Иммунология. Основы медицинской иммунологии. Учебное пособие Рекомендовано Ученым советом Военномедицинской академии имени С. М. Кирова для курсантов и студентов
 Скачать 7.86 Mb.
|
|
Глава 9. АУТОИММУННЫЕ РЕАКЦИИ. ТОЛЕРАНТНОСТЬ. АНЕРГИЯ ИСТОЩЕНИЯ. Функцией иммунной системы является зашита организма от проникновения чужеродных организмов. Однако этот защитный ответ может нанести вред организму, если он направлен на собственные антигены, часто называемые аутоантигенами. Поэтому иммунная система выработала ряд средств проверки и противодействия, которые помогают ей отличать безопасные сигналы от угрожающих и реагировать на чужеродные, а не аутологичные антигены. Для этого как врожденный, так и адаптивный ответы претерпели определенную эволюцию. 9.1. Центральная толерантность. Толерантностью называется отсутствие реакции на антиген. Оно наблюдается, когда взаимодействие антигена с антигенспецифичными лимфоцитами приводит к появлению сигнала, который либо не активирует, либо инактивирует клетки. Только клетки с антигенспецифичными рецепторами (лимфоциты) могут быть вовлечены в формирование толерантности. После такого взаимодействия, вызывающего толерантность, клетки или организм, встретившиеся с антигеном, считаются толерантными. Толерантность, индуцированная на ранних стадиях развития лимфоцита, называется центральной толерантностью, а возникшая у зрелых лимфоцитов ˗ периферической. Центральная толерантность развивается в первичных лимфоидных органах, а именно, в костном мозге у В-клеток и в тимусе у Т-клеток. Процесс возникновения различий среди В-клеточных (BCR) и Т- клеточных рецепторов (TCR) неизбежно приводит к появлению рецепторов, способных распознавать аутоантигены. В- и Т-клетки с рецепторами к аутоантигенам называются аутореактивными. Возникающие 374 аутореактивные В-клетки обычно становятся толерантными в месте своего возникновения ˗ костном мозге, а возникающие аутореактивные Т-клетки превращаются в толерантные в тимусе в процессе негативной селекции. Благодаря негативной селекции большинство Т- и В-лимфоцитов, выходящих на периферию, реагируют только с чужеродными антигенами. Механизмы обеспечения толерантности. Иммунная система выработала несколько механизмов обеспечения центральной толерантности в популяциях В- и Т-клеток. Эти механизмы включают анергию, делецию и клональное игнорирование. Кроме того, было показано, что у наивных В- клеток важным механизмом обеспечения толерантности является процесс редактирования рецептора. 9.2. Анергия, редактирование рецепторов, делеция и клональное игнорирование Анергией называется функциональная инактивация клеток, приводящая к отсутствию ответа при контакте с аутоантигеном. Анергичные В-клетки не могут активироваться к пролиферации и дифференцировке в клетки, секретирующие антитела, после взаимодействия их BCR с антигеном. Подобно этому связывание TCR энергичных Т-клеток не активирует их для пролиферации и дифференцировки в функциональные Т-клетки, продуцирующие цитокины и рецепторы цитокинов. Подтверждение наличия анергии у В-клеток впервые получили G.J. Nossal и B.L. Pike в 1980 г. Они продемонстрировали, что когда незрелые IgM + -В-клетки встречались с антителами, специфичными для IgМ, которые перекрестно связывали IgМ, клетки теряли способность к дифференцировке и секреции антител. Позднее В-клеточная анергия была смоделирована с помощью системы трансгенных мышей, у которых В-клетки, специфичные к аутореактивным В-лимфоцитам, формировались после введения реаранжированных генов иммуноглобулина в зародышевую линию мыши. 375 В конце 1960-х гг. Р.