Імунологія. Ярилін
4.3. Імунологічна толерантність та анергія
Мал. 4.16. Роль експресії гена AIRE в індукції автотолерантності до органоспецифічних антигенів. Експресія гена AIRE викликає появу в медулярних епітеліальних клітинах тимусу малої кількості органоспецифічних антигенів нелімфоїдних органів. Т-лімфоцити, що диференціюються, в процесі негативної селекції розпізнають ці антигени як на самих епітеліальних клітинах, так і на дендритних клітинах, що презентують антигени епітеліоцитів. Очевидно, другий шлях ефективніший
генів в епітеліальних клітинах мозкового шару тимусу (див. Розділ 3.4.1.2). Позатимусні антигени експресуються випадковим чином дуже обмеженому масштабі, проте достатньому для індукції до них толерантності (рис. 4.16). Мутації гена AIRE призводять до розвитку поліспецифічних аутоімунних процесів.
Глава 4. Імунітет у захисті та пошкодженні організму.
на периферію. Це означає, що існує певний поріг спорідненості TCR антигенного ліганду, який повинен бути подоланий для здійснення негативної селекції.
Негативної селекції піддаються і В-лімфоцити. Її проходять у кістковому мозку і, частково – у периферичному відділі імунної системи незрілі В-клітини фенотипу IgM + IgD - , а антигени презентують стромальні клітини. Аутоспецифічні В-клітини гинуть внаслідок апоптозу. Делеційний характер селекції показаний у дослідах із подвійним перенесенням генів. Мишам одночасно трансфікували ген яєчного лізоциму та V-гени специфічного до нього BCR. В результаті зрілі В-лімфоцити елімінувалися за збереження незрілих В-клітин. Таким чином, негативна селекція реалізується на етапі переходу від незрілих В-лімфоцитів до зрілих.
Автотолерантність, обумовленуелімінацією клонів, що розпізнають власні антигени, називають центральною. Вона буває найефективнішою за постійної реалізації протягом усього життя, оскільки популяції Т- і В-лімфоцитів безперервно оновлюються і аутоспецифічні клони можуть виникати протягом усього життя. Як і будь-який біологічний механізм, селекція клонів не досягає 100% ефективності і одиничні аутоспецифічні клони можуть поповнювати периферичний пул лімфоцитів.
Редагування та анергія
На периферії діє інші механізми формування аутотолерантності та запобігання аутоагресії. Розпізнавання аутоантигену в периферичному відділі імунної системи є сигналом для редагування гена α-ланцюга TCR. Знову експресуються гени RAG і здійснюється повторна перебудова гена TRAV, що зазвичай призводить до зміни специфічності TCR і втрати нею аутоспецифічності.
Якщо аутоспецифічність зберігається під час еміграції Т-клітини їхнього тимусу, індукується її анергія, тобто. невідповідність. Умовою формування є відсутність костимуляції при розпізнаванні Т-клітиною аутоантигена (рис. 4.17). Це відповідає ситуації, коли антиген є Т-лімфоцитом непрофесійної АПК, позбавленої костимулюючих молекул CD80 і CD86, здатних здійснити додаткову сигналізацію через молекулу CD28 (див. розділ 3.5.1.4). Якщо Т-лімфоцит розпізнає антиген на АПК без костимуляції, повноцінний активуючий сигнал не формується, і клітина піддається анергії. Це явище специфічне - анергії зазнають конкретні клони Т-лімфоцитів.
