Биологические свойства пар «цитокин — клетка–мишень» 4 глава

Методы подбора доноров и реципиентов по похожести их MHC либо несовершенны (если это серотипирование), либо более совершенные методы генотипирования показывают крайне низкую вероятность совпадения по MHC между неродственниками.

Но даже если на моделях на мышах используют в качестве донора и реципиента особей из линий, несингенных, но тождественных по MHC, то трансплантат всегда отторгается. Потому, что есть ещё и так называемые неглавные (минорные) Аг гистосовместимости. Что это такое? Подробные экспериментальные исследования показали, что на минорные Аг реагируют CD8⁺ T–лимфоциты, следовательно, минорные Аг — это пептиды, связанные с молекулами MHC–I, т.е. реакции CD8⁺ T–лимфоцитов на минорные Аг вполне аналогичны реакциям на вирусные инфекции. Теперь вспомним, откуда берутся пептиды, которые попадают в комплексы с молекулами MHC–1. Они берутся из цитозоля клетки как продукты катаболизма в протеосомах самых разных клеточных белков. Следовательно, минорные Аг гистосовместимости — это практически любые белки организма. Типирование по всем белкам организмов донора и реципиента провести нельзя. Следовательно, в конкретных ситуациях при самом тщательном подборе донора и реципиента по MHC может встретиться такой минорный(ые) Аг(ы), на который разовьется сильный иммунный ответ. Так оно в клинической практике и бывает. Поэтому клинический результат трансплантации реально зависит в большей степени от медикаментозной иммунодепрессии, чем от подбора донора и реципиента по генам/Аг гистосовместимости.

Особым случаем является пересадка костного мозга или органов и тканей, содержащих много профессиональных АПК. Для того, чтобы произошла продуктивная активация T–лимфоцита, он должен, кроме Аг (лиганда для TCR), связать все необходимые и достаточные костимуляторные молекулы, которые есть только на профессиональных АПК. В случаях пересадок кроветворных тканей отторжение MHC–совместимого трансплантата может произойти быстрее, чем MHC–несовместимого, потому что T–лимфоциты реципиента будут эффективнее работать с АПК донорского происхождения (как с «родными» по MHC).

Опыты на конгенных мышах позволили сделать весьма значимое наблюдение. Если трансплантат совпадает с реципиентом по MHC, но не совпадает по минорным Аг гистосовместимости и из такого трансплантата удалить АПК, то такой трансплантат отторгнется гораздо быстрее, чем в аналогичных условиях другой трансплантат, который не совпадает с реципиентом по MHC, но совпадает по минорным Аг. Это говорит о том, что в организме реципиента вокруг трансплантата идут такие процессы, при которых АПК реципиента подхватывают белки из трансплантата, причём более эффективно растворимые белки, чем мембранные (как MHC), и запускают на них иммунный ответ реципиента. Когда АПК донорские, то большинство T–лимфоцитов реципиента «не видят» Аг из-за несовпадения донора и реципиента по MHC.

Тем не менее в случае сoлидных тканевых трансплантатов иммунный ответ T–лимфоцитов реципиента инициируют АПК донора: они покидают трансплантат, мигрируют в регионарные лимфатические узлы, где и инициируют иммунный ответ. В экспериментах, если трансплантат помещают в место, лишенное лимфатического дренажа (иммунологически привилегированные места), то иммунного ответа на трансплантат нет.

Иммунологически привилегированные места в организме. В интактном организме есть такие анатомические места, что если в них хирургически аккуратно вживляется донорский трансплантат, то реакции отторжения при определённых условиях не развиваются. Эти места назвали иммунологически привилегированными. У человека такими местами являются мозг, передняя камера глаза, матка (плод), тестикулы. Первоначальное предположение о том, что Аг этих тканей не покидают своих мест и недоступны для распознавания T–лимфоцитами, не подтвердилось: Аг тканей из привилегированных мест покидают их, но действительно не совсем так, как из всех остальных мест в организме: во-первых, минуя классический лимфатический дренаж; во-вторых, есть особенность барьеров (причём, вероятно, со стороны не соединительнотканных структур, а функциональной паренхимы), отграничивающих иммунологически привилегированные места, состоящая в том, что их клетки продуцируют иммуносупрессорные цитокины, а именно ТФР–b, или экспрессируют много Fas–лиганда, убивающего приближающийся активный лимфоцит.