А. Bretscher, M. Cohn высказали предположение, что В-клеткам, специфичным к Т-зависимым антигенам нужно для активации два сигнала: первый обеспечивается антигеном, а второй ˗ Т-клетками. Исследователи также предположили, что при отсутствии второго сигнала В- клетки будут приводиться в состояние толерантности. Теперь известно, что этот второй сигнал может быть обеспечен взаимодействием лиганда CD40 (CD40L) на поверхности Т-клетки с CD40, экспрессированным на В-клетке. Опыты с использованием моделей трансгенных мышей подтвердили, что В- клетки при контакте с аутоантигеном в отсутствие помощи со стороны Т- клетки могут становиться анергичными. Анергичные В-клетки не могут успешно соперничать с В-клетками, специфичными к чужеродному антигену, за то, чтобы попасть в В-клеточные фолликулы селезенки и лимфатических узлов. Поэтому аутореактивные В-клетки остаются вне фолликулов и впоследствии погибают посредством апоптоза. Т-клеткам также требуется для активации два сигнала. Первый сигнал обеспечивается комплексом МНС ˗ пептид. Второй сигнал вызывается взаимодействием между костимулирующими молекулами, экспрессируемыми специализированными АПК, такими как зрелые дендритные клетки и В- клетки, с их лигандами на Т-клетках. Основной костимулирующий сигнал обеспечивается взаимодействием В7-1 (CD80) и/или В7-2 (CD86), экспрессированными на АПК, с CD28, экспрессированным на Т-клетках. Поступление первого сигнала ведет к индукции ряда транскрипционных факторов, один из которых связывается с промоторным участком гена IL-2, обеспечивая его транскрипцию в Т-клетке. В результате взаимодействия В7 с CD28 период полураспада иРНК IL-2 увеличивается и синтезируется белок IL-2. Если первый сигнал не сопровождается костимулирующим взаимодействием В7 ˗ CD28, иРНК IL-2 быстро разрушается и белок IL-2 не образуется. Таким образом, в отсутствие костимуляции, что происходит, когда клетки, не экспрессирующие костимулируюшие молекулы, 376 представляют антиген, процесс активации прекращается и Т-клетки становятся анергичными. Редактирование рецептора представляет собой процесс, при котором реаранжированный вариабельный генный сегмент в области Н- или L-цепи иммуноглобулина подвергается вторичной реаранжировке: его заменяет расположенная далее V-область, что приводит к изменению (редакции) специфичности рецептора. Этому предшествует реэкспрессия генов RAG-1 и RAG-2. Теоретически обосновано, что процесс редактирования рецептора появился в качестве механизма для предотвращения аутореактивности, поскольку в результате получаются BCR или TCR, обладающие другой специфичностью, часто с отсутствием аутореактивности. Впервые редактирование В-клеточного рецептора подтвердили в наблюдениях за костным мозгом у мышей, трансгенных в отношении антител к двухцепочечной ДНК (дцДНК) и по антителам к антигенам МНС I класса. Редактирование BCR также отмечалось в незрелых В-клетках селезенки. Позднее редактирование рецептора наблюдали в Vα-локусе дважды позитивной Т-клетки, проходящей негативную селекцию в тимусе. Делеция представляет собой механизм, с помощью которого аутореактивные В- и Т-клетки удаляются из репертуара. Основным механизмом негативной селекции Т- и В-клеток, развивающихся соответственно в тимусе и костном мозге, является апоптоз (программируемая смерть клеток). Было показано, что дважды позитивные Т- клетки, которые связываются с высокой аффинностью с антигенами плюс МНС, быстро удаляются (делеция). То же самое происходит и с незрелыми В- клетками, связывающими с высокой аффинностью аутоантигены в костном мозге. Клоналъное игнорирование ˗ это состояние, при котором аутореактивные лимфоциты не подвергаются анергии, не удаляются и их рецептор не редактируется. Вместо этого они сосуществуют с антигеном, 377 оставаясь в неактивном состоянии, что связано с низкой аффинностью