Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Ярилин - Иммунология

.pdf
Скачиваний:
412
Добавлен:
20.03.2016
Размер:
19.18 Mб
Скачать

4.3. Иммунологическая толерантность и анергия

583

Матка

 

Синцитиотрофобласт

Белки, контро:

 

 

лирующие комп:

Цитотрофобласт

лемент

Treg:, Th3:, Th2:

 

 

клетки

Околоплодная

Неклассические

МНС:I

мезодерма

Антигены:ло:

 

 

вушки для

 

антител

 

Физический

 

барьер

Рис. 4.19. Факторы, противостоящие отторжению плода, в оболочках плаценты. Схематично представлена локализация в различных слоях плаценты факторов, предотвращающих развитие реакции отторжения плода как аллотрансплантата

Молекулы MHC-I — HLA-A и HLA-B отсутствуют на клетках внешней оболочки — синцитиотрофобласта, а также на клетках ворсинчатого цитототрофобласта. Молекулы HLA-C на клетках трофобласта экспрессируются. Биологический смысл этого «исключения из правила» пока неясен.

Втрофобласте выявлены особенности транспорта цитозольных пептидов, препятствующие их встраиванию в молекулы MHC, без чего невозможно формирование стабильной молекулы MHC-I. Таким образом, механизмы, препятствующие экспрессии молекул MHC-I на клетках трофобласта, связаны с посттранскрипционным уровнем формирования макромолекул. Показано, что экспрессия молекул MHC-I на клетках трофобласта блокирована настолько надежно, что не индуцируется даже при действии интерферонов.

Вто же время на клетках цитотрофобласта, особенно ворсинчатого, выявлены «неклассические» молекулы MHC-I, относимые к подклассу Ib — HLA-E и HLA-G, в меньшей степени — HLA-F. Для этих молекул характерен ограниченный полиморфизм и, по-видимому, они не участву-

ют в презентации антигенов. Зато их распознают ингибиторные молекулы NK-клеток, а также γδТ-клеток и некоторых других лимфоцитов: молекулу HLA-G распознают рецепторы LILRB1, а HLA-E — рецетпоры CD94/NKG. Распознавание обусловливает генерацию сигналов, блокирующих цитолитическую активность лимфоцитов и другие проявления их активности.

Врезультате альтернативного сплайсинга формируется несколько изоформ молекул HLA-G; изоформы 1–4 связаны с мембранами, изоформы 5–7 секретируются в среду и также выявляются в плаценте. Спектр клеток трофобласта, вырабатывающих растворимую форму HLA-G, шире спектра клеток,

584

Глава 4. Иммунитет в защите и повреждении организма...

 

 

экспрессирующих мембранную форму этой молекулы. Как мембранные, так

ирастворимые (особенно G5) изоформы молекулы HLA-G способны блокировать активность лимфоцитов, несущих соответствующие рецепторы, прежде всего естественных киллеров. Зарегистрировано подавление под

влиянием HLA-G способности цитотоксических лимфоцитов секретировать IFNγ и усиливать секрецию TGFβ.

Таким образом, важный механизм, предотвращающий отторжение плода как аллогенного трансплантата — особый характер экспрессии молекул MHC-I на клетках трофобласта (отсутствие экспрессии классических молекул MHC, представляющих антигенный пептид, и экспрессия или секреция молекул, блокирующих активность естественных киллеров), что предотвращает сенсибилизацию организма матери антигенами плода и обеспечивает блокаду естественных киллеров.

Тем не менее, есть многочисленные свидетельства того, что до иммунной системы матери доходят иммуногенные сигналы от плода, о чем свидетельствует накопление в сыворотке рожавших женщин антител против HLA

идругих антигенов плодов, причем уровень и разнообразие этих антител возрастает с увеличением числа беременностей. Признаки сенсибилизации к антигенам плода проявляются и на Т-клеточном уровне. Однако эта сенсибилизация в норме не приводит к развитию реакции отторжения. Это обусловливает необходимость рассмотрения состояния различных звеньев иммунной системы матери, а также околоплодных оболочек — как материнских, так и плодных. Нет сомнений, что некоторые особенности иммунологической реактивности матери обусловлены эндокринными перестройками. Прогестерон, хорионический гонадоторопин и другие гормоны, уровень которых повышается при беременности, способствуют сдерживанию реакций, направленных на отторжение плода, однако эффект гормонов явно недостаточен для сохранения беременности MHC-несовместимым плодом, и большинство факторов сдерживания формируется в процессе морфогенеза плаценты в соответствии с законами функционирования и регуляции иммунной системы.