Механізми анергії розкрито в повному обсязі. Встановлено, що формування цього стану пов'язане з послабленням активності рецепторної тирозинкінази Lck, відсутністю або ослабленням фосфорилювання кінази ZAP-70 та адапторногобілка LAT. Серед низькомолекулярних ГТФаз до цього процесу найбільше залучений фактор р21ras. У зв'язку з цим з основних сигнальних шляхів, що запускаються в клітині при актвіації через TCR/CD28, найсильніше страждає MAP-каскад і особливо та його гілка, яка залежить від Ras. Вона призводить до формування сигнальних факторів ERK та c-Fos. Однак активність JNK- та p38-гілок MAP-каскаду
4.3. Імунологічна толерантність та анергія
ДК Тимоцит
Мал. 4.17. Механізми індукції анергії Т-лімфоцитів у тимусі та периферичному відділі імунної системи. Головний механізм індукції анергії Т-клітин - відсутність одного з компонентів системи, що костимулює, в момент розпізнавання антигену. Може мати значення відсутність костимулюючих молекул (В7) на кортикальних епітеліальних клітинах тимусу або соматичних клітинах поза тимусом або відсутність молекул CD28 на дозріваючих тимоцитах
також послаблюється. В результаті трьох основних транскрипційних факторів, що активуються при презентації антигену, найбільше порушується утворення фактора АР-1 (димеру c-Fos/c-Jun). Серед генів, що активуються при передачі сигналу через ТСR/CD28, найсильніше страждає експресія гена IL-2, найбільш важливого для активації Т-клітин. Процеси анергії та активації відрізняються як переліченими особливостями передачі сигналу. Так, показано роль фактора Cbl-b як інгібітор активації, а також внесок ряду інших факторів в індукцію анергії. Звичайним результатом анергії є прискорена загибель клітини механізму апоптозу.
Реальність анергії Т-лімфоцитів ілюструє такий експеримент. Мишам генотипу Н-2 a трансфікували гени Н-2 b і одночасно - гени TCR, специфічного до Н-2 b таким чином, щоб ген H-2 b експресувався в клітинахпідшлункової залози, а анти-H-2 b TCR - у Т-лімфоцитах. Тимоцити таких мишей реагували на стимуляцію Н-2 b утворенням специфічних Т-кілерів, тоді як периферичні Т-клітини не реагували на H-2 b. Отже, у таких мишей клон анти-Н-2 b Т-клітин не елімінувався в тимусі, але його реакція на цю молекулу MHC на периферії була пригнічена. За допомогою додаткових експериментів було показано принаймні тимчасову присутність на периферії ареактивних Т-клітин, специфічних Н-2 b . Таким чином, можна продемонструвати існування периферичної толерантності, обумовленої не елімінацією, а анергією Т-клону.
Індукція анергії В-лімфоцитів є більш проблематичною. Однак відповідно до закономірностей імунної відповіді для запобігання акти-
Глава 4. Імунітет у захисті та пошкодженні організму.
вації клонів В-лімфоцитів буває достатньо елімінації або індукції анергії клонів Т-клітин тієї ж специфічності.
Роль регуляторних Т-клітин
Однак індукції периферичної толерантності за механізмом анергії виявляється недостатньо для надійного запобігання аутоагресії. Існує ще один — третій механізм автотолерантності, який опосередкований регуляторними Т-клітинами. У зв'язку з активним характером такої толерантності та можливістю її перенесення сингенним реципієнтам її називають домінантною (толерантність, обумовлена елімінацією або анергією клонів, не тільки не може бути перенесена, а й усувається при перенесенні інтактних лімфоцитів у зв'язку з присутністю в них реактивних клонів). Ще в 70-ті роки було постульовано наявність в імунній системі особливого різновиду супресорних Т-лімфоцитів, які «забороняють» реакцію на власні антигени. Такі клітини назвали вето-клітинами.
Реальність їхіснування була показана тільки в 1990-х роках, коли були описані природні регуляторні Т-клітини. Ці клітини, що мають мембранний фенотип CD4 + CD25 hi CTLA-4 + та експресують внутрішньоклітинний диференціювальний фактор FOXP3, охарактеризовані вище (див. розділ 3.3.2.5). Особливість розвитку цих клітин у тому, що вони значною мірою уникають негативної селекції. Поріг спорідненості до аутоантигену, що забезпечує запуск летального сигналу, для цих клітин вище, ніж для решти Т-лімфоцитів. У зв'язку з цим деякі CD4 + Т-клітини, специфічні до аутоантигенів, не піддаються апоптозу і диференціюються регуляторні Т-лімфоцити. Вони емігрують на периферію, їх виявляють у лімфатичних вузлах та інших лімфоїдних тканинах, ці клітини перешкоджають активації аутоспецифічних ефекторних Т-лімфоцитів, якщо такі уникнули елімінації та анергії на інших етапах індукції толерантності. Таким чином, аутоспецифічність регуляторних Т-клітин не тільки не переростає в аутоагресію, але, навпаки, є умовою її запобігання.