их рецептора к аутоантигену или низкой концентрацией антигена. В отличие от анергичных клеток клоны клеток, игнорирующих антиген, не обладают врожденной ареактивностью к данному антигену. В определенных условиях они могут быть активированы, поэтому их присутствие представляет определенную угрозу для организма. Например, если В-клетки с низкой аффинностью к аутоантигену претерпевают соматическую мутацию и приобретают к нему более высокую аффинность, они могут впоследствии активироваться этим аутоантигеном. Кроме того, при клональном игнорировании Т-клетки, сосуществующие с собственным пептидом в низкой концентрации, могут быть активированы, если концентрация этого пептида увеличится. Незрелые В- и Т-клетки легче становятся толерантными, чем зрелые лимфоциты. Сила, или авидность, взаимодействия BCR или TCR с аутоантигеном определяет, будет ли аутореактивная клетка подвергнута анергии или делеции. У В-клеток авидность зависит от аффинности взаимодействия между иммуноглобулиновым рецептором и его антигеном, плотности расположения рецепторов на поверхности В-клетки и природы и концентрации аутоантигена. Чем выше аффинность антитела к своему антигену и чем больше иммуноглобулиновых рецепторов экспрессируется на В-клеточной мембране, тем больше авидность взаимодействия антиген ˗ антитело. Это напрямую коррелирует с выраженностью перекрестного связывания иммуноглобулиновых рецепторов. В-клетки с высокой авидностью к аутоантигену подвергаются делеции, а с умеренной авидностью ˗ анергии. В-клетки со слабой авидностью к аутоантигену вовлекаются в клональное игнорирование. Природа аутоантигена определяет его способность индуцировать перекрестное связывание BCR. Например, мультивалентные антигены, прикрепленные к мембране, опосредуют более выраженное перекрестное связывание рецептора, чем моновалентные или 378 растворимые антигены. В-клетки, встречающиеся с аутоантигеном, связанным с мембраной, будут скорее подвергнуты делеции, а встречающиеся с растворимым антигеном ˗ анергии. На селекцию Т-клеток в тимусе влияет авидность, определяемая аффинностью TCR относительно комплекса пептид ˗ МНС, уровнем представительства TCR на поверхности Т-клетки и молекул МНС, экспрессированных на поверхности АПК. Все Т-клетки, распознающие комплекс пептид ˗ МНС, независимо от своей авидности проходят позитивную селекцию. Т-клетки с высокой авидностью относительно комплекса пептид ˗ МНС проходят отрицательную селекцию, в ходе которой они либо удаляются, либо происходит редактирование их рецептора. Наконец, микросреда, в которой аутореактивный лимфоцит встречается с аутоантигеном, вероятно, тоже влияет на судьбу клетки. Недавние исследования позволили предположить, что другие клетки, которые вступают в контакт с аутореактивными В-клетками, могут давать сигналы, определяющие, будет ли клетка удалена или подвергнется редактированию. Истощение запасов этих стромальных клеток костного мозга приводит к тому, что большая часть незрелых аутореактивных В-клеток подвергается делеции, а не редактированию рецептора. Исследования тимуса дали основания предположить, что кортикальные эпителиальные клетки, презентирующие комплекс пептид ˗ МНС для дважды позитивных тимоцитов, скорее способствуют редактированию рецепторов, чем апоптозу; наоборот, презентация комплекса пептид ˗ МНС АПК костномозгового происхождения скорее способствует апоптозу. Это можно объяснить тем, что кортикальные эпителиальные клетки не дают сигналов, необходимых для апоптоза тимоцитов. 