С клинической точки зрения существенно, что именно ткани из иммунологически привилегированных мест статистически чаще прочих становятся объектом аутоиммунного повреждения, например, демиелинизирующие заболевания мозга, включая рассеянный склероз, или симпатическая офтальмия. Что касается рассеянного склероза, при котором Аг для аутоиммунной атаки является оснoвный белок миелина (ОБМ), то определённую информацию о его патогенезе позволили получить опыты на мышах, трансгенных по TCR, который специфичен к ОБМ. В организме таких мышей все T–лимфоциты специфичны к ОБМ, присутствуют в нормальных количествах, но мыши в «спокойном» состоянии не болеют. Однако если таких мышей проиммунизировать искусственно ОБМ с адъювантом, то у них быстро разовьется полная клиническая картина энцефаломиелита (модель рассеянного склероза на грызунах). Это говорит о том, что к Аг из привилегированных мест (в данном случае мозга) не устанавливается иммунологическая толерантность ни по механизму делеции клона, ни по механизму анергии лимфоцитов. Основной вывод из этих экспериментов состоит в том, что если неиммунные лимфоциты в норме не активируются к иммунному ответу на Аг из привилегированных мест, то иммунные лимфоциты легко проникают в эти места и реализуют эффекторный иммунный ответ с альтерацией тканей.

Столь же показательна симпатическая офтальмия. Это редкое аутоиммунное заболевание глаз: если травмируется один глаз, то в результате может произойти иммунизация лимфоцитов против тканей глаза. Если это происходит, то от аутоиммунной атаки страдает не только ранее травмированный глаз, но и оба глаза одинаково.

Наиболее защищённым от иммунной атаки полуаллогенным «трансплантатом» является плод в матке беременной женщины. Хотя по иммунологии беременности выполнено много работ, цельного представления об этом нет. Особого «интеллектуального» беспокойства эта проблема не вызывает потому, что в отличие от антропогенных трансплантаций беременность — природное явление и, следовательно, тут заведомо все «устроено» правильно. Беременность совсем не аналогична искусственным пересадкам органов: органы помещают непосредственно во внутреннюю среду организма, а плод отделен от матери плацентой, обладающей уникальными свойствами: на синцитиотрофобласте не экспрессированы классические молекулы MHC; экспрессированы неполиморфные неклассические молекулы MHC, которые, возможно, необходимы для «удержания» в правильном режиме работы большого числа NK матери. Клетки плаценты продуцируют несколько высокоактивных иммуносупрессорных цитокинов (ТФР–b, ИЛ–10, ИЛ–4). Если в эксперименте беременной самке вводить ИФН–g и ИЛ–12 (индукторы дифференцировки Th1), то наступает резорбция плода. Кроме того, и в организме беременной женщины наступают существенные физиологические сдвиги. Например, в опытах на мышах можно наблюдать, что во время беременности самка не отторгает кожный лоскут отца своих эмбрионов, но после родов отторгнет его обязательно.

7.9. Иммунная система и опухоли

В 60-х годах Фрэнк Бёрнет выдвинул гипотезу об иммунологическом надзоре (immune surveillance) применительно к опухолям. Эта теоретически привлекательная гипотеза, однако, за прошедшие годы не нашла твёрдой фактической опоры ни в клинике, ни в эксперименте. Злокачественные опухоли — весьма распространённые заболевания (на 3-м месте после инфекций и сердечно-сосудистых заболеваний среди причин досрочной смерти человека). Поэтому существует огромный практический материал, показывающий, что иммунологический контроль имеет отношение к опухолям далеко не всегда. У мышей-мутантов, у которых нет лимфоцитов (т.е. совсем нет иммунной системы), частота возникновения опухолей практически такая же, как у мышей с иммунной системой. Аналогично происходит и у людей с врождёнными иммунодефицитами. Если у них и встречаются какие–либо опухоли чаще, чем в среднем по популяции, то это вирусиндуцированные опухоли, т.е. по сути инфекции трансформирующими вирусами. Инфекции — действительно основной природный предмет иммунологического надзора.