Клетки врожденного иммунитета в плаценте

Макрофаги присутствуют в плодных и материнских компонентах плаценты. На долю этих клеток приходится 10–20% лейкоцитов, содержащихся в децидуальной оболочке, где выявляют активированные формы макрофагов, однако синтез ими провоспалительных цитокинов IL-1, TNFα, IL-6, IL-8 ограничен. Эти цитокины имеют несомненные потенции к повреждению и отторжению плода. Они играют ключевую роль в нарушении беременности, вызванной инфекциями.

Дендритные клетки присутствуют в материнской части плаценты. Они представлены незрелыми и зрелыми миелоидными дендритными клетками. Преобладающий функциональный вариант — клетки DC2-типа, ответственные за индукцию анергии Т-лимфоцитов. На дендритных клетках, как и на макрофагах, обнаружены молекулы ILT2 и ILT4, выступающие в качестве рецепторов молекул HLA-G. Дендритные клетки и макрофаги плаценты активно поглощают клетки неворсинчатого трофобласта, подвергающиеся

4.3. Иммунологическая толерантность и анергия

585

 

 

апоптозу, что рассматривают как этап индукции иммунологической толерантности матери к антигенам плода, унаследованным от отца. Наконец, для АПК плаценты, прежде всего дендритных, характерен высокий уровень активности индолил-2,3-дезоксигеназы. Как известно, этот фермент катализирует превращение триптофана в N-формилкинуренин, который затем превращается в кинуренин. При этом формируется микроокружение, дефицитное по триптофану, — аминокислоте, лимитирующей биосинтез белка. Такое микроокружение характерно для участков локальной иммуносупрессии.

Содержание NK-клеток в децидуальной оболочке достигает 20–30% от числа клеток костномозгового происхождения. Практически всю популяцию образуют NK-клетки фенотипа CD56bright CD16-. Иногда их выделяют в особую субпопуляцию маточных NK-клеток (uNK). Выше уже было отмечено (см. раздел 2.4.1), что клетки с таким фенотипом активно секретируют цитокины, прежде всего IFNγ, но обладают ограниченной цитолитической активностью. Проявлению активности естественных киллеров способствует экспрессия на клетках плода и трофобласта стрессорных молекул MICA и MICB, служащих индукторами активации NK-клеток, при отсутствии на них классических молекул MHC-I. Однако активность NK-клеток в трофобласте блокируется неклассическими молекулами HLA-G и HLA-E, экспрессируемыми клетками трофобласта, а также растворимыми формами этих молекул. Аналогичной, хотя и менее выраженной функцией обладают γδТ-клетки, содержание которых в трофобласте существенно повышено (до 25% против 2–3% в кровотоке). Однако роль γδТ-, как и NKT-клеток, в плаценте связана, скорее всего, со сдерживанием реакции отторжения, поскольку этим клеткам свойственна регуляторная функция, активно проявляемая ими в слизистых оболочках.

Особенности дифференцировки Т-клеток в организме беременных и в плаценте

Содержание Т-лимфоцитов в децидуальной оболочке достаточно высоко в начальный период после ее формирования, но к концу беременности их содержание снижается до 5–8% от числа клеток костномозгового происхождения. Значительная часть этих клеток (до 30%, против 5–8% в нормальной крови) экспрессирует мембранные молекулы HLА-DR, т.е. находится в активированном состоянии. Т-клетки представлены как CD8+, так и CD4+ лимфоцитами. Несмотря на отсутствие экспрессии молекул MHC-I на клетках трофобласта, среди CD8+ Т-лимфоцитов есть клетки, специфичные к антигенам плода, т.е. потенциальные киллеры, способные повредить ткани плода. Их проникновение в плод предотвращается с помощью механизма, проявляющегося при защите иммунологически привилегированных зон (см. выше): клетки трофобласта экспрессируют молекулы семейства TNF, способные индуцировать апоптоз клеток, несущих соответствующие рецепторы. Так, на клетках трофобласта обнаружены молекулы FasL, TRAIL, способные через взаимодействие соответственно с рецепторами Fas- (CD95) и DR-5 вызывать апоптоз эффекторных Т-клеток. Кроме того, активность Т-клеток подавляется в связи с дефицитом триптофана в микроокружении, о формировании которого говорилось выше.