9.3. Периферическая толерантность Иногда аутореактивные В- и Т-клетки избегают негативной селекции и поступают на периферию. Кроме того, В-клетки претерпевают там 379 соматические мутации и иногда эти мутации приводят к приобретению аутореактивной специфичности. Поэтому периферическая толерантность возникла как страховочная система для обнаружения аутореактивных В- и Т- клеток, которые укрылись на периферии или возникли там. Механизмы периферической толерантности включают не только анергию и делецию, но и индуцированную активацией смерть клетки, а также индукцию регуляторных Т-клеток. Хотя и было показано, что редактирование рецепторов происходит и на периферии, до сих пор не ясно, осуществляется ли оно для избежания аутореактивности. Основным механизмом индукции отсутствия ответа на аутоантиген, который встречается на периферии, считается анергия Т-клеток. Клетки из тканей поджелудочной железы, почки, печени и других органов в норме не экспрессируют костимулируюшие молекулы. Таким образом, антигены, презентируемые этими клетками, скорее индуцируют анергию, чем приводят к активации. Точно так же у В-клеток, встречающихся с антигенами на периферии, но не имеющих поддержки Т-клеток, будет индуцироваться переход в состояние анергии. Делеция также встречается на периферии. 9.4. Взаимодействие Fas-FasL Считается, что решающую роль в удалении аутоктивных В- и Т-клеток играет Fas-опосредованный апоптоз. Fas является мономером, экспрессируемым активированными лимфоцитами, и членом семейства рецепторов фактора некроза опухоли (TNF). Связывание Fas-рецептора Fas- лигандом (FasL), членом семейства мембранных белков TNF, дает сигнал к апоптозу клеткам, экспрессирующим Fas. Лиганд Fas экспрессируется клетками нескольких типов, такими как активированные Т-клетки и некоторые эпителиальные клетки. Он является тримером, поэтому когда FasL связывается с Fas, тот становится тримерным. Это приводит к активации домена смерти у Fas, который взаимодействует с доменами смерти ряда 380 цитозольных адаптерных белков, основной характеристикой которых является наличие Fas-ассоциированного домена смерти (FADD). Последний, в свою очередь, включает активацию ряда цистеиновых протеаз, называемых каспазами, что ведет к апоптозу клетки. Важность взаимодействий Fas ˗ FasL первоначально была показана при исследовании линий мышей с аутоиммунными расстройствами, приводящими к накоплению в селезенке и лимфатических узлах огромного количества Т- клеток. Было показано, что дефекты у мышей этих линий, называемых lрг (при лимфопролиферации) и gld (при генерализованных лимфопролиферативных заболеваниях), являются следствием мутаций в Fas и FasL соответственно. Эти мутации предотвращают у мышей делецию аутореактивных Т-клеток и отменяют уменьшение их Т-клеточной популяции. Мутации в гене Fas описаны и у человека. У лиц с таким дефектом имеется аутоиммунное заболевание ˗ аутоиммунный лимфопролиферативный синдром (АЛПС), признаки которого сходны с симптомами у мышей с описанными мутациями. Было показано, что апоптоз, опосредованный взаимодействием Fas ˗ FasL, является механизмом удаления аутореактивных Т-клеток на периферии, а недавние исследования указывают на то, что он также может быть вовлечен в негативную селекцию тимоцитов. Анергичные Т-клетки также чувствительны к Fas-опосредованному апоптозу. 9.5. Регуляторные/супрессорные Т- клетки Эксперименты начала 1970-х гг. показали, что специализированная популяция Т-клеток подавляет реакции со стороны других лимфоцитов. Однако невозможность выделения и клонирования популяции супрессорных Т-клеток вызвала сомнения в реальности ее существования. Интерес кТ- супрессорным клеткам возродился в 1990-х гг., когда была выявлена популяция CD4 + ˗ Т-клеток, обладающих способностью подавлять функцию Т-клеток. Было показано, что эти супрессорные, или регуляторные, как их 381 часто называют, Т-клетки (Treg) экспрессируют