Limfocyty T, zwane również limfocytami grasiczozależnymi, to komórki układu odpornościowego. Występują w całym organizmie. Biorą udział w komórkowej odpowiedzi immunologicznej. Stanowią największą subpopulację limfocytów. Dzieli się je na kilka podgrup ze względu na pełnione funkcje, budowę i poziom ekspresji receptorów umiejscowionych na ich powierzchni. Limfocyty T biorą udział w tworzeniu pamięci immunologicznej, prezentacji antygenów przeciwciałom oraz w uwalnianiu substancji odpowiedzialnych za odpowiedź humoralną. Dodatkowo wytwarzają cytokiny, które regulują odpowiedź odpornościową i zapewniają aktywność pomocniczą limfocytom B.
1. Historia odkrycia limfocytów T
Pierwsze wzmianki o limfocytach pojawiły się w drugiej połowie XIX wieku. W 1896 roku pojawiła się praca polskiego naukowca, Edwarda Korczyńskiego, o znaczeniu limfocytów. Pod koniec XIX wieku niemiecki bakteriolog Emil Adolf von Behring odkrył przeciwciała. Dzięki swoim badaniom uważany jest za jednego z głównych twórców immunologii. Za swoje osiągnięcia w 1901 roku został nagrodzony Nagrodą Nobla w dziedzinie fizjologii i medycyny. Kilka lat później Paul Ehrlich stworzył dokładny podział przeciwciał i opisał ich funkcje. [1,2]
Przez kolejne 50 lat badania nad układem immunologicznym stanęły w miejscu. Przełomowym momentem były odkrycia Nielsa Kaja Jerne’a i Franka McFarlane’a Burneta, którzy sformułowali uzupełniające się teorie naturalnej selekcji przeciwciał. W latach 60. XX wieku James Gowans i Jonathan Uhr wykazali, że komórkami, które je produkują są limfocyty. Opisali je jako “tajemnicze, białe krwinki, zasiedlające grasicę, węzły chłonne i śledzionę”. W tym samym czasie w Polsce powstał skrypt “Hematologia kliniczna”, wydany przez Krakowską Akademię Medyczną. Zawierał on ogólną wiedzę o krwi, informacje o jej procentowym składzie oraz opisy procesów tworzenia białych krwinek, w tym limfocytów. [1,2]
W 1968 roku George Francis Mitchell i Jacques Miller podzielili limfocyty pod względem pełnionych funkcji. Kolejne badania dotyczyły ich roli w tworzeniu pamięci immunologicznej i odpowiedzi odpornościowych. Badania nad limfocytami pozwoliły na dogłębne poznanie immunologii i otworzyły furtkę do kolejnych odkryć. [2]
2. Budowa limfocytów T
Limfocyty to kuliste komórki o średnicy 6-30 µm. W ich wnętrzu znajduje się jądro ze skondensowaną chromatyną otoczone cienką, bladoniebieską obwódką z minimalną ilością cytoplazmy. Obecne są tam również grudki lub ziarnistości azurofilne, wypełnione enzymami lizosomalnymi, które ulegają wybarwianiu i nadają limfocytom ich kropkowany wygląd. Organelle komórkowe (mitochondria, rybosomy, aparat Golgiego) są słabo uwidocznione. [6]
Na powierzchni limfocytów obecne są liczne receptory i koreceptory. Koreceptory to białka wspomagające działanie receptorów rozpoznających antygen. Geny kodujące te struktury przechodzą serię rekombinacji DNA, co zapewnia im ogromną różnorodność fenotypową. Budowa limfocytów T warunkuje więc ich specyficzne funkcje. [8]
3. Powstawanie limfocytów T
