efektorové cytokiny jsou IFN-γ a IL-2. Hlavními efektorovými buňkami Th1 imunitní reakce jsou makrofágy, dále pak CD8+ cytotoxické T lymfocyty, IgG B lymfocyty a IFN-γ CD4+ T lymfocyty. Klíčové transkripční faktory Th1 buněk jsou STAT4 a T-bet. Sekretovaný IFN-γ může aktivovat makrofágy k fagocytóze a štěpení intracelulárních bakterií a prvoků. IFN-γ navíc umožní aktivovat iNOS (inducibilní NO syntáza) za vzniku volných radikálů oxidů dusíku, které přímo zabíjí intracelulární patogeny.
Nadměrná aktivace Th1 imunitní odpovědi proti autoantigenům způsobuje Imunopatologickou reakci 4. typu, tzv. hypersenzitivitu opožděného typu (DTH). Diabetes mellitus typu 1 patří do této kategorie autoimunitních chorob.
Th2 pomocné lymfocyty vedou k humorální imunitní odpovědi, převážně proti extracelulárním parazitům a helmintům. Jsou spouštěny pomocí IL-4 a IL-2, jejich efektorové cytokiny jsou IL-4, IL-5, IL-9, IL-10, IL-13 a IL-25. Hlavními efektorovými buňkami Th2 imunitní reakce jsou eozinofily, bazofily, žírné buňky, dále B lymfocyty a IL-4/IL-5 CD4+ T lymfocyty. Klíčové transkripční faktory jsou STAT6 a GATA3. IL-4 stimuluje B lymfocyty k produkci protilátek třídy IgE. IgE protilátky dále stimulují žírné buňky k uvolňování histaminu, serotoninu a leukotrinů, které zvyšují acidifikaci žaludeční tekutiny, což vede k vyloučení helmintů. IL-5 aktivuje eozinofily, které napadají helminty. IL-10 potlačuje funkci dendritických buněk a také diferenciaci do Th1 lymfocytů.
Nadměrná aktivace Th2 imunitní odpovědi proti autoantigenu způsobuje alergii a přecitlivělost. Alergická rýma, atopický ekzém a astma patří do této kategorie autoimunitních chorob. Kromě exprese rozdílných cytokinů, Th2 lymfocyty se liší od Th1 lymfocytů v povrchových znacích, které činí Th2 lymfocyty méně náchylné vůči indukci buněčné smrti. střed|náhled|407x407pixelů| Th1/Th2 model pomocných T lymfocytů. Antigen je přijat a zpracován pomocí APC . APC vystavují antigenní peptidy T lymfocytům.
Horní Th0 je T pomocný lymfocyt, kterému je antigenní peptid předkládán v MHC II. třídy. IFN-y, interferon y; TGF-β, transformující růstový faktor β;
mø, makrofág; IL-2, interleukin 2 ; IL-4, interleukin 4 + Th1 / Th2 rozdělení Typ 1/Th1 Typ 2/Th2 Partnerské buňky Makrofág, CD8+ T lymfocyt B lymfocyt, eosinofil, žírná buňka Produkované cytokiny Interferon-y a TNF-β Produkce IL-2 a IL-10 zaznamenána u aktivovaných Th1 lymfocytů IL-4, IL-5, IL-6, IL-9, IL-10, IL-13 Imunitní stimulace Buněčný imunitní systém. Maximalizuje účinnost zabíjení u makrofágů a proliferaci cytotoxických CD8+ T lymfocytů. Podpora produkce IgG (opsonizující protilátky) Humorální imunitní systém. Stimuluje proliferaci B lymfocytů, indukuje izotypový přesmyk protilátek. Zvyšuje produkci neutralizačních protilátek (IgG, IgM, IgA, IgE). Další funkce IFN-y zvyšuje produkci IL-12 dendritickými buňkami a makrofágy a skrze pozitivní zpětnou vazbu, IL-12 stimuluje produkci IFN-y v Th lymfocytech a tím podporuje diferenciaci v Th1 lymfocyty. IFN-y také inhibuje produkci IL-4, čímž inhibuje vznik Th2 lymfocytů. Th2 imunitní odpověď podporuje vlastní profil pomocí dvou různých cytokinů. IL-4 působí na pomocné T lymfocyty a podporuje tvorbu Th2 skupiny lymfocytů, včetně samotného IL-4. IL-10 inhibuje řadu cytokinů, včetně IL-2 a IFN-y v Th lymfocytech a IL-12 v dendritických buňkách a makrofázích.
Kombinace účinků obou cytokinů naznačuje, že jakmile se T lymfocyt diferencuje do Th2 odpovědi, produkce jeho cytokinů udržuje tento stav a dále podporuje vznik Th2 odpovědi v ostatních buňkách. Ačkoli známe typy pomocných T lymfocytů a jejich produkované cytokiny, méně chápeme způsob, jaký se rozhoduje o výběru konkrétního typu. Mnoho důkazů naznačuje, že značný vliv má typ APC prezentující antigen T lymfocytu. Další důkazy navrhují vliv koncentrace antigenu během prvotní aktivace T lymfocytu, případně vliv přítomnosti některých cytokinů uvedených výše.
Th17 pomocné lymfocyty Th17 pomocné lymfocyty jsou typem pomocných T lymfocytů, které se vývojově liší od Th1 a Th2 typů produkcí interleukinu 17 (IL-17). IL-17 je prozánětlivým cytokinem, který napomáhá v boji proti extracelulárním patogenům a houbovým infekcím.
Omezení modelu Th1/Th2 Interakce mezi cytokiny Th1/Th2 modelu může být v případě některých zvířat komplikovanější. Například Th2 cytokin IL-10 inhibuje u člověka produkci cytokinů obou Th typů. Lidský IL-10 potlačuje proliferaci i produkci cytokinů všech T lymfocytů a také aktivitu makrofágů, naopak dále stimuluje plazmatické buňky a zajišťuje tak stálou tvorbu protilátek. Jako takový tedy IL-10 u člověka nepodporuje Th2 imunitní odpověď, ale brání nadměrné stimulaci pomocných T lymfocytů, při současné maximalizaci tvorby protilátek.