Но опухолеродные вирусы, как и ретровирусы ВИЧ, биологически «обыгрывают» иммунную систему млекопитающих и человека, по крайней мере те вирусы, которые вызывают образование злокачественных опухолей, т.е. опухолевые клетки не проявляют свойств АПК и лимфоциты их «не видят», а этиологические факторы опухолей не индуцируют доиммунного воспаления. Опытный врач любой специальности знает, что как СПИДом может заболеть любой человек, так и злокачественная опухоль может развиться у ранее практически здорового человека с той же вероятностью, как у любого другого, организм которого подвергся канцерогенному воздействию из внешней среды.

Пример такого заболевания с синдромом иммунодефицита как атаксия–телеангиэктазия, при котором действительно повышена частота новообразований у пациентов, не является свидетельством существования иммунологического надзора за опухолями. Исследование молекулярного патогенеза этой нозологии показало, что при ней имеется мутация в гене ATM. Этот ген кодирует фермент, по структуре гомологичный фосфатидилинозитол–3'–киназе и имеющий прямое отношение к контролю процессов клеточного цикла, т.е. к пролиферации клеток, а также к рекомбинации ДНК. Это и объясняет повышенную частоту клеточных трансформаций при атаксиителеангиэктазии.

Опухоли настолько гетерогенны по этиологии и конкретным свойствам, что можно сказать они индивидуальны, как сам пациент, или даже более, чем пациент. Экспериментальная иммунология более 100 лет работает с опухолями. За эти годы идентифицированы единицы так называемых опухолеспецифичных трансплантационных Аг или Аг, которые могут быть распознаны иммунной системой и иммунный ответ на которые может закончиться отторжением опухоли (табл. 7.15). Наиболее охарактеризованные из этих Аг — Аг меланомы и так называемый муцин–1 (MUC–1), обнаруживаемый на клетках рака молочной железы и поджелудочной железы.

Таблица 7.16. Антигены опухолей, распознаваемые иммунной системой

* MAGE — melanoma–associated testis–specific antigens (характерные для меланомы Аг); BCR — breakpoint cluster region (область разрыва), ABL — Abelson murine leukemia viral oncogene (вирусный онкоген Абельсона лейкоза мышей)

Опухоль развивается из своих клеток и с самого начала во внутренней среде, поэтому понятно, что иммунному ответу далеко не всегда есть на что развиваться, да и условий для доиммунного воспаления нет. Немногие известные ассоциированные с опухолями Аг представляют из себя следующее:

· вирусные Аг (тогда это злокачественная вирусная инфекция);

· эмбриональные Аг;

· нормальные клеточные белки, но в состоянии оверэкспрессии (over–expression), т.е. в нормальных клетках экспрессия таких белков минимальна, но при опухолевом перерождении клетки белки начинают экспрессироваться в больших количествах, достаточных для того, чтобы быть распознанными T–лимфоцитами;

· продукты мутантных онкогенов или проапоптозных белков.

Неиммунному лимфоциту, чтобы начать иммунный ответ, недостаточно только связать свой Аг в комплексе с молекулами MHC на той или иной клетке. Нужны ещё все необходимые и достаточные молекулы костимуляции. Если опухоль растёт не из профессиональных АПК, то этих молекул костимуляции на опухолевых клетках нет. И за фактом распознавания лимфоцитом (даже в тех случаях, когда есть что распознавать) не следует иммунный ответ, пока профессиональные АПК не процессируют опухолеспецифичные Аг. Обычно условия для этого отсутствуют.

Иногда в культуре опухолевых клеток обнаруживают сильную иммуносупрессорную активность. Один из таких цитокинов известен — это ТФР–b. Другие охарактеризованы пока недостаточно.

АТ к опухолеспецифичным Аг как таковые в большинстве случаев не угнетают рост опухолей. Напротив, они вызывают модуляцию Аг с поверхности клеток. Однако серьёзные разработки ведутся по получению так называемых иммунотоксинов — ковалентных конъюгатов опухоль–специфичных АТ с ядами.

Понятие иммунотерапии опухолей, учитывая вышесказанное, в большинстве случаев проблематично (если опухоль — не объект для иммунного распознавания). Тем не менее до стадии клинических испытаний в настоящее время доведен ряд предложений по иммунотерапии опухолей. Например, у больного при хирургическом удалении опухоли берут его опухолевые клетки. In vitro в них трансфецируют гены костимуляторных молекул — B7 и/или GM–CSF — и вводят опять больному. Таким образом, опухолевым клеткам пытаются привнести свойства профессиональных АПК в расчёте на то, что в организме в таком случае может произойти индукция противоопухолевого иммунного ответа. GM–CSF локально стимулирует лейкоциты общевоспалительного назначения.