Prekursorowe komórki T (tymocyty) pochodzą z pluripotencjalnych hematopoetycznych komórek macierzystych. Ich powstawanie zachodzi w czerwonym szpiku kostnym. [7] Następnie są one transportowane do grasicy, gdzie poddawane są selekcji. Dochodzi do wyodrębniania komórek prawidłowo rozpoznających białka głównego układu zgodności tkankowej (ang. major histocompatibility complex, MHC). Celem selekcji jest wyłonienie komórek zdolnych do rozpoznawania antygenów MHC swojego organizmu oraz usunięcie komórek, które są zbyt wrażliwe na własne antygeny. Może to bowiem skutkować aktywacją mechanizmów autoagresji. W czasie procesu selekcji blisko 90% tymocytów nie osiąga pełnej aktywności i zostają one usunięte z organizmu. Te, które osiągną dojrzałość, wykształcają specyficzne dla siebie receptory i przekształcają się w limfocyty dziewicze. [8]
3.1. Dojrzewanie limfocytów T
Dziewicze limfocyty T opuszczają grasicę i wraz z krwią transportowane są do węzłów chłonnych. Tam mogą być magazynowane nawet kilka lat. W tym czasie oczekują na komórki prezentujące antygen (ang. antigen-presenting cell, APC). Prezentacja antygenów limfocytom T jest niezbędna do uruchomienia właściwej reakcji odpornościowej. Antygeny pochodzą głównie z patogenów wewnątrzkomórkowych (wirusów, bakterii i pasożytów). Limfocyty T nie wiążą całego antygenu, lecz jedynie jego fragment zwany epitopem. Łączy się on bezpośrednio z receptorem TCR. [8]
W momencie rozpoznania antygenu dziewicze limfocyty T zmieniają konfigurację receptorów na swojej powierzchni. Dochodzi do ich proliferacji i różnicowania w kierunku komórek efektorowych bądź komórek pamięci. Limfocyty T muszą zostać aktywowane, aby mogły spełniać swoją funkcję. Proces aktywacji jest złożony i przebiega w obecności cytokin. Dochodzi wówczas do wytworzenia synaps immunologicznych, transkrypcji genów i produkcji białek. [8]
4. Podział limfocytów T
Ze względu na funkcje limfocyty T dzieli się na:
- limfocyty cytotoksyczne (Tc)
- limfocyty pomocnicze (Th)
- limfocyty Th0 (limfocyty dziewicze)
- limfocyty Th1
- limfocyty Th2
- limfocyty Th9
- limfocyty Th17
- limfocyty Th22
- limfocyty regulatorowe (Treg) [3]
Ze względu na budowę receptorów limfocyty T dzieli się na limfocyty Tαβ i limfocyty Tγδ. Natomiast ze względu na ekspresję cząsteczek CD4 i CD8 obecnych na powierzchni limfocytów T wyróżnia się limfocyty T CD4+ i limfocyty T CD8+. Pozostałe subpopulacje limfocytów T to limfocyty NKT i komórki VETO. [3]
4.1. Limfocyty cytotoksyczne (Tc)
Limfocyty Tc są odpowiedzialne za rozpoznawanie oraz niszczenie komórek nowotworowych i komórek zakażonych przez drobnoustroje (m.in. wirusy). Na ich powierzchni występują cząsteczki CD8, które są białkami głównego układu zgodności tkankowej klasy I. [3] Limfocyty Tc uwalniają znaczne ilości limfotoksyn i enzymów, które mają działanie cytotoksyczne. [9]
Cytotoksyczne działanie limfocytów Tc wiąże się z procesami apoptozy. Mechanizm uśmiercania zakażonej lub nowotworowo zmienionej komórki polega na uwalnianiu perforyn, granzymów i granulizyny. Natomiast proces usuwania własnych uszkodzonych komórek (w tym innych limfocytów) polega na złożonej interakcji cząsteczek w błonach komórkowych. Podczas interakcji komórki uśmiercają same siebie, usuwając tym samym limfocyty autoreaktywne. [10]
4.2. Limfocyty pomocnicze (Th)