Суть ігнорування полягає в тому, що антиген не може викликати реакцію імунної системи, якщо його концентрація в організмі нижча від порогової (поріг різний для різних молекул). Наявність такого порогу важлива і для формування автотолерантності, і для індукції імунної відповіді. Зазвичай аутотолерантність не формується по відношенню до молекул, присутніх в організмі дуже низьких концентраціях, проте при цьому імунна відповідь також не розвивається. У деяких випадках концентрація таких речовин може зростати. Це може відбуватися при пухлинному зростанні, що призводить до збільшення експресії пухлиноасоційованого антигену, що до того вироблявся нечисленними клітинами, або при імунній відповіді, коли значнонаростає концентрація антитіл, що несуть певний ідіотип. У цих ситуаціях може розвинутись імунна відповідь на подібні антигени, до яких аутотолерантність не сформувалася. Варіант ігнорування - відсутність реакції імунної системи на антигени, ізольовані від неї тканинними бар'єрами, як це буває в імунологічно привілейованих органах (див. розділ 4.3.2.3).
4.3. Імунологічна толерантність та анергія
У цьому випадку порушення бар'єру може призвести до розвитку аутоімунного процесу.
Таким чином, аутотолерантність формується за допомогою трьох активних механізмів – елімінації клонів у ході негативної селекції (центральна толерантність), анергії клонів у периферичному відділі імунної системи (периферична толерантність) та контролю з боку аутоспецифічних регуляторних Т-лімфоцитів. Важливим є також феномен ігнорування антигенів, присутніх у дуже низьких концентраціях або недоступних для розпізнавання імунною системою. Відносний внесок цих механізмів у запобігання аутоагресії оцінити важко. Очевидно, всі вони обов'язкові підтримки аутотолерантності. Відключення процесу негативної селекції та запобігання розвитку регуляторних клітин неминуче призводять до розвитку фатальних поліспецифічних аутоімунних процесів. Порушення аутотолерантності є основою аутоімунних захворювань - одного з основних проявів імунопатології.
4.3.2.2. Вибір між активацією та анергією в лімфоїдній тканині слизових оболонок
Серед імунологічних феноменів, що мають відношення до імунологічної невідповідності, одним із перших був описаний параліч Фельтена — стійка блокада утворення специфічних антитіл у відповідь на введення per os високої дози пневмококового полісахариду. У наступномубуло відкрито явище харчової толерантності - індукція імунологічної толерантності у відповідь пероральне введення антигенів. Відсутність імунної відповіді у своїй виявлялося і за введенні антигену іншими шляхами, зокрема парентерально. Природа харчової толерантності стала зрозумілою лише після відкриття механізмів мукозального імунітету.
За будь-якого шляху надходження антигенного матеріалу через слизову оболонку (за участю М-клітин, шляхом активного захоплення дендритними клітинами в просвіті органа або через пошкоджену слизову оболонку) він захоплюється АПК, насамперед дендритними. Вони переважно і визначають реакцію імунної системи на макромолекули, що надходять до організму через тканинні бар'єри (рис. 4.18).
Вирішальним у долі цих чужорідних речовин є наявність чи відсутність у складі PAMP. Як відомо, до них відносять молекули або їх фрагменти, за якими організм за допомогою паттернрозпізнаючих рецепторів упізнає потенційно небезпечні мікроорганізми (TLR, NOD та ін.). Основні носії таких рецепторів - клітини вродженого імунітету (насамперед макрофаги), проте ці рецептори присутні також на поверхні багатьох інших клітин, зокрема епітеліальних клітин бар'єрних тканин. Якщо в молекулах PAMP, що надходять через слизовий бар'єр, відсутні, події розвиваються за сценарієм, обумовленим відсутністю активації клітин вродженого імунітету та розвитку запальної реакції.
За таких умов надходження чужорідного матеріалу через кишкову стінку дендритні клітини не отримують активуючих стимулів через TLR і не відчувають дії прозапальних цитокінів,