586

Глава 4. Иммунитет в защите и повреждении организма...

 

 

Как известно, субпопуляции хелперных Т-лимфоцитов определяют направление развития иммунного ответа, которое обычно соответствует потребностям организма. При реакции на аллогенный трансплантат (в качестве аналога которого можно рассматривать плод) преобладает их дифференцировка в Th1-клетки — продуценты IFNγ. При беременности на системном уровне соотношение субпопуляций Т-хелперов изменяется незначительно и при этом выявляют лишь некоторое предпочтение дифференцировки в Th2-клетки в ущерб Th1- и Th17-хелперам. В децидуальной оболочке плаценты Th1-клеток практически нет (вероятно, вследствие блокады их дифференцировки в региональных лимфатических узлах), тогда как Th2-клетки присутствуют, и их дифференцировка в региональных лимфатических узлах полностью сохранена. О реальной опасности Th1-клеток и их продуктов для вынашивания плода свидетельствуют данные экспериментов с введением в плаценту мышей предварительно индуцированных Th1-клеток: это приводит к выкидышу. Аналогичное введение Th2-клеток такого эффекта не вызывает. Решающую роль в реализации такого действия Th1-клеток играет секретируемый ими IFNγ, введение которого само по себе вызывает прерывание беременности.

Уже давно постулировали защитную роль супрессорных клеток, которые должны развиваться или аккумулироваться в плаценте. Данные, напрямую подтверждающие эти представления, получены после открытия естественных регуляторных Т-клеток. Содержание CD4+ CD25+ Foxp3+ клеток (регуляторные Т-лимфоциты) в циркулирующей крови беременных достигает максимума во II триместре беременности. После родов содержание этих клеток уже не отличается от нормы. Содержание функционально активных регуляторных CD4+ CD25+ Foxp3+ Т-клеток возрастает также в децидуальной оболочке, т.е. в зоне непосредственного контакта с тканями плода: на их долю приходится 14% от числа децидуальных CD4+ Т-лимфоцитов (в норме в периферической крови — около 5%). Развитию регуляторных Т-клеток в плаценте способствуют толерогенные дендритные клетки. При самопроизвольном выкидыше содержание регуляторных T-клеток в плаценте существенно ниже. Накопление

вплаценте регуляторных T-лимфоцитов не происходит у мышей, генетически предрасположенных к развитию спонтанных абортов, причем перенос им CD4+ CD25+ Т-клеток от нормальных сингенных животных предотвращает аборты.

Помимо естественных регуляторных клеток иммунопротективную роль

вплаценте играют индуцированные (адаптивные) регуляторные Т-лим-

фоциты типов Th3 и Tr1. Эти клетки секретируют супрессорные цитокины IL-10 и TGFβ, подавляющие активность Th1-клеток и их цитокинов.

Дополнительную регуляторную роль играют естественные регуляторные Т-клетки типов NKT и γδТ, о которых уже говорилось.

Таким образом, динамика численности субпопуляций Т-лимфоцитов свидетельствует о предотвращении проникновения в плаценту или развития в ней Th1-клеток, агрессивных в отношении плода, и накоплении естественных регуляторных клеток, предупреждающих развитие реакции отторжения.

4.3. Иммунологическая толерантность и анергия

587

 

 

В-клетки, гуморальный иммунитет и система комплемента

Исходное содержание В-клеток в децидуальной оболочке невелико (как

ив кровотоке матери). Оно существенно возрастает в процессе беременности, достигая 13% в поздние сроки. Уже упоминалось о разнообразном спектре антител, в том числе направленных против молекул HLA (особенно I класса), — «следа» предшествующих беременностей. Развитию гуморального иммунного ответа, в том числе в зоне контакта матери и плода, способствует наличие Th2-клеток. Полагают, что подобно тому, как это происходит при иммунологических реакциях на аллотрансплантат или опухоль, антитела не только не играют существенной деструктивной роли, но даже предохраняют клетки плода от повреждения факторами клеточного иммунитета.