Limfocyty Th dzielą się na dwie główne grupy: Th1 i Th2. Limfocyty Th1 wspomagają odpowiedź komórkową. Syntetyzują interleukiny-2 i interleukiny-3 oraz interferon γ (IFN-γ). Stymulują wytwarzanie przeciwciał IgG1 i IgG3, a pośrednio aktywują też układ dopełniacza. Uczestniczą w aktywacji limfocytów B i makrofagów. Limfocyty Th2 biorą zaś udział w odpowiedzi humoralnej. Stymulują rozwój reakcji alergicznych, pobudzają wytwarzanie przeciwciał IgA, IgE i IgG4. Wydzielają cytokiny IL-4, IL-5, IL-10, IL-13, które są czynnikami wzrostu i różnicowania limfocytów B. Nie mają natomiast wpływu na działanie makrofagów. Różnicowanie limfocytów Th zależy od tego, z jakim antygenem zetknęły one jako limfocyty dziewicze. [4,9]
Działanie limfocytów Th zachodzi pod wpływem bezpośredniego kontaktu z antygenami lub na skutek wydzielania cytokin. Limfocyty T biorą udział w prezentowaniu antygenów komórkom wykonawczym (m.in. limfocytom Tc). Na ich powierzchni umiejscowione są białka CD4 rozpoznające antygeny układu zgodności tkankowej klasy II. [4,9]
4.3. Limfocyty regulatorowe (Treg)
Limfocyty Treg powstają w wyniku aktywacji receptora limfocytu T (ang. T cell receptor, TCR) w obecności tzw. transformującego czynnika wzrostu beta (TGF-β), kwasu retinowego (metabolitu witaminy A) oraz IL-2. [11] Limfocyty te są odpowiedzialne za hamowanie nadmiernej reakcji zapalnej i reakcji nadwrażliwości. Chronią organizm przed autoagresją, zwiększają tolerancję na zewnętrzne antygeny oraz chronią płód przed odrzuceniem przez układ odpornościowy matki. [3] Wyróżnia się dwa typy limfocytów Treg:
- naturalne, które powstają w grasicy
- indukowane, które wyodrębniają się z limfocytów dziewiczych w narządach limfatycznych w odpowiedzi na antygen [11]
Obie subpopulacje receptorów Treg wykazują ekspresję czynnika transkrypcyjnego Foxp3, który nadaje im właściwości supresorowe. Wskutek silnego stanu zapalnego część komórek może utracić zdolność do ekspresji genu Foxp3. Dochodzi wtedy do zwiększonej produkcji IFN-γ oraz IL-6. Pod wpływem nadmiaru IL-6 komórki Treg mogą różnicować się w jeden z podtypów limfocytów cytotoksycznych – Th17. Mutacja tego genu jest także jednym z czynników rozwoju wielonarządowych chorób autoimmunologicznych, takich jak zapalenie tarczycy, insulinozależna cukrzyca typu I czy niedokrwistość hemolityczna. [11]
4.4. Limfocyty Tαβ
Limfocyty Tαβ stanowią około 90% wszystkich limfocytów występujących w organizmie człowieka. Uczestniczą w przekazywaniu sygnału prowadzącego do apoptozy komórki efektorowej. Jest to forma pozytywnej immunoregulacji, pozwalająca na utrzymanie mechanizmów obronnych w równowadze. Limfocyty Tαβ wymagają obecności antygenów HLA klasy II w procesie rozpoznawania antygenu. Od ich prawidłowego działania zależy odpowiednie funkcjonowanie i rozprzestrzenianie się limfocytów Tγδ. [13]
4.5. Limfocyty Tγδ
Limfocyty Tγδ to subpopulacja limfocytów T wykazujących obecność receptora TCR, w skład którego wchodzą łańcuchy γ oraz δ. Komórki te, w odróżnieniu od innych limfocytów, nie mają na swojej powierzchni cząsteczek CD4 i CD8. Limfocyty Tγδ powstają w grasicy w momencie różnicowania tymocytów. Magazynowane są w tkankach obwodowych, szczególnie w skórze, na języku oraz na błonach śluzowych. [3,13]