Весьма существенны успехи химиотерапии опухолей. Возможно, есть перспективы у генетической терапии в плане активизации проапоптозных генов избирательно в опухолевых клетках.

· Глава 8
ЭФФЕКТОРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ИММУНИТЕТА

Эффекторные механизмы иммунитета состоят в том, что распознавшие (связавшие) Аг Рц — TCR на поверхности T–лимфоцита и/или иммуноглобулины в растворе физически подводят связанный Аг к таким клеткам или ферментам, которые специально предназначены для расщепления, окисления Аг до мелких метаболитов, которые организм может вывести через свои системы выделения (почки, ЖКТ) (табл. 8.1).

В соответствии с двумя типами антигенсвязывающих Рц есть и два типа эффекторных механизмов:

· антителозависимые;

· T–лимфоцитзависимые/антителонезависимые.

Таблица 8.1. Взаимосвязи факторов лимфоцитарного иммунитета с клетками–исполнителями деструкции антигенов

Примечания. C3b и C4b — компоненты комплемента; NK — естественные киллеры; КБЭ — катионный белок эозинофилов;

Выработка АТ B–лимфоцитами тоже зависит от Т—B–взаимодействия, в этом смысле почти все иммунные реакции (кроме биосинтеза АТ B–лимфоцитами в ответ на тимуc–независимые Аг 1–го типа) можно рассматривать как T–лимфоцитзависимые. Но на стадии реализации именно эффекторных механизмов иммунитета разделение их на «антителозависимые» и «T–лимфоцитзависимые, но антителонезависимые» помогают проще понять конкретные иммунные реакции и процессы.

«По старинке» антителозависимые иммунные реакции называют гуморальным иммунитетом, T–лимфоцитзависимые — клеточным иммунитетом.

Деструкцию тканей, повреждённых патогеном, т.е. собственно то, что и называют эффекторной фазой иммунного ответа, надо осуществлять в тех местах в организме, где он находится — в поражённых тканях. Зрелые неиммунные лимфоциты тропны к периферическим лимфоидным органам и тканям и именно и только туда они мигрируют по завершении лимфопоэза. Но иммунные лимфоциты имеют уже совсем иные свойства миграции: они нужны в разных тканях организма, куда проник патоген. Поэтому на мембране иммунных лимфоцитов есть специальные Рц, узнающие эндотелий в очагах поражения (воспаления). Так иммунные T–лимфоциты останавливаются, претерпевают экстравазацию и достигают мест локализации повреждённых патогеном клеток и межклеточного матрикса. Сюда же цитокины иммунных T–лимфоцитов (RANTES и др.) привлекают из кровотока лейкоциты, которые и будут исполнителями деструкции патогена. Схема экстравазации лимфоцитов и лейкоцитов показана на рис. 7.4.

8.1. Антителозависимые механизмы защиты от патогена

Таких механизмов по крайней мере 6:

· нейтрализация АТ патогенных свойств Аг самим факторм связывания в комплекс;

· элиминация и деструкция комплексов Аг–АТ фагоцитами (нейтрофилами и макрофагами);

· деструкция комплексов Аг–АТ активированной системы комплемента;

· антителозависимая клеточная цитотоксичность NK и эозинофилов;

· сосудистые и гладкомышечные контрактильные реакции, инициируемые комплексом Аг–АТ с «наймом» тучных клеток и базофилов;

· реликтовые свойства АТ (собственная протеазная или нуклеазная активность АТ).

Сам по себе факт связывания патогена АТ является защитным по крайней мере в двух случаях:

· если патоген — сильный яд, АТ при связывании нейтрализует токсичность;

· если патоген инфекционен (вирус, прион, бактерия), а АТ, связав его, препятствует инфекции патогена в клетки тела.

Но и в этих случаях, а тем более во всех остальных, образование макромолекулярного комплекса Аг–АТ это ещё не конец защитной реакции, так как организм не умеет свободно выводить во внешнюю среду из внутренней макромолекулярные комплексы. Их необходимо расщепить до мелких метаболитов. Для этого АТ в составе комплексов Аг–АТ «умеют» фиксировать компоненты комплемента и активировать его при этом (IgM >IgG3 >IgG1). Комплексы Аг–АТ — компоненты комплемента в свою очередь фиксируются на эритроцитах Рц для компонентов комплемента, и эритроциты уносят такие комплексы в синусоиды селезёнки и печени, где их фагоцитируют и расщепят макрофаги. Кроме того, комплексы с АТ изотипов IgG1 и IgG3 прямо через соответствующий FcgRII на макрофагах и на нейтрофилах будут связаны и фагоцитированы и внутри фагоцитов расщеплены до мелких метаболитов.