CD25, α-цепь рецептора IL-2, поэтому обладают фенотипом CD4 + CD25 + . Экспрессия CD25 характерна не только для супрессорных Т-клеток, она также наблюдается у эффекторных CD4 + ˗ Т-клеток. Это затрудняет выделение чистой субпопуляции супрессорных Т-клеток для исследования их функций. Супрессорные CD4 + CD25 + -Т-клетки составляют примерно 10% периферических CD4 + -клеток. Когда бестимусным «голым» мышам, у которых имеется дефицит по всем Т-клеткам, был восполнен недостаток СD4 + -Т-клеток, но без CD4 + CD25 + -T-супрессорной популяции, у них развились такие аутоиммунные заболевания, как тиреоидит, гастрит, гломерулонефрит. Однако эти заболевания могли быть предотвращены при введении этим мышам CD4 + CD25 + -T-супрессорных клеток параллельно с CD4 + CD25-Т-клетками. Так была продемонстрирована роль СD25 + ˗ Т-клеток в обеспечении толерантности. Было показано также, что CD4 + CD25 + ˗ Т- супрессорные клетки препятствуют развитию реакции «трансплантат против хозяина», индуцируемой СD4 + СD25 + -Т-клетками, а также диабета у мышей, генетически предрасположенных к этому заболеванию. Первоначально супрессорные CD4 + CD25 + ˗ T- клетки были выявлены у мыши, но позднее их обнаружили и у человека. Оказалось, что они происходят из отдельной линии СD4 + ˗ Т-клеток, отобранных в период развития Т-клеток в тимусе. Они или не продуцируют IL-2, или продуцируют его в очень небольшом количестве. Некоторые из них могут продуцировать иммуносупрессивный цитокин ˗ трансформирующий фактор роста (TGFβ), но и он не является необходимым для проявления их супрессорной активности. Такие клетки экспрессируют хемокиновые рецепторы CCR4 и CCR8, которые помогают им в миграции в воспаленные органы и лимфатические узлы, куда происходит отток лимфы. Они изначально экспрессируют CTLA-4, хотя значение этого факта еще не определено. 382 Для активации CD4 + CD25 + ˗ T˗ cynpeccopным клеткам требуется участие специфических TCR, но пролиферации в ответ на TCR- опосредованную стимуляцию не происходит. После активации их супрессорная функция является антиген-неспецифической, для нее необходим контакт с Т ˗ клетками, отвечающими на антиген. Они ингибируют пролиферацию и активацию и CD4 + ˗ , и CD8 + ˗ Т-клеток и предотвращают транскрипцию IL ˗ 2 в реактивных Т-клетках. Супрессорные CD4 + CD25 + ˗ Т-клетки могут иметь клиническое значение. Увеличение количества этих клеток может быть важным для лечения аутоиммунных заболеваний и подавления реакции отторжения аллотрансплантата. Снижение численности этих Т-клеток может усилить иммунный ответ на противоопухолевые вакцины и вакцины против инфекционных агентов. Внутри CD4 + ˗ Т-клеточной субпопуляции были выделены два других типа клеток, оказывающих супрессорное действие. Их называют Т- регуляторными клетками первого типа (Tr1) и Th3-клетками. Эти супрессорные Т-клетки оказались как CD25-, так и CD25low и различными по своим цитокиновым профилям. Тг1-клетки вырабатывают большое количество IL-10 и TGFβ и опосредуют супрессорное действие с помощью этих цитокинов. Они не вырабатывают или вырабатывают в очень малом количестве IL-2 и IL-4. У мышей Trl, вероятно, вовлечены в защиту кишечника от воспалительного заболевания, а у крыс предотвращают развитие аутоиммунного диабета. Наблюдения указывают на то, что эти Т- клетки могут возникнуть при активации CD4 + -Т-клеток в присутствии IL-10. Тh3-клетки были выделены при изучении оральной толерантности. Они отличаются от Тh1- и Тh2-субпопуляций CD4 + ˗ T- клеток. Они в основном продуцируют TGFβ и оказывают супрессорное действие посредством секреции этого цитокина. Эти клетки также продуцируют различное количество IL-10 и IL-4, которые отвечают за их дифференцировку. Сходство |