Limfocyty Tγδ uczestniczą w odpowiedzi na zakażenia i chronią organizm przed rozsiewem komórek nowotworowych. Mają działanie cytotoksyczne. Uwalniają cytokiny (INF-γ i IL-17) i rozpoznają cząsteczki biorące udział w reakcji zapalnej, do których należą białka szoku cieplnego, fosfoantygeny i alkiloaminy. Ponadto limfocyty Tγδ wykazują zdolność do rozpoznawania antygenów bez udziału prezentujących je komórek. [3,13]
4.6. Limfocyty NKT
Limfocyty NKT (ang. Natural Killer T-cells) to subpopulacja limfocytów T, które posiadają cechy charakterystyczne zarówno dla limfocytów T, jak i dla komórek NK. Na ich powierzchni umiejscowione są zarówno receptory TCR, jak i receptory komórek NK (CD56, CD161, CD94). [16,17] Limfocyty NKT stanowią ok. 0,1% wszystkich limfocytów T występujących we krwi obwodowej. [15] Dojrzewają w grasicy, a magazynowane są w wątrobie. [16] Wyróżnia się komórki NKT typu I i II. [18]
Limfocyty NKT odgrywają istotną rolę w kształtowaniu odpowiedzi immunologicznej, zarówno wrodzonej, jak i nabytej. Do ich uwalniania dochodzi w przebiegu infekcji, nowotworów i chorób o podłożu autoimmunologicznym. Limfocyty te wykazują zdolność do szybkiej sekrecji cytokin, co prowadzi do pobudzenia wielu komórek układu immunologicznego. Wśród cytokin wydzielanych przez komórki NKT wyróżnia się IFN-γ i interleukiny (IL-4, IL-2, IL-5, IL-6, IL-10, IL-13, IL-17, IL-21), czynnik martwicy nowotworów (TNF-α), TGF-β oraz czynnik stymulujący tworzenie kolonii granulocytów i makrofagów (GM-CSF). Komórki NKT cechują się także zdolnością rozpoznawania antygenów lipidowych, patogenów, guzów i nieprawidłowych komórek. Dzięki tym wszystkim właściwościom limfocyty NKT mają znaczny wpływ na przebieg wielu chorób. [18]
4.7. Komórki VETO
Komórki VETO to subpopulacja limfocytów T mająca zdolność zmniejszania reaktywności organizmu na bodźce pochodzące ze środowiska. Nadmiar komórek VETO prowadzi do ograniczenia odporności immunologicznej. Komórki te mają też zdolność zabijania rozpoznających je limfocytów T i blokowania ich różnicowania w komórki efektorowe. Dotychczas nie określono ich swoistych receptorów ani profilu wydzielniczego. [14]
5. Receptory limfocytów T
Receptory TCR to glikoproteiny zbudowane z dwóch łańcuchów polipeptydowych o masie cząsteczkowej 40-50 kDa. Receptory te mogą składać się z łańcuchów α i β lub z łańcuchów γ i δ. Ponad 90% receptorów TCR zbudowanych jest z łańcuchów α i β. Receptory TCR mają strukturę podobną do budowy immunoglobulin. Ich łańcuchy polipeptydowe są ze sobą połączone mostkami disiarczkowymi i wiązaniami niekowalencyjnymi. Każdy z łańcuchów posiada część zmienną (V) i stałą (C). Część zmienna zawiera trzy regiony hiperzmienne, tj. CDR1, CDR2 i CDR3. Ich obecność determinuje możliwość wiązania antygenów. Dodatkowo receptor TCR ze względu na swoje położenie dzieli się na trzy fragmenty: odcinek pozakomórkowy, krótki fragment przezbłonowy i odcinek cytoplazmatyczny o sekwencji sygnałowej. [5]
Główną funkcją receptorów TCR jest rozpoznawanie obcych antygenów. Ponadto receptory te biorą udział w wieloetapowym procesie aktywacji komórki i uczestniczą w przekazywaniu sygnałów biochemicznych poprzez uruchomienie systemu kinaz białkowych. Wiążą także immunogenne peptydy powstałe na skutek działania enzymów hydrolitycznych komórek prezentujących antygeny. [5]