8.1.1. Fc–рецепторы

Fc–Рц (FcR) — мембранные молекулы, специфически связывающие иммуноглобулины за их Fc–фрагменты. Это третий тип иммунорецепторов — плюс к TCR и BCR. FcR — иммунорецептор потому, что пусть через посредство АТ, но клетка–носитель FcR способна связать Аг и прореагировать на Аг. FcR есть как на лимфоцитах, так и на всех известных лейкоцитах, и FcR — та молекулярная материя, посредством которой факторы лимфоцитарного иммунитета (АТ) «нанимают» лейкоциты на деструкцию и элиминацию распознанного АТ Аг.

Рассмотрим номенклатуру FcR. Аббревиатура обычно содержит 3, 4 или 5 «компонентов»: Fc — (g, e, a, m) — (I, II, III) — (A, B) — (1, 2, 3, ...). «Fc» означает, что лиганд для связывания — константный фрагмент («хвост») молекулы иммуноглобулина. Греческая буква обозначает связываемый тип тяжёлой цепи, т.е. изотип иммуноглобулина. Каждый FcR специализирован по какому-то одному изотипу тяжёлой цепи молекулы иммуноглобулинов. Римская цифра I, II или III обозначает тип Рц, типы различаются по аффинности связи с лигандом. «I» обозначает высокоаффинные Рц, способные связывать свободные АТ, а не уже комплексы «Аг–АТ». Такие Рц особенно известны для IgE. По этой причине ещё «довоенные» физиологи называли реагины (тогда эти АТ ещё не были идентифицированы как иммуноглобулины класса Е) гомоцитотропными АТ. «II» и «III» обозначают низкоаффинные Рц. Это в свою очередь значит, что такие Рц не связывают свободные молекулы иммуноглобулинов, но связывают только комплексы Аг–АТ за Fc–фрагмент иммуноглобулина. Заглавная латинская буква А, В, С обозначает тот или иной функциональный вариант FcR. Последствия связывания разных FcR с лигандами различны — активация или подавление функций определённой клетки. Арабская цифра или иные обозначения после латинской заглавной буквы обозначают генетическую изоформу конкретной молекулы FcR (либо существует более одного гомологичного гена, либо имеет место альтернативный сплайсинг первичного транскрипта РНК). В табл. 8.2 приведена характеристика известных типов FcR.

Таблица 8.2. Типы Fc-рецепторов

Примечание. *FceRI — высокоаффинный Рц для IgE — связывает свободные АТ класса Е. Известно ещё несколько низкоаффинных Рц для IgE (они описаны в разделах, посвященных эффекторным реакциям с участием эозинофилов).

8.1.2. Антителозависимая клеточная цитотоксичность

Если Аг как целое (как мишень) — это клетка, то АТ, но только класса G привлекут своим Fc–хвостом NK, имеющих для этого соответствующий FcgRIII. Возникает комплекс «клетка–мишень–АТ–NK», в котором NK реализует свою киллерную функцию в отношении клетки–мишени. Это и называют антителозависимой клеточной цитотоксичностью (АЗКЦТ). Механизм собственно киллерного действия NK на клетку–мишень такой же, как и киллерный механизм ЦТЛ — перфорин–гранзимовый (порообразование перфорином и индукция апоптоза гранзимами).

Если патоген — гельминт, уже проникший во внутреннюю среду, то единственный известный на сегодня механизм санации от гельминтов — это АЗКЦТ, в которой АТ — класса E или А, а клетки-эффекторы — эозинофилы. На эозинофилах есть специальные низкоаффинные Рц для IgE — FceRII, способные связывать комплексы IgE с Аг. Связывание такого комплекса в сочетании с сигналом от цитокина ИЛ–5 активирует эозинофил к синтезу и секреции высокотоксичных белков, способных убить гельминта. Активированный эозинофил секретирует ряд биологически активных продуктов, свойства которых объясняют симптоматику так называемых эозинофильных воспалительных процессов (табл. 8.3).