Широко известный и, возможно, единственный пример повреждающей роли антител, синтезируемых в организме матери и направленных против антигенов плода, — анти-Rh-антитела, вызывающие гемолитическую болезнь новорожденных (см. раздел 4.5.2.1). Пока трудно сказать, почему среди огромного множества антигенов, различных у плода и матери, именно резус-антигены (особенно D) не только оказываются иммуногенными, но и определяют деструктивный эффект гуморального иммунитета. Вероятно, одна из причин — высокая чувствительность эритроцитов, на которых локализуется этот антиген к комплементзависимому лизису. Особое место этого антигена среди эритроцитарных аллоантигенов, по-видимому, обусловлено его наибольшей иммуногенностью.

Систему комплемента, безусловно, нужно рассматривать в ряду потенциальных эффекторных факторов повреждения плода, особенно если учесть синтез антител, способствующих проявлению его активации по классическому пути на клетках плода. Серьезный барьер для транспорта антител

иактивации комплемента — трофобласт. В клетках трофобласта активно функционирует система контроля и инактивации комплемента: на них повышен уровень экспрессии молекул CD46, CD59, фактора DAF, относящихся к этой системе.

Материал, приведенный выше, свидетельствует о том, что, несмотря на наличие трофобластного барьера, изолирующего MHC-несовместимый плод от иммунной системы матери, существует реальная возможность сенсибилизации матери антигенами плода. Для предотвращения этого в плаценте реализуются разнообразные защитные механизмы, пресекающие развитие иммунных атак. Среди таких механизмов особенно нужно выделить механизмы, направленные против синтеза провоспалительных и Th1-цитокинов, способствующих отторжению чужеродных тканей. Напротив, выработка их антагонистов — супрессорных и Th2-цитокинов — поддерживается. Наконец, первостепенную роль в защите плода играет целая система регуляторных Т-клеток, мобилизуемых в зону контакта плода

иматки или формирующихся местно. Эти клетки активно блокируют проявления иммунной агрессии против плода.

Врезультате, хотя при беременности происходят разнообразные иммунные процессы, свидетельствующие о распознавании иммунной системой

588

Глава 4. Иммунитет в защите и повреждении организма...

 

 

матери антигенов плода, эти процессы не являются деструктивными. Более того, определенная степень иммунной активации даже благоприятна для поддержания беременности. Среди иммунологических причин выкидышей наряду с факторами, обусловленными тканевой несовместимостью, фигурирует отсутствие или недостаточная выраженность антигенных различий, в первую очередь различий по системе MHC. Акт родов имеет в своей основе (наряду с гормональными) факторы иммунологической природы, в первую очередь, снятие запретов на иммунную реакцию отторжения вследствие быстрого снижения содержания регуляторных Т-клеток. Поэтому в механизме родов определенная роль принадлежит иммунологическим механизмам отторжении несовместимых тканей.

4.4. АУТОИММУННАЯ ПАТОЛОГИЯ

Аутоиммунными заболеваниями называют патологические процессы, основой которых служит самоподдерживающийся иммунный ответ на собственные антигены организма, что приводит к повреждению клеток, экспрессирующих эти аутоантигены. Аутоиммунные процессы развиваются при нарушении механизмов развития и поддержания аутотолерантности.

Само по себе присутствие в организме аутоантител и аутореактивных клонов Т-лимфоцитов еще не означает наличие патологического процесса. Так, у всех людей в сыворотке присутствуют малые количества «естественных» аутоантител, которые в силу слабого сродства к антигенам и ограниченности эффекторных функций не способны вызвать поврежедние тканей. Следовательно, в основе аутоиммунной патологии лежат только те формы иммунного ответа на собственные антигены, которые могут повреждать клетки, несущие аутоантиген, и вызывать иные нарушения тканевого гомеостаза.

Аутоиммунным процессам свойственны общие черты:

основа аутоиммунных заболеваний — иммунные процессы. Все закономерности развития иммунного ответа находят отражение в патогенезе этих заболеваний. Факторы, подавляющие иммунный ответ, ослабляют проявления этих патологий, а иммуностимуляторы, наоборот, усиливают аутоиммунный процесс;

проявления аутоиммунных процессов во многом определяются локализацией аутоантигена в организме: если он содержится только в определенном органе, поражение имеет локализованный характер, затрагивая соответствующий орган; при широкой распространенности аутоантигенов в организме развивается системный процесс;

проявления аутоиммунных заболеваний зависят также от характера иммунных механизмов, преобладающих при ответе на аутоантиген. Это может быть преимущественно клеточная реакция, состоящая в формировании цитотоксических Т-лимфоцитов или провоспалительных Т-клеток, активирующих макрофаги, или гуморальная реакция, проявляющаяся в выработке аутоантител, способных привлекать клеточные (фагоциты) и гуморальные (комплемент) эффекторные факторы;

4.4. Аутоиммунная патология

589

 

 

в связи с невозможностью удаления аутоантигена из организма (т.е. его персистированием) аутоиммунные процессы всегда имеют затяжной характер с признаками самоподдержания.

4.4.1. Иммунопатогенез аутоиммунных заболеваний

4.4.1.1. Причины нарушения аутотолерантности

К развитию аутоиммунной патологии может привести нарушение любого из процессов, обеспечивающих неотвечаемость на собственные антигены: элиминации клонов аутоспецифических лимфоцитов в процессе их развития, периферической анергии выживших аутоспецифических клонов, снижение активности регуляторных Т-клеток, а также возрастание уровня антигенов, концентрация которых исходно была ниже уровня, необходимого для распознавания иммунной системой (табл. 4.7, рис. 4.20).

Таблица 4.7. Основные формы аутоиммунных заболеваний

Преобладающий тип

Органоспецифические

Системные заболевания

иммунных механизмов

заболевания

 

 

 

 

Цитотоксический

Инсулинзависимый

Нет

Т-клеточный

сахарный диабет, язвен-

 

 

ный колит

 

 

 

 

Клеточный

Тиреоидит Хашимото,

Ревматоидный артрит

(Th17/Th1-зависимый)

рассеянный склероз,

 

 

вульгарная пузырчатка,

 

 

первичный билиарный

 

 

цирроз

 

 

 

 

Гуморальный (Th2-зави-

Тяжелая миастения, ток-

Системная красная вол-

симый), связанный с ауто-

сический зоб (базедова

чанка, системная склеро-

антителами

болезнь), аутоиммунная

дермия

 

гемолитическая и перни-

 

 

циозная анемии, идиопа-

 

 

тическая тромбоцитопе-

 

 

ническая пурпура

 

 

 

 

Смешанный или точно не

Микседема, симпатичес-

Синдром Шегрена, дерма-

установленный тип

кая офтальмия

томиозит

 

 

 

Нарушение процессов отрицательной селекции, повышающее выживаемость аутоспецифических клонов

Хотя этот механизм индукции аутотолерантности традиционно считают базовым, существуют многочисленные свидетельства «проскальзывания» аутоспецифических клонов, в особенности Т-лимфоцитов, в периферический отдел иммунной системы. Это может произойти случайно (развивающийся лимфоцит не встречает дендритную или эпителиальную клетку, несущую аутоантиген, при встрече он не получает летальный сигнал в результате дефекта иммунного синапса и т.д.) или в результате отсутствия конкретного аутоантигена в центральном лимфоидном органе. Несмотря на реальную возможность такого «ускользания», активность этих клеток

590

Глава 4. Иммунитет в защите и повреждении организма...

а

 

б

Т

 

Т

 

Поврежденный

 

 

барьер

Тканевая клетка

 

 

Т

 

 

Тканевая

клетка

 

в

г

 

 

 

Модифицирующий

 

 

 

 

 

 

 

агент

Антитело

Аутологичная

клетка

Антитело к модифицирующему Микроб агенту

Модифицированная

аутологичная

клетка

гичная Аутоло клетка

Рис. 4.20. Механизмы индукции аутоиммунных процессов. Приведены наиболее изученные варианты возникновения аутоиммунных процессов: а — повреждение барьеров; б — экстраординарная экспрессия костимулирующих молекул; в — модификация аутоантигена; г — антигенная мимикрия

подавляется другими механизмами сохранения аутотолерантности и лимфоциты, избегнувшие при дифференцировке отрицательной селекции, редко служат основой аутоиммунной патологии.

Положение меняется при глубоких, генетически детерминированных нарушениях процесса отрицательной селекции. Наиболее яркий пример таких нарушений — патология, вызываемая мутацией гена AIRE, ответственного за эктопическую экспрессию в тимусе органоспецифических антигенов

4.4. Аутоиммунная патология

591

ТИМУС

 

Аутоспецифические клоны

Мутация

Норма

Aire

 

ДК

ДК

Отрицательная

Отсутствие

селекция

отрицат. селекции

Эмиграция клонов на периферию

Аутоспец.

клон

Рис. 4.21. Аутоиммунные процессы, вызванные мутацией гена AIRE. При мутации гена AIRE в периферический отдел иммунной системы поступает значительное количество клонов Т-клеток, способных распознавать органоспецифические антигены нелимфоидных органов и при дополнительных условиях (воспаление и т.д.) повреждать клетки, на которых они экспрессированы

(см. раздел 3.2.3.4). Поскольку при этом в тимусе отсутствует «представительство» периферических тканей в виде специфичных для них антигенов, элиминации клонов тимоцитов, несущих TCR, специфичный к этим антигенам, не происходит. Это служит основой развития APECED (Autoimmune polyendocrinopathy, candidiasis, ectodermal dystrophy) — полиспецифического аутоиммунного процесса с преимущественным поражением эндокринных желез и дистрофией органов эктодемального происхождения (рис. 4.21). Эта патология, детально изученная на мышах, описана и у человека (см. раздел 4.7.1.5).

Другой пример нарушений элиминации, затрагивающих не только ее центральный, но и периферический (гибель анергических клеток) механизмы — последствия различных мутаций, приводящих к выпадению элементов сигнальных путей, ответственных за индукцию апоптоза. Чаще всего эти мутации затрагивают ген Fas (CD95), несколько реже — ген FasL, еще реже — гены внутриклеточных молекул, передающих сигналы от Fas, а также гены каспазы 8 и каспазы 10. У мышей подобные нарушения изучены на примере мутаций lpr (мутация Fas) и gld (мутация FasL) (рис. 4.22). Эти мутации четко проявляются на фоне генетического окружения мышей

592

Глава 4. Иммунитет в защите и повреждении организма...

 

 

FAS

FAS:L

Сигнал к

 

 

апоптозу

Мутация gld

 

Мутация lpr

 

 

 

НАРУШЕНИЕ АПОПТОЗА

Накопление клеток фенотипа CD3:TCRαβ+CD8:B220+ (лимфопролиферативный синдром). Персистирование аутоиммунных клонов. Накопление аутоантител.

Поражение почек, васкулиты (волчаночный синдром)

У человека – аутоиммунный лимфопролиферативный синдром (синдром Canale:Smith)

Рис. 4.22. Последствия мутации генов, контролирующих факторы рецепторного апоптоза. Мутации генов Fas, FasL, а также ряда сигнальных молекул и каспаз приводят к сходным результатам, состоящих в усилении лимфопролиферации и активации аутоспецифических клонов лимфоцитов

линии MRL. Фенотипические проявления этих мутации одинаковы. Они находят отражение в обозначениях мутаций: lpr — от lymphoproloferation

(лимфопролиферация) и gld — от generalized lymphoproliferative disease (генерализованное лимфопролиферативное заболевание). Действительно, клиническая картина заболеваний мышей, обусловленных этими мутациями, состоит в доброкачественной (неопухолевой) гиперпролиферации, особенно сильно затрагивающей кишечник и печень, в сочетании с волчаночным нефротическим синдром. У мышей выявляют разнообразные аутоантитела и клоны активированных Т-лимфоцитов. Не вполне ясна природа Т-клеток фенотипа CD3+ CD4- CD8- В220+ (т.е. Т-клеток, лишенных корецепторов, но несущих маркер В-лимфоцитов — В220), накапливающихся преимущественно в печени. У человека эквивалент этих синдромов — Х-сцепленный лимфопролиферативный синдром (см. раздел 4.7.1.5).

Нарушение периферической аутотолерантности

Естественные мутации, обусловливающие развитие аутоиммунной патологии на основе нарушения анергии аутоспецифических лимфоцитов в периферическом звене аутотолерантности, не описаны. В то же время некоторые манипуляции на уровне генов позволяют спровоцировать этот тип нарушений в эксперименте на животных. Наиболее